La présente invention concerne un pénétromètre selon le préambule de la revendication 1 et un procédé selon le préambule de la revendication 10.
Des pénétromètres pour la recherche de la condition et la qualité d'un sol ou d'un terrain, en particulier concernant la densité, compacité, résistance, dureté etc., sont connus. La recherche de la qualité d'un sol ou d'un terrain est en particulier d'une grande importance pour la construction des bâtiments, comme des ponts, des immeubles etc., pour p.ex. déterminer la dimension et la profondeur d'une fondation.
Une sonde de pénétration centrale est enfoncée par un ou, selon la profondeur du sondage, plusieurs fûts ou tiges de pénétration. En mesurant la contre-pression sur la sonde centrale on peut conclure en la qualité du terrain. A cette recherche, en particulier, trois facteurs doivent être considérés: la qualité du terrain autour de la pointe de la sonde, qui est représentée par la contre-pression contre le front de la sonde centrale, deuxièmement le frottement latéral à la partie directement au-dessus de la sonde centrale, qui est influencé essentiellement par les matériaux déplacés par la sonde centrale durant la pénétration, et troisièmement par le frottement latéral le long des fûts ou des tiges de pénétration.
Selon le brevet suisse no 466 154 un pénétromètre est connu, avec lequel il est possible de mesurer les troix facteurs mentionnés et avec lequel en conséquence il est possible de déterminer en particulier la contre-pression sur la sonde centrale.
Quand p.ex. le terrain est hétérogène et contient p.ex. des zones avec une très grande résistance ou dureté, comme p.ex. quand la terre est argileuse, très compacte ou contient des pierres assez grandes, il est possible que la sonde ou le pénétromètre soit bloqué et ne puisse plus être enfoncé soi-disant statiquement. Cela veut dire, pénétration par une force de pression continue. En ce sens, le brevet suisse no 466 154 décrit une sonde centrale avec un élément central avec un diamètre extérieur qui est inférieur au diamètre extérieur de la sonde et qui permet la poursuite du sondage en direction axiale après le blocage de la sonde. La haute pression sur la tige centrale doit être contrôlée, à cause du diamètre inférieur de cet élément central et pour éviter tout endommagement de la tige ou de l'élément central.
En plus, il n'est plus possible de différencier entre le mesurage de la contre-pression sur l'élément central et le frottement latéral sur la tige centrale.
Finalement, la pénétration additionnelle de la sonde centrale est limitée par la longueur de la tige centrale.
Une autre possibilité pour continuer la pénétration après un blocage de la sonde est d'utiliser un mouton battant ou mouton-presse pour une pénétration à coup.
Au contraire à la pénétration statique, qui est poursuivie par une force de pression continue, on appelle la pénétration à coup "dynamique". La pénétration dynamique a des désavantages importants car, d'une part, le mesurage de la contre-pression n'est pas exact et, d'autre part, le mesurage ne peut pas être exécuté pendant le travail du mouton-presse. Car les systèmes de mesure sont très sensibles, ils seraient endommagés pendant le travail d'un mouton-presse, s'ils étaient toujours connectés au pénétromètre. Il faut donc interrompre la pénétration à coup pour exécuter le mesurage de la contre-pression qui, à cause du blocage, n'est pas très précise.
Comme résultat, il est un but de la présente invention de créer un pénétromètre avec lequel il est possible de continuer la pénétration statique au blocage de la sonde et de continuer la recherche du terrain dans une profondeur plus grande et, en plus, de garantir la précision du mesurage même en utilisant un élément central de la sonde.
Ce but est réalisé par un pénétromètre selon le préambule et selon la revendication 1.
En correspondance avec l'invention, un pénétromètre est proposé qui contient un système de lançage de liquide sous pression dans la région de l'élément de pointe ou du manchon qui comporte au moins un ou plusieurs ouvertures ou des cannelures pour le passage et l'éjection du liquide dans l'espace annulaire de la pointe du pénétromètre en cas du blocage de l'élé ment de pointe du pénétromètre pendant la pénétration dans le sol.
Des variations et des exécutions spéciales du système de lançage de liquide sont décrites et proposées selon une des revendications 2 à 5.
En cas de blocage définitif du pénétromètre, même en utilisant le système de lançage de liquide, ou quand le lançage de liquide n'est pas désiré, l'invention propose pour une possible poursuite du sondage statique l'usage d'un fût flottant de sonde centrale qui entoure coaxialement au moins partiellement la sonde centrale et/ou la tige centrale et qui est axialement coulissant de manière indépendante relativement au manchon et à la sonde centrale et/ou la tige centrale.
Après le blocage du pénétromètre il est ainsi possible de continuer le sondage statique par la pénétration de la tige centrale entourée par le fût flottant de sonde centrale avec la sonde centrale permettant les mesures séparées de la contre-pression à la sonde centrale et le frottement latéral au fût flottant.
Des variations et des exécutions spéciales du fût flottant de sonde centrale sont décrites et proposées selon une des revendications 7 ou 8.
En cas de blocage de la sonde centrale (principale) il est proposé que la sonde centrale contient un élément de pointe central qui est formé par une barre à mine cylindrique, terminé par un cône de pointe, per mettant la poursuite du sondage.
Pour l'usage et l'exploitation d'un pénétromètre selon une des revendications 1 à 9, des procédés et leurs modifications sont proposés en accordance avec l'invention selon une des revendications 10 à 14.
L'invention est à la suite décrite à l'aide d'exemples et de dessins annexés qui montrent:
fig. 1 une sonde lanceuse ou pénétromètre en coupe longitudinale, contenant un système de lançage de liquide,
fig. 2 une coupe horizontale à travers la sonde lanceuse selon fig. 1,
fig. 3 vue schématique de la manière de la fonction du système de lançage du liquide,
fig. 4 une sonde lanceuse ou un pénétromètre avec sonde centrale et tige centrale, contenant un fût flottant de sonde centrale en position retirée,
fig. 5 la sonde lanceuse selon fig. 4 avec le fût flottant de sonde centrale en position lancée et
fig. 6 la sonde centrale selon fig. 5 avec la tige centrale et la sonde centrale en position lancée hors le fût flottant de sonde centrale.
La fig. 1 montre une sonde lanceuse en coupe longitudinale qui est arrangée à la pointe d'un pénétromètre pour la pénétration dans le sol ou dans un terrain.
La sonde lanceuse contient à sa pointe une sonde centrale 1 qui est assemblée au moyen d'une goupille de retenue 5 avec une tige sonde centrale 3. La sonde 1 et la tige 3 sont au moins partiellement entourées par une enveloppe de pointe 7 et un manchon 9. Le manchon 9 est arrangé en prolongation de plusieurs fûts sonde lanceuse 17 qui sont ajoutés à la surface du terrain à la pénétration de la sonde dans le sol en dépendance de la profondeur de la pénétration de la sonde dans le sol.
A l'intérieur des fûts sonde lanceuse 17 et entre la tige sonde centrale 3 et l'enveloppe de pointe 7 des adductions 13 sont arrangées pour le transport d'un liquide de la surface de terrain à la pointe de la sonde lanceuse. De préférence, ce liquide est de l'eau qui est envoyée d'un réservoir (fig. 3) et par des moyens de pression à travers les adductions 13. En plus, ce liquide, qui est de préférence de l'eau, est traversé à travers l'enveloppe de pointe 7 par des orifices et trous de passage liquide trainures 11 pour être lancé ou éjecté par des ouvertures annulaires 15 dans l'espace annulaire de la pointe du pénétromètre.
Dans la fig. 2, une coupe horizontale à travers la sonde lanceuse de la fig. 1 est montrée. Au milieu la tige centrale 3 est montrée qui est entourée de l'adduction 13 pour le liquide qui est transporté d'un réservoir du liquide à la pointe de la sonde lanceuse. Pour le transport de l'eau hors des adductions 13 à travers de l'enveloppe, deux pointes 7 des orifices et des trous de passage liquide trainures 11 sont arrangées, par lesquelles le liquide est transporté aux ouvertures annulaires (non visible dans la fig. 2).
La manière de fonctionnement du système de lançage du liquide d'une sonde centrale, montré dans les fig. 1 et 2, est décrite à l'aide en plus de la fig. 3 qui montre un système de lançage du liquide en vue schématique. Tout d'abord la sonde et le pénétromètre sont enfoncés dans le sol par la pénétration statique où en même temps la contre-pression contre le front de la sonde centrale 1 et le frottement latéral au manchon 9 sont mesurés. L'exécution de la pénétration statique est connue et décrite p.ex. dans le brevet suisse no 466 154. Dans la fig. 3 une charpente 18 et un mouton de presse 20 sont montrés symboliquement pour le système de pénétration du pénétromètre. Une telle charpente peut être fixée stationnairement sur la surface du terrain ou de préférence sur un camion pour un déplacement mobile.
Quand la contre-pression contre le front de la sonde centrale 1 est telle qu'une pénétration statique, c.-à-d. pénétration par une force de pression continue, n'est plus possible, en principe, il serait nécessaire de continuer le sondage par pénétration dynamique, c.-à-d. par un mouton battant pour une pénétration à coup. Comme déjà décrit avant, cette pénétration à coup a de certaines désavantages et il est donc de préférence que la pénétration statique peut être continuée. En ce moment-là, de l'eau est lancée d'un cylindre 10 par les adductions pour le liquide 13 et par les ouvertures annulaires 15 dans l'espace annulaire de la pointe 1 du pénétromètre. Le liquide, qui est de préférence de l'eau, est tout d'abord envoyé d'un réservoir 8 dans le cylindre 10 par aspiration d'un piston 12, tiré par un mouton 14 et maintenu grâce à la valve non retour 16.
Pour le lançage du liquide dans l'espace annulaire de la pointe. Le mouton 14 fait pression sur le piston 12 par la tige 14 min . Le liquide est chassé dans l'espace annulaire de la sonde du pénétromètre prévu à cet effet et éjecté sous très haute pression à l'espace annulaire à la pointe de la sonde lanceuse par des cannelures ou ouvertures 15 de section calculée. La pointe 1 de la sonde sera libérée ainsi de la contre-pression du terrain ou au moins partiellement de celle-ci. Les fines ou des galets du terrain ou autre matériaux seront dégagés, ce qui permettra dans beaucoup de cas la poursuite statique du sondage.
Dans les fig. 4 à 6 un pénétromètre avec sonde lanceuse est montré qui, comparé à la sonde lanceuse des fig. 1 et 2, contient en plus un fût flottant de sonde centrale 21 qui est monté coaxialement entre la sonde centrale 1 et/ou la tige centrale 3 et l'enveloppe de pointe 7. Ce fût flottant 21 de sonde centrale est axialement coulissant de manière indépendante relative à l'enveloppe de pointe 7.
Dans la fig. 7 le fût flottant 21 de sonde centrale est montré dans une position retirée dans la sonde centrale. Les parts de la sonde centrale, montrées dans la fig. 4, qui sont similaires ou identiques à celles de la sonde lanceuse de la fig. 1 ou 2, sont désignées avec les mêmes chiffres. En cas de blocage de la sonde centrale 1, même en utilisant le système de lançage du liquide dans l'espace annulaire de la pointe de la sonde centrale 1. Il est possible de poursuivre la pénétration statique en utilisant seulement une partie centrale de la sonde lançeuse qui consiste en la sonde centrale 1, en la tige sonde centrale 3 et, en plus, en le fût flottant 21 de sonde centrale.
En général, la pénétration statique avec la partie centrale mentionnée de la sonde lanceuse est possible parce que le diamètre de cette partie centrale est substantiellement plus petit que le diamètre total de la sonde lanceuse. Pour donner une idée de l'ordre de grandeur, la surface de coupe transversale d'une sonde lanceuse est d'environ 50 cm<2> avec une charge d'environ 15 tonnes. La surface de coupe transversale de la partie centrale de la sonde est d'environ 20 cm<2> et la charge sur cette surface diminuée reste la même, c'est-à-dire est de nouveau d'environ 15 tonnes. De nouveau, il est possible de mesurer la contre-pression contre le front de la sonde centrale 1 et le frottement latéral séparément, parce que le fût flottant 21 de sonde centrale est aussi axialement coulissant de manière indépendante relative à la tige sonde centrale 3.
Dans la fig. 5 le fût flottant 21 de sonde centrale est montré dans la position lancée. En cas d'une nouvelle blocage de la pointe de la sonde centrale 1, il est même possible de poursuivre la pénétration stati que par le lançage seulement de la sonde centrale 1 ensemble avec la tige sonde centrale 3. Cela est toujours le cas quand une continuation de la pénétration statique de la partie centrale n'est plus possible, parce que le frottement latéral sur le fût flottant 21 empêche de continuer la pénétration du fût flottant. Le lançage seulement de la sonde centrale 1 avec la tige sonde centrale 3 est montré dans la fig. 6. En cas d'un nouveau blocage de la sonde centrale 1 à cause d'une contre-pression qui ne permet plus une pénétration statique, il n'y a que la possibilité de la pénétration dynamique qui est exécutée p.ex. par un mouton battant.
A la fin de la pénétration, la tige sonde centrale 3 sera retirée en cassant la goupille de retenue 5.
Les exemples et les exécutions d'une sonde lanceuse d'un pénétromètre qui sont montrés dans les fig. 1 à 6 sont seulement des exemples qui peuvent être modifiés ou changés dans une manière quelconque. Les seules choses qui sont importantes sont d'une part que la sonde lanceuse contient un système de lançage de liquide, avec lequel il est possible de lancer du liquide sous haute pression dans l'espace annulaire de la pointe du pénétromètre, et qu'en plus dans une autre variation d'exécution la sonde lanceuse contient un fût flottant de sonde lanceuse pour la continuation de la pénétration statique d'une partie centrale de la sonde lanceuse.
The present invention relates to a penetrometer according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 10.
Penetrometers for investigating the condition and quality of a soil or a terrain, in particular with regard to density, compactness, resistance, hardness, etc., are known. The search for the quality of a ground or a ground is in particular of great importance for the construction of buildings, like bridges, buildings etc., for example to determine the dimension and the depth of a foundation.
A central penetration probe is inserted by one or, depending on the depth of the borehole, several drums or penetration rods. By measuring the back pressure on the central probe we can conclude in the quality of the ground. In this research, in particular, three factors must be considered: the quality of the ground around the tip of the probe, which is represented by the back pressure against the front of the central probe, secondly the lateral friction to the part directly at the -above the central probe, which is influenced mainly by the materials displaced by the central probe during penetration, and thirdly by the lateral friction along the barrels or rods of penetration.
According to Swiss Patent No. 466,154 a penetrometer is known, with which it is possible to measure the three factors mentioned and with which consequently it is possible to determine in particular the back pressure on the central probe.
When, for example, the terrain is heterogeneous and contains, for example, zones with very high resistance or hardness, such as when the soil is clayey, very compact or contains fairly large stones, it is possible that the probe or penetrometer is blocked and can no longer be said to be statically inserted. This means, penetration by a continuous pressure force. In this sense, Swiss Patent No. 466,154 describes a central probe with a central element with an outside diameter which is less than the outside diameter of the probe and which allows the probing to continue in the axial direction after blocking the probe. The high pressure on the central rod must be controlled, because of the smaller diameter of this central element and to avoid damage to the rod or the central element.
In addition, it is no longer possible to differentiate between the measurement of the back pressure on the central element and the lateral friction on the central rod.
Finally, the additional penetration of the central probe is limited by the length of the central rod.
Another possibility to continue penetration after blocking the probe is to use a pounding sheep or press sheep for sudden penetration.
In contrast to static penetration, which is pursued by a continuous pressing force, we call "dynamic" blow penetration. Dynamic penetration has significant disadvantages because, on the one hand, the measurement of the back pressure is not exact and, on the other hand, the measurement cannot be carried out during the work of the sheep press. Because the measurement systems are very sensitive, they would be damaged during the work of a sheep press if they were still connected to the penetrometer. It is therefore necessary to interrupt the sudden penetration in order to carry out the measurement of the back pressure which, because of the blocking, is not very precise.
As a result, it is an object of the present invention to create a penetrometer with which it is possible to continue the static penetration when the probe is blocked and to continue the search for the ground in a greater depth and, in addition, to guarantee the measurement accuracy even when using a central element of the probe.
This object is achieved by a penetrometer according to the preamble and according to claim 1.
In accordance with the invention, a penetrometer is proposed which contains a system for launching pressurized liquid into the region of the tip element or of the sleeve which comprises at least one or more openings or grooves for the passage and the ejection of the liquid into the annular space of the penetrometer tip if the tip element of the penetrometer is blocked during penetration into the ground.
Variations and special executions of the liquid launching system are described and proposed according to one of claims 2 to 5.
In the event of permanent blockage of the penetrometer, even using the liquid launching system, or when the liquid launching is not desired, the invention proposes for a possible continuation of the static sounding the use of a floating barrel of central probe which at least partially coaxially surrounds the central probe and / or the central rod and which is axially sliding independently relative to the sleeve and to the central probe and / or the central rod.
After blocking the penetrometer it is thus possible to continue the static probing by the penetration of the central rod surrounded by the floating barrel of central probe with the central probe allowing the separate measurements of the back pressure to the central probe and the lateral friction floating barrel.
Variations and special executions of the floating central probe barrel are described and proposed according to one of claims 7 or 8.
In the event of blockage of the central (main) probe, it is proposed that the central probe contains a central tip element which is formed by a cylindrical lead bar, terminated by a tip cone, allowing further drilling.
For the use and operation of a penetrometer according to one of claims 1 to 9, methods and their modifications are proposed in accordance with the invention according to one of claims 10 to 14.
The invention is subsequently described with the aid of examples and appended drawings which show:
fig. 1 a launcher or penetrometer probe in longitudinal section, containing a liquid launching system,
fig. 2 a horizontal section through the launcher probe according to fig. 1,
fig. 3 schematic view of the function of the liquid launching system,
fig. 4 a launcher probe or a penetrometer with central probe and central rod, containing a floating central probe barrel in the withdrawn position,
fig. 5 the launcher probe according to fig. 4 with the floating central probe drum in the launched position and
fig. 6 the central probe according to fig. 5 with the central rod and the central probe in the launched position outside the floating central probe barrel.
Fig. 1 shows a launching probe in longitudinal section which is arranged at the tip of a penetrometer for penetration into the ground or into a ground.
The launching probe contains at its tip a central probe 1 which is assembled by means of a retaining pin 5 with a central probe rod 3. The probe 1 and the rod 3 are at least partially surrounded by a tip envelope 7 and a sleeve 9. The sleeve 9 is arranged in extension of several drums launching probe 17 which are added to the surface of the ground at the penetration of the probe into the ground depending on the depth of the penetration of the probe into the ground.
Inside the launching probe barrels 17 and between the central probe rod 3 and the tip casing 7 adductions 13 are arranged for the transport of a liquid from the ground surface to the tip of the launching probe. Preferably, this liquid is water which is sent from a reservoir (fig. 3) and by means of pressure through the adductions 13. In addition, this liquid, which is preferably water, is crossed through the tip casing 7 by orifices and liquid passage holes of the trainings 11 to be launched or ejected by annular openings 15 in the annular space of the tip of the penetrometer.
In fig. 2, a horizontal section through the launcher probe of FIG. 1 is shown. In the middle the central rod 3 is shown which is surrounded by the supply 13 for the liquid which is transported from a reservoir of the liquid to the tip of the launching probe. For the transport of water out of the adductions 13 through the envelope, two points 7 of the orifices and liquid passage holes of the tracks 11 are arranged, by which the liquid is transported to the annular openings (not visible in FIG. 2).
The operating mode of the liquid launch system of a central probe, shown in fig. 1 and 2, is described using in addition to FIG. 3 which shows a system for launching the liquid in diagrammatic view. First of all the probe and the penetrometer are driven into the ground by static penetration where at the same time the back pressure against the front of the central probe 1 and the lateral friction with the sleeve 9 are measured. The execution of static penetration is known and described, for example, in Swiss patent no. 466 154. In FIG. 3 a frame 18 and a press ram 20 are shown symbolically for the penetrometer penetration system. Such a frame can be fixed stationary on the surface of the ground or preferably on a truck for mobile movement.
When the back pressure against the front of the central probe 1 is such that a static penetration, i.e. penetration by a continuous pressing force, is no longer possible, in principle, it would be necessary to continue the probing by dynamic penetration, i.e. by a flapping sheep for sudden penetration. As already described before, this sudden penetration has certain disadvantages and it is therefore preferably that the static penetration can be continued. At this time, water is launched from a cylinder 10 by the adductions for the liquid 13 and by the annular openings 15 in the annular space of the tip 1 of the penetrometer. The liquid, which is preferably water, is first of all sent from a reservoir 8 into the cylinder 10 by suction from a piston 12, drawn by a sheep 14 and maintained by means of the non-return valve 16.
For launching the liquid into the annular space of the tip. The sheep 14 presses the piston 12 by the rod 14 min. The liquid is expelled into the annular space of the penetrometer probe provided for this purpose and ejected under very high pressure into the annular space at the tip of the launching probe by grooves or openings of calculated section. Tip 1 of the probe will thus be released from the backpressure of the ground or at least partially from it. Fine or pebbles from the ground or other materials will be released, which will in many cases allow the static continuation of the survey.
In fig. 4 to 6 a penetrometer with launcher probe is shown which, compared to the launcher probe of figs. 1 and 2, additionally contains a floating central probe barrel 21 which is mounted coaxially between the central probe 1 and / or the central rod 3 and the tip casing 7. This floating central probe barrel 21 is axially sliding so independent of the peak envelope 7.
In fig. 7 the central probe floating barrel 21 is shown in a withdrawn position in the central probe. The parts of the central probe, shown in fig. 4, which are similar or identical to those of the launcher probe of FIG. 1 or 2, are designated with the same numbers. In the event of blockage of the central probe 1, even using the system for launching the liquid into the annular space of the tip of the central probe 1. It is possible to continue static penetration by using only a central part of the probe launcher which consists of the central probe 1, the central probe rod 3 and, in addition, the floating barrel 21 of the central probe.
In general, static penetration with the mentioned central part of the launching probe is possible because the diameter of this central part is substantially smaller than the total diameter of the launching probe. To give an idea of the order of magnitude, the cross-sectional area of a launching probe is around 50 cm <2> with a load of around 15 tonnes. The cross-sectional area of the central part of the probe is approximately 20 cm <2> and the load on this reduced surface remains the same, that is to say is again approximately 15 tonnes. Again, it is possible to measure the back pressure against the front of the central probe 1 and the lateral friction separately, because the floating shaft 21 of the central probe is also axially sliding independently relative to the central probe rod 3.
In fig. 5 the floating barrel 21 of central probe is shown in the launched position. In the event of a new blocking of the tip of the central probe 1, it is even possible to continue the static penetration only by launching only the central probe 1 together with the central probe rod 3. This is always the case when a Continuation of the static penetration of the central part is no longer possible, because the lateral friction on the floating drum 21 prevents the penetration of the floating drum from continuing. The launching only of the central probe 1 with the central probe rod 3 is shown in fig. 6. In the event of a new blocking of the central probe 1 due to a back pressure which no longer allows static penetration, there is only the possibility of dynamic penetration which is carried out eg by a flying sheep.
At the end of penetration, the central probe rod 3 will be removed by breaking the retaining pin 5.
The examples and the executions of a launching probe of a penetrometer which are shown in figs. 1 to 6 are only examples which can be modified or changed in any way. The only things that are important are on the one hand that the launching probe contains a liquid launching system, with which it is possible to launch liquid under high pressure into the annular space of the tip of the penetrometer, and that more in another variation of execution the launching probe contains a floating barrel of launching probe for the continuation of the static penetration of a central part of the launching probe.