Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
3~L9
La presente invention concerne un nouveau dispositif d'ancrage à
element articule ayant une forme coudee pour tout sol, facile a mettre
en oeuvre par des procedes connus de mise en place (battage,
vibrofonçage, propulsion, lançage et succion dans le cas des sols
meubles...).
Cette technique est applicable aussi bien pour l'ancrage a terre que
pour realiser des points d'ancrage fixes dans l'eau, en particulier
dans des installations portuaires ~ports de plaisance, pontons
d'amarrage...).
Le brevet FR 2,424,~46 definit un systeme d'ancrage avec rotation
libre du point d'attache, ce dernier etant situe en avant du centre de
gravite par rapport a l'extremite d'attaque du sol, mais la mise en
place du système s'effectue par traction sur le câble.
Le brevet US 3.282.002 presente un dispositif d'ancrage avec rotation
libre du point d'attache ~muni d'une plaque plane susceptible de
basculer, le debattement angulaire de cette plaque etant limite par
une butee. Mais cette plaque ne pivote pas d'elle-même, il lui faut
l'aide d'un ressort, voire d'un explosif, pour qu'elle bloque
l'ancragd.
..~
~ . .
:,
: . . -, ,~, :.
, . : ~ ':
::
ej~ 3 ~
Le brevet US. 3.88~.057 definit un dispositif ou l'on doit exercer une
traction sur l'oeil d'une piece libre mobile situee au milieu de la
plaque d'ancrage de facon qu'un ergot perpendiculaire a la plaque et
situe dans la partie avant proche de l'extremite d'attaque du sol,
puisse se dresser et faire ensuite basculer la plaque d'ancrage. Dans
ces conditions et particulierement dans les sols durs, le couple sur
la partie mobile peut être trop petit pour que le dispositif puisse
s'ouvrir et la plaque derapera en arriere sans basculer.
Les brevets GB A-2.0~39.862 et FR-A-2.470.823, FR-A-1.453.190 et
US-A-1.982.963 illustrent aussi l'art antérieur.
Le probleme a resoudre est donc le suivant :
I1 s'agit de realiser des points d'ancrage de haute tenue à terre et
en mer pouvant supporter avec fiabilite une force de traction
hori~ontale, inclinee vers le haut et même verticale vers le haut, de
la tonne a la centaine de tonnes. Tout en etant susceptible d'être
positionne de maniere precise, le systeme d'ancrage doit être
acceptable pour tous les types de sols (argiles, sables, sols rocheux
par exemple).
Les pieux d'ancrage ou d'une maniere generale les groupes de pieux
d'ancrage resolvent en general un tel probleme, mais ils presentent
l'inconvenient de s'arracher lorsque la force verticale appliquee est
trop grande.
~ertaines ancres speciales basees sur le principe du pivotement dû a
l'excentrement de la traction du câble sur la plaque offre une tres
mauvaise fiabilite car la probabilite d'un fonctionnement correct est
trop faible.
L'invention consiste en un nouveau systeme d'ancrage perrnettant de
resoudre le probleme pose.
.
:
~25~L3~L~
~- 3 -
Elle concerne un dispositif d'ancrage comprenant un élément
d'ancrage adapté à pénétrer dans le sol sous l'action de
forces d'enfoncement, notamment de percussion, cet élément
d'ancrage comportant au moins un corps principal rigide
ayant au moins une extrémité d'attaque du sol, lesdites
forces d'enfoncement s'exercant sensiblement suivant un plan
d'enfoncement passant par ladite extrémité d'attaque du sol
et un axe de battage ou de propulsion lié au corps
principal, au moins un élément articulé relié de facon
pivotante audit corps principal et ayant un débattement
angulaire limité, au moins une ligne d'ancrage reliée audit
corps principal par une liaison souple en au moins un point
d'attache situé entre ladite extrémité d'attaque et le
centre de gravité de la surface poxtante du corps principal,
ledit point d'attache étant en avant du centre de gravité,
ledit plan d'enfoncement passant par ledit centre de
gravité, caractérisé par la combinaison suivante:
a) une forme coudée dudit élément articulé,
b) une localisation dudit contre de gravité entre ledit
point d'attache de la ligne d'ancrage et l'articulation
dudit élément articulé, et
c) un excentrement par rapport au plan d'enfoncement (~ )
d'une part dudit point d'attache qui est fi~e et d'autre
part de ladite articulation, celle-ci étant située
suivant un axe perpendiculaire audit axe de battage ou de
propulsion dans la partie opposée à l'extrémité d'attaque
du sol, de telle façon que l'application d'une traction
sur la ligne d'ancrage amorce le basculement de l'élément
arcitulé et le pivotement de l'élément d'ancrage.
Les forces notamment de percussion communiquent à l'élément
:'
,
~,
~2S~
- 3a -
d'ancrage une énergie dite de battage.
~ lor~ r ~r ~ c~
//
_. ~ .
.~
.
., ~ . . ~ . . ..
.
5~L3~
4 -
presenter une concavite tournee du côte oppose a ladite extremite
d'attaque
La combinaison enoncee est susceptible de fournir lors de la traction
T exercée par la ligne d'ancrage la meilleure position de blocage au
dispositif d'ancrage. Elle est adaptee a le faire déplacer dans le sol
lorsqu'il subit ces efforts et 3 l'orienter pour presenter un maitre
couple optimal en vue de mobiliser la butee maximale des terres.
Par maitre-couple, on en~end le contour des sections transversales a
l'axe du mouvement, de l'element d'ancrage.
Par liaison souple5 on entend ici une liaison n'introduisant
sensiblement aucun moment de rotation au point d'attache sur la
plaque, telle qu'une liaison par fil, chaine, rotule ou par une tige
filetee articulee.
L'enfouissement dans le sol est effectue par des forces d'enfoncement
FE mises en jeu grace 3a des techniques par exemple de battage, de
vibrofonçage, propulsion, lançage, voire succion dans le cas des sols
meubles, toutes connues de l'homme de l'art. Le choix sera fonction de
la nature du sol.
Le debattement angulaire de l'element articule coude pourra être
compris de 30 3 60 et de preference voisin de 45 par rapport au plan
dlenfoncement ( ~).
Des exemples de realisation préférentiels de l'invention sont
illustrés à titre d'exemples par les dessins et schemas
annexes ci-dessous où :
- les figures 1 et lA representent schematiquement un premier type
d'element d'ancrage selon l'invention, vu de dessus et de côte
respectivement,
- les figures 2, 3, 4, 5, 6 et 7 illustrent la sequence de mise en
~ .
- - . . : ~:
.. . .
.
13~3
place et blocage du dispositif selon l'invention dans différents
sols,
- les figures 8 et 9 montrent un autre mode de realisation du
dispositif selon l'invention et,
- la figure 10 presente un autre mode de realisation de l'element
articule.
Selon la figure 1, le dispositif d'ancrage, pour resister à une force
de traction T à tous les angles de hauteur (horizontale, inclinee et
verticale vers le haut) met en oeuvre au moins un element d'ancrage
designe dans son ensemble par la reference 1, que l'on enfonce
generalement dans le sol suivant la verticale par l'une de ses
extremites constituant son extremité dlattaque du sol 2. Une ligne
d'ancrage 3 constituee notamment par un fil, une chaine~ou une tige
filetee articulee, destinee à transmettre la force de traction T à
supporter, par l'intermediaire d'un axe de traction 11, est attachee
audit element en au moins un point par une liaison souple 5 telle que,
par exemple, une rotule n'introduisant sensiblement aucun moment de
flexion ou de torsion, audit point d'attache sur l'axe de traction 11.
La position de ce dernier sur l'element d'ancrage est choisie telle
que le point d'application de la force de traction audit element soit
situe en avant du barycentre, ou centre de gravite G, de la surface
portante enfouie dans le sol, ou maitre-couple dudit element
d'ancrage, vers ladite extremite d'attaque 2. L'element d'ancrage est
caracterise par un corps principal comportant une partie dorsale
rigide 6, sur laquelle s'appuie une semelle 4 munie de deflecteurs 15
sur la face interne. Cette partie dorsale rigide supporte et transmet
l'energie de battage jusqu'a l'extremite d'attaque 2.
Elle est transmise tout d'abord sur l'enclume 7 qui repose sur la
partie rigide 6 et qui est surmontee d'un teton de guidage 8 destine a
,
, ._
.
:., , ~ . : . :
:. . . :
'' ' ~ ~ ' .
S~31~t
recevoir l'element de battage, ce teton ayant une longueur h de 2 a 6
fois sa dimension transversale d. Il est preferable d'avoir un teton
mâle pour eviter tout risque de coincement de l'element de battage
resultant d'un phenomene de matage lors du choc sur l'enclume. Ce
teton peut avoir n'importe quelle forme (carree, rectangulaire, ronde,
ovale ou losange par exemple).
Dans sa partie opposee a l'extremite d'attaque du sol 2, l'element
d'ancrage est equipee d'un element articule coude 9 muni de
raidisseurs 18 dans sa partie interne en regard du teton 8, qui pivote
sur un axe perpendiculaire 10 a l'axe de l'element d'ancrage suivant
le plan d'enfoncement ~ jusqu'a une position maximale fixee par une
butee 17 definissant un debattement angulaire ~ de 30 a 60 par
rapport a l'axe de l'element d'ancrage qui se trouve dans le plan
d'enfoncement ~ et qui passe par le teton 8. L'element articule 9
presente une partie plane sur la partie du coude la plus eloignee de
ladite articulation 10. Selon un autre mode de realisation illustre
par la figure 10, la partie de l'element articule 9 la plus eloignee
dudit axe d'articulation 10 a une forme cintree dont le rayon de
courbure r est au moins egal a la distance separant ledit axe
d'articulation 10 de l'extremite d'attaque du sol 2.
La longueur de cet element articule qui separe l'articulation 10 de
l'extremite libre 9a dudit element est comprise entre la moitie et le
dixieme de la longueur totale de l'element d'ancrage et l'on a note
des resultats particulierement interessants avec une valeur
sensiblement egale au tiers de la longueur totale de l'élement
d'ancrage.
L'element articule est tel que le coude en position verticale aumoment de l'enfoncement, c'est-a-dire aligne suivant la semelle 4 est
dans l'ombre du maitre-couple du dispositif, c'est-a-dire du contour
des sections transversales a l'axe du mouvement dudit element
d'ancrage. ~-
' . ' '
~,
~2S~3~.9
La distance de l'ex~remite d'attaque du sol 2 a l'axe de traction 11
constituant le point d'attache de la ligne d'ancrage 3 est comprise
entre le quart et la moitie de la longueur totale de l'element
d'ancrage. De bonnes performances ont ete obtenues lorsque la distance
S etait de preference egale au tiers.
Le rapport de la longueur de l'element d'ancrage defini suivant le
plan d'enfoncement ( ~ ) a la largeur dudit element est compris entre
1/3 et 10 et de preference entre 1 et 5.
On a note que la distance de l'extremite d'attaque du sol 2 a l'axe de
traction 11 ou point d'attache est comprise entre le quart et la
moitie de la longueur totale de l'element d'ancrage et de preference
egal au tiers.
De bons resultats ont ete enregistres lorsque la longueur de l'element
articule 9 prise de l'articulation 10 jusqu'a son extremite libre 9a,
la distance separant l'articulation 10 dudit element au point
d'attache 11 de la ligne d'ancrage 3 et la distance separant ledit
point d'attache 11 a l'extremite d'attaque du sol 2 de l'element
d'ancrage 1 sont chacune sensiblement egales au tiers de la longueur
totale de l'element d'ancrage 1.
L'extremite d'attaque du sol peut presenter une forme dissymetrique
par rapport au plan d'enfoncement (Fig. lA). Elle peut egalement
presenter une forme symetrique par rapport au même plan d'enfoncement
(Fig. 9).
E11e doit par ailleurs être symetrique par rapport a un plan
perpendiculaire au plan d'enfoncement passant par l'axe de battage
sa fcrme peut alors être par exemple pointue, droite (Fig. 8), voire
trapezoidale telle que celle montree sur la figure 1.
L'extremi-e d attaque du sol est prolongee par une voilure 16, pouvant
~513~L9
être par exemple en acier ou en matiere plastique, qui met "dans
l'ombre" les elements sensibles du dispositif notamment l'element
articule coude, la ligne d'ancrage et la liaison souple. Cette voilure
deborde sur la semelle ~ afin de bien guider le deplacement de
l'element d'ancrage.
Le dispositif d'ancrage selon l'invention est mis en oeuvre par la
combinaison des etapes suivantes :
0 a) avant d'enfoncer l'element d'ancrage 1, on attache audit element la
ligne d'ancrage 3 dont le diamètre est choisi inferieur à la
dimension dudit element en section par un plan perpendiculaire à la
direction d'application de la force d'enfoncement, et on applique
le long de l'element, du côte oppose à son extremite d'attaque, la
portion de cette ligne d'ancrage voisine du point d'attache, de
manière à le faire penetrer dans le sol en même temps que
l'element,
b) l'element d'ancrage est conçu de facon telle que le maître-couple
soit le plus faible possible pour profiter au mieux de l'energie de
battage. Il est preferable qu'il soit positionne en avant de tous
les organes articulables (câble 3 et element articule 9) de sorte
qu'ils soient proteges au cours du battage puisqu'ils sont dans
"l'ombre" de ce maitre-couple.
c) après avoir enfonce ledit element à la profondeur desiree, une
traction sur la ligne d'ancrage 3 en surface, sous n'importe quelle
hauteur vers le haut induit une composante verticale vers le haut
qui fait immediatement et spontanement basculer l'element articule
9 et pivoter l'element d'ancrage 1.
Trois caracteristiques inherentes du dispositif selon l'invention
permettent de declencher ce mecanisme de basculement lorsque ces
caracteristiques sont utilisees en combinaison :
-
. . . . . . .
.
. .
1'~513~
- l'element articulé 9 presente une forme coudee, la concavite du
coude est tournee du côte opposé à ladite extremite d'attaque 2.
L'extremite 12 de l'element articule 9 présente a son extrémite
libre 9a un chanfrein dont le tranchant est dirige vers l'exterieur.
- les axes de traction 11 et de pivotement 10 de l'element articule 9
sont excentrés (Fig. 2) par rapport au plan d'enfoncement ~ passant
par le centre de gravite G de l'element d'ancrage. Cet excentrement
favorise l'amorce du basculement de l'element d'ancrage par rapport
à un axe horizontal.
- la position du centre de gravite entre le point d'attache sur l'axe
de traction 11 et l'axe de pivotement 10 favorise le couple moteur
dû à la traction sur la ligne d'ancrage 3 et a la pression des
terres P sur l'element articule 9. La figure 3 schematise l'amorce
du pivotement de la partie basculante.
Le basculement s'arrête (Fig. 4) lorsque la resultante barycentrique
R des pressions des terres en butee sur le maître-couple de
l'element d'ancrage s'aligne avec la traction T sur le cable. Dans
ce cas, T est inferieur a R.
Si l'element d'ancrage a ete mis en place a une profondeur superieure
à la profondeur critique (2 à 4 fois la plus grande dimension de
l'element d'ancrage), le mecanisme de butee des terres en souterrain
est parfaitement stable en ce sens qu'il y a ecoulement de matière de
sol, du côte comprime MC vers le cote decomprime MD. Dans une telle
situation, la resistance statique d'ancrage ou tenue d'ancrage
permanente F~ est parfaitement stable (Fig. 5).
Dans le cas d'un sol sature (au fond de la mer) (Fig. 6), une traction
rapide par rapport à l'ecoulement de l'eau interstitielle dans les
pores provoque un effet de succion FD qui s'ajoute a la resistance
statique F~ precedemment citee pour resister aux efforts dynamiques
sur la ligne d'ancrage.
~;25~3~3
10 -
Cette force FD s'écrit :
D (Pl P2) S
S etant l'aire de l'element d'ancrage, Pl et P2 etant les pressions de
l'eau interstitielle à l'avant et à l'arrière de l'element d'ancrage,
S son aire.
A faible profondeur d'enfouissement (Fig. 7), la resistance d'ancrage
est limitee par la force d'entrainement F d'un volume de sol ayant la
forme approximative d'un cône inversé incline situe au-dessus du
système d'ancrage (zone hachuree).
Le dispositif peut eventuellement etre retire du sol. A cet effet, il
sera par exemple muni d'au moins un câble d'extraction ou de tout
autre moyen d'extraction connu, fixe en au moins un point 13 sur
l'element articule 9 et qui permet eventuellement d'extraire du sol
l'element d'ancrage grâce à une traction verticale ou en arrière
exercee de la surface.
Un mode particulièrement avantageux de realisation du dispositif
d'ancrage selon l'invention est illustre par les figures 8 et 9. Sa
forme plus compacte, son extremite d'attaque du sol 2 symetrique par
rapport au plan d'enfoncement et son~corps principal 6 taille dans un
profile IPN ou HPN sur lequel repose une plus grande enclume 7
permettent au dispositif d'ancrage, en raison d'un maitre-couple plus
petit, un bon enfouissement dans les sols durs aussi bien que dans les
roches tendres et une bonne position de blocage.
Les types d'ancres selon l'invention, peuvent etre disposes en serie
ou en parallèle tout en etant relies entre eux par des lignes
d'ancrage~ Ce dispositif augmente alors la force d'ancrage.
. ,.
Des essais en laboratoire ont éte realises avec un dispositif
. .
S~31~
d'ancrage pesant 2,8 kg. L'ancre a ete enfouie par battage dans du
sable sature d'eau à 1,35 mètre de profondeur. Les caracteristiques de
l'ancre etaient les suivantes :
5 - longueur totale de l'ancre : 330 mm
- largeur totale de l'ancre : 160 mm
- longueur de l'element articule L :100 mm
- largeur de l'element articule 1 :160 mm
- angle du coude de l'element articule : 125
10 - debattement angulaire : 55
- dimension transversale du teton d :20 mm
- longueur du teton h : 50 mm
- distance entre l'axe de traction et l'axe de pivotement : 95 mm
- distance entre l'axe de traction et l'extremite d'attaque : 135 mm
Dans ces conditions, on a exerce une traction horizontale de 3 tonnes
et une traction verticale de 1,5 tonnes sans que l'ancre ne ressorte
du sol.
'
Le dispositif selon l'invention convient pour des travaux en mer et
fournit une tenue d'ancrage très elevee pour des supports flottants ou
semi-flottants quel que soit le sol rencontre. Il peut maintenir la
structure rigoureusement en position et assurer aussi la longevite de
l'ancrage.
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