Brevet FR2773371A1 — publié le 19990709

La présente invention concerne un vibrateur spécialement conçu pour foncer des tubes de grand diamètre, à savoir des tubes présentant un diamètre de l'ordre de 2,50 m ou plus. D'une manière générale, on sait que les vibrateurs couramment utilisés dans ce genre d'applications sont des engins massifs comprenant au moins un couple de masselottes rotatives excentrées, entraînées en rotation en sens inverse, à une même vitesse, par une motorisation. Grâce à ces dispositions, les forces centrifuges engendrées par la rotation des masselottes s'additionnent dans une direction définissant un axe de travail. Elles se compensent dans les autres directions pour venir s'annuler dans une direction perpendiculaire à l'axe de travail. Habituellement, le vibrateur se trouve suspendu à l'extrémité du câble d'une grue ou analogue, par l'intermédiaire d'un dispositif (étrier de suspension) autorisant un déplacement vertical du vibrateur. La transmission et la répartition des contraintes entre le vibrateur et l'objet que l'on désire foncer sont généralement assurées par un caisson de transmission et de répartition réalisé en tôle d'acier mécano soudée qui vient se fixer d'un côté, par exemple, par boulonnage sur la face inférieure du vibrateur (usuellement une semelle de fixation) et qui porte de l'autre côté un dispositif de fixation adaptable aux dimensions de l'objet à foncer. Dans le cas où il s'agit de pieux tubulaires, ce dispositif comprend un dispositif multiplex, par exemple un dispositif "quadriplex", formé de quatre tronçons de rails ou Tés boulonnés sur les caissons et une pince hydraulique montée coulissante avec possibilité de blocage sur chacun des tronçons ou Tés. Il s'avère qu'en raison des contraintes intenses auxquelles il se trouve soumis, le caisson de transmission et de répartition tend à se détériorer rapidement et doit être rechargé ou remplacé fréquemment. Un examen détaillé des caissons usagés montre que les détériorations qui se concrétisent par des fissurations situées le long des soudures et à la base des portions dépassantes de la semelle du vibrofonceur sont dues à la fois à la qualité des soudures du caisson et aux hétérogénéités dans le comportement mécanique du caisson au niveau des soudures. Or, ces hétérogénéités sont particulièrement significatives du fait de la répartition des flexions alternées à la fréquence des vibrations engendrées par le vibrateur. Ces problèmes se posent de façon d'autant plus importante que le diamètre des tubes est grand. En outre, dans ce cas, on se heurte au problème de l'agrandissement des structures mécanosoudées et donc de leur alourdissement. Or, I'amplitude de vibration est inversement proportionnelle à la masse vibrante. En conséquence, I'adjonction d'une semelle lourde sous le vibrateur diminue cette amplitude et réduit d'autant l'efficacité du vibrateur (capacité à vibrer des masses de tube). L'invention a donc plus particulièrement pour but de résoudre ces problèmes. Elle propose, à cet effet, un vibrateur comprenant une structure massive (sensiblement parallélépipédique) comportant deux faces latérales parallèles entre lesquelles est monté rotatif au moins un train d'ensembles masselottes excentrées/pignons alignés parallèlement à l'axe longitudinal de la structure et qui engrènent les uns avec les autres, ces couples masselottes/pignons étant uniformément répartis sur toute la longueur de ladite structure. Selon l'invention, ce vibrateur est caractérisé en ce que ladite structure présente une forme allongée de longueur au moins égale au plus grand diamètre de tube que l'on désire foncer, et en ce que la face inférieure de ladite structure consiste en une plaque sensiblement de même longueur que la structure, sur laquelle sont directement fixés, sans interposition de semelle additionnelle, des éléments profilés servant de rails de guidage et de fixation de pinces mobiles destinées au serrage des tubes que l'on désire foncer. Grâce à ces dispositions, on évite l'emploi d'une semelle additionnelle et l'on résout ainsi les problèmes relatifs aux détériorations dans le temps de cette semelle ainsi qu'à l'accroissement de la masse vibrante qu'elle engendre. Avantageusement, les susdits éléments profilés pourront consister en des tronçons de rails de section en forme de I, assemblés par boulonnage sur la susdite face inférieure de la structure de manière à constituer au moins partiellement un croisillon, chacune des branches de ce croisillon portant une pince hydraulique. On constate que la structure précédemment décrite n'exige pas de soudure et exclut donc les problèmes qui y sont relatifs, tandis qu'elle tire avantageusement partie de la structure en I des rails, aussi bien en ce qui concerne la transmission des efforts que le comportement à la flexion. L'efficacité ainsi que la durée de vie de ce vibrateur sont donc considérablement accrues. Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue de côté d'un vibrateur selon l'invention; La figure 2 montre ce vibrateur vu d'une extrémité; La figure 3 est une vue de dessous de ce vibrateur montrant l'implantation des pinces hydrauliques; Les figures 4 et 5 sont des coupes axiale (figure 4) et transversale (figure 5) à plus grande échelle d'une pince hydraulique. Tel que représenté sur ces dessins, le vibrateur comprend trois parties, à savoir: - un générateur de vibrations 1 présentant une structure massive de forme allongée dont la longueur est au moins égale au plus grand diamètre de tube que l'on désire fonceur, - un étrier de suspension 2 équipé de moyens d'amortissement des vibrations, cet étrier 2 étant monté sur la partie supérieure du générateur de vibrations 1, de manière à permettre le portage du vibrateur 1 par un engin de levage tel qu'une grue, - des moyens d'appui et de fixation 3 du générateur de vibrations 1 sur les tubes à foncer. Le générateur de vibrations 1 se compose d'un boîtier massif 4 qui délimite un volume intérieur sensiblement parallélépipédique dans lequel sont montés rotatifs deux trains superposés M, M' d'ensembles masselottes/pignons au moyen de paliers montés sur les deux faces latérales opposées FL du boîtier 4. Dans cet exemple, chaque train comprend huit ensembles masselottes/pignons M1 à Mg, M'l, à M'g alignés parallèlement à l'axe longitudinal du boîtier 4 et uniformément répartis sur toute la longueur du boîtier 4. Dans chaque train M, M', les pignons des différents ensembles engrènent avec le ou les pignons qui leur sont adjacents. L'entraînement en rotation des trains de masselottes est assuré à l'aide d'au moins un moteur hydraulique (ici quatre moteurs hydrauliques). Les faces d'extrémité F1, F2 du boîtier 4 consistent en deux plaques trapézoïdales aux bords obliques incurvés BI1, BI2 dont la petite base b présente une longueur sensiblement égale à l'écartement des deux faces latérales FL du boîtier 4, tandis que la grande base B, de longueur plus importante, s'étend nettement de part et d'autre de ces deux faces FL. Le fond du boîtier 4 est constitué par une plaque P de longueur sensiblement égale à celle du boîtier 4 et dont la largeur, aux extrémités, est sensiblement égale à la longueur des grandes bases B des faces d'extrémités F1, F2. Les bords longitudinaux BLI, BL2 des plaques P présentent une forme concave de sorte que la plaque présente une forme sensiblement en X. Néanmoins, dans sa région centrale, la plaque P présente une largeur supérieure à celle du boîtier 4. Les deux faces latérales FL présentent des nervurations verticales N1 à N6 en forme de triangle rectangle dont lEypoténuse incurvée rejoint le bord supérieur du boîtier 4 au bord longitudinal BLl, BL2 de la plaque P. La fixation de la plaque P sur le bord inférieur des faces latérales FL, des plaques d'extrémités F1, F2 et des nervurations N1 à N6, s'effectue selon des méthodes usuelles, par exemple par soudage ou par boulonnage. Conformément à l'invention, sur la face inférieure de la plaque P sont fixés quatre tronçons de rails T1, T2, T3, T4 de section sensiblement en forme de I. Ces tronçons de rails T1 à T4 qui s'étendent depuis les quatre coins de la plaque P sont respectivement axés selon les diagonales XX', YY' de cette même plaque P qui, dans cet exemple, forment entre elles un angle d'environ 500. La fixation de ces tronçons T1 à T4 sur la plaque P s'effectue par boulonnage au moyen de boulons passant par une pluralité de perçages traversants qui débouchent respectivement au niveau des ailes transversales de part et d'autre de l'âme verticale des I. Cette fixation peut être en outre complétée, dans chaque extrémité de tronçon de rail T1 à T4, par une série de boulons passant au travers de la plaque de support P et qui viennent se visser dans des perçages taraudés respectifs P' réalisés dans l'aile transversale, ces perçages étant axés dans le plan médian longitudinal de symétrie des tronçons de rails T1 à T4. Ces boulonnages permettent d'effectuer un serrage efficace des ailes transversales des tronçons de rails T1 à T4 sur la plaque de support P tout en respectant une bonne symétrie mécanique. Grâce à ces dispositions, on utilise au mieux les propriétés mécaniques de la structure en I des tronçons T1 à T4, tant en ce qui concerne la flexion que la transmission des efforts (vibrations) entre la plaque de support P et les pinces hydrauliques PH montées coulissantes sur les rails. Dans l'exemple illustré sur les figures 4 et 5, les pinces PH se composent chacune d'un corps massif comportant d'un côté une gorge profilée G de section en forme de T sensiblement complémentaire de celle de la partie inférieure d'un rail T1 à T4 sur lequel elle peut venir s'engager et coulisser. La partie inférieure du corps présente dans un plan perpendiculaire à la gorge profilée G une forme de section sensiblement en U présentant des ailes Al, A2 relativement épaisses qui constituent les mâchoires de la pince. Ces ailes Al, A2 délimitent une cavité C dans laquelle vient s'engager le bord du tube à foncer. Sur la paroi intérieure de l'aile Al est boulonné un patin 1 1 dont la face externe est striée de manière à posséder une bonne rugosité. L'aile A2 comprend, quant à elle, un alésage transversal 12 (perpendiculaire à l'axe de la cavité de la forme en U) qui débouche dans sa paroi intérieure, au droit du patin. Cet alésage 12 constitue le cylindre d'un vérin dont le piston 13 peut pénétrer dans la cavité C sous l'effet de la pression exercée par un fluide hydraulique, pour venir serrer le bord supérieur de la pièce à foncer. Le blocage axial de la pince PH sur le rail profilé T1 à T4 est assuré par cinq petits vérins hydrauliques V1 à VS axés verticalement, disposés dans un logement L du corps débouchant dans la paroi inférieure (horizontale) de la gorge G. Ces vérins V1 à V5 agissent sur une semelle S mobile guidée par les bords supérieurs du logement L et qui, sous l'effet de la pression exercée prennent appui sur la face inférieure du rail T1 à T4 en effectuant un blocage axial de la pince PH sur ce dernier. Ces dispositions permettent d'adapter très aisément le vibrateur à des tubes de différentes sections. Cette particularité est illustrée sur la figure 3 qui montre des pinces PH dans diverses positions correspondant à des diamètres de tube D1 à D4. L'engagement de la pince sur ces objets est en outre facilité grâce à un évasement E de la cavité prolongé par des déflecteurs D qui s'étendent obliquement par rapport à la verticale. Dans l'exemple précédemment décrit, le vibrateur présente une longueur de l'ordre de 4 m, une hauteur totale de 3,150 m, et comprend une plaque de 4,10 m/2,00 m maximum, le poids total étant d'environ 24 t. Il est conçu pour foncer des tubes de diamètre pouvant aller de 1,78 m minimum à 3,60 m maximum. A titre de comparaison, un vibrateur classique présentant des caractéristiques comparables présenterait une hauteur de l'ordre de 6 m ou plus et pèserait environ 32 t. Des essais comparatifs effectués à l'aide de ce vibrateur et d'un vibrateur de type classique de taille similaire montrent que, contrairement à ce qu'il était loisible de penser, l'usage de trains de masselottes répartis sur toute la longueur du vibrateur (qui correspond au diamètre maximum des tubes) donne de meilleurs résultats qu'un empilement de trains de masselottes présentant une plus petite longueur. En effet, cette dernière solution implique l'usage d'un caisson de répartition et de transmission des vibrations dont les inconvénients ont été précédemment évoqués et est beaucoup plus sujette aux phénomènes de flexion qui atténuent l'efficacité des vibrations engendrées par le vibrateur. Revendications 1. Vibrateur pour le fonçage de tubes de grands diamètres, c'est-à-dire de tubes dont le diamètre peut être supérieur à 2,50 m environ, ce vibrateur comprenant une structure massive comportant deux faces latérales parallèles (FL) entre lesquelles est monté rotatif au moins un train (M, M') d'ensembles masselottes excentrées/pignons (M1 à M8 - M'1 à M's) alignés parallèlement à l'axe longitudinal de la structure et qui engrènent les uns avec les autres, caractérisé en ce que ladite structure présente une forme allongée de longueur au moins égale au plus grand diamètre de tube que l'on désire foncer, et en ce que la face inférieure de ladite structure consiste en une plaque (P) sensiblement de même longueur que la structure, sur laquelle sont directement fixés, sans interposition de semelle additionnelle, des éléments profilés (T1 à T4) servant de rails de guidage et de fixation de pinces mobiles (PH) destinées au serrage des tubes que l'on désire foncer. 2. Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couples masselottes/pignons (M1 à M8 - M'1 à M'8) sont uniformément répartis sur toute la longueur de ladite structure. 3. Vibrateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux trains (M, M') d'ensembles masselottes excentrées/pignons (M1 à M8 - M'1 à M'8) superposés. 4. Vibrateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdits éléments profilés consistent en des tronçons de rails (T1 à T4) de section en forme de I. 5. Vibrateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tronçons de rails (T1 à T4) sont fixés par boulonnage sur la plaque (P). 6. Vibrateur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les susdits tronçons de rails (T1 à T4) sont disposés de manière à constituer au moins partiellement un croisillon. 7. Vibrateur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les susdits tronçons (T1 à T4) sont axés selon les diagonales de la plaque (P). 8. Vibrateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite plaque (P) présente une largeur supérieure à la largeur de la susdite structure massive. 9. Vibrateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bords longitudinaux (BL1, BL2) de la plaque (P) présentent une forme concave. 10. Vibrateur selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les faces d'extrémité (F1, F2) de la structure massive consistent en deux plaques trapézoïdales (B11, BI2) dont la petite base (b) présente une longueur sensiblement égale à la largeur de la structure massive, tandis que la grande base (B) présente une longueur sensiblement égale à la largeur des extrémités de la plaque (P). 11. Vibrateur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les deux faces latérales (FL) de la structure présentent des nervurations verticales (Nl à N6) en forme de triangle rectangle. 12. Vibrateur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la susdite plaque (P) est fixée sur les bords inférieurs des susdites faces latérales (FL), des plaques d'extrémité (F1, F2) et des nervurations (Nl à N6) par des moyens de fixation classiques tels que le soudage ou le boulonnage.