Pénétrometre de précision
<EMI ID=1.1>
La présente invention concerne pénétromètre de précision.
On connaît des pénétrometres depuis longtemps. Les sternes sont assez lents à travailler. Le flambage des transmissions, source plus ou moins importante d'erreurs,
<EMI ID=2.1>
de la résistance du sol ne sont pas possibles avec contrôle
de leur valeur respective exacte.
Le pénétromètre selon la présente invention a comme but d'empêcher ces défauts. Il est principalement caractérisé
par la combinaison soit d'un élément de pointe, de manchon
<EMI ID=3.1>
un carottier-sonde.
L'invention est à la suite décrite à l'aide d'exemples et de dessins annexés qui montrent:
fig. 1 : Une vue de face d'une charpente avec mouton-presse en position basse de travail, fig. 2 La charpente selon la fig. 1, vue de profil, avec mouton-presse en position basse de travail et posi- <EMI ID=4.1> fig. 3 : vue de profil de la charpente selon la fig. 1 après escamotage de la partie mobile, fig. 4 s une sonde ou pénétrom�tre standard, en coupe <EMI ID=5.1>
de mêmes diamètres, fig. 5 : une coupe longitudinale d'une sonde avec pointe et manchon de mêmes diamètres et avec flat mixte de même diamètre sur une certaine longueur et de diamètre réduit sur le reste de la longueur, fig. 6 : la partie pointe d'une sonde avec sonde centrale à pointe élargie, utilisable pour des sondes selon les fig. 4, 5, fig. 7 un carottier de sonde, fig. 8 : la partie pointe d'un autre modèle de sonde pour avant-trou, fig. 9 : une vue de face d'un battage automatique, fig. 10 : une vue de côté du battage selon la fig. 9, fig. 11 un tube de carottage, avec pointe-pieu, fig. 12 un carottier pour coupe géologique (complément du tube de carottage selon la fig. 11), fig. 13 : un carottier normalisé pour échantillons intacts
(complément du tube de carottage selon la fig. 11), fig. 14 :
une vue de face d'un tableau de mesure d'un pénétromètre, fig. 15 une vue de dessus partielle du tableau selon la fig. 14.
La charpente est une construction métallique servant à la mise en oeuvre de tout le pénétromètre. Elle se compose de deux parties distinctes:
- d'une partie fixe
- d'une partie mobile
Elle peut se monter sur n'importe quoi, mais de préférence
au centre de gravité d'un camion tout terrain de par ex.
15 tonnes. L'avantage est, dans ce cas, un déplacement et une mise en place rapides, la hauteur étant au gabarit des
routes nationales.
.La partie fixe se compose d'un châssis 1 servant à sa fixation ainsi que de support à deux montants avants 2 et à deux montants arrières 7. ues quatre montants 2 et 7 supportent un cadre 4 sur lequel est montée, entre autre, une floche 5 repliable sur son axe 6 et cela jusqu'en position horizontale <EMI ID=6.1> en vue du transport. Deux supports 10, fixés au châssis 1, servent, avec les deux montants avants 2, à la fixation des cylindres de deux vérins hydrauliques 3. Sous le châssis 1, une tôle 9 sert à la fixation des guides de sondes ou de carottiers, de différente diamètres, ainsi qu'au centrage
de deux glissières 11 de la partie mobile. Les guides de sonde sont prévus avec des bagues de centrage \pas représentées) permettant le blocage de la sonde qui ne redescendra pas de son propre poids et ne se tournera pas lors du dévissage
des éléments.
La flèche 5 sert à la manutation très rapide des éléments
<EMI ID=7.1>
battage par treuil et câble, passant par une poulie 17 de la flèche. Un anneau 18, fixé sur le mouton-presse 14, est prévu
<EMI ID=8.1>
des outils de forage par percussion et divers.
La partie mobile se compose des deux glissières 11 à la partie inférieure desquelles sont soudés deux tôtons 12 assurant leur
<EMI ID=9.1>
de ces deux glissières 11 est reliée par une traverse 13
<EMI ID=10.1>
fixée à la partie inférieure de celui-ci, lui assure son
<EMI ID=11.1>
Il/ En son centre passe le mouton-presse 14 lequel a deux fonctions :
- verrouillé au palonnier 16 des vérins hydrauliques 3, au moyen de deux goupilles, il transmet la pression et la traction de ces vérins;
- libéré de ce palonnier 16 il agit comme mouton de battage
A une certaine distance avant la fin de course supérieure
<EMI ID=12.1>
être soulevées après escamotage des 2 cliquets 20 par l'entretoise 15 qui vient buter sur les cales 19. Les glissières 11 sont alors déplacées vers l'arrière suivant le rayon donné par des biellettes 8 et cela pour disposer du maximum de place au centre.
<EMI ID=13.1>
peut mettre en oeuvre n'importe quel pénétromètre statique ou dynamique. Elle peut également mettre en oeuvre tout le matériel classique ou spécial pour le forage par percussion jusqu'à un diamètre de 40 cm.
Ces sondes sont à "cône fixe". Les transmissions par tubes et tiges se présentent sous la forme idéale d'un cylindre terminé par un cône, sans solution de continuité. Les trois éléments sont: <EMI ID=14.1> comprenant les parties 24, 25, 26, 28, - un manchon 29 pour mesurer le frottement latéral cumulé 1 <EMI ID=15.1>
Le coulissement possible de ces trois éléments ente eux permet les essais séparés de l'élément de pointe 37 se composant de la pointe de sonde centrale 24 et de l'enveloppe
<EMI ID=16.1>
La pointe 37 se compose elle-même de trois parties:
- d'une sonde centrale 25 avec pointe 24
- d'une enveloppe de pointe 26
- d'une goupille 28
<EMI ID=17.1>
de 900.
L'enveloppe de pointe 26, surmontée d'une colonne de tubes 27
<EMI ID=18.1>
L'alésage central permet le passage de la pointe 24 de la sonde centrale 25 qui complète ainsi ce tronc de cône.
La goupille 28 a trois fonctions principales:
- monter que l'enveloppe de pointe 26 et la sonde centrale 25 progressent en profondeur et sans déplacement entre elles,
- empêcher la sonde centrale 25 de progresser seule en profondeur et de son propre poids, - maintenir la colonne d'éléments 38 et faciliter leur vissage et blocage.
Cette goupille 28 sera cisaillée lors de l'essai "sonde centraleexpliqué plus loin.
Le manchon 29 est placé immédiatement au-dessus de l'enveloppe de pointe 26 et coulisse sur celle-ci. Il a pour but de mesurer le frottement latéral dû au retournement du sol provoqué
<EMI ID=19.1>
Un joint 33, entre le manchon 29 et l'enveloppe de pointe 26, empêchera toute intruison d'éléments fins dans cette séparation et assurera l'étanchéité parfaite.
<EMI ID=20.1>
La colonne-tube de manchon 30 est donc libre entre les deux et ne sera pas coincée lors de la décharge pour la mesure
(fig. 14 et 15). Elle comportera, aux passage des tétons 32, des lumières permettant les coulissements max. des éléments
37, 29 et 31 entre eux.
<EMI ID=21.1>
coulisse sur celui-ci. Il a pour but de mesurer le frottement latéral tout le long de la sonde. Son diamètre extérieur est le même que les diamètres extérieurs du manchon 29 et de l'enveloppe de pointe 26 \fig. 4).
<EMI ID=22.1>
les mêmes fonctions que le joint 33.
<EMI ID=23.1>
que nous venons de présenter, se composant:
- de tiges 38 vissées sur la sonde centrale 25
- de tubes 27 pour l'enveloppe de pointe 26
- de tubes 30 pour le manchon 29 <EMI ID=24.1>
rence après blocage de la sonde et après le cisaillement
de la goupille 28.
L'arrachage des sondes centrales 25, 38 sera fait au moyen
<EMI ID=25.1>
de la flèche 5 de la charpente et par treuil et câble. L'alésage ainsi libéré permettra la mesure de la profondeur
de l'eau, s'il y en a et cela avec un moyen quelconque.
<EMI ID=26.1>
réduit (fig. 5) sera employée dans les terrains produisant
un frottement latéral important.
Des raccords 35 permettront une liaison solide des éléments. rallonges 40a du fut 31a entre eux.
<EMI ID=27.1>
Pour ces deux nodules de sonde fig. 4, 5, une sonde centrale
41 à pointe élargie 42, fig. b, pourra être employée, .aile
<EMI ID=28.1>
sera perdue, mais il nous sera possible de relever le niveau
de l'eau, ce qui est très important. Dans les cas de grandes résistances superficielles provoquées par dallages, remblais, etc., il a été prévu une sonde pour avant-trou fig. 8.
La couche dure traversée, la pointe-pieu 37a sera retirée seule et la sonde choisie mise en place à l'intérieur du tube 36
qui maintiendra le terrain en place.
Une pénétration rapide, sans contrôle des résistances, peut être faite au moyen d'une sonde et cela jusqu'à une profondeur déterminée et seulement en vue de prélever un petit échantillon de terrain (grande rapidité d'exécution).
Un petit carottier 39 (fig. 7) servira à prélever un petit échantillon de terrain lors d'un sondage avec une sonde selon la fig. 5 par ex. Aptes cisaillement de la goupille 28 la colonne de sonde centrale 25, 38 sera retirée, le carottier 39 vissé à l'un des éléments-rallonges 38, et le tout redescendu dans l'alésage prévu pour la sonde centrale, resté libre. Arrivé au fond on le fera pénétrer, puis on le retirera. Suivant la nature du terrain, et si nécessaire, on fera
j <EMI ID=29.1>
l'on retirera la barre à mine, cela afin d'éviter la remontée du terrain dams l'alésage.
Apres blocage statique de la sonde centrale (raison la meilleure pour le battage) le sondage se poursuit par battage
et après les différentes manoeuvres nécessaires.
Le système du battage automatique (fig. 9, 10) est fixé sur
le haut des glissières 11 de la charpente. Le mouton-presse 14 est libéré de son palonnier 16, est élevé d'une hauteur donnée puis relâché. La hauteur de chute sera très précise et régulière, et la chute elle-même sera liore sans aucun freinage.:
Un moteur (pas démontré) selon les fig. 9, 10, entraîne une roue 45 laquelle entraîne tout le mouvement de battage automatique. L'axe 52, vissé sur l'arriére de la traverse 13, supporte la roue 45 et le pignon 46 lequel entraine le pignon
47 monté sur l'axe 53. Ces deux pignons 46 et 47 entraînent respectivement les pignons 48 et 49 clavetés sur les rouleaux
55 en les entraînant d'un mouvement de rotation continu. Les quatre biellettes 50 relient les axes 52, 53 et 54 aux rouleaux 55.
Deux arbres d'embrayage 58, reliant les biellettes:
50 deux par deux, sont solidaires d'un embrayage mécanique 56 commandé par un levier 57. Deux ressorts 59 ont pour but de tenir écartés les rouleaux 55 par l'intermédiaire des biellette!
50. Deux autres ressorts 60 ont pour but d'enregistrer les irrégularités éventuelles sur les parois du mouton 14 et par là'
/ d'épargner les pièces mécaniques usinées, tout en produisant la pression nécessaire des rouleaux 55 sur les parois du mouton. Les rouleaux d'adhérence 55 comportent un évidement 63. La partie en relief déterminera la hauteur de chute du mouton
14, ce dernier retombant des que la partie évidée 63 se présente. L'épaulement 64 en bout des arbres d'embrayage 58 limitera la course de l'embrayage 56 et évitera un embrayage permanent.
L'embrayage mécanique 56 est conçu de façon à ce que les deux arbres d'embrayage 58 soient manoeuvres rigoureusement en même temps. Les deux rouleaux d'adhérence 55 seront toujours
<EMI ID=30.1>
longueur, avec toute la largeur des côtés du mouton 14. Pour ce genre de battage �avec rouleaux évidés/, le levier 57 sera embrayé et maintenu dans cette position. De plus une plaque 61 sera fixé sur le mouton 14 l'empêchant de descendre trop bas et limitant ainsi sa course à son maximum.
Avec ces rouleaux d'adhérence 55 évidée, la hauteur de chute du mouton est fixe par rapport au point d'impact. Pour des hauteurs de chute variables ou quelconques, ces rouleaux d'adhérence 55 pourront être cylindriques. La hauteur de chute sera alors contrôlée par une graduation métrique.
Un système de battage classique, avec treuil à moteur ou à main est aussi prévu..
Ce battage automatique permet des sondages entièrement dynamique vu sa rapidité de battage et ne demandant aucune peine de la part de l'employé chargé de sa mise en oeuvre.
il est prévu également un appareil enregistrant le nombre
de coups du mouton, et un appareil enregistrant les refus.
Le battage automatique sera aussi employé, si nécessaire, pour le carottage.
Le pénétrometre ne permettant pas de voir le terrain traversé a donc été adapté de façon à pouvoir exécuter des carottages,
<EMI ID=31.1>
nécessitant un autre matériel rendant les travaux très
coûteux, longs et assez peu représentatifs.
Le carottage a été classé en deux catégories principales:
pour prélever des échantillons soit remaniés (étude de la coupe géologique), soit intacts (étude en laboratoire).
Les échantillons remaniés peuvent être prélevés selon deux possibilités:
- à partir d'une certaine profondeur
- à partir du niveau du sol
Echantillons pris à partir d'une certaine profondeur.
<EMI ID=32.1> fig. 11, est enfoncé par pression ou battage jusqu'à la profondeur désirée (une longueur de jarottier par ex. au-dessus du niveau à reconnaître). La pointe-pieu 70 est retirée.
un carottier selon la fig. 12, vissé sur un des tubes de sonde 40, est introduit à sa place et les deux demi-enveloppes
71 viennent reposer sur l'épaulement 67a de la trousse coupante
68 fig. 11. Par pression égale sur le tube de carottage 67
<EMI ID=33.1>
profondeur nécessaire. On retire alors le carottier et on dégage l'échantillon en procédant au démontage du carottier
<EMI ID=34.1>
et séparer les deux demi-enveloppes 71. un remonte ensuite
le carottier et on le remet en place pour procéder à la deuxième prise d'échantillon qui sera la première de celles
à partir du niveau duquel on veut reconnaître le terrain.
- Pour prendre les échantillons à partir du niveau du sol, le carottier �fig. 12) sera monté dans le tube de carottage <EMI ID=35.1>
Apres chacune de ces opérations le carottier (fig. 12) est retiré, l'échantillon dégagé, le carottier remis en place et ainsi de suite jusqu'à la profondeur désirée.
<EMI ID=36.1>
éboulements de terrain sont pratiquement éliminés du fait que le tube de carottage 67 reste toujours en place.
V
<EMI ID=37.1>
est chassé entre les deux demi-enveloppes 71 et ensuite entre
<EMI ID=38.1>
- Pour prélever un échantillon intact la profondeur désirée
(moins une longueur de carottier par ex.) sera atteinte à l'aide du tube de carottage 67 avec pointe-pieu 70 (fig. Il)- Un premier échantillon, remanié, sera prélevé à l'aide du <EMI ID=39.1>
Le niveau à partir duquel on veut prélever un échantillon intact sera alors atteint sans modification de sa structure par compression et une enveloppe de carottier 78 (fig. 13)
<EMI ID=40.1>
et on introduit un carottier fig. 13 jusqu'à ce que celui-ci vienne reposer sur le terrain, au niveau de la trousse coupante
68 (fig. 11).
Par pression sur le carottier (fig. 13) seul, on le fait pénétrer de la profondeur désirée, la trousse coupante 77 passant à l'intérieur de la trousse coupante 68 fig. 11. une enveloppe de carottier 78, maintenue entre la trousse coupante
77 et la tête de carottier 79, emmagasine le terrain. Le tube
<EMI ID=41.1>
env. égale, cela afin de maintenir le terrain en place.
Dans les terrains imperméables, en présence de l'eau, l'air est chassé à travers un alésage de la tête de carottier 79 en soulevant une bille 80 ayant pour but, d'empêcher l'intrusion de saletés dans le carottier.
Le carottier �fig. 13) est alors retiré et l'enveloppe 78 retirée après dévissage du tube de carottage 76 de la tète de carottier 79. Cet ensemble ^ enveloppe 78 et échantillon de terrain qu'elle contient) sera conservé pour étude en laboratoire.
Ces alternes de carottage se montent en lieu et place des sondes. La pression sera exercée à l'aide du mouton-presse 14 actionné par les vérins hydrauliques 3 et le battage à l'aide
<EMI ID=42.1>
carottiers selon les fig. 12 et 13, on se servira de la flèche
5.
Chaque élément de sonde selon les fig. 4, 5, 6 est relié à son appareil respectif par l'intermédiaire de sa transmission tubes-tiges respective, et chaque résistance est enregistrée d'une façon continue et sans mouvements alternatifs.
<EMI ID=43.1>
pour donner les valeurs des résistances d'une façon très précise et cela après élimination du flambage des transmissions. Ce flambage, inconnu avec précision, peut être important et par là fausser plus ou moins les résultats. Avec ce tableau
<EMI ID=44.1>
loin, de déterminer la valeur du flambage.
<EMI ID=45.1>
1 - d'une ossature constituée par une plaque 85 fixée au
mouton-presse 14, de deux colonnes de guidage 88, du guide-support 86, et de quatre galets 87 assurant son guidage entre les deux glissières 11.
2 - de quatre vérins mécaniques A, B, C et D. Chacun est
composé de trois vis à filets carrés de pas différents étudiés pour avoir un certain déplacement par tour.
Le vérin A est manoeuvré par la pièce tournante 91 laquelle agit sur les vis 89 et 90 maintenues entre elles au moyen des verrous 92 dans un même axe.
Les trois autres vérins B (pièces 92, 95, 96, 97);
C (106, 107, lu8) et D (113, 114, 115) se basent sur le même principe.
Le vérin A aura la fonction principale d'absorber la déformation de l'appareil 94 lors de la décharge de la pression de pointe.
Les trois autres vérins B, C et D serviront, entre autre, à contrôler la position des éléments pointe 37, manchon 29
<EMI ID=46.1>
l'isolement. ils servent également à la décharge de leur charge respective, ainsi qu'aux essaie alternatifs et
<EMI ID=47.1>
<EMI ID=48.1>
totale à la pénétration, soit la résistance à la pointe
<EMI ID=49.1>
4 - d'un appareil latéral 103, monté en avant, enregistrant la
demi-résistance du manchon 29,
5 - d'un appareil latéral 110, monté en avant; enregistrant la
<EMI ID=50.1>
qui transmet la pression et chacun d'eux est relié à un fléau: l'appareil 103 au fléau 102 par l'intermédiaire de la
<EMI ID=51.1>
de la rallonge 111.
<EMI ID=52.1>
respectif, une cale de hauteur est montée entre le chapeau 99 et le fléau de l'appareil correspondant: cale 105 au fléau 102 de l'appareil 103; cale 112 au fléau 109 de l'appareil 110.
<EMI ID=53.1>
cale 105, 112, est montée sur axe 116.
Revenons à l'appareil central 94 et à ses deux possibilités de mesure: total ou pointe
1 - Résistance totale à la pénétration:
L'effort de pointe 37 est retransmis par l'intermédiaire des pièces 98, 96, 97 et 95 à l'appareil 94. L'effort du manchon 29 est retransmis par l'intermédiaire des pièces
107, 108, 106, 102 et 104 à l'appareil 103; contrebalancé par la cale 105, cet effort du manchon 29 est reporté sur
<EMI ID=54.1>
la même façon, est retransmis par l'intermédiaire des pièces
<EMI ID=55.1>
40a) est reporté sur le chapeau 99. Le chapeau 99 coulis-
<EMI ID=56.1>
<EMI ID=57.1>
lesquels efforts sont enregistrés par l'appareil 94 et par l'intermédiaire des boulons 100 et de la pièce 95. L'appareil 94 enregistre donc les trois efforts à la
<EMI ID=58.1>
40a).
2 - Résistance à la pointe 37 seule:
<EMI ID=59.1>
ce que le chapeau 99 vienne buter sur la pièce 90 laquelle bute sur le mouton-presse 14 par l'intermédiaire des '
<EMI ID=60.1>
cette pièce 90 et l'appareil 94 ne recevra alors que la résistance de pointe 37. Les efforts du manchon 29 et du
<EMI ID=61.1> Pour cette façon de procéder un espace entre l'enveloppe de pointe 26 et le manchon 29, ainsi qu'entre le manchon 29
<EMI ID=62.1>
aux déformations max. des appareils. Les vérins C et D seront manoeuvrés de façon à raccourcir d'autant l'espace entre vérins et fléaux respectifs. Ces deux possibilités
de mesures que nous venons de voir se subdivisent elles- mêmes en plusieurs possibilités, que nous verrons par la suite et concernant la précision, la rapidité d'exécution, le flambage.
Pour une plus grande rapidité d'exécution un espace sera laissé entre chaque élément et les lectures pour les mesures, données
<EMI ID=63.1>
très rapides. Le manque de précision, sans importance dans certains cas, sera compensé par la rapidité et la simplicité de cette façon d'opérer.
Pour le cas de grande précision, l'espace entre les éléments sera réduit au minimum, d'où déplacement min. de ces éléments entre eux; l'appareil 94 enregistrera la résistance totale à la pénétration. Pour les décharges en vue de supprimer les
<EMI ID=64.1>
la valeur de ce flambage, l'enregistrement des lectures pour
les mesures se fera par ex. tous les 25 cm de pénétration. La pénétration se fera sur env. 20 cm. On arrêtera alors la progression et on séparera très légèrement le manchon 29 de
<EMI ID=65.1> au moyen de leur vérin respectif. On fera ensuite pénétrer des 5 cm restants pour permettre aux divers éléments d'enregistrer leur résistance respeotive.
On arrête cette 2e progression et on procède aux lectures.
1 - Apres avoir attendu la relaxation relative du sol on
enregistrera:
a/ la lecture de l'appareil 94 (tot. 1)
<EMI ID=66.1>
juste, avec ou sans le flambage des éléments.
2 - Décharge pour l'enregistrement des efforts séparés de
<EMI ID=67.1>
a - Décharge du manchon au moyen du vérin manchon C.
<EMI ID=68.1>
<EMI ID=69.1>
différence avec *ot* 1 on aura la valeur de la rési-
<EMI ID=70.1>
de la transmission 30 du manchon 29.
<EMI ID=71.1>
b -Décharge.de la pointe:
- Au moyen du vérin A jusqu'à concurrence de la valeur <EMI ID=72.1>
au moyen de son vérin B, l'appareil 94 pourrait se déformer de son max. (au cas ou l'effort de pointe
<EMI ID=73.1>
fausserait le résultat.
- Au moyen du vérin B le reste de la charge sur la pointe 37. Sa transmission 25, 38 et 27 devient folle. On fait alors une troisième lecture de l'appareil 94 (Tot. 3). Par différence avec Tot. 2 on. aura la valeur de la résistance à la pointe 37
(valeur précise), flambage éliminé.
Nous connaîtrons la valeur de l'erreur due au flambage de la transmission 25, 38 et 27 de la pointe 37,
<EMI ID=74.1>
l'appareil 110) retranchées du premier total et cette résistance de la pointe (valeur précise;:
<EMI ID=75.1>
Pour ces valeurs, il sera tenu compte du poids de chaque transmission, de chaque élément ainsi que la part du poids des pièces du tableau de mesure sur chaque transmission.
Ce système de mesure nous permettra en outre:
- de faire des essais séparés soit de pointe,.soit de manchon, <EMI ID=76.1>
pression.
- d'étudier les résistances fugitives au moment des démarrages et des arrêts (suivies sur les trois appareils) et au moyen d'une caméra par ex. Cette étude n'est pas possible à vue et d'autant moins qu'il y a trois appareils.
- de faire des essais statiques d'une durée quelconque, cela afin d'étudier la relaxation du sol <EMI ID=77.1> sous une charge donnée et pendant un temps donné.
etc.
un tableau de mesure avec un appareil travaillant seulement à la traction est prévu pour le cas où le poids de la sonde
(ou de la sonde centrale) serait supérieur à la résistance du sol. Apres cette "pesée" on aura la résistance du sol qui n'est pas obligatoirement nulle.
Apres blocage de la sonde, le sondage sera poursuivi avec la
/ .
sonde centrale 25, 38 seule. Pour le modèle de sonde centrale
à pointe élargie fig. 6, le tableau de mesure suivant fig. 14
et 15 pourra être employé car seulement l'effort total à la pénétration sera enregistré.
Pour les modèles de sondes centrales cylindriques fig. 4, 5,
on se servira d'un tableau de mesure spécial à un appareil
<EMI ID=78.1>
soit à l'arrachage de la sonde centrale.
Pour enregistrer les efforts séparés de pointe et de frottement :
latéral de la sonde centrale 25, 28, on agira ainsi: a) Enfoncement de la sonde centrale de 25 cm. Arrêt de la progression. Apres la relaxation relative du sol, lecture
de l'appareil qui nous indiquera la résista.-ce totale à .' ' la pénétration.
b) Arrachage de q.q. cm pour connaître la valeur du frottement latéral.
Far différence entre ces deux résistances, nous obtiendrons la résistance de pointe.
Des diagrammes seront ensuite établis, comportant:
- les différentes courbes de résistances
- des remarques diverses: bruits, vibrations, secousses, niveau de l'eau, etc., qui serviront à déterminer plus facilement la nature du sol.
/
Precision penetrometer
<EMI ID = 1.1>
The present invention relates to a precision penetrometer.
Penetrometers have been known for a long time. Terns are quite slow to work. Buckling of transmissions, a more or less significant source of errors,
<EMI ID = 2.1>
soil resistance are not possible with control
of their respective exact value.
The purpose of the penetrometer according to the present invention is to prevent these defects. It is mainly characterized
by the combination of either a tip element, a sleeve
<EMI ID = 3.1>
a core sampler.
The invention is described below with the aid of examples and accompanying drawings which show:
fig. 1: A front view of a frame with a press ram in the low working position, fig. 2 The frame according to fig. 1, side view, with press ram in low working position and posi- <EMI ID = 4.1> fig. 3: profile view of the frame according to fig. 1 after retraction of the mobile part, fig. 4 s a standard probe or penetrometer, sectional <EMI ID = 5.1>
of the same diameters, fig. 5: a longitudinal section of a probe with tip and sleeve of the same diameters and with mixed flat of the same diameter over a certain length and of reduced diameter over the rest of the length, fig. 6: the tip part of a probe with a central probe with an enlarged tip, usable for probes according to fig. 4, 5, fig. 7 a probe corer, fig. 8: the tip part of another model of probe for pilot hole, fig. 9: a front view of an automatic threshing machine, fig. 10: a side view of the threshing according to FIG. 9, fig. 11 a coring tube, with post-tip, fig. 12 a corer for geological cutting (complement of the coring tube according to fig. 11), fig. 13: a standardized corer for intact samples
(complement of the coring tube according to fig. 11), fig. 14:
a front view of a penetrometer measurement panel, fig. 15 a partial top view of the table according to FIG. 14.
The frame is a metal construction used for the implementation of the entire penetrometer. It consists of two distinct parts:
- a fixed part
- a mobile part
It can be mounted on anything, but preferably
at the center of gravity of an off-road truck of eg.
15 tons. The advantage is, in this case, a rapid movement and installation, the height being in accordance with the
national roads.
The fixed part consists of a frame 1 serving for its fixing as well as a support with two front uprights 2 and two rear uprights 7. ues four uprights 2 and 7 support a frame 4 on which is mounted, among other things, a arrow 5 foldable on its axis 6 up to the horizontal position <EMI ID = 6.1> for transport. Two supports 10, fixed to the frame 1, are used, with the two front uprights 2, to fix the cylinders of two hydraulic jacks 3. Under the frame 1, a sheet 9 is used to fix the guides of probes or corers, of different diameters, as well as centering
two slides 11 of the movable part. The probe guides are provided with centering rings (not shown) allowing the locking of the probe which will not come down again under its own weight and will not turn when unscrewing
elements.
The arrow 5 is used for very fast handling of the elements
<EMI ID = 7.1>
threshing by winch and cable, passing through a pulley 17 of the boom. A ring 18, fixed on the press ram 14, is provided
<EMI ID = 8.1>
percussion drilling tools and others.
The movable part consists of two slides 11 to the lower part of which are welded two earlyons 12 ensuring their
<EMI ID = 9.1>
of these two slides 11 is connected by a cross member 13
<EMI ID = 10.1>
attached to the lower part of it, ensures its
<EMI ID = 11.1>
He / In its center passes the sheep-press 14 which has two functions:
- Locked to the lifter 16 of the hydraulic jacks 3, by means of two pins, it transmits the pressure and the traction of these jacks;
- released from this spreader 16 it acts as a threshing stick
At a certain distance before the upper limit switch
<EMI ID = 12.1>
be lifted after retraction of the 2 pawls 20 by the spacer 15 which abuts on the wedges 19. The slides 11 are then moved rearward according to the radius given by rods 8 and this to have the maximum space in the center.
<EMI ID = 13.1>
can use any static or dynamic penetrometer. It can also use all conventional or special equipment for percussion drilling up to a diameter of 40 cm.
These probes are "fixed cone". The transmissions by tubes and rods come in the ideal form of a cylinder terminated by a cone, without any break in continuity. The three elements are: <EMI ID = 14.1> comprising parts 24, 25, 26, 28, - a sleeve 29 to measure the cumulative lateral friction 1 <EMI ID = 15.1>
The possible sliding of these three elements together allows the separate testing of the tip member 37 consisting of the center probe tip 24 and the casing
<EMI ID = 16.1>
Tip 37 itself consists of three parts:
- a central probe 25 with tip 24
- a cutting edge envelope 26
- a pin 28
<EMI ID = 17.1>
from 900.
The tip envelope 26, surmounted by a column of tubes 27
<EMI ID = 18.1>
The central bore allows the passage of the tip 24 of the central probe 25 which thus completes this truncated cone.
The pin 28 has three main functions:
- ascertain that the tip envelope 26 and the central probe 25 progress in depth and without displacement between them,
- prevent the central probe 25 from progressing alone in depth and of its own weight, - maintain the column of elements 38 and facilitate their screwing and locking.
This pin 28 will be sheared during the "central probe" test explained below.
Sleeve 29 is placed immediately above tip shell 26 and slides over it. Its purpose is to measure the lateral friction due to the overturning of the soil caused
<EMI ID = 19.1>
A seal 33, between the sleeve 29 and the tip casing 26, will prevent any intruison of fine elements into this separation and will ensure perfect sealing.
<EMI ID = 20.1>
The sleeve column-tube 30 is therefore free between the two and will not be stuck when discharging for the measurement
(fig. 14 and 15). It will include, at the passage of the nipples 32, lights allowing the maximum sliding. elements
37, 29 and 31 between them.
<EMI ID = 21.1>
slide on it. Its purpose is to measure the lateral friction all along the probe. Its outer diameter is the same as the outer diameters of sleeve 29 and tip shell 26 \ fig. 4).
<EMI ID = 22.1>
the same functions as seal 33.
<EMI ID = 23.1>
that we have just presented, consisting of:
- rods 38 screwed onto the central probe 25
- tubes 27 for the tip casing 26
- 30 tubes for the sleeve 29 <EMI ID = 24.1>
rence after blockage of the probe and after shearing
of the pin 28.
The removal of the central probes 25, 38 will be done by means of
<EMI ID = 25.1>
of the boom 5 of the frame and by winch and cable. The bore thus freed will allow the measurement of the depth
water, if there is any, and that by some means.
<EMI ID = 26.1>
reduced (fig. 5) will be used in soils producing
significant lateral friction.
Fittings 35 will allow a solid connection of the elements. extensions 40a of was 31a between them.
<EMI ID = 27.1>
For these two probe nodules fig. 4, 5, a central probe
41 with enlarged tip 42, fig. b, can be used,. wing
<EMI ID = 28.1>
will be lost, but it will be possible for us to raise the level
of water, which is very important. In the case of large surface resistances caused by paving, embankments, etc., a pre-hole probe fig. 8.
Once the hard layer has passed through, the tip-pile 37a will be removed alone and the chosen probe placed inside the tube 36
which will hold the land in place.
A rapid penetration, without resistance control, can be done by means of a probe and this up to a determined depth and only with a view to taking a small sample of the ground (high speed of execution).
A small corer 39 (fig. 7) will be used to take a small sample of the ground during a survey with a probe according to fig. 5 eg. Suitable for shearing the pin 28, the central probe column 25, 38 will be withdrawn, the corer 39 screwed to one of the extension elements 38, and the whole lowered into the bore provided for the central probe, which remains free. Once at the bottom, it will be made to penetrate, then it will be withdrawn. Depending on the nature of the terrain, and if necessary, we will
j <EMI ID = 29.1>
the mine bar will be removed in order to prevent the ground from rising into the bore.
After static blocking of the central probe (the best reason for threshing) the sounding continues with threshing
and after the various maneuvers required.
The automatic threshing system (fig. 9, 10) is fixed on
the top of the rails 11 of the frame. The ram-press 14 is released from its lifter 16, is raised to a given height and then released. The drop height will be very precise and regular, and the drop itself will be light without any braking:
A motor (not shown) according to fig. 9, 10, drives a wheel 45 which drives all the automatic threshing movement. The axis 52, screwed on the rear of the cross member 13, supports the wheel 45 and the pinion 46 which drives the pinion
47 mounted on the axis 53. These two pinions 46 and 47 respectively drive the pinions 48 and 49 keyed on the rollers
55 by driving them in a continuous rotational movement. The four links 50 connect the axes 52, 53 and 54 to the rollers 55.
Two clutch shafts 58, connecting the rods:
50 two by two, are integral with a mechanical clutch 56 controlled by a lever 57. Two springs 59 are intended to keep the rollers 55 apart by means of the connecting rod!
50. Two other springs 60 are intended to register any irregularities on the walls of the ram 14 and thereby '
/ to spare the machined mechanical parts, while producing the necessary pressure of the rollers 55 on the walls of the ram. The grip rollers 55 have a recess 63. The raised part will determine the fall height of the sheep.
14, the latter falling as soon as the recessed part 63 appears. The shoulder 64 at the end of the clutch shafts 58 will limit the travel of the clutch 56 and prevent permanent engagement.
The mechanical clutch 56 is designed so that the two clutch shafts 58 are operated rigorously at the same time. The two grip rollers 55 will always be
<EMI ID = 30.1>
length, with the full width of the sides of the ram 14. For this kind of threshing (with hollowed out rollers /), the lever 57 will be engaged and kept in this position. In addition, a plate 61 will be fixed on the ram 14 preventing it from descending too low and thus limiting its stroke to its maximum.
With these recessed grip rollers 55, the fall height of the sheep is fixed with respect to the point of impact. For variable or any drop heights, these adhesion rollers 55 may be cylindrical. The height of fall will then be controlled by a metric scale.
A classic threshing system, with motor or hand winch is also planned.
This automatic threshing allows fully dynamic surveys given its speed of threshing and requiring no trouble from the employee responsible for its implementation.
a device is also provided for recording the number
beatings of the sheep, and a device recording the refusals.
Automatic threshing will also be used, if necessary, for coring.
The penetrometer not allowing to see the crossed ground has therefore been adapted so as to be able to carry out coring,
<EMI ID = 31.1>
requiring other equipment making the work very
expensive, long and not very representative.
Coring has been classified into two main categories:
to take samples either reworked (study of the geological section) or intact (laboratory study).
Reworked samples can be taken in two ways:
- from a certain depth
- from ground level
Samples taken from a certain depth.
<EMI ID = 32.1> fig. 11, is pressed down or beaten to the desired depth (eg a length of the jar above the level to be recognized). The stake tip 70 is removed.
a core barrel according to FIG. 12, screwed onto one of the probe tubes 40, is introduced in its place and the two half-envelopes
71 come to rest on the shoulder 67a of the cutting kit
68 fig. 11. By equal pressure on the coring tube 67
<EMI ID = 33.1>
necessary depth. The corer is then removed and the sample is released by disassembling the corer
<EMI ID = 34.1>
and separate the two half-envelopes 71. then a remount
the corer and put it back in place to take the second sample which will be the first of those
from the level at which we want to recognize the terrain.
- To take samples from ground level, the corer � fig. 12) will be mounted in the core tube <EMI ID = 35.1>
After each of these operations, the corer (fig. 12) is withdrawn, the sample released, the corer replaced and so on to the desired depth.
<EMI ID = 36.1>
Landslides are virtually eliminated because the core tube 67 always remains in place.
V
<EMI ID = 37.1>
is driven between the two half-envelopes 71 and then between
<EMI ID = 38.1>
- To take an intact sample at the desired depth
(minus a core barrel length, for example) will be reached using the coring tube 67 with pile tip 70 (fig. II) - A first sample, reworked, will be taken using <EMI ID = 39.1 >
The level from which we want to take an intact sample will then be reached without modification of its structure by compression and a core barrel 78 (fig. 13).
<EMI ID = 40.1>
and we introduce a corer fig. 13 until it comes to rest on the ground, at the level of the cutting tool
68 (fig. 11).
By pressure on the core barrel (fig. 13) alone, it is made to penetrate to the desired depth, the cutting kit 77 passing inside the cutting kit 68 fig. 11. a corer casing 78, held between the cutting kit
77 and the corer head 79, stores the ground. The tube
<EMI ID = 41.1>
approx. equal, this in order to keep the ground in place.
In impermeable grounds, in the presence of water, the air is forced out through a bore of the corer head 79 by lifting a ball 80 for the purpose of preventing the intrusion of dirt into the corer.
The corer � fig. 13) is then removed and the casing 78 removed after unscrewing the coring tube 76 from the corer head 79. This set ^ casing 78 and the field sample it contains) will be kept for laboratory study.
These alternate coring are mounted in place of the probes. The pressure will be exerted using the ram-press 14 actuated by the hydraulic cylinders 3 and the threshing using
<EMI ID = 42.1>
core barrels according to fig. 12 and 13, we will use the arrow
5.
Each probe element according to fig. 4, 5, 6 is connected to its respective device through its respective tube-rod transmission, and each resistance is recorded continuously and without reciprocating movements.
<EMI ID = 43.1>
to give the resistance values in a very precise way and that after elimination of the buckling of the transmissions. This buckling, unknown with precision, can be important and thus more or less distort the results. With this table
<EMI ID = 44.1>
away, to determine the buckling value.
<EMI ID = 45.1>
1 - a framework consisting of a plate 85 fixed to the
ram-press 14, two guide columns 88, the support guide 86, and four rollers 87 guiding it between the two slides 11.
2 - four mechanical jacks A, B, C and D. Each is
composed of three square thread screws of different pitches designed to have a certain displacement per revolution.
The jack A is operated by the rotating part 91 which acts on the screws 89 and 90 held together by means of the bolts 92 in the same axis.
The other three cylinders B (parts 92, 95, 96, 97);
C (106, 107, lu8) and D (113, 114, 115) are based on the same principle.
The cylinder A will have the main function of absorbing the deformation of the apparatus 94 during the discharge of the peak pressure.
The other three jacks B, C and D will be used, among other things, to control the position of the tip 37, sleeve 29 elements
<EMI ID = 46.1>
isolation. they are also used for discharging their respective charge, as well as for alternative tests and
<EMI ID = 47.1>
<EMI ID = 48.1>
total penetration, i.e. resistance to the point
<EMI ID = 49.1>
4 - a side device 103, mounted forward, recording the
half-resistance of sleeve 29,
5 - a lateral device 110, mounted in front; recording the
<EMI ID = 50.1>
which transmits the pressure and each of them is connected to a flail: the apparatus 103 to the flail 102 through the intermediary of the
<EMI ID = 51.1>
extension 111.
<EMI ID = 52.1>
respective, a height wedge is mounted between the cap 99 and the beam of the corresponding device: wedge 105 to the beam 102 of the device 103; hold 112 to the beam 109 of the apparatus 110.
<EMI ID = 53.1>
wedge 105, 112, is mounted on pin 116.
Let us return to the central apparatus 94 and its two possibilities of measurement: total or peak
1 - Total resistance to penetration:
The peak force 37 is retransmitted via the parts 98, 96, 97 and 95 to the device 94. The force of the sleeve 29 is retransmitted via the parts
107, 108, 106, 102 and 104 to the apparatus 103; counterbalanced by the wedge 105, this effort of the sleeve 29 is transferred to
<EMI ID = 54.1>
the same way, is retransmitted via the parts
<EMI ID = 55.1>
40a) is transferred to cap 99. Cap 99 coulis-
<EMI ID = 56.1>
<EMI ID = 57.1>
which forces are recorded by the device 94 and through the bolts 100 and the part 95. The device 94 therefore registers the three forces at the
<EMI ID = 58.1>
40a).
2 - Resistance to tip 37 only:
<EMI ID = 59.1>
that the cap 99 comes to abut on the part 90 which abuts on the ram-press 14 by means of the '
<EMI ID = 60.1>
this part 90 and the device 94 will then only receive the peak resistance 37. The forces of the sleeve 29 and of the
<EMI ID = 61.1> For this procedure a space between the tip casing 26 and the sleeve 29, as well as between the sleeve 29
<EMI ID = 62.1>
at max. machines. The cylinders C and D will be operated in such a way as to shorten the space between the respective cylinders and flails accordingly. These two possibilities
of measurements which we have just seen subdivide themselves into several possibilities, which we will see subsequently and concerning the precision, the speed of execution, the buckling.
For a greater speed of execution a space will be left between each element and the readings for measurements, data
<EMI ID = 63.1>
very fast. The lack of precision, unimportant in some cases, will be compensated by the speed and simplicity of this way of operating.
In the case of high precision, the space between the elements will be reduced to a minimum, hence the min. of these elements among themselves; apparatus 94 will record the total resistance to penetration. For landfills in order to remove
<EMI ID = 64.1>
the value of this buckling, recording the readings for
the measurements will be done eg. every 25 cm of penetration. Penetration will take place over approx. 20 cm. We will then stop the progression and we will very slightly separate the sleeve 29 from
<EMI ID = 65.1> by means of their respective cylinder. We will then penetrate the remaining 5 cm to allow the various elements to register their respeotive resistance.
We stop this 2nd progression and we proceed to readings.
1 - After waiting for the relative relaxation of the ground, we
will record:
a / reading of the device 94 (tot. 1)
<EMI ID = 66.1>
just, with or without buckling of the elements.
2 - Discharge for recording the separate efforts of
<EMI ID = 67.1>
a - Discharge of the sleeve by means of the sleeve cylinder C.
<EMI ID = 68.1>
<EMI ID = 69.1>
difference with * ot * 1 we will have the value of the resi-
<EMI ID = 70.1>
of the transmission 30 of the sleeve 29.
<EMI ID = 71.1>
b -Discharge from the tip:
- Using actuator A up to the value <EMI ID = 72.1>
by means of its jack B, the device 94 could be deformed from its max. (in case of peak effort
<EMI ID = 73.1>
would distort the result.
- By means of the jack B the rest of the load on the point 37. Its transmission 25, 38 and 27 goes crazy. A third reading of the device 94 is then made (Tot. 3). By difference with Tot. 2 on. will have the value of the resistance at the tip 37
(precise value), buckling eliminated.
We will know the value of the error due to the buckling of the transmission 25, 38 and 27 of the tip 37,
<EMI ID = 74.1>
the apparatus 110) subtracted from the first total and this resistance of the tip (precise value ;:
<EMI ID = 75.1>
For these values, account will be taken of the weight of each transmission, of each element as well as the share of the weight of the parts of the measurement table on each transmission.
This measurement system will also allow us:
- to carry out separate tests either of peak,. or of sleeve, <EMI ID = 76.1>
pressure.
- study the fugitive resistances at the time of starts and stops (monitored on the three devices) and by means of a camera for example. This study is not possible on sight, especially since there are three devices.
- to carry out static tests of any duration, in order to study the relaxation of the ground <EMI ID = 77.1> under a given load and for a given time.
etc.
a measurement table with a device working only on traction is provided for the case where the weight of the probe
(or the central probe) would be greater than the resistance of the ground. After this "weighing" we will have the resistance of the ground which is not necessarily zero.
After blocking the probe, the probing will be continued with the
/.
central probe 25, 38 alone. For central probe model
with enlarged point fig. 6, the measurement table according to fig. 14
and 15 can be used because only the total penetration effort will be recorded.
For cylindrical central probe models fig. 4, 5,
we will use a special measuring table with one device
<EMI ID = 78.1>
either by pulling out the central probe.
To record the separate peak and friction forces:
side of the central probe 25, 28, we will act as follows: a) Depression of the central probe by 25 cm. Stop progress. After the relative relaxation of the ground, read
of the apparatus which will indicate to us the total resistance to. ' 'penetration.
b) Pulling up q.q. cm to know the value of the lateral friction.
Far difference between these two resistances, we will obtain the peak resistance.
Diagrams will then be drawn up, comprising:
- the different resistance curves
- various remarks: noises, vibrations, shocks, water level, etc., which will be used to more easily determine the nature of the soil.
/