Brevet FR2644811A1 — publié le 19900928

En cette fin de 20 ème siècle, on constate une grande évolution dans les conditions d'exécution des chantiers de travaux publics mettant en oeuvre des opérations d'ancrage et de pose de poteaux. Les évolutions techniques se font en particulier dans les directions suivantes: - Zones climatiques difficiles: haute température ou grand froid. - Zones géologiques particulières: sables, marécages, terrains gelés. - Zones de reliefs escarpés ou difficiles d'accès. Par ailleurs, le coût de la main d'oeuvre, des équipements et des matériels utilisés deviennent prépondérant dans l'obtention et la bonne fin des marchés d'infrastructures. Les systèmes utilisés jusqu'à présent tels que forage de fonda- tion ou battage de peux sont dans de nombreux cas difficiles et lourds à mettre en oeuvre et en tout cas cher en main d'oeuvre et en durée des opérations. Par contre le système proposé et ses variantes répondent à ces contraintes. Ils permettent de réaliser des ancrages à cadence élevée dans des natures de sol très variées, dans des conditions climatiques extrêmes et dans des situations géographiques difficiles. Ils ne nécessitent que des équipements légers et une logistique très réduite. Le concept du pyro ancrage consiste à enfoncer dans le sol un ancrage en particulier métallique sur lequel on "fixe" une superstruc- ture. Le principe physique du pyro ancreur consiste à utiliser l'énergie délivrée par un composant pyrotechnique de type propergol de sécurité à fort dégagement gazeux. La pression générée transmet l'essentiel de cette énergie à l'élément d'ancrage; l'équilibre des quantités de mouvement étant, selon l'invention, assuré par une masse de recul dont l'énergie sera absorbée par gravité. L'originalité de la conception du pyro ancreur, objet du présent brevet, ressortira de sa description, de la justification des techniques utilisées et de son diagramme de fonctionnement. Le système pyro ancreur est constitué préférentiellement - d'un véhicule pyro ancreur - d'un camion ravitailleur transportant les ancrages, ce camion étant équipé ou non d'un bras de manutention. - des ancrages et des générateurs de gaz. - éventuellement d'un engin manipulateur faisant la navette entre le 1 véhicule pyro ancreur et le camion ravitailleur. Selon l'invention, le véhicule pyro ancreur est préférentiel- lement constitué ainsi: (fig.1) - une rampe de recul (1) et son système hydraulique de positionnement (2) - un vérrouilleur d'ancrage hydraulique (3) et le système de mise à feu (4) - un protecteur acoustique de détente des gaz (5) L'ensemble est monté sur un véhicule porteur adapté au type de chantier. Sans sortir du cadre de l'invention, la rampe de recul peut être remplacée par une goutière ou un tube de recul; le tube de recul fait alors office de protecteur acoustique de détente des gaz. Dans le cas d'enfoncement de petits ancrages, ne nécessitant pas de longueur de rampe de recul importante, on placera, selon l'in- vention, celle-ci préférentiellement verticalement par exemple à l'avant ou à l'arrière du véhicule porteur. Dans le cas d'enfoncement d'ancrages plus importants, on- devra généralement faire appel à une rampe de recul plus longue. Pour satis- faire aux gabarits routiers, lors des transports, on placera, selon l'invention, cette rampe préférentiellement horizontalement. Le déploiement en position verticale se fera à l'aide de bras mobiles animés par des vérins préférentiellement hydrauliques. Les figures 1.2.3.4. présentent des moyens et un mode préférentiels de déploiement de la rampe de recul. Selon l'invention, la rampe de recul (1) et son système ancreur sont posés sur un berceau (7) et lié à lui par un axe de rotation (8). L'ensemble berceau et rampe de recul est déplacé horizontale- ment le long de deux rails (6) fixés au véhicule porteur à l'aide de vérin de positionnement de la rampe (27) tel que l'axe de rotation (8) soit correctement positionné par rapport au point souhaité d'en- foncement de l'ancrage. La rampe de recul (1) est redressée par déploiement du vérin de redressement (28) qui est fixé sur le berceau (7). Les deux patins (29) permettent l'appui au sol de la rampe de recul. Ils sont déployés par deux vérins (30). L'articulation (31) de chaque patin (29) avec son bras de vérin (30) est selon l'invention de type de rotule à mouvement limité pour permettre une bonne adapta- tion aux irrégularités du sol sans gêner le passage de l'ancrage lors 1 de son enfoncement. Le réglage de la directivité de l'enfoncement, donc de la rampe de recul, est assuré en devers d'une part par les patins hydrau- liques équipant le véhicule porteur puis les patins (29) de la rampe de recul et de leurs vérins (30); en site elle est assurée par le vérin de redressement (28). Sans sortir du cadre de l'invention on pourra utiliser d'au- tres moyens et mode de déploiement tel que bras articulés montés sur vérin ou bras de grue. Comme le présente, les figures 5.6., pour faciliter les opérations de chargement d'ancrage équipé (9) dans le système de lancement, on a choisi, selon l'invention, un tube de lancement de l'ancrage en deux parties: têtes d'ancrage (12) et un verrouilleur d'ancrage (3). La tête d'ancrage (12) assure le guidage de l'ancrage et la tenue à la pression. Le vérrouilleur d'ancrage (3) assure la préhension rapide et précise de l'ancrage équipé (9), son blocage, la précision de l'axe de lancement et le réglage de la hauteur de la garge au sol avant tir de l'ancrage équipé. Selon l'invention le verrouilleur d'ancrage (3) dans lequel se loge l'ancrage équipé est constitué préférentiellement de deux machoi- res(19). Celles-ci sont, selon l'invention, aisément interchangea- bles pour accepter des têtes d'ancrage de diamètres variables selor les ancrages à effectuer avec le même véhicule pyro ancreur. Elles sont préférentiellement actionnées par des vérins hydrauliques (20). Selon l'invention le verrouilleur d'ancrage (3) est déplacé le long de la rampe de recul (1) préférentiellement par un vérin hydrau- lique (21). Comme le présente la figure 7, l'ancrage (10) est, selon l'invention, préférentiellement équipé d'un piston réutilisable (11) et d'une tête d'ancrage réutilisable (12). La chambre de combustion (13) ainsi formée contient le générateur de gaz (14) qui pour des raisons de sécurité est placé dans cette chambre préférentiellement au moment du chargement de l'ancrage équipé dans le pyro ancreur. La fermeture de la chambre (13) est assurée par un verrou (15) à fermeture rapide. L'étanchéité de la chambre (13) et la précision du guidage initial de l'ancrage (10) équipé de son piston (11) sont assurées, selon l'invention, par la précision de l'usinage de la tête d'ancrage 1 (12) et du piston (11) qui sont réutilisables. Pour des raisons économiques le "diamètre" extérieur de l'ancrage consommable est brut de fabrication. Selon l'invention, la longueur de guidage du piston (11) as- sure le non coincement de l'ancrage équipé au cours du mouvement; ce que n'assurerai pas une simple plaque d'appui avec ou sans joint. Selon l'invention, le piston (11) est intérieur à la tête d'ancrage pour faciliter la préhension automatique et précise de celle ci dans le verrouilleur d'ancrage. Selon l'invention, l'ensemble ancrage, piston et tête d'an- crage est assemblé par simple goupillage. Comme le présente la figure 8, le générateur de gaz (14) com- prend selon l'invention, un boîtier (16) étanche préférentiellement en matériaux composites ou thermoplastiques comportant ou non des évents obturateurs. Ce boîtier contient, selon l'invention, le propergol (17) préférentiellement "tout temps" pour des raisons de sécurité et de régularité de performances entre - 40 c et + 70 c. Sans sortir du cadre de l'invention, on pourra utiliser d'autres types de compositions pyrotechniques. L'allumage est assuré, selon l'invention, préférentiellement par un composant pyrotechnique (18) initié par un rayonnement laser ou par un composant pyrotechnique initié par percussion. - On pourra, sans sortir du cadre de l'invention utiliser aussi des inflammateurs électriques insensibles aux rayonnements électri- ques ou électromagnétiques et aux charges électrostatiques. L'utilisation, selon l'invention, d'un composant pyrotech- nique initié par rayonnement type laser permet de s'affranchir des problèmes d'étanchéité et de précision de positionnement entre la gar- gousse et le système d'initiation. De plus on accroît la sécurité aux chocs et aux environnements divers. Le système d'initiation comprend, selon l'invention, une inter- ruption de chaîne d'initiation. Selon l'invention, la masse de propergol contenu dans le générateur de gaz est réglable en fonction de la nature du sol et du type d'ancrage enfoncé. Comme le présente, la figure 9, on a choisi selon l'invention, de limiter les effets acoustiques et gazeux de la détente des gaz du générateur de gaz en utilisant un protecteur acoustique (5) dans le quel on sur détend les gaz. 1 Pour faciliter les manipulations de chargements des ancrages équipés (9) , vérifier visuellement la conformité de ce chargement, et limiter la hauteur de la rampe de recul, on a, selon l'invention, choisi préférentiellement un protecteur acoustique à ouverture, par exemple en deux demis coquilles (22) dont les masses sont équilibrées de chaque côté du système ancreur. Ces deux demis coquilles (22) sont refermées à l'aide de vérins (23) après le chargement de l'ancrage équipé (9) dans le verrouilleur d'ancrage (3). Sans sortir du cadre de l'invention, on peut aussi utiliser un protecteur acoustique en matériaux souple qui se relève lors du char- gement; un protecteur acoustique gigogne en éléments rigides qui s'emboitent lors du chargement, un protecteur acoustique rigide en un seul élément qui se dégage par élévation le long de la rampe de recul et ce indépendamment du verrouilleur d'ancrage. Selon l'invention, le protecteur acoustique peut être équipé à sa base d'une jupe souple (24) qui assure une certaine étanchéité au niveau du sol en dépit des irrégularités de terrain. Selon l'invention, l'équilibrage de la quantité de mouvement transmise à l'ancrage et à son piston est assuré par la remontée, le long de la rampe de recul, du verrouilleur d'ancrage, de la tête d'ancrage et du protecteur acoustique, ensemble que l'on appellera masse de recul. Soient: e énergie transmise à l'ancrage et à son piston. m masse de l'ancrage et de son piston. M masse de recul. h hauteur de recul. g gravité La loi d'égalité des quantités de mouvement et les relations entre les énergies cinétiques et potentielles nous permettent d'écrire: e m h = gM Lorsque la masse de recul a atteint une hauteur h correspon- dant à sa vitesse nulle, elle est bloquée, selon l'invention, dès l'amorce de sa redescente par un système à crémaillère (25) et à cliquet (26) voir figure '. Ce procédé simple et fiable limite les efforts de liaisons entre la masse de recul et la rampe de recul. L'asservissement de la descente de la masse de recul est, selon l'invention, assuré par le vérin de rampe (21) qui dégage le 1 cliquet (26) de la crémaillère (25). Cependant, sans sortir du cadre de l'invention on pourra blo- quer ou amortir la redescente de la masse de recul à l'aide d'un autre procédé tel qu'amortisseur pneumatique ou hydraulique. Le diagramme opérationnel et de fonctionnement est, selon l'invention, préférentiellement celui décrit ci-après. Mise en position opérationnelle - Acheminement des véhicules sur les lieux d'ancrages; le véhicule pyro ancreur est capable de procéder à un ancrage à environ 4 à 5 m. du véhicule selon ses équipements. - Basculement de la rampe de recul et du système ancreur, de la posi- tion horizontale de transport à la position verticale de travail. - Ouverture simultanée des deux mâchoires du verrouilleur d'ancrage et des deux demis coquilles du protecteur acoustique et d'environne- ment. - Déplacement de l'ensemble vers le ravitailleur. Opérations de chargement: - - Choix de l'ancrage correspondant au terrain. - Mise en place du générateur de gaz et fermeture du verrou de sécurité sur la tête d'ancrage. - Positionnement de la rampe de recul et du système ancreur par rap- port à l'ancrage. - Chargement de l'ancrage. - Fermeture du verrouilleur d'ancrage. - Fermeture du protecteur acoustique et d'environnement. Opérations de mise à poste: - La rampe de recul et le système ancreur quittent le ravitailleur et se mettent à poste. - L'embase de la rampe de recul s'appuie sur le sol. - Réglage de la verticalité du système. - Descente du système ancreur jusqu'à contact du protecteur acousti- que avec le sol. Lancement de l'ancrage équipé. Mise à feu: - Levée de la sécurité de mise à feu. - Armement du système de mise à feu. - Libération de l'énergie de mise à feu (rayonnement ou percussion). - Initiation de l'allumeur de sécurité. - Combustion du propergol entraînant une montée en pression dans le générateur, puis rupture totale ou partielle de la structure du générateur et expansion des gaz dans la tête d'ancrage. 1 - L'énergie libérée est transmise: a) à l'ancrage par l'intermédiaire du piston, b) à la tête d'ancrage et au système qui remonte le long de la rampe de recul. Mouvement de l'ancrage: - L'ancrage se déplace à grande vitesse. - En fin de sa course dans la tête d'ancrage, l'ancrage a atteint sa vitesse maximale et pénètre dans le sol. - Son énergie cinétique est absorbée par la perforation du sol. - La hauteur de pénétration est obtenue par l'utilisation du générateur de différents chargements qui sont fonction de la na- ture du sol et du type d'ancrage. - Si l'on souhaite avoir une hauteur de pénétration précise o limi- ter le nombre de types de générateur de gaz, on utilisera des limi teurs de pénétration (plaques ou segments d'arrêt) qui sont placés sur l'extérieur des tubes. Mouvement de la masse de recul: - L'énergie cinétique du système ancreur (tête d'ancrage et protec- teur acoustique) a été absorbée par sa remontée le long de la rampe de recul. En fin de course le système ancreur est bloqué en "position haute" par le système de verrouillage à crémaillère et cliquets. - En position haute le protecteur acoustique a libéré la partie non enterrée de l'ancrage et le piston qui est réutilisé. - Le véhicule pyro ancreur se déplace et on procède à la récupération de la tête d'ancrage. - On est alors prêt pour un nouveau cycle chargement-ancrage. Sans sortir du cadre de l'invention, on pourra utiliser des variantes de cette mise en oeuvre opérationnelle du pyro ancreur. Les ancrages doivent se faire dans des sols de types très variés tels que sable, marécage, argile, calcaire..., aussi selon l'invention ces ancrages, préférentiellement métalliques seront de formes et de dimensions variées en fonction de la nature du sol et des efforts appliqués sur l'ancrage enfoncé. Selon l'invention, ils pourront avoir préférentiellement les formes et les profils présentés par les figures 10 11 12 13 14 15. Sans sortir du cadre de l'invention, ils pourront avoir d'au- tres formes. REVENDICATIONS 1 1 - Système d'enfoncement d'ancrage caractérisé par l'utilisa- tion de la pression due à des gaz générés par la combustion d'un propergol et par l'utilisation de la masse de l'rensemble chambre de combustion et protecteur acoustique libre en recul pour l'équilibrage par gravité de la quantité de mouvement transmise à l'ancrage. 2 - Système d'enfoncement d'ancrage selon la revendication 1 et caractérisé par la présence d'un protecteur acoustique assuré par un tube dans lequel se surdétendent les gaz émis par la combustion du propergol limitant aussi les effets de bruits et de pollution sur le personnel et l'environnement. 3 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par un protecteur acousti- que en deux demi coquilles dont l'ouverture est asservie par un ou plusieurs vérins. 4 -Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par la présence d'une jupe souple en bas du protecteur acoustique. -Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par une chambre de combus- tion constituée par une tête d'ancrage et un piston d'ancrage réutilisable et calibré pour assurer l'étanchéité, le guidage de l'ancrage et la régularité de fonctionnement. 6 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par la présence du ver- rouilleur d'ancrage à mâchoires mobiles assurant le blocage aisé, rapide et précis de la tête d'ancrage et par là même l'axialisation du mouvement et de l'enfoncement des ancrages. 7 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par la présence d'une rampe ou d'un tube de recul verticaux ou très fortement inclinés pour gui- der le recul de la masse de recul et bloquer celle-ci en position haute. 8 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par un blocage en positior haute à l'aide d'un système à cliquet et crémaillère et par un déblocage et asservissement de redescente par vérin. 9 -Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par l'addition d'un absor- beur d'énergie à la fonction amortissement du recul par gravité. 10 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des 1 revendications précédentes et caractérisé par un boîtier de générateur de gaz en matériaux thermoplastiques ou composites. 11 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par un générateur de gaz utilisant un propergol dit tout temps pour assurer la sécurité et la fiabilité entre 40 et + 70 . 12 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par un allumage utilisant un composant pyrotechnique initiable par rayonnement type laser. 13 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par un allumage utilisant un composant pyrotechnique initiable par percussion. 14 - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par la présence d'un verrou de fermeture de la tête d'ancrage permettant la mise en place du générateur de gaz au moment du chargement de l'ancrage en assurant l'étanchéité aux gaz de combustion. - Système d'enfoncement d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par l'utilisation d'ancra- ges présentant des limiteurs d'enfoncement facilitant aussi la fixa- tion de structures boulonnées.