Brevet FR2984928A1 — publié le 20130628

Dispositif de terrassement et excavation par aspiration La présente invention concerne un nouveau dispositif de terrassement et excavation par aspiration. Actuellement, pour la pose de nouvelles conduites, gaines ou câbles, une tranchée est classiquement ouverte par des moyens mécaniques tels que pelles et mini-pelles hydrauliques et, en complément de ces moyens, dans des zones difficile d'accès pour ces moyens mécaniques, l'évacuation des matériaux est terminée manuellement, à la pelle et à la pioche. Il arrive fréquemment que ces interventions sont à exécuter dans des zones où sont déjà présentes d'autres canalisations, gaines ou câbles, qui peuvent présenter un haut degré de dangerosité, par exemple des canalisations de gaz ou câbles électriques sous tension, ou un risque de dégâts substantiels, par exemple un câble téléphonique, des fibres optiques, etc. La coupure de l'un de ces câbles peut entraîner des perturbations importantes aux installations connectées par l'intermédiaire de ceux-ci. L'expérience montre que des accidents de rupture de ces conduites, gaines ou câbles existants sont assez fréquents, entraînant parfois des blessures ou même la mort. Ces accidents proviennent toujours du fait que les opérateurs, en charge du terrassement de la tranchée, prennent des risques en essayant de terrasser au maximum avec leurs pelles, ou des outils manuels tranchants. Pour notamment éviter de tels problèmes, on connaît déjà des procédés et des machines de terrassement et d'excavation par aspiration, le terrassement par aspiration étant aujourd'hui une technique bien au point dans son principe général, qui consiste à évacuer les matériaux, typiquement dans une tranchée, par aspiration. On connaît ainsi des camions aspirateurs de forte puissance (plusieurs centaines de KW), tels que décrits par exemple dans FR2447425 ou US5425188, capables de creuser des tranchées très profondes sans aide de pelles hydrauliques. L'aspiration des déblais est réalisée au moyen d'un tube d'aspiration de diamètre variant de 200 à 300 mm en général. Il en résulte que ce tube d'aspiration n'est pas très flexible et ne permet pas de retirer efficacement les produits d'enrobages présents autour des conduites, gaines ou câbles existants, dans des zones d'accès difficiles, encombrées par de nombreux câbles ou conduites etc. On connaît des aspiratrices de tailles intermédiaires (environ 30 KW) qui permettent de terrasser des tranchées quand le sol est décompacté et permettent de retirer en partie les matériaux d'enrobage présents autour des conduites, gaines ou câbles existants. Typiquement, ces systèmes, tels que décrits par exemple dans FR2702515, combinent l'aspiration avec l'action d'un jet de fluide sous pression, air ou eau, pour désagréger les matériaux avant de les aspirer. Ces solutions requièrent la présence sur site d'une source d'énergie suffisante pour alimenter l'aspiratrice, et lui fournir la puissance nécessaire au démarrage. Or il arrive fréquemment que ce besoin d'excavation et de dégagement des matériaux se produit lors d'interventions rapides, nécessitées par une détection de fuite, une rupture de conduite ou de câble. Typiquement, Il est alors difficile d'acheminer rapidement et d'utiliser les moyens d'aspiration, certes performants, indiqués ci-dessus, mais qui peuvent être difficilement mobilisables rapidement, ou dont le coût d'intervention risque d'être sans commune mesure avec les besoins réels. Dans le cas des camions aspirateurs, l'énergie est apportée par le moteur du camion, cette solution nécessite que ce camion soit entièrement dédié à la fonction aspiration ; en effet ce camion est équipé d'une 35 cuve de récupération des matériaux excavés, et d'une importante série de filtres pour protéger la turbine d'aspiration entraînée par le moteur du camion. De plus ce type d'équipement représente un investissement très important. Aussi, pour assurer un minimum de rentabilité, il faudra assurer à cet équipement une charge de travail importante à réaliser dans la journée, ce qui est difficilement compatible par exemple avec des interventions rapides, en urgence, etc. Pour les mini-aspiratrices de tailles intermédiaires, environ 30 KW, il sera nécessaire de mobiliser sur site une source d'énergie, soit un groupe électrogène d'une puissance minimum deux à trois fois celle du moteur de l'aspiratrice (soit 60 à 100 KW) pour assurer le démarrage du moteur électrique, soit disposer d'un groupe hydraulique d'une puissance suffisante pour entraîner la turbine de la mini-aspiratrice. De plus, dans les deux cas présentés ci-dessus, le diamètre relativement important de la canne d'aspiration ne permet pas d'extraire facilement les matériaux d'enrobage autour de conduites, gaines et câbles sensibles, entre lesquels il peut s'avérer impossible de faire passer ladite canne pour accéder aux matériaux à excaver. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes évoqués ci-dessus. Elle vise en particulier à permettre une mise en oeuvre efficace de techniques d'aspiration pour des travaux ponctuels, typiquement des travaux de branchement ou raccordement, en particulier en ville. En effet dans ces cas, le branchement devra traverser des conduites, gaines et câbles existants, certains d'entre eux présentant un caractère « sensible ». Elle vise aussi à fournir une possibilité de réaliser des tranchées et excavations avec un matériel peu encombrant, pouvant être facilement apporté sur le chantier et aisément mis en oeuvre. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif de terrassement et excavation par aspiration, qui peut aussi être appelé aspiratrice ou mini-aspiratrice, comportant une canne d'aspiration reliée par un flexible d'aspiration à des moyens d'aspiration comprenant une cuve de récupération de gravats et un ensemble de séparation et de filtration et une turbine d'aspiration adaptée pour générer une dépression dans la cuve. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte en plus : - un moteur hydraulique pour entraîner la turbine d'aspiration, - des moyens de connexion pour relier le dispositif au circuit hydraulique d'un engin de terrassement. Typiquement, cet engin de terrassement sera une pelle hydraulique ou une mini-pelle, telle que celles couramment utilisées lors des travaux de branchement ou raccordement en ville. En effet, les équipements typiquement mis à la disposition des équipes réalisant de tels travaux comprennent un fourgon, une mini pelle de 2 à 3 T avec un équipement brise-roche, un groupe électrogène de faible puissance (5 KVA), une scie à disque, et, par intermittence, un camion de 3,5 tonnes. Avec un tel équipement, le personnel d'intervention est à même de découper le revêtement de chaussée, de défoncer la sous-couche dure au brise-roche montée sur la mini pelle, de creuser la tranchée à la pelle hydraulique équipée en petit godet jusqu'à une certaine profondeur, et d'évacuer les gravats, qui peuvent être chargés sur le camion. Comme indiqué ci-dessus, il reste que le dégagement de conduites ou câbles divers reste fait à la main, avec les difficultés et risques pré-mentionnés. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter 35 grandement ces problèmes. En effet, il suffit de le connecter sur les raccords hydrauliques d'alimentation du brise-roche, à la place de celui-ci, pour obtenir une aspiratrice capable d'évacuer par aspiration les matériaux qui enrobent les canalisations ou câbles rencontrés dans la tranchée réalisée, aisément et sans risques de détériorer ceux-ci, comme cela pourrait sinon être le cas, par les dents du godet de la pelle ou des coups de pioche malencontreux. On profite par ailleurs de la puissance hydraulique de la mini-pelle pour fournir l'énergie nécessaire à l'aspiratrice de l'invention, sans qu'il soit besoin de disposer d'une autre source d'énergie électrique ou pneumatique. On évite ainsi de devoir apporter sur le chantier de telles sources d'énergie suffisamment puissantes, que le petit groupe électrogène couramment disponible ne peut fournir. Préférentiellement, la canne d'aspiration a un diamètre de 40 à 100 mm, plus préférentiellement encore de 40 à 60 mm. Par rapport aux diamètres nettement plus important des flexibles d'aspiration utilisés par exemple sur les camions aspirateurs, le petit diamètre de la canne et du flexible d'aspiration de l'aspiratrice selon l'invention lui permettent d'être suffisamment maniable et performante pour extraire les matériaux d'enrobage situés entre les conduites, gaines ou câbles rencontrés au cours de l'excavation. Selon une disposition particulière, la canne d'aspiration comporte un embout denté ou cranté, dont l'opérateur peut se servir pour aider à décrocher les matériaux à enlever. Selon une disposition préférentielle, la cuve, l'ensemble de séparation et de filtration, la turbine d'aspiration et son moteur d'entraînement, sont installés sur un chariot, pourvu par ailleurs de moyens de manutention par un engin de levage. Ainsi, la manutention du dispositif peut aisément être effectuée par la mini- pelle, et d'autant plus facilement que le dispositif est globalement léger et compact, puisqu'il n'embarque pas la source d'énergie dont il a besoin. Préférentiellement encore, la cuve, d'axe vertical, comporte des moyens de manutention spécifiques formés par des tourillons situés sensiblement à mi- hauteur. Ainsi, comme on le verra par la suite, il est aisé de manutentionner la cuve seule, chargée des gravats et déblais aspirés, pour la vider par pivotement et basculement, sur le sol ou dans la benne du camion, pour évacuation ou récupération ultérieure pour remblayer la tranchée. Selon une autre disposition, l'aspiratrice selon l'invention comporte un distributeur de commande du moteur hydraulique et optionnellement un limiteur de vitesse pour limiter la vitesse de rotation dudit moteur hydraulique, et donc de la turbine. Ce limiteur permet d'utiliser le dispositif sur des sources d'énergie hydrauliques pouvant avoir des puissances différentes, sans risquer des survitesses, dans le cas d'un raccordement sur des engins offrant des débits hydrauliques importants, par exemple pour des utilisations occasionnelles sur des pelles hydrauliques de capacités nettement plus élevées que les mini-pelles pour lesquelles le dispositif est particulièrement destiné. L'ensemble de séparation et de filtration comprend typiquement un filtre relié à une tête cyclonique disposée sur un couvercle de la cuve, le flexible d'aspiration est relié sur ledit couvercle, et la turbine est reliée à la sortie du filtre. La tête cyclonique permet de donner un mouvement tournant au flux d'air chargé des matériaux aspirés arrivant dans la cuve d'aspiration, pour faciliter la séparation de ces matériaux et leur dépôt dans la cuve. Le filtre est un filtre à poussière pour éviter que les poussières restant dans le flux d'air après la séparation cyclonique passent dans la turbine. La turbine est ainsi préservée des particules abrasives de l'air encore chargé en poussières plus ou moins grosses après son passage dans la cuve De plus, dans la mesure où tant les conduits d'aspiration que ceux reliant la cuve au filtre, sont connectés sur le couvercle de ladite cuve, il suffit de démonter ce couvercle pour pouvoir manutentionner la cuve seule, chargée en gravats et déblais, sans qu'il soit nécessaire de déconnecter des conduits de celle-ci. De même, après avoir vidé la cuve, il suffit de remettre le couvercle en place pour que le dispositif soit à nouveau opérationnel, sans nécessiter d'autres connections. Selon une disposition complémentaire, le dispositif comporte une soupape casse-vide disposée sur la conduite reliant la turbine au filtre. Cette soupape permet de protéger la turbine, notamment d'un échauffement excessif, au cas où les conditions d'aspiration conduiraient à générer dans la turbine un vide trop poussé, et donc un débit d'air trop faible, par exemple en cas de colmatage du filtre. Selon encore une autre disposition, l'aspiratrice comporte une vanne séquentielle entre le flexible d'aspiration et la cuve, pour générer une suite de phases d'aspiration plus ou moins intense, et en particulier des phases d'aspiration plus intense par un débit momentané plus élevé que le débit régulier de la turbine. En effet, du fait du diamètre de la canne d'aspiration (0 40 ou 60 mm) et de la puissance du moteur hydraulique (typiquement inférieure à 11 KW) il est possible que, avec un débit d'aspiration continu et sensiblement constant au niveau de la canne d'aspiration , la vitesse de l'air à l'aspiration soit trop faible pour entraîner les gravats les plus gros. La vanne séquentielle permet de générer au niveau de la canne d'aspiration une suite de phases d'aspiration sensiblement nulle, mais au cours desquelles la cuve est mise en forte dépression, et de phases d'aspiration forte, aux cours desquelles la dépression forte générée précédemment dans la cuve permet de créer au niveau de la canne une dépression et un débit plus élevé que ne le permettrait le régime normal de la turbine. Cette dépression et ce débit plus élevés sont aptes en conséquence à créer momentanément au niveau de la canne d'aspiration une aspiration plus forte convenant pour aspirer les gravats les plus gros. Comme on le comprendra mieux par la suite, la cuve sert alors comme une sorte d'accumulateur de vide, ou de dépression, pendant la phase où la vanne séquentielle est fermée, ce vide générant un flux d'air accru lorsque la vanne séquentielle est ouverte lors de la phase suivante. La durée de chaque phase est par exemple de 0,5 à 2 secondes, préférentiellement de 1 à 2 secondes, cette durée pouvant être adaptée notamment en fonction de la capacité de la cuve et des besoins d'aspiration. Selon un mode de réalisation particulier, la vanne séquentielle comporte un clapet pivotant dont l'ouverture est commandée par une came entraînée en rotation par un moteur électrique, alimenté lui-même à partir du circuit électrique de la mini-pelle ou du groupe électrogène disponible sur le chantier. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'une aspiratrice conforme à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale de l'aspiratrice, en cours d'utilisation, - la figure 2 illustre le fonctionnement de la vanne séquentielle. L'aspiratrice selon la présente invention comprend un chariot 1 sur le plateau duquel sont disposés : - une cuve 2, s'étendant verticalement, d'une capacité par exemple de 200 à 300 litres, servant de séparateur de gravats, - un filtre à poussière 3 - une turbine à double étage 4 entraînée par un moteur hydraulique 5. Le moteur hydraulique est relié à un distributeur de commande 6, relié par des flexibles hydrauliques 7 au circuit brise-roche de la mini-pelle, schématisée par le repère 8. Un clapet anti-retour 9 est monté entre le corps du moteur et le flexible de retour pour drainer les fuites internes du moteur, lequel a un seul sens de rotation. Le conduit d'aspiration 41 de la turbine 4 est connecté sur le filtre 3, et une soupape casse vide 10 est montée entre le filtre et la turbine, pour protéger la turbine, comme indiqué précédemment. La cuve 2, typiquement un fut cylindrique vertical de 200 litres, comporte un couvercle amovible 21, monté 20 de manière étanche sur la cuve, et équipé d'une tête cyclonique 22, de type généralement connu, dont la tubulure d'extraction est reliée à l'entrée du filtre 3 par un flexible 23. La cuve comporte une ceinture pourvue de tourillons 25 de manutention 24, permettant de manutentionner aisément la cuve au moyen de la mini-pelle, pour la vider après en avoir enlevé le couvercle. Les tourillons 24 sont situés sensiblement à mi-hauteur, permettant ainsi de basculer la cuve par pivotement selon l'axe de ces tourillons pour 30 faciliter son vidage. Le flexible d'aspiration 25 est raccordé sur une vanne séquentielle 26 montée sur le couvercle 21, et comporte à son extrémité opposée une canne d'aspiration 27, dont l'embout 28 est denté. 35 La vanne séquentielle 26 comporte un corps de vanne 261, un clapet oscillant 262 ayant son axe de rotation situé au-dessus de la génératrice supérieure du corps de la vanne, un joint caoutchouc 263, un ressort de rappel 264, guidé par un axe pivotant, et une came 265 motorisée par un moteur électrique, alimenté soit par un petit groupe électrogène, soit par l'alternateur de la mini- pelle. On va maintenant décrire la mise en oeuvre et le fonctionnement général de l'aspiratrice. Les flexibles hydrauliques 7 sont connectés sur les raccords d'alimentation de brise-roche, à disposition sur la minipelle 8. La mise en route du moteur 5 est commandée par un opérateur au moyen du distributeur 6. Le moteur hydraulique entraîne en rotation, avec une vitesse comprise entre 3 000 et 4 000 tours/minutes, la turbine à deux étages 4, qui aspire l'air de la cuve 2 via le filtre 3. Il suffit alors à l'opérateur de place la canne d'aspiration à l'endroit souhaité pour aspirer les matériaux. Le diamètre de la canne d'aspiration, typiquement de 40 ou 60 mm, et sa forme d'extrémité courbée en bout à 45°, avec l'embout cranté 28 pour mieux décompacter les gravats, permettent à l'opérateur d'extraire tous les matériaux d'enrobage qui se trouvent autour des conduites, gaines et câbles existants, comme illustré sur la figure 1. Les matériaux aspirés se déposent dans la cuve 2. En principe, ces matériaux sont constitués essentiellement de matériaux d'enrobage, c'est-à-dire du sable ou des granulats de granulométrie 0-5 mm. Ces matériaux aspirés pourront donc être réutilisés comme matériaux d'enrobage lors du remblaiement de la tranchée. Le réservoir sera vidé lorsqu'il sera plein à 50 ou 75 % maximum. Une sangle est alors passée autour des tourillons 24 et le levage s'effectue avec la mini-pelle. On va maintenant décrire plus en détail, en relation avec la figure 2, le fonctionnement de la vanne séquentielle 26. Cette vanne séquentielle et automatisée, et fonctionnera en créant les phases suivantes : - phase 1 : Vanne position fermée, le clapet 262 étant maintenu en appui sur le joint 263 par l'effet du ressort 264, il y a création d'un vide maximal dans la cuve sous l'effet d'aspiration de la turbine. - Phase 2 : Lorsque le vide requis est atteint, la 10 came 265 provoque une ouverture très rapide du clapet 262, - Phase 3 : La vitesse de l'air d'aspiration, selon la flèche F, est alors maximale et permet l'aspiration des gravats les plus lourds, 15 - Phase 4 : Lorsque la pression dans la cuve remonte, et que par conséquent la vitesse de l'air d'aspiration diminue, la poursuite de la rotation de la came autorise le clapet à se refermer, et on revient alors en phase 1. 20 L'ouverture et la fermeture du clapet se font très rapidement du fait de la forme de la came. Il est possible de moduler les temps respectifs d'ouverture et de fermeture du battant en jouant sur la forme de la came, la portion de grand diamètre de la came étant plus 25 ou moins importante. REVENDICATIONS1. Dispositif de terrassement et excavation par aspiration, comportant une canne d'aspiration (27) reliée par un flexible d'aspiration (25) à des moyens d'aspiration comprenant une cuve (2) de récupération de gravats et un ensemble (22, 3) de séparation et de filtration et une turbine d'aspiration (4) adaptée pour générer une dépression dans la cuve, caractérisé en ce qu'il comporte en plus : - un moteur hydraulique (5) pour entraîner la turbine d'aspiration (4), - des moyens de connexion (6, 7) pour relier le dispositif au circuit hydraulique d'un engin de terrassement (8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (2), l'ensemble (22, 3) de séparation et de filtration, la turbine d'aspiration (4) et son moteur d'entraînement (5), sont installés sur un chariot (1), pourvu par ailleurs de moyens de manutention par un engin de levage. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve (2), d'axe vertical, comporte des moyens de manutention spécifiques formés par des tourillons (24) situés sensiblement à mi- hauteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un limiteur de vitesse pour limiter la vitesse de rotation du moteur hydraulique (5) et de la turbine (4). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de séparation et de filtration comprend un filtre (3) relié à une tête cyclonique (22)disposée sur un couvercle (21) de la cuve (2), le flexible d'aspiration (25) est relié sur ledit couvercle, et la turbine (4) est reliée à la sortie du filtre (3). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une soupape casse-vide (10) disposée sur la conduite (41) reliant la turbine (4) au filtre (3). 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une vanne séquentielle (26) entre le flexible d'aspiration (25) et la cuve (2), pour générer au niveau de la canne d'aspiration (27) des phases d'aspiration plus intense par un débit momentané plus élevé que le débit régulier de la turbine (4). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne séquentielle comporte un clapet pivotant (262) dont l'ouverture est commandée par une came (265) entraînée en rotation par un moteur électrique. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canne d'aspiration (27) a un diamètre de 40 à 60 mm. 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la canne d'aspiration (27) comporte un embout denté (28). 35