Brevet FR2766229A1 — publié le 19990122

SONDE POUR ESSAI DE CHARGEMENT DU SOL PAR DILATATION D'UN CYLINDRE - MOYEN DE MONTAGE ET DE MISE EN OEWRE L'invention concerne un modèle de sonde permettant de réaliser des essais de chargement du sol par expansion d'une cavité cylindrique afin de mesurer ses caractéristiques mécaniques. Cette sonde est constituée de trois cellules: - une cellule centrale de mesure qui, gonflée d'eau par paliers de pression successifs, induit un champ de contrainte cylindrique - deux cellules latérales de garde disposées de part et d'autre de la précédente afin de border le champ cylindrique. II existe actuellement plusieurs types de sonde qui se différencient par la technologie utilisée pour constituer les trois cellules. Nous avons par exemple: - la sonde "Ménard" type E, constituée de 3 cylindres métalliques revêtus d'une membrane souple dilatable qui s'accolent les uns contre les autres avec des entretoises biseautées pour assurer l'étanchéité. II s'agit d'un empilage difficile à monter car les membranes plaquent diffialement contre les entretoises - la sonde "Mrd" type G qui comprend, montées sur le même tube * une membrane centrale tenue par 2 bagues * une gaine recouvrant l'ensemble du tube Ce montage oblige l'opérateur à intégrer avec précision dans ces manipulations l'inertie de la membrane centrale pour éviter que le gaz comprimé des cellules de garde se loge entre la membrane et la gaine. La présente invention concerne une nouvelle conception des trois cellules permettant de simplifier le montage des membranes et surtout les manipulations de l'opérateur lors de la réalisation de l'essai de chargement du sol. A cet effet, la présente invention vise une sonde composée par: - un barreau métallique comportant une partie centrale en surépaisseur par rapport à celles des extrémités - deux fourreaux métalliques tubulaires qui s'emboîtent sur chaque extrémité pour compenser la surépaisseur centrale - une membrane souple dilatable couvrant l'ensemble - deux joints toriques qui permettent de pincer la membrane entre la partie centrale et les dits fourreaux - deux bagues qui s'emboîtent à l'extrémité des fourreaux et qui, à l'aide de 2 écrous vissés sur le barreau métallique, pincent la membrane à l'extrémité des dits fourreaux. La présente invention permet donc d'obtenir d'une façon simple les trois cellules. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention, ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés åaprès, qui représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentielle. La figure 1 est une coupe longitudinale du barreau métallique La figure 2 est une coupe longitudinale des fourreaux métalliques La figure 3 est une coupe longitudinale des bagues La figure 4 est une coupe longitudinale de la sonde au repos La figure 5 est une coupe longitudinale de la sonde dilatée La figure 6 est une vue de détail du pincement de la membrane entre la cellule centrale et les cellules latérales La figure 7 est une vue de détail du système de maintien de la membrane lors de son pincement La figure 8 est une vue de détail sur l'étanchéité des bagues La figure 9 est une coupe longitudinale sur la sonde équipée d'une gaine La figure 10 est une coupe longitudinale de la sonde protégée par un étui La figure 1 représente, en coupe longitudinale, la pièce centrale support de la sonde. II s'agit d'un barreau métallique 1 plein ou tubulaire, dont le profil extérieur comporte une partie centrale 2 en surépaisseur par rapport aux deux parties latérales 3. Cette surépaisseur se termine par un épaulement entaillé par une gorge concave 11. Le barreau métallique 1 possède à chaque extrémité un filetage 4. La figure 2 représente, en coupe longitudinale, un fourreau métallique 5 dont une extrémité 6 est taillée en biseau et l'autre 7 se termine par un bord arrondi. La figure 3 représente, en coupe longitudinale, la bague 8 comportant un tronc de cône intérieur 9. La figure 4 représente l'assemblage des différentes pièces ainsi que celui de la membrane souple dilatable 13 pour former les trois cellules étanches et indépendantes. A cet effet, sur le barreau 1 coulissent sur ses parties latérales 3 deux fourreaux métalliques 5 orientés de façon que les extrémités 11 et 7 viennent en visà-vis pour former une cavité 12 représentée en détail sur la figure 6, puis une membrane souple dilatable 13 recouvre l'ensemble en partant de l'extrémité 7 d'un fourreau à l'extrémité opposée de l'autre fourreau. Pour constituer la cellule centrale 15 représentée en cours d'expansion sur la figure 5, on dispose sur la membrane deux joints toriques 14, d'un diamètre inférieur à la membrane, afin qu'ils soient tendus, que l'on roule jusqu'au droit de chaque cavité 12 puis on écarte légèrement les 2 extrémités 7 et Il pour dégager l'entrée de la cavité 12, ce qui permet au joint torique 14 de se loger dans ladite cavité en entraînant la membrane 13. La position définitive du joint torique 14 est représentée sur la figure 6. Pour constituer les deux cellules latérales de garde 16 représentées en expansion sur la figure 5 on dispose sur chaque partie latérale 3, après les fourreaux 5, les deux bagues 8 de façon que les extrémités tronconiques 9 viennent en vis-à-vis de l'extrémité biseautée 6 des fourreaux 5 et ceci afin de pincer les extrémités de la membrane 13. Pour obtenir l'étancheité des trois cellules ainsi constituées on visse à chaque extrémité du barreau 1 des écrous 17 qui compriment successivement les bagues 8 contre les fourreaux 5 qui viennent eux aussi resserrer la cavité 12. L'alimentation des trois cellules est obtenue par des conduites passant à l'intérieur du barreau 1 tels que: - le conduit 18 alimente en gaz comprimé les cellules de garde 16 - le conduit 19 alimente en eau sous pression la cellule centrale 15 - le conduit 20 permet la purge de la cellule centrale et posséde un bouchon de purge 21 à son débouché à l'air libre. La figure 5, qui représente la sonde descendue dans un forage en cours d'essai, montre la déformation de la paroi 22 du forage sollicité par l'expansion des trois cellules. La figure 7 montre la phase d'entrée du joint torique 14 dans la cavité 12 lorsque ces deux extrémités 7 et 11 sont suffisamment écartées. Mais, lorsque la membrane 13 est épaisse, la tension de serrage du joint torique 14 est insuffisante pour qu'il puisse rentrer dans la cavité 12. Dans ce cas, selon la figure 7, on dispose un segment extérieur 22 qui comprime le joint torique 14. Le dispositif de circulation du gaz comprimé et d'étanchéité des pièces en contact avec celui est complété selon la figure 8 par: - une chambre 23 entaillée dans le barreau 1 qui permet de diffuser tout autour du fourreau 5 le gaz comprimé transmis par le conduit 18. - des trous 24, pratiqués à travers la paroi du fourreau 5, assurant le passage du gaz comprimé vers le membrane 13. - des joints toriques 25 portés par le barreau 1 pour empêcher que le gaz comprimé ne passe pas au droit des bagues 8. Pour la descente de la sonde dans le forage il peut s'avérer nécessaire, en fonction de la nature des matériaux tapissant la paroi 22 dudit forage, de protéger la membrane 13 des déchirures que pourrait occasionner la traversée de cailloux, brèches, etc... Dans ce cas, représenté, par la figure 9, on recouvre la membrane 13 d'une gaine 26 souple dilatable renforcée par une toile métallique par exemple. Cette gaine 26 est tenue à chaque extrémité par une bague 27 qui, poussée par un écrou 28, pince la gaine sur la paroi externe de la bague 8. Selon la figure 10 I'invention concerne aussi un moyen de mise en oeuvre de la sonde en insérant celle-ci dans un étui cylindrique 29 formé par l'assemblage de lamelles métalliques contiguës et maintenues à chaque extrémité par un fond circulaire 30 pour la partie basse et par une virole 31 en partie haute. Le train de tige 32 permettant la descente dans le sol de cet équipement coulisse à travers la virole 31 pour appuyer directement sur le barreau 1 qui transmet ainsi la force de fonçage au fond circulaire 30, ce qui a pour avantage de descendre l'étui 29 en tirant sur les lamelles. Dans la phase de remontée de l'équipement, le train de tiges 32 possède un épaulement 33 à son extrémité, qui vient buter sur un écrou 34 vissé sur la virole 31, ce qui a encore pour effet dans ce cas de tirer sur les lamelles de l'étui 29 et éviter ainsi leur déformation. REVENDICATIONS Sonde pour essai de chargement du sol par dilatation d'un cylindre qui, pour former - une cellule centrale 15 gonflée à l'eau sous pression - deux cellules latérales de garde 16 gonflées au gaz comprimé. est caractérisée en ce qu'elle est constituée par - un barreau métallique 1 plein ou tubulaire possédant une partie centrale 2 en surépaisseur par rapport aux deux parties latérales. Les épaulements terminant cette surépaisseur sont entaillés par une gorge concave 11 - deux fourreaux métalliques 5 coulissant sur les parties latérales 3 possédant une extrémité 7 avec bord arrondi, qui est disposée visffivis de la gorge 11 pour former une cavité 12 et présentant vers l'extérieur l'autre extrémité 6 taillée en biseau - une membrane souple dilatable 13 qui recouvre la partie centrale 2 et les deux fourreaux 5. Elle est entraînée dans les deux cavités 12 par deux joints toriques 14 puis pincée par rapprochement de l'extrémité 7 vers la gorge 11 - deux bagues 8 disposées sur les parties latérales 3 à la suite des fourreaux 5 et qui possèdent une extrémité tronconique 9 qui vient en visà-vis de l'extrémité biseautée 6, ceci afin de pincer l'extrémité de la membrane 13 qui est logée entre les deux - deux écrous 17 vissés à chaque extrémité du barreau 1 qui compriment l'ensemble pour assurer l'étanchéité entre chaque cellule. L'étanchéité entre le barreau 1 et les bagues 8 est assurée par un joint torique 25 porté par ledit barreau. 2/ Sonde pour essai de chargement du sol selon la revendication 1 caractérisée par l'ajout d'une gaine souple dilatable 26 renforcée qui recouvre la membrane 13 et qui est tenue à chaque extrémité par une bague 27 poussée par l'écrou 28 31 Sonde pour essai de chargement du sol selon la revendication 1 caractérisée par l'utilisation, lors de son montage1 d'un segment extérieur 22 pour comprimer le joint torique 14 et l'aider à rentrer dans la cavité 12. 4/ Sonde pour essai de chargement du sol selon la revendication 1 caractérisée par la mise en place d'un étui cylindrique 29 dilatable formé par l'assemblage de lamelles métalliques contigus et maintenues à chaque extrémité par un fond circulaire 30 en partie basse et par une virole 31 en partie haute. Le train de tiges 32 assurant la descente de la sonde dans le sol coulisse dans la virole 31 qui porte en partie haute un écrou vissé 34. Ledit train de tiges porte à son extrémité un épaulement 33 qui appuit sur le barreau 1 ou bute sur l'écrou 34, ce qui permet dans la phase descente au train de tiges d'agir sur le fond circulaire 30 et dans la phase de remontée dagir sur la virole 31.