Brevet FR2548707A1 — publié le 19850111

Appareil pour l'excavation de trous ou de tranchées La présente invention concerne un appareil pour l'excavation de trous ou de tranchées au moyen de bennes piocheuses dans des sols difficiles à désintégrer et dans des formations semi-rocheuses. Les bennes piocheuses comprennent en général une partie mobile consistant en des mâchoires de benne et des moyens de déplacement de celles-ci, ainsi qu'une partie fixe qui est constituée d'un corps de benne ou 10 d'un élément de guidage de benne situé au dessus des mâchoires et de moyens de commande de celui-ci Selon le rccédé de commande, on connaît des bennes commandées par câbles, par exemple de type à câble simple et à câble double, et des bennes hydrauliques, qui peuvent être de type à piston unique ou à double piston En pratique on utilise des bennes qui sont librement suspendues sur un câble de levage ou qui sont fixées à une tige de guidage associée à des moyens de levage, ou à une excavatrice hydraulique. Les bennes piocheuses sont enfoncées, leurs mâchoires étant ouvertes, par gravité au fond du trou ou de la tranchée, o leurs moyens désintégrateurs pénètrent dans la formation du sol; les mâchoires sont alors fermées par traction sur les câbles ou par un vé25 rin hydraulique Le volume excavé de la benne piocheuse dépend de la profondeur de pénétration des mâchoires dans la terre, ainsi que du poids de la benne piocheuse, lequel est contrebalancé par une force engendrée par les moyens de fermeture des mâchoires Un effet de 30 chute des mâchoires et de poussée combinées est exploité dans les bennes piocheuses de type à câble unique équipées d'éléments de poussée d'écartement qui provoquent, après le heurt de la benne, l'ouverture des mâchoires et leur entrée dans les parois du trou 35 (par exemple type Fehlmann). Les tiges de guidage qui sont utilisées à cet effet sont soit unitaires, soit constituées d'une pluralité de sections montées fixes les unes aux autres, ou, d'une autre manière, de type télescopique. La tige est suspendue sur la flèche d'une excavatrice hydraulique pour basculer sur celle-ci (type Poclain), ou sur un câble de levage, tandis qu'elle est guidée dans des éléments de guidage fixés aux moyens de levage (types Z 6 llner ou Polensky) La tige de guidage assure que les parois du trou ou du passage sont verticales, augmente le poids de la benne et en conséquence l'effet de celle10 ci lors de sa chute sur le fond, ou bien permet à la benne, supportée sur le fond du trou ou de la tranchée, d'entrer dans celui-ci grâce à la partie à commande hydraulique de poids de l'excavatrice hydraulique La puissance de la benne piocheuse est ainsi augmentée. On connaît également des appareils d'excavation de trous qui consistent en un tube court qui est ouvert en son fond et qui est associé par son sommet à un marteau vibrant suspendu à un câble Le tube est entraîné dans le fond du trou par un effet combiné; à savoir par 20 gravité et par mouvement vibratoire Le tube est pourvu de trous pour compenser la pression de l'eau de soussol au dessus du noyau de terre à l'intérieur de celuici et dans le trou, ainsi que pour bloquer le noyau de terre situé dans le tube pendant qu'il est tiré 25 hors du trou. La chute libre des bennes est freinée dans le trou par l'eau, par un tubage suspendu, ou par des rochers débordant dans la section transversale du trou ou de la tranchée Même lorsqu'une énergie consi30 dérable est engendrée par la chute de la benne, ou lorsqu'une poussée élevée est impartie à la tige de guidage, les types de bennes conventionnels sont incapables d'entrer dans la terre sur tout le volume de leurs mâchoires ou pelles, sauf dans le cas de 35 formations en "vrac" ou de formations cohérentes facilement désintégrables La puissance de la benne présente une baisse considérable lors du travail dans des argiles de type préconsolidé, dans des formations en "vrac" renforcées et dans les formations semi-rocheuses, qui sont tous dégagés en des couches relativement minces lors de la fermeture des mâchoires de la benne. C'est pourquoi les formations du sol ou les rochers qui sont difficiles à désintégrer sont, en règle générale, préalablement séparés de la paroi du trou ou de la tranchée, puis désintégrés Ceci peut être effectué en permettant à la benne, au trépan, ou à des outils de structure spécifique se terminant par des désintégrateurs, de tomber de façon répétée, ou au moyen de perforateurs, de tirs à explosif ou analogues. A part le fait que le rendement de processus d'excavation combinés est faible, les bennes sont sur15 chargées par des-impacts, du fait de la chute libre ou de la pression à énergie positive L'élimination de la terre collante des mâchoires de la benne, qui est effectuée par des basculements brutaux de la tige de guidage, ou en soumettant la benne à des percussions, 20 est source de problèmes, prolonge le travail d'excavation, et élève le taux de défaillances aussi bien de la benne que de son support Les bennes piocheuses employées jusqu'à présent sont pour la plupart de type à fonction unique et servent à l'excavation de trous ou de tranchées 25 qui sont soit non revêtus, soit revêtus d'un tubage suspendu ou mobile qui est introduit dans ceux-ci par pression, ou par un mouvement de basculement engendré par une foreuse, ou par des moyens de commande séparés hydrauliques ou pneumatiques Les tubages sont encore 30 poussés dans le trou et extraits de celui-ci par un marteau vibrant séparé suspendu aux moyens de levage. Un objet de l'invention est de pallier, ou au moins d'atténuer les inconvénients de l'art antérieur mentionnés plus haut, et de proposer un appareil perfectionné pour l'excavation de trous ou de tranchées au moyen d'une benne, comprenant une partie fixe et une partie mobile, laquelle est agencée pour être commandée -4 par des moyens hydrauliques ou mécaniques. Conformément à l'invention, la partie fixe de la benne est montée fixe à l'extrémité tout à fait inférieure d'un prolongement en forme de tube ou d'une tige de guidage, qui sont soit unitaires, soit constitués d'une pluralité de sections fixées les unes aux autres, tandis que la partie tout à fait supérieure dudit prolongement est fixée à un marteau vibrant possédant un élément de suspension destiné à être suspendu sur l'organe de levage de la benne Le mouvement des mâchoires de la benne est commandé par des câbles ou par des vérins hydrauliques disposés soit sur le prolongement, soit à l'extérieur de celui-ci Le prolongement est pourvu d'éléments de guidage pour guider la benne le 15 long des parois du trou ou de la tranchée. En fonctionnement, la benne, mâchoires ouvertes, est enfoncée dans le trou ou la tranchée jusqu'à son fond, et elle est alors entraînée par vibrations dans la roche jusqu'à ce que les mâchoires en soient remplies. 20 Les vibrations étant atténuées, l'appareil est légèrement soulevé tandis que les mâchoires sont pressées dans le volume de terre excavé et fermées La benne est alors levée et les mâchoires sont vidées en les ouvrant. La terre collante adhérant à celles-ci est éliminée par 25 vibrations pendant plusieurs secondes. En utilisant l'appareil de l'invention, il est possible, contrairement aux bennes de type conventionnel, d'obtenir une puissance plus élevée, du fait que la benne est entraînée dans la roche par vibrations dont l'effet 30 est concentré sur des éléments de désintégration et sur les lames de coupe des mâchoires, dont les sections transversales sont relativement faibles Ainsi la désintégration de la roche est très rapide et intense. L'excavation du trou ou de la tranchée est ainsi sensiblement accélérée, en particulier dans les couches qui influencent la puissance des bennes conventionnelles de la manière la plus négative, mais qui sont cependant 5 intéressantes pour atteindre la capacité souhaitée de soutien des pieux ou l'impénétrabilité de parois souterraines. D'autres avantages techniques de l'appareil de 5 l'invention résident dans le fait qu'il comprend une benne conventionnelle et un marteau vibrant conventionnel qui sont combinés de manière simple et rapide et qui n'exigent pratiquement aucun entretien Le marteau vibrant n'influence pas le taux de défaillances de la 10 benne du fait que cette dernière n'est exposée aux vibrations que pendant des durées courtes et seulement au cours des périodes pendant lesquelles les mâchoires sont ouvertes par le mécanisme de commande de la benne. Les vibrations empêchent que les éléments d'accouplement 15 et hydrauliques soient gênés par l'eau ou des sédiments en suspension Ainsi le coût de l'excavation de trous ou de tranchées dans diverses formations terreuses ou semi-rocheuses et à diverses profondeurs est sensiblement réduit grâce à la simplicité de la structure de l'appareil et à l'accélération du processus d'excavation. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré de celle-ci, faite en référence au dessin annexé, sur lequel la figure unique est une vue de c 6 té partielle25 ment en coupe de l'appareil. L'appareil comprend une benne hydraulique dont la partie fixe 1, sous la forme d'un vérin hydraulique, est fixée co-axialement, à l'aide de cornières 4 en forme de L, à l'extrémité tout à fait inférieure d'un prolongement 30 5 présenté en forme de tube A l'extrémité antérieure tout à fait supérieure du prolongement est fixé, à l'aide d'un joint à vis, un marteau vibrant 8 muni d'un élément de suspension soumis à l'action d'un ressort et destiné à être suspendu en un ensemble à un dispositif de levage 35 de benne Le prolongement 5 est pourvu de supports 6 pour soutenir des éléments de guidage 7 munis de faces de glissement tournées vers les parois du trou ou de -6 la tranchée de manière à guider la benne le long de celui-ci. Les mouvements des mâchoires de la benne sont commandés par un vérin hydraulique dont le piston 2 est 5 agencé pour entrer dans le prolongement 5 Au sommet du piston 2 sont amenés deux tuyaux souples 3 ayant une longueur appropriée et servant à alimenter le vérin hydraulique en liquide sous pression, tel que de l'huile, à partir d'un système de commande hydraulique 9 Le 10 prolongement 5 comporte deux perforations pourvues de tuyaux en acier, qui servent au raccordement des tuyaux souples d'alimentation respectifs et qui sont disposées au dessous du marteau vibrant 8 Le système de commande hydraulique 9 est disposé au niveau du sol et peut être 15 constitué d'une pompe. Dans d'autres modes de réalisation, on peut utiliser une benne hydraulique dont la partie fixe 1 consiste en un piston hydraulique D'autres formes de réalisation encore comprennent les bennes hydrauliques 20 ou à commande par câble dont la partie fixe est constituée du corps ou des éléments de guidage de la benne, ou des moyens de commande de celle- ci La partie fixe 1 de la benne peut être fixée à l'extrémité tout à fait inférieure du prolongement 5 soit de façon fixe, soit à montage basculant sur celui-ci, par un joint mécanique tel que par exemple des cornières 4 de forme et en nombre quelconque, par des brides, des pivots ou analogues, ou au moyen d'un dispositif à pince hydraulique Le prolongement 5, qui peut avoir une longueur quelconque, peut 30 être constitué d'un tube, d'une tige de guidage, ou d'une structure de support; de tels éléments sont soit unitaires, soit constitués de sections agencées et fixées les unes aux autres, ou d'une structure télescopique. Dans un autre mode de réalisation de l'appareil, le 35 marteau vibrant 8 est fixé à l'extrémité tout à fait supérieure du prolongement 5 au moyen du dispositif à pince hydraulique D'une autre manière, le prolonge- -7 ment 5 peut être raccourci de manière à n'être constitué que d'une structure réunissant la partie fixe 1 de la benne et le marteau vibrant 8 Un tel mode de réalisation peut être utilisé lorsque la section trans5 versale globale du marteau 8 est inférieure à celle de la benne ou dans le cas o le marteau vibrant 8 est étanche à l'eau et conçu pour être immergé dans l'eau ou dans une suspension. Les bennes elles-mêmes peuvent être de section 10 transversale circulaire ou rectangulaire, ou peuvent comprendre une pluralité de bras Il est également possible de combiner plusieurs bennes, selon l'invention, côte à côte pour un travail d'excavation à même profondeur ou étagé Les bennes individuelles ou combinées 15 peuvent être associées à un ou plusieurs prolongements 5, qui peuvent supporter à leurs extrémités tout à fait supérieures un ou plusieurs marteaux vibrants 8 Les mouvements des mâchoires de la benne sont commandés soit par des câbles traversant un trou prévu dans le marteau ou à côté de celui-ci, ou au moyen de systèmes de commande 9, présentant par exemple la forme-de treuils, ou de pompes disposées sur le prolongement 5 ou à l'extérieur de celui-ci, par exemple directement sur la benne, le marteau vibrant ou le dispositif de levage Il 25 est également possible de fixer sur le prolongement 5 des supports 6 munis de plusieurs éléments de guidage 7, les supports étant montés soit fixes, soit réglables sur celui-ci D'une autre manière, l'élément de guidage 7 peut être fixé directement sur le marteau vibrant 8 à 30 enfoncer dans le trou. L'appareil de l'invention peut être utilisé pour l'excavation de trous ou de tranchées revêtus d'un coffrage ou tubage en suspension Grâce à sa puissance de cassage et à sa gamme de profondeurs importante, il est 35 particulièrement approprié à être utilisé pour excaver des trous pour pieux de grand diamètre ayant une capacité de soutien importante, pour des puits, des arbres ou des drains verticaux Après un échange facile des mâchoires de la benne hydraulique, l'appareil peut être utilisé pour l'excavation de tranchées pour éléments de murs en sous-sol, ou pour des murs d'étanchéité souterrains 5 continus de type monolithique en béton armé ou préfabriqué Son mérite réside dans un niveau de bruit relativement bas et dans une courte durée de l'effet de vibration, dont l'influence sur les bâtiments et installations avoisinnants est amortie par la masse de la 10 terre. L'appareil de l'invention offre l'opportunité de pouvoir effectuer une désintégration répétée de formations terreuses et rocheuses très difficiles, contrairement aux bennes existantes, sans soulèvement ni enfoncement de la benne, ni burin particulier Il permet en outre aux trous ou aux tranchées d'être excavés avec approximativement la même verticalité de paroi que celle obtenue avec les bennes conventionnelles à guidage positif. Un fonctionnement supérieur de l'appareil de l'invention rend possible l'augmentation de la capacité volumique des bennes conventionnelles, par exemple en installant un tube court au dessus des mâchoires de la benne Une benne fermée peut être utilisée pour une 25 consolidation intensive de la terre amassée dans le trou sous le pied d'un pieu, ainsi que dans le voisinnage proche de celui-ci, par vibration, afin d'augmenter la capacité de soutien des pieux Du fait que, avec les bennes existantes, la terre peut rester meuble 30 sous le pied du pieu, il est parfois nécessaire de traiter subséquemment le fond du trou à l'aide d'un outil de forage ou par une injection de la terre dans cette région. A la fin des opérations, ou par une disposition 35 appropriée des dispositifs à pince hydraulique fixés à la base du marteau vibrant 8, ce dernier, avec le dispositif de levage, peut également être utilisé pour la -9 manipulation de tubages, c'est-à-dire pour leur extraction et leur enfoncement Le dispositif de levage lui-même peut être utilisé pour enfoncer et soulever un tube de renforcement dans les trous ou tranchées, ou 5 pour mettre en place des éléments préfabriqués dans une tranchée lors de la construction d'un mur souterrain préfabriqué. En conséquence de ce qui précède, l'appareil de l'invention rend possible le remplacement intégral d'outils 10 de forage de grand diamètre onéreux, de dispositifs spécifiques à l'enfoncement et à l'extraction des tubages, de moyens de levage séparés pour l'introduction de paniers de renforcement dans le trou ou d'un élément préfabriqué dans la tranchée. La machine multi-usages que constitue l'appareil de la présente invention et une utilisation variée du dispositif de levage offrent l'opportunité de satisfaire aux demandes du marché sans coûts énormes dans le domaine de la réalisation de fondations de bâtiments spécifiques. REVENDICATIONS 1 Appareil pour l'excavation de trous ou de tranchées au moyen d'une benne piocheuse, comprenant une partie fixe et une partie mobile, laquelle est agencée pour être commandée par des moyens hydrauliques ou mécaniques, caractérisé en ce que la partie fixe ( 1) de la benne est montée fixe à l'extrémité tout à fait inférieure d'un prolongement ( 5) dont la partie tout à fait supérieure est fixée à un marteau vibrant ( 8), les moyens de commande 10 de la partie mobile de la benne étant disposés soit sur ledit prolongement ( 5), soit à l'extérieur de celui-ci. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement ( 5) est un tube. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que le prolongement ( 5) est une tige de guidage. 4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le prolongement ( 5) consiste en une pluralité de sections montées fixes les unes sur les autres. Appareil selon l'une quelconque des reven20 dications 1 à 4, caractérisé en ce que le prolongement ( 5) est pourvu de supports ( 6) sur lesquels sont fixés des éléments de guidage ( 7) destinés à guider la benne le long des parois du trou ou de la tranchée.