Brevet FR2580306A1 — publié le 19861017

L'invention concerne les appareils de fon- çage de piles par vibrations, et plus particulièrement un appareil-de fonçage de piles comportant des disposi- tifs indépendants d'isolation des vibrations pour ses éléments de support et de commande. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 291 227 décrit un appareil de fonçage de piles par vibrations qui utilise un mode de fonctionnement à résonance vibratoire pour effectuer le fonçage d'une pile dans une formation de terrain. Dans ce système, une isolation vis-à- vis des vibrations est prévue pour les dispositifs de suspension et de commande utilisés, afin d'éviter la dissipation de l'énergie vibratoire dans ces éléments, ainsi que l'application de contrain- tes indésirables à ces éléments par l'énergie vibratoire. Dans le dispositif d'isolation des vibra- tions utilisé dans le brevet précité, un seul mécanis- me isolateur est prévu à la fois pour les éléments de commande et pour les éléments de support. Il est apparu que l'utilisation d'un seul dispositif associé à la fois aux éléments de commande et aux éléments de support présente des inconvénients distincts. Ceci est dû au fait que les critères demandés pour isoler des vibrations les éléments de commmande sont tout à fait différents de ceux associés aux éléments de support. Cette incompatibilité est due au fait que les éléments de commande exigent un alignement constant des organes de transmission mécanique afin d'éviter la détérioration d'organes de transmission tels que des joints universels et analogues. Par ailleurs, les éléments de support exigent plutôt des organes d'isola- tion des vibrations lourds et résistants, capables de supporter une large gamme de charges élevées, avec une large plage de déplacements élastiques admissibles et sans nécessiter le maintien du type d'alignement demandé pour les éléments de commande. Par conséquent, les éléments de support exigent généralement des isola- teurs ayant une grande latitude de formation élastique pour une capacité de charge variant largement, alors que les éléments de commande exigent habituellement des isolateurs convenant à de très faibles déplacements élastiques. Un dispositif d'isolation unique ne peut pas faire face à cette incompatibilité sans compromis distincts. La conception décrite dans le brevet N 3 291 227 précité, tout en assurant une isolation convenable pour les éléments de support et de suspension, est largement inadaptée aux éléments de commande car, en l'absence de moyens très compliqués de centrage, elle ne permet pas d'éviter des défauts d'alignement excessifs des éléments de commande tels que l'arbre de commande, les joints universels et analogues, ce qui a pour résultat l'application de contraintes exces- sives à ces éléments et, finalement, leur défaillance prématurée. L'invention a donc pour objet un dispositif perfectionné d'isolation des vibrations destiné à un appareil de fonçage de piles par vibrations. L'inven- tion a également pour objet d'optimiser séparément l'isolation des vibrations des éléments de support et celle des éléments de commande utilisés dans un appareil vibratoire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle- ment limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation d'une première forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est une élévation partielle d'une seconde forme de réalisation de l'invention; et la figure 3 est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la figure 2. -Brièvement décrit, le système selon l'inven- tion comporte un premier mécanisme isolateur de vibra- tions qui comprend généralement un ou plusieurs gros ressorts à forte capacité, capables d'un étirement ou d'une compression de grande longueur, placés entre les éléments de support d'un appareil de fonçage de piles et l'oscillateur vibratoire pour le fonçage d'une pile par vibrations, et un second isolateur de vibra- tions agissant sur une déformation élastique minimale, placé entre l'oscillateur et le dispositif de commande à masse fixe pour l'oscillateur. Le premier dispositif d'isolation des vibrations peut généralement présenter une raideur de ressort relativement faible avec une grande course, mais il doit toujours posséder une capa- cité de charge relativement élevée et des possibilités de déformation élastique pour faire face à la large gamme de charges des piles (généralement des centaines de milliers de kilogrammes), ainsi qu'aux forces de commande qui lui sont appliquées, tandis que le second dispositif d'isolation des vibrations est agencé de façon à travailler dans un milieu dépourvu de variation notable de charge ou de forces importantes d'étirement, et il doit seulement être capable de faire face à la course de vibrations générée par l'oscillateur par rapport à la charge mécanique à faible masse fixée des éléments de commande occupant des positions perma- nentes. La fréquence propre du système d'isolation des vibrations pour la commande et pour la masse des éléments qui lui sont reliés directement est établie de facon à être sensiblement différente de la fréquence de vibrations du système de fonçage de piles afin d'évi- ter toute vibration résonnante dans ce système d'isola- tion. Les isolateurs de vibrations peuvent comprendre des ressorts hélicoïdaux montés et positionnés de façon appropriée afin de réaliser l'isolation de vibrations demandée. Pour des charges très lourdes, comme dans le cas de fonçage de piles en mer, le premier isolateur peut comprendre un gros ressort à air comprimé, tel que l'élément 30 décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 429 743. En référence à présent à la figure 1, on y voit illustréeschématiquement une forme de réalisation de l'invention. Un oscillateur 11 à masse orbitale, qui produit de l'énergie sonique ou vibratoire et qui peut être du type décrit dans le brevet N 3 291 227 précité, est relié au moyen d'un accouplement 16 à brides et boulons à une pile 14 en cours de fonçage dans une formation de terrain 15. Le rotor de l'oscil- lateur 11 est mené en rotation par un moteur hydrauli- que 18 et par l'intermédiaire d'un train de transmission qui comprend un arbre 20 de transmission et des joints universels 22 et 23. Une barre rigide 25 est fermement fixée au corps de l'oscillateur 11 au moyen d'un ensem- ble 30 à brides et boulons. L'extrémité inférieure d'un ressort hélicoïdal 32 est reliée fixement à la barre 25, par exemple par soudage. Le ressort hélicoïdal 32 est un ressort à grande capacité possédant une course relativement longue et une large plage de charges. L'extrémité supérieure du ressort 32 est reliée fixe- ment, par exemple par soudage, à un élément porteur comportant un câble 37 destiné à être utilisé pour lever et descendre la pile au moyen d'une grue. Le ressort 32 doit être assez robuste pour supporter la large gamme de charges des piles et, dans le même temps, il doit avoir une souplesse suffisante pour assurer l'isolation des vibrations entre le support 35 et l'os- cillateur 11. Ceci est obtenu par une large plage de déformation élastique. Le support 35 est autorisé à se déplacer sensiblement par rapport à la barre 25. Comme décrit dans le brevet N 3 291 227 précité, l'oscillateur 11 est commandé au moyen d'un moteur hydraulique 18 de façon à engendrer dans la pile 14 des vibrations résonnantes élastiques soniques, d'une fréquence généralement de l'ordre de 60 à Hz. Pour assurer l'isolation des vibrations du moteur hydraulique 18 et des organes qui lui sont asso- ciés, par rapport à l'énergie vibratoire, ce moteur est suspendu à la barre 25 au moyen d'un ensemble à ressorts 40. Cet ensemble comprend un ressort inférieur 42, qui est interposé entre la barre 25 et le moteur 18, et un ressort supérieur 43 interposé entre la tête d'un organe 44 de retenue de ressort et la surface supérieure de la barre 25. L'organe 44 de retenue peut coulisser verticalement sur le carter du moteur 18 et il est retenu sur ce carter par une tête 46 qui est située intérieurement par rapport à la paroi du carter, la tige 48 de l'organe de retenue passant dans une ouverture formée dans cette paroi. De cette manière, la position du carter 18 peut être établie de façon à maintenir en permanence l'arbre 20 de transmission dans une orientation sensiblement horizontale. La ten- sion moyenne des ressorts 42 et 43 est capable de main- tenir en position le carter 18 à masse fixe. Tout ceci est indépendant de l'étirement et de la compression, normalement importants, du gros ressort 32. Les ressorts 42 et 43 sont choisis de façon que leur fréquence de résonance, associée à la masse du moteur 18 de commande, soit sensiblement différente de celle du système de vibrations en résonance compre- nant la pile 14, ceci afin d'éviter toute interaction entre ces deux systèmes. De cette manière, le système de commande de l'oscillateur 11 est isolé indépendamment, en vibrations, de l'oscillateur, de sorte que, en fait, le système d'entraînement est isolé, en vibrations, de la sortie de l'oscillateur. De plus, étant donné que la masse du moteur 18 est fixe, aucune excursion de grande amplitude n'est demandée aux ressorts 42 et 43, comme c'est le cas avec le ressort 32 qui est soumis à des piles de divers poids. En référence à présent aux figures 2 et 3, on y voit représentéeune seconde forme de réalisation de l'invention. Un bâti 55 de support, dont seulement une partie est représentée, est suspendu à une grue, de même que dans la forme de réalisation précédente. Une plaque 56 de support est reliée fixement au bâti , par exemple par soudage. Des boulons 60 sont fixés par leurs extrémités inférieures à la plaque 56, par exemple par soudage. Sur chacun de ces boulons est monté de façon coulissante un ressort inférieur 32b qui est en butée contre la plaque 56. Une plaque 63, qui est percée de façon appropriée pour permettre le passage de chacun des boulons 60, est montée de façon coulissante sur ces boulons 60 et est en butée contre les extrémités supérieures des ressorts 32b. Des res- sorts supérieurs 32a sont montés sur les tronçons supé- rieurs des boulons 60, les extrémités inférieures de ces ressorts étant en butée contre la surface supé- rieure de la plaque 63. Une plaque supérieure 66 est convenablement percée afin de permettre le passage des extrémités supérieures des boulons 60. Les ressorts 32a et 32b sont retenus en compression entre les plaques 66, 63 et 56 au moyen d'écrous 68 qui sont vissés sur les extrémités des boulons 60 et qui sont serrés sur la plaque 66 afin d'imposer la charge de compression souhaitée aux ressorts, la plaque 63 étant prise en sandwich entre les ressorts supérieurs 32a et les res- sorts inférieurs 32b. Cette précompression des ressorts, avec la disposition en sandwich de la plaque 63, permet de faire face à des charges orientées vers le haut ou vers le bas, provenant du bâti 55. La plaque 63 est reliée au carter de l'oscillateur 11 au moyen de paires supérieures et inférieures opposées de consoles 70a et 70b, les consoles 70b étant boulonnées sur le carter de l'oscillateur au moyen de boulons 72. Les consoles 70a et 70b sont articulées sur un tourillon et, par conséquent, les consoles inférieures 70b ont une liberté limitée de mouvement en rotation. Les consoles supérieures 70a sont reliées fixement à la plaque 63, par exemple par soudage. Les multiples ressorts allongés 32a et 32b présentent une raideur relativement faible pour isoler efficacement du bâti 55 de support l'énergie vibratoire produite par l'oscillateur. Dans le même temps, ces ressorts peuvent se déformer élastiquement afin de présenter la grande capacité demandée pour faire face aux charges importantes s'exerçant dans la montée et la descente de la pile 14. Il convient de noter que, lorsque le bâti 55 de support est levé, la plaque 56 s'élève vers la plaque 63, comprimant notablement les ressorts 32b. De même que dans la forme de réalisation précédente, l'oscillateur 11 est commandé en rotation par un moteur hydraulique 18 par l'intermédiaire du train d'engrenage disposé dans la boîte de transmission 18a, d'un arbre de transmission 20 et de joints uni- versels 22 et 23. L'isolation vis-à-vis des vibrations est assurée entre l'oscillateur et le dispositif moteur par un ressort à lames 42a. Ce ressort est relié par une extrémité aux consoles inférieures 70b au moyen d'un boulon 75 de liaison tournant librement. Comme indiqué précédemment, les consoles 70b sont reliées fixement au corps de l'oscillateur. L'autre extrémité du ressort à lames 42a est bridée sur la bofte 18a de transmission, de masse fixe, par une bride sphérique réglable 80 qui peut être ajustée pour établir en perma- nence une attitude moyenne de niveau pour l'arbre 20 de transmission. Ainsi, de même que dans la forme précé- dente de réalisation, une extrémité du ressort 42a peut vibrer librement avec le corps de l'oscillateur, tandis que l'extrémité du ressort fixée à la boîte de transmission 18a réalise une suspension élastique qui maintient étroitement l'alignement d'ensemble de l'arbre 20 avec l'oscillateur. Ceci évite l'application de contraintes à l'arbre et aux organes qui lui sont associés, ce système de suspension étant notablement indépendant de celui réalisé par les ressorts 32a et 32b à grand étirement. Il convient en outre de noter que, de même que dans la forme de réalisation précédente, la raideur du ressort 42a doit être choisie de façon à ne pas constituer un système de vibrations en réso- nance avec la masse des organes associés, à la fréquence de vibrations à laquelle la pile 14 est foncée par l'oscillateur ou à la fréquence propre de résonance de la pile. Cette raideur est avantageusement choisie de façon à établir une résonance propre, avec les orga- nes associés, à une fréquence sensiblement inférieure à la fréquence propre de résonance de la pile. La pile 14 est reliée à l'oscillateur au moyen d'une bride 16 et par l'intermédiaire d'un méca- nisme à joint tournant 52 qui est accouplé en rotation à un prolongement cylindrique 11a dépassant du corps de l'oscillateur. Le joint tournant 52 contient un palier à rouleaux et il peut être mis en rotation au moyen d'une courroie 53 d'entraînement qui est accouplée à l'arbre de sortie d'un moteur hydraulique 51. Ce dernier est monté sur la boîte de transmission 18a au moyen d'une console 90. Par conséquent, la pile 14 peut, facultativement, être mise en rotation pendant qu'elle est foncée par vibrations, de façon à faciliter l'action de fonçage. L'isolation à longue course des ressorts 32a et 32b permet de maîtriser avec précision la force exercée vers le bas sur la pile de sorte que le joint tournant 52 peut être mis en rotation sous un couple relativement faible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au système décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1.Appareil de fonçage de piles par vibra- tions destiné au fonçage d'une pile (14) dans une forma- tion (15) de terrain,cetapDoareil comportant des moyens destinés à suspendre et supporter la pile pendant son fonçage, un oscillateur sonique (11) destiné à produire une énergie vibratoire, des moyens (16) destinés à transmettre l'énergie de l'oscillateur à la pile et des moyens (18) destinés à commander l'oscillateur pour produire l'énergie vibratoire à une fréquence prédéterminée, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte des systèmes séparés pour établir une isolation des vibrations entre, d'une part, les moyens de support et de suspension et les moyens de commande de l'oscilla- teur et, d'autre part, l'énergie vibratoire, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens à ressort (32) ayant une aptitude à se déformer élastiquement sur une plage relativement large entre les moyens de support et de suspension et l'oscillateur afin d'établir l'isolation des vibrations entre les moyens de support et de suspension et l'oscillateur, les premiers moyens à ressort étant capables de faire face à une large gamme de charges élevées, et des se- conds moyens à ressort ayant une capacité de charge relativement faible et une aptitude à la déformation élastique petite par rapport à celle des premiers moyens à ressort, les seconds moyens à ressort étant interposés entre l'oscillateur et ses moyens de commande afin d'établir une plage limitée d'isolations des vibra- tions et de mouvements relatifs entre les moyens de commande de l'oscillateur et l'oscillateur, la fréquence de résonance du système vibratoire formé par les seconds moyens à ressort et par les moyens de commande de l'os- cillateur qui leur sont suspendus étant sensiblement différente de la fréquence de l'énergie vibratoire fonçant la pile. 2. Appareil de fonçage de pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence de résonance du système vibratoire formé par les seconds moyens à ressort et les moyens de commande de l'oscil- lateur est sensiblement inférieure à la fréquence propre de résonance de la pile. 3. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les seconds moyens à ressort compren- nent plusieurs paires de ressorts hélicoïdaux supérieurs et inférieurs (32a, 32b), ainsi qu'une plaque centrale (63) prise en sandwich entre les ressorts supérieurs et inférieurs, des moyens (70b) reliant la plaque cen- trale à l'oscillateur vibratoire, et une plaque infé- rieure (56) reliée aux moyens (55) de support et de suspension, les extrémités inférieures des ressorts inférieurs étant en butée contre cette plaque infé- rieure. 4. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les premiers moyens à ressorts pré- sentent une déformation élastique relativement longue dans la gamme de charges qui leur est imposée afin d'aider à l'isolation. 5. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les seconds moyens à ressorts travail- lent dans une plage de déformation élastique relative- ment étroite, en association avec la masse des moyens de commande de l'oscillateur. 6. Appareil selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (80) de montage réglables des seconds moyens à ressorts de façon à permettre un réglage de la position relative de l'oscillateur et de ses moyens de commande. 7. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les seconds moyens à ressorts compren- nent un ressort à lames (42a) dont une extrémité est reliée à l'oscillateur, et dont l'autre extrémité est reliée aux moyens de commande de l'oscillateur. 8. Appareil selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (51) destinés à faire tourner la pile. 9. Appareil selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les moyens destinés à faire tourner la pile comprennent un joint tournant (52) accouplé en rotation à l'oscillateur et des moyens (16) reliant fixement la pile au joint tournant.