WO2014068071A1 - Methode de realisation d'essai geotechnique - Google Patents
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- WO2014068071A1 WO2014068071A1 PCT/EP2013/072843 EP2013072843W WO2014068071A1 WO 2014068071 A1 WO2014068071 A1 WO 2014068071A1 EP 2013072843 W EP2013072843 W EP 2013072843W WO 2014068071 A1 WO2014068071 A1 WO 2014068071A1
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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
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- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0076—Hardness, compressibility or resistance to crushing
- G01N2203/0078—Hardness, compressibility or resistance to crushing using indentation
- G01N2203/0082—Indentation characteristics measured during load
Definitions
- the invention essentially relates to the field of geotechnical tests using a device comprising a penetrometer.
- a penetrometer is a device with a perforation tip that is driven into the ground by applying axial driving forces, that is to say compression forces oriented in the direction of driving.
- a static penetration test is a test of driving a penetration tip by applying a substantially constant penetration rate of the order of 2 cm / s to a predetermined accuracy of driving speed.
- the penetration resistance of the tip into the ground and / or the total resistance to penetration and / or friction on a sleeve placed behind the penetration point are measured. It can be noted that there may be cases where the soil has a compactness such that the penetrometer can not be introduced to make reliable measurements.
- a cased bore is made using a rotary bit and casing means. Once a ground horizon has been reached where the geotechnical test is to be performed, the penetrometer is then introduced into the cased bore to penetrate the soil below the lower end of the casing.
- An object of the invention is to provide a device for performing geotechnical tests in a soil and a method of performing such tests to solve at least some of the problems of the prior art stated above.
- the invention relates to a device for performing geotechnical tests in a soil, comprising a penetrometer with a perforation tip.
- This device is essentially characterized in that it further comprises:
- a casing having first and second ends, the first end being equipped with a penetration point in the ground which defines a central passage allowing the passage of the penetrometer in the casing and through this casing, this first end having around central passage a conical support;
- a percussion boom with first and second ends, the first end of the percussion boom carrying a percussion tip adapted to penetrate into the central passage, the percussion tip having a conical collar adapted to abut against the conical support of the penetration point of the casing .
- the percussion tip carried by the pole is used to pass inside the casing until it bears against the conical support formed inside the central passage of the casing, at / near from its first end, that is to say from the end intended to penetrate the ground.
- the percussion rod By applying a force on the percussion rod, it transmits via the conical flange, a force of driving the casing into the ground which allows the casing to penetrate soil horizons with high compactness.
- the percussion boom can be removed from the casing that remains embedded in the soil and the penetrometer inserted into the casing. positioning the penetration tip of the penetrometer so that it passes into the casing and slides there from the second to the first end of the casing. At the first end of the casing, the piercing tip penetrates through the central passageway into contact with the ground horizon in front of this central passage. It is then sufficient to apply a force of penetration of the perforation tip of the penetrometer so that this point passes completely through the central passage, thus casing beyond its penetration point and sinks into the ground to measure ground parameters in front of the central passage of the casing.
- the cased bore generated with the device of the invention extends from the ground surface, crosses the horizon of soil of significant compactness and stops at the roof of the soil horizon of reduced compactness compared on the horizon of soil of important compactness. Thanks to the invention, it is not necessary to perform a cased bore using a rotary drill bit / bit then insert the penetrometer in this borehole.
- the device of the invention makes it possible to dispense with a drilling device generating a rotary torque of bit drive. Thus, thanks to the invention, it avoids having to implant a rotary drilling device to make the cased bore and then replace it with a generator of axial forces on the penetrometer.
- the invention also relates to a method of performing a geotechnical test, using the device according to the invention.
- the method includes:
- FIG. 1a shows the penetration of the casing of the device according to the invention with the aid of the percussion rod and the percussion tip;
- FIG. 1b shows the casing of FIG. 1a after it is depressed to reach a soil horizon of reduced compactness with respect to the compactness of the upper ground horizon;
- FIG. 1 shows the casing of FIG. 1e in which the penetration tip of the penetrometer is introduced by means of the percussion rod;
- Figure 2 shows the percussion tip as it is moved into the casing, from the second to the first end of the casing
- FIG. 2a is a detail zone of the casing illustrating the contact between the conical collar of the percussion tip and the conical bearing formed inside the casing and delimiting the central passage.
- the invention relates to a device 1 for carrying out geotechnical tests in soil S.
- This device 1 comprises a penetrometer 2 provided with a perforation tip 3 intended to be driven into the ground S in order to measure physical parameters representative of the state of the ground and / or the depression in the ground S of the tip 3.
- a penetrometer 2 provided with a perforation tip 3 intended to be driven into the ground S in order to measure physical parameters representative of the state of the ground and / or the depression in the ground S of the tip 3.
- This point of perforation 3 is preferably of standard conical shape to be driven with its conical end first.
- the device 1 also comprises a casing 4 having first and second ends 4a, 4b which are respectively lower ends 4a and 4b upper casing 4 when the casing is driven into the ground S.
- the first end 4a is equipped with a tip penetration device 5 into the ground S which, as seen in FIG. 2, is in the form of a tube having an outer cone frustum C forming the first end 4a of the casing 4.
- This conical frustum C is arranged to be oriented with its narrowest part towards the ground where the casing is embedded.
- This truncated cone C is perforated at its center to define a central passage 6 allowing the through passage of the penetrometer 2.
- This first end 4a of the casing has around the central passage 6 an internal conical support 7 serving axial stop to the inside the casing.
- the device also comprises a percussion rod 8 having first and second ends 8a and 8b. These first and second ends 8a, 8b are respectively lower and upper ends of the percussion boom 8 when the latter is introduced into the casing driven into the ground.
- the first end 8a of the percussion rod 8 carries a percussion tip 9 adapted to penetrate the central passage 6, the percussion tip 9 having a conical and annular collar 10 formed around The collar 10 is adapted to abut against the conical support 7 of the penetration point 5 of the casing 4.
- this conical bearing is open between 130 ° and 150 ° and preferably open at 140 °. , which makes it possible to center the percussion tip without the risk of jamming it in the passage by conical wedging.
- first and second annular chamfers of rounded profiles R2, R2 ' are made on both sides (below and above) of the conical flange 10 formed on the percussion tip 9 . These forms reduce the risk of mechanical weakening of the perforation tip.
- first and second annular chamfers RI, RI 'formed on either side of the conical support 7 and the first and second annular chamfers R2, R2 'formed on either side of the conical flange 10, are arranged so that when the conical flange 10 of the percussion tip is in abutment against the conical support 7 of the casing 4, a first annular empty space E is for between said first chamfers R1, R2 and a second annular void space E 'is formed between said second chamfers R1', R2 '.
- the device further comprises an axial force generator 11 mechanically coupled to the percussion rod 8 to exert on this pole 8 axial forces Fx directed from the second end 8b to the first end 8a of the percussion rod 8.
- the percussion rod 8 is arranged to selectively carry at its first end 8a the percussion tip 9 (FIG. 1a) or the perforation tip 3 of the penetrometer 2 (FIG. .
- This percussion rod 8 is formed of several axial force transmission rods T1, T2 Fx, these rods being assembled together to form a series of rods extending in series along an axis of alignment of the drill string. . These rods are assembled together via assembly means here represented by "X”.
- the perch 8 is thus lengthened by adding new stems throughout its penetration into the ground.
- this pole 8 is tubular to allow the passage, all along the pole, of data transmission cables and / or current 14 connecting the Cde electronics implanted above the ground and Cpt sensors carried on the tip 3 of the penetrometer 2.
- the casing 4 is formed:
- the first SI section is assembled at one of its ends at one end of a first tube T1 of the tube train. Typically this assembly is performed by a male / female threaded connection.
- the female thread 12 is visible in FIG. 2.
- the tubes of the tube train Tx are assembled together via assemblies represented by "X" in FIGS. 1a, 1b, 1c. This casing 4 can thus be lengthened by adding new tubes throughout its penetration into the soil S.
- the force generator 11 is implanted with the control electronics Cde in a vehicle 13 having means for adjusting its inclination with respect to a horizontal plane. These means for adjusting the inclination typically comprise side legs adjustable in length.
- This vehicle also comprises means for guiding the casing and the percussion boom as well as tube storage means able to be assembled together to form the casing and rods suitable for being assembled. between them to form the percussion boom.
- the axial force generator 11 is arranged so that when the percussion rod 8 carries the percussion tip 9, the axial forces Fx are generated by threshing and / or driving and that when the percussion boom carries the piercing tip 3 of the penetrometer 2, the axial forces Fx are generated by the force generator 11 so that the driving speed of the perforation tip 3 in the ground is constant at a predetermined speed uncertainty.
- the device of the invention uses threshing or driving forces to drive the casing 4 and then driving forces adjusted to have a constant penetration point of penetration rate 3 when measuring parameters at the penetrometer 2.
- the device of the invention thus allows for both cased drilling by simple threshing / driving and static penetration tests also called in English "Cone Penetration Test" which is particularly economical in time and equipment to implement.
- this generator of axial forces 11 coupled to the pole 8 is exclusively arranged to generate axial forces Fx along an axis of the percussion boom thus coupled.
- this axial force generator when coupled to the pole can be used only to generate axial forces on the pole 8 but not to generate a torque of rotation of the pole.
- a control electronics Cde is connected:
- Cpt sensors for receiving representative information of representative parameters the state of the ground S or the depression of the piercing tip 3 and / or the percussion tip 9;
- these sensors can be arranged to measure:
- This device for carrying out geotechnical tests is essentially intended to be used according to a method of performing geotechnical tests specific to the invention.
- This method essentially comprises:
- the measurement of the physical parameters varying according to this depression Prior to the production of the cased bore F, the penetration tip 3 of the penetrometer 2 is pushed into the ground S, and physical parameters varying according to this depression are measured.
- the penetrometer 2 is removed from the ground and said cased bore F so that the first end of the casing is sunk into the ground at a depth greater than the depth at which the perforation tip 3 of the penetrometer was at the time when it was found that the compactness of the soil at The level of the piercing tip exceeded the predetermined maximum compactness value.
- the penetrometer without casing 4 is used as long as the compactness of the soil is sufficiently low.
- the compactness of a horizon of sandy soil HO, H1 is lower than that of a horizon of gravelly soil H2.
- the penetrometer is first depressed using the boom 8 and the force generator 11 as long as the tip 3 is in the sandy H0 horizon of low compactness.
- this point 3 meets the serious horizon of high compactness, there is a refusal penetrometer that can not continue its penetration into the soil while making reliable measurements.
- the penetrometer 2 and the rod 8 are then removed and the tip 3 of the pterometer 2 is replaced by the percussion tip 9 at the first end 8a of the pole 8.
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Abstract
Dispositif (1) pour la réalisation d'essais géotechniques dans un sol (S), comportant un pénétromètre (2) muni d'une pointe de perforation (3). Ce dispositif (1) est caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un tubage (4) présentant des première et seconde extrémités (4a, 4b), la première extrémité (4a) étant équipée d'une pointe de pénétration (5) dans le sol (S) qui définit un passage central (6) permettant le passage du pénétromètre (2), cette première extrémité (4a) présentant autour du passage central (6) un appui conique (7); - une perche de percussion (8) comportant des première et seconde extrémités (8a, 8b), la première extrémité (8a) de la perche de percussion (8) portant une pointe de percussion (9) adaptée à pénétrer dans le passage central (6), cette pointe de percussion (9) présentant une collerette conique (10) adaptée à venir en appui contre l'appui conique (7) de la pointe de pénétration (5) du tubage (4).
Description
METHODE DE REALISATION D'ESSAI GEOTECHNIQUE
ARRIERE PLAN DE L' INVENTION
L' invention concerne essentiellement le domaine des essais géotechniques à l'aide d'un dispositif comportant un pénétromètre .
Un pénétromètre est un appareil comportant une pointe de perforation que l'on enfonce dans le sol en lui appliquant des efforts d'enfoncement axiaux, c'est-à-dire des efforts de compression orientés dans le sens de l'enfoncement. On appelle essai de pénétration statique un essai consistant à enfoncer une pointe de pénétration en lui appliquant une vitesse de pénétration sensiblement constante de l'ordre de 2 cm/s à une incertitude de vitesse d'enfoncement prédéterminée près.
Pendant l'enfoncement de la pointe de pénétration on mesure la résistance à la pénétration de la pointe dans le sol et/ou la résistance totale à la pénétration et/ou le frottement sur un manchon placé en arrière de la pointe de pénétration. On constate qu'il peut exister des cas où le sol présente une compacité telle que le pénétromètre ne peut y être introduit pour y réaliser des mesures fiables. Dans ce cas, on réalise un forage tubé à l'aide d'un trépan rotatif et de moyens de tubage. Une fois que l'on a atteint un horizon de sol où l'on souhaite réaliser l'essai géotechnique, on introduit alors dans le forage tubé le pénétromètre pour le faire pénétrer dans le sol en dessous de l'extrémité inférieure du tubage. Dès lors que le pénétromètre rencontre à nouveau un horizon de sol trop compact pour permettre de poursuivre la mesure au pénétromètre, on réalise, à côté du premier forage, un nouveau forage tubé à
l'aide du trépan. Ce nouveau forage passe au travers de l'horizon trop compact et atteint un nouvel horizon moins compact et apte à permettre le fonctionnement du pénétro- mètre. On introduit alors la pointe du pénétromètre dans ce nouveau forage tubé pour réaliser ces mesures dans l'horizon de sol en dessous du tubage. Cette technique implique de réaliser autant de forages tubés que l'on a de refus de la pointe du pénétromètre. Un refus est caractérisé par le fait que la pointe du pénétromètre ne peut plus continuer sa pénétration dans le sol tout en générant des mesures fiables et représentatives de l'état du sol.
OBJET DE L'INVENTION
Un objet de l'invention est de fournir un dispositif pour la réalisation d'essais géotechniques dans un sol et une méthode de réalisation de tels essais permettant de résoudre au moins une partie des problèmes de l'art antérieur énoncés ci-avant.
RESUME DE L'INVENTION
A cette fin, l'invention concerne un dispositif pour la réalisation d'essais géotechniques dans un sol, comportant un pénétromètre muni d' une pointe de perforation. Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte en outre :
- un tubage présentant des première et seconde extrémités, la première extrémité étant équipée d'une pointe de pénétration dans le sol qui définit un passage central permettant le passage du pénétromètre dans le tubage et au travers de ce tubage, cette première extrémité présentant autour du passage central un appui conique ;
- une perche de percussion comportant des première
et seconde extrémités, la première extrémité de la perche de percussion portant une pointe de percussion adaptée à pénétrer dans le passage central, cette pointe de percussion présentant une collerette conique adaptée à venir en appui contre l'appui conique de la pointe de pénétration du tubage .
Grâce à ce dispositif, la pointe de percussion portée par la perche est utilisée pour passer à l'intérieur du tubage jusqu'à venir en appui contre l'appui conique formé à l'intérieur du passage central du tubage, au niveau / à proximité de sa première extrémité, c'est-à-dire de l'extrémité destinée à pénétrer dans le sol. En appliquant un effort sur la perche de percussion, on transmet via la collerette conique, un effort d'enfoncement du tubage dans le sol ce qui permet au tubage de pénétrer des horizons de sol à forte compacité.
Une fois que la première extrémité du tubage est passée au-delà de l'horizon de sol de forte compacité, on peut alors retirer la perche de percussion hors du tubage qui reste enfoncé dans le sol puis introduire le pénétro- mètre dans ce tubage en positionnant la pointe de perforation du pénétromètre pour qu'elle passe dans le tubage et y coulisse en allant de la seconde vers la première extrémité du tubage. Arrivé au niveau de la première extrémité du tubage, la pointe de perforation pénètre au travers du passage central jusqu'à venir en contact avec l'horizon de sol se trouvant devant ce passage central. Il suffit alors d'appliquer un effort d'enfoncement de la pointe de perforation du pénétromètre pour que cette pointe passe complètement au travers du passage central, sorte du tubage au-
delà de sa pointe de pénétration et s'enfonce dans le sol pour y mesurer des paramètres de sol en avant du passage central du tubage.
On peut ainsi réaliser à l'aide d'un même dispositif et en un même emplacement :
- d'une part un enfoncement de pointe de pénétromètre pour réaliser des mesures de sol ; et
- d'autre part un tubage pour pouvoir passer et tuber un horizon de sol qui serait trop compact pour la pointe de perforation du pénétromètre.
Typiquement, le forage tubé généré avec le dispositif de l'invention s'étend à partir de la surface du sol, traverse l'horizon de sol de compacité importante et s'arrête au toit de l'horizon de sol de compacité réduite par rapport à l'horizon de sol de compacité importante. Grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire de réaliser un forage tubé à l'aide d'un outil de forage rotatif / trépan puis d'insérer le pénétromètre dans ce forage. Le dispositif de l'invention permet de se passer de dispositif de forage générant un couple rotatif d' entraînement de trépan. Ainsi, grâce à l'invention, on évite d'avoir à implanter un dispositif de forage rotatif pour réaliser le forage tubé puis à le remplacer par un générateur d'efforts axiaux sur le pénétromètre .
L'invention concerne aussi une méthode de réalisation d'un essai géotechnique, à l'aide du dispositif selon l'invention. La méthode comporte :
- la réalisation, à l'aide du tubage et de la perche de percussion, d'un forage tubé dans le sol ;
- l'introduction du pénétromètre dans le tubage du forage
tubé ainsi formé, de manière que la pointe de perforation du pénétromètre passe au travers du passage central du tubage et s'enfonce dans un horizon du sol se trouvant face au passage central du tubage ; et
- pendant l'enfoncement de la pointe de perforation du pénétromètre dans l'horizon du sol, on mesure des paramètres physiques variant en fonction de cet enfoncement de la pointe de perforation.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure la présente l'enfoncement du tubage du dispositif selon l'invention à l'aide de la perche de percussion et de la pointe de percussion ;
- la figure lb présente le tubage de la figure la après qu'il soit enfoncé pour atteindre un horizon de sol de compacité réduite par rapport à la compacité d'horizon de sol supérieur ;
- La figure le présente le tubage de la figure le dans lequel on introduit la pointe de perforation du pénétromètre à l'aide de la perche de percussion ;
La figure 2 présente la pointe de percussion alors qu'elle est déplacée dans le tubage, de la seconde vers la première extrémité du tubage ;
- la figure 2a est une zone de détail du tubage illustrant le contact entre la collerette conique de la pointe de percussion et l'appui conique formé à l'intérieur du tubage et délimitant le passage central.
β
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Comme indiqué précédemment, l'invention concerne un dispositif 1 pour la réalisation d'essais géotechniques dans un sol S.
Ce dispositif 1 comporte un pénétromètre 2 muni d'une pointe de perforation 3 prévue pour être enfoncée dans le sol S afin de mesurer des paramètres physiques représentatifs de l'état du sol et/ou de l'enfoncement dans le sol S de la pointe de perforation 3. Parmi les para- mètres physiques mesurés, on peut avoir la compacité du sol, la température, le taux d'humidité, la conductivité électrique, la pression ambiante à l'endroit de la pointe de perforation 3. Cette pointe de perforation 3 est préfèrentiellement de forme conique standard pour être enfoncée avec son extrémité conique en premier.
Le dispositif 1 comprend aussi un tubage 4 présentant des première et seconde extrémités 4a, 4b qui sont respectivement des extrémités inférieure 4a et supérieure 4b du tubage 4 lorsque ce tubage est enfoncé dans le sol S. La première extrémité 4a est équipée d'une pointe de pénétration 5 dans le sol S qui, comme on le voit sur la figure 2, est en forme de tube présentant un tronc de cône externe C formant la première extrémité 4a du tubage 4. Ce tronc de cône C est disposé pour être orienté avec sa partie la plus étroite en direction du sol où est enfoncé le tubage. Ce tronc de cône C est perforé en son centre pour y définir un passage central 6 permettant le passage traversant du pénétromètre 2. Cette première extrémité 4a du tubage présente autour du passage central 6 un appui conique interne 7 ser- vant de butée axiale à l'intérieur du tubage.
Le dispositif comporte aussi une perche de percussion 8 comportant des première et seconde extrémités 8a et 8b. Ces première et seconde extrémités 8a, 8b sont respectivement des extrémités inférieure et supérieure de la perche de percussion 8 lorsque cette dernière est introduite à l'intérieur du tubage enfoncé dans le sol.
Comme on le voit sur les figures la et 2, la première extrémité 8a de la perche de percussion 8 porte une pointe de percussion 9 adaptée à pénétrer dans le passage central 6, cette pointe de percussion 9 présentant une collerette conique et annulaire 10 formée autour de la pointe de percussion 9. Cette collerette 10 est adaptée à venir en appui contre l'appui conique 7 de la pointe de pénétration 5 du tubage 4. Typiquement cet appui conique est ouvert entre 130° et 150° et préférentiellement ouvert à 140°, ce qui permet de réaliser un centrage de la pointe de percussion sans risquer de la coincer dans le passage par coincement conique .
Une fois que la collerette conique 10 de la pointe de percussion 9 est en appui contre l'appui conique 7 du tubage, les efforts d'enfoncement axiaux appliqués sur la pointe de percussion 9 via la perche de percussion 8 sont transmis via la collerette conique 10 à la pointe de perforation 5 du tubage 4 pour l'enfoncer dans le sol S.
On constate en particulier sur la figure la que la pointe de percussion 9 et la pointe de pénétration 5 du tubage 4 sont agencées pour que lors de l'appui conique de la collerette 10 de la pointe de percussion 9 contre l'appui conique 7, la forme conique de l'extrémité de la pointe de percussion 9 soit en prolongement de la forme conique de la
pointe de pénétration 5. Ainsi, ces formes coniques externes de la pointe de pénétration 5 et de l'extrémité de la pointe de percussion 9 présentent une même ouverture de cône qui est comprise entre 50° et 70° et préférentielle- ment qui est de 60°. Cette continuité de forme facilite l'enfoncement de ces pointes 5 et 9 dans le sol puisqu'une fois assemblées elles génèrent un cône de pénétration plein et de surface externe continue. Un joint d'étanchéité torique J (visible sur la figure 2) est prévu autour de la pointe 9 afin de venir réaliser une étanchéité à l'intérieur du passage 6, autour de la pointe de percussion 9, entre cette dernière et le passage central 6 du tubage. Ce joint J réduit le risque que des éléments du sol ne passent dans le tubage et perturbent le contact conique entre la pointe de percussion 9 et l'appui conique 7. Pour cela le joint J est disposé entre l'extrémité pointue de la pointe de percussion 9 et la collerette conique 10. On voit sur la figure 2a que de part et d'autre (dessus et au des¬ sous) de l'appui conique 7 formé dans le passage 6 sont ré- alisés des premier et second chanfreins annulaires de profils en arrondis RI, RI' permettant de limiter le risque d'affaiblissement du tubage à l'endroit de l'appui conique 7. De même, de part et d'autre (en dessous et au dessus) de la collerette conique 10 formée sur la pointe de percussion 9 sont réalisés des premier et second chanfreins annulaires de profils en arrondis R2, R2'. Ces formes permettent de réduire le risque d'affaiblissement mécanique de la pointe de perforation. En outre, les premier et second chanfreins annulaires RI, RI' formés de part et d'autre de l'appui co- nique 7 et les premier et second chanfreins annulaires R2,
R2' formés de part et d'autre de la collerette conique 10, sont disposés pour que lorsque la collerette conique 10 de la pointe de percussion est en appui contre l'appui conique 7 du tubage 4, un premier espace vide annulaire E soit for- mé entre ledits premiers chanfreins Rl, R2 et un second espace vide annulaire E' soit formé entre lesdits second chanfreins Rl' , R2' . Ces espaces annulaires vides E, E' permettent de limiter le contact axial entre le tubage 4 et la pointe de percussion, ce contact axial ne se produisant qu'au niveau de la zone d'appui / contact conique entre la collerette conique 10 et l'appui conique 7. On réduit ainsi la concentration de contraintes mécaniques à l'endroit des chanfreins Rl, Rl', R2, R2' et on concentre ces contraintes au niveau de l'appui conique.
Le dispositif comporte en outre un générateur d'efforts axiaux 11 couplé mécaniquement à la perche de percussion 8 pour exercer sur cette perche 8 des efforts axiaux Fx dirigés de la seconde extrémité 8b vers la première extrémité 8a de la perche de percussion 8.
Comme on le voit en particulier sur les figures la et le, la perche de percussion 8 est agencée pour sélectivement porter à sa première extrémité 8a la pointe de percussion 9 (figure la) ou la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2 (figure le) .
Cette perche de percussion 8 est formée de plusieurs tiges Tl, T2 de transmission d'efforts axiaux Fx, ces tiges étant assemblées entre elles pour former un train de tiges s' étendant, en série, selon un axe d'alignement du train de tiges. Ces tiges sont assemblées entre elles via des moyens d'assemblages ici représentés par des « X ». La perche 8
est ainsi allongée en ajoutant de nouvelles tiges tout au long de son enfoncement dans le sol. Idéalement, cette perche 8 est tubulaire pour permettre le passage, tout au long de la perche, de câbles de transmission de données et /ou courant 14 reliant l'électronique Cde implantée au dessus du sol et des capteurs Cpt portés sur la pointe 3 du pénétromètre 2.
De même, le tubage 4 est formé :
- d'une première section SI portant la pointe de péné- tration 5 et l'appui conique 7 et dans laquelle est réalisé le passage central 6 ; et
- d'un train Tx de plusieurs tubes.
La première section SI est assemblée au niveau d'une de ses extrémités à une extrémité d'un premier tube Tl du train de tube. Typiquement cet assemblage est réalisé par un assemblage fileté mâle / femelle. Le filetage femelle 12 est visible sur la figure 2. Les tubes du train de tubes Tx sont assemblés entre eux via des assemblages symbolisés par des « X » sur les figures la, lb, le. Ce tubage 4 peut ain- si être allongé en ajoutant de nouveaux tubes tout au long de son enfoncement dans le sol S.
Le générateur d'efforts 11 est implanté avec l'électronique de commande Cde dans un véhicule 13 doté de moyens d'ajustement de son inclinaison par rapport à un plan horizontal. Ces moyens d'ajustement de l'inclinaison comportent typiquement des béquilles latérales ajustables en longueur. Ce véhicule comporte aussi des moyens pour guider le tubage et la perche de percussion ainsi que des moyens de stockage de tubes aptes à être assemblés entre eux pour réaliser le tubage et de tiges aptes à être assem-
blées entre elles pour former la perche de percussion.
Le générateur d'efforts axiaux 11 est agencé pour que lorsque la perche de percussion 8 porte la pointe de percussion 9, les efforts axiaux Fx soient générés par battage et/ou fonçage et pour que lorsque la perche de percussion porte la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2, les efforts axiaux Fx soient générés par le générateur d'efforts 11 de manière que la vitesse d'enfoncement de la pointe de perforation 3 dans le sol soit constante, à une incertitude de vitesse prédéterminée près.
Ainsi, le dispositif de l'invention utilise des efforts de battage ou fonçage pour enfoncer le tubage 4 puis des efforts de fonçage ajustés pour avoir une vitesse d'enfoncement de pointe de perforation 3 constante lors de la mesure de paramètres au pénétromètre 2. Le dispositif de l'invention permet ainsi de réaliser à la fois un forage tubé par simple battage / fonçage et des essais de pénétration statique aussi appelés en Anglais « Cone pénétration Test » ce qui est particulièrement économique en temps et en matériel à mettre en œuvre.
Idéalement, ce générateur d'efforts axiaux 11 couplés à la perche 8 est exclusivement agencé pour générer des efforts axiaux Fx selon un axe de la perche de percussion ainsi couplée. En d'autres termes, ce générateur d'efforts axiaux lorsque couplé à la perche ne peut être utilisé que pour générer des efforts axiaux sur la perche 8 mais pas pour générer un couple de mise en rotation de la perche.
Une électronique de commande Cde est reliée :
- d'une part à des capteurs Cpt pour recevoir des informations représentatives de paramètres représentatifs
de l'état du sol S ou de l'enfoncement de la pointe de perforation 3 et/ou de la pointe de percussion 9 ; et
- d'autre part au générateur d'efforts axiaux 11 pour commander la génération d'efforts axiaux Fx en fonc- tion de certains au moins des paramètres mesurés.
Typiquement, ces capteurs peuvent être disposés pour mesurer :
- des efforts de résistance du sol à l'avancement de la pointe de perforation ; et/ou
- des efforts de résistance à l'avancement dans le sol de la pointe de perforation et de la perche de transmission qui la porte ; et/ou
- des efforts de résistance à l'avancement du tubage et de la pointe de percussion.
Ce dispositif pour la réalisation d'essais géotechniques est essentiellement prévu pour être utilisé suivant une méthode de réalisation d'essais géotechniques spécifique à l'invention.
Cette méthode comporte essentiellement :
- la réalisation à l'aide du tubage 4 et de la perche de percussion 8 d'un forage tubé F dans le sol S ;
- l'introduction du pénétromètre 2 dans le tubage 4 du forage tubé F, de manière que la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2 passe au travers du passage central 6 du tu- bage 4 et s'enfonce dans un horizon du sol Hl se trouvant face au passage central 6 du tubage 4 ; et
- pendant l'enfoncement de la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2 dans l'horizon Hl du sol S, la mesure des paramètres physiques variant en fonction de cet enfonce- ment.
Préalablement à la réalisation du forage tubé F, on enfonce la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2 dans le sol S, et on mesure des paramètres physiques variant en fonction de cet enfoncement.
Si lors de cet enfoncement du pénétromètre 2 dans le sol S, on constate que la compacité du sol au niveau de la pointe de perforation 3 du pénétromètre dépasse une valeur de compacité maximale prédéterminée, alors on retire le pénétromètre 2 du sol et on réalise ledit forage tubé F de manière à ce que la première extrémité du tubage soit enfoncée dans le sol à une profondeur supérieure à la profondeur à laquelle se trouvait la pointe de perforation 3 du pénétromètre au moment où l'on a constaté que la compacité du sol au niveau de la pointe de perforation dépassait la- dite valeur de compacité maximale prédéterminée.
Ainsi, on utilise le pénétromètre sans tubage 4 tant que la compacité du sol est suffisamment faible. Typiquement la compacité d'un horizon de sol sableux HO, Hl est plus faible que celle d'un horizon de sol graveleux H2. Dans l'exemple des figures la à le, suivant la méthode de l'invention, on enfonce d'abord le pénétromètre à l'aide de la perche 8 et du générateur d'efforts 11 tant que la pointe 3 se trouve dans l'horizon H0 sableux de faible compacité. Lorsque cette pointe 3 rencontre l'horizon grave- leux de forte compacité, on constate un refus du pénétromètre qui ne peut plus continuer son enfoncement dans le sol tout en y réalisant des mesures fiables. On retire alors le pénétromètre 2 et la perche 8 et l'on remplace à la première extrémité 8a de la perche 8, la pointe 3 du pé- nétromètre 2 par la pointe de percussion 9. On positionne
la première section du tubage pour que sa pointe de pénétration 5 soit orientée vers le sol et on y enfile la pointe de percussion 9 portée par la perche pour que cette pointe 9 soit aussi orientée vers le sol exactement à l'emplacement où l'on avait commencé l'essai au pénétromètre. On génère alors un effort de battage sur la perche 8 ce qui provoque l'enfoncement de la pointe de percussion 9 et du tubage 4. Le tubage 4 pénètre au travers de l'horizon H2 de sol S de forte compacité et permet de le traverser (cette étape est illustrée à la figure la) . Durant la réalisation du forage tubé, on estime la compacité du sol au niveau de la première extrémité 4a du tubage 4 enfoncé dans le sol S. Une fois que la compacité du sol ainsi estimée est passée en dessous d'un seuil limite prédéterminé de compacité, on sait que l'on a passé l'horizon de sol H2 de forte compacité et que l'on a atteint le toit d'un horizon de sol inférieur Hl de plus faible compacité. Typiquement cet horizon Hl peut être fait de sable. Après détection de cette plus faible compacité :
- on arrête l'enfoncement de ce tubage 4 dans le sol S ;
- on retire la perche de percussion 8 du tubage 4 ; et
- on réalise l'introduction précitée du pénétromètre 2 dans le tubage 4 du forage tubé F de manière que la pointe de perforation 3 du pénétromètre 2 passe au travers du passage central 6 du tubage 4 et s'enfonce dans ledit horizon du sol Hl se trouvant face au passage central 6 du tubage 4.
Lors de cet enfoncement de la pointe 3 du pénétromètre 2 on mesure des paramètres physiques représentatifs de cet enfoncement pour caractériser l'horizon Hl . Ces opérations de tubage à l'aide de la pointe de percussion puis de per-
foration à l'aide du pénétromètre peuvent être alternées autant de fois que nécessaire et toujours au même emplacement pour passer les horizons trop compacts et utiliser le pénétromètre en dehors de ces horizons compacts, au niveau des horizons de faible compacité.
Claims
1. Dispositif (1) pour la réalisation d'essais géotechniques dans un sol (S), comportant un pénétromètre (2) muni d'une pointe de perforation (3), ce dispositif (1) étant caractérisé en ce qu' il comporte en outre :
- un tubage (4) présentant des première et seconde extrémités (4a, 4b), la première extrémité (4a) étant équipée d'une pointe de pénétration (5) dans le sol (S) qui définit un passage central (6) permettant le passage du péné- tromètre (2), cette première extrémité (4a) présentant autour du passage central (6) un appui conique (7) ;
- une perche de percussion (8) comportant des première et seconde extrémités (8a, 8b), la première extrémité (8a) de la perche de percussion (8) portant une pointe de percussion (9) adaptée à pénétrer dans le passage central (6), cette pointe de percussion (9) présentant une collerette conique (10) adaptée à venir en appui contre l'appui conique (7) de la pointe de pénétration (5) du tubage (4).
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la perche de percussion (8) est agencée pour sélectivement porter à sa première extrémité (8a) la pointe de percussion (9) ou la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) .
3. Dispositif selon la revendication 2, comportant en outre un générateur (11) d'efforts axiaux (Fx) couplé méca- niquement à la perche de percussion (8) pour exercer sur cette perche (8) des efforts axiaux (Fx) dirigés de la seconde vers la première extrémité (8b, 8a) de la perche de percussion ( 8 ) .
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel le générateur d'efforts axiaux (11) est agencé pour que lors-
que la perche de percussion (8) porte la pointe de percussion (9), les efforts axiaux (Fx) soient générés par battage et pour que lorsque la perche de percussion (8) porte la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2), les ef- forts axiaux (Fx) soient générés par le générateur d'efforts (11) de manière que la vitesse d'enfoncement de la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) soit constante, à une incertitude prédéterminée près.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, dans lequel, de part et d'autre de l'appui conique (7) formé dans le passage (6) sont réalisés des premier et second chanfreins annulaires de profils en arrondis (RI, RI') permettant de limiter le risque d'affaiblissement du tubage à l'endroit de l'appui conique (7).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, de part et d'autre de la collerette conique (10) formée sur la pointe de percussion (9) sont réalisés des premier et second chanfreins annulaires de profils en arrondis (R2, R2' ) , ces chanfreins permettant de réduire le risque d'affaiblissement mécanique de la pointe de perforation.
7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, dans lequel, les chanfreins annulaires (RI, Rl' ) formés de part et d'autre de l'appui conique (7) et les chanfreins annu- laires (R2, R2 ' ) formés de part et d'autre de la collerette conique (10), sont disposés pour que lorsque la collerette conique (10) de la pointe de percussion est en appui contre l'appui conique (7) du tubage (4), un premier espace vide annulaire (E) soit formé entre lesdits premiers chanfreins (Rl, R2) et un second espace vide annulaire (E' ) soit formé
entre lesdits seconds chanfreins (RI' , R2 ' ) .
8. Méthode de réalisation d'un essai géotechnique, à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, la méthode comportant :
- la réalisation à l'aide du tubage (4) et de la perche de percussion (8) d'un forage tubé (F) dans le sol (S) ;
- l'introduction du pénétromètre (2) dans le tubage (4) du forage tubé (F), de manière que la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) passe au travers du passage central (6) du tubage (4) et s'enfonce dans un horizon du sol (Hl) se trouvant face au passage central (6) du tubage (4) ; et
- pendant l'enfoncement de la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) dans l'horizon (Hl) du sol (S), la mesure des paramètres physiques variant en fonction de cet enfoncement de la pointe de perforation (3).
9. Méthode de réalisation d'un essai géotechnique selon la revendication 8, dans lequel préalablement à la réalisation du forage tubé (F), on enfonce la pointe de perfo- ration (3) du pénétromètre (2) dans le sol (S), et on mesure des paramètres physiques variant en fonction de cet enfoncement de la pointe de perforation (3), si lors de cet enfoncement du pénétromètre (2) dans le sol on constate que la compacité du sol au niveau de la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) dépasse une valeur de compacité maximale prédéterminée, alors on retire le pénétromètre (2) du sol (S) et on réalise ledit forage tubé (F) de manière à ce que la première extrémité (4a) du tubage (4) soit enfoncée dans le sol (S) à une profondeur supérieure à la pro- fondeur à laquelle se trouvait la pointe de perforation (3)
du pénétromètre (2) au moment où l'on a constaté que la compacité du sol au niveau de la pointe de perforation (3) dépassait ladite valeur de compacité maximale prédéterminée .
10. Méthode de réalisation d'un essai géotechnique selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, dans lequel durant la réalisation du forage tubé (F), on estime la compacité du sol (S) au niveau de la première extrémité (4a) du tubage (4) enfoncé dans le sol (S) et une fois que la compacité du sol ainsi estimée est passée en dessous d'un seuil limite prédéterminé de compacité :
- on arrête l'enfoncement de ce tubage (4) dans le sol
(5) ; puis
- on retire la perche de percussion (8) du tubage (4) ; puis
- on réalise ladite introduction du pénétromètre (2) dans le tubage (4) du forage tubé (F) de manière que la pointe de perforation (3) du pénétromètre (2) passe au travers du passage central (6) du tubage (4) et s'enfonce dans ledit horizon (Hl) du sol (S) se trouvant face au passage central
(6) du tubage (4) .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| EP13788934.1A EP2914780A1 (fr) | 2012-11-02 | 2013-10-31 | Methode de realisation d'essai geotechnique |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1260462A FR2997762B1 (fr) | 2012-11-02 | 2012-11-02 | Methode de realisation d'essai geotechnique utilisant un tubage et un penetrometre dote d'un cone de penetration. |
| FR1260462 | 2012-11-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2014068071A1 true WO2014068071A1 (fr) | 2014-05-08 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2013/072843 WO2014068071A1 (fr) | 2012-11-02 | 2013-10-31 | Methode de realisation d'essai geotechnique |
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|---|---|
| EP (1) | EP2914780A1 (fr) |
| FR (1) | FR2997762B1 (fr) |
| WO (1) | WO2014068071A1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3036725A1 (fr) * | 2015-05-27 | 2016-12-02 | Ginger Cebtp | Dispositif geotechnique pour la realisation simultanee d'un carottage et d'un tubage |
| WO2020030478A1 (fr) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Universität Bremen | Dispositif et procédé permettant d'effectuer des analyses géologiques |
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| US5777242A (en) * | 1995-01-11 | 1998-07-07 | Fugro Engineers B.V. | Soil analysis and sampling system |
| EP2385175A2 (fr) * | 2010-05-07 | 2011-11-09 | Gouda Geo-Equipment B.V. | Dispositif et système poussoir de test de pénétration de cône |
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2012
- 2012-11-02 FR FR1260462A patent/FR2997762B1/fr active Active
-
2013
- 2013-10-31 EP EP13788934.1A patent/EP2914780A1/fr not_active Withdrawn
- 2013-10-31 WO PCT/EP2013/072843 patent/WO2014068071A1/fr active Application Filing
Patent Citations (2)
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| WO2020030478A1 (fr) * | 2018-08-07 | 2020-02-13 | Universität Bremen | Dispositif et procédé permettant d'effectuer des analyses géologiques |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2997762A1 (fr) | 2014-05-09 |
| FR2997762B1 (fr) | 2015-01-16 |
| EP2914780A1 (fr) | 2015-09-09 |
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