Brevet FR2871570A1 — publié le 20051216

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la rigidité d'une paroi d'une conduite, notamment d'une conduite enterrée, du type comprenant des moyens de chargement adaptés pour appliquer une force de déformation élastique à la conduite. On connaît de tels dispositifs de mesure. Ces dispositifs sont utilisés pour mesurer la rigidité des parois des conduites ou des collecteurs enterrés dans le but de caractériser mécaniquement la paroi et son interaction avec le sol encaissé. Un dispositif connu est le vérin à plaque rigide utilisé pour un essai dans une galerie de reconnaissance, par exemple lors de la construction d'un tunnel, afin de mesurer la déformabilité du massif rocheux par l'intermédiaire de la mesure du module de déformation. Les dispositifs connus comportent une structure fixe définissant un point de référence fixe. En conséquence, ces dispositifs comprennent une structure relativement complexe, sont coûteux à fabriquer et difficiles à étalonner. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients, et de proposer un dispositif de mesure de la rigidité d'une paroi qui soit facile à fabriquer. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - des moyens de relâchement rapide de la force 25 appliquée, et - des moyens de mesure comprenant un premier élément de mesure de la vitesse de déplacement de la paroi suite au relâchement en un premier emplacement de mesure. Selon des modes particuliers de réalisation, le 30 dispositif selon l'invention comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: le premier élément de mesure comprend au moins un premier sismomètre adapté pour être accouplé à une surface de la paroi de la conduite; - les moyens de mesure comprennent un second élément de mesure de la vitesse de déplacement de la paroi en un second emplacement de mesure, les premier et second éléments de mesure de la vitesse de déplacement de la paroi ayant des caractéristiques de mesure identiques, et ces éléments de mesure sont adaptés pour mesurer la vitesse de déplacement dans deux sens opposés de la paroi: - le second élément de mesure comprend au moins un second sismomètre adapté pour être accouplé à la paroi de la conduite, et les sismomètres sont mobiles en translation parallèlement l'un par rapport à l'autre; - les premier et second éléments de mesure sont reliés à un support commun; et - les moyens de chargement comprennent un vérin muni de deux organes d'appui, et les deux organes d'appui peuvent être mutuellement rapprochés et éloignés l'un de l'autre par le vérin. L'invention a en outre pour objet un procédé de mesure de la rigidité d'une paroi d'une conduite, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: - appliquer une force de déformation élastique sur la paroi; - relâcher rapidement la force; et - mesurer la vitesse de déplacement de la paroi suite au relâchement. Selon des modes de réalisation du procédé, celui-ci comporte les étapes suivantes: - le procédé comprend en outre les étapes 30 suivantes: la force est appliquée simultanément à deux emplacements de chargement différents d'une seule section transversale de la conduite; la force est relâchée simultanément aux deux emplacements de chargement; la vitesse de déplacement de la paroi suite au relâchement est mesurée à deux emplacements de 5 mesure situées sur la paroi; - le procédé est caractérisé par l'étape supplémentaire suivante: calcul de la déflection par intégration dans le temps de la vitesse de déplacement mesurée; - le calcul de deux déflexions et par le calcul de la déflection maximale de chacune des deux déflections; et - le calcul d'un indice de symétrie mécanique Is de la conduite par la formule suivante: IS dMl+dM2 où dMl est la déflexion maximale de la paroi à un premier des emplacements de mesure et dM2 est la déflexion maximale de la paroi à un second des emplacements de mesure. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en section transversale d'une conduite enterrée, dans laquelle est disposé un dispositif de mesure selon l'invention; - la Figure 2 représente le détail II agrandi de la Figure 1. Sur la Figure 1 est représentée une conduite 2 munie d'une paroi 3 qui comprend une surface extérieure 4 et une surface intérieure 6. La conduite 2 est entourée sur sensiblement la totalité de sa surface extérieure 4 d'un sol 8, à l'exception d'une cavité 10 qui se trouve sur une partie sensiblement verticale de la conduite 2. dM1-dM2 La Figure 1 montre en outre un dispositif 20 qui est inséré dans la conduite et qui est adapté pour mesurer la rigidité de la paroi 3 de la conduite 2. Le dispositif 20 comprend un dispositif de chargement 22 adapté pour appliquer deux forces F1, F2 sur la surface intérieure 6 déformant la paroi 3. La Figure 1 montre, en traits interrompus, la conduite 2 à l'état non déformé, et en traits continus la conduite 2 à l'état déformé par le dispositif 22. Le dispositif 20 comprend en outre un dispositif de mesure 24 de la déformation de la surface intérieure 6 de la paroi 3. Comme indiqué sur la Figure 2, le dispositif 22 s'étend suivant un axe XX et comprend un vérin 26 auquel sont reliés deux patins 28, par l'intermédiaire de deux tiges 30. Le vérin 26 est adapté pour éloigner et rapprocher mutuellement les deux patins 28 afin d'appliquer les forces Fi et F2 sur la surface intérieure 6 à deux emplacements de chargement ED1, ED2. Les forces F1 et F2 ont une valeur identique et sont dirigées dans des sens opposés. Les forces sont généralement comprises entre 9810 N (1 tonne) et 49050 N (5 tonnes). L'application des forces F1, F2 induit un déplacement dl à un emplacement de mesure EM1 et un déplacement d2 à un emplacement de mesure EM2 (voir ci- après). Les deux déplacements dl et d2 sont différents l'un de l'autre, le déplacement d2 étant supérieur au déplacement dl en raison de la cavité 10. Le dispositif 22 est en outre muni de moyens de relâchement rapide 32 des forces Fl et F2 appliquées par le vérin 26 et les patins 28. Ces moyens 32 sont pas exemple une vanne qui permet de supprimer rapidement la pression du fluide dans le vérin 26. Le dispositif de mesure 24 s'étend suivant un axe Y-Y, qui est parallèle à l'axe X-X, et qui s'étend dans le même plan transversal de la conduite 2 que l'axe X-X. En l'occurrence, les axes X-X et Y-Y sont situés dans un même plan vertical. Le dispositif de mesure 24 comprend une structure de support en forme de canne 40 sur les extrémités de laquelle sont fixés deux boîtiers 42. Dans chacun des boîtiers 42 est disposé un élément 44 de mesure de la vitesse de la surface intérieure 6 à l'un des emplacements de mesure EM1, EM2. Chaque élément 44 de mesure comprend un sismomètre 46 et une tige pointue 48 s'étendant suivant l'axe Y-Y. Les pointes des tiges 48 sont dirigées en des sens opposés. Les éléments 44 sont mobiles en translation suivant l'axe Y-Y par rapport au boîtier 42 respectif. Les sismomètres 46 sont fixés de manière rigide à la tige pointue 48, de telle sorte que le déplacement de la tige pointue 48 est transféré en un déplacement simultané du sismomètre 46, ainsi accouplant le sismomètre à la paroi 3. Chacune des tiges pointues 48 est sollicitée par un ressort 50 vers une position sortie dans laquelle elle s'applique contre la paroi 3. Ainsi, les éléments de mesure 44 forment des moyens autonomes de maintien du dispositif de mesure dans l'objet devant être mesuré, c'est-à-dire la conduite 2. La mobilité axiale des éléments 44 dans le boîtier est au moins identique au déplacement dl et d2 respectif. Les sismomètres 46 sont adaptés pour mesurer la vitesse de déplacement de la surface intérieure 6 de la conduite par l'intermédiaire des tiges pointues 48 aux emplacements EM1, EM2. Les sismomètres 46 utilisés ont les caractéristiques suivantes: Fréquence de coupure -6dB ou période propre du sismomètre: 1 Hz Amortissement: 100 % Le dispositif de mesure comprend en outre une unité de calcul 60 reliée à chacun des sismomètres 46 et adaptée pour relever et mémoriser la vitesse de chacune des sismomètres 46 à des intervalles déterminés, par exemple à un intervalle de 5 ms. L'unité de calcul 60 est en outre équipée de moyens de calcul adaptés pour calculer des grandeurs caractéristiques de la conduite 2 (voir ci-après). Le dispositif selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Initialement, la conduite 2 est dans sa position non déformée, telle que représentée en traits interrompus sur la Figure 1. Tout d'abord, le dispositif 22 est introduit dans la conduite 2 et le vérin 26 est étendu de telle sorte que les deux patins 28 s'appliquent aux deux emplacements de chargement ED1, ED2 sur la surface intérieure 6 de la conduite 2. Le dispositif de mesure 24 est mis en place de telle sorte que les tiges pointues 48 s'appliquent également sur la surface intérieure 6 aux emplacements EM1 et EM2. Ensuite, le vérin 26 applique les forces F1, F2 sur la surface 6, ce qui induit le déplacement dl à l'emplacement EM1 et le déplacement d2 à l'emplacement ED2. Par suite, la conduite 2 est déformée du côté de la cavité 10 de la distance d2 et de l'autre côté de la distance dl. De manière générale, les forces F1, F2 appliquées sont choisies de telle sorte que la déformation de la paroi 3 reste le plus possible dans le domaine élastique. Pour une conduite en béton ou en maçonnerie, le déplacement dl et d2 est maintenue inférieur à D/10000, où D est la distance entre les deux emplacements de mesure EM1 et EM2. Pour une conduite 2 à section circulaire, D est le diamètre intérieur. Ensuite, les forces F1, F2 appliquées par le vérin 26 sont rapidement relâchées par les moyens 32. Dans le cadre de l'invention l'expression "relâchement rapide des forces" signifie que les forces Fi et F2 sont supprimées en un laps de temps qui est suffisamment petit pour que le temps de retour de la paroi 3 dans sa position de repos puisse être mesuré par le sismomètre 46. A cet effet, le temps de retour de la paroi 3 dans sa position de repos doit être petit par rapport à la période propre du sismomètre 46. Par exemple, le temps de relâchement des forces est inférieur ou égal à 1/10 de la période propre du sismomètre 46. Simultanément au relâchement des forces, les sismomètres 46 mesurent la vitesse de déplacement des tiges pointues 48, donc des emplacements de mesure EM1, EM2. Le pas temporel d'acquisition des éléments de mesure 42 est de 0,5 ms. Les valeurs de vitesse sont transférées dans l'unité de calcul 60 et stockées dans celle-ci. L'unité de calcul 60 calcule ensuite les déflections en fonction du temps dl(t) et d2(t) par intégration des signaux fournis par les sismomètres 46 suivant les formules suivantes: dl(t) = a f S1(t) dt d2(t) = a f S2(t)dt et où Si et S2 sont des valeurs de vitesse des emplacements EM1 et EM2 à un instant donné et a est un facteur de correction qui compense une différence entre la vitesse mesurée entre le sismomètre 46 et la structure fixe et la vitesse réelle de la paroi. Ce facteur dépend entre autres de la durée totale de retour dans la position de repos de la paroi 3. Ensuite, les déflexions maximales dMl et dM2 sont 30 calculées à partir des déflexions dans le temps, selon les formules: dMl=Max[dl(t)] et dM2=Max[d2(t)] Ces déflexions maximales sont utilisées pour calculer un indice de symétrie mécanique Is de l'ouvrage, selon la formule: I _ dMl-dM2 S dMl+dM2 Cet indice de symétrie Is varie entre -1 et 1. La valeur 0 correspond à un ouvrage mécaniquement symétrique, les valeurs 1 ou -1 correspondent aux cas où la rigidité de la paroi à l'un des emplacements de mesure EM1, EM2 est infinie ou d'un ordre de grandeur supérieure à l'autre emplacement de mesure EM2, EM1. L'unité de calcul 60 décide ensuite en fonction de la valeur Is, si l'ouvrage est symétrique, moyennement symétrique ou dissymétrique. Pour le traitement de l'indice de symétrie, il est 15 loisible d'utiliser les seuils suivants: ISI 0,2: l'ouvrage a un comportement de déformation dissymétrique En outre, à partir des déflexions maximales dMl et dM2, les raideurs R1 et R2 sont calculés: R1= F1 F2 et R2= dM1 dM2 La raideur moyenne RM est calculée comme suit: - R1ÉR2 RAf R1+R2 Ensuite, le dispositif 20 est déplacé le long de la conduite 2, et les étapes de mesure précitées sont répétées. Après n mesures sur un tronçon de la conduite 2, l'unité de calcule 60 détermine les valeurs suivantes: Les rigidités moyennes Rlm et R2m qui sont respectivement la moyenne arithmétique des mesures réalisées en les n points. n n ERln ER2n Rlm = ' R2m = ' n n Les coefficients de variation de la rigidité Cv1 et Cv2 sont calculés de la manière suivante: Cvl = al / Rlm Cv2 = a2 /R2m, où et et o2 sont les écarts types de rigidités R1 et R2. La rigidité caractéristique Rlc et R2c est: Rlc = Rlm -2a1 et R2c = R2m 2a1 Le traitement statistique des mesures de rigidités permet d'apprécier l'homogénéité de la conduite et du sol entourant auscultés. De préférence, les n points de mesure sont 15 régulièrement répartis sur le tronçon de la conduite d'une certaine longueur. Le procédé selon l'invention présente l'avantage de mesurer localement la rigidité de la paroi 3 en s'affranchissant de la nécessité de la présence d'un massif de réaction et d'un référentiel de mesure fixe grâce aux sismomètres 46. En effet, c'est les emplacements ED1 et ED2 qui fournissent la réaction nécessaire. De plus, le déplacement de l'emplacement de mesure EM1, EM2 est mesuré par rapport à un référentiel inertiel.25 indépendant de l'ouvrage. Un autre avantage du dispositif et du procédé consiste dans le fait que les rigidités R1, R2 de la paroi 3 aux deux emplacements de mesure EM1, EM2 sont mesurées simultanément et indépendamment l'une de l'autre. Dans le cas le plus courant ou l'ouvrage est symétrique par rapport à son axe vertical et si on applique les forces F1, F2 horizontalement, on mesure la raideur de la partie de paroi gauche et la raideur de la partie de paroi droite selon la convention d'orientation habituelle (amont vers l'aval). Si le système d'effort est vertical selon l'axe de symétrie, on mesure la raideur du radier et celle de la clé de voûte. Le procédé peut être utilisé de manière avantageuse pour rechercher des vides dans le sol encaissant la conduite ou pour estimer les caractéristiques mécaniques de la paroi (épaisseur ou module) ou du sol. Grâce au fait que le dispositif s'applique sur la surface de paroi en deux emplacements opposés, le dispositif selon l'invention n'a pas besoin d'une structure de référence fixe coûteuse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la rigidité d'une paroi d'une conduite (2), notamment d'une conduite enterrée, du type comprenant - des moyens de chargement (22) adaptés pour appliquer une force (F1, F2) de déformation élastique à la conduite (2), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de relâchement rapide (3) de la force 10 appliquée, et - des moyens de mesure (24) comprenant un premier élément de mesure (44) de la vitesse de déplacement de la paroi (3) suite au relâchement en un premier emplacement de mesure (EM1; EM2). 2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de mesure (44) comprend au moins un premier sismomètre (46) adapté pour être accouplé à une surface (6) de la paroi (3) de la conduite (2). 3. Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure (24) comprennent un second élément de mesure (44) de la vitesse de déplacement de la paroi (3) en un second emplacement de mesure (EM2; EM1), les premier et second éléments de mesure (44) de la vitesse de déplacement de la paroi (3) ayant des caractéristiques de mesure identiques, et en ce que ces éléments de mesure (44) sont adaptés pour mesurer la vitesse de déplacement dans deux sens opposés de la paroi (3). 4. Dispositif de mesure selon les revendications 2 et 3 prises ensemble, caractérisé en ce que le second élément de mesure (44) comprend au moins un second sismomètre (46) adapté pour être accouplé à la paroi (3) de la conduite, et en ce que les sismomètres (46) sont mobiles en translation parallèlement l'un par rapport à l'autre. 5. Dispositif de mesure selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les premier et second éléments de mesure sont reliés à un support commun (40, 42). 6. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de chargement comprennent un vérin (26) muni de deux organes d'appui (28), et en ce que les deux organes d'appui (28) peuvent être mutuellement rapprochés et éloignés l'un de l'autre par le vérin (26). 7. Procédé de mesure de la rigidité d'une paroi d'une conduite (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes: appliquer une force (F1, F2) de déformation élastique sur la paroi (3) ; relâcher rapidement la force (F1, F2); et - mesurer la vitesse de déplacement de la paroi (3) suite au relâchement. 8. Procédé de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes 20 suivantes: - la force (Fl, F2) est appliquée simultanément à deux emplacements de chargement (ED1, ED2) différents d'une seule section transversale de la conduite (2); - la force est relâchée simultanément aux deux 25 emplacements de chargement (ED1, ED2); - la vitesse de déplacement de la paroi suite au relâchement est mesurée à deux emplacements de mesure (EM1, EM2) situées sur la paroi (3). 9. Procédé de mesure selon la revendication 7 ou 8, 30 caractérisé par l'étape supplémentaire suivante: - calcul de la déflection par intégration dans le temps de la vitesse de déplacement mesurée. 10. Procédé de mesure selon les revendications 8 et 9 prises ensemble, caractérisé par le calcul de deux 2871570 13 déflexions et par le calcul de la déflection maximale de chacune des deux déflections. 11. Procédé de mesure selon la revendication 10, caractérisé par le calcul d'un indice de symétrie mécanique 5 IS de la conduite (2) par la formule suivante: dMl-dM2 IS _ dM1+dM2 oùdMl est la déflexion maximale de la paroi à un premier des emplacements de mesure et dM2 est la déflexion maximale de la paroi à un second des emplacements de mesure.