CA2792313C

CA2792313C - Method and device for measuring mechanical characteristics of the ground

Info

Publication number: CA2792313C
Application number: CA2792313A
Authority: CA
Inventors: Khalil Fahmy Iskander
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2014-08-19
Anticipated expiration: 2031-04-29
Also published as: CN103201434B; WO2011134028A1; EP2563974A1; CA2792313A1; GB201215550D0; CN103201434A; EP2563974B1; DE112011101504T5; WO2011134028A8; BE1019322A3

Abstract

Procédé et dispositif consiste à introduire une cellule à membrane (7) dans un forage dans le sol. Un gaz sous pression alimente la cellule, et l'augmentation du volume de la cellule (7) est alors mesurée en fonction de la pression exercée. Un tube vertical (10) juste au-dessus de la cellule à membrane (7) est équipé par un revolver incliné (8), sa balle est une aiguille hypodermique menu d'un capteur (5), à tirer dans le sol jusqu'au niveau de déformations maximale (6) de la cellule à membrane ainsi que à son voisinage, à mesurer la pression interstitiel en fonction de la pression exercée et le volume de la cellule à membrane.Method and device consists in introducing a membrane cell (7) into a borehole in the ground. A pressurized gas feeds the cell, and the increase in the volume of the cell (7) is then measured as a function of the pressure exerted. A vertical tube (10) just above the membrane cell (7) is equipped with an inclined revolver (8), its bullet is a hypodermic needle with a sensor (5), to be shot in the ground up to at the level of maximum deformations (6) of the membrane cell as well as in its vicinity, measuring the interstitial pressure as a function of the pressure exerted and the volume of the membrane cell.

Description

=

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE MESURE DES CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES
DU SOL
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour mesurer des caractéristiques mécaniques du sol. Le dispositif est du type à cellule à
membrane associée à un piézomètre constitué par une aiguille hypodermique menu d'un capteur.
Différents appareils à membrane sont utilisés pour étudier les caractéristiques mécaniques du sol dont: l'essai pressiométrique, l'essai dilatométrique, l'essai de cône pressiométre, et l'appareil à membrane à piézomètre incliné...
Le procédé de mesures de caractéristiques mécaniques du sol par les appareils précédemment cité s'accorde sur le principe indépendant de la méthode de mise en place des appareils. Les méthodes de mise en place sont, soit un appareil avec un forage préalable ou un appareil à enfoncer ou auto foreur. Le procédé est effectué
par alimentation la cellule à membrane par un liquide ou gaz sous pression.
L'augmentation de la pression de liquide ou du gaz fait gonfler la cellule à membrane. La capacité
portante du sol est déduite de la relation entre la pression exercée et le gonflement au niveau central de la cellule à membrane.
Les méthodes d'interprétation des mesures obtenues par les appareils précédemment cités se basent sur l'hypothèse que les déformations de milieu du sol sont homogènes. Mais les déformations du sol autour de la cavité entourant la cellule à
membrane sont hétérogènes (Ladanyi, B 1977. Discussion on undrained stress-strain-time behaviour of clay Journal of Soil mechanics and foundation division ASCE;

(8): 933-934), et en conséquence, ce n'est pas forcement que les déformations de la cavité représentent celles du milieu. D'ailleurs, plusieurs auteurs (Thevanayagam S, Chameau, J.L and G. Alschaeffl; 1994. Some aspects of pressuremeter test interpretation in clay geoteclutique: 319-355) confirment la création de fissures radiales à travers d'anneau étroit autour de la cavité. Ceci signifie le développement des contraintes négatives à travers cet anneau, cependant, l'état des contraintes au sol sous les fondations doit être toujours positif.
Pour éviter ces inconvénients, il faut interpréter le comportement d'une particule du sol loin de l'anneau fissuré. Le dispositif de l'appareil à
membrane à
piézomètre incliné (EP 0 705 941) permet d'enfoncer un piézomètre dans le sol au voisinage et au niveau central de la cellule à membrane par un piston incliné.
Mais, il faut une charge très forte pour vaincre la résistance élevée du sol qui empêche l'enfoncement aisé du tube de manoeuvre du piston et risque d'abîmer les autres tubes du système.
Le dessin unique annexé illustre l'invention :
La figure 1 représente le dispositif de l'invention qui comporte ce qui suit (1) : Un support sur lequel le tube (10) appuie pendant l'enregistrement des mesures de l'essai. =

METHOD AND DEVICE FOR MEASURING MECHANICAL CHARACTERISTICS
OF THE GROUND
The present invention relates to a method and a device for measuring mechanical characteristics of the soil. The device is of the cell type membrane associated with a piezometer constituted by a hypodermic needle menu of a sensor.
Different membrane devices are used to study the characteristics soil mechanics including: the pressuremeter test, the dilatometric test, the cone test pressiometer, and the inclined piezometer diaphragm apparatus ...
The method of measuring the mechanical characteristics of the soil by the apparatus previously cited agrees on the principle independent of the method of in place devices. The methods of setting up are either a device with A drilling prerequisite or a driving device or auto driller. The process is carried out by supplying the membrane cell with a liquid or gas under pressure.
increasing liquid pressure or gas causes the membrane cell to swell. The capacity carrying capacity is deduced from the relationship between the pressure exerted swelling central level of the membrane cell.
Methods of interpreting the measurements obtained by the devices previously cited are based on the assumption that the middle deformations of the ground are homogeneous. But the deformations of the soil around the cavity surrounding the cell to membrane are heterogeneous (Ladanyi, B 1977. Discussion on undrained stress-strain-time behavior of clay ASCE Journal of Soil Mechanics and Foundation Division;

(8): 933-934), and therefore, it is not necessarily that the deformations of the cavity represent those in the middle. By the way, several authors (Thevanayagam S, Camel, JL and G. Alschaeffl; 1994. Some aspects of pressuremeter test interpretation in clay geoteclutique: 319-355) confirm the creation of radial cracks through a narrow ring around the cavity. This means development of the negative constraints across this ring, however, the state of the constraints ground under the foundations must always be positive.
To avoid these drawbacks, one must interpret the behavior of a soil particle far from the cracked ring. The device of the device to membrane to inclined piezometer (EP 0 705 941) makes it possible to drive a piezometer into the ground at neighborhood and at the central level of the membrane cell by an inclined piston.
But he needs a very strong load to overcome the high resistance of the soil that stop the easy insertion of the piston operating tube and may damage the other tubes of the system.
The attached single drawing illustrates the invention:
FIG. 1 represents the device of the invention which comprises the following (1): A support on which the tube (10) presses during the recording measurements of the test.

(2) : Un trou couvert par caoutchouc permettant la pénétration pendant le tir et le retrait de l'aiguille hypodermique (5). (2): A rubber-covered hole allowing penetration during the shot and the removal of the hypodermic needle (5).

(3) : Le tube (10) est muni d'un guide (3) pour assurer la position du bout de l'aiguille hypodermique (5) face au centre du trou (2). (3): The tube (10) is provided with a guide (3) to ensure the end position of the needle hypodermic (5) facing the center of the hole (2).

(4) : Un noeud sur le câble (17) à une distance de l'aiguille hypodermique (4): A knot on the cable (17) at a distance from the hypodermic needle

(5) égale à
la longueur du chemin de la position initiale de l'aiguille hypodermique (5) dans le revolver (8) jusqu'au niveau (6) central des mesures au voisinage de la cellule à
membrane (7). Le noeud (4) est destiné à retenir l'aiguille hypodermique (5) au niveau (6) de mesures pendant l'enregistrement de valeurs de mesures de la pression interstitielle.
(5) : L'aiguille hypodermique (5) qui est la balle du revolver (8) menu d'un capteur à
mesurer la pression interstitielle au niveau (6) de mesures au voisinage de la cellule à membrane (7). (5) equal to the path length of the initial position of the hypodermic needle (5) in the revolver (8) to the central level (6) of the measurements in the vicinity of the cell to membrane (7). The knot (4) is for holding the hypodermic needle (5) at level (6) of measurements during the recording of measurement values of the interstitial pressure.
(5): The hypodermic needle (5) which is the bullet of the revolver (8) menu from a sensor to measure the interstitial pressure at (6) of measurements in the vicinity of the membrane cell (7).

(6) : Le niveau de mesures (6), niveau central de déformation maximale de la cellule à
membrane (7). (6): The level of measurements (6), central level of maximum deformation of the cell to membrane (7).

(7) : La cellule à membrane de l'appareil qui est alimentée par un liquide ou un gaz sous pression (7): The membrane cell of the apparatus which is fed with a liquid or a gas under pressure

(8) : Le revolver incliné (8) par rapport à l'axe du tube vertical (9). Le tube vertical (10) de diamètre inférieur à celui du tube (9) comprend le revolver incliné
(8). La balle du revolver (8) est l'aiguille hypodermique (5). (8): The inclined revolver (8) relative to the axis of the vertical tube (9). The vertical tube (10) of smaller diameter than the tube (9) includes the inclined revolver (8). The revolver bullet (8) is the hypodermic needle (5).

(9) : Le tube-vertical servant d'intermédiaire entre la cellule à membrane (7) et la surface du sol et comprend le tube (10) qui comprend le revolver incliné (8).
Tous les câbles et les canalisations passent dans ce tube (9). (9): The vertical tube acting as an intermediate between the membrane cell (7) and the surface of the ground and comprises the tube (10) which comprises the inclined revolver (8).
All the cables and pipes pass through this tube (9).

(10) : Un tube de diamètre inférieur à celui du tube (9), muni d'un guide (3) pour assurer la position du bout de l'aiguille hypodermique (5) face au centre du trou (2). Le tube (10) comprend le revolver incliné (8). (10): A tube of smaller diameter than the tube (9), provided with a guide (3) for ensure the position of the tip of the hypodermic needle (5) facing the center of the hole (2). The tube (10) comprises the inclined revolver (8).

(11) : Un câble pour introduire le tube (10) dans le tube (9) et le retrait mécanique ou manuel jusqu'à la surface du sol. (11): A cable for introducing the tube (10) into the tube (9) and the withdrawal mechanical or manual up to the ground surface.

(12) : La détente du revolver incliné (8).
(14) : Un câble qui raccorde la détente (12) du revolver (8) à la surface du sol. Le tir de l'aiguille hypodermique (5) vers le niveau (6) de mesures est effectué par la traction du câble (14).
(15) : Ordinateur situé à la surface du sol.
(16) : Un câble qui raccorde le capteur de l'aiguille hypodermique (5) à un ordinateur (15) à la surface du sol pour l'enregistrement de mesures effectuées au niveau (6) de mesures.
(17) : Un deuxième câble qui raccorde l'aiguille hypodermique (5) à la surface du sol.
Ce câble (17) est destiné à retenir l'aiguille hypodermique (5) au niveau (6) de mesures lorsque l'aiguille (5) est projetée, grâce à un n ud (4) sur le câble (17).
Le câble (17) servant également à retirer l'aiguille hypodermique (5) vers sa position initiale dans le revolver (8) par le retrait mécanique ou manuel par le câble (17).
En référence à ce dessin, le procédé selon l'invention permet de remédier aux inconvénients et d'effectuer les mesures de la pression interstitielle souhaitées. Le procédé consiste à enfoncer dans le sol ou par forage une cellule à membrane (7) dans laquelle, on introduit sous pression un liquide ou un gaz, à mesurer l'augmentation de volume de la cellule à membrane (7) en fonction de la pression exercée. Le procédé
selon l'invention consiste à tirer dans le sol, à partir d'un revolver (8), selon une direction inclinée à partir de la partie juste supérieure à la cellule à
membrane (7), une aiguille hypodermique (5) menu d'un capteur jusqu'au niveau (6) central des déformations maximale de la cellule à membrane (7) et à mesurer le changement de la valeur de la pression interstitielle au niveau central (6) ainsi qu'au voisinage de la cellule à membrane (7) en fonction de la pression dans la cellule à membrane (7).
Le dispositif pour la mise en uvre du procédé est du type comprenant un tube vertical (9) comportant une cellule à membrane (7), et consiste à introduire dans le tube (9) un tube vertical (10) de diamètre inférieur, à appuyer sur support (1) et muni d'un guide (3), à assurer le bout d'une aiguille hypodermique (5) face au centre de trou (2) couvert par caoutchouc. Le tube (10) comprend un revolver incliné (8) par rapport à
l'axe du tube vertical (9) qui serve intermédiaire entre la cellule à membrane (7) et la surface du sol. Le tir de l'aiguille hypodermique (5) est effectué par la traction par un câble (14) qui raccorde la détente (12) du revolver (8) à la surface du sol.
Dans une forme de réalisation, le capteur de l'aiguille hypodermique (5) est raccordé par un câble (16) à un ordinateur (15) destiné à l'enregistrement des valeurs de mesures, et aussi l'aiguille (5) est raccordée par un autre câble (17) destiné
à retenir l'aiguille hypodermique (5) dans la position souhaitée, lorsqu'elle est projetée, grâce à
un noeud (4) sur le câble (17) à une distance de l'aiguille hypodermique (5) égale à la longueur du chemin de sa position initiale jusqu'au niveau (6) de mesure. Le câble (17) sert également à retirer l'aiguille hypodermique (5) vers sa position initiale dans le revolver (8) par le retrait mécanique ou manuel par le câble (17).
Le bout de l'aiguille (5) est emboîté par une capsule qui se colle et reste dans le sol lors du retrait de l'aiguille hypodermique (5) par le câble (17) pour éviter que l'aiguille hypodermique (5) ne se colle dans le sol. Le retrait du tube (10) est effectué
par la traction par le câble (11).
Le procédé de mesures se répète tous les mètres jusqu' à la profondeur requise sous sol. (12): The relaxation of the inclined revolver (8).
(14): A cable that connects the trigger (12) of the revolver (8) to the surface of the ground. The shot of the hypodermic needle (5) towards the level (6) of measurements is carried out by the pulling the cable (14).
(15): Computer located on the surface of the ground.
(16): A cable which connects the sensor of the hypodermic needle (5) to a computer (15) on the ground surface for the recording of measurements made at the (6) of measures.
(17): A second cable that connects the hypodermic needle (5) to the ground surface.
This cable (17) is intended to hold the hypodermic needle (5) at (6) of measurements when the needle (5) is projected, thanks to a node (4) on the cable (17).
The cable (17) also serves to remove the hypodermic needle (5) towards its initial position in the revolver (8) by mechanical or manual removal by the cable (17).
With reference to this drawing, the method according to the invention makes it possible to remedy disadvantages and perform measurements of interstitial pressure desired. The method consists in driving a membrane cell into the ground or by drilling (7) in which is introduced under pressure a liquid or a gas, to be measured the raise of volume of the membrane cell (7) as a function of the pressure exerted. The process according to the invention consists in pulling in the ground, from a revolver (8), according to one inclined direction from the part just above the cell to membrane (7), a hypodermic needle (5) menu of a sensor up to the central level (6) of maximum deformations of the membrane cell (7) and to measure the change of the the value of interstitial pressure at central level (6) and neighborhood of the membrane cell (7) as a function of the pressure in the membrane cell (7).
The device for implementing the method is of the type comprising a tube vertical section (9) comprising a membrane cell (7), and consists in introducing in the tube (9) a vertical tube (10) of smaller diameter, to be supported on support (1) and equipped with a guide (3), to ensure the tip of a hypodermic needle (5) facing the center of hole (2) covered by rubber. The tube (10) comprises an inclined revolver (8) for report to the axis of the vertical tube (9) serving intermediate between the membrane cell (7) and the ground surface. The shooting of the hypodermic needle (5) is carried out by the traction by a cable (14) which connects the trigger (12) of the revolver (8) to the ground surface.
In one embodiment, the hypodermic needle sensor (5) is connected by a cable (16) to a computer (15) for recording values of measurements, and also the needle (5) is connected by another cable (17) intended to remember the hypodermic needle (5) in the desired position, when it is projected, thanks to a knot (4) on the cable (17) at a distance from the hypodermic needle (5) equal to the path length from initial position to measurement level (6). The cable (17) also serves to remove the hypodermic needle (5) to its initial position in the revolver (8) by mechanical or manual removal by the cable (17).
The tip of the needle (5) is fitted by a capsule which sticks and remains in the the removal of the hypodermic needle (5) by the cable (17) for avoid that the hypodermic needle (5) does not stick in the ground. Removal of the tube (10) is done by pulling the cable (11).
The measurement process is repeated every meter to the required depth basement.

Claims

1) Method for measuring the mechanical characteristics of soils of the type consisting for driving into the ground or drilling a membrane cell (7) in which, we introduced under pressure a liquid or a gas, to measure the increase of volume of the membrane cell according to the pressure exerted characterized in that consists of pulling in the ground, from a revolver (8), in a direction inclined to from the just superior to the membrane cell (7), a hypodermic needle (5) menu from a sensor to the central level (6) of the maximum deformations of the cell to membrane (7) and to measure the change in the value of the pressure interstitial central level (6) and in the vicinity of the membrane cell (7) in function of the pressure in the membrane cell (7).

2) Device for measuring mechanical characteristics of soils for the setting process according to claim 1, of the type comprising a tube vertical (9) comprising a membrane cell (7), characterized in that it consists of introduce in the tube (9), a vertical tube (10) of smaller diameter, to be pressed support (1) and provided with a guide (3), to ensure the tip of a hypodermic needle (5) facing the center of hole (2) covered by rubber, the vertical tube (10) includes a revolver inclined (8) relative to the axis of the vertical tube (9), serving as an intermediate between cell to membrane (7) and the ground surface, and in that the needle shot hypodermic (5) is pulled by a cable (14) which connects the trigger (12) of the revolver (8) at the ground surface.

3) Device according to claim 2 characterized in that the sensor of the hypodermic needle (5) is connected by a cable (16) to a computer (15) intended to the recording of measurement values, and also the hypodermic needle (5) is connected by another cable (17) for retaining the hypodermic needle (5) in the desired position, when projected, by means of a knot (4) on the cable (17) to a distance of the hypodermic needle (5) equal to the length of the path of its position initial up to the level (6) of measurement. The cable (17) is also used to remove needle hypodermic (5) to its initial position in the revolver (8) by the withdrawal mechanical or manual by the cable (17).

4) Device according to any one of claims 2 and 3 characterized in this that the tip of the hypodermic needle (5) is fitted by a capsule which glue and remains in the soil when the hypodermic needle (5) is removed by the cable (17) for avoid that the hypodermic needle (5) sticks in the ground. The withdrawal of tube (10) to the ground surface is performed by pulling the cable (11).