Brevet FR2724189A1 — publié le 19960308

i PROCEDE ET DISPOSITIF DE (XIMPACTAOE La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de coactage de matériaux, en particulier de matériaux de remblayage, tels que ceux couramment utilises par les entreprises de texrassoemnt MtClassiot, pour les opérations de pose ou de réparation d'une ca sal-istin ou d'une gaine dans une tranchée, cette dernière est remblayée et le mat i de rmhlayage est IaCté. Les appareils de ompactage de tranchées sont bien connus de l'état de la techniqoe pilonneuses, plaques vibrantes, rouleaux cQ,>acteurs vibrants ou non vibrants. Ces appareils, actionnés à partir de la surface supérieure de la couche à compacter ( de 30 à 50 cm d'épaisseur en général), ne présentent qu'une faible efficacité de compactage. Le taux de axmpactage moe ainsi obtenu ne représente en effet que le tiers environ du taux de _ompactage maxi-mi que l'an obtiendrait, avec les s appareils classiques, s'il était possible de cxmpacter la épaisseur de terrain mais par couces l-,ntai,"es beaucoup plus minces ( 5 am par exemple) et en utilisant la même énergie et le même nomibre de passes: dans le cas de l'exemple choisi, et avec une épaisseur totale de couche de 50 an, ce travail deinnierait /5 = 10 fois plus de temps, ce qui rrsetat un coût rédbitoire Par ailleurs les moyens classiques de cxmpactage ne pezmttent, pas d'd>tenir un taux unifome de densification des matériaux: la densité otenue n'est maximale qu'à environ un tiers de la cche, puis elle décroit rapidoemat ensuitejusqu'a un minimum en fond de couhe. Or, il est nécessaire que le taux de compactage soit à la fois uniforme et le plus élevé possible, de façon à garantir la stabilité et la pérennité des réseaux enterrés: toutes les études geotezhniques récentes ont démontré que la faible tenue dans le tarp des réseaux,, et en particulier les réseaux d' 'eut, plus vulnérables que les autres en raison de leur éeoulement gravitaire, était die principalemnt à des défauts de caxmactage: cette durée dans le temps est nettement inférieure à 10 ans, dans 75% des cas, alors qu'elle devrait norxalement atteindre 50 ans: pour les Collectivités Territoriales, le gaspillage des crédits est considé'rable, et il aparaissait dc très préoccupant de pouvoir mettre à la disposition des Entreprises de Travaux Publics des engins de compactage plus perfrmnts. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif simple et éaxKnique de compactage permapttant de canpacter un matériau, en particulier un matériau de remblayage, de manière uniforme et intense et en une seule passe. Ce but est atteint par l'emploi des carac istiques t niques d'un dispositif c-myrenant un ou plusieurs modules de compactage décrits plus loin en détail dans les planches I/2 et II/2, et dont le principe de fonctionnement est exposé ci-après. Plus prcisemt, le dispositif Ccprend une hélice à un seul tour, fixée à l'e xtrénité d'un axe, associée à un dispositif de battage. Dans une prenière phase, le dispositif de battage est débrayé et l'hèlice tourne dans le sens direct: l'hélice s'enfonce dans le matériau à oçmpacter et sans le remnnier. Dans une deuxième phase, le dispositif de battage est enclenché et le sens de rotation de l'hélice est inversé: l'hélice remonte vers la surface du matériau tout en tournant et en comprimant, sous l'effet additionnel du battage, la couche de matériau imwMdiatEment située sous elle et sur laquelle elle s'appuie, lorsqu'elle est suffi-...t cawçacte', pour remonter.Le matériau est ainsi compacté "du bas vers le haut", et non pas du haut vers le bas o mme dans les engins traditionnels, les couches profondes sont compactées les prnemières, et les couchs superieures sont progressivemeent compactées de façon continue et regulière, avec la mume énergie et la me efficacité, l'hèlice ne pouvant remonter et depasser l'effort de battage dirigé vers le bas que lorsque le taux de cxmpactage maxinmm est atteint. La densification moyenne ainsi obtenue est de 20 à 30% supérieure à celle réalisée avec les techniques de l'art antérieur De plus, il devient possible de déverser en une seule fois et en excès le matériau de remblayage et de le ccxpacter en une seule passe, ce qui représente un gain de temps très arciable Le. fonctionnment et les avantages du dispositif et du procédé de l'invention seront mieux compris à l'aide de l'exposé des nmodes de réalisation illustrés dans les figures suivantes: ( PLANCME I/2 et PLANCHE II/2) La PLANXE I/2 représente un dispositif lentaire c cpactage, désigné ci-après par " module de ccupactage ", suivant un premier mdde réalisation de l'inven,tioni. Figure A1: coupe verticale du xmodule de compactage Figures lB,1C et 1D: coupes horizontales des différents élments oomposant le module de caxpactage. La PLAE II/2 illustre un dispositif de compactage suivant un deuxième. mude de réalisation de l'invention et consistant dans l'association de plusieurs modules de compactage, avant et après la pose d'une cnalisation ou d'un réseau enterré en général, dans une tranché.- Figure 2A: coupe transversale de la tranchée lors du ccpactage avant la pose de la cnliation. Figure 2B: vue aérienne correspondante à la figure précédente. Figure 2C: coupe transversale de la tranchée après mise en place de la canalisation et pendant le campactage du raemblai. Figure 2D: vue aérienne correspdant à la figure précédente. Le module de compactage, illustré par la PLAWHE I/1, comprend: - d eux railS verticaux(a) permettant le guidage, la montée et la descente du chassis(h). -un chassis(h), coulissant sur les rails(a), muni à sa base d'une enclume(g), sur laquelle repose un mouton de battage (i). Ce nmouton(i) caporte à sa périphérie deux spirales saillantes plates représentées par(j) dans la coupe lA et par (jl) et (j2) sur la coupe 1C. - un moteur hydraulique(c) entraînant un axe creux(d) dans lequel la tige(e) peut glisser verticalement, tel qu'il est indiqué sur la coupe lB. - une hélice plate(l), à un seul tourde façon à faciliter sa pénétration dans le sol sans le remanier, et à optimiser son effet lors du battage, cette hélioe est disposée à la base de la tige(e). -un dispositif de débrayage(k) solidaire du chassis(h) pouvant prendre deux positions: une position embrayée E et une position débrayée D. En positioe embrayée, le motuta:(i) est soulevé dem fois à dbaque tour, en positioa haute le mouton est figuré en trait hachuré (i') dans la figure 1A. Deux fois par tour il retambe sur l"enclume(g) solidaire de la tige(e) gràoe à un système de clavetage(m) qui peut être dipAéé sur la tige diffà qnes hauteurs - ê-s.e - suivant la proifDexkmr de la tranchée. - un joint tournant(b) permettant l'injection évntuelle dans 1l'me(f) de la tige(e) de produits liquides ou pâteux pour faciliter la p' -tratioe de l'hélioe par lubrificatio n/ou pour consolider le sol ( injection de lait de chau, de ooulis de cimnit, ebc...) Suivant le premier e de réalisat-ion de l"'invetion, et dan u n première phase, le moteur jpris à l'bélioe une rotatium directe et le dispoiifl de débrayage est placé en positiom débrayée (D).Sous l'effet de la rotatio et du poids du nxutoe, l'hélioe pénétre dans le à ccWacter juqu 'à oe que la profodeur souhaitée soit atteinte. Dans une deuxièoe phase, la rotation de l'hélioe est alors inverée et le dispositif est paumé en positioe embayée (E): sous l'effet de la rotatioe inverse l'hélioe r te et le pilonnage de l'hélioe par le mnutoe provoque un ccupactage coatinu du sol Pl sous l'hélice. Le diam tre de l'bélice, le poids et la hauteur de chute du mxitoe, les vitesses de roatio de l'hélice en sens direct et inverse, sacit adaptables et saont dcxisis en fcxction des caractéristiques du matériau à ct.er, et du taux de ccmpactage désiré ( qualité Ql à Q4, suivant les naes GTR en vigueur) et en fonctioe de la largeur de la tranchée et du diatre de la canalisatirm ou du réseau enterré, dan le cas général. 1L20 Aaatun jeu de moutoes de différents poids et un jeu d''bélioe de différents dia;mtres pourrant ainsi être prévus. Ce dispositif de campacatge peut être utilisé pour les trois groues de sols, ou de matériaux, les plus ourants: les groupes A,B, et C, suivant la classificaticn officielle du Guide T1chnique de Rxmtlaya (GOER) du tbratoire Cntral des Points et Chaussées., c'est à dire pour les sol CxhérEMtS à granu,] tie fine ou mayeune. Par contre il est inadapté aux sols non cohérents de forte granulomètrie (Groupe D, suivant la classificati GTR), contenant des éléments de 100 mm et plus, qui s'coxseraient à la rotation de l'hélice aussi bien dans le sens direct que dans le sens inverse. De manière générale, ce dispositif est utilisahle pour le ccmpactage de tous types de matériaux cohérents à faihle ou moyenne granul trie. La présente invention n'est pas limitée au c-Ejiactage de sols ou de nmatériaux de remblayage des tranchées, elle peut être utilisée par exemple pour le ccmpactage de toutes sortes de produits naturels ou fabriqués, pulvéuleits, fibreux,et plus généralement pour tous matériaux compressibles dont la texture est compatible avec la rotation de l'hélice. Suivant un deuxième mode de réali ation de l'invention, plusieurs mnodules de couactage sont associés en vue de traiter simultanément une plus grande surface: un tel dispositif est représenté dans la PLANCE II/2. Plusieurs modules de oeçEactage peuvent être regroupés et supportes par un assis autoporteur, ou par un chassis suspendu par un engin porteur, par une minipelle par exemple ou tout autre engin de travaux publics. Une utilisation du dispositif et du procédé selon le deuxièi mode de l'invention est illustrée dans le cas particulier du ccloactage d'une tarahée avec canalisation dans les Figures 2A,2B; 2C et 2D. Après creusoeet de la tranchée et avant la pose d'une canali-ation (oud'un réseau dans le cas général) une première opération de comE3ctage est effectuée après remblayage partiel (2A) destiné à constituer le lit de pose, les hélices sont descendues par rotation jusque dans le fond de fouille, non cqxacté (ffnc). >nrs de la reimontée(rotation inverse plus battage) les hélices ccpactent le fond de fouille (ffnc), puis le lit de pose non cuçacté (lpoc). Le c-mmptage du fond de fouille est indispensable pour assurer unoe boone tenue dans le temps de ces ouvrages. La canalisation (ca) est ensuite mise en place sur le lit de pose ainsi compacté (lpc) et dressé à la pente désirée, le lit de pose coxuacté (lpc) surmontant lui-mêmen le fond de fouille également compacté (ffc) tel qu'indiqu dans la figure 2C. Le remblai non compacté (rnc) est ensuite déversé en une seule fois dans la tranchée. Une deuxième opération de coicrage est alors effectuée en prenant soin de décaler l'hélice centrale ( ou les hélices centrales) vers le haut, à la verticale de l'extrados de la canalisation, afin de ne pas lenzdcl ager par un battage trop rapproché. La figure 2D représente en vue aérienne un ensemble de trois modules disposés transversalement par rapport à la tranchée et correspondant à la figure prLfcdente 2C en coupe transversale: pour une plus grande vitesse d'éxE cion des travaux, oe dispositif peut être multiplié par deux, par trois etc... et regroupe sur un chassis romaun ou sur plusieurs chassis indépnant disposés le long de la tranchée et travaillant en parallèle. 7 2724189 REVEITCATICoNS 1. Dispositif de compactage de matériaux, en particulier de matériaux de reimblayage, caractérisé en ce qu'il cprexnd au moins: - un élément hélicoidal (1) pouvant être entrainé par un moteur (c) en sens direct et en sens inverse. - un élément de battage (i), pilonnant 1' élément hélicoidal lorsque celui- ci tourne en sens inverse, et mis au repos lorsque celui-ci tourne dans le sens direct,le campactage du matériau étant réalisé progressivement depuis le fond du matériau vers sa surface lorsque l'élément hélicoïdal tourne en sens inverse. 2. Dispositif de compactage selon la reverndication 1 caractérisé en ce que l'élément de battage (i) est un nmouton pouvant libroemnt monter ou descendre, et cçmportant à sa périphèrie des spirales protubérantes (jl) et (j2), provoquant le soulévement de ce nmouton une ou plusieurs fois à chaque rotation et le laissant tambnher librement sur une enclume(g). 3. Dispositif de ompacatge suivant les revendications 1 et 2 cararisé en ce que le mouton (i), son système de débrayage (k) et l'enclume (g)/ sur laquelle il vient frapper, son mnntés sur un chassis comm (h) pouvant coulisser sur des rails de guidage (a) et que la hauteur de l'enclim est réglable en hauteur sur la tige (e) par un système de clavetage (m) pouvant être fixé à différents niveaux prévus sur cette tige (e). 4. Dispositif de cxmpactage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en oe que l'élément hélicoïdal (1) est une hélice plate à un seul tour. 5. Dispositif de compactage selon l'une des revendications 2 à 4 caactrisé en ce que l'axe du moteur (e) entraine dil'élémnt l'leent hliJcoloda xspire (1),que cet axe est creux et pourvu d'une arrivée de liquide (b) et qu'il débouche au bas de l'élément hélicoldal 6. Dispositif de campactage de matériaux coaiortant une pluralité de modules de compnactage selon l'une des revendications précédentes, ces modules etant 1aligns en lignes et/ou en rangées. 7 Dispositif de c$cmctage suivant la revendication 6 - *ris en ce que une ou plusieurs hélices peuvent être décalées en hauteur 8. Procédé de compactage de matériaux, en particulier de matériaux de re'b]eaae, cractérisé. en ce qu'il cuprend les étapes suivantes: - enfoacment d'au nmins un élément hélicoidaal à l'intérieur du matériau à camyacer en le faisant tourner dans le sens direct. - inversion du sens de rotation de l'éléent hélicodal (1) et pilcaxage de celui-ci par un élément de battage lors de sa rotation en sens inverse, le coM actage du matériau étant réalisé progressivement depuis le fond de ce matériau vers sa surface lorsque l'élément hélicoidal tourne en sens inverse. 9. Prucdé de cdpectagesuivant la revendication 8, caratrisé en ce que: - une pluralité d'éléments 'hlicoimnaux (1) sont enfoncs dans le matériau à coupter en faisant tourner les hélic dans leur sens direct. - les sens de rotation des éléments he i iodaux sont ensuite in sés et xc-ci sonut pilonnés par des éléments de battage ou moutons, lors de leur rotation en sens inverse. 10. Procédé de comepactage de tranchées coureonant les cpérations suivantes: - cOectage du fond de fouille (ffnc) de la tranchée et d'un lit de pose non ccpacte (lpnc) pr,éalahleMent déversé dans la tranche. -pose d'un éléent à enterrer (ca) sur le lit de pose come[cté (lpc). - ruilayage de la tranchée par des matériaux et cxractage de ces derniers, les ux étapes de campactage étant realisées selon le procédé reve diqué dans la revendication 9.