Dispositif pénétrométrique terrestre ou sous-marin
La présente invention a pour objet un dispositif pénétrométrique terrestre ou sous-marin.
La technique du pénétromètre est actuellement bien connue. Elle consiste à enfoncer dans le sol à vitesse constante, au moyen de vérins hydrauliques ou mécaniques, une tige métallique terminée par une pointe conique. Au fur et à mesure de l'enfoncement de la tige, on mesure la force s'opposant à la pénétration de la pointe conique par le truchement de barres mécaniques, de systèmes hydrauliques ou de jauges électriques. Les résultats de cette mesure permettent de connaître la résistance mécanique du sol en fonction de la profondeur.
Pour faire pénétrer la tige, il est nécessaire de lui appliquer des forces considérables pouvant dépasser la dizaine de tonnes. Afin d'éviter de déplacer un appareil dont le poids serait égal à la force maximum nécessaire, on ancre le vérin dans le sol. Actuellement, cet ancrage se réalise en vissant dans le sol d'énormes tirefonds semblables à des vis à bois. Cette technique, parfaitement valable sur terre ferme, ne se prête pas facilement à la commande à distance nécessaire pour opérer au fond de l'eau. De plus, les vérins hydrauliques, dont la course est limitée, nécessitent des mécanismes délicats pour serrer et desserrer la tige pénétrométrique au moment opportun.
Le but de la présente invention est d'assurer d'une façon simple et facile l'ancrage du dispositif pénétrométrique soit au sol, soit au fond de l'eau, ainsi que l'enfoncement et la récupération de la tige pénétrante.
Le dispositif pénétrométrique terrestre ou sous-marin objet de l'invention, comprenant une tige commandée par un vérin et terminée par un cône destiné à pénétrer dans le sol dont on désire déterminer la résistance à la pénétration, le vérin étant rendu solidaire du sol par des moyens d'ancrage, est caractérisé en ce que les moyens d'ancrage sont constitués d'au moins une ventouse dans laquelle une dépression est maintenue par au moins une pompe.
La seule et unique figure du dessin annexé représente, à titre d'exemple, une réalisation du dispositif pénétrométrique faisant l'objet de l'invention.
Le dispositif représenté comprend une ventouse d'ancrage affectant la fonne d'une cloche (1) qui est représentée posée sur le fond de la mer (10). Au moment où la cloche est posée sur le fond de l'eau ou sur la terre, la pompe (2) est mise en marche et aspire l'air ou l'eau se trouvant à l'intérieur de la cloche, y maintenant une dépression malgré les fuites inévitables. Ces dernières sont limitées par l'enfoncement partiel de la cloche dans le sol et par une membrane (9) imperméable lestée et souple qui entoure la cloche à la façon d'une jupe. La soupape (3) limite la dépression dans la cloche à une valeur préréglée de façon à éviter des ruptures du sol.
Un écrou rotatif (5) monté dans un palier pourvu de butées est entraîné en rotation par un moteur submersible (7) et fait pénétrer dans le sol la tige filetée (4) qui le traverse. Le cône (8) terminant la tige filetée est muni d'un dispositif de mesure de force connu et non figuré, par exemple une jauge de contraintes dont les informations sont transmises par un câble électrique non figuré passant au centre de la tige filetée jusqu'aux appareils de surface non représentés. Dans la version sous-marine, un flotteur (15) fixé au sommet de la tige filetée (4) qui le traverse assure la verticalité du dispositif. Un aileron (6) solidaire de la tige filetée et immergé, ralentit considérablement la rotation de la tige filetée, évitant qu'elle ne soit entraînée en rotation par l'écrou.
Un couple de moteurs électriques (11) et (12) permet de mettre en rotation la tige filetée. Ceci peut être nécessaire en cas de pénétration difficile. Le cas échéant, la tige filetée peut être terminée par un foret. En jouant sur les vitesses de rotation de la tige filetée et de l'écrou, on peut forer un trou même dans des sols très résistants.
Tous les moteurs sont commandés depuis la surface par l'intermédiaire d'une tuyauterie ou de câbles électriques. Le dispositif est descendu au fond de l'eau, suspendu soit à un câble porteur, soit directement aux câbles ou tuyaux de commande.
Pour retirer la tige du sol, on renversera le sens de marche du moteur (7). Pour décoller la cloche du fond, on renversera le sens de marche de la pompe. On peut ainsi, par le jeu de deux moteurs aisément télécommandés, ancrer le dispositif sur le fond, faire pénétrer la tige et son cône de mesure à vitesse constante dans le sol, l'en extraire et enfin décoller le dispositif.
Il faut remarquer que la mise en rotation de la vis par les hélices (11) et (12) ne constitue qu'un cas d'exception pour les mesures pénétrométriques. Par contre, cette rotation est essentielle pour forer des passages de terrain dur.
Land or submarine penetrometer device
The present invention relates to a land or underwater penetrometer device.
The penetrometer technique is currently well known. It consists in driving into the ground at constant speed, by means of hydraulic or mechanical jacks, a metal rod terminated by a conical point. As the rod is driven in, the force opposing the penetration of the conical tip is measured by means of mechanical bars, hydraulic systems or electrical gauges. The results of this measurement make it possible to know the mechanical resistance of the soil as a function of the depth.
To make the rod penetrate, it is necessary to apply considerable forces to it, which may exceed ten tons. In order to avoid moving a device whose weight is equal to the maximum force required, the jack is anchored in the ground. Currently, this anchoring is achieved by screwing into the ground huge lag screws similar to wood screws. This technique, perfectly valid on dry land, does not easily lend itself to the remote control necessary to operate at the bottom of the water. In addition, hydraulic cylinders, whose stroke is limited, require delicate mechanisms to tighten and loosen the penetrometer rod at the appropriate time.
The aim of the present invention is to ensure in a simple and easy manner the anchoring of the penetrometer device either to the ground or to the bottom of the water, as well as the driving in and the recovery of the penetrating rod.
The land or submarine penetrometer device of the invention, comprising a rod controlled by a jack and terminated by a cone intended to penetrate into the ground whose resistance to penetration is to be determined, the jack being made integral with the ground by anchoring means, is characterized in that the anchoring means consist of at least one suction cup in which a vacuum is maintained by at least one pump.
The one and only figure of the appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the penetrometer device forming the subject of the invention.
The device shown comprises an anchoring suction cup affecting the shape of a bell (1) which is shown placed on the seabed (10). When the bell is placed on the bottom of the water or on the ground, the pump (2) is started and sucks the air or water inside the bell, maintaining a depression despite the inevitable leaks. These are limited by the partial depression of the bell in the ground and by a weighted and flexible waterproof membrane (9) which surrounds the bell like a skirt. The valve (3) limits the vacuum in the bell to a preset value in order to avoid ruptures in the floor.
A rotary nut (5) mounted in a bearing provided with stops is driven in rotation by a submersible motor (7) and causes the threaded rod (4) which passes through it to penetrate into the ground. The cone (8) ending the threaded rod is provided with a known force measuring device not shown, for example a strain gauge whose information is transmitted by an electric cable, not shown, passing through the center of the threaded rod to to surface devices not shown. In the underwater version, a float (15) fixed to the top of the threaded rod (4) which passes through it ensures the verticality of the device. A fin (6) integral with the threaded rod and submerged, considerably slows down the rotation of the threaded rod, preventing it from being rotated by the nut.
A pair of electric motors (11) and (12) make it possible to set the threaded rod in rotation. This may be necessary in case of difficult penetration. If required, the threaded rod can be terminated with a drill. By varying the rotational speeds of the threaded rod and the nut, a hole can be drilled even in very resistant soils.
All motors are controlled from the surface through piping or electrical cables. The device is lowered to the bottom of the water, suspended either from a carrier cable or directly from the control cables or pipes.
To remove the rod from the ground, reverse the direction of travel of the motor (7). To take off the bell from the bottom, reverse the direction of operation of the pump. It is thus possible, by the set of two easily remote-controlled motors, to anchor the device on the bottom, to make the rod and its measuring cone penetrate at constant speed into the ground, to extract it and finally to take off the device.
It should be noted that the setting in rotation of the screw by the propellers (11) and (12) is only an exceptional case for penetrometric measurements. On the other hand, this rotation is essential for drilling passages in hard ground.