Brevet FR2940807A1 — publié le 20100709

Dispositif d'ancrage dans un sol La présente invention concerne un dispositif d'ancrage dans un sol, du type comportant une tige creuse dont une première extrémité reçoit des moyens d'attaches et dont l'extrémité opposée libre est destinée à pénétrer dans le sol. On connaît deux types de dispositifs d'ancrage, adaptés chacun à des ancrages dans des sols spécifiques. L'ancrage, qu'il soit terrestre ou maritime, d'édifices ou de structures peut en effet être à effectuer dans des sols meubles ou des sols de plus grande dureté. Il est ainsi prévu dans le cas de sols meubles, des dispositifs d'ancrage à vis, comportant un ou plusieurs disques hélicoïdaux rapportés soudés sur une tige. Ces ancres à vis peuvent ainsi stabiliser la structure à ancrer, dès lors que l'épaisseur de la première couche de sol meuble est suffisante. Outre ce premier problème lié à l'environnement dans lequel doit être utilisé ce type de dispositif, un autre inconvénient est que ce type de dispositif d'ancrage à vis ne peut être utilisé dans des couches de sols durs. Il est prévu dans le cas de ces sols durs des dispositifs d'ancrage autoforants, dans lesquels la tige est munie à son extrémité d'un taillant apte à creuser le sol et dont la dimension supérieure au diamètre de la tige permet de créer une cavité dans laquelle est injecté du ciment pour solidariser l'ancrage avec le sol. Un tel dispositif autoforant présente toutefois l'inconvénient de ne pas s'adapter à des sols de moindre dureté. Or, l'ancrage de structure peut être amené à être réalisé dans un sol de dureté variable, composé depuis la surface d'une première couche de sol meuble, puis d'une deuxième couche monolithique. L'utilisation de l'un ou l'autre des dispositifs évoqués ci-dessus ne peut permettre un ancrage satisfaisant de la structure. La première couche de sol meuble est d'une épaisseur insuffisante pour stabiliser un dispositif d'ancrage à vis, et l'utilisation d'un ancrage autoforant est rendu impossible par la profondeur à laquelle s'étend la deuxième couche, la distance à la surface risquant de déstabiliser l'ancrage autoforant. La présente invention vise à proposer un dispositif d'ancrage qui permette un ancrage solide dans des sols à épaisseurs variables et/ou de duretés différentes, tel qu'évoqué ci-dessus. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'ancrage dans un sol, du type comportant une tige creuse dont une première extrémité reçoit des moyens d'attaches et dont l'extrémité opposée libre est destinée à pénétrer dans le sol, dans lequel une platine de positionnement est montée sur la tige creuse et est destinée à prendre appui sur la surface du sol, la tige portant successivement depuis la platine de positionnement vers l'extrémité libre au moins un disque hélicoïdal puis un disque de pénétration, caractérisé en ce que la tige s'étend après le disque de pénétration à l'opposé de la platine de positionnement, et en ce qu'un taillant est disposé à l'extrémité libre de cette tige, de sorte qu'une première partie de la tige s'étend de la platine de positionnement au disque de pénétration, cette première partie étant apte à être vissée dans au moins une première couche de sol, et de sorte qu'une deuxième partie de la tige s'étend du disque de pénétration au taillant, cette deuxième partie étant apte à être ancrée dans une deuxième couche de sol. Un tel dispositif permet un ancrage de structure résistant, la première partie de la tige étant destinée à être vissée dans une première couche de sol, par exemple meuble, qui s'étend sur une deuxième couche d'un sol par exemple monolithique et consolidé, plus dur que la première couche de sol, et dans laquelle la deuxième partie de la tige est apte à être ancrée. Selon différentes caractéristiques de la présente invention : - le taillant présente un diamètre supérieur au diamètre de la tige ; - le au moins un disque hélicoïdal et le disque de pénétration sont soudés sur la tige ; - une enveloppe cylindrique est formée autour de la première partie de la tige, entre la platine de positionnement et le disque hélicoïdal le plus proche de la platine ; - la tige creuse est filetée sur au moins la deuxième partie s'étendant entre le disque de pénétration et le taillant, et en ce que cette tige creuse est lisse dans la première partie entourée de l'enveloppe cylindrique ; - au moins une partie de la tige et le taillant sont percés de trous pour l'injection d'un ciment ou d'une résine synthétique ; - des trous pour l'injection de ciment sont percés uniquement sur la deuxième partie de la tige et sur le taillant. L'invention va maintenant être décrite plus en détails mais de façon non limitative en regard des figures annexées et dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif d'ancrage selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif d'ancrage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif d'ancrage selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une représentation schématique d'un dispositif d'ancrage selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. Le dispositif d'ancrage selon l'invention, tel que représenté sur l'ensemble des figures, comprend une tige creuse 2 dont une première extrémité 21 reçoit des moyens d'attaches, non représentés, d'une structure ou d'un édifice à ancrer dans le sol, l'extrémité opposée libre 22 de la tige creuse 2 étant à cet effet destinée à pénétrer dans le sol. Cette structure est amenée à être fixée par rapport au sol, que ce soit dans une application terrestre ou maritime. Ce dispositif d'ancrage présente un intérêt particulier dans le cas d'un sol d'ancrage formé de plusieurs couches de compositions distinctes, et notamment un sol tel que représenté sur les figures 1 et 2, dans lequel une première couche 31 est formée d'une épaisseur de matériau meuble, par exemple de sable, de gravillons et de manière générale de matériaux non consolidés, cette première couche 31 reposant sur une deuxième couche 32 formée de roches, de calcaires ou bétons endurcis et de manière générale de matériaux monolithiques ou consolidés, ou encore dans le cas d'un sol représenté sur les figures 3 et 4, dans lequel une troisième couche 33, formée de vases, repose sur cette première couche 31. A cet effet, la tige 2 présente à une distance déterminée des extrémités un disque de pénétration 8, une première partie 23 de la tige 2 s'étendant entre la première extrémité d'attache 21 et ce disque de pénétration 8, tandis qu'une deuxième partie 24 de la tige 2 s'étend entre le disque de pénétration 8 et l'extrémité libre 22 de forage. La première partie 23 de la tige 2 est, telle que représentée sur les figures, apte à être vissée au moins dans la première couche de sol 31, et la deuxième partie 24 de la tige 2 est apte à être ancrée, par forage de l'extrémité de la tige 2, dans la deuxième couche de sol 32. Une platine de positionnement 5 est montée sur la tige 2 creuse et est destinée à prendre appui sur la surface du sol, tandis que le disque de pénétration 8 est disposé sur la tige 2 à une longueur déterminée de cette platine de positionnement 5 pour que le disque de pénétration 8 repose sur la partie supérieure de la deuxième couche de sol plus dur 32. Une analyse des sols préalable au forage permet de déterminer la dimension de la première couche de sol 31, et donc de déterminer à quelle distance de la platine de positionnement 5 le disque de pénétration 8 doit être disposé sur la tige 2. La première partie 23 de la tige 2 comporte au moins un disque hélicoïdal 6 dont la fonction est de pénétrer par vissage dans la première couche de sol meuble 31. Selon l'épaisseur de la couche de sol meuble, il pourra être prévu plusieurs disques hélicoïdaux 6. Le nombre de disques hélicoïdaux à prévoir sur la tige 2 dépend de la densité du sol dans lequel la tige doit être ancrée. L'augmentation du nombre de disques hélicoïdaux permet d'augmenter l'effort d'ancrage du dispositif. Ainsi, plus la densité du sol est faible, plus le nombre de disques doit être élevé. Le diamètre des disques choisis est déterminé pour éviter que des couples de reprise des efforts soient trop importants. La distance entre deux disques hélicoïdaux 6 dépend du diamètre des disques. Cette distance entre deux disques est comprise entre deux et cinq fois le diamètre du disque, et avantageusement entre trois et quatre fois ce diamètre. Les disques hélicoïdaux 6 s'étendent sur la première partie 23 de la tige 2, entre le disque de pénétration 8 et la platine de positionnement 5. Afin que les disques hélicoïdaux 6 soient en prise avec la première couche de sol 31, le diamètre du disque de pénétration 8, amené à pénétrer le sol avant les disques hélicoïdaux 6, doit être égal ou plus petit que les diamètres des disques hélicoïdaux 6. Il a été représenté, sur l'ensemble des figures, des disques hélicoïdaux 6 de diamètre équivalents entre eux, il sera compris qu'en conformité avec ce qui a été écrit ci-dessus, les diamètres de chaque disque hélicoïdal 6 pourraient varier, dès lors qu'une diminution du diamètre des disques hélicoïdaux 6 est respectée, du disque hélicoïdal 6 le plus proche de la platine de positionnement 5 vers le disque hélicoïdal 6 le plus proche du disque de pénétration 8. Ces disques hélicoïdaux 6 peuvent présenter avantageusement une partie entrante d'amorce en biseau, et renforcée par un métal d'apport. Comme la tige creuse 2, ces disques hélicoïdaux 6 et de pénétration 8 peuvent être réalisés en acier à haute résistance. Les disques hélicoïdaux 6 et de pénétration 8 sont soudés sur la tige 2. Selon une caractéristique de la présente invention, la tige 2 s'étend dans une deuxième partie 24, après le disque de pénétration 8 à l'opposé de la platine de positionnement 5. Un taillant 4 est disposé à l'extrémité libre 22 de cette tige 2. Ce taillant 4 autoforeur est soudé ou vissé en extrémité de la tige 2, et présente les caractéristiques de rigidité nécessaires pour pouvoir forer dans une deuxième couche de sol 32, composée de matériau consolidé ou monolithique. La deuxième partie 24 de la tige 2 va ainsi participer à la fixation de la structure par ancrage dans le sol, suite au forage réalisé par le taillant 4. La longueur de la deuxième partie 24 de la tige 2 est alors choisie pour réaliser cet ancrage sur une longueur suffisante pour stabiliser le dispositif d'ancrage. Selon un mode de réalisation non représenté, un manchon de raccordement peut être utilisé pour augmenter la longueur totale de la tige et donc la profondeur de pénétration dans le sol. Un tel dispositif permet un ancrage de structure résistant, la première partie 23 de la tige 2 étant destinée à être vissée dans au moins une première couche de sol meuble 31, qui s'étend sur une deuxième couche 32 d'un sol monolithique et consolidé, plus dure que la première couche de sol 31, et dans laquelle la deuxième partie 24 de la tige 2 est apte à être ancrée. L'extrémité de forage de la tige, munie du taillant, creuse initialement la première couche de sol meuble, et façonne un trou de forage qui facilite l'action de vissage des disques de pénétration puis hélicoïdaux dans cette première couche. Le taillant 4 disposé à l'extrémité libre de la tige 2 présente un diamètre supérieur au diamètre de la deuxième partie 24 de cette tige 2. Le forage du sol par le taillant 4 génère alors une cavité 12 dans laquelle vient s'étendre, à la suite du taillant 4, la deuxième partie 24 de la tige 2. Afin d'ancrer la tige 2 dans le sol, une injection de ciment ou de résine synthétique est réalisée dans cette cavité 12 pour maintenir en position la tige 2 par rapport à au moins la deuxième couche de sol 32. A cet effet, au moins une partie de la tige 2 et le taillant 4 sont percés de trous, non représentés, pour l'injection. Ce ciment ou cette résine peut être injecté sur une plus ou moins grande partie de la tige 2 du dispositif d'ancrage. Dans un premier mode de réalisation représenté à la figure 1, seuls la deuxième partie 24 de la tige 2 et le taillant 4 sont percés de trous d'injection. Dans un deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2, l'ensemble de la tige 2 et le taillant 4 sont percés de trous d'injection, de sorte que le ciment ou la résine se répande autour de l'ensemble de la tige 2, dans la cavité 12 formée par le taillant 4 pour la deuxième partie 24 de la tige 2, et dans une cavité supplémentaire 11 formée par le disque de pénétration 8 et les disques hélicoïdaux 6 pour la première partie 23 de la tige 2. Le choix d'utilisation d'un dispositif d'ancrage selon l'un ou l'autre des modes de réalisation évoqués ci-dessus est notamment fait par les épaisseurs des différentes couches de chaque sol. Si la première couche de sol 31 et la troisième couche de sol 33 imposent que la première partie 23 de la tige 2 soit d'une grande dimension, il peut être jugé préférable pour la stabilité de l'ancrage de réaliser une injection de ciment sur l'ensemble de la tige 2. Toutefois, la composition de la troisième couche de sol 33, faite de vases, rend impossible l'injection de ciment ou de résine autour de la première partie 23 de la tige 2 qui s'étend dans cette troisième couche. La cavité supplémentaire 11 formée par le passage du disque de pénétration 8 dans la troisième couche de sol 33 est rebouchée immédiatement après le passage du disque de pénétration 8. Ceci peut être le cas également dans la première couche de sol 31, notamment si cette couche est composée de sable. Afin de ménager un espace dans lequel peut s'insérer la résine ou le ciment injecté, comme illustré par les figures 3 et 4, une enveloppe cylindrique 20 est formée autour de la première partie 23 de la tige 2. L'enveloppe 20 s'étend entre la platine de positionnement 5 et le disque hélicoïdal 6 le plus proche de cette platine, et repose contre la platine 5 et ce disque. Ainsi, après le passage des disques, le matériau meuble formant la troisième couche de sol 33 ne peut venir reboucher la cavité supplémentaire 11 formée par les disques 6 et 8, et une injection de ciment peut être réalisée entre la tige 2 et l'enveloppe cylindrique 20. Il est à noter que, dans un mode de réalisation non représenté, l'enveloppe 20 peut être prévue entre deux disques hélicoïdaux 6 pour permettre une injection de ciment autour de la tige dans la première épaisseur de sol 31. Tel que représentée sur les figures, la tige 2 creuse formant le dispositif d'ancrage présente un diamètre constant sur toute la longueur du dispositif d'ancrage. Il sera compris qu'une tige 2 de diamètre constant permet une industrialisation simplifiée du dispositif d'ancrage, mais pourrait être remplacée dans une variante par une tige de diamètre variable. A titre d'exemple non limitatif, le diamètre des parties de la tige 2 non recouvertes d'une enveloppe cylindrique 20 pourrait être supérieur au diamètre des parties de la tige entourées de ladite enveloppe 20. Ces variations de diamètre de la tige doivent toutefois permettre la réalisation des caractéristiques évoquées ci-dessus, à savoir notamment que le taillant 4 doit présenter un diamètre supérieur au diamètre de la deuxième partie 24 de la tige 2. De même, il est représenté sur les figures une tige 2 creuse filetée. Il sera compris que cette tige peut être filetée ou lisse, et par exemple présenter un profil mixte. A titre d'exemple, la tige 2 peut être filetée sur la deuxième partie 24 s'étendant entre le disque de pénétration 8 et le taillant 4, et cette tige 2 peut être lisse dans la partie 23 entourée de l'enveloppe cylindrique 20. Un tel dispositif d'ancrage permet la fixation de structure ou d'édifice dans des sols présentant des couches de compositions différentes. Le dispositif d'ancrage est mis en place par vissage à l'aide d'un roto percuteur, supporté par un bras de forage ou par une installation immergée selon l'application terrestre ou marine envisagée. Le dispositif peut alors s'étendre dans ces différentes couches successives de façon strictement verticale tel que représenté, ou avec une orientation différente sans sortir du contexte de l'invention, dès lors que le taillant et la deuxième partie de la tige sont ancrés dans une deuxième couche de sol monolithique ou consolidé, comme illustré par les figures 1 à 3, ou meuble comme illustré par la figure 4, et dès lors que cette deuxième couche est recouverte d'au moins une première couche de sol meuble, et que la première partie de la tige et les disques associés sont vissés dans au moins la première couche de sol meuble. Un tel dispositif d'ancrage mixte, combinant les caractéristiques d'ancrage par forage et de vissage, par l'intermédiaire d'une unique tige, permet la prise en compte en un dispositif unique de l'ensemble des efforts d'ancrage, à savoir les efforts d'extraction et de flexion d'une part, et de compression et de flambage d'autre part. REVENDICATIONS1.- Dispositif d'ancrage dans un sol comportant une tige (2) creuse dont une première extrémité (21) reçoit des moyens d'attaches et dont l'extrémité opposée libre (22) est destinée à pénétrer dans le sol, dans lequel une platine de positionnement (5) est montée sur la tige creuse (2) et est destinée à prendre appui sur la surface du sol, la tige portant successivement depuis la platine de positionnement (5) vers l'extrémité libre (22) au moins un disque hélicoïdal (6) puis un disque de pénétration (8), caractérisé en ce que la tige s'étend après le disque de pénétration (8) à l'opposé de la platine de positionnement (5), et en ce qu'un taillant (4) est disposé à l'extrémité libre de cette tige, de sorte qu'une première partie (23) de la tige (2) s'étend de la platine de positionnement (5) au disque de pénétration (8), cette première partie (23) étant apte à être vissée dans au moins une première couche de sol (31), et de sorte qu'une deuxième partie (24) de la tige (2) s'étend du disque de pénétration (8) au taillant (4), cette deuxième partie (24) étant apte à être ancrée dans une deuxième couche de sol (32). 2.- Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le taillant (4) présente un diamètre supérieur au diamètre de la deuxième partie (24) de la tige (2). 3.- Dispositif d'ancrage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le au moins un disque hélicoïdal (6) et le disque de pénétration (8) sont soudés sur la tige (2). 4.- Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une enveloppe cylindrique (20) est formée autour de la première partie (23) de la tige (2), entre la platine de positionnement (5) et le disque hélicoïdal (6) le plus proche de cette platine (5). 5.- Dispositif d'ancrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la tige creuse (2) est filetée sur au moins la deuxième partie (24) s'étendant entre le disque de pénétration (8) et le taillant (4), et en ce que cette tige creuse (2) est lisse dans la première partie (23) entourée de l'enveloppe cylindrique (20). 6.- Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la tige (2) et le taillant (4) sont percés de trous pour l'injection d'un ciment ou d'une résine synthétique. 7.- Dispositif d'ancrage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les trous pour l'injection de ciment ou de résine sont percés uniquement sur la deuxième partie (24) de la tige (2) et sur le taillant (4).