Brevet FR2030055A1 — publié le 19701030

L'invention concerne un dispositif pour le battage et/ou l'arrachage de pieux. Pour plus de simplicité, on ne parlera ci-après que du battage de pieux, mais il faut noter qu'en adaptant de façon convenable le mode opératoire ou la position du disposi-5 tif, celui-ci peut Stre utilisé pour arracher des pieux. Divers moyens ont été utilisés jusqu'à présent pour le battage de pieux. La méthode classique consiste à soulever un poids au moyen d'un treuil et à le laisser retomber sur l'extrémité supérieure du pieu. Des marteaux à vapeur ont également été utilisés 10 pour administrer sur l'extrémité supérieure d'un pieu des coups successifs à une fréquence considérablement plus grande que celle obtenue avec la sonnette traditionnelle à treuil. Plus récemment, les possibilités de battage des pieux par vibration ont fait l'objet de quelques recherches. Selon cette méthode, le pieu 15 reçoit une vibration d'une fréquence élevée par rapport à celle utilisée jusqu'à présent pour battre des pieux et qui se situe dans une gamme de 25 à 150 périodes par seconde. On a constaté que lorsque le pieu est soumis à une vibration de cette fréquence, la cohésion et/ou la friction du sol en contact avec le pieu 20 est considérablement diminuée et que le pieu pénètre dans le terrain comme s'il traversait un milieu visqueux. Dans un appareil décrit dans le brevet britannique N° 1.057.248, le pieu s'enfonce sous le poids d'un dispositif, qui peut représenter plusieurs tonnes venant s'ajouter au poids propre du pieu. Avec ce disposi-25 tif, la vibration est produite par un bélier hydraulique à double effet de construction symétrique, le liquide sous pression venant en alternance agir sur des faces opposées du bélier. Suivant un aspect de l'invention, dans un procédé pour enfoncer un pieu à l'aide d'une force vibratoire appliquée dans le 30 sens longitudinal du pieu, la force présente une forme ondulante asymétrique, c'est-à-dire que la force augmente à des rythmes différents dans une direction et dans la direction opposée. On suppose qu'en utilisant des forces de vibration asymétriques, on peut aider à l'enfoncement du pieu dans la direction désirée» 35 Avec la disposition précédente, la force de vibration tendait à déplacer le pieu autant dans la direction opposée que dans la direction voulue, et le mouvement du pieu était largement dû au poids appliqué. Selon le présent procédé, la force de vibration est utilisée pour obtenir un battage effectif aussi bien qu'une 40 action vibratoire, et l'énergie est utilisée plus efficacement. 69 34739 t 2030055 * En d'autres ternies, la disposition précédente administrait une force qui présentait une variation sinusoïdale, tandis qu'avec l'invention il est possible d'administrer au pieu une série de coups plus ou moins violents dans une seule direction, les forces 5 dans la direction opposée étant plus faibles et de moindre importance. En pratique, on pourra constater que des formes d'ondes différentes des vibrations peuvent convenir à des conditions différentes. L'invention comprend également, suivant un second de ses as-10 pects, un appareil pour la mise en oeuvre du procédé. Suivant l'invention, un dispositif .vibreur pour enfoncer des pieux comprend une masse susceptible d'être reliée à un pieu et mobile le long de ce pieu et des moyens pour imprimer à la masse un mouvement alternatif dans le sens longitudinal du pieu pour administrer des 15 forces de vibration au pieu, les moyens étant prévus, réglables pour exercer sur le pieu des forces ayant une forme d'onde non-symétrique . Les moyens précités peuvent avoir différentes formes, par exemple être électriques ou pneumatiques, mais comprennent de pré-20 férence un ensemble cylindre et piston hydraulique à double effet, un des deux éléments mobiles du cylindre possédant des moyens de fixation à un pieu, et un système de soupapes pour envoyer le liquide sous pression dans les chambres de travail et l'en évacuer, le système de soupapes commandant la distribution du liquide de 25 telle sorte que l'accélération du mouvement du piston dans l'une des directions par rapport au cylindre soit ou puisse être réglée à une valeur plus grande que dans la direction opposée. La différence dans l'accélération peut être produite de différentes manières. Par exemple, le système de soupapes peut en-30 voyer le liquide, pour provoquer le mouvement du piston dans une direction, sur une surface de piston différente de la surface de piston qui reçoit le liquide pour le mouvement dans la direction opposée. D'autre part, le piston peut avoir des surfaces de superficie égale dirigées dans des directions opposées, et le sys-35 tème de soupapes peut envoyer des quantités différentes de liquide aux surfaces précitées. 0e résultat peut être obtenu en re-liant±±BH± les surfaces dirigées dans des sens opposés à des distributeurs travaillant à des pressions différentes tels que deux pompes différentes, mais ceci n'est pas indispensable, et le sys-40 tème de soupapes peut distribuer le liquide dans des proportions 69 34739 3 2030055 différentes à partir d'une alimentation commune. Dans un mode de réalisation préféré, une soupape asservie commande la répartition du liquide sous pression dans les chambres de travail du vérin et son évacuation, avec un mécanisme de manoeuvre et un système 5 dé contrôle en circuit fermé comprenant un transmetteur de position qui fournit un signal de grandeur mesurée représentant la position momentanée du vérin par rapport au cylindre, des moyens pour émettre un signal d'entrée ayant une forme d'onde asymétrique, des moyens pour comparer le signal de grandeur mesurée avec 10 le signal d'entrée et pour'délivrer un signal de commande en fonction de la déviation déterminée par la comparaison, et des moyens pour diriger le signal de commande sur le mécanisme de manoeuvre. L*invention peut être mise en oeuvre en pratique de diffé-15 rentes manières, et deux sonnettes à enfoncer les pieux par vibration vont maintenant être décrites à titre d'exemples et en . se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale longitudinale d'un premier type de sonnette. 20 La figure 2 est un plan de la sonnette représentée figure 1. La figure 3 est une coupe schématique de la soupape asservie logée dans la sonnette. La figure 4 est un schéma d'ensemble montrant le système de commande de la sonnette. 25 La figure 5 est une coupe longitudinale fortement simplifiée, semblable à la figure 1 mais représentant une seconde forme de sonnette. La sonnette représentée sur les figures 1 et 2 comprend un corps massif 1 qui guide une tige de piston massive 2. L'extré-30 mité inférieure de la tige de piston est constituée par un pied 3 ayant la forme d'un disque auquel le pieu à enfoncer est fixé par une couronne de boulons 4. Un cylindre 5 dont l'alésage est formé de parties de différents diamètres et dont la partie inférieure 6 constitue la véritable chambre du cylindre est monté 35 sur l'extrémité supérieure du corps 1 par des tirants 10. À son extrémité supérieure, la tige 2 possède une portion 7 dé.diamètre réduit à laquelle un fourreau 11 est fixé par une bague de retenue 8 et des boulons 9. La face extérieure du fourreau 11 présente un épaulement 12 et possède ainsi une première portion 40 13 de plus grand diamètre qui constitue le piston proprement dit 69 34739 4 2030055 et une portion 14 de moindre diamètre qui a le même diamètre que la partie de la tige 2 au-dessous du piston et qui est guidée dans la partie supérieure de l'alésage du cylindre 5» La partie inférieure 6 du cylindre comprend un anneau de positionnement 5 15, et la distance entre la face de l'extrémité supérieure 16 de l'anneau 15 et l'épaulement 12 est légèrement plus grande que la longueur réelle du piston 13, de sorte qu'aux extrémités opposées du piston sont constituées des chambres de travail 17 et 18. L'espace étroit entre la tige 2 et le corps 1 n'est pas herméti-10 quement fermé vers la chambre 17, de sorte que le liquide peut jouer le rôle de lubrifiant dans l'espace précité à partir de la chambre, mais les fuites de liquide vers l'extérieur sont empêchées par un joint torique 19 à l'extrémité inférieure. De même, le liquide peut s'infiltrer dans l'espace compris entre le cylin-15 dre 5 et le fourreau 11 sur la tige 2, mais ne peut pas s'échapper par l'extrémité supérieure en raison de la présence d'un joint thorique 20. Les fuites entre les deux chambres 17 et 18 le long du piston sont limitées par un segment de piston 21. Sur l'extrémité supérieure du cylindre 5 est fixé un dis-20 que collecteur 25 au-dessus duquel se trouve une chambre 26 limitée par une enveloppe cylindrique 27 et un couvercle 28, ce couvercle étant fixé au cylindre par une couronne de tirants 29» Deux attaches triangulaires 31, 32 rigidifiées par des entretoises triangulaires 33 sont fixées sur le dessus du couvercla 28. 25 Les plaques 3Ï et 32 sont percées de trous 34 par lesquels peut' passer le pivot 35 d'unu mailKtf) d'assemblage. La sonnette peut être suspendue à une grue au moyen de ce pivot. Un tuyau vertical d'alimentation 40 traverse le couvercle 28 et s'étend jusqu'à un raccord 41 sur le disque 25» où. il a-30 boutit à un passage d'alimentation 42 par une soupape asservie 43 fixée au disque 25 par des boulons 44. Un conduit 45 aboutissant à un accumulateur hydraulique 46 à gaz sous pression est monté en dérivation sur le passage 42. Un conduit d'évacuation similaire 47 relie la soupape 43 à un tuyau vertical d'évacua-35 tion 48, le conduit 47 ayant une dérivation 49 qui aboutit à un accumulateur hydraulique 50 à gaz sous pression. Un conduit 52 dans le disque 25 relie un orifice extérieur de la soupape 43 à un conduit 53 percé dans le cylindre 5 et a-boutissant à une lumière 54 qui s'ouvre dans la chambre de tra-40 vail 17. Un autre conduit 55 dans le disque 25 conduit d'un 69 34739 5 2030055 autre orifice extérieur de la soupape 43 à un conduit 56 percé dans le cylindre 5 et aboutissant à une lumière 57 qui débouche dans la chambre de travail 18. En fonctionnement, le pied 3 est fixé par les boulons 4 à 5 la tête d'un pieu, et la sonnette est suspendue avec le pieu verticalement sous une grue. Les tubulures 41 et 48 sont reliées respectivement à une source de liquide à haute pression et à un réservoir d'évacuation par des tuyaux souples. Par l'intermédiaire de la soupape 43» une des chambres 17 et 18 est reliée à la 10 source et l'autre à l'évacuation pour déplacer le piston 13 dans le cylihdre 5 sur une courte distance dans une direction donnée par rapport au cylindre et le long de ce dernier, à la suite de quoi les liaisons par l'intermédiaire de la soupape 43 sont inversées afin de déplacer le piston dans la direction opposée. 15 Ce renversement intervient à intervalles fréquents pour produire un mouvement de va-et-vient du piston par rapport au cylindre à une fréquence comprise entre 25 et 150 périodes à la seconde, par exemple à une cadence de 50 périodes par seconde0 Bien que la fréquence soit élevée, l'amplitude du coup est 20 faible, probablement inférieure à 3 mm, bien que la longueur hors tout de la sonnette puisse être de deux mètres ou davantage. La soupape 43 est représentée schématiquement figure 3» et l'on constate qu'elle se compose d'une soupape principale 60 commandée par une soupape pilote 61 commandée à son tour par un po-25 teur 62. La soupape 60 possède un orifice d'admission 63 relié au conduit 42 et aboutissant à une chambre située au centre d'un tiroir 64. Des orifices de sortie 65 et 66 sont reliés respectivement aux conduits 52 et 55 du disque 25» tandis qu'un orifice d'évacuation 67 est relié au conduit d'évacuation 47. La soupape 30 pilote 61 se compose de deux tiroirs 68 et 69 qui occupent normalement une position centrée. L'extrémité gauche du tiroir,64 de la soupape principale a une surface réduite par une tige 70 et est reliée au conduit 42 par un conduit 71 et par l'intermédiaire d'un détendeur 72. L'extrémité droite du tiroir 64 est reliée par 35 un conduit 73 à une chambre 74 dont la pression est contrôlée par les tiroirs 68 et 69» le tiroir 68 étant relié à l'orifice 67 par un conduit 75 et le tiroir 69 étant relié par un conduit 76 à l'alimentation en liquide sous pression dans le conduit 71. Si le moteur 62 déplace les tiroirs vers le haut comme le montre le 40 dessin, l'extrémité droite de la soupape principale est reliée au 69 34739 s 2030055 liquide sous pression arrivant par. le conduit 76, ce qui provo- . que un mouvement vers la gauche de la soupape principale, tandis que si la soupape pilote est déplacée vers le bas, le dessin montre que l'extrémité droite du tiroir principal 64 est reliée à 5 l'évacuation par le conduit 75» provoquant ainsi un mouvement vers la droite du tiroir principal 64. La position du tiroir 64 de la soupape principale est détectée par un transmetteur à induction 77, tandis que la position des tiroirs 68 et 69 de la soupape pilote est détectée par un transmetteur 78. 10 Le système de commande par lequel la position du moteur 62 est ajustée est représenté schématiquement sur la figure 4, qui montre la soupape principale 60, la soupape pilote 61, les deux transmetteurs de position 77 et 78, et le moteur 62» En se reportant maintenant à la figure 1, on constate qu'en-15 tre le disque 25 et la portion supérieure 7 de la tige de piston 2 se trouve une chambre 81. Celle-ci contient un détecteur de position 82 à induction dont la partie principale est fixée au disque 25 et dont le piston 83 est fixé à la tige de piston. Revenant maintenant à la figure 4, on voit que le signal émis 20 par le détecteur 82 est injecté à une unité de contrôle à ampli-ficateur-comparateur 84, où il est comparé aux signaux d'un générateur d'oscillation 85. L'unité de contrôle 84 produit un signal de commande en fonction du résultat de la comparaison, et ce signal est envoyé à une ligne de signalisation 86 pour cons-25 tituer l'entrée d'un groupe de commande 87 dans lequel il est comparé avec les signaux d'entrée parvenant des transmetteurs de position de soupape 77 et 78 en passant par des lignes de signalisation 88 et 89» Le groupe de commande 87 produit un signal de sortie qu'une ligne 90 amène au moteur 62. Ainsi, le système de 30 commande forme un circuit fermé, de sorte que le piston de la sonnette est obligé de se déplacer par rapport au cylindre conformément aux instructions fournies par le générateur 85, et une boucle d'asservissement subsidiaire est constituée par la soupape pilote 61, la soupape principale 60 et le groupe de commande 87. 35 En faisant en sorte que le générateur 85 produise un signal de forme appropriée, on peut agir sur le piston principal pour qu'il accélère davantage dans un sens que dans l'autre. Ainsi, lorsque la sonnette est utilisée pour enfoncer un pieu, l'accélération vers le bas est la plus grande, tandis que c'est l'in-40 verse qui se produit lorsque la sonnette est utilisée pour arra 69 34739 7 2030055 cher un pieu. Une forme typique d'oscillation est indiquée dans le bloc 85 de la figure 4. Dans le mode de réalisation de la figure 5» une tige 91 porte deux pistons 92 et 93» Dans ce cas, une soupape 94 joue le 5 rôle d'une soupape de distribution, et lorsque le piston doit ê-tre déplacé vers le bas, le liquide sous pression est admis dans des chambres de travail 95 et 96 situées au-dessus des pistons 92 et 93, tandis que lorsque le piston doit être déplacé vers le haut, le liquide sous pression est admis uniquement dans une 10 chambre 97 du cylindre situé au-dessous du piston inférieur, et une chambre 98 située au-dessous du piston supérieur est directement reliée par la soupape 94 à la chambre 95 du cylindre situé au-dessus du piston supérieur, de sorte qu'il se produit un transfert direct du liquide et qu'une force s'exerce ainsi sur 15 le piston supérieur. Dans ces conditions, l'accélération est plus grande dans la course descendante du piston que dans sa course ascendante. Ce mode de distribution est inversé lorsque la sonnette est utilisée pour des opérations d'arrachage. Il est clair qu'on peut utiliser un nombre de pistons supérieur à deux 20 et que la manière dont la pression est appliquée sur ces pistons peut varier selon que la sonnette est utilisée pour battre ou pour arracher un pieu. En outre, un système de commande recevant des oscillations mises en forme de l'extérieur, comme décrit avec référence aux figures 1 à 4, peut être utilisé sur 25 une sonnette ayant plusieurs surfaces actives de piston0 69 34739 8 2030055 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour battre un pieu à l'aide d'une force vibratoire appliquée au pieu dans le sens longitudinal de celui-ci, caractérisé en ce que la force à la forme d'une onde non-symé- 5 trique» 2 - Dispositif vibrant pour battre les pieux par le procédé suivant la revendication 1, comprenant une masse qui peut être reliée à un pieu et mobile par rapport à ce dernier et des moyens pour imprimer à cette masse un mouvement alternatif par 10 rapport au pieu et dans le sens longitudinal de ce dernier afin de lui transmettre des forces de vibration, et caractérisé en ce que les moyens précités exercent sur le pieu ou peuvent être a-justés pour exercer sur lui des forces ayant la forme d'ondes non-symétriques. 15 3 - Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens comprennent un vérin hydraulique à double effet dont un des deux éléments en mouvement possède des organes de fixation à un pieu, et un système de soupapes pour commander 1*~ envoi d'un liquide sous pression dans la chambre de travail du 20 vérin et son évacuation de celle-ci, caractérisé par un système de commande (77 à 88; 94) destiné à régler le système de soupapes (43j 94) de façon que le liquide soit envoyé au vérin pour produire dans une certaine direction par rapport au cylindre une accélération du piston plus grande que dans la direction opposée. 25 4 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le système de soupapes envoie du liquide à une surface du piston pour déplacer celui-ci dans une direction qui est différente de la surface du piston qui reçoit le liquide pour le mouvement dans la direction opposée. 30 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le piston (91) possède une première série de surfaces (dans des chambres 95» 96) dirigées dans un sens et une seconde série identique de surfaces (dans des chambres 97, 98) dirigées dans le sens opposé, le système de soupapes envoyant du liquide 35 à un certain nombre (95> 96) de surfaces de la première série pour le mouvement du piston dans un sens, et à un nombre différent (97) de surfaces de la seconde série pour le mouvement du piston dans le sens opposé. 6 - Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en 40 ce que le piston (2) a des surfaces dirigées vers des chambres 69 34739 9 2030055 (17, 18) d'égale superficie mais orientées dans des sens opposés, et que le système de soupapes (43) envoie du liquide dans des proportions différentes aux surfaces orientées dans des directions opposées. 5 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'un dispositif (85) envoie un signal de commande pour commander la proportion de liquide traversant par le système de soupapes. 8 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par 10 un comparateur (84) pour comparer le signal de commande précité avec un signal de grandeur mesurée délivré par un dispositif (82) qui mesure une quantité dépendant de l'alimentation en liquide, et pour régler l'envoi du liquide en fonction du résultat de la comparaison. 15 9 - Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif de mesure est un détecteur de position qui détermine 3-a position relative du piston et du cylindre. 10 - Dispositif suivant une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le dispositif qui envoie le signal de commande 20 est constitué par un générateur d'oscillations (85).