EP0701026B1 - Procédé et dispositif de compactage - Google Patents

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EP0701026B1
EP0701026B1 EP95401988A EP95401988A EP0701026B1 EP 0701026 B1 EP0701026 B1 EP 0701026B1 EP 95401988 A EP95401988 A EP 95401988A EP 95401988 A EP95401988 A EP 95401988A EP 0701026 B1 EP0701026 B1 EP 0701026B1
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compacting
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helical
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axle
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil
    • E02D3/123—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil and compacting the soil

Definitions

  • the invention relates to the compaction of various materials, coherent or pulverulent, in particular those used for backfilling trenches and more generally cavities containing or not buried networks (air, gas, electricity, telephone, water, sanitation). Partners involved in this area currently and unanimously recognize that the new or recent networks are too weak over time, this defect being essentially due to insufficient rates of compaction.
  • the new European regulations provide for strict controls (compaction and (or) sealing) for the reception of networks: it is therefore imperative that companies can build good quality networks.
  • compacting machines are used which work on the surface of embankments, such as rammers, vibrating plates and rollers.
  • the object of the invention is to guarantee optimal compaction and of the same intensity on the entire depth of the embankment, both for powdery (granular) soils that coherent, or of intermediate type, by simple mechanical action and without addition of consolidation products, while allowing rapid backfilling by a single layer, the trench being completely filled with non-densified material over its entire width and thickness before starting the compaction phase.
  • the element helical is a flat propeller with a single turn developed over substantially 360 °, flattened, and the underside of which is smooth, the upper face being equipped with a device (described later in detail) allowing the collapse of the vaults which may form during compaction of cohesive soils, especially clay soils.
  • This propeller is fixed at the base of an axis that can rotate in both directions and it is subject to the combined action of three mechanical actions: vibrations at vertical component, threshing by a sheep, and weight of the set of mobile equipment.
  • the finger (10) causes the collapse of the vault (11) not yet compacted (loose hatching).
  • the debris thus formed (12) falls on the upper face of the propeller, pass through the propeller slot and are driven (13) by rotation under the propeller where they are compacted (14) by threshing and vibrating effect (dense hatching).
  • Scraping is particularly useful when the materials to be compacted are consistent, for example clay soils.
  • scraping devices can be envisaged. They can be automatically engaged when rotating in reverse of the propeller like the scraper finger described above or be controlled remotely for example by hydraulic transmission. In this case the operator chooses to activate or not scraping depending on the type of soil to be compacted.
  • Figure 3 depicts a device for compacting trenches of different widths.
  • the compacting device used here comprises a plurality of elementary compacting devices (compacting modules) identical to that illustrated in FIG. 1 and mounted on a common chassis.
  • modules compacting devices
  • other parts of the modules can be common to all the modules or to some only: drive motor, vibrating device, anvil, sheep for example. If necessary, the positions of the different modules can be adjusted in height and / or in width.
  • This device is shown diagrammatically by its chassis (1) and two pitch propellers (2) and (3) opposite to each other, rotating in opposite directions so as to neutralize the reaction effect on the soil to be compacted.
  • the chassis (1) and the two propellers (2 + 3) are oriented in the direction of the trench, in this case, which corresponds to a width weak: two successive stations, each comprising a descent phase and an ascent phase, are then spaced about 1 meter apart, if the diameter of each propeller is 35 cm and if their axes are 50 cm apart, so that ensure sufficient compaction, taking into account the edge effect caused by each propeller at a distance at least equal to a radius, beyond its periphery.
  • the compacting device is oriented at 45 ° (position (4)) relative to the axis of the trench. The distance between the two stations is then 75 cm.
  • the device is oriented perpendicular (position (5)) to the axis of the trench. The distance between two stations is then 50 cm.
  • the angle between the axis of the chassis and the axis of the trench is then a function increasing the width of the latter.

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Description

L'invention concerne le compactage de divers matériaux, cohérents ou pulvérulents, en particulier ceux utilisés pour le remblayage des tranchées et plus généralement des cavités contenant ou non des réseaux enterrés (air, gaz,électricité, téléphone, eau, assainissement).Tous les partenaires impliqués dans ce domaine reconnaissent actuellement et unanimement une trop faible tenue dans le temps des réseaux neufs ou récents, ce défaut étant essentiellement dû à des taux insuffisants de compactage.
Les nouvelles réglementations Européennes prévoient des contrôles sévères (compactage et (ou) étanchéité) pour la réception des réseaux : il est donc impératif que les entreprises puissent réaliser des réseaux de bonne qualité.
Dans l'état actuel de la technique on utilise des engins de compactage travaillant à la surface des remblais, tels que pilonneuses, plaques vibrantes et rouleaux . Les contrôles officiels ont démontré que l'efficacité de ces appareils diminuait très rapidement avec l'épaisseur des couches: pour obtenir des densifications satisfaisantes, il faudrait réaliser des épaisseurs d'environ 20 cm, ce qui, dans les conditions du marché, est d'un coût rédhibitoire et oblige le personnel à travailler au fond des tranchées. Dans la pratique courante ces sujétions ne sont pas respectées, les taux de compactage sont trop faibles, les chantiers refusés doivent être refaits : extraction du remblai, relevage du réseau, d'où des surcoûts importants à la charge des Entreprises.
Etat de la technique:
On connait actuellement d'autres procédés de compactage qui sont mis en oeuvre non pas en surface du remblai mais à l'intérieur . La plupart de ces dispositifs utilisent des tarières, notamment celui décrit dans le document US-A-3282 055 : il s'agit d'une tarière susceptible de provoquer le compactage de sols granulaires (pulvérulents) grâce à des vibrations propagées dans le matériau à compacter.
Toutefois cet appareil présente plusieurs inconvénients: celui d'être inadapté aux sols cohérents, de laisser un trou lors de son retrait, de perforer le sol par la pointe située à sa base, de présenter une grande inertie aux vibrations par la masse importante de matériau emprisonné entre toutes les spires.
D'autres dispositifs, comme ceux décrits dans les documents EP-A-161 974, EP-A-96 671, WO/SE 9200526, mettent en oeuvre des appareils à ailettes, non vibrants, mais permettant de diffuser dans le remblai des produits de consolidation des sols, du type liants hydrauliques, homogénéisés dans le terrain par malaxage: l'inconvénient principal est le coût élevé de ces produits .
Exposé du problème technique et de sa solution:
L'invention a pour but de garantir un compactage optimal et de même intensité sur toute la profondeur du remblai, aussi bien pour les sols pulvérulents (granulaires) que cohérents , ou de type intermédiaire, par simple action mécanique et sans ajout de produits de consolidation, tout en permettant un remblayage rapide en une seule couche, la tranchée étant entièrement remplie en matériau non densifié sur toute sa largeur et son épaisseur avant de commencer la phase de compactage.
Ce problème est résolu par le dispositif suivant la revendication 1 et la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 8.
Conformément à un mode avantageux de réalisation de l'invention, l'élément hélicoïdal est une hélice plate à une seule spire développée sur sensiblement 360°, aplatie, et dont la face inférieure est lisse, la face supérieure étant équipée d'un dispositif (décrit plus loin en détail) permettant l'effondrement des voûtes qui peuvent se former lors du compactage des sols cohérents, argileux notamment . Cette hélice est fixée à la base d'un axe pouvant tourner dans les deux sens et elle est soumise à l'action combinée de trois actions mécaniques: vibrations à composante verticale, battage par un mouton, et poids de l'ensemble de l'équipement mobile.
Un mode d'utilisation avantageux de l'invention comprend deux phases :
  • première phase :
    l'hélice tourne dans le sens direct et s'enfonce dans toute l'épaisseur du remblai sous l'action de son poids auquel s'ajoute celui de tout l'équipement mobile s'appuyant sur la face supérieure de l'hélice. Pendant cette phase, le battage et le vibrage sont débrayés .
  • deuxième phase :
    lorsque l'hélice atteint le fond de la tranchée, le sens de rotation est inversé, le battage et le vibrage sont mis en action pendant toute cette phase de remontée . L'hélice et l'équipement de rotation-battage-vibrage sont maintenus verticalement par un châssis muni de guides car ce dispositif ne peut pas être utilisé manuellement, mais adapté sur un porteur (véhicule tout-terrain, pelle, etc..)
L'invention apporte plusieurs avantages :
  • possibilité de remplir la tranchée (ou la cavité en général) en une seule fois, d'où un gain de temps appréciable au départ par rapport à l'obligation de procéder par couches minces successives.
  • possibilité de travailler à la surface de l'ouvrage sans avoir à descendre dans le fond, ce qui est incommode, dangereux et difficilement accepté par le personnel.
  • garantie d'obtenir un compactage intense et uniforme, puisque l'équipement mobile ne peut remonter que si son poids est compatible avec un taux de compactage suffisant réalisé sous la face inférieure de l'hélice où le matériau doit atteindre une portance maximum (mesurée en indice CBR ou en indice Proctor).
  • possibilité de remettre en conformité des chantiers refusés lors des contrôles de réception pour compactage insuffisant:
    en effet, avec les appareils traditionnels, la réhabilitation de chantiers défectueux ne peut être réalisée qu'en extrayant tout le remblai, voire la canalisation, avec traitement ou purge du matériau inadapté, ou son remplacement par des matériaux plus nobles, parfois appelés "autocompactables", tels que la grave roulée humidifiée, le tout venant calibré, la grave-ciment, etc... Ces travaux représentent une perte de temps et d'argent considérable. Avec un dispositif suivant l'invention il devient possible de réhabiliter le remblai dans toute son épaisseur et sans avoir à décaisser ni relever la canalisation.
  • possibilité d'utiliser au maximum le terrain d'origine extrait de la tranchée, le mode de compactage s'adaptant à tous les types de sols grâce à l'action combinée du battage-vibrage, à condition toutefois que le sol en place ne contienne pas d'éléments de trop forte granulométrie (en pratique la granulométrie ne doit pas dépasser 50 mm, pour ne pas gêner la rotation de l'hélice ).
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de trois figures montrant un exemple de dispositif suivant l'invention et son application au compactage de tranchées de différentes largeurs.
  • La figure 1 représente la coupe verticale d'une unité élémentaire de compactage ou " module de compactage" selon un mode particulier de réalisation de l'invention;
  • La figure 2 représente en détail une hélice vue par sa face supérieure et de profil, utilisable dans un mode particulier de réalisation de l'invention;
  • La figure 3 décrit une utilisation du dispositif de compactage selon un mode particulier de réalisation de l'invention pour le compactage de tranchées de différentes largeurs.
    • Le dispositif illustré en Fig. 1 comprend:
    • un châssis vertical pour le guidage (1)
    • un support horizontal sur lequel est fixé tout l'équipement mobile (2)
    • deux guides latéraux et un guide central (3)
    • une hélice plate monospire à un tour complet, avec un rapport pas/diamètre inférieur ou égal à 20% (4)
    • un axe vertical (5) solidaire de l'hélice et tournant dans un tube (6)
    • un moteur hydraulique (7) reposant sur un dispositif amortisseur de vibrations (8) fixé sur le support (9) solidaire du tube (6) . Ce moteur est équipé d'un axe cannelé (10) venant s'engager dans l'extrêmité supérieure de l'axe (5) solidaire de l'hélice (4). L'axe (5) peut tourner librement dans le tube (6) qui s'appuie sur la face supérieure de l'hélice (4) et transmet à cette dernière les vibrations générées par l'élément de vibrage (7) et les chocs de l'élément de battage(12);
    • un vibrateur hydraulique (11), situé au dessus du moteur (7) mais dont les vibrations sont transmises au support (9) et au tube (6);
    • un mouton (12) assurant le battage en frappant sur l'enclume (13) dont le choc est transmis au support (9) et au tube (6). La fréquence de battage, ainsi que celle de la vibration, est réglable. Le mouton est périodiquement soulevé par un treuil hydraulique (15), la chute du mouton est guidée autour du câble (16) qui permet de soulever l'ensemble de l'équipement mobile grâce à un treuil (17). Le mouton (12) est relié au treuil (15) par un câble (14);
    • un dispositif (18) situé au dessus du châssis et permettant sa fixation et sa rotation autour de l'engin porteur .
    La Figure 2 montre un détail important du dispositif permettant de casser les voûtes qui se forment au dessus de l'hélice dans les sols cohérents, notamment dans ceux très chargés en argile :
    • hélice vue par en dessus pendant la phase de rotation directe (1), équipée d'un "doigt râcleur" (2) incurvé vers le haut en son extrémité (6) et maintenu plaqué sur l'hélice par rotation autour de son axe (3);
    • hélice vue de profil (5), la flèche (6) indique l'endroit où s'engagent les matériaux, sous la pointe du doigt racleur, dès que le sens de rotation de l'hélice est inversé:
    • hélice vue par en dessus (7) après un tour de rotation en sens indirect : le doigt (8) a pivoté autour de son axe et vient déborder le périmètre de l'hélice.
    • hélice pendant la phase de remontée (9) vue de profil.
    L'orientation de l'axe du doigt râcleur et sa longueur sont calculés de façon à ce que l'extrêmité (4) de ce dernier se situe au dessus et à l'extérieur du cylindre décrit par l'hélice, de façon à casser la voûte (11).
    Le doigt (10) provoque l'effondrement de la voûte (11) non encore compactée (hachures lâches). Les débris ainsi formés (12) tombent sur la face supérieure de l'hélice, passent à travers la fente de l'hélice et sont entrainés (13) par effet de rotation sous l'hélice où ils sont compactés (14) par effet de battage et vibrage (hachures denses).
    Le raclage est particulièrement utile lorsque les matériaux à compacter sont cohérents, par exemples des sols argileux.
    Bien entendu d'autres types de dispositifs de raclage peuvent être envisagés. Ils peuvent être automatiquement embrayés lors de la mise en rotation en sens inverse de l'hélice comme le doigt racleur décrit ci-dessus ou être commandés à distance par exemple par transmission hydraulique. Dans ce cas l'opérateur choisit d'activer ou non le raclage en fonction du type de sol à compacter.
    La figure 3 décrit un dispositif de compactage des tranchées de différentes largeurs.
    Le dipositif de compactage utilisé ici comporte une pluralité de dispostifs de compactage élémentaires (modules de compactage) identiques à celui illustré en Fig. 1 et montés sur un chassis commun. Bien entendu, d'autres parties des modules peuvent être communes à tous les modules ou à certains seulement: moteur d'entraínement, dispositif de vibrage, enclume, mouton par exemple.
    Le cas échéant, les positions des différents modules peuvent être réglées en hauteur et/ou en largeur.
    Si l'on prend à titre d'exemple les types de tranchées suivantes:
    • tranchées étroites, de 30 à 40 cm
    • tranchées de largeur moyenne, de 60 à 70 cm
    • tranchées larges, de 100 à 120 cm .
    Ce dispositif est schématisé par son châssis (1) et deux hélices (2) et (3) de pas inverses l'un par rapport à l'autre, tournant en sens opposé de façon à neutraliser l'effet de réaction sur le sol à compacter. Le châssis (1) et les deux hélices (2+3) sont orientés dans le sens de la tranchée, dans ce cas, qui correspond à une largeur faible : deux stations successives, comprenant chacune une phase de descente et une phase de remontée, sont alors espacées d'environ 1 mètre, si le diamètre de chaque hélice est de 35 cm et si leurs axes sont distants de 50 cm, de façon à assurer un compactage suffisant, compte tenu de l'effet de bord provoqué par chaque hélice à une distance au moins égale à un rayon, au delà de sa périphérie.
    Si la largeur de la tranchée est moyenne, le dispositif de compactage est orienté à 45° (position (4)) par rapport à l'axe de la tranchée . La distance entre les deux stations est alors de 75 cm.
    Si la largeur de la tranchée est importante (de l'ordre de 1m), le dispositif est orienté perpendiculairement (position (5)) à l'axe de la tranchée. La distance entre deux stations est alors de 50 cm.
    L'angle entre l'axe du châssis et l'axe de la tranchée est alors ùne fonction croissante de la largeur de cette dernière.
    Dans tous les cas la rotation du dispositif, constitué par l'association de 2 modules de compactage, est assurée par deux vérins hydrauliques opposés, autour de l'engin porteur au niveau du système de suspension (18, Figure 1), les différentes positions étant verrouillées .

    Claims (11)

    1. Dispositif de compactage de matériaux, en particulier de matériaux de remblayage, comprenant:
      un élément hélicoïdal (4) pouvant être entraíné par un moteur (7) en sens direct et en sens inverse caractérisé en ce qu'il comprend en outre
      un dispositif de battage (12) pilonnant l'élément hélicoïdal lorsque celui-ci tourne en sens inverse et mis au repos lorsque celui-ci tourne en sens direct, le compactage du matériau étant réalisé progressivement depuis le fond du matériau vers sa surface lorsque l'élément hélicoïdal tourne en sens inverse.
    2. Dispositif de compactage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de vibrage (11) opérant simultanément avec le dispositif de battage, générant des vibrations suivant l'axe de l'élément hélicoïdal et un élément de transmision (6) transmettant ces vibrations audit élément hélicoïdal.
    3. Dispositif de compactage selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de raclage apte à effondrer les voûtes de matériau à compacter situées au dessus de l'élément hélicoïdal lorsque ce dernier tourne en sens inverse.
    4. Dispositif de compactage selon l'une des revendication précédentes caractérisé en ce que l'élément hélicoïdal est constitué d'une hélice plate (4) dont le rapport pas/ diamètre est inférieur à 20% et comportant sensiblement un seul tour complet.
    5. Dispositif de compactage selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le dispositif de raclage est un doigt situé sur la face supérieure de l'hélice plate, mobile autour d'un axe et relevé en son extrêmité, ce doigt étant automatiquement plaqué sur la face supérieure de l'hélice par la rotation de l'hélice en sens direct et relevé par la rotation en sens inverse.
    6. Dispositif de compactage selon la revendication 5 caractérisé en ce que
      l'élément de transmission est un tube (6) s'appuyant sur la face supérieure de l'hélice (4);
      le moteur (7) entraíne un axe cannelé (10) engagé dans une partie femelle située au sommet de l'axe (5) solidaire de l'hélice plate, l'axe cannelé (10) pouvant coulisser à l'intérieur de l'axe (5) et l'entrainant dans son mouvement de rotation;
      l'ensemble constitué du moteur (7), de l'élément de vibrage (11), du tube (6), de l'axe (5) et de l'hélice (4) peut glisser le long d'un châssis (1) grâce à une pluralité de guides (3);
      le moteur (7) est isolé des vibrations par l'intermédiaire d'un élément isolant (8);
      l'élément de battage est constitué d'un mouton (12) pilonnant une enclume (13) transmettant les chocs au tube (6) et à l'hélice (4).
    7. Ensemble de compactage comprenant une pluralité de dispositifs de compactage selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les éléments hélicoïdaux de deux modules voisins ont des pas hélicoïdaux inversés l'un par rapport à l'autre et tournent en sens opposés.
    8. Procédé de compactage de matériaux, en particulier de matériaux de remblayage, comprenant:
      une étape d'enfoncement d'au moins un élément hélicoïdal à l'intérieur du matériau à compacter en faisant tourner ledit élément en sens direct sans le pilonner;
      une inversion du sens de la rotation de l'élément hélicoïdal;
      caractérisé en ce qu'il comprend en outre
      une étape de pilonnage dudit élement hélicoïdal lorsque ce dernier tourne en sens inverse, le compactage du matériau étant réalisé progressivement depuis le fond du matériau vers sa surface lorsque l'élément hélicoïdal tourne en sens inverse.
    9. Procédé de compactage de matériau selon la revendication 8 caractérisé en ce que les voûtes de matériaux à compacter situées au dessus de l'élément hélicoïdal sont effondrées lors de la rotation en sens inverse dudit élément.
    10. Procédé de compactage de matériaux suivant la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce qu'une pluralité d'éléments hélicoïdaux sont utilisés, deux éléments hélicoïdaux voisins possédant des pas inversés l'un par rapport à l'autre et tournant en sens opposés et en ce que:
      dans un premier temps les éléments hélicoïdaux sont enfoncés dans le matériau à compacter en les faisant tourner dans leurs sens directs respectifs;
      les sens de rotation éléments hélicoïdaux sont inversés;
      les éléments hélicoïdaux sont ensuite pilonnés lorsqu'ils tournent dans leurs sens inverses respectifs.
    11. Procédé de compactage de tranchées comportant une phase de compactage du matériau de remblayage de la tranchée et /ou de son fond de fouille suivant le procédé de compactage de la revendication 10 et comportant en outre une phase préalable d'orientation du châssis supportant la pluralité des éléments hélicoïdaux par rapport à l'axe de la tranchée, l'angle entre l'axe du châssis et celui de la tranchée étant une fonction croissante de la largeur de cette dernière.
    EP95401988A 1994-09-02 1995-09-01 Procédé et dispositif de compactage Expired - Lifetime EP0701026B1 (fr)

    Applications Claiming Priority (2)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9410575 1994-09-02
    FR9410575A FR2724189B1 (fr) 1994-09-02 1994-09-02 Procede et dispositif de compactage

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0701026A1 EP0701026A1 (fr) 1996-03-13
    EP0701026B1 true EP0701026B1 (fr) 2000-05-03

    Family

    ID=9466669

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    EP (1) EP0701026B1 (fr)
    AT (1) ATE192522T1 (fr)
    DE (1) DE69516606T2 (fr)
    ES (1) ES2148456T3 (fr)
    FR (1) FR2724189B1 (fr)

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