Brevet FR2891287A1 — publié le 20070330

La présente invention a pour objet une machine de réalisation d'une paroi continue dans le sol et un procédé de réalisation d'une telle paroi. Pour réaliser des parois continues dans le sol, la technique la plus couramment utilisée consiste à creuser une tranchée correspondant au tracé de la paroi à réaliser et de remplir cette tranchée avec du béton avec, éventuellement, utilisation d'une armature. Plus précisément, le plus souvent la tranchée est réalisée par sections successives, la section de tranchée creusée étant alors remplie de béton pour constituer un panneau de la paroi continue. Lorsque la paroi à réaliser n'a pas une très grande profondeur, il est possible d'utiliser une machine d'excavation que l'on va déplacer dans la tranchée au fur et à mesure de la réalisation des différentes sections de celle-ci. Le brevet US 3 893 302 décrit une machine et une méthode pour excaver des tranchées et construire des parois dans les tranchées excavées. Cette machine comprend un outil de coupe disposé dans la partie avant de la machine ayant la forme d'une chaîne d'excavation sans fin munie de godets. La partie arrière de la machine comprend un conduit vertical pour amener du béton depuis un conteneur situé à l'extérieur de la tranchée vers l'arrière de la machine afin de remplir la tranchée venant d'être creusée. Cette machine présente un certain nombre d'inconvénients et en particulier le fait que la chaîne continue à godets ne permet pas de réaliser l'excavation de la tranchée dans tous les terrains, en particulier un tel outil de coupe n'est pas utilisable dans des terrains durs. Or, on sait que dans certains cas la tranchée va être réalisée dans des couches géologiques de duretés différentes. Un premier objet de la présente invention est de fournir une 30 machine de réalisation de parois continues dans le sol qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Pour atteindre ce but, la machine pour la réalisation d'une paroi continue dans le sol comprend: - une partie arrière comportant: 35. des premiers moyens d'ancrage dans les parois latérales de la tranchée; et 2891287 2 des moyens pour remplir de béton la portion de tranchée disposée à l'arrière de la machine, - une partie avant comportant: des deuxièmes moyens d'ancrage dans les parois latérales de la tranchée; des moyens de coupe pour réaliser une portion de tranchée en avant de la machine; des moyens d'extraction du sol découpé par les moyens de coupe; et - des moyens pour modifier la distance entre lesdites parties avant et arrière selon une direction horizontale; ladite machine se caractérisant en ce que lesdits moyens de coupe comprennent: - des moyens de guidage vertical; -au moins une fraise rotative dont l'axe de rotation est horizontal et parallèle à la largeur de la tranchée; et - des moyens pour déplacer ladite fraise le long des moyens de guidage entre une position inférieure correspondant au fond de la tranchée et une position supérieure disposée au-dessus de la tranchée, ladite fraise étant apte à découper le sol de la tranchée et à le malaxer pour obtenir un matériau à l'état pâteux. On comprend que grâce à l'utilisation d'une fraise dont l'axe de rotation est horizontal et perpendiculaire à la longueur de la tranchée, on peut effectivement équiper cette fraise d'outils qui permettent de passer toutes les couches de terrain classiquement présentes sur les chantiers. Ces outils coupants peuvent être constitués par des pics de forage. En outre, la fraise durant son mouvement de descente et de remontée sur toute la hauteur de la tranchée réalise non seulement la découpe du sol mais également le malaxage de celui-ci avec l'eau qui habituellement est naturellement présente dans le sol. On obtient ainsi un matériau à l'état pâteux qui pourra être ultérieurement extrait aisément. Dans certains cas, il est souhaitable d'injecter des matériaux pendant le forage, notamment si la quantité d'eau présente est insuffisante pour obtenir l'état pâteux. Ces matériaux peuvent être de la boue, avec ou sans polymère ainsi que des additifs conditionnant le sol pour modifier sa consistance et/ou sa perméabilité. 2891287 3 Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé de réalisation de parois continues dans le sol utilisant notamment mais non exclusivement la machine d'excavation décrite ci-dessus. Le procédé de réalisation d'une paroi continue dans le sol 5 comprend les étapes de: - creuser une tranchée dans le sol par sections successives à l'aide d'une machine à déplacement horizontal dans la tranchée; - extraire le sol correspondant au creusement des sections successives de tranchée; déplacer la machine par pas successifs correspondant aux sections de tranchée; et - remplir de béton la section de tranchée disposée à l'arrière de la machine; ledit procédé se caractérisant en ce que le creusement des sections de tranchée est réalisé par le déplacement vertical d'un outil rotatif apte à découper le sol dans la tranchée et à malaxer dans la tranchée le sol découpé pour le transformer en un matériau à l'état pâteux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective montrant l'ensemble de la machine d'excavation, hors de la paroi et portée par une grue de manutention; - la figure 2 est une vue en perspective montrant la partie inférieure de la machine d'excavation; - la figure 3 est une vue en perspective montrant un exemple 30 préféré de réalisation des moyens d'extraction du matériau à l'état pâteux; - la figure 4 est une vue de dessus de la partie inférieure de la machine; et - la figure 5 est une vue en perspective montrant l'ensemble de 35 la machine en cours d'utilisation. 2891287 4 Sur la figure 1, on a représenté une grue de manutention comprenant une plate-forme 10 équipée de préférence de chenilles 12 qui porte une flèche sensiblement verticale 14. Cette flèche sert à supporter des câbles formant moufle 16 à l'extrémité inférieure desquels est suspendue la machine d'excavation proprement dite 18. L'outil de coupe de la machine d'excavation est une fraise 20 qui sera décrite plus en détail ultérieurement. La fraise 20 peut être déplacée verticalement le long du châssis de la machine d'excavation 18 à l'aide d'une barre de commande 22 ou KELLY. Cette barre de commande 22 peut être déplacée verticalement à l'aide d'un treuil de la grue de manutention. Le repère 24 indique une structure de guidage en surface de la barre de commande 22. En se référant maintenant plus particulièrement aux figures 2 et 4, on va décrire un mode préféré de réalisation de la machine d'excavation 18. Celle-ci est constituée par une partie avant 26 et par une partie arrière 28. La partie avant 26 comprend un châssis constituant une pièce de guidage vertical 29, un dispositif d'extraction du sol découpé 30 et de préférence des tubes d'injection dans le matériau découpé d'un adjuvant liquide, ces tubes étant référencés 32 et 34. La partie avant 26 comprend également deux séries de deux patins latéraux d'ancrage dans les parois latérales de la tranchée respectivement référencés 36 et 38. Ces patins sont commandés par des vérins 40. En position sortie, les patins 36 et 38 viennent en appui sur les parois 42 de la tranchée et assurent ainsi l'immobilisation de la partie avant 26 de la machine d'excavation. La partie arrière 28 de la machine d'excavation est essentiellement constituée par un châssis vertical 44 et par une conduite 46 pour déverser du béton dans la section de tranchée réalisée. La partie arrière 28 comporte également deux ensembles de patins latéraux 48 et 50 commandés par des vérins 52. En position sortie, les patins 48 et 50 forment des moyens d'ancrage dans les parois latérales 42 de la tranchée et assurent ainsi l'immobilisation de la partie arrière 28 de la machine d'excavation 18. La partie avant 26 est également équipée de l'outil de coupe 20 monté à l'extrémité inférieure de la barre de commande 22. De préférence, l'outil de coupe est constitué par une fraise équipée de deux tambours 54 et 56 dont l'axe est horizontal et parallèle à la largeur de la 2891287 5 tranchée à réaliser. Cette fraise est montée rotative sur un support 58 qui est guidé en translation par la pièce de guidage 29. Les tambours 54 et 56 sont équipés de pics 59 de type connu. Selon une variante de réalisation, l'outil de coupe 20 constitué par les tambours 54 et 56 pourrait être monté sur un support guidé par le guide vertical 29, ce support étant équipé d'un moteur permettant la translation de l'outil de coupe 20 entre une position inférieure correspondant au fond de la tranchée et une position supérieure dans laquelle l'outil de coupe est disposé au-dessus de la tranchée. Les parties avant 26 et arrière 28 de la machine d'excavation sont reliées entre elles par au moins deux vérins à action horizontale respectivement inférieur 60 et supérieur 62. Ces vérins permettent de modifier la distance horizontale entre les parties avant 26 et arrière 28 de la machine d'excavation et d'appliquer une poussée sur la partie avant 26 de la machine d'excavation. De préférence, cette partie intermédiaire de la machine d'excavation est également équipée d'un système 64 pour permettre aux parties avant et arrière de prendre une certaine angulation dans un plan horizontal. Ce système est constitué par exemple par un vérin de commande 66 monté sur le corps du vérin supérieur 62, ce vérin de commande 66 commandant une biellette 68 dont une extrémité est solidaire de l'extrémité de la tige du vérin de commande 66 et dont l'autre extrémité est reliée au châssis de la partie avant 26 de la machine d'excavation. Une deuxième biellette 70 constitue un parallélogramme déformable avec la première biellette 68. On comprend ainsi qu'il est possible en commandant le vérin de commande 66 de donner à la partie avant 26 de la machine d'excavation une certaine angulation par rapport à sa partie arrière dans un plan horizontal. Ainsi, il est possible de réaliser une tranchée non rectiligne. Avant de donner cette angulation, on commande le relèvement de l'outil de coupe 20 de telle manière qu'il soit disposé au-dessus de la tranchée. Dans ce cas, l'angulation donnée est plus facile à obtenir puisque l'outil de coupe ne constitue pas une résistance lors de cette prise d'angulation. Sur la figure 3, on a représenté un mode préféré de réalisation du système 30 d'extraction des matériaux découpés. Ce système d'extraction est constitué par une pièce cylindrique 80 dont la hauteur est au moins égale à la hauteur du châssis de la machine d'excavation. A 2891287 6 l'intérieur de cette pièce cylindrique 80 est montée en rotation une vis sans fin 82 à axe 84 vertical. A la partie supérieure de la pièce 80 est monté un moteur 86 de mise en rotation de la vis sans fin. L'extrémité supérieure de la pièce 80 comporte également une sortie pour l'évacuation des matériaux extraits. La pièce cylindrique 80 comporte sur sa hauteur plusieurs ouvertures telles que 88 ayant des dimensions importantes pour permettre l'introduction des matériaux découpés à excaver sur la vis sans fin 82. Il va de soi que d'autres systèmes d'extraction des matériaux découpés pourraient être utilisés, par exemple une chaîne à godets ou un tube télescopique muni de clapet ou encore un tube souple écrasé par des galets selon le principe utilisé dans les pompes péristaltiques, dès lors que ces moyens ne sont pas purement hydrauliques. Par moyens d'extraction non purement hydrauliques on entend des moyens qui ne font pas appel à une mise en suspension dans un liquide des débris résultant de l'action de l'outil de coupe. L'utilisation de tels moyens d'extraction est rendue possible notamment du fait que le sol découpé est transformé en un matériau à l'état pâteux. Le fait que l'extraction des débris ait lieu sans utilisation de quantités importantes de liquide simplifie considérablement le retraitement des déblais. On va maintenant décrire l'utilisation de la machine décrite précédemment et donc le procédé de réalisation de la paroi continue dans le sol objet de l'invention. Une première section constituant un panneau de la profondeur de l'ouvrage est réalisée avec des moyens classiques tels qu'une benne à câble ou une benne hydraulique. La largeur de cette première section de tranchée correspond aux dimensions de la largeur de la machine d'excavation. Pour assurer la stabilité du terrain, le panneau est rempli de boue. La machine d'excavation 18 est alors introduite dans cette section de tranchée, puis elle se positionne pour commencer le processus de forage horizontal. Pour cela, dans un premier temps, la machine est immobilisée par les vérins avant 36 et 38. On fait pénétrer verticalement dans le sol l'outil de coupe 20. Cet outil de coupe, comme on l'a déjà expliqué, est constitué par une fraise dont les tambours sont entraînés de 2891287 7 préférence par un moteur hydraulique, les tambours étant munis de pics de forage. Les capacités de coupe d'un tel outil permettent de passer toutes les couches de terrain classiquement présentes sur les chantiers. Durant cette phase de descente, les matériaux ne sont pas extraits. Ils sont découpés et mélangés avec l'eau présente dans le sol ainsi que de préférence avec des matériaux injectés par les conduites 32 et 34 pendant le forage. Ces matériaux peuvent être de la boue avec ou sans polymère ainsi que des additifs conditionnant le sol pour modifier sa consistante et/ou sa perméabilité. Ainsi, les tambours réalisent non seulement la découpe du sol pour réaliser la tranchée, mais également un malaxage du sol découpé. Une fois le fond atteint par l'outil de coupe 20, celui-ci peut ou non changer de sens de rotation et remonte vers la surface. Pendant ce mouvement de montée et de descente de l'outil de coupe, celuici réalise non seulement la découpe du sol mais également un malaxage du sol pour transformer celui-ci en un matériau à l'état pâteux. Lorsqu'une section de tranchée a été excavée et transformée en matériau à l'état pâteux, les patins arrière 50 et 52 sont mis en position sortie pour assurer l'ancrage dans la tranchée de la partie arrière 28 de la machine et les patins avant sont rétractés. En prenant réaction sur les patins arrière, les vérins horizontaux 60 et 62 appliquent une poussée sur la partie avant 26 de la machine d'excavation et notamment sur le système 30 d'extraction du matériau à l'état pâteux. Cette poussée permet de gaver le système d'extraction par les ouvertures 82. La vis sans fin 84 provoque l'extraction du matériau à l'état pâteux. Dans l'étape suivante, les patins latéraux avant 36 et 38 sont amenés en position sortie pour assurer l'ancrage de la partie avant 26 de la machine d'extraction et les patins arrière se rétractent. Les vérins horizontaux 60 et 62 sont rétractés de manière à rapprocher la partie arrière 28 de la partie avant 26 libérant ainsi une section de tranchée à l'arrière de la machine. Cette section de tranchée est remplie immédiatement de béton ou d'autres matériaux applicables à ce genre d'ouvrage à l'aide du système 46 de bétonnage. On comprend que durant l'opération de bétonnage, la machine d'excavation étant bloquée par les patins avant, on peut recommencer la phase de forage à l'aide de l'outil de coupe 20 pour réaliser une nouvelle section de tranchée. 2891287 8 Le soutènement du front de taille de la tranchée est réalisé par l'appui de l'outil de coupe 20 sur le terrain à l'état pâteux. Le soutènement latéral peut être réalisé par un fluide biodégradable exerçant une pression hydrostatique sur le volume limité du module de poussée. Il est également possible de vérifier la verticalité de la machine d'excavation. Les paires de patins d'appui supérieur et inférieur respectivement de la partie avant 26 et de la partie arrière 28 de la machine d'excavation permettent d'assurer que le châssis de la machine est effectivement dans une position verticale. Ce contrôle de position est effectué préalablement à l'introduction de l'outil de coupe pour la réalisation de la section de tranchée suivante. Toute erreur de verticalité peut être corrigée en agissant de façon convenable sur les différents patins avant et arrière et inférieur et supérieur. En outre, comme on l'a indiqué, de préférence, la machine d'excavation comporte un système 64 qui permet de réaliser une certaine angulation dans un plan horizontal entre les parties avant 26 et arrière 28 de la machine d'excavation. On pourra réaliser une tranchée non rectiligne ou au contraire, dans le cas d'une tranchée rectiligne, corriger une erreur de trajectoire horizontale. 2891287 9 REVENDICATIONS 1. Machine pour la réalisation d'une paroi continue dans le sol comprenant: - une partie arrière comportant: des premiers moyens d'ancrage dans les parois latérales de la tranchée; et des moyens pour remplir de béton la portion de tranchée disposée à l'arrière de la machine, - une partie avant comportant: des deuxièmes moyens d'ancrage dans les parois latérales de la tranchée; des moyens de coupe pour réaliser une portion de tranchée en avant de la machine; des moyens d'extraction du sol découpé par les moyens de coupe; et - des moyens pour modifier la distance entre lesdites parties avant et arrière selon une direction horizontale; ladite machine se caractérisant en ce que lesdits moyens de 20 coupe comprennent: - des moyens de guidage vertical - au moins une fraise rotative dont l'axe de rotation est horizontal et parallèle à la largeur de la tranchée; et -des moyens pour déplacer ladite fraise le long des moyens de guidage entre une position inférieure correspondant au fond de la tranchée et une positon supérieure disposée au-dessus de la tranchée, ladite fraise étant apte à découper le sol de la tranchée et à le malaxer pour obtenir un matériau à l'état pâteux. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie avant comprend en outre des moyens d'injection d'un adjuvant liquide dans le sol découpé pour favoriser l'obtention du matériau à l'état pâteux. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite fraise est montée sur un support assujetti à se déplacer le long des moyens de guidage vertical, ledit support étant déplacé à l'aide d'une barre de commande verticale. 2891287 10 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que la barre de commande est déplacée par l'intermédiaire d'un treuil d'une grue de manutention. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite fraise est montée sur un support assujetti à se déplacer le long des moyens de guidage vertical, ledit support étant équipé de moyens moteurs. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits moyens d'extraction du matériau à l'état 10 pâteux sont des moyens non purement hydrauliques 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens d'extraction comprennent une pièce cylindrique creuse s'étendant sensiblement sur toute la hauteur de la tranchée et percée d'ouvertures tournées vers l'avant de la machine et une vis sans fin à axe vertical monté dans ladite pièce cylindrique. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens pour modifier la distance horizontale sont aptes à appliquer une poussée sur la partie avant de la machine lorsque lesdits premiers moyens d'ancrage sont activés. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour créer une angulation dans un plan horizontal entre les parties avant et arrière de la machine. 10. Procédé de réalisation d'une paroi continue dans le sol 25 comprenant les étapes de - creuser une tranchée dans le sol par sections successives à l'aide d'une machine à déplacement horizontal dans la tranchée; extraire le sol correspondant au creusement des sections successives de tranchée; - déplacer la machine par pas successifs correspondant aux sections de tranchée; et - remplir de béton la section de tranchée disposée à l'arrière de la machine; ledit procédé se caractérisant en ce que le creusement des 35 sections de tranchée est réalisé par le déplacement vertical d'un outil rotatif apte à découper le sol dans la tranchée et à malaxer dans la 2891287 11 tranchée le sol découpé pour le transformer en un matériau à l'état pâteux. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on injecte un adjuvant dans le sol découpé pour faciliter l'obtention du matériau à l'état pâteux. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que l'outil de coupe est une fraise rotative dont l'axe de rotation est orthogonal à la direction de déplacement de la machine, ladite fraise étant déplacée verticalement. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'on extrait de la tranchée le matériau à l'état pâteux à l'aide d'un système non purement hydraulique monté sur la machine. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce qu'on exerce une poussée vers l'avant à l'aide de la machine pour maintenir le front de taille de la tranchée. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que l'on crée une certaine angulation dans un plan horizontal entre des parties avant et arrière de la machine d'excavation afin de réaliser une tranchée non rectiligne.