Brevet FR2694315A1 — publié le 19940204

Procédé et dispositif pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, dans le but, par exemple, de réaliser un pieu ou une pile, en particulier pour une fondation sur terre, dans un port ou en mer. Une technique connue pour battre un tube afin de former un pieu consiste à fermer l'extrémité inférieure du tube par un couvercle de manière à définir une tête de fonçage et à battre cette tête en faisant chuter un masse à l'intérieur du tube. La présente invention a pour objet également une technique de battage selon laquelle on applique l'énergie de battage à l'extrémité inférieure du tube, mais, qui présente des avantages sensibles sur la technique connue rappelée ci-dessus. Un but de l'invention est de diminuer l'usure de la tête, en particulier d'éviter son matage. Un autre but de rinvention est de permettre la réalisation de pieux courbes. Encore un but de l'invention est de pouvoir changer la tête par exemple pour l'adapter à la nature de la couche de terrain rencontrée. L'invention vise également à permettre d'interrompre le battage et de libérer lintérieur du tube, par exemple pour réaliser un forage ou une reconnaissance du sol. L'invention vise aussi à faciliter l'extraction de la tête. L'invention vise encore à pouvoir utiliser toute lénergie de battage, à volonté, pour enfoncer la tête dans le sol ou pour enfoncer le tube dans le sol. Selon l'invention, on bat le tube au moyen d'un marteau hydraulique ou électromagnétique appliqué contre une tête d'obturation située au fond du tube. La tête peut être solidaire du tube. De préférence, on utilise une tête amovible apte à être extraite par lintérieur du tube. Dans une réalisation avantageuse, on munit le tube en partie basse d'un appui de battage interne, latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube, on introduit dans le tube une tête amovible apte à reposer latéralement sur cet appui et à obturer sensiblement l'extrémité inférieure du tube et on bat cette tête à l'intérieur du tube avec le marteau hydraulique ou électromagnétique. Dans des réalisations particulièrement avantageuses, l'invention présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: on interpose entre la tête d'obturation et l'appui un moyen d'amortissement qui permet de transformer la courbe de transmission de l'énergie de battage; on interpose entre la tête d'obturation et l'appui un moyen d'accouplement qui permet de lever la tête par rapport à rappui tout en conservant raccouplement et qui permet aussi de désaccoupler la tête et rappui, en sorte que ron puisse, au choix, utiliser l'énergie de battage pour enfoncer à la fois la tête et le tube ou seulement la tête ou le tube. On utilise de préférence un marteau hydraulique pour battre la tête d'obturation mais dans certains cas, par exemple lorsque rénergie de battage requise n'a pas besoin d'être importante et/ou lorsqu'il s'agit de travaux sous l'eau, on peut donner la préférence à un marteau électro-magnétîque Ces deux types de marteaux sont connus en soi. Cette technique et ses avantages seront décrits ci-après, en référence aux figures du dessin joint, et la description et les figures feront apparaître d'autres aspects Importants de rinvention. Sur les figures: la fig 1 est une coupe axiale verticale d'un tube équipé d'un dispositif conforme à rinvention pour enfoncer le tube dans le sol; la fig 2 est une vue agrandie de rextrémité inférieure du tube de la fig 1; la fig 3 est une coupe axiale de l'extrémité inférieure d'un tube munie d'une tête d'obturation selon une variante de réalisation de invention; la fig 4 est une coupe axiale de l'extrémité inférieure d'un tube munie d'une tête d'obturation selon une autre variante de réalisation de l'invention; la fig 5 est une coupe axiale analogue à celle de la fig 2 mais dans le cas o un amortisseur est interposé entre la tête d'obturation et l'appui de battage du tube; la fig 6 est une coupe axiale analogue à celle de la fig 2 mais dans le cas o un vérin découpleur est interposé entre la tête d'obturation et rappui de battage du tube; la fig 7 est une vue de détail agrandie du vérin découpleur de la fig. 6; la fig 8 est un schéma montrant différentes phases d'une opération de battage du tube, et les fig 9 à 12 montrent des exemples de bouchons perdus utilisés comme tête d'obturation. La figure 1 montre essentiellement un tube 1 dans lequel on a introduit une tête d'obturation 2 et un marteau hydraulique 3 pour battre la tête 2. La tête d'obturation 2 est en appui sur un moyen d'appui constitué dans cet exemple par une collerette annulaire 4 formée à l'intérieur du tube 1 à proximité de rextrémité inférieure la du tube. Cette collerette est venue de fabrication avec le tube, ou a été usinée dans le tube, ou a été rapportée sur le tube, auquel cas elle peut être dans un matériau différent de celui du tube. Le tube 1 est par exemple en béton et la collerette 4 est fournie par un sabot annulaire 5 en acier rapporté sur le tube et qui constitue lextrémité inférieure du tube. La tête d'obturation 2 peut constituer un simple tampon (fig. 3) ou être équipée d'une pointe avant 6 de pénétration qui est en saillie à rextrémité inférieure du tube lorsque la tête est en appui sur la collerette (fig 2) La tête est en acier, en béton, ou en un autre matériau de façon en soit connue. La pointe est par exemple une pointe conique en acier, éventuellement remplie d'un lest. Le moyen pour constituer l'appui de battage interne du tube peut être plus complexe qu'une simple collerette. La figure 4 montre à titre d'exemple un appui constitué par un couple de crémaillères verticales opposées 7, 7 ' qui fournissent une pluralité d'appuis étagés pour des pièces radiales 8, 8 ' fixées à robturateur 2 et qui engrènent avec les crémaillères dans le sens du battage. Il est souvent avantageux d'interposer un amortisseur 9 continu ou discontinu, entre la tête d'obturation 2 et l'appui de battage, comme cela a été représenté par exemple, sur les figures 5 à 8. Cet amortisseur permet de ne transmettre au tube qu'une partie de l'énergie de battage appliquée à la tête. Dans la réalisation des figures 6 à 8, on a interposé de plus, entre l'appui de battage 4 et la tête d'obturation 2, un verin annulaire constitué d'un piston annulaire 10 et d'une chambre 11 contenant un fluide hydraulique et que l'on peut mettre à léchappement. Les figures 8 A, 8 B, 8 C, 8 D illustrent le fonctionnement d'un tel dispositif. Lorsque la chambre n'est pas mise à léchappement, il y a accouplement entre la tête 2 et l'appui 4 et le battage de la tête fera descendre la tête et le tube. Lorsque la chambre est mise à l'échappement, il y a désaccouplement entre la tête 2 et rappui 4 et le battage de la tête fera seulement descendre la tête uniquement jusqu'à ce que le vérin soit à l'état de contraction maximale. Lorsque le vérin est au point de contraction maximal (fig 8 A), radmission d'huile dans la chambre 11 fera lever la tête jusqu'à ce que le vérin soit à l'état d'extension maximale (fig 8 B) et, si on ferme la chambre, le battage ultérieur de la tête provoquera la descente simultanée de la tête et du tube. Si ron a réglé la course du vérin pour qu'elle corresponde à la course de battage, la tête revient à la position qu'elle occupait avant d'être levée (fig 8 C) et tout se passe comme si, de la configuration de la figure 8 A à celle de la figure 8 C, la tête n'avait pas bougée et seul le tube était descendu Si par contre, à partir de la configuration de la figure 8 C o le vérin est à létat d'extension maximale, on bat la tête tout en mettant à léchappement la chambre du vérin, c'est la tête qui descend alors que le tube ne bouge pas (flg 8 D). Le vérin annulaire ( 10,11) permet donc d'utiliser l'énergie de battage pour battre seulement la tête, ou seulement le tube, ou à la fois le tube et la tête. De préférence, on utilise pour battre la tête un marteau hydraulique 3 alimenté par un ombilical 12 Ces marteaux, connus en soi (cf par exemple les publications EP-A-0206384 et EP-A- 0095801), comportent une masse frappante qui se déplace dans une chambre, dans un sens sous l'action d'un fluide hydraulique et, dans l'autre sens, sous raction de la gravité conjuguée de préférence avec l'effet d'un fluide hydraulique. Le marteau représenté sur les figures comporte une cage solidaire du marteau et dans laquelle peut se déplacer la partie supérieure 2 a de la tête d'obturation 2. Une telle structure permet d'utiliser lénergie du marteau soit pour enfoncer la tête et le tube, soit au contraire, pour extraire la tête du tube, si ron inverse la direction des coups. Dans le premier cas, c'est rextrémité supérieure de la cage qui transmet l'énergie de battage à la tête dans le sens de renfoncement. Dans le second cas, c'est rextrémité inférieure de la cage qui pousse la tête vers le haut. L'invention n'est pas limitée aux moyens de réalisation qui ont été décrits. Les marteaux hydrauliques ou électro-magnétiques permettent de réaliser des pieux courbes si la courbure du pieu est compatible avec la longueur du marteau et ne s'oppose pas à la mise en place et à l'extraction du marteau. On a décrit des exemples de réalisation dans lesquels la tête d'obturation est récupérable mais l'invention n'est pas limitée à ce type de tête et, dans certains cas, on se contente d'utiliser le mouton hydraulique ou électro-magnétique pour battre une tête d'obturation qui sera perdue. Selon l'invention, dans ce cas, on utilise de préférence des bouchons composites par exemple constitués de matériaux choisis parmi les fiches métalliques, limailles métalliques, laitiers broyés, coulis de ciment, sable, gravier, ciment). La figure 9 du dessin joint illustre une réalisation o le bouchon d'obturation 13 est un bouchon composite qui comporte en outre des connecteurs 14 en acier pour renforcer la liaison avec le tube. La figure 10 montre une réalisation o le tube comporte des aspérités ou excroissances internes 15 pour favoriser la liaison avec le bouchon. La figure 11 montre une réalisation o le bouchon comporte une plaque métallique 16 d'obturation à l'intérieur du tube 1. La figure 12 montre une réalisation o le bouchon comporte une plaque métallique 16 d'obturation à l'extérieur du tube. L'invention n'est pas limitée à ces exemples de réalisation. Le tube 1 pourra être utilisé tel que, s'il présente une épaisseur de paroi et une résistance suffisante, pour une fondation, o Il pourra être rempli d'un matériau durcissable tel que du béton, de façon connue en soi. Ce tube est réalisé en tous matériaux appropriés, et on utilise de préférence des tubes en acier ou en béton Les extrémités des tubes sont droites ou biseautées. REVENDICATIONS 1 Procédé pour enfoncer un tube dans le sol, par battage, dans lequel on bat le tube ( 1) au moyen d'un marteau hydraulique ou électromagnétique ( 3) appliqué contre une tête d'obturation ( 2) située au fond du tube. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on munit la tête d'une pointe avant de pénétration ( 6) dans le sol. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on munit le tube en partie basse d'un appui de battage ( 4) interne, latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube, on introduit dans le tube une tête amovible ( 2) apte à reposer latéralement sur cet appui et à obturer sensiblement l'extrémité inférieure du tube, et on bat cette tête à l'intérieur du tube avec le marteau hydraulique ou électro- magnétique ( 3). 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'on transmet au tube l'énergie de battage de la tête par l'intermédiaire d'un amortisseur ( 9) interposé entre la tête d'obturation ( 2) et l'appui de battage ( 4). 5 Procédé selon rune des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'on interpose entre la tête d'obturation ( 2) et ledit appui ( 4) un moyen d'accouplement ( 10,11) qui permet de lever la tête par rapport à l'appui tout en conservant raccouplement et qui permet aussi de désaccoupler la tête et l'appui. 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'on utilise un verin annulaire ( 10,11) comme moyen d'accouplement. 7 Procédé selon rune des revendications 5 et 6 caractérisé en ce qu'il comprend des phases durant lesquelles on relève la tête ( 2) vers le haut sans bouger le tube ( 1) et on bat ensuite la tête pour enfoncer le tube, la tête revenant à la position qu'elle occupait avant d'être relevée. 8 Procédé selon rune des revendications 5 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend des phases durant lesquelles on désaccouple la tête ( 2) et rappui ( 4) et on bat la tête pour provoquer un enfoncement de la tête sans enfoncer le tube. 9 Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ron bat la tête au moyen d'un marteau hydraulique ( 3). Procédé selon rune des revendications précédentes caractérisé en que ron utilise également le marteau ( 3) pour extraire la tête du tube par l'intérieur du tube. 11 Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise un marteau qui se termine en partie inférieure par une cage et en ce qu'on utilise une tête dont une partie qui se déplace librement dans ladite cage. 12 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise une tête d'obturation constituée par un bouchon ( 13) en matériau composite non récupérable. 13 Procédé selon rune des revendications 1, 2 et 12 caractérisé en ce qu'on utilise une tête non récupérable comportant une plaque métallique d'obturation ( 16), interne ou externe au tube. 14 Dispositif pour mettre en oeuvre un procédé selon la revendication 3, qui comprend des moyens pour constituer dans le tube ( 1), en partie basse, un appui de battage ( 4) interne, latéral et transversal, laissant dégagée la majeure partie au moins de la section droite du tube, une tête amovible ( 2) apte à être introduite dans le tube et à reposer sur cet appui tout en obturant sensiblement l'extrémité inférieure du tube, et un marteau ( 3) hydraulique ou électromagnétique pour battre cette tête à lintérieur du tube. 15 Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la tête d'obturation ( 2) est munie d'une pointe avant de pénétration ( 6) qui est en saillie à rextérieur du tube ( 1) lorsque la tête est en appui sur ledit appui de battage ( 4). 16 Dispositif selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que ledit appui de battage ( 4) est constitué par une collerette. 17 Dispositif selon rune des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que ledit appui de battage ( 4) est venu de fabrication avec le tube. 18 Dispositif selon la revendication 14 à 16, caractérisé en ce que ledit appui de battage ( 4) est fourni par une pièce ( 5) rapportée à l'extrémité basse du tube. 19 Dispositif selon la revendication 18, caractérisé en ce que ledit appui de battage est constitué par des crémaillères ( 7,7 ') qui fournissent une pluralité d'appuis étagés. Dispositif selon l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce qu'il comporte un amortisseur ( 9) entre l'appui de battage ( 4,7,7 ') et la tête d'obturation ( 2). 21 Dispositif selon rune des revendications 14 à 20, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'accouplement ( 10,11) pour réaliser un accouplement sélectif entre la tête et le tube. 22 Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens d'accouplement sont constitués par un vérin annulaire ( 10,11) interposé entre la tête et lappui de battage.