Brevet FR2524527A1 — publié le 19831007

La présente invention concerne les aiguilles vibrantes, utilisées dans les travaux publics et particuliers pour induire des vibrations forcées dans les sols naturels et artificiels. Fondées généralement sur le même principe que les pervibrateurs Q béton, certaines aiguilles vibrantes sont utilikes. pour induire des vibrations dans les sols, notamment en vue de leur compactage. Les procédés de mise en oeuvre sont variés, avec ou sans apport de matériaux, avec ou sans lançage, etc. Iis sont désignés, selon les cas, par les mots de : vibroflottatlon, vibration dans la masse, colonnes ballastées, etc. La vibration induite est généralement horizontale. et circulaire, mais elle peut être aussi linéaire, verticale, etc. Tous ces procèdes ont en commun le fait de provoquer une vibration forcée dusol ambiant et de lui transférer une certaine quantité d'énergie utir lisée pour la liquéfaction et la restructuration du sol. Dans la pratique, pour améliorer le rendement de ce transfert de mouvement et d'énergie, on cherche à provoquer une butée du ao':1 vautour du vibreur. I1 faut noter que cette nécessité existe aussi en principe pour les vibreurs à béton, mais qu'en fait, vu les dimensions du vibrateur à béton et la consistance du butons cette condition y est nettement plus facilement remplie que dans les sols. Dans les sols, le moyen habituel est de provoquer leur butée, durant la vibration, sous la pointe du vibreur, généralement Cc- nique, sous l'effet du poids de celui-ci. Ltexpérience montre en effet que le temps nécessaire pour communiquer par vibration une certaine quantité d'énergie à un volume de sol est, sans mobiliser aucune butée, un multiple du temps nécessaire au même transfert en cas de mobilisation de butée. Le processus le plus fréquent, schématisé sur la figuré 1, est le suivant : on.1 laisse descendre le vibreur 1 en service, suspendu au cable d'une grue 2, généralement sous l'effet de son propre poids, parfois en le tirant vers le bas, jusqutà la profondeur ultime prévue pour le traitement du sol (position 3 sur la figure 1), en mobilisant au passage une butée partielle, qui peut être réduite par lançage.Quand la profondeur ultime est atteinte, on retire vers le haut le vibreur d'une hauteur qui est un sous-multiple de la hauteur à traiter (position 4 sur la figure 1), et on le laisse à nouveau descendre à une profondeur intermédiaire un peu plus faible que la profondeur ultime (position 5 sur la figure 1) : on mobilise ainsi une nouvelle butée ; et ainsi de proche en proche jusqu'au niveau supérieur de la zone à traiter selon ce procédé dit du "pas du pèlerin". Dans des sols grossiers (cailloux, graviers), on atteint en général rapidement une butée totale, si bien qu'à chaque passe la profondeur atteinte est un peu moindre qutà la passe précédente, et la régularité du traitement est quasi automatique quand on attend à chaque passe mobilisation totale de la butée. Dans ces sols, le volume de la zone traitée est principalement fonction, entre autres, du diamètre du vibreur. Dans les sols plus fins (sables, notamment fins ou limoneux), le seul effet du poids du vibreur sur sa pointe ne permet aucune mobilisation partielle de la butée ce qui, d'une part réduit le rendement du transfert de mouvement et d'énergie, et, d'autre part, oblige ltopérateur à bien noter la régularité des profondeurs traitées pour éviter de traverser une couche déjà traitée, et de la restructurer ainsi, au moins partiellement, défavorablement. Le but de la présentè invention' est d'augmenter la mobilisation de la butée et le rayon d'action du traitement sous l'effet d'une augmentation de volume, dirigée et réversible à volonté, de la partie vibrant. Bien que pouvant être utilisée à tout moment, cette augmentation de volume du vibreur est sollicitée de préférence dans la position 5 de la figure 1 seulement. Un procédé à cet effet est représenté en figure 2 et décrit ci-dessous A un niveau quelconque de la partie vibrante, p.ex. audessus de la pointe du vibreur, est introduite une chambre dilatable 6, p.ex. en caoutchouc ou matière plastique extensible, montée p.ex. sur une armature métallique 7, p.ex. symétri que vautour de l'axe du vibreur 8. La chambre dilatable 6 est fixée sur l'armature 7 par vulcanisation, collage, serrage par collier 9, et/ou par tout autre procédé à cet effet. Sur la figure 2 est représentée schématiquement la chambre dilatable collée sur l'armature et en même temps serrée par un collier noyé dans la chambre.On peut aussi utiliser une chambre déformable (à air ou à liquide), mais peu ou pas extensible, protégée par une paroi dilatable, ou bien tout autre procédé permettant de faire varier à volonté le volume de l'aiguille vibrante perpendiculairement ou non à l'axe du vibreur. Dans l'une des solutions envisagées, les dimensions extérieures de la chambre sont choisies telles que, non gonflée, la chambre ne présente aucune aspérité par rapport au reste du vibreur (figure 2), l'ensemble présentant une surface extérieure contiez nue, ou même le diamètre extérieur équivalent du vibreur étant un peu supérieur à celui de la chambre, pour réduire ltabrasion de la chambre quand elle n'est pas dilatée, c.à.d. la plupart du temps. A cet effet, on peut aussi revêtir la paroi extérieure de la chambre d'un produit anti-abrasif. Certaines aiguilles vibrantes sont constituées de cellules coaxiales, munies d'extrémités coniques, mâle (10 sur figure 2) ou femelle (12 sur figure 2), permettant le serrage sous pression hydraulique à froid en vue de l'aecouplement de plusieurs cellules. On peut alors construire une cellule indépendante pour la chambre dilatable (figure 2). Cette cellule peut être placée à ntimporte quel niveau du vibreur ; si nécessaire, l'armature métallique peut constituer une chambre torique ou quasi torique pour permettre le passage dans l'axe d'autres organes, p.ex. de transmission. La chambre dilatable peut aussi être incorporée à une autre cellule, p.ex. la pointe. Elle peut avoir une hauteur faible par rapport i la hauteur totale vibrante, ou élevée. Pour gonfler la chambre, on peut utiliser n'importe quel fluide, notamment l'air, l'eau, l'huile (comme celle qui alimente le moteur, souvent hydraulique, du vibreur). La pompe nécessaire au gonflage peut fonctionner à l'huile, la chambre dilatable et éventuellement le circuit d'alimentation étant remplis d'eau, l'eau et l'huile étant réparties de part et d'autre d'un relais mobile. La pompe peut être munie d'un dispositif d'aspiration pour retrouver exactement le volume initial de la chambre dilatable quand elle est hors de service. La conduite d'alimentation de la chambre dilatable peut être, entièrement ou partiellement, intérieure au vibreur, noyée dans le tube extérieur 12(figure 3), calée entre le tube extérieur et l'éventuel manteau de protection 13, ou bien extérieure au manteau, p.ex. le long ou à l'intérieur des rampes de lançage 14. La pression de service peut atteindre plusieurs dizaines de bar et provoquer le fluage du sol ambiant. Ce dispositif permet d'augmenter de façon notable - et ce, réversiblement et à volonté - le diamètre efficace d'une aiguille vibrante et, en mobilisant ainsi plus rapidement une butée plus grande que celle qu'on peut attendre d'un vibreur de caractéristiques mecaniques et géométriques données dans un sol donné, mais non muni de ce dispositif, d'accélérer le processus de compactage et d'augmenter encore la compacité finale d'un sol pulvérulent sans apport de matériaux. Dans les sols cohérents, où l'on procède à l'introduction d'un matériau rapport, généralement graveleux ou sablo-graveleux, qui descend le long des parois du vibreur jusqutà sa pointe et constitue ainsi des colonnes, dites ballastées, compactées de bas en haut par allers-retours successifs, le dispositif présenté permet d'accélérer et d'améliorer le compactage de la colonne, mais aussi d'augmenter notablement son diamètre, qui est un paramètre essentiel de sa capacité portante. Quand un fluide est apporté par les rampes de lançage dans le sol (p.ex. coulis de ciment),- le dispositif présenté peut enfin faciliter la mise en oeuvre de ce fluide. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif permettant de faire varier, réversiblement et à volonté, le diamètre d'une aiguille vibrante destinée au traitement des sols et des bétons. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diamètre variable est obtenu par gonflage, sous l'effet de la pression d'un fluide, notamment mais pas exclusivement, d'une chambre dilatable, située à un niveau quelconque de l'aiguille vibrante, quelle que soit sa hauteur comparée à celle de l'aiguille. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre dilatable est constituée d'une paroi extensible, montée sur une armature relativement rigide, servant de réservoir de fluide de gonflage, et de forme quelconque, notamment cylindrique ou torique, quel que soit le mode de fixation de la membrane sur l'armature. 4. Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la chambre dilatable constitue une cellule autonome, amovible d'un vibreur. 5. Dispositif selon les revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que la chambre dilatable est incorporée au vibreur ou à ses accessoires. 6. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4 ou 5, ca ractérisé par le fait que les dimensions de la chambre dilatable sont telles, que, quand elle n'est pas dilatée, elle présente une surface extérieure continue, sans aspérités, avec celle du vibreur. 7. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que les dimensions de la chambre dilatable sont telles, que, quand elle n'est pas dilatée, son diamètre extérieur est un peu inférieur à celui du vibreur. 8. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par le fait que la chambre dilatable peut être rappelée, par aspiration, depuis le générateur de pression de gonflage, à un volume identique au volume initial, non gonflé, de la chambre. 9. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé par le fait que la pression de gonflage, produite par un générateur extérieur, peut être transmise à la chambre d) latable par un fluide quelconque, notamment huile au générateur et eau dans la chambre dilatable, quelle que soit la localisation des conduites d'amenée du fluide du générateur à la chambre. 10. Dispositif selon les revendications 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé par le fait que la paroi extérieure de la chambre dilatable est revêtue d'un produit anti-abrasif.