EP0126010B1 - Perfectionnements aux appareils pour déterminer les variations de volume d'une cellule déformable gonflable enfoncée dans un terrain et soumise à des gradients de pression interne - Google Patents
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- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
- E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
- E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil
Definitions
- the invention relates to improvements in apparatus for determining the volume variations of an expandable deformable cell embedded in a ground and subjected to internal gas pressure gradients.
- these devices include an expandable cell to be driven into the ground of which certain mechanical characteristics are to be determined, means for introducing an inflation liquid into the cell, means for creating a gas pressure on this liquid, and means to measure changes in cell volume and gas pressure.
- these devices usually include one or more guard cells which accompany the expandable cell and which are subjected to a gas pressure which is in relation to the gas pressure on the liquid of the expandable cell, this to ensure a field of cylindrical stresses during the measurements and to facilitate deflation of the cell when the test is completed.
- the “pressuremeter” test consists in imposing pressure levels on the liquid which fills the expandable cell and in measuring the volumes of the cell corresponding to these levels, these volumes depending on the resistance of the ground around the cell.
- the operator after having determined a priori threshold values for the gas pressure on the liquid of the expandable cell, acts manually on the gas inlet by monitoring the pressure gauge which indicates the gas pressure to maintain this pressure at the desired level value for a certain time and measure the cell liquid volume by repeating this operation for each successive level.
- the invention aims to avoid these difficulties.
- the predetermined program of the values of the pressure P 3 and the desired relationships between P 3 , P 2 and P 1 are chosen by the operator, for example by following the indications of the standards cited above.
- control electronics can be carried out without difficulty by an electronics engineer who is knowledgeable of the rules of the art and informed of this program and of these relationships.
- the measurement probe 1 inserted into a borehole 2 of a site 3 comprises an expandable cell 4 and two communicating guard cells 5.
- the expandable cell is filled with an incompressible fluid, generally water, and is connected to the surface by a pipe 6 which serves to introduce (or to drain) this liquid.
- the guard cells are connected to the surface by a pipe 7 which makes it possible to introduce a gas, for example air or nitrogen, into these cells.
- a source of compressed air 8 is used, after expansion to a pressure P 1 , to provide a pressure P 2 which will be exerted on the fluid of the expandable cell and a pressure P 3 which will be exerted in the guard cells.
- the device of the invention for ensuring an automatic rise in P 2 comprises a pre-expansion chamber 9 connected to the gas source 8 via a solenoid valve 10, a sensor 11 for detecting the gas pressure P, in chamber 9 (this sensor can detect this pressure in the chamber or in the amount or downstream of the chamber), a pilot chamber 13 connected to the pre-expansion chamber 9 by a pipe 12 under the control of a solenoid valve 14 , this pilot chamber containing a liquid 15 on which the pressure P 2 of the gas is exerted in the pilot chamber and this liquid 15 being in communication with the expandable cell 4; a sensor 16 for detecting the pressure P 2 (this sensor detects the pressure in the pilot chamber or on the path of the liquid 15 towards the expandable cell), a buffer cell 17 connected to the pre-expansion chamber 9 by a pipe 18 under control a solenoid valve 19 and connected to the pipe 7 which leads to the guard cells a differential sensor 20 which detects the pressure difference between the gas pressure P 2 and the gas pressure P 3 of the buffer cell
- the values of the volume of the expandable cell which can be determined for example by following the variations in the volume V of liquid 15 in the pilot cell 13 are, on the other hand, captured by any suitable means 22 and are read for each pressure level via block 21.
- a screen 23 displays the pairs P 2 , V for each level value.
- the device can be more complicated.
- Figure 2 is an example of a device designed for a commercial pressuremeter.
- solenoid valves 24, 25, 26 which control, as necessary, the exhaust of the pre-expansion chamber 9, the pilot chamber 13 and the buffer cell 17.
- These solenoid valves are also controlled by the electronic unit 21 during the pressure lowering phase P 2 during deflation of the expandable cell 4.
- Each pair of inlet solenoid valve and exhaust solenoid valve can be constituted by a single solenoid valve in a manner known per se.
- Table I is a flowchart which illustrates the operation of the electronic unit.
- the index i means that the value indicated corresponds to the level (i) of the arithmetic series of the levels of pressure P 2 .
- RND (N / 2.5) means rounded value of N / 2.5.
- Table I is a typical example of the indications useful to those skilled in the art of electronics to make a control unit from microprocessors, transistors, and the like.
- FIG. 3 shows for the example of the pressure rise curves obtained from a more or less experienced manual control (curves C l , C 2 ) or from an automatic control (curve C 3 ).
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Description
- L'invention concerne des perfectionnements aux appareils pour déterminer les variations de volume d'une cellule déformable dilatable enfoncée dans un terrain et soumise à des gradient de pression de gaz interne.
- Le principe de ces appareils est exposé dans le brevet français 1 117 983 de Monsieur Louis MENARD dans lequel les appareils sont dénommés «Pressio- mètres» (marque déposée). Pour l'essentiel, ils comprennent une cellule dilatable à enfoncer dans le terrain dont on veut déterminer certaines caractéristiques mécaniques, des moyens pour introduire dans la cellule un liquide de gonflage, des moyens pour créer une pression de gaz sur ce liquide, et des moyens pour mesurer les variations de volume de la cellule ainsi que la pression du gaz. En outre, ces appareils comportent habituellement une ou des cellules de garde qui accompagnent la cellule dilatable et qui sont soumises à une pression de gaz qui est en relation avec la pression de gaz sur le liquide de la cellule dilatable, ceci pour assurer un champ de contraintes cylindrique pendant les mesures et pourfaci- liter le dégonflement de la cellule lorsque l'essai est terminé.
- Différents appareils fonctionnant suivant ce principe ont été proposés depuis 1955 et un développement récent a été proposé dans la demande de brevet français 8 111 630 (FR-A-2 512 860). En outre, cette technique pour la détermination in-situ des caractéristiques d'un terrain a fait l'objet d'une certaines normalisation:
- ESSAI PRESSIOMETRIQUE NORMAL (Mode opératoire du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées). Ed. DUNOD, Paris, 1971)
- SONDAGE PRESSIOMETRIQUE NORMAL (D.T.U 11 1 de la Fédération du Bâtiment)
- SUGGESTED PRACTICE FOR PRESSUREMETER TESTING lN SOILS de Ernest WINTER (1982 - ASTM).
- On pourra également consulter l'ouvrage THE PRESSUREMETER AND FOUNDATION ENGINEERING de F. Baguelin, J.F. Jézéquel et D.H. Shields (Trans Tech Publications, 1978).
- L'essai «pressiométrique» consiste à imposer des paliers de pression au liquide qui remplit la cellule dilatable et à mesurer les volumes de la cellule correspondant à ces paliers, ces volumes dépendant de la résistance du terrain autour de la cellule.
- L'opérateur, après avoir déterminé à priori des valeurs de palier pour la pression de gaz sur le liquide de la cellule dilatable, agit manuellement sur l'admission du gaz en surveillant le manomètre qui indique la pression de gaz pour maintenir cette pression à la valeur de palier désirée pendant un certain temps et effectuer la mesure du volume du liquide de la cellule en répétant cette opération pour chaque palier successif.
- Cette technique exige une grande dextérité pour ne pas dépasser le palier désiré et pour maintenir la valeur du palier pendant toute la durée du palier. En pratique, la pression dérive pendant la durée du palier et il est difficile, voire impossible, de déterminer avec exactitude le volume correspondant à la pression de palier désirée, parce que cette pression n'est pas réalisée ou parce que cette pression n'est pas maintenue pendant un laps de temps suffisant.
- L'invention vise à éviter ces difficultés.
- On y parvient, selon l'invention, au moyen d'un appareil du type énoncé dans le préambule de la revendication 1 qui comprend:
- - une chambre de prédétente à relier à la source de gaz;
- - une canalisation de gaz reliant la chambre de prédétente à une chambre pilote où la pression du gaz s'exerce au-dessus d'un liquide aboutissant à la cellule dilatable;
- - une canalisation de gaz reliant la chambre de prédétente à une chambre tempon reliée à la ou aux cellules de garde;
- - un capteur de pression de gaz apte à fournir un signal Si représentatif de la valeur de la pression du gaz P1 admis dans la chambre de prédétente;
- - une électrovanne apte à commander l'admission de gaz dans la chambre de prédétente;
- - un capteur de pression de gaz apte à fournir un signal S2 représentatif de la valeur de la pression de gaz P2 dans la chambre pilote;
- - une électrovanne apte à commander l'admission da gaz dans la chambre pilote;
- - des moyens de détection aptes à fournir un signal S3 représentatif de la pression différentielle entre ladite pression P2 et la pression de gaz P3 dans la ou les cellules de garde;
- - une électrovanne apte à commander l'admission de gaz dans la cellule tampon, et
- - un bloc électronique de commande qui reçoit les signaux S1 , S2, S3 et qui commande les fonctionnements des électrovannes en fonction du programme prédéterminé des valeurs de P3 et des relations désirées entre P3, Pz et P1 , de façon à réaliser ce programme et ces relations.
- Le programme prédéterminé des valeurs de la pression P3 et les relations désirées entre P3, P2 et P1 sont choisies par l'opérateur, par exemple en suivant les indications des normes citées plus haut.
- L'électronique de commande est réalisable sans difficultés par un électronicien connaissant les règles de l'art et informé de ce programme et de ces relations.
- On décrira ci-après un exemple de réalisation, en référence aux figures du dessin joint sur lequel:
- la figure 1 est une vue de principe du dispositif;
- la figure 2 est une vue du dispositif de l'invention selon un mode de réalisation, et
- la figure 3 est une vue de différentes courbes de montée en pression obtenues à partir d'une commande manuelle ou selon la présente invention.
- Sur le schéma de la figure 1, la sonde de mesure 1 enfoncée dans un trou de forage 2 d'un terrain 3 comprend une cellule dilatable 4 et deux cellules de garde 5 communicantes. Il ne s'agit que d'un exemple de réalisation et l'invention n'est pas limitée à cette réalisation.
- La cellule dilatable est remplie d'un fluide incompressible, généralement de l'eau, et est reliée à la surface par une canalisation 6 qui sert à introduire (ou à évacuer) ce liquide. Les cellules de garde sont reliées à la surface par une canalisation 7 qui permet d'introduire un gaz, par exemple de l'air ou de l'azote, dans ces cellules.
- Une source d'air comprimé 8 est utilisée, après détente à une pression P1, pour fournir une pression P2 qui s'exercera sur le fluide de la cellule dilatable et une pression P3 qui s'exercera dans les cellules de garde.
- Au cours d'un essai «préssiométrique», la pression P2 doit s'élever d'une valeur nulle à une valeur finale, par une suite arithmétique de valeurs de palier, chaque palier étant maintenu pendant une durée constante choisie à priori.
- a) si Plim est la pression limite (estimée à priori) et N le nombre de paliers, le PAS du programme de mon-Plim tée arithmétique de P2 est égal à PAS = . N
- La durée T de chaque palier est fixée habituellement à 60 secondes mais cette durée, en fait, peut être choisie différente (par exemple 30 secondes).
- Le nombre de pas d'un essai est généralement égal à 10 mais ce nombre peut être choisi différent.
- Le programme de montée de la pression P2 est donc choisi à priori à partir d'une valeur estimée de Plim, d'un choix de N et d'un choix de T.
- b) La pression P3 est généralement liée à la pression P2 de façon que la pression différentielle P3-P2 soit égale à:
- c) la pression P, est généralement réglée de façon que
- Le dispositif de l'invention pour assurer une montée automatique de P2 suivant le programme choisi comprend une chambre de prédétente 9 reliée à la source de gaz 8 par l'intermédiaire d'une électrovanne 10, un capteur 11 pour détecter la pression de gaz P, dans la chambre 9 (ce capteur peut détecter cette pression dans la chambre ou en amount ou en aval de la chambre), une chambre pilote 13 reliée à la chambre de prédétente 9 par une canalisation 12 sous le contrôle d'une électrovanne 14, cette chambre pilote contenant un liquide 15 sur lequel s'exerce la pression P2 du gaz dans la chambre pilote et ce liquide 15 étant en communication avec la cellule dilatable 4; un capteur 16 pour détecter la pression P2 (ce capteur détecte la pression dans la chambre pilote ou sur le trajet du liquide 15 vers la cellule dilatable), une cellule tampon 17 reliée à la chambre de prédétente 9 par une canalisation 18 sous le contrôle d'une électrovanne 19 et reliée à la canalisation 7 qui conduit aux cellules de garde un capteur différentiel 20 qui détecte la différence de pression entre la pression de gaz P2 et la pression de gaz P3 de la cellule tampon, et un bloc de commande électronique 21 qui reçoit les signaux de sortie S1, 52, S3 des capteurs 11, 16, 20 et qui commande les électrovannes 10, 14, 19 de façon à réaliser le programme défini en a) et les relations définies en b) et c). En bref, ce bloc électronique, à partir des données que lui fournit l'opérateur (Plim estimée, profondeur de la cellule de mesure, nombre et durée des paliers) réalise le programme de montée de la pression P2.
- Les valeurs du volume de la cellule dilatable que l'on peut déterminer par exemple en suivant les variations du volume V de liquide 15 dans la cellule pilote 13 sont, d'autre part, captées par un moyen quelconque approprié 22 et sont lues pour chaque palier de pression par le bloc 21. Un écran 23 permet de visualiser les couples P2, V pour chaque valeur de palier.
- En pratique, selon le type de Pressiomètre utilisé, le dispositif peut être plus compliqué.
- La figure 2 est un exemple d'un dispositif conçu pour un Pressiomètre de commerce.
- On voit sur cette figure que le dispositif est complété par des électrovannes 24, 25, 26 qui commandent, en tant que de besoin, la mise à l'échappement de la chambre de prédétente 9, de la chambre pilote 13 et de la cellule tampon 17. Ces électrovannes sont également commandées par le bloc électronique 21 pendant la phase de descente de la pression P2 lors du dégonflage de la cellule dilatable 4.
- Chaque couple électrovanne d'admission-électrovanne d'échappement peut être constitué par une électrovanne unique de façon en soi connue.
- Dans une variante de réalisation perfectionnée, le bloc électronique est conçu pour assurer un certain nombre de sécurités, notamment les opérations suivantes:
- - terminer prématurément l'essai si le volume de la cellule dilatable approche la capacité limite de cette cellule (par exemple si ce volume dépasse 550 cm3 pour une capacité limité fixée à 600 cm3).
- - terminer prématurement l'essai si la pression P2 approche une pression de sécurité, par exemple une pression de 70 bars.
- - calculer à partir des premières mesures le module «pressiométrique»
- - en déduire la valeur limite correspondante de la pression
- - Comparer cette valeur à la Plim estimée à priori, corriger la valeur du PAS si le rapport P'lim/ Plim est extérieur à une gamme choisie A-B (où A est par exemple un nombre compris dans l'intervalle 0,4-1,5 et B est par exemple un nombre compris dans l'intervalle 1,5-3) et
- - provoquer un nouvel essai avec la nouvelle valeur du PAS.
- Le tableau I est un organigramme qui illustre le fonctionnement du bloc électronique. Dans ce tableau, l'indice i signifie que la valeur indiquée correspond au palier (i) de la série arithmétique des paliers de la pression P2. Dans ce tableau, RND (N/2,5) signifie valeur arrondie de N/2,5.
- Le tableau I est un exemple type des indications utiles à l'homme de métier électronicien pour réaliser un bloc de commande à partir de microprocesseurs, transistors, et analogues.
- La figure 3 montre pour l'exemple des courbes de montée en pression obtenues à partir d'une commande manuelle plus ou moins expérimentée (courbes Cl, C2) ou à partir d'une commande automatique (courbe C3).
-
Claims (5)
1. Appareil pour déterminer les variations de volume d'une cellule dilatable (4), cette cellule étant remplie d'un fluide incompressible soumis à la pression d'un gaz provenant d'une source de gaz (8) et cette cellule étant accompagné d'une ou de plusieurs cellules de garde (5) également soumises à la pression d'un gaz, l'ensemble de la cellule dilatable et de la ou des cellules de garde constituant une sonde (1) à enfoncer dans un terrain (3) dont on veut déterminer des caractéristiques mécaniques, appareil caractérisé en ce qu'il comprend:
- une chambre de prédétente (9) à relier à la source de gaz (8);
- une canalisation de gaz (12) reliant la chambre de prédétente à une chambre pilote (13) où la pression du gaz s'exerce au-dessus d'un liquide (15) aboutissant à la cellule dilatable (4);
- une canalisation de gaz (18) reliant la chambre de prédétente (9) à une chambre tampon (17) reliée à la ou aux cellules de garde (5);
- un capteur de pression de gaz (11) apte à fournir un signal Si représentatif de la valeur de la pression du gaz P1 admis dans la chambre de prédétente;
- une électrovanne (10) apte à commander l'admission de gaz dans la chambre de prédétente;
- un capteur de pression de gaz (16) apte à fournir un signal S2 représentatif de la valeur de la pression de gaz P2 dans la chambre pilote;
- une électrovanne (14) apte à commander l'admission de gaz dans la chambre pilote;
- des moyens de détection (20) aptes à fournir un signal S3 représentatif de la pression différentielle entre ladite pression P2 et la pression de gaz P3 dans la ou les cellules de garde;
- une électrovanne (19) apte à commander l'admission de gaz dans la cellule tampon (17), et
- un bloc électronique de commande (21) qui reçoit les signaux S1, Sz, S3 et qui commande les fonctionnements des électrovannes ( 10,14,19) en fonction du programme prédéterminé des valeurs de P3 et des relations désirées entre P3, P2 et P1, de façon à réaliser ce programme et ces relations.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des électrovannes (24, 25, 26) qui commandent respectivement la mise à l'échappement de la chambre de prédétente (9), de la chambre pilote (13) et de la cellule tampon (17), ces électrovannes étant commandées par ledit bloc électronique (21) pendant la phase de descente de la pression P2 lors du dégonflage de la cellule dilatable (4).
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit bloc électronique (21) est conçu pour terminer prématurement l'essai si le volume de la cellule dilatable (4) approche la capacité limite de cette cellule.
4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bloc électronique (21) est conçu pour terminer prématurement l'essai si ladite pression de gaz P2 de la chambre pilote (13) approche une pression de sécurité.
5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit bloc électronique (21) est conçu pour calculer la valeur limite correspondant au module «pressiométrique», comparer cette valeur à la pression limite estimée à priori, corriger la valeur du PAS si le rapport des deux valeurs est extérieur à une gamme choisie et provoquer un nouvel essai avec la nouvelle valeur du PAS.
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