Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
La présente invention est relative à un système
d~enfoncement d~ancrage dans un sol. En cette fin de 20ème
siècle, on constate une grande évolution dans les conditions
d'exécution des chantiers de travaux publics mettant en
oeuvre des opérations d'ancrage et de pose de poteaux.
Les évolutions techniques se font en particulier
dans les directions suivantes : zones climatiques diffici-
les (haute température ou grand froid) ; zones géologiques
particulières (sables, marécages, terrains gelés) ; zones de
reliefs escarpés ou difficiles d~accès.
Par ailleurs, les coûts de la main d'oeuvre, des
équipements et des matériels utilisés deviennent prépondé-
rant dans l'obtention et la bonne fin des marchés d'infra-
structures. Les systèmes utilisés jusqu'à présent tels que
le forage de fondation ou battage de pieux sont dans de
nombreux cas difficiles et lourds à mettre en oeuvre et en
tout cas chers en main d'oeuvre et en durée des opérations.
Par contre, le système proposé et ses variantes
répondent à ces contraintes. Il permet de réaliser des
ancrages à cadence élevée dans des natures de sol très
2 ~
varises, dans des conditions climatiques extrêmes et dans
des situations géographiques difficiles. Il ne nécessite
que des équipements légers et une logistique très réduite.
La présente invention propose notamment un système
d'enfoncement d'ancrage par pyrotechnie. Le concept du pyro
ancrage consiste à enfoncer dans le sol un ancrage en
particulier métallique sur lequel on "fixe" une superstruc-
ture en utilisant l'énergie délivrée par une composition
pyrotechnique, par exemple de type propergol de sécurité à
fort dégagement gazeux. La pression générée transmet
l'essentiel de cette énergie à l'élément d'ancrage.
L'originalité de la conception du système dren-
foncement du pyro ancreur, objet du présent brevet, ressor-
tira de sa description, de la justification des techniques
utilisées et de son diagramme de fonctionnement. Une des
particularités importantes du système proposé par l'inven-
tion est d'utiliser, comme masse de recul pour assurer
l'équilibrage des quantités de mouvement, un protecteur
acoustique de détente de gaz absorbant, notamment par
gravité, l'énergie de recul.
La présente invention a donc pour objet un système
d'enfoncement d'ancrage dans un sol par détente de gaz
comportant, sur un support destiné à être maintenu fixe par
rapport audit sol, un système de mise à feu et de combustion
d'une composition pyrotechnique ainsi que de lancement
d'ancrage, et comportant aussi un protecteur acoustique de
détente de gaz, caractérisé en ce que le protecteur acous-
tique de détente de gaz est monté à coulissement sur une
rampe de recul réalisant ainsi un équilibrage de la quantité
de mouvements transmise à l'ancrage.
Avantageusement, le support est un véhicule por-
teur associé à des moyens de déplacement ds la rampe de
recul et du protecteur acoustique monté sur ladite rampe,
d'une position de transport sur ledit vehicule à une posi-
tion de travail. Les moyens de deploiement peuvent compor-
3 ~2~
ter un bras télescopique monté sur le véhicule et par
rapport auquel la rampe de recul peut basculer d'une posi-
tion de transport à une position de travail sous l'action
d~un vérin associé audit bras.
S Le protecteur accoustique est préférentiellement
un tube ouvert à une de ses extrémités destinée à être en
regard du sol en position de travail et qui est muni en son
intérieur vers son autre extrémité, du susdit système de
mise à feu, de combustion et de lancement. Ledit tube peut
10 être prolongé au-delà de son extrémité destinée à etre en
regard du sol en position de travail, par une jupe souple.
Ledit tube peut aussi comprendre deux demi-coquilles arti-
culées par rapport à une partie principale de façon à
permettre l'ouverture du tube en vue du chargement dudit
15 système. r
Avantageusement encore, le système de mise à feu,
de combustion et de lancement, comporte un piston destiné à
rester solidaire de l'ancrage en cours d'enfoncement, une
tete d'ancrage définissant avec ledit piston une chambre de
20 combustion, un boitier générateur de gaz disposé dans ladite
chambre de combustion et contenant ladite composition pyro-
technique, un verrouilleur d'ancrage solidaire du protecteur
acoustique. Le verrouilleur d'ancrage peut comprendre deux
machoîres mobiles destinées à assurer le blocage de la tête
25 d'ancrage. he boîtier générateur de gaz peut être en un
matériau thermoplastique ou composite et sa structure peut
être fragilisée pour s'ouvrir à basse pression hors de son
logement d'utilisation. La composition pyrotechnique peut
être un propergol utilisable entre - 40C et + 70C.
Les ancrages peuvent comporter en particulier un
limiteur de pénétration et des ailettes de pénétration dans
le sol.
La description qui va suivre est purement illus-
trative et non limitative. Elle doit être lue en regard des
dessins annexés. Sur ces dessins :
4 2Q~ ~7g~
La Figure 1 est une vue de côté d'un système
d'enfoncement d'ancrage conforme à l'invention ;
la Figure 2 est une vue de côté d'un détail du
système de la Figure 1 ;
La Figure 3 est une vue en coupe du système de
mise à feu, de combustion et de lancement du système
d'enfoncement de la Figure 1 ;
La Figure 4 est une vue en perspective d'un détail
du système de la Figure 1 ;
Les Figures 5 et 6 sont des coupes du boîtier gé-
nérateur de gaz du système de la Figure 1 ;
Les Figures 7 à 8 sont des représentations d'une
variante de réalisation de l'invention.
Les Figures 9 à 13 sont des représentations d'an-
crage du système conforme à l'invention.
Le système pyro ancreur est constitué préféren-
tiellement d'un véhicule pyro ancreur, d'un camion ravi-
tailleur transportant les ancrages, ce camion étant équipé
ou non d'un bras de manutention, de~ ancrages et des géné-
rateurs de gaz, éventuellement d'un engin manipulateurfaisant la navette entre le véhicule pyro ancreur et le
camion ravitailleur.
Le véhicule pyro ancreur est constitué par (Figure
1) une rampe de recul 1 et son système hydraulique de posi-
tionnement 2, un verrouilleur d'ancrage hydraulique 3 et lesystème de mise à feu 4, un protecteur acoustique de déten-
te des gaz 5, l'ensemble étant monté sur un véhicule por-
: teur 43 adapté au type de chantier. Sans sortir du cadre del'invention, la rampe de recul peut être remplacée par une,
gouttière ou un tube de recul ; le tube de recul fait alorsoffice de protecteur acoustique de détente des gaz. Le
véhicule porteur 43 (Figure 6) peut ëtre un engin tout
terrain équipé d'un bras télescopique 32 déplaçable dans le
plan vertical. Ceci permet d'enfoncer des ancrages dans des
emplacements situés en contrebas ou en élévation par rapport
2~27~
à la position du véhicule porteur.
Dans le cas d'enfoncement de petits ancrages, ne
nécessitant pas de longeur de rampe de recul importante, on
placera, selon l'invention, celle-ci préférentiellement
verticalement par exemple à l'avant ou à l'arrière du
véhicule porteur. Dans le cas d'enfoncement d'ancrages plus
importants, on devra généralement faire appel à une rampe de
recul plus longue. Pour satisfaire aux gabarits routiers,
lors des transports, on placera, cette rampe préférentielle-
ment horizontalement. Le déploiement en position verticalese fera à l'aide de bras mobiles animés par des vérins
préférentiellement hydrauliques.
Les Figures 1 et 2 présentent des moyens et un
mode préférentiels de déploiement de la rampe de recul sur
le véhicule pyro ancreur 43 de principe. La rampe de recul 1
et son système ancreur sont posés sur un berceau 7 et liés à
lui par un axe de rotation 8. L'ensemble berceau 7 et rampe
de recul 1 est déplacé horizontalement le long de deux
rails 6 fixés au véhicule porteur à l'aide de vérin de
positionnement de la rampe 27 tel que l'axe de rotation 8
soit correctement positionné par rapport au point souhaité
d'enfoncement de l'ancrage. La rampe de recul 1 est re-
dressée par déploiement du vérin de redressement 28 qui est
fixé sur le berceau 7. Les deux patins 29 permettent
l'appui au sol de la rampe de recul. Ils sont déployés par
deux vérins 30. L'articulation 31 de chaque patin 29 avec
son bras de vérin 30 est selon l'invention de type de rotule
à mouvement limité pour permettre une bonne adaptation aux
irrégularités du sol sans gêner le passage de l'ancrage lors
de son enfoncement. Le réglage de la directivité de l'enfon-
cement, donc de la rampe de recul, est assuré en devers
d'une part par les patins hydrauliques équipant le véhicule
porteur puis les patins 29 de la rampe de recul et de leurs
vérins 30 ; en site elle est assurée par le vérin de
redressement 28.
2~ ?.~
Sans sortir du cadre de l'invention, on pourra
utiliser d'autres moyens et modes de déploiement tel que
bras articulés montés sur v~rin ou bras de grue.
Dans le cas préférentiel d'un véhicule porteur
tout terrain équipé d'un bras télescopique déplaçable dans
un plan vertical, les Figures 7, 8 présentent un moyen et
des modes préférentiels de déploiement de la rampe de recul.
La rampe de recul 33 et son système ancreur sont liés au
bras télescopique 32 par une "tête de télescope" 34 équipée
d'un vérin 35 qui permet de faire basculer la rampe de recul
33 de la position horizontale de transport sur route à la
position verticale d'emploi. Un vérin 36 situé entre le
châssis du véhicule porteur et le bras télescopique 32
permet de déplacer celui-ci dans un plan vertical. Les deux
patins 37 et leurs vérins de déploiement 38 permettent
d'améliorer la stabilité au sol du véhicule porteur et de
compenser son devers dus aux inégalités de terrain.
Comme le présente la Figure 3, pour faciliter les
opérations de chargement d'ancrage équipé 9 dans le système
de lancement, on a choisi, un tube de lancement de l'ancrage
en deux parties : tête d'ancrage 12 et un verrouilleur d'an-
crage 3. La tête d'ancrage 12 assure le guide de l'ancrage
et la tenue à la pression. Le verrouilleur d'ancrage 3
assure la préhension rapide et précise de l'ancrage équipé
9, son blocage, la précision de l'axe de lancement et le
réglage de la hauteur de la garde au sol avant tir de
l'ancrage equipé. On pourra faciliter l'introduction de la
tete d'ancrage 12 dans le verrouilleur d'ancrage 3 en
plaçant sous le verrouilleur d'ancrage un guide de position-
nement et sur la tête d'ancrage 12 un rebord qui viendraglisser sur le guide de positionnement au moment de l'in-
troduction de l'ancrage. Le verrouilleur d'ancrage 3 dans
lequel se loge l'ancrage équipé est constitué de deux
machoîres 9. Celles-ci sont aisément interchangeables pour
accepter des têtes d'ancrage de diamètres variables selon
2~-~ 27~
les ancrages à effectuer avec le même véhicule pyro ancreur.
Elles sont actionnées par des vérins hydrauliques 20. On
pourra ainsi utiliser un seul vérin agissant sur les deux
machoîres. Le verrouilleur d'ancrage 3 est déplacé le long
de la rampe de recul l par un vérin hydraulique 21. L'an-
crage 10 est équipé d'un piston réutilisable ll et d'une
tête d'ancrage réutilisable 12. La chambre de combustion 13
ainsi formée contient le genérateur de gaz 14 qui pour des
raisons de sécurité est placé dans cette chambre préféren-
tiellement au moment du chargement de l'ancrage équipe dansle pyro ancreur. La fermeture de la chambre 13 est assurée
par un verrou 15 à fermeture rapide.
L'étanchéité de la chambre 13 et la précision du
guidage initial de l'ancrage 9 équipé de son piston 11 sont
assurées par la précision de l'usinage de la tête d'ancrage
12 et du piston 11 qui sont réutilisables. Pour des raisons
économiques, le "diamètre" extérieur de l'ancrage consom-
mable est brut de fabrication. La longueur de guidage du
piston 11 assure le non coincement de l'ancrage équipé au
cours du mouvement, ce que n'assurerait pas une simple
plaque d'appui avec ou sans joint. Le piston ll est inté-
rieur à la tête d'ancrage pour faciliter le préhension
automatique et précise de celle-ci dans le verrouilleur
d'ancrage. L'ensemble ancrage, piston et tate d'ancrage est
assemblé par simple goupillage.
Comme le présente les Figures 5 et 6, le généra-
teur de gaz 14 comprend un boîtier 16 étanche préférentiel-
lement en matériaux composites ou thermoplastiques compor-
tant ou non des évents obturateurs. La structure du généra-
teur de gaz peut atre aussi métallique, en carton, en maté-
riau composite ou fabriqué à l'aide d'une combinaison de
ces matériaux. Les matériaux plastiques ont été choisis afin
qu'en cas d'incendie, le matériau de structure soit fragi-
lisé à une température inférieure à la température d'auto-
inflammation des produits pyrotechniques. La structure reste
2~ 2 ~
intacte lors du fonctionnement du générateur de gaz, maiselle peut aussi soit brûler, soit éclater lors du fonction-
nement. La solution préférentielle limite les résidus de
combustion et de fonctionnement et permet d'utiliser des
poudres à haute pression de combustion sans générer ces
hautes pressions dans la chambre de poussée. Ces hautes
pressions créent de trop fortes accélérations sur les
ancrages et des contraintes dimensionnelles sur les parois
de la chambre de poussée. Afin d'assurer la tenue mécanique
de la structure pendant le fonctionnement, on choisira de
mettre en appui une partie d'entre elle sur les parois du
logement du générateur. En effet, on a choisi pour des rai-
sons de sécurité au transport et en stockage, de permettre
une ouverture basse pression du générateur de gaz en cas de
mise à feu inopinée de celui-ci.
Le col de la chambre de combustion est préféren-
tiellement lié à la structure du générateur de gaz, mais il
peut aussi être lié à la structure du logement du généra-
teur de gaz sous forme d'un élément interchangeable après
une grande série de lancements. Le col de la chambre est
constitué indifféremment de un ou plusieurs orifices. Ceux-
ci sont cylindriques ou convergents afin de limiter la
vitesse des gaz pré~udiciables au rendement du système
g~nérateur de gaz ; mais sans sortir du cadre de l~inven-
tion, on peut utiliser un orifice comportant dans sonépaisseur une partie divergente. En particulier, pour
permettre le conditionnement de toutes les formes d'éléments
de propergol avant et pendant la combustion, on utilisera
un générateur à multiples petits orifices. L'obturation de
ces multiples orifices est effectuée préférentiellement par
une sous-épaisseur de la matière au droit de ces orifices.
Sans sortir de l'invention, on peut utiliser d'autres
systèmes tels que, double paroi intérieure fine, adhésif
aluminisé... Ce boîtier contient le propergol 17 "tout
temps~ pour des raisons de sécurité et de régularité de
2~7~
performances entre - 40C et + 70C. Sans sortir du cadre de
l'invention, on pourra utiliser d'autres types de composi-
tions pyrotechniques.
L'allumage est assuré par un composant pyrotech-
nique 18 initié par un rayonnement laser ou par un compo-
sant pyrotechnique initié par percussion. On pourra utili-
ser aussi des inflammateurs électriques insensibles aux
rayonnements électriques ou électromagnétiques et aux
charges électrostatiques. L'utilisation d'un composant
pyrotechnique initié par rayonnement type laser permet de
s'affranchir des problèmes d'étanchéité et de précision de
positionnement entre la gargousse et le système d'initia-
tion. De plus, on accroît la sécurité aux chocs et aux
environnements divers. Le système d'initiation comprend une
interruption de chaîne d'initiation dit aussi dispositif de
sécurité d'initiation. Ce système intégrera, en interdic-
tion de fonctionnement, les différentes données de sécurité
telles que la verticalité fournie par des capteurs de
verticalité, la fermeture de verrouilleur d'ancrage et la
fermeture de protecteur acoustique.
Comme le présente la Figure 4, on a choisi de
limiter les effets acoustiques et gazeux de la détente des
gaz du générateur de gaz en utilisant un protecteur acous-
tique 5 dans lequel on surdétend les gaz.
Pour faciliter les manipulations de chargements
des ancrages équipés 9, vérifier visuellement la conformité
de ce chargement, et limiter la hauteur de la rampe de
recul, on a choisi un protecteur acoustique à ouverture, par
exemple en demi-coquilles 22 dont les masses sont équili-
brées de chaque côté du système ancreur. Ces deux demi-
coquilles 22 sont refermées à l'aide de vérins 23 après le
chargement de l'ancrage équipé 9 dans le verrouilleur
d'ancrage 3. On peut aussi utiliser un protecteur acoustique
en matériaux souples qui se relève lors du chargement ; un
protecteur acoustique gigogne en éléments rigides qui
2(~ ~7~g
s'emboîtent lors du chargement, un protecteur acoustique
rigide en un seul élément qui se dégage par élévation le
long de la rampe de recul et ce indépendamment du verrouil-
leur d~ancrage. Le protecteur acoustique est équipé à sa
base d~une jupe souple 24 qui assure une certaine étan-
chéité au niveau du sol en d~pit des irrégularit~s de
terrain.
L'équilibrage de la quantité de mouvement trans-
mise à l'ancrage et à son piston est assuré par la remon-
tée, le long de la rampe de recul, du verrouilleur d'an-
crage, de la tête d'ancrage et du protecteur acoustique,
ensemble que l~on appellera masse de recul.
Soient e l'énergie transmise à l'ancrage et à son
piston, m la masse de l'ancrage et de son piston, M la masse
de recul, h la hauteur de recul, et g la gravité.
La loi d'égalité des quantités de mouvement et les
relations entre les énergies cinétiques et potentielles nous
permettent d'écrire : e m
h =
g M2
Lorsque la masse de recul a atteint une hauteur h
correspondant à sa vitesse nulle, elle est bloquée dès
l~amorce de sa redescente par un système à crémaillère 25 et
à cliquet 26 (voir Figure 1). Ce procédé simple et fiable
limite les efforts de liaisons entre la masse de recul et la
rampe de recul.
L'asservissement de la descente de la masse de
recul est, selon l'invention, assuré par le vérin de la
rampe 21 qui dégage le cliquet 26 de la crémaillère 25.
Cependant, on pourra bloquer ou amortir la re-
descente de la masse de recul à l'aide d'un autre procédé
tel qu'amortisseur pneumatique ou hydraulique.
Le diagramme opérationnel et de fonctionnement
est décrit ci-après.
Mise en position opérationnelle : acheminement des véhicules
2 ~ 7 ~ ~
11
sur les lieux d'ancrages (le véhicule pyro ancreur est capa-
ble de proc~der à un ancrage à environ 4 à 5 mètres du
véhicule selon ses équipements) ; basculement de la rampe de
recul et du système ancreur, de la position horizontale de
transport à la position verticale de travail ; ouverture
simultanée des deux machoîres du verrouilleur d'ancrage et
des demi-coquilles du protecteur acoustique.
Opérations de charqement : choix de l'ancrage correspondant
au terrain ; mise en place du générateur de gaz et fermeture
du verrou de sécurité sur la tête d'ancrage ; chargement de
l'ancrage ; fermeture du verrouilleur d'ancrage ; fermeture
du protecteur acoustique et d'environnement.
Opérations de mise à Poste : la rampe de recul et le système
ancreur se mettent à poste ; réglage de la verticalité du
système ; descente du système ancreur jusqu'à contact du
protecteur acoustique avec le sol.
Lancement de l'ancraqe équipé Mise à feu : levée de la
sécurité de mise à feu ; armement du système de mise à feu ;
libération de l'énergie de mise à feu ~rayonnement ou
percussion) ; initiation de l~allumeur de sécurité ;
combustion du propergol entraînant une montée en pression
dans le générateur, puis rupture totale ou partielle de la
structure du générateur et expansion des gaz dans la tête
d'ancrage ; l'énergie libérée est transmise a) à l'ancrage
par l'intermédiaire du piston , b) à la tête d'ancrage et au
système qui remonte le long de la rampe de recul.
Mouvement de l'ancraqe : l'ancrage se déplace à grande
vitesse ; en fin de sa course dans la tête d'ancrage, l'an-
crage a atteint sa vitesse maximale et pénètre dans le
sol ; son énergie cinétique est absorbée par la perforation
du sol ; la hauteur de pénétration est obtenue par l'utili-
sation du générateur de différents chargements qui sont
fonction de la nature du sol et du type d'ancrage ; si l'on
souhaite avoir une hauteur de pénétration précise ou
limiter le nombre de types de générateur de gaz, on utili-
2~. 2 ~
12
sera des limiteurs de pénétration (plaques ou segments
d'arrêt) qui sont placés sur l'extérieur des tubes.
Mouvement de la masse de recul : l'énergie cinétique du
système ancreur (tête d'ancrage et protecteur acoustique) a
été absorbée par sa remontée le long de la rampe de recul ;
en fin de course, le système ancreur est bloqué en "posi-
tion haute" par le système de verrouillage à crémaillère et
à cliquets ; en position haute, le protecteur acoustique a
liberé la partie non enterrée de l'ancrage et le piston qui
est réutilisé ; le véhicule pyro ancreur se déplace et on
procède à la récupération de la tête d'ancrage ; on est
alors prêt pour un nouveau cycle chargement-ancrage.
Sans sortir du cadre de l'invention, on pourra
utiliser des variantes de cette mise en oeuvre opération-
nelle du pyro ancreur.
Les ancrages doivent se faire dans des sols detypes très variés tels que sable, marécage, argile, cal-
caire... Ces ancrages, préférentiellement métalliques,
seront de formes et de dimensions variées en fonction de la
nature du sol et des efforts appliqués sur l'ancrage
enfoncé, voir Figures 9 à 14.
Ces ancrages-9 pourront comporter des ailettes laté-
rales 41 qui améliorent la tenue dans le sol en particulier
aux efforts de basculemlent.
25Ils pourront aussi aussi être équipés de limiteurs
de pénétration 42 sous forme deplaques circulaires ou polygo-
nales ou d'éléments rapportés soudés ou repliés.
Les profils en coupe des différents ancrages
seront adaptés à la nature du terrain ; ils pourront être
cylindriques, polygonaux, en "T", en croix, en "H", ...
Des éléments de fixations rapides des structures
sur ces ancrages pourront être intégrés ou aménagés ; Par
exemple tube ou cone d~emhoîtement , ergot de fixation,
boulons presoudés.
