[0001] La présente invention a pour objet un appareil de mesure de caractéristiques mécaniques
d'un corps ou d'un milieu, en particulier, de caractéristiques mécaniques du sol,
qui permet de mesurer et, si on le désire, d'enregistrer les caractéristiques suivantes
du corps ou du milieu analysé : la résistance à la compression sous l'action d'une
force, la déformation linéaire sous l'effet de cette force et la résistance au cisaillement,
à la coupe ou au frottement sous l'action d'un couple combiné à une force exercée
suivant un axe sensiblement perpendiculaire au bras de levier du couple et coupant
ce dernier sensiblement en son milieu.
[0002] Il existe de multiples réalisations d'appareils légers et portables, particulièrement
conçus pour la détermination en site des caractéristiques mécaniques des sols.
[0003] On peut classer ces appareils en deux catégories selon leur fonction :
- les pénétromètres pour la mesure de la résistance d'un sol ou d'un produit déformable
quelconque, à la pénétration d'une sonde, en fonction de la profondeur d'enfoncement
de celle-ci (brevets US 2.130.751, 3.712.121, DE 1.216.574 et GB 187.159, Bulletin CNEEMA Bl n° 237, octobre 1977, pages
47-50, "J. agric. Engng Res. (1977) 22, 209-212) ;
- les torsiomètres aptes à mesurer la résistance du sol ou d'un milieu cohérent quelconque,
à un couple de cisaillement et/ou de friction..., en fonction de la force pressante,
de direction perpendiculaire au plan du couple et au plan de cisaillement et/ou de
friction, (brevets US 3.116.633 et 3.797.301, Engineering vol. 199, n° 5159, 5 mars 1965, "Soil Shearing Meter", page 315).
[0004] Ces mesures sont assurées, soit par un dispositif à indication numérique, soit pour
les versions plus perfectionnées, par un enregistreur requérant parfois des mécanismes
fort compliqués. Il n'existe pas d'appareil léger, portable et praticable par un seul
opérateur, qui permette la combinaison des deux fonctions de mesures susdites, pénétrométrique
et torsiométrique.
[0005] En effet, cette double possibilité n'est assurée que moyennant des appareillages
complexes dont la masse et les sujétions en fait d'assistance (électro-hydraulique-pneumatique)
et de mesure (électronique) impliquent la mise en oeuvre d'équipes qualifiées et de
véhicules motorisés spécifiques.
[0006] L'appareil bien connu, dénommé BEVAMETER, illustre notamment cette catégorie d'équipement.
[0007] L'objet de la présente invention a trait précisément à un appareil portable, conçu
pour être utilisé en site par un opérateur isolé, appareil permettant des mesures
couvrant les deux fonctions susdites :
- résistance à la compression et déformation linéaire résultante
- résistance à un couple de torsion et force pressante axiale.
[0008] Dans la réalisation exclusivement mécanique de l'invention, les deux couples de mesures
sont assurés par un mécanisme remarquable de simplicité, de fiabilité et de précision.
Les mesures peuvent être enregistrées en coordonnées cartésiennes et cinq graphiques
polychromes sont superposables sur le même support plastique indéformable.
[0009] A cet effet, suivant l'invention, ledit appareil comprend deux éléments alignés suivant
leur axe, des premiers moyens disposés entre les deux éléments et agencés pour réunir
ces derniers et pour, d'une part, s'opposer aux déplacements des éléments l'un par
rapport à l'autre suivant leur axe lorsqu'un effort est exercé, suivant cet axe, à
l'extrémité libre d'un des éléments et dirigé vers l'autre élément et, d'autre part,
s'opposer à la rotation des éléments l'un par rapport à l'autre autour de leur axe,
une sonde fixée à l'extrémité libre d'un des éléments, des deuxièmes moyens agencés
à l'extrémité libre de l'autre élément pour permettre d'exercer l'effort précité suivant
l'axe des éléments et pour exercer un couple sur les éléments par rapport à leur axe,
un curseur agencé pour se déplacer sur l'élément portant la sonde, parallèlement à
l'axe de celui-ci, à partir de l'extrémité libre de la sonde vers l'autre élément
lorsque la sonde s'enfonce dans le corps ou milieu à mesurer, des troisièmes moyens
agencés d'une part pour mesurer simultanément l'effort susdit suivant l'axe des éléments
et le déplacement du curseur sur l'élément portant la sonde, et d'autre part, pour
mesurer simultanément ledit effort suivant l'axe des éléments et le couple précité,
le passage d'un type de mesure à l'autre étant assuré à l'aide d'un dispositif de
blocage solidarisant lesdits troisièmes moyens à l'élément portant la sonde.
[0010] Suivant une forme de réalisation particulièrement avantageuse de l'invention, l'appareil
comprend, associés auxdits troisièmes moyens agencés pour mesurer l'effort, les déplacements
et le couple précités, des moyens pour enregistrer ces trois grandeurs.
[0011] L'invention a également pour objet, d'une part, un dispositif pour le calibrage de
l'appareil susdit et, d'autre part, des sondes destinées à être associées à ce dernier.
[0012] D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description
des dessins annexés au présent mémoire et qui représentent, à titre d'exemples non
limitatifs, des formes de réalisations particulières de l'appareil, du dispositif
de calibrage et des sondes suivant l'invention.
[0013]
La figure 1A est une vue en élévation, avec brisures partielles, de l'appareil suivant
l'invention.
La figure 1B est une vue partielle de détail de la figure 1A illustrant la liaison
entre les trois parties principales de l'appareil.
La figure 2 est une vue partielle, suivant la ligne II-II de la figure 1A, d'un détail
de l'appareil représenté à la figure 1A.
La figure 3 est une vue développée d'un enregistrement de mesures réalisé sur l'appareil
montré aux figures 1 et 2.
La figure 4 est une vue analogue à la figure 1 , avec brisures partielles, illustrant
une variante de l'appareil montré aux figures 1 et 2.
La figure 5 est une vue développée des enregistrements de mesures réalisés sur l'appareil
représenté à la figure 4.
La figure 6 est une vue en élévation d'une variante des appareils montrés aux figures
1 , 2 et 4.
La figure 7 est une vue en plan correspondant à la figure 6.
La figure 8 est une vue en élévation, avec brisures partielles, du dispositif destiné
à permettre le calibrage de l'appareil susdit.
La figure 9 est une vue schématique en plan correspondant à la figure 8.
La figure 10 est une vue en élévation, avec brisures partielles, d'une sonde destinée
à l'appareil précité.
La figure 11 est une vue analogue à la figure 10.
La figure 12 est une vue explosée, en perspective, montrant les divers éléments d'une
sonde suivant l'invention.
La.figure 13 est une vue de la sonde montrée à la figure 12, les éléments de celle-ci
étant représentés en position assemblée.
La figure 14 est une vue en perspective montrant une variante de la sonde représentée
aux figures 12 et 13.
La figure 15 est une vue en élévation scnématique avec brisures partielles montrant
un mode d'utilisation particulier de l'appareil suivant l'invention.
[0014] Dans les différentes figures, les mêmes notations de références désignent des éléments
identiques ou analogues.
[0015] L'appareil suivant l'invention et représenté aux figures 1 et 2 comprend deux éléments
tubulaires coaxiaux 1 et 2 agencés de manière télescopique afin qu'ils puissent se
déplacer l'un par rapport à l'autre suivant leur axe commun 3 et tourner l'un par
rapport à l'autre autour de cet axe, des premiers moyens 4 disposés entre les éléments
1 et 2 et agencés pour s'opposer aux déplacements des éléments 1 et 2 l'un par rapport
à l'autre, suivant leur axe 3, lorsque la distance séparant les extrémités opposées
libres 5 et 6 des éléments diminue et pour s'opposer à la rotation des éléments l'un
par rapport à l'autre autour de leur axe commun 3, une sonde 7 fixée à l'extrémité
libre 6 de l'élément 2, des deuxièmes moyens 8 agencés à l'extrémité libre 5 de l'élément
1 pour permettre d'exercer un effort suivant l'axe 3 des éléments pour réduire la
distance susdite et pour les faire tourner l'un par rapport à l'autre autour de leur
axe 3, un curseur 9 agencé pour se déplacer sur l'élément 2 parallèlement à l'axe
de celui-ci, à partir de l'extrémité libre 10 de la sonde 7 vers l'élément 1 lorsque
la distance précitée diminue, des troisièmes moyens 11 agencés pour mesurer le déplacement
d'un élément par rapport à l'autre suivant leur axe commun 3 et pour mesurer le déplacement
du curseur 9 sur l'élément 2, ces moyens 11 étant en outre agencés pour mesurer le
déplacement d'un élément par rapport à l'autre suivant leur axe et la rotation des
éléments l'un par rapport à l'autre, des moyens 12, avantageusement associés aux moyens
11, permettant l'enregistrement des mesures des déplacements et rotation précités
des éléments 1 et 2 l'un par rapport à l'autre et des déplacements du curseur 9. Les
moyens 4, disposés entre les éléments 1 et 2 pour s'opposer à leur déplacement suivant
leur axe commun et à leur rotation autour de ce dernier, sont constitués par un ressort
hélicoïdal 13, taré ou calibré, coaxial aux éléments. Ce ressort est monté entre lesdits
éléments de manière à être comprimé quand la distance précitée diminue, l'extrémité
14 du ressort étant fixée à l'élément 1 tandis que l'autre extrémité 15 du ressort
est fixée à l'élément 2. Les deuxièmes moyens 8, permettant d'exercer l'effort et
le couple susdit, sont constitués par deux poignées 16 articulées, comme montré à
la figure 2, à la manière des poignées d'une canne siège et montées à l'extrémité
5 de l'élément 1 de manière à ce qu'elles soient symétriques par rapport à un plan
passant par l'axe 3 des éléments, un niveau sphérique 117 étant avantageusement agencé
entre les deux poignées 16 pour permettre de faire coïncider l'axe 3 des éléments
1 et 2 avec la verticale. Les troisièmes moyens 11, agencés pour mesurer les déplacements
des éléments 1 et 2 et du curseur 9 suivant l'axe 3 ainsi que la rotation de ces éléments
l'un par rapport à l'autre, comprennent un cylindre 17, dont l'axe coïncide avec l'axe
3 des éléments, monté sur l'élément 2 et extérieurement à celui-ci, à l'opposé de
la sonde 7, par l'intermédiaire de roulements à billes 30 de manière à pouvoir tourner
librement autour de l'axe 3 et autour de l'élément 2 et de manière à être solidarisé
axialement à cet élément, un ressort en spirale 18 monté entre le cylindre 17 et l'élément
2, une extrémité du ressort 18 étant fixée au cylindre 17 tandis que son autre extrémité
est fixée à l'élément 2 (ces fixations sont visibles dans la figure 1A et portent
le repère 118 et 118'), un câble 19 dont l'extrémité 20 est fixée au curseur 9 et
dont l'autre extrémité 21 est fixée au cylindre 17, celui-ci présentant une rainure
périphérique 22, dans laquelle le câble 19, rappelé par le ressort en spirale 18,
peut s'enrouler lorsque le curseur 9 se déplace, sur l'élément 2, de la sonde 7 vers
le cylindre 17, le ressort 18 et le curseur 9 étant équilibrés de manière à ce que
la rotation du cylindre 17 autour de son axe 3 soit liée au déplacement du curseur
9 le long de l'élément 2 sans que le fil ne devienne lâche, des poulies 23 et 24 étant
prévues sur l'élément 2 pour guider le câble 19. La poulie 24 est montée sur un support
triaxial permettant de régler sa position dans toutes les directions. Le cylindre
17 présente, à sa périphérie, des moyens de fixation d'un feuillet 25 (voir figure
3) d'enregistrement de mesures sur lequel sont portées des graduations 26 réparties
suivant des génératrices du cylindre 17 et des graduations 27 perpendiculaires aux
graduations 26, un stylet 28, prévu pour reporter les mesures sur le feuillet 25,
étant fixé à l'élément 1, une vis de pression 29 étant en outre prévue pour immobiliser
le cylindre 17 par rapport à l'élément 2.
[0016] L'appareil suivant l'invention fonctionne, lorsqu'on l'utilise pour mesurer la résistance
du corps ou du milieu susdit à la compression sous l'action d'une force ainsi que
la déformation linéaire dudit corps ou milieu sous l'effet de cette force, de la manière
suivante : on fait coïncider, grâce au niveau 17, l'axe 3 avec la verticale, on exerce,
sur les poignées 16, une force suivant l'axe 3 et dirigée vers le corps ou le milieu,
ce qui a pour effet de faire coulisser, à l'encontre du ressort 13, l'élément 1 sur
l'élément 2 de sorte que la distance séparant les extrémités 5 et 6 des éléments 1
et 2 diminue. Le cylindre 17 étant libre de se déplacer en rotation autour de l'axe
3 et de l'élément 2 et la sonde 7 s'enfonçant dans le corps sous l'effet de la pression
sur les poignées 16, ledit cylindre 17 est entraîné en rotation autour de l'axe 3
par le ressort en spirale 18 puisque le curseur 9, reposant sur ledit corps ou ledit
milieu se déplace sur l'élément 2, en direction du cylindre 17, de la même distance
que la distance de pénétration de la sonde 7 dans le corps. Le ressort en spirale
18 et le curseur 9 étant équilibrés, le cylindre 17, lié au curseur 9 par le câble
19 interrompra son mouvement de rotation dès que le curseur 9 s'immobilisera. Le ressort
en spirale 18 reliant l'élément 2 au cylindre 17 sera mis en tension d'équilibre par
l'éloignement du curseur 9 dudit cylindre. Le rapprochement des deux derniers éléments,
résultant de l'enfoncement de la sonde 7 permettra, grâce à la transmission du câble
19, la détente du ressort spirale et le rappel du cylindre 17, moyennant sa rotation.
Le stylet 28, fixé à l'élément 1 et se déplaçant suivant une trajectoire rectiligne,
tracera, sur le feuillet 25 enroulé sur le cylindre 17 pendant la rotation de celui-ci,
un diagramme 31 qui indique la profondeur de pénétration de la sonde 7 suivant l'arc
(1-4) et la force de compression exercée sur les poignées 16 suivant la génératrice
(4-3), l'aire de la figure (1, 2, 3, 4) étant la mesure du travail mécanique d'enfoncement
de la sonde 7 dans le corps. Ce diagramme 31 exprime donc principalement la variation
continue de la force de compression exercée sur les poignées 16 et de la résistance
du corps en fonction de la profondeur de pénétration de la sonde 7, cette variation
reflétant notamment l'hétérogénéité du corps subissant l'essai.
[0017] Lorsque l'appareil est utilisé pour tester la résistance d'un corps au cisaillement,
à la coupe ou au frottement sous l'action d'un couple combiné à une pression exercée
sur le corps suivant l'axe 3, le cylindre 17 est alors bloqué sur l'élément 2 par
la vis de pression 29 de sorte que tout mouvement de rotation du cylindre 17 autour
de l'axe 3 est impossible, le ressort 18 et le curseur 9 n'exerçant plus d'effet sur
ledit cylindre 17. Le diagramme 32, tracé sur le feuillet 25 par le stylet 28 et qui
indique la force de compression exercée sur les poignées 16 suivant la'génératrice
(1, 2, 4, 6) et le moment du couple suivant l'arc (2, 3-4, 5-6, 7) permettra de déduire
la résistance au cisaillement ou à la coupe, ou l'angle de frottement sous l'effet
d'une force de compression déterminée.
[0018] Un des avantages de l'appareil suivant l'invention réside dans le fait que les deux
essais susdits, avec le cylindre 17 libre en rotation sur l'élément -2 et avec le
cylindre 17 bloqué sur l'élément 2, peuvent être exécutés successivement au même endroit
du corps testé.
[0019] Il est bien entendu que l'appareil suivant l'invention pourrait être pourvu d'un
cylindre 17 portant directement les graduations 26 et 27, le stylet 28 étant alors
remplacé par un index permettant une lecture directe des mesures.
[0020] L'appareil suivant l'invention et illustré à la figure 4 est, en ce qui concerne
les éléments 1 et 2, identique à l'appareil décrit ci-dessus et est pourvu de moyens
d'enregistrement 12 agencés pour permettre l'enregistrement simultané de la force
de compression exercée sur les poignées 16, de la profondeur de pénétration de la
sonde 7 et du couple exercé sur lesdites poignées. Ces moyens 12 comprennent deux
cylindres 33 et 34 indépendants l'un de l'autre, de diamètres externes égaux et d'axes
confondus avec l'axe 3 des éléments 1 et 2, ces cylindres étant montés dans le prolongement
l'un de l'autre, à l'extérieur de l'élément 2 et à l'opposé de la sonde 7, de manière
à pouvoir tourner librement, grâce aux roulements à billes 30, autour de leur axe
et autour dudit élément 2 et de manière à être immobiles suivant l'axe 3 de cet élément.
Ces moyens 12 comprennent également un ressort en spirale 18 monté entre le cylindre
34 et l'élément 2, une extrémité du ressort étant fixée audit cylindre 34 tandis que
son autre extrémité est fixée à l'élément 2, un câble 19 dont une extrémité est fixée
au curseur 9 précité et dont l'autre extrémité est fixée au cylindre 34, ce cylindre
présentant une rainure périphérique 22 et dans laquelle le câble 19, rappelé par le
ressort en spirale 18, peut s'enrouler lorsque le curseur se déplace sur l'élément
2 à partir de la sonde 7 vers le cylindre 34, le ressort 18 et le curseur 9 étant
équilibrés de manière à ce que la rotation du cylindre 34 autour de son axe sont liée
au déplacement du curseur 9 le long de l'élément 2, des poulies 23 et 24, telles que
décrites ci-dessus, étant prévues sur l'élément 2 pour guider le câble 19. Les deux
cylindres 33 et 34 présentent, à leur périphérie, des moyens de fixation d'un feuillet
35, 36 d'enregistrement de mesures, au feuillet 35 étant reportées des premières graduations
26 réparties suivant des génératrices des cylindres et des secondes graduations 27
perpendiculaires aux premières, un stylet 37, de position réglable, étant prévu pour
coopérer avec le feuillet 36 du cylindre 34 et fixé à l'élément 2, tandis qu'un stylet
28 est prévu pour coopérer avec le feuillet 35 du cylindre 33 et est fixé à l'élément
1, une vis de pression 38 étant en outre prévue pour immobiliser les cylindres 33
et 34 l'un par rapport à l'autre ainsi qu'une vis de pression 39 pour immobiliser
le cylindre 33 par rapport à l'élément 2.
[0021] Pour l'enregistrement combiné des trois mesures précitées, on immobilise tout d'abord
le cylindre 33, à l'aide de la vis 39, sur l'élément 2 pour qu'il ne puisse plus tourner
autour de ce dernier et on dégage la vis de pression 38 pour que le cylindre 34 soit
libre par rapport au cylindre 33 et puisse être entraîné en rotation, autour de l'élément
2, par le ressort en spirale 18, lorsque le curseur 9 se déplace, le long de l'élément
2, quand la sonde 7 s'enfonce dans le corps soumis à l'essai. Le stylet 28, lorsque
l'on exercera une pression suivant l'axe 3 et dirigée vers la sonde 7, ainsi qu'une
torsion autour de l'axe 3 à l'encontre du ressort 13, inscrira sur le feuillet 35
cette double déformation du ressort 13, en compression et en torsion, suivant le diagramme
39 analogue au diagramme 32 décrit ci-dessus, tandis que le stylet 37 enregistrera
sur le feuillet 36, grâce au déplacement du curseur 9 et à la rotation du cylindre
34 autour de l'élément 2 sous l'action du ressort en spirale 18, la profondeur de
pénétration de la sonde 7 dans le corps. On constatera sur le feuillet 36 la présence
de quatre segments 40, 41, 42 et 43 montrant les profondeurs de pénétration de la
sonde 7 enregistrées au cours de quatre essais successifs, à chaque essai, le stylet
37 étant déplacé, parallèlement à l'axe 3, en faisant coulisser la barrette 44 qui
le porte pour engager successivement, cran par cran, l'arrêt 45 dans des crans 46
consécutifs de ladite barrette. Après ces opérations, on libérera le cylindre 33 de
l'élément 2 en desserrant la vis de pression 39 et on immobilisera ledit cylindre
33 par rapport au cylindre 34 en serrant la vis de pression 38. Les cylindres 33 et
34 pourront alors être entraînés en rotation autour de l'élément 2 par le ressort
en spirale 18 quand le curseur 9 se déplacera sur l'élément 2 lorsque la sonde 7 s'enfoncera
dans le corps. Le stylet 28 tracera alors sur le feuillet 35 le diagramme 47 de travail
d'enfoncement de la sonde analogue au diagramme 31 décrit ci-dessus, le segment qui
sera reporté par le stylet 37 sur le feuillet 36, lors de la rotation du cylindre
34, donnera une indication superflue car il doublera l'indication de la profondeur
d'enfoncement de la sonde 7 fournie par le diagramme 47. Cette variante d'appareil
montrée à la figure 4 présente un intérêt particulier pour l'enregistrement des mesures
combinées de compression et de torsion, à des profondeurs déterminées.
[0022] Tout comme l'appareil représenté à la figure 1, l'appareil montré à la figure 4 pourrait
être muni de cylindres 33 et 34 portant directement les graduations précitées, les
stylets 28 et 37 étant lors remplacés par des index permettant une lecture directe
des mesures.
[0023] L'étalonnage de l'appareil, représenté aux figures 1, 2 et 4, en compression simple
du ressort 13 peut être effectué directement sur le plateau d'une bascule, chaque
point de tarage étant repéré sur le feuillet d'enregistrement 25 ou 35, suivant une
génératrice du cylindre 17 ou 33, par un ressaut de torsion imprimé à l'aide des poignées
16.
[0024] Par contre, le calibrage de cet appareil en torsion et compression combinées du ressort
13 requiert la mise en oeuvre du dispositif de calibrage suivant l'invention et représenté
aux figures 8 et 9. Ce dispositif de calibrage comprend un levier 48 fixé sur une
des cages 49 d'une butée à billes 50, un logement 51, situé à proximité de l'extrémité
52 du levier, étant prévu dans cette cage et destiné à recevoir une pièce 53, de dimensions
correspondantes à celles du logement 51, montée sur l'appareil en remplacement de
la sonde 7, l'axe 54 du logement étant vertical et coïncidant avec l'axe de l'élément
2 et l'axe de la butée à billes 50, cette dernière étant destinée, lors de l'application
du couple à l'appareil à calibrer, à minimiser la résistance de friction engendrée
par la compression imposée à l'appareil suivant l'axe des éléments 1 et 2 et dirigée
vers le dispositif de calibrage. Ce dispositif de calibrage comprend également un
dynamomètre à anneau 55, aligné sur l'axe 54 et fixé à la cage 56 de la butée à billes
50, permettant de mesurer la compression susdite. Le dispositif comprend aussi, à
proximité de l'extrémité 57 du levier 48, des moyens 58 permettant d'associer ledit
levier à un dynamomètre 59, fixé en 60, agencé pour être mis sous tension lorsque
le levier 48 est entraîné en rotation, autour de l'axe 54 et dans le sens de la flèche
61, lorsque l'on impose la torsion précitée à l'appareil à calibrer, le moment du
couple étant déterminé par le produit de la force indiquée par le dynamomètre 59 par
le bras de levier 62. Ces opérations de calibrage s'effectueront, suivant l'appareil,
soit avec le cylindre 17 bloqué sur l'élément 2 à l'aide de la vis de pression 29
(figure 1), soit avec le cylindre 33 bloqué sur l'élément 2 à l'aide de la vis de
pression 39 (figure 4), et l'indication de chaque point de calibrage, en charge et
en décharge, sera portée sur le feuillet d'enregistrement 25 ou le feuillet 35 en
veillant de définir les tares et les dérives des points "zéro" sur les échelles d'enregistrement.
[0025] L'invention concerne également, outre l'appareil mécanique à ressort 13 décrit ci-dessus,
un appareil pourvu d'un système de mesure électronique agencé pour capter et pour
mesurer simultanément et indépendamment, avec enregistrement analogique ou en affichage
numérique, un effort et le déplacement du curseur 9 suivant l'axe 3 et un couple de
torsion autour de cet axe. Ce système, qui équipe l'appareil représenté schématiquement
aux figures 6 et 7 comprend un capteur 84, connu en soi (tel que le dispositif "2-component
load washer (F
Z, M
Z) produit par la société KISTLER INSTRUMENTE à Winterthur/Suisse), qui est rigide
ou déformable et qui est aligné par rapport aux éléments 1 et 2 constituant l'appareil,
ce capteur étant disposé entre ces deux éléments et fixé à chacun de ces derniers,
ledit système comprend également un circuit électronique, relié au capteur 84 et au
curseur 9, pourvu d'un amplificateur, logé dans l'élément 1, et destiné à amplifier
les signaux émis, d'une part, par le capteur 84 lorsqu'un effort est exercé sur la
poignée 16 (pression suivant l'axe 3 et/ou torsion exercée autour de cet axe) et,
d'autre part, par le curseur 9 lors de ses déplacements sur l'élément 2, ce circuit
électronique présentant trois cadrans d'affichage numérique 85 renseignant la valeur
de l'effort suivant l'axe 3, du couple autour de cet axe et de la course du curseur
9.
[0026] L'extrémité de l'élément 2 à laquelle est fixée la sonde 7 est agencée pour permettre
la fixation rapide de divers types de sonde utilisés en fonction des essais à réaliser.
La sonde 7 suivant l'invention et montrée à la figure 10 est destinée à tester la
fraction ou l'adhérence d'un support et est composée d'un corps annulaire 63, présentant
une base plane 64 destinée à prendre appui sur le support susdit, immobilisé dans
une chape 65 agencée de manière à ce que l'axe du corps annulaire coïncide avec l'axe
3 des éléments 1 et 2 de l'appareil, un joint universel 66 étant prévu sur la chape
afin de réduire l'incidence des défauts d'aplomb et du parallélisme des surfaces en
contact, à savoir base plane 64 et support, et de là, les erreurs de mesure pouvant
découler de ces défauts. Pour tester la portance d'un support déformable, au lieu
d'utiliser une sonde pourvue du corps annulaire 63, on utilise un corps cylindrique.
[0027] La sonde 7 suivant l'invention et représentée à la figure 11 est destinée à permettre
l'évaluation de la résistance au cisaillement ou à la coupe. Cette sonde comprend
une chape 65 présentant une base plane circulaire 67 destinée à prendre appui sur
le sol, quatre saignées radiales 68 réparties régulièrement et réalisées dans la chape
à partir de la base 67, des ailettes amovibles 69 identiques destinées à être fixées
chacune dans une des saignées 68 pour faire saillie par rapport à ladite base 67,
ces ailettes présentant un prolongement 69' destiné à pénétrer dans la saignée correspondante
et dont la section est un polygone régulier, tel qu'un carré, ou encore un cercle,
de sorte qu'en faisant tourner le prolongement, on puisse régler la position des ailettes
pour les disposer radialement par rapport à la base 67 ou transversalement par rapport
aux rayons de cette dernière, des moyens de fixation 70 des prolongements 69' dans
les saignées 68 agencés de manière à ce que lesdits prolongements puissent être déplacés
et fixés sur une partie importante de la longueur des saignées. Les moyens 71 d'assemblage
de la chape à l'élément 2 sont agencés pour que l'axe 3 des éléments 1 et 2 passe
par le centre de la base 67, ces moyens 71 comprenant un joint universel 66 afin de
réduire l'incidence des défauts d'aplomb et de parallélisme précités. Les ailettes
69 sont interchangeables et le profil de la partie de ces ailettes destinée à faire
saillie par rapport à la surface 67 sera choisi en fonction des capacités de l'appareil
et du couple que pourra exercer l'utilisateur de l'appareil. Le mode de fixation des
ailettes 69 par les prolongements 69' autorise leur décalage par rapport à leur axe
de fixation, ce qui permet à la sonde de fonctionner comme un trépan.
[0028] La sonde 7, suivant l'invention et montrée aux-figures 12 et 13, est destinée à la
mesure combinée des résistances à la compression et au cisaillement et est particulièrement
bien adaptée pour exploiter au maximum les caractéristiques des appareils décrits
ci-dessus. Cette sonde comprend un cylindre 72 dont l'extrémité 73 est pourvue d'un
pas de vis 74 pour la fixation de la sonde à l'élément 2. Ce cylindre 72 présente,
régulièrement réparties à sa périphérie, des rainures 75 s'étendant suivant des génératrices
du cylindre et destinées à recevoir chacune une ailette 76 amovible, le cylindre présentant
en outre, à son autre extrémité 77, un pas de vis 78 pour la fixation d'un cône 79
dont l'axe est confondu avec l'axe du cylindre et dont la base est sensiblement égale
aux bases du cylindre. Le cylindre est pourvu, à ses deux extrémités, de troncs de
cône 80 dans lesquels se prolongent les rainures 75. Les ailettes 76 s'étendent, dans
les rainures 75, sur toute la longueur de ces dernières et sont profilées, dans leurs
zones situées au droit des troncs de cône 80, pour affleurer la surface latérale desdits
troncs de cône 80 lorsqu'elles sont complètement engagées dans les rainures 75, le
cône 79 et un écrou de serrage 81, coopérant avec les pas de vis 78 et 74, étant agencés
intérieurement pour venir s'appliquer sur les troncs de cône 80 et bloquer les ailettes
76 dans leurs rainures, comme montré à la figure 13. Pour éviter que la pénétration
des ailettes dans le sol influence la résistance offerte par le cône 79 lors de la
mesure de la force de pénétration, les zones 82 desdites ailettes sont affûtées. Il
est bien entendu que divers types de cône et d'ailettes pourront être adaptés sur
le cylindre 72 et ce, en fonction des essais à effectuer.
[0029] La sonde montrée à la figure 14 est une variante simplifiée de la sonde à ailettes
représentée aux figures 12 et 13 et est destinée au même usage que cette sonde à ailettes.
Toutefois, cette sonde simplifiée ne pourra être utilisée, par exemple, pour des essais
de sol, que dans du sable ou du limon léger et ce, du fait que le cisaillement, provoqué
par les arêtes 83, s'effectue dans une zone du sol ayant subi une compression et un
refoulement lors de l'enfoncement de la sonde.
[0030] L'appareil suivant l'invention sera normalement utilisé de manière à ce que son axe
3 coïncide avec la verticale la sonde 7 étant dirigée vers le bas. Rien ne s'oppose
toutefois à ce que ledit appareil soit utilisé dans une autre position, par exemple,
en position oblique par rapport à une verticale, en position horizontale ou en position
oblique par rapport à une horizontale ou encore avec la sonde 7 dirigée vers le haut
et l'appareil axé sur une verticale ou disposé obliquement par rapport à cette dernière.
Il va de soi qu'il conviendra, pour le calibrage de l'appareil, de tenir compte de
la position dans laquelle il sera utilisé.
[0031] L'appareil suivant l'invention permet également, comme montré à la figure 15, la
mesure de la résistance à la flexion d'une structure légère 86. Pour effectuer cette
mesure, la structure 86 est posée sur deux couteaux 87 et 88 écartés l'un de l'autre
d'une distance déterminée 89. On pose alors sur cette structure 86 une tringle rigide
90 munie de deux couteaux 91 et 92, dont on a réglé l'écartement pour qu'il corresponde
à la distance 89, afin que ces couteaux soient situés en regard des couteaux 87 et
88, cette tringle 90 présentant une ouverture 93, destinée au passage de la sonde
7 de l'appareil, située à distances égales desdits couteaux 87 et 88. Lorsque la sonde
7 est introduite dans cette ouverture 93, le curseur 9 de l'appareil prend appui sur
la tringle 90 et lorsque l'on exerce une pression sur l'appareil, suivant l'axe 3
et dirigée vers la structure 86, on fléchit cette structure, le dispositif d'enregistrement
de l'appareil décrit ci-dessus permettra alors d'enregistrer, en coordonnées, la valeur
de la pression exercée sur l'appareil et, de là, sur la structure 86 ainsi que la
valeur de la flèche de déformation 94 subie par cette structure.
[0032] Parmi de très nombreuses utilisations, au cours desquelles il sera possible, grâce
à l'enregistrement des mesures, d'obtenir une figure continue et persistante des mesures
prises, en régime stable ou transitoire, et de là une perception synthétique et fidèle
des phénomènes étudiés, il y a lieu de tenir compte du fait que l'appareil suivant
l'invention permet notamment la détermination des propriétés mécaniques des sols agricoles
et forestiers pour fixer des critères de mise en valeur,de travaux aratoires, de projets
d'irrigations, de drainage, de lutte anti- érosive ; les spécification et délimitation
de profils pédologiques ou physiques, l'évaluation des caractéristiques stabilisées
et transitoires des terres, en vue de terrassements, de mouvements divers, pour la
prévision de certaines contraintes de chantiers, telles que temps, puissance, énergie,
l'évaluation de la résistance et de la portance des terrains pour la locomotion, la
construction et l'exercice d'activités diverses, l'évaluation des performances en
traction, sur des pistes déformables (portance, cisaillement) de tracteurs et d'engins
à pneumatiques et à chenilles, l'évaluation de l'adhérence superficielle d'un revêtement,
d'une piste, de matériaux, adhérence conditionnant, en locomotion, en manutention,
et en construction, les performances la stabilité, la sécurité, le confort, l'étude
de l'incidence de facteurs pouvant altérer les qualités mécaniques des sols, des pistes
dures, des matériaux et matières : humidité, température, intempéries et climat, produits
de traitement, actions de toute nature, l'analyse du comportement et des performances
de matériels nouveaux, de perfectionnements en fait d'outillages (conformation, dimensionnement),
de méthodes de traitement, l'étude des caractéristiques de matériaux durs, plastiques,
granuleux, fibreux : homogénéité, plasticité, cohésion, degré de pressage, friction
interne, talus naturel, résistance au cisaillement, à la coupe, à la trituration,
au malaxage, au hachage, au broyage.
1. Appareil de mesure de caractéristiques mécaniques d'un corps ou d'un milieu, en
particulier, de caractéristiques mécaniques du sol, caractérisé en ce qu'il comprend
deux éléments (1, 2) alignés suivant leur axe, des premiers moyens (4) disposés entre
les deux éléments (1, 2) et agencés pour réunir ces derniers et pour, d'une part,
s'opposer aux déplacements des éléments l'un par rapport à l'autre suivant leur axe
commun (3) lorsqu'un effort est exercé, suivant cet axe, à l'extrémité libre d'un
des éléments et dirigé vers l'autre élément et, d'autre part, s'opposer à la rotation
des éléments l'un par rapport à l'autre autour de leur axe, une sonde (7) fixée à
l'extrémité libre (6) d'un des éléments (2), des deuxièmes moyens (8) agencés à l'extrémité
libre (5) de l'autre élément (1) pour permettre d'exercer l'effort précité suivant
l'axe (3) des éléments (1,2) et pour exercer un couple sur les éléments par rapport
à leur axe (3), un curseur (9) agencé pour se déplacer sur l'élément (2) portant la
sonde (7), parallèlement à l'axe de celui-ci, à partir de l'extrémité libre (10) de
la sonde (7) vers l'autre élément (1) lorsque la sonde (7) s'enfonce dans le corps,
des troisièmes moyens (11) agencés d'une part, pour mesurer simultanément l'effort
susdit suivant l'axe (3) des éléments (1, 2) et le déplacement du curseur (9) sur
l'élément (2) portant la sonde (7) et d'autre part, pour mesurer simultanément ledit
effort suivant l'axe (3) des éléments (1, 2) et le couple précité, le passage d'un
type de mesure à l'autre étant assuré à l'aide d'un dispositif de blocage solidarisant
lesdits troisièmes moyens à l'élément portant la sonde.
2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens
(4) dis- posés entre les deux éléments (1, 2) susdits sont constitués par un capteur
(84), de type connu, aligné par rapport auxdits éléments et fixé à ces derniers, ce
capteur étant sensible à un effort de compression et à un couple s'exerçant suivant
l'axe des éléments.
3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit
électronique, relié au capteur (84) susdit et au curseur (9), pourvu d'un amplificateur
de signaux émis par le capteur et par le curseur lors de ses déplacements sur l'élément
qui le porte, ce circuit électronique présentant trois cadrans d'affichage numérique
et étant agencé pour que ces cadrans renseignent la valeur de l'effort, du couple
et de la course du curseur précités.
4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux éléments (1,
2) susdits sont agencés de manière télescopiques afin qu'ils puissent se déplacer
l'un par rapport à l'autre suivant leur axe (3) et tourner l'un par rapport à l'autre
autour de ce dernier, que les premiers moyens (4) sont disposés entre les deux éléments
(1, 2) et agencés pour s'opposer aux déplacements des éléments l'un par rapport à
l'autre suivant leur axe lorsque la distance séparant les extrémités libres des éléments
diminue et pour s'opposer à la rotation des éléments l'un par rapport à l'autre autour
de leur axe, qu'une sonde est fixée à l'extrémité libre de l'un des éléments, que
des deuxièmes moyens (8) sont agencés à l'extrémité libre de l'autre élément pour
permettre d'exercer un effort suivant l'axe des éléments pour réduire la distance
susdite et pour les faire tourner l'un par rapport à l'autre autour de leur axe, qu'un
curseur est agencé pour se déplacer sur l'élément portant la sonde, parallèlement
à l'axe de celui-ci, à partir de l'extrémité libre de la sonde vers l'autre élément
lorsque la sonde s'enfonce dans le corps et que les troisièmes moyens (11) sont agencés
pour mesurer simultanément le déplacement d'un élément par rapport à l'autre suivant
leur axe et le déplacement du curseur sur l'élément portant la sonde, ces troisièmes
moyens (11) étant en outre agencés pour mesurer simultanément le déplacement d'un
élément par rapport à l'autre suivant leur axe et la rotation des éléments l'un par
rapport à l'autre autour de leur axe.
5. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il
comprend, associés auxdits troisièmes moyens (11), un dispositif d'enregistrement
(12) des valeurs de déplacement axial et des rotations.
6. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 4 et 5, caractérisé en ce
que les premiers moyens (4), disposés entre les deux éléments (1, 2) pour s'opposer
à leur déplacement suivant leur axe et à leur rotation autour de ce dernier, sont
constitués par un ressort taré hélicoïdal (13), coaxial aux éléments, et monté entre
ceux- ci de manière à être comprimé quand la distance précitée diminue, une des extrémités
du ressort étant fixée à l'un des éléments tandis que l'autre extrémité du ressort
est fixée à l'autre élément.
7. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que
les deuxièmes moyens (8) permettant d'exercer l'effort susdit sont constitués par
au moins une poignée (16) montée à l'extrémité libre (5) de l'élément (1) opposé à
celui qui porte la sonde (7) et disposée symétriquement par rapport à un plan passant
par l'axe desdits éléments (1, 2).
8. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que
les troisièmes moyens (11), agencés pour mesurer les déplacements des éléments (1,
2) et du curseur (9) suivant l'axe des éléments (1, 2), ainsi que la rotation des
éléments l'un par rapport à l'autre comprennent un cylindre (17), dont l'axe coïncide
avec l'axe (3) des éléments (1, 2), monté, à l'extérieur de l'élément (2) portant
la sonde (7) et à l'opposé de celle-ci, de manière à pouvoir tourner librement autour
de son axe et autour dudit élément (2) et de manière à être immobile suivant l'axe
de cet élément, un ressort en spirale (18) monté entre le cylindre (17) et l'élément
(2) qui le porte, une extrémité (118) du ressort (18) étant fixée au cylindre (17)
tandis que son autre extrémité (118) est fixée à l'élément (2), un câble (19) dont
une extrémité (20) est fixée au curseur (9) et dont l'autre extrémité (21) est fixée
au cylindre (17), ce dernier présentant une rainure périphérique (22) dans laquelle
le câble (19), rappelé par le ressort en spirale (18), peut s'enrouler lorsque le
curseur (9) se déplace, sur l'élément précité (2), de la sonde (7) vers le cylindre
(17), le ressort (18) et le curseur (9) étant équilibrés de manière à ce que la rotation
du cylindre (17) autour de son axe (3) soit liée au déplacement du curseur (9) le
long de l'élément (2) avec lequel il coopère, des poulies (23, 24) étant prévues,
sur l'élément (2) portant la sonde, pour guider le câble 19).
9. Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le cylindre (17) présente
des moyens de fixation d'un feuillet (25) d'enregistrement de mesures sur lequel sont
reportées des premières graduations (26) réparties suivant des génératrices du cylindre
(17) et des secondes graduations (27) perpendiculaires aux premières, un stylet (28)
de marquage étant fixé à l'élément (1) portant les moyens permettant d'exercer l'effort
susdit.
10. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce
que les troisièmes moyens (11) comprennent deux cylindres (33, 34) indépendants l'un
de l'autre, de diamètres égaux et d'axes confondus avec l'axe (3) des éléments (1,
2), montés, dans le prolongement l'un de l'autre et à l'extérieur de l'élément (2)
portant .la sonde (7) et à l'opposé de cette dernière, de manière à pouvoir tourner
librement autour de leur axe et autour dudit élément (2) et de manière à être immobiles
suivant l'axe (3) de cet élément (2), un ressort en spirale (18) monté entre un des
cylindres (34) et l'élément (2) qui le porte, une extrémité du ressort étant fixée
audit cylindre (34) tandis que son autre extrémité est fixée à l'élément (2), un câble
(19) dont une extrémité est fixée au curseur (9) précité et dont l'autre extrémité
est fixée au cylindre (34) associé au ressort en spirale, ce cylindre présentant une
rainure périphérique (22) et dans laquelle le câble (19), rappelé par le ressort en
spirale (18),peut s'enrouler lorsque le curseur (9) se déplace sur l'élément (2) à
partir de la sonde (7) vers le cylindre (34), le ressort (18) et le curseur (9) étant
équilibrés de manière à ce que la rotation du cylindre (34) autour de son axe soit
liée au déplacement du curseur (9) le long de l'élément (2) avec lequel il coopère,
des poulies (23, 24) étant prévues, sur 1' élément (2) pour guider le câble (19.
11. Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que chacun des deux cylindres
(33, 34) présente, à leur périphérie, des moyens de fixation d'un feuillet d'enregistrement
(35, 36) de mesures sur lequel sont reportées des premières graduations (26) réparties
suivant des génératrices des cylindres et des secondes graduations (27) perpendiculaires
aux premières, un stylet (37), de position réglable, étant prévu pour coopérer avec
le ressort en spirale et câble susdits et fixé à l'élément portant la sonde, tandis
qu'un stylet (28) est prévu pour coopérer avec les graduations de l'autre cylindre
et est fixé à l'élément portant les moyens permettant d'exercer l'effort précité,
le dispositif de blocage immobilisant les cylindres l'un par rapport à l'autre et
immobilisant le cylindre qui ne coopère pas avec le ressort en spirale et le câble
précités par rapport à l'élément portant la sonde.
12. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce
qu'il comprend un niveau sphérique (17) agencé à proximité des deuxièmes moyens (8).
13. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 12, caractérisé en ce
qu'il comprend un dispositif de calibrage comportant un levier(48) à proximité d'une
des extrémités (52) duquel est ménagé un logement (51) d'axe vertical destiné à recevoir
une pièce (53) de dimensions correspondantes à celles du logement, montée sur l'élément
(2) précité de l'appareil en remplacement de la sonde, une des cages (49) d'une butée
à billes (50) dont l'axe coïncide avec l'axe vertical (54) du logement (51) et sur
laquelle est monté le levier (48), un dynamomètre (55) aligné sur l'axe vertical précité
et auquel est associée l'autre cage (56) de la butée à billes (50),et un dynamomètre
(59) associé à l'extrémité (60) du levier opposé à celle présentant le logement (51)
et agencé pour être mis sous tension lorsque le levier (48) pivote autour de l'axe
vertical (54) précité.
14. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce
qu'il comporte une sonde comportant un cylindre (72) dont l'une des extrémités (73)
est pourvue de moyens de fixation (74) à l'élément (2) portant la sonde, ledit cylindre
(72) présentant, régulièrement répar ties à sa périphérie, des rainures (75) s'étendant
suivant des génératrices du cylindre et destinées à recevoir chacune une ailette amovible
(76), le cylindre présentant en outre à son autre extrémité (77), des moyens de fixation
(78) pour un cône (79) dont l'axe est confondu avec l'axe du cylindre et dont la base
est égale aux bases du cylindre, cette base du cône étant agencée pour, lorsqu'elle
prend appui sur la base correspondante dudit cylindre, bloquer les ailettes dans les
rainures précitées.
15. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce
qu'il comprend une sonde comportant un corps annulaire présentant une base plane destinée
à prendre appui sur le sol, une chape dans laquelle est immobilisé le corps susdit
et des moyens permettant l'assemblage de la chape à l'élément susdit portant la sonde
et agencés de manière à ce que l'axe du corps annulaire coïncide avec l'axe de l'élément.
16. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce
qu'il comprend une sonde comportant une chape (65) présentant une base plane circulaire
(67) destinée à prendre appui sur le sol, des saignées radiales (68), régulièrement
réparties, réalisées dans la chape à partir de la base (67), des ailettes amovibles
(69) identiques destinées à être fixées chacune dans une des saignées (68) pour faire
saillie par rapport à ladite base (67, ces ailettes présentant un prolongement (69')
destiné à pénétrer dans la saignée correspondante et dont la section a une forme polygonale
régulière agencée de telle sorte que l'on puisse régler, en faisant tourner le prolongement,
la position des ailettes pour les disposer radialement par rapport à la base (67)
ou transversalement par rapport aux rayons de cette dernière, des moyens de fixation
(70) des prolongements (69') dans les saignées (68) agencés de manière à ce que lesdits
prolongements puissent être déplacés et fixés sur une partie importante de la longueur
des saignées et des moyens (71) permettant l'assemblage de la chape à l'élément (2)
portant la sonde agencés de manière à ce que l'axe (3) des éléments (1,2) passe par
le centre de la base (67).