FR3087892A1 - Penetrometre leger a injection permettant des mesures en mode statique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un pénétromètre (100) pour la mesure en mode statique de la résistance à la pénétration d'un sol, comprenant : • une tige (1) creuse, comportant à une première extrémité (la) une pointe de mesure (11) de diamètre supérieur à celui de la tige (1), • une cellule de mesure (3) en contact avec la tige (1) et comportant un capteur de pression (31) apte à être en contact avec une seconde extrémité (lb) de la tige (1) ; • un système d'injection (2) d'un fluide, connecté à proximité de la seconde extrémité (lb), pour acheminer ledit fluide dans la tige (1) creuse jusqu'à un orifice d'expulsion (12), aménagé sur la tige (1) avant la pointe de mesure (11), • des moyens d'appui (4) pour provoquer un enfoncement de la pointe de mesure (11) dans le sol, lesdits moyens (4) comprenant au moins un premier moyen d'appui (41) pour appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure (3).

Description

PENETROMETRE LEGER A INJECTION PERMETTANT DES MESURES EN MODE STATIQUE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la géotechnique et de la géologie.

Elle concerne en particulier un dispositif de mesure de la résistance à la pénétration d'un sol, 10 appelé communément un pénétromètre.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION 15 La compacité des sols est habituellement mesurée, soit en mode statique, soit en mode dynamique, par un dispositif de mesure appelé pénétromètre.

Un pénétromètre comporte classiquement des tiges raccordées bout à bout pour former un train de tiges au bout duquel est fixée une pointe de mesure, 20 destinée à s'enfoncer dans le sol sur des profondeurs allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres.

En mode statique, le train de tiges est poussé par des vérins, provoquant l'enfoncement progressif de la pointe de mesure ; cette dernière mesure la résistance de pointe et 25 éventuellement le frottement latéral sur un manchon cylindrique situé au-dessus de la pointe.

Ces mesures sont enregistrées de manière continue ou discontinue selon un pas régulier.

La mesure statique de la résistance à la pénétration du sol est sans conteste la plus précise car elle est réalisée directement sur 30 la pointe de mesure, au fond du sondage.

Ce mode de mesure statique se heurte néanmoins à quelques difficultés.

Lorsque la pointe de mesure et le train de tiges sont enfoncés à plusieurs mètres, le frottement exercé par le sol sur le train de tiges doit être vaincu par une forte poussée 2 pour poursuivre l'enfoncement.

Par ailleurs, quand la résistance du sol est importante (sols très compacts), il devient très complexe d'appliquer une poussée suffisante pour générer l'enfoncement de la pointe.

Il en résulte des pénétromètres 5 encombrants et lourds car le poids, la puissance et la qualité de l'ancrage des machines qui actionnent les vérins doivent assurer en toutes circonstances une mesure en mode statique.

Il existe par ailleurs un autre mode de mesure dit mode dynamique basé sur l'enfoncement de la pointe par battage du train de tiges.

Le battage est réalisé en faisant chuter une masse ou un marteau sur une enclume enfoncant le train de tiges par à-coups.

Connaissant l'énergie libérée par la chute de la masse et connaissant l'enfoncement par à-coup, on calcule la résistance à la pénétration du sol, compte tenu de divers coefficients de perte d'énergie.

Ce mode dynamique présente une plus grande capacité de pénétration que le mode statique, en particulier dans les sols de compacité élevée.

Une mesure en mode dynamique est néanmoins beaucoup moins précise qu'une mesure en mode statique et ne donne qu'une information partielle de la résistance du sol en fonction de la profondeur, du fait de l'enfoncement par à-coup et en général de la non dissociation de la résistance de pointe par rapport aux frottements latéraux parasites.

Pour beaucoup d'études géotechniques, une mesure de la résistance du sol sur une profondeur inférieure à 10 mètres est suffisante, mais elle doit souvent être effectuée dans un environnement peu accessible et/ou encombré qui ne permet pas d'utiliser des pénétromètres lourds de grande dimension.

Il y a donc un besoin de pénétromètre maniable, léger et fiable pour réaliser des mesures à des profondeurs moyennes à faibles, dans des endroits étroits ou auxquels un engin motorisé et/ou encombrant ne peut accéder.

3 Il existe plusieurs pénétrométres dynamiques portables qui pourraient répondre à ce besoin de maniabilité.

Néanmoins, dans ces pénétromètres portables, la masse de battage est en 5 général de poids réduit, ce qui limite les capacités de franchissement.

De plus, dans des terrains collants (comme les argiles par exemple), les valeurs de résistance du sol obtenues deviennent très optimistes du fait de l'intégration parasites de frottements dans les formules de calcul.

Ainsi, comme évoqué 10 précédemment, une mesure en mode dynamique est bien moins fiable qu'une mesure en mode statique et ne donne qu'une information partielle de la résistance du sol en fonction de la profondeur.

15 OBJET DE L'INVENTION Un objet de la présente invention est de proposer une solution remédiant aux inconvénients de l'état de la technique, en particulier la présente invention concerne un pénétromètre 20 léger, simple de mise en oeuvre et permettant des mesures précises en mode statique de la compacité d'un sol.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION 25 L'invention concerne un pénétromètre pour la mesure en mode statique de la résistance à la pénétration d'un sol, comprenant : - une tige creuse, comportant à une première extrémité une pointe de mesure de diamètre supérieur à celui de 30 la tige, - une cellule de mesure en contact avec la tige et comportant un capteur de pression apte à être en contact avec une seconde extrémité de la tige ; 4 - un système d'injection d'un fluide, connecté à proximité de la seconde extrémité, pour acheminer ledit fluide dans la tige creuse jusqu'à un orifice d'expulsion, aménagé sur la tige avant la pointe de 5 mesure, - des moyens d'appui pour provoquer un enfoncement de la pointe de mesure dans le sol, lesdits moyens comprenant au moins un premier moyen d'appui pour appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure.

10 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l'invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : 15 - la pointe de mesure présente une surface comprise entre 2 et 4 cm2 ; - le premier moyen d'appui est dimensionné pour appliquer jusqu'à 100 bars de pression et comprend 20 un levier d'appui manuel ou automatique, ou un vérin mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique ; - le système d'injection injecte le fluide en continu ou en discontinu ; 25 - le fluide comprend de l'eau pure ou un mélange d'eau et d'une faible fraction de plastifiant biodégradable de type polymère ou d'argile en suspension ; - les moyens d'appui comprennent un deuxième moyen 30 d'appui pour appliquer un battage dynamique à la cellule de mesure ; - le deuxième moyen comprend un mouton de battage et un tube guide pour guider la chute du mouton selon un axe d'enfoncement de la tige ; 5 - la tête de mesure comprend un tiroir mécanique pour mettre le capteur de pression en contact avec la seconde extrémité de la tige ou pour interrompre le contact entre le capteur de pression et la 5 seconde extrémité ; - le premier moyen d'appui comprend un système à palan actionné par un vérin ; - le pénétromètre comprend un châssis pour maintenir l'ensemble formé par la tige, la cellule de mesure 10 et les moyens d'appui, selon un axe d'enfoncement, et pour autoriser le déplacement de la tige lors de l'enfoncement dans le sol ; - le châssis comprend une platine d'appui disposée sur le sol ; 15 - le châssis comprend des platines de réaction disposées sur le sol, autour de la platine d'appui ; - le châssis comprend un extracteur, apte à saisir la tige et à appliquer une force d'extraction dans 20 une direction opposée à l'enfoncement ; - le pénétromètre comprend un contrôleur électronique configuré pour enregistrer les mesures issues du capteur ; - le pénétromètre comprend des moyens 25 supplémentaires d'enfoncement aptes à appliquer à la tige, une vibration à une fréquence déterminée ; - les moyens supplémentaires d'enfoncement sont composés par au moins un dispositif hydraulique ou électrique de vibro-fonçage.

30 6 BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre en 5 référence aux figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 présente un schéma de principe d'un pénétromètre conforme à l'invention ; - la figure 2a présente un premier mode de réalisation du pénétromètre selon l'invention ; 10 - la figure 2b présente un exemple de mesure de résistance d'un sol réalisée notamment au moyen du pénétromètre selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 3a, 3b et 3c présentent un deuxième mode de réalisation du pénétromètre selon l'invention, 15 respectivement en vue de dessus, de face et de côté.

Notons que les mêmes références dans les figures pourront être utilisées pour des éléments de même nature.

20 DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION La présente invention concerne un pénétromètre 100 permettant une mesure fiable de la résistance à la pénétration 25 d'un sol, et permettant notamment une mesure en mode statique.

Le pénétromètre 100 comprend une tige creuse 1 comportant à une première extrémité la une pointe de mesure 11 (figure 1).

A titre d'exemple, on pourra utiliser une pointe de mesure de 30 géométrie normalisée pour un pénétromètre dynamique de type A ou de type B.

Le diamètre de la section plane de la pointe de mesure 11 est supérieur à celui de la tige 1.

Par exemple, la pointe de mesure 11 présente une surface au niveau de sa section plane 7 comprise entre 2 et 4 cm2, alors que la tige 1 présente un diamètre extérieur compris entre 1 et 2cm.

Le diamètre intérieur de la tige creuse 1 est typiquement compris entre 0,5 et 2 cm.

5 Le fait que le pénétromètre 100 comporte une tige 1 creuse et non un ensemble tige / tube creux (comme la plupart des pénétromètres classiques lourds, utilisés pour des mesures en mode statique) permet d'alléger grandement le dispositif.

Rappelons que la tige 1 du pénétromètre pourra être rallongée au 10 fur et à mesure de l'enfoncement de la pointe de mesure 11 dans le sol, en fixant une pluralité de tiges 1 bout à bout pour former un train de tiges creuses 1.

Le pénétromètre 100 comprend également un système 15 d'injection 2 d'un fluide, connecté à proximité de la seconde extrémité lb de la tige 1.

Ledit système 2 est configuré pour acheminer le fluide dans la tige 1 creuse, jusqu'à un orifice d'expulsion 12, aménagé sur la tige 1, dans une zone proche de la première extrémité la, avant la pointe de mesure 11.

Lors de 20 l'enfoncement de la pointe de mesure 11 et de la tige 1 dans le sol, le fluide injecté est expulsé par l'orifice 12 vers l'extérieur de la tige 1 et remonte vers la surface, dans l'espace annulaire généré par le débord de la pointe de mesure 11 (de plus grand diamètre), entre la paroi extérieure de la 25 tige 1 et le sol refoulé.

Cette injection de fluide permet de limiter voire d'éliminer les frottements latéraux entre la tige 1 et le sol, ce qui facilite l'enfoncement (réduisant les forces à appliquer pour l'enfoncement de la pointe de mesure 11) et permet une grande précision de mesure en pointe 30 (s'affranchissant de la composante de frottements latéraux).

Le système d'injection 2 peut injecter le fluide en continu ou en discontinu par séquences, selon les caractéristiques du sol.

Par exemple, dans un sol particulièrement collant 8 (argileux), il sera plus favorable de réaliser une injection en continu du fluide, pour limiter au maximum les frottements entre la tige 1 et le sol.

5 Avantageusement, le débit de fluide injecté est régulé en fonction de la remontée en surface du liquide.

Le fluide pourra comprendre de l'eau pure ; alternativement, le fluide pourra comprendre un mélange d'eau et 10 de plastifiant biodégradable de type polymère ou d'argile en suspension, le plastifiant ou l'argile étant présent à une faible teneur (par exemple de l'ordre de quelques grammes pour 10 litres d'eau).

15 Le pénétromètre 100 selon l'invention comprend par ailleurs une cellule de mesure 3 en contact avec la tige 1 au niveau de sa seconde extrémité lb.

C'est la poussée par des moyens d'appui 4 (décrits plus loin) qui maintient la continuité mécanique entre cellule de 20 mesure 3 et tige 1.

La cellule de mesure 3 comporte un capteur de pression 31 apte à être en contact avec une seconde extrémité lb de la tige 1.

Ainsi, au cours de l'enfoncement de l'ensemble tige 1 / 25 pointe de mesure 11, le capteur de pression 31 peut mesurer la résistance du sol en bout de pointe.

Le capteur de pression 31 pourra par exemple consister en un capteur piézoélectrique ou un vérin hydraulique avec un élément de mesure associé.

30 Avantageusement, la tête de mesure 3 comprend un tiroir mécanique 32 autorisant la mise en contact du capteur de pression 31 avec la seconde extrémité lb ou alternativement, l'interruption du contact entre le capteur 31 et la seconde 9 extrémité lb.

Nous verrons par la suite l'intérêt que peut présenter cette configuration.

Préférentiellement, le pénétromètre 100 comprend un 5 contrôleur électronique configuré pour enregistrer les mesures issues du capteur de pression 31 (figure 2a).

Le pénétromètre 100 comprend également des moyens d'appui 4 destinés à provoquer un enfoncement de la pointe de mesure 11 10 dans le sol.

Lesdits moyens 4 comprennent au moins un premier moyen d'appui 41 capable d'appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure 3.

Le premier moyen d'appui 41 est typiquement dimensionné pour appliquer jusqu'à 100 bars de pression.

15 Le premier moyen d'appui 41 pourra comprendre un levier d'appui manuel ou automatique, ou encore un vérin mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique.

20 Il est ainsi possible d'appliquer une pression statique à la tige 1 et donc à la pointe de mesure 11 et de mesurer la réaction de la seconde extrémité lb de la tige 1 sur le capteur de pression 31, à des profondeurs données au cours de l'enfoncement.

On obtient une bonne précision de mesure de la 25 résistance du sol en pointe car on s'affranchit de la majorité des frottements latéraux au niveau de la tige 1 du fait de l'injection de fluide.

Le pénétromètre 100 comprend avantageusement un châssis 30 5 pour maintenir au moins l'ensemble formé par la tige 1, la cellule de mesure 3 et les moyens d'appui 4 selon l'axe d'enfoncement, et pour autoriser le déplacement de la tige 1 et de la cellule de mesure 3 selon ledit axe, lors de l'enfoncement dans le sol.

Des exemples de structure de châssis 5 sont 10 détaillés dans les deux modes de réalisation décrits ultérieurement.

Le châssis 5 peut avantageusement comporter un système de roues rétractables, pour faciliter son acheminement sur le 5 lieu d'essai géotechnique.

Avantageusement, le châssis 5 comprend des platines de réaction 54 disposées sur le sol.

Des poids (sacs de sable, pieds de l'opérateur, ...) pourront y être disposés pour jouer le rôle de massif de réaction et augmenter la capacité d'enfoncement du 10 pénétromètre 100.

Rappelons néanmoins que la section réduite de la pointe de mesure 11 et l'injection de fluide permettent de limiter l'importance du massif de réaction.

Préférentiellement, le pénétromètre 100 comprend des 15 moyens supplémentaires 8 d'enfoncement aptes à appliquer à la tige 1, une vibration à une fréquence déterminée.

Ces moyens supplémentaires 8 pourront être soit couplés à la cellule de mesure 3 de manière à appliquer la vibration à la tige 1 via ladite cellule 3, soit directement couplés à la tige 1.

Dans les 20 deux cas, la vibration est transmise à la tige 1 et donc à la pointe de mesure 11.

Cette assistance vibro-dynamique, appliquée temporairement au cours de l'enfoncement quand un sol à forte résistance est rencontré, aide à poursuivre l'enfoncement, sans nécessiter de massif de réaction surdimensionné.

25 A titre d'exemple, les moyens supplémentaires d'enfoncement 8 pourront être composés par au moins un dispositif hydraulique ou électrique de vibro-fonçage, procurant une énergie mécanique par impulsion, à une fréquence déterminée.

Préférentiellement, la fréquence déterminée de la vibration 30 appliquée par les moyens supplémentaires d'enfoncement 8 est comprise entre 35 et 100 Hz.

Et l'énergie unitaire, c'est-à-dire à chaque impulsion, développée par les moyens supplémentaires d'enfoncement 8 est typiquement comprise entre 15 et 70 Joules.

11 Le pénétromètre 100 selon l'invention a pour particularité d'être léger et compact ; son poids est compris entre 20 et 40 kg environ, ce qui le rend aisément transportable en tout lieu.

Il peut ainsi être utilisé en tout site, quel que 5 soit la portance du sol en surface, sa pente, l'exiguïté des lieux.

Le pénétromètre 100 permet en outre d'effectuer des essais géotechniques avec une grande précision de mesure de la résistance du sol, car il autorise des mesures en mode statique.

10 Les figures 2a, 3a, 3b et 3c présentent des modes de réalisation du pénétromètre, conformes à l'invention.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention 15 (figure 2a), le pénétromètre 100 est un pénétromètre dynamique à contrôle statique et à injection.

Il comprend : - la tige 1 creuse, comportant à sa première extrémité la la pointe de mesure 11 de diamètre supérieur à celui de 20 la tige 1 ; - la cellule de mesure 3 en contact avec la tige 1, et munie d'un capteur de pression 31 apte à être en contact avec la seconde extrémité lb de la tige 1 ; - le système d'injection 2 de fluide, connecté à proximité 25 de la seconde extrémité lb, pour acheminer ledit fluide dans la tige 1 jusqu'à l'orifice d'expulsion 12, situé avant la pointe de mesure 11 ; - des moyens d'appui 4 permettant d'enfoncer la tige 1 et la pointe de mesure 11 dans le sol, et comprenant au moins 30 un premier moyen d'appui 41 pour appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure 3.

12 Avantageusement, le pénétromètre 100 selon ce premier mode de réalisation comprend un châssis 5 pour maintenir la tige 1, la cellule 3 et les moyens d'appui 4 dans l'axe d'enfoncement.

5 Le châssis 5 comprend une platine d'appui 51 disposée sur le sol.

Il comprend également un mât orientable 52, établissant une liaison pivot avec la platine d'appui 51 et définissant un axe d'enfoncement de la tige 1.

Le châssis 5 comprend aussi un mât coulissant 53 solidaire de la tête de 10 mesure 3, apte à coulisser, le long de l'axe d'enfoncement, par rapport au mât orientable 52, lors de l'enfoncement de la tige 1 dans le sol.

Le premier moyen d'appui 41 consiste par exemple en un 15 levier 41a en liaison pivot avec le mât coulissant 53, apte à transmettre une pression statique à la cellule de mesure 3.

Dans l'exemple de la figure 2a, la pression statique est appliquée à un tube guide 42b qui la transmet par contact à la cellule de mesure 3.

Un manche 41b permettant un appui aisé par l'opérateur 20 peut être fixé dans le levier 41a.

Des platines de réaction 54, solidaires de la platine d'appui 51, permettent l'ajout de poids pour réaliser simplement un massif de réaction et augmenter la pression statique 25 applicable par le premier moyen d'appui 41.

Lorsqu'une majeure partie de la tige 1 est enfoncée dans le sol, le mât coulissant 53 est remonté, l'extrémité lb de la tige 1 au niveau de laquelle est connecté le système d'injection 30 2 est retirée, le temps qu'une nouvelle tige creuse 1 soit connectée à la tige 1 enfoncée.

Le système d'injection 2 est ensuite reconnecté à la nouvelle tige 1 et le contact entre la cellule de mesure 3 et ladite nouvelle tige 1 est rétabli par ajustement de la hauteur du mât coulissant 53.

Ces opérations 13 sont reproduites pour chaque rajout d'une tige 1 au train de tiges requis pour atteindre la profondeur visée de sondage.

Avantageusement, le châssis 5 comprend également un 5 extracteur 55, apte à saisir la tige 1 et à appliquer une force d'extraction dans une direction opposée à celle d'enfoncement.

Le manche 41b, prévu pour le premier moyen d'appui 41, peut par exemple être fixé à l'extracteur 55 pour faciliter l'application d'une force d'extraction par l'opérateur.

10 Selon ce premier mode de réalisation, les moyens d'appui 4 comprennent en outre un deuxième moyen d'appui 42 apte à appliquer un battage dynamique à la cellule de mesure 3 et à provoquer l'enfoncement progressif de la tige 1 et de la pointe 15 de mesure 11 dans le sol.

Préférentiellement, le deuxième moyen 42 comprend un mouton de battage 42a en liaison glissière avec un tube guide 42b, destiné à guider la chute du mouton selon l'axe d'enfoncement de la tige 1 (figure 2a).

Trois hauteurs de chute 20 du mouton peuvent être réglées sur le tube guide 42b, par exemple dix, vingt et trente centimètres.

Le positionnement du mouton 42a à une hauteur de chute définie pourra être opéré manuellement ou automatiquement au moyen d'un système à cliquets.

Alternativement, le deuxième moyen 42 pourra être 25 totalement automatisé : en particulier grâce à des moyens d'entrainement par chaînes ou courroies crantées, animés par un dispositif électrique, avantageusement autonome ou un dispositif hydraulique.

30 Le pénétromètre 100 selon ce premier mode de réalisation permet ainsi de réaliser des mesures additionnelles de résistance du sol en mode dynamique, par enregistrement du couple enfoncement / nombre de coups (chute mouton).

L'énergie de frappe et la résistance du sol correspondante sont établies grâce à la 14 formule dite « des Hollandais », connue de l'homme du métier pour un pénétromètre dynamique à énergie constante.

Ces mesures viennent en complément des mesures en mode statique que le pénétromètre 100 permet de réaliser, grâce au premier moyen 5 d'appui 41 et au capteur de pression 31 de la cellule de mesure 3.

Préférentiellement, la tête de mesure 3 comprend un tiroir mécanique 32 pour mettre le capteur de pression 31 en contact avec la seconde extrémité lb de la tige 1 lors d'un 10 enfoncement en mode statique et pour interrompre le contact lors d'un enfoncement en mode dynamique.

Alternativement, on choisira un capteur de pression 31 résistant aux chocs et le contact entre ledit capteur 31 et la seconde extrémité lb pourra subsister tout au long de l'essai.

15 Un dispositif de vibro-fonçage 8 (moyens supplémentaires d'enfoncement) peut être intercalé entre le deuxième moyen d'appui 42 (dispositif de battage) et la tête de mesure 3, en particulier si la pointe de mesure 11 rencontre une couche de 20 sol très résistante et que les moyens d'appui 4 (en mode statique ou en mode dynamique) ne parviennent pas à provoquer l'enfoncement de la tige 1.

25 Le pénétromètre 100 selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 2a a pour particularités : - d'être léger tout en présentant une capacité de pénétration élevée (typiquement entre 3 et 8 mètres), car la taille réduite de la pointe de mesure 11 et 30 l'injection de fluide limitent les forces d'appui à appliquer pour l'enfoncement de la tige 1, - d'autoriser un contrôle statique (grâce au premier moyen d'appui 41 et au capteur de pression 31) tout au long de 15 l'enfoncement, donc de produire des mesures précises et fiables de résistance du sol, - de permettre un enfoncement efficace et des mesures complémentaires en mode dynamique, objectivées par 5 recoupement avec les mesures obtenues en mode statique, - et d'être globalement adapté à tous types de sol, notamment du fait de l'enfoncement en mode dynamique et de l'assistance vibro-dynamique (moyens supplémentaires d'enfoncement 8) face à une couche de sol très dure.

10 Un exemple d'essai de mesure de la résistance d'un sol effectué avec le pénétromètre 100 selon le premier mode de réalisation est présenté sur la figure 2b.

Le graphe représente la résistance du sol (en MPa) en 15 fonction de la profondeur dans le sol (en mètres).

La courbe Ref en pointillés est une courbe de référence, tracée à partir de mesures en mode statique effectuées par un pénétromètre statique classique et lourd (5 tonnes), équipement 20 de référence actuel.

La courbe A présente des points de mesure en mode dynamique (symboles carrés vides) avec des points de contrôle statique (symboles carrés pleins), effectués par le pénétromètre 100 selon l'invention, à différentes profondeurs, au cours d'un 25 enfoncement en mode dynamique : les points de mesure en mode dynamique sont effectués environ tous les 10 cm, les points de mesure en contrôle statique peuvent être effectués à volonté, idéalement tous les 50cm au moment des rajouts de tiges 1, pour des questions d'efficacité opérationnelle.

30 L'injection de fluide est faite en continu.

On remarque un décalage, relativement constant, entre les points de mesure en mode dynamique (symboles carrés vides) de cette courbe A et la courbe Ref de référence.

Ce décalage est attendu car lié à la différence entre une mesure statique (mesure directe de la 16 résistance du sol Qc) et une mesure dynamique (résistance du sol extraite par corrélation de la formule des Hollandais).

La courbe A suit néanmoins fidèlement la courbe Ref de référence sur les 7 mètres de profondeur investigués ce qui démontre sa fiabilité.

5 Les points de mesure en mode statique (symboles carrés pleins) sont quant à eux quasiment superposés à la courbe Ref.

Ainsi, quand les points de mesure en mode dynamique suivent uniformément les points de mesure de contrôle en mode statique, malgré un décalage intrinsèque à la différence de mode de mesure, 10 on a une validation de la fiabilité des mesures en mode dynamique.

Des essais ont également été faits en mettant en oeuvre une injection de fluide en discontinu, tous les demi-mètres.

On 15 obtient une courbe sensiblement identique à la courbe A, dans des sols par exemple non collants.

Par contre, dans des sols collants, on note une augmentation anormale de la résistance du sol mesurée en mode dynamique au fur et à mesure de l'enfoncement, le décalage entre les mesures en mode dynamique 20 et celles en mode statique augmentant ainsi progressivement.

Cela traduit une augmentation des frottements parasites subis par la tige, entachant d'erreur les mesures en mode dynamique.

L'injection, notamment dans des sols collants, a donc besoin d'être effectuée en continu, afin d'obtenir des mesures en mode 25 dynamique fiables.

La courbe B avec les symboles triangulaires pleins présente des points de mesure en mode dynamique effectués au cours d'un enfoncement en mode dynamique, par un pénétromètre de 30 même configuration générale que le pénétromètre 100 selon l'invention, mais sans injection.

Dès les faibles profondeurs (autour de 3 mètres), la courbe C s'écarte significativement de la courbe Ref de référence et montre une tendance très différente d'augmentation constante de 17 la résistance du sol.

Ces mesures erronées sont dues à l'augmentation des frottements latéraux parasites au niveau de la tige 1.

Sans le système d'injection, on ne parvient donc pas à mesurer précisément et de façon fiable les caractéristiques de 5 portance du sol.

Revenant à la courbe A, les résultats tendent à montrer que la résistance du sol par mesures en mode dynamique avec contrôle statique, peut être extraite de façon fiable grâce au 10 pénétromètre 100 léger à injection selon ce premier mode de réalisation.

En appliquant les facteurs correctifs conventionnels définis pour chacun des modes statique et dynamique, la contrainte de dimensionnement des fondations (autrement appelée contrainte admissible Qa) peut être extraite 15 de façon fiable à partir des relations suivantes : Qa = Qc/10 = Qd/20 Où Qc est la résistance du sol mesurée en mode statique et Qd est la résistance du sol mesurée en mode dynamique.

20 Ce rapport de 2 entre Qc et Qd se retrouve visuellement sur la figure 2b entre les mesures en mode statique (symboles carrés pleins) et les mesures en mode dynamique (symboles carrés vides) de la courbe A, ou encore entre la courbe Ref et les mesures en mode dynamique (symboles carrés vides) de la courbe 25 A.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention 30 (figures 3a, 3b et 3c), le pénétromètre 100 est un pénétromètre statique à injection.

Il comprend : 18 - la tige 1 creuse, comportant à sa première extrémité la la pointe de mesure 11 de diamètre supérieur à celui de la tige 1, - la cellule de mesure 3 en contact avec la tige 1, munie 5 d'un capteur de pression 31 apte à être en contact avec la seconde extrémité lb de la tige 1 ; - le système d'injection 2 de fluide, connecté à proximité de la seconde extrémité lb, pour acheminer ledit fluide dans la tige 1 jusqu'à l'orifice d'expulsion 12, situé 10 avant la pointe de mesure 11, - des moyens d'appui 4 permettant d'enfoncer la tige 1 et la pointe de mesure 11 dans le sol, et comprenant au moins un premier moyen d'appui 41 pour appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure 3.

15 Avantageusement, le pénétromètre 100 selon ce deuxième mode de réalisation comprend un châssis 5 pour maintenir la tige 1, la cellule 3 et les moyens d'appui 4 dans l'axe d'enfoncement.

20 Le châssis 5 comprend une platine d'appui 51 disposée sur le sol.

La platine 51 comporte préférentiellement des pieds de réglage 51a pour stabiliser la platine 51 selon un plan, quelle que soit la planéité du sol.

Comme illustré sur la figure 3a, la platine d'appui 51 forme avantageusement une base 25 triangulaire.

Pour le lestage du pénétromètre 100, la platine d'appui 51 pourra par exemple être maintenue par des pieux enfoncés dans le sol et fixés à la platine 51.

Optionnellement des platines de réaction, solidaires de la platine d'appui 51, permettent l'ajout de poids pour réaliser un massif de réaction 30 et augmenter la pression statique applicable par le premier moyen d'appui 41.

Alternativement, un système d'attache 65 solidaire de la platine 51 et configuré pour s'accrocher à un véhicule (par exemple au niveau d'une boule de caravane 70, illustrée en figure 3c) permettra d'assurer le lestage du pénétromètre 100.

19 Le châssis 5 comprend également deux tubes de guidage 56, solidaires de la platine d'appui 51, dans lesquels un guide 57 est configuré pour coulisser, selon un axe d'enfoncement, notamment lors de l'enfoncement de la tige 1 dans le sol (figure 5 3b).

Il comprend également un tube arrière 58, disposé symétriquement par rapport aux tubes de guidage 56, et solidaire de la platine d'appui 51.

Avantageusement, le système d'attache 65 est fixé sur le tube arrière 58 (figure 3c).

10 Le premier moyen d'appui 41 comprend par exemple un système de type palan actionné par un vérin central 43, illustré sur la figure 3c (notons que le vérin central 43 et le système à palan ne sont pas représentés sur la figure 3b).

Un câble en Kevlar 44 sera préférentiellement utilisé 15 dans le système à palan.

Une première extrémité du câble 44 est fixée au système d'attache 65, par exemple par un étarqueur.

Le câble passe par une poulie d'appui 45, située sur le tube arrière 58, par la poulie inférieure 46a et par la poulie supérieure 46b du système à palan.

Le vérin central 43 a pour rôle d'écarter ou 20 de rapprocher les poulies 46a et 46b, ce qui va corrélativement tirer sur le câble 44 ou le relâcher.

Quand le câble 44 passe par la poulie de renvoi 47 pour être fixé en sa deuxième extrémité au guide 57, la traction du câble 44 opérée par le vérin central 43 se traduit par une 25 traction verticale, vers le bas, du guide 57 et par conséquent par l'enfoncement de la tige 1 et de la pointe de mesure 11 dans le sol.

Le système à palan permet de démultiplier la course du vérin : par exemple, avec les deux poulies 46a,46b, une course de 25cm permet un enfoncement de la pointe de mesure 11 de 50cm.

30 Quand le câble 44 passe par une poulie d'extraction 48 solidaire d'une poutre 49 disposée sur les tubes de guidage 56, pour être fixé en sa deuxième extrémité au guide 57, la traction du câble 44 opérée par le vérin central 43 se traduit par une 20 traction verticale, vers le haut, du guide 57 et par conséquent par l'extraction de la tige 1 hors du sol.

Notons que la poutre 49 est préférentiellement amovible, placée sur les tubes de guidage 56 uniquement au moment de 5 l'extraction du train de tiges 1.

Un dispositif de vibro-fonçage 8 (moyens supplémentaires d'enfoncement) peut être disposé sur le guide 57 ou la tête de mesure 3, en particulier si la pointe de mesure 11 rencontre une 10 couche de sol très résistante et que les moyens d'appui 41 en mode statique ne parviennent pas à provoquer l'enfoncement de la tige 1.

Le vibro-fonçage peut être appliqué en même temps que l'application de la pression d'enfoncement par le premier moyen 15 d'appui 41, ce qui décuple son efficacité de franchissement.

Le pénétromètre 100 selon le deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 3a, 3b, 3c a pour particularités : - d'être léger et portable (facilement transportable sur 20 un diable par exemple) tout en présentant une capacité de pénétration élevée (typiquement entre 5 et 10 mètres), car la taille réduite de la pointe de mesure 11 et l'injection limitent les forces d'appui à appliquer pour l'enfoncement de la tige 1, 25 - de fonctionner en mode statique, donc de produire des mesures précises et fiables de résistance du sol, en mode continu, - et d'être globalement adapté à tous types de sol, notamment du fait de l'assistance vibro-dynamique 30 (moyens supplémentaires d'enfoncement 8) face à une couche de sol dure.

21 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention

Claims (12)

1. REVENDICATIONS1. Pénétromètre (100) pour la mesure en mode statique de la résistance à la pénétration d'un sol, comprenant : - une tige (1) creuse, comportant à une première extrémité (la) une pointe de mesure (11) de diamètre supérieur à celui de la tige (1), - une cellule de mesure (3) en contact avec la tige (1) et comportant un capteur de pression (31) apte à être en contact avec une seconde extrémité (lb) de la tige (1) ; - un système d'injection (2) d'un fluide, connecté à proximité de la seconde extrémité (lb), pour acheminer ledit fluide dans la tige (1) creuse jusqu'à un orifice d'expulsion (12), aménagé sur la tige (1) avant la pointe de mesure (11), - des moyens d'appui (4) pour provoquer un enfoncement de la pointe de mesure (11) dans le sol, lesdits moyens (4) comprenant au moins un premier moyen d'appui (41) pour appliquer une pression en mode statique à la cellule de mesure (3).
2. 2. Pénétromètre selon la revendication précédente, dans lequel la pointe de mesure (11) présente une surface comprise entre 2 et 4 cm2.
3. 3. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier moyen d'appui (41) est dimensionné pour appliquer jusqu'à 100 bars de pression et comprend un levier d'appui manuel ou automatique, ou un vérin mécanique, hydraulique, pneumatique ou électrique. 23
4. 4. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système d'injection (2) injecte le fluide en continu ou en discontinu. 5
5. 5. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le fluide comprend de l'eau pure ou un mélange d'eau et d'une faible fraction de plastifiant biodégradable de type polymère ou d'argile en suspension. 10
6. 6. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'appui (4) comprennent un deuxième moyen d'appui (42) pour appliquer un battage dynamique a la cellule de mesure (3). 15
7. 7. Pénétromètre selon la revendication précédente dans lequel le deuxième moyen (42) comprend un mouton de battage (42a) et un tube guide (42b) pour guider la chute du mouton selon un axe d'enfoncement de la tige (1). 20
8. 8. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes dans lequel la tête de mesure (3) comprend un tiroir mécanique (32) pour mettre le capteur de pression (31) en contact avec la seconde extrémité (lb) de la tige (1) ou pour interrompre le contact entre le capteur de pression 25 (31) et la seconde extrémité (lb).
9. 9. Pénétromètre selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le premier moyen d'appui (41) comprend un système à palan actionné par un vérin (43). 30
10. 10. Pénétromètre selon l'une des revendications précédentes, comprenant un châssis (5) pour maintenir l'ensemble formé par la tige (1), la cellule de mesure (3) et les moyens d'appui (4), selon un axe d'enfoncement, et 24 pour autoriser le déplacement de la tige (1) lors de l'enfoncement dans le sol.
11. 11. Pénétromètre selon l'une des revendications 5 précédentes, comprenant un contrôleur électronique (33) configuré pour enregistrer les mesures issues du capteur (31).
12. 12. Pénétromètre selon l'une des revendications 10 précédentes, comprenant des moyens supplémentaires d'enfoncement (8) aptes à appliquer à la tige (1), une vibration à une fréquence déterminée.