Brevet FR2944299A1 — publié le 20101015

Arrière plan de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des machines d'excavation de sol du type fraise. Ces machines sont utilisées pour l'excavation de tranchées dans le sol, notamment dans le but de réaliser des parois moulées. L'invention n'a donc pas pour objet les machines ayant des outils de mélange pour réaliser des opérations de type soil-mixing. Sur la figure 1, on a représenté une machine d'excavation de type fraise 10, telle qu'on la connaît aujourd'hui. Elle comporte un châssis 12 suspendu à l'extrémité de moyens de levage 14, ce châssis étant muni à son extrémité inférieure 12a de deux roues 16 entraînées en rotation par des moteurs hydrauliques. Les roues 16 comportent des tambours à axes horizontaux munis de dents de coupe 18 réparties sur leurs périphéries. Ces dents 18 ont pour rôle d'excaver le terrain 20 pour le transformer en morceaux de petites dimensions, les débris, qui peuvent ensuite être transportés par aspiration à l'aide d'un tuyau 22 reliée à une pompe d'aspiration 24 placée à l'intérieure le châssis 12. Lors de l'opération d'excavation, le châssis descend verticalement, 20 entraîné par son poids propre, tout en restant suspendu aux moyens de levage. Le châssis doit également avoir des dimensions transversales proches de celles de la tranchée en formation afin d'être guidé longitudinalement par cette dernière lors de l'opération d'excavation. 25 Comme on le comprend à l'aide de la figure 1, le châssis est donc une pièce très volumineuse et très lourde puisqu'elle pèse plusieurs dizaines de tonnes. Cette pièce est donc coûteuse et malcommode à transporter. Elle est cependant nécessaire car sa masse constitue un lest qui permet de générer une force d'appui sur les dents de coupe. 30 Objet et résumé de l'invention Un but de l'invention est de proposer une machine d'excavation du type fraise remédiant aux inconvénients précités. L'invention atteint son but par le fait qu'elle comporte : 35 - un mât ayant une direction longitudinale, une barre longitudinale qui présente une extrémité inférieure munie de deux outils de fraisage d'axes parallèles et distincts, les deux outils de fraisage rotatifs s'étendant de part et d'autre de l'extrémité inférieure de la barre, un chariot, coulissant selon la direction longitudinale du mât, ledit chariot étant destiné à exercer sur la barre une force de poussée descendante selon la direction longitudinale du mât, et des moyens de pompage disposés à l'extrémité inférieure de la barre et destinés à aspirer les débris de sol excavés par les outils de fraisage. Cette barre se présente sous la forme d'une poutre pouvant être pleine ou creuse. Autrement dit, au sens de l'invention, la longueur de la barre est très grande par rapport à ses deux autres dimensions. La barre est préférentiellement constituée de plusieurs portions de barre mises bout à bout. Cette barre est donc sensiblement plus légère et plus facilement transportable que le châssis de la fraise traditionnelle. Il est donc entendu que la barre, présentant une masse sensiblement inférieure à celle du châssis de l'art antérieur, ne présente pas une masse suffisante pour exercer la force d'appui sur les outils de fraisage. Selon l'invention, la force de poussée sur les outils de fraisage est réalisée grâce au déplacement du chariot le long du mât. En d'autres termes, la force exercée par le chariot sur la barre, remplace avantageusement le poids du châssis de l'art antérieur. Le chariot peut coulisser le long du mât en étant déplacé par des moyens moteurs connus par ailleurs, par exemple par le biais d'un câble relié à un moteur d'entrainement disposé sur le véhicule porteur. Un autre avantage de l'invention est qu'il est possible de moduler précisément la force de poussée exercée sur la barre par le chariot. Aussi, grâce à l'invention, est-il possible d'adapter l'effort de coupe en fonction de la nature du sol à excaver. Encore un autre intérêt de l'invention est que la barre, constituée de plusieurs portions de barre qui peuvent être assemblées les unes aux autres, ainsi que le chariot, présentent un encombrement beaucoup plus réduit que celui du châssis de l'art antérieur, grâce à quoi il est aisé de démonter et transporter les éléments constitutifs de la machine d'excavation. De manière préférentielle, la machine d'excavation selon l'invention comporte au moins une conduite de refoulement reliée aux moyens de pompage, cette conduite de refoulement permettant l'évacuation des débris excavés. Avantageusement, la conduite de refoulement comprend une première portion reliant les moyens de pompage à l'extrémité supérieure de la barre, une seconde portion reliant l'extrémité supérieure de la barre à un boitier de connexion fixé au mât, et une troisième portion reliée au boitier de connexion, grâce à quoi il est possible de se passer d'un enrouleur. En effet, dans l'art antérieur, le véhicule porteur, c'est-à-dire le véhicule portant les moyens pour suspendre le châssis, est généralement équipé d'un enrouleur dédié à l'enroulement de la conduite de refoulement. On comprend donc qu'un autre intérêt de l'invention est de pouvoir utiliser un véhicule porteur classique que l'on trouve habituellement dans le commerce, ce qui permet de diminuer le coût de la machine et de son utilisation. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la conduite de refoulement est logée au moins en partie à l'intérieur de la barre. De préférence, les flexibles hydrauliques d'alimentation en énergie hydraulique des moyens de pompage et des moteurs hydrauliques actionnant les outils de fraisage sont également logés au moins en partie à l'intérieur de la barre. Un intérêt est d'éviter l'installation de conduite ou flexibles hydrauliques dans la tranchée. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de pompage comportent deux pompes disposées de part et d'autre de la barre, au dessus des outils de fraisage, ces pompes étant préférentiellement mais non nécessairement démontables. L'utilisation de deux pompes au lieu d'une, comme dans l'art antérieur, permet de diminuer leur taille, et notamment leur encombrement selon une direction parallèle aux axes des outils de fraisage. Un intérêt est de pouvoir monter des outils de fraisage ayant une faible épaisseur axiale, en conséquence de quoi, la machine selon l'invention permet avantageusement de réaliser des tranchées d'épaisseurs plus faibles que celles pouvant être réalisées avec la machine de l'art antérieur. De préférence, l'épaisseur de chacun des outils de fraisage, considérée selon une direction parallèle à leurs axes, est comprise entre 400 et 600 mm. Une telle épaisseur est généralement considérée comme étant une faible épaisseur. Selon un autre aspect de l'invention, considérée selon une direction orthogonale à la direction longitudinale de la barre et à une direction parallèle aux axes des outils de fraisage, l'encombrement transversal des outils de fraisage est sensiblement supérieur à la largeur de la barre. Un intérêt est de pouvoir fraiser sur une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la barre, et ce, malgré l'absence de châssis. L'invention porte également sur un procédé d'excavation d'une paroi dans un sol à l'aide d'une machine d'excavation du type fraise selon l'invention, procédé dans lequel, lors de l'excavation de la paroi, le chariot exerce une force de poussée verticale descendante sur la barre. Cette force de poussée, dont l'intensité est préférentiellement comprise entre 15 et 50 tonnes, permet, comme on l'a déjà dit, d'exercer une force d'appui suffisante sur les outils de fraisage, et donc de se passer d'un lest comme le châssis de l'art antérieur. Enfin, l'invention porte sur l'utilisation de la machine d'excavation selon l'invention, en vue de former une paroi moulée, connue en soi, dans un sol. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente une machine d'excavation de type fraise de l'art antérieur ; - la figure 2 représente une machine d'excavation de type fraise selon la présente invention ; la figure 3 illustre le procédé d'excavation mis en oeuvre par la machine de la figure 2 ; et 35 la figure 4 est une vue de détail de l'extrémité inférieure de la barre de la machine de la figure 2, cette extrémité inférieure portant des outils de fraisage ainsi que des moyens de pompage. Description détaillée de l'invention A l'aide des figures 2 à 4, on va décrire un mode de réalisation préféré d'une machine d'excavation 100 de type fraise, conforme à la présente invention. La machine d'excavation 100 comporte tout d'abord un porteur 102, de préférence un véhicule à chenilles, permettant son déplacement. Selon l'invention, la machine d'excavation comprend en outre un mât 104 présentant une direction longitudinale Dl qui s'étend ici selon une direction sensiblement verticale. Toutefois, sans sortir du cadre de la présente invention, ce mât peut être légèrement incliné par rapport à une direction verticale. Le mât 104 est fixé au porteur 102 par des moyens de maintien 106 qui permettent en outre de modifier l'inclinaison du mât, par exemple afin d'adapter l'excavation à la structure du sol. Comme on le voit sur la figure 2, ce mât comporte une extrémité inférieure 1O4a et une extrémité supérieure 1O4b, l'extrémité inférieure 1O4b étant disposée à quelques mètres au dessus de la surface du sol S. Conformément à l'invention, la machine d'excavation 100 comporte en outre une barre longitudinale 108, ayant la structure d'une poutre, qui s'étend selon une direction longitudinale D2, entre une extrémité inférieure 1O8a et une extrémité supérieure 1O8b. La barre 108 porte à son extrémité inférieure 1O8a deux outils de fraisage rotatifs 110,112. Ces deux outils s'étendent selon deux axes Al, A2 parallèles et distincts. Comme on le voit sur la figure 2, ces deux axes Al, A2 sont perpendiculaires à la direction longitudinale D2 de la barre 108 et également orthogonaux à la tranchée que l'on souhaite réaliser. Dans cet exemple, les deux axes Al, A2 sont contenus dans un même plan qui est sensiblement parallèle à la surface du sol S. De plus, la direction longitudinale D2 de la barre 108 est sensiblement parallèle à la direction longitudinale Dl du mât 104. Par ailleurs, chaque outil de fraisage 110,112 comporte deux tambours cylindriques coaxiaux 110a,110b,112a,112b qui s'étendent de part et d'autre de l'extrémité inférieure 108a de la barre 108, et qui présentent des surfaces périphériques extérieures d'où s'étendent radialement des dents de coupe (non représentées ici). On précise que ces dents de coupe sont du même type que celles de l'art antérieur. De même, comme dans l'art antérieur de la figure 1, ces tambours sont contrarotatifs. Dans cet exemple, l'épaisseur axiale de chacun des outils de fraisage est de l'ordre de 500 mm, grâce à quoi l'invention permet notamment de réaliser des tranchées de faible épaisseur. De manière connue en soi, les outils de fraisage 110,112 sont entrainés en rotation par deux moteurs hydrauliques (non représentés ici) disposés à l'intérieur de chacun tambours 110a,110b, 112a,112b, ces moteurs étant fixés à l'extrémité inférieure 108a de la barre 108 par le biais de plaques de support 113. A cet effet, on pourra utiliser la technologie de motorisation divulguée dans EP 0 262 050. Comme on le comprend à l'aide des figures 2 et 3, lors de l'opération d'excavation, la barre 108 est déplacée selon la direction longitudinale Dl du mât 104. Pour ce faire, la machine d'excavation 100 comporte en outre un chariot 114 qui est monté coulissant le long du mât, selon sa direction longitudinale Dl. Des moyens de déplacement (non représentées ici) permettent de déplacer le chariot 114 le long du mât 104 vers l'une ou l'autre de ses extrémités. Ce chariot 114 est fixé à la barre 108 par des moyens de maintien 116 disposés sur le chariot qui peuvent éventuellement être désaccouplés de la barre lors des opérations de maintenance ou de démontage de la machine. Bien évidemment, lors du fonctionnement de la machine d'excavation, les moyens de maintien 116 sont solidarisés à la barre 108. On comprend donc que le déplacement du chariot le long du mât 104 entraine le déplacement de la barre 108 selon la direction longitudinale Dl. Par ailleurs, l'extrémité inférieure 104a du mât comporte des moyens de guidage en translation 118 dans lesquels la barre 108 peut coulisser. Sur la figure 3, on a illustré la machine d'excavation 100 selon l'invention lors d'une opération d'excavation. Les outils de fraisage 110,112 étant mis en rotation, le chariot 114 est déplacé vers l'extrémité inférieure 1O4a du mât 104 tout en exerçant une force de poussée descendante F sur la barre 108, et donc sur les dents de coupe. En l'espèce, l'intensité de cette force de poussée F est de l'ordre de 30 tonnes, de manière à pouvoir excaver le sol S. La machine d'excavation 100 comporte par ailleurs des moyens de pompage 120 disposés à l'extrémité inférieure 1O8a de la barre 108, ces moyens de pompage étant destinés à aspirer les débris de sol excavés par les outils de fraisage 110,112. Ces moyens de pompage 120, mieux visibles sur la figure 4, comportent en l'espèce deux pompes 122,124, de préférence de type centrifuge à motorisation hydraulique, qui sont disposées de part et d'autre de l'extrémité inférieure 1O8a de la barre 108, au dessus des outils de fraisage 110,112, entre deux plans orthogonaux aux axes Al, A2 des outils de fraisage et passant par les extrémités axiales des outils de fraisage. Pour autant et sans sortir du cadre de la présente invention, il serait possible de ne prévoir qu'une seule pompe. Ces pompes sont ici logées dans deux caissons 126,128 dont l'épaisseur, considérée selon une direction parallèles aux axes des outils de fraisage, est inférieure à l'épaisseur de chacun des outils de fraisage, en conséquence de quoi, les pompes 122 ,124, et a fortiori leurs caissons, ne gênent pas les outils de fraisage lors de l'opération d'excavation. Chacune des pompes 122,124 est munie d'une buse d'aspiration 130 par laquelle entrent les débris de sol. Conformément à l'invention, les pompes 122,124 sont connectées à l'extrémité inférieure 132a, d'une conduite de refoulement 132. Comme on le voit sur la figure 4, la conduite de refoulement 132 est essentiellement logée à l'intérieur de la barre 108 dont l'intérieur est creux. Plus précisément, la conduite de refoulement présente une première portion 132' qui s'étend selon la direction longitudinale D2 de la barre entre son extrémité inférieure 1O8a et son extrémité supérieure 1O8b, la conduite de refoulement 132 sortant de la barre 108 par son extrémité supérieure 1O8b. La conduite est ensuite reliée à un boitier de connexion (non représenté ici) par une deuxième portion 132" de conduite, ce boitier de connexion étant fixé au mât 104. Enfin, dans cet exemple, la troisième portion de conduite 132"'est fixée au boitier de connexion et se termine par une bouche de sortie qui débouche dans un lieu de stockage et/ou de traitement des débris. Par ailleurs, les moteurs hydrauliques destinés à entrainer les outils de fraisage en rotation, ainsi que les pompes à motorisation hydraulique 122,124 sont alimentés en énergie hydraulique par des flexibles hydrauliques qui s'étendent dans la barre aux côtés des conduites de refoulement. Autrement dit, les flexibles hydrauliques suivent essentiellement le même chemin que la conduite de refoulement 132. De plus, les flexibles hydrauliques sont connectés à une source hydraulique disposée sur ou à proximité du porteur 102. On précise enfin que les canaux hydrauliques pour l'alimentation des deux moteurs hydrauliques disposés dans les paires de tambours 110a,110b,112a,112b, s'étendent préférentiellement à l'intérieur des plaques de support 113, à l'instar du dispositif de EP 0 262 050. REVENDICATIONS1. Machine d'excavation de sol du type fraise (100), caractérisée en ce qu'elle comprend : un mât (104) ayant une direction longitudinale (Dl), une barre longitudinale (108) qui présente une extrémité inférieure (108a) munie de deux outils de fraisage (110, 112) d'axes (Al, A2) parallèles et distincts, les deux outils de fraisage rotatifs s'étendant de part et d'autre de l'extrémité inférieure de la barre, un chariot (114), coulissant selon la direction longitudinale (Dl) du mât, ledit chariot étant destiné à exercer sur la barre une force de poussée (F) descendante selon la direction longitudinale du mât, et des moyens de pompage (122, 124) disposés à l'extrémité inférieure de la barre et destinés à aspirer les débris de sol excavés par les outils de fraisage. 2. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une conduite de refoulement (132) reliée aux moyens de pompage. 3. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite au moins une conduite de refoulement (132) comprend une première portion (132') reliant les moyens de pompage à l'extrémité supérieure de la barre, une seconde portion (132") reliant l'extrémité supérieure de la barre à un boitier de connexion fixé au mât, et une troisième portion (132m) reliée au boitier de connexion (136). 4. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que la conduite de refoulement (132) est logée au moins en partie à l'intérieur de la barre (108). 5. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de pompage comportent deux pompes (122, 124) disposées de part et d'autre de l'extrémité inférieure de la barre, au dessus des outils de fraisage. 6. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'épaisseur de chacun des outils de fraisage (110, 112), considérée selon une direction parallèle à leurs axes, est comprise entre 400 et 600 mm. 7. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que, considérée selon une direction orthogonale à la direction longitudinale de la barre et à une direction parallèle aux axes des outils de fraisage, l'encombrement des outils de fraisage (122, 124) est sensiblement supérieur à la largeur de la barre. 8. Machine d'excavation de sol du type fraise (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les moyens de pompage (122, 124) sont démontables. 9. Procédé d'excavation d'une paroi dans un sol (S) à l'aide d'une machine d'excavation du type fraise (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, lors de l'excavation de la paroi, le chariot (114) exerce une force de poussée (F) descendante sur la barre (108). 10. Procédé d'excavation de sol selon la revendication 9, dans lequel l'intensité de la force de poussée (F) est comprise entre 15 et 50 tonnes. 11. Utilisation de la machine d'excavation (100) selon quelconque des revendications 1 à 9 pour former une paroi moulée dans un sol.