Brevet FR3001239A1 — publié le 20140725

Appareil destiné à l'extraction ou à l'enfoncement dans le sol d'un objet tel qu'un pieu ou un tube et procédé correspondant La présente invention concerne le domaine des vibrateurs destinés à l'extraction ou à l'enfoncement d'objets dans le sol, par exemple des pieux, palplanches ou tubes, et en particulier les dispositifs de maintien des pieux ou des tubes, notamment les tubes de grand diamètre. On utilise par exemple des vibrateurs pour enfoncer ou extraire des éléments de fondation de bâtiments. On peut également utiliser des vibrateurs pour l'enfoncement dans le sol des tubes de mâts d'éolienne. De manière classique, pour faciliter l'enfoncement ou l'extraction de l'objet, on utilise un dispositif appelé vibrateur qui transmet à l'objet des vibrations verticales. Les vibrateurs comprennent plusieurs paires de masselottes qui tournent dans des sens opposés pour produire une force de vibration verticale sans composantes horizontales des vibrations. On pourra à cet égard se référer au document EP 0 524 056 qui décrit un vibrateur à moment variable. D'autres types de vibrateurs sont également connus Comme on le conçoit, il est nécessaire de bien maintenir l'objet à enfoncer pour obtenir une bonne transmission de la force. A cet effet, différents moyens de maintien de l'objet ont été proposés. On connait par exemple des ensembles de pinces qui maintiennent l'objet depuis son extrémité supérieure. Ce type de pince est bien adapté aux objets cylindriques creux dont les parois peuvent être serrées dans des pinces. Cela étant, ce type de pince à pour inconvénient de devoir être amené au dessus de l'extrémité supérieure de l'objet à enfoncer, par exemple avec une grue ou un engin de battage. De ce fait, en raison du fait que la préhension de l'objet à enfoncer se fait par son extrémité, la longueur maximale des objets pouvant être enfoncée est limitée. On connaît aussi les vibrateurs placés sur le côté de l'objet à enfoncer ou extraire, avec un système de préhension de l'objet disposé sur le côté du vibrateur. En particulier, le document EP2003252 décrit un vibrateur avec un unique module de vibrateur. Cette solution a pour inconvénient de générer une vibration décentrée par rapport à l'axe de l'objet, ce qui réduit l'efficacité. De plus, le système de préhension n'ayant qu'une ouverture assez faible, il n'est adapté que pour les objets minces (palplanches) ou éventuellement pour des tubes de faible diamètre. Pour les tubes plus longs et de grand diamètre nécessitant des efforts vibratoires importants, on connait également des dispositifs dits annulaires qui peuvent entourer l'objet à enfoncer. L'objet à enfoncer est alors amené par le dessus du vibrateur et du dispositif de maintien pour être inséré depuis son extrémité inférieure dans un orifice traversant le vibrateur, ou, au contraire, par le dessous du vibrateur et du dispositif de maintien pour être inséré par son extrémité supérieure. Ces vibrateurs comprennent plusieurs vibrateurs, deux ou plus, fonctionnant en tandem disposés de part et d'autre de l'objet à enfoncer. Les vibrateurs, qui fonctionnent en phase grâce à un dispositif de synchronisation tel qu'un arbre de transmission, sont alors disposés symétriquement de part et d'autre de l'objet pour que la composante verticale des vibrations soit transmise uniquement dans l'axe de l'objet, ce qui améliore l'efficacité. L'utilisation de plusieurs vibrateurs nécessite une structure robuste, c'est pourquoi on utilise des dispositifs qui entourent l'objet. Le système de maintien du tube se trouve alors généralement placé sous les vibrateurs, car leur encombrement ne permet pas de le placer sur le côté des vibrateurs comme décrit dans le document EP2003252. Avec de tels dispositifs, il est nécessaire de soulever l'objet à enfoncer ou extraire, par exemple au moyen d'une grue pour l'amener au dessus du vibrateur. Un opérateur peut également parfois être amené à guider l'objet maintenu par exemple par une grue dans le vibrateur. De ce fait, cette solution a pour inconvénient de nécessiter des moyens pour soulever l'objet, mais également d'augmenter les risques d'accident sur les chantiers, puisqu'un opérateur est parfois amené à monter sur le vibrateur pour guider l'objet. Avec une telle solution, la longueur des objets pouvant être enfoncés ou extraits est également limitée. Aussi, les vibrateurs dans lesquels l'objet est amené par le haut du vibrateur dans un orifice traversant comprennent parfois des aménagements pour permettre à un opérateur de monter sur le vibrateur pour guider l'objet. L'opérateur a ainsi une meilleure visibilité et peut plus facilement guider l'objet, mais sans respecter totalement les contraintes de sécurité pour les utilisateurs. De plus, l'implémentation de ces aménagements est contraignante. Par ailleurs, on positionne généralement les vibrateurs sur des rails de guidage, mais il est difficile de guider les vibrateurs jusqu'aux extrémités d'objets particulièrement longs. On peut également noter que les dispositifs de maintien doivent être suffisamment robustes pour résister aux vibrations générées et au poids des éléments qu'ils maintiennent. De ce fait, on utilise généralement des dispositifs ayant un châssis fermé ou annulaire pour obtenir une structure plus robuste. Toutefois, ces structures présentent les inconvénients présentés ci-avant. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de proposer à un appareil pour enfoncer dans le sol ou extraire du sol des objets tels que des pieux ou des tubes, qui permet de réduire le besoin de la présence d'un opérateur et qui permet d'enfoncer ou d'extraire des objets plus longs et de plus grand diamètre tout en étant robuste. L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un appareil comprenant un châssis pour recevoir un objet (2) tel qu'un pieu ou un tube, ou un tube de grand diamètre, et un vibrateur destiné à l'extraction ou à l'enfoncement dans le sol de l'objet. Selon une caractéristique générale, le vibrateur comprend deux modules de vibrateurs, par exemple synchronisés ensemble, et le châssis comprend au moins une ouverture latérale permettant l'insertion de l'objet par un mouvement de translation latérale dans le châssis entre les deux modules de vibrateur, l'objet étant dans une position verticale, et des moyens de serrage de l'objet fermant au moins partiellement ladite ouverture lorsque l'objet est maintenu. Par modules de vibrateurs, on entend des modules pouvant comprendre plusieurs sous-modules de vibrateurs, c'est-à-dire plusieurs vibrateurs. Ainsi, on obtient un appareil pour lequel il n'est pas nécessaire de manipuler le tube pour son insertion dans un châssis annulaire selon un mouvement de translation verticale, puisqu'il est possible d'insérer l'objet vertical par une translation latérale dans l'appareil. De ce fait, il n'est pas indispensable de prévoir la présence d'un opérateur pour guider l'objet, et il n'est pas non plus nécessaire de soulever l'objet au dessus de l'appareil. On peut par ailleurs enfoncer ou extraire des objets plus longs puisqu'il n'est pas nécessaire de les lever au dessus du vibrateur. Il suffit simplement de pouvoir les déplacer latéralement jusqu'à une ouverture dans le châssis. A titre d'exemple non limitatif, on peut enfoncer ou extraire des objets ayant une longueur supérieure à dix mètres, par exemple vingt mètres et plus. Alors que dans l'art antérieur on utilise des châssis fermés pour les vibrateurs comprenant deux modules de vibrateurs notamment pour des raisons de robustesse pour supporter les vibrations générées et du poids des éléments, on utilise ici des moyens de serrage mobiles mais suffisamment robustes pour maintenir l'objet. Aussi, l'invention peut être utilisée pour des objets de grandes dimensions. Dans l'art antérieur, on utilise forcement un châssis fermé ou un dispositif situé à l'extrémité de l'objet pour son enfoncement ou son extraction. Les moyens de serrage peuvent comprendre au moins une mâchoire mobile entre une position escamotée rendant accessible ladite ouverture et une position de serrage dans laquelle ladite ouverture est au moins partiellement fermée et dans laquelle l'objet est maintenu. L'appareil peut comprendre un ensemble d'au moins un vérin et d'une bielle, voire deux bielles, pour déplacer ladite au moins une mâchoire. L'utilisation d'un vérin, par exemple hydraulique, permet d'obtenir un maintien suffisamment robuste de l'objet à enfoncer ou à extraire. L'appareil peut comprendre au moins une plaque de serrage fixe et au moins une plaque de serrage mobile disposée sur ladite au moins une mâchoire. L'objet à enfoncer ou à extraire est ainsi maintenu fermement entre au moins deux plaques en contact avec lui. Avantageusement, l'appareil comprend une unique ouverture latérale, deux mâchoires disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'ouverture latérale, au moins une plaque de serrage fixe disposée contre une paroi intérieure de l'appareil et, sur chaque mâchoire, au moins une plaque de serrage mobile. L'utilisation de plaques de serrage permet d'augmenter la surface de contact entre les moyens de serrage et l'objet à maintenir : de ce fait, on peut maintenir des objets creux avec une force suffisante sans pour autant les déformer. L'appareil comprend alors un châssis en forme de U, et deux mâchoires formant un ensemble de double-portes pour ouvrir l'appareil et maintenir l'objet. Ladite ouverture peut être dimensionnée pour recevoir un objet ayant un diamètre supérieur à 300 millimètres, ou également supérieur à 400 ou 1000 millimètres. On peut noter que dans l'art antérieur, les vibrateurs destinés à recevoir de tels objets ont des châssis fermés pour des raisons de robustesse. L'invention a également pour objet, selon un troisième aspect, un procédé de maintien d'un objet tel qu'un pieu ou un tube pour son extraction ou son enfoncement dans le sol. Selon une caractéristique générale, le procédé comprend un déplacement en translation latérale de l'objet dans une position verticale pour l'insérer dans une ouverture latérale d'un appareil comportant un vibrateur comprenant deux modules de vibrateurs, l'objet étant inséré entre les deux modules de vibrateurs, et un serrage de l'objet fermant au moins partiellement ladite ouverture lorsque l'objet est maintenu. Par modules de vibrateurs, on entend des modules qui peuvent comprendre une pluralité de sous-modules de vibrateurs. Le procédé peut comprendre un déplacement d'au moins une mâchoire entre une position escamotée rendant accessible ladite ouverture et une position de serrage pour fermer au moins partiellement ladite ouverture et maintenir l'objet. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faire en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un appareil selon l'invention avec une ouverture laissée libre, - la figure 2 est une vue de dessus d'un appareil selon l'invention et un objet maintenu dans l'appareil, - la figure 3 est une vue en perspective de l'appareil de la figure 1, et - la figure 4 et une vue en perspective de l'appareil de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté en vue de dessus un appareil 1, comprenant deux modules de vibrateurs non visibles sur la figure, pour l'extraction ou l'enfoncement dans le sol d'un objet 2, par exemple un pieu ou un tube de grandes dimensions. Cet appareil 1 comprend deux modules de vibrateurs adaptés pour engendrer des vibrations agissant sur l'objet à enfoncer ou à extraire et comprend un dispositif 3 de maintien de l'objet, permettant de le maintenir pour le faire vibrer et pour l'enfoncer dans le sol (ou l'extraire). Les deux modules de vibrateurs sont synchronisés, ici au moyen d'un arbre de transmission 12. L'appareil 1 comprend un châssis 4 qui comprend une ouverture latérale 5. Comme on peut le constater sur la figure, cette ouverture s'étend sur toute la hauteur du dispositif 3. En d'autres termes, l'objet 2, qui est cylindrique et dispose d'une hauteur plus importante que celle de l'appareil 1, peut être inséré par translation dans le dispositif de maintien 3. Aussi, l'ouverture 5 s'étend entre les deux modules de vibrateur de sorte qu'un objet peut y être inséré pour être disposé entre les modules de vibrateurs. L'ouverture 5 peut être dimensionnée pour recevoir des objets ayant des diamètres supérieurs à 400 millimètres. Pour obtenir un maintien du pieu, deux mâchoires mobiles 6 sont utilisées dans le dispositif 3. Les mâchoires 6 sont disposées en vis-à-vis, de part et d'autre de l'ouverture 5. On peut noter que le dispositif 3 a une structure symétrique de part et d'autre du plan P. Dans la présente description, les éléments identiques ayant la même fonction mais disposés de part et d'autre du plan de symétrie P portent les mêmes références. Sur la figure 1, les mâchoires mobiles 6 sont dans une position escamotée. De ce fait, l'ouverture 5 est laissée libre et les mâchoires 6 ne permettent pas de maintenir un objet. Les mâchoires 6 sont liées au reste du dispositif 3 par des liaisons permettant une rotation des mâchoires dans le plan de la figure autour d'axes verticaux A. Les mâchoires 6 sont également reliées à des premières bielles 7 par des liaisons permettant des rotations dans le plan de la figure. Les bielles 7 sont également reliées pour une rotation avec des bielles 8 qui sont reliées par l'une de leurs extrémités aux axes verticaux B. Le mouvement des bielles 7 et 8 dans le dispositif de maintien est assuré par des vérins 9, par exemple des vérins hydrauliques. Les vérins 9 sont connectés par une première de leurs extrémités à la liaison entre les bielles 7 et 8 (axe mobile de rotation C), et par une deuxième de leurs extrémités à une liaison permettant une rotation autour des axes verticaux D. En outre, pour obtenir un bon maintien des objets à enfoncer ou à extraire, on peut utiliser des plaques de serrage. Plus précisément, on peut utiliser deux plaques fixes 10 disposées contre une paroi intérieure de l'appareil, c'est-à-dire au fond de l'ouverture 5. Les plaques de serrage 10 ont une forme concave vers l'extérieur destinée à favoriser le contact avec les objets à enfoncer ou à extraire. Les mâchoires mobiles 6 peuvent également être munies de plaques de serrage mobiles 11. Les plaques de serrage mobiles 11 ont également une forme concave vers l'extérieur pour favoriser le contact avec les objets à enfoncer ou à extraire. Comme indiqué ci-avant, on peut amener l'objet 2, dans une position verticale, par un mouvement de translation latérale, dans l'ouverture 5, pour être disposés entre les deux modules de vibrateurs de l'appareil 1. Cette translation peut être mise en oeuvre par tout moyen approprié, par exemple avec une grue ou un engin de battage. Une fois l'objet 2 inséré, on peut fermer les mâchoires mobiles 6, comme représenté sur la figure 2. Sur cette figure, les mâchoires mobiles 6 sont dans une position de serrage qui maintien l'objet 2, et qui ferme partiellement l'ouverture 5. On peut noter que les vérins 9 sont dans une position allongée. De ce fait, ce mouvement de translation est transmis aux bielles 7 et 8 qui font pivoter les mâchoires 6 autour des axes A. L'objet 2 est alors suffisamment maintenu pour subir des vibrations pour son enfoncement ou son extraction. Bien entendu, lorsque l'objet a été enfoncé dans le sol d'une profondeur qui correspond à une partie substantielle de sa longueur de sorte que l'appareil et le dispositif de maintien ont été rapprochés du sol, on peut desserrer les mâchoires 6 pour déplacer vers le haut le l'appareil et remonter de la sorte la zone de préhension de l'objet 2, puis les resserrer pour refaire subir à l'objet 2 des vibrations. Cette étape est répétée jusqu'à ce que l'objet 2 atteigne une profondeur satisfaisante. La figure 3 correspond à une vue en perspective de l'appareil 1 de la figure 1. Comme on peut le voir sur cette figure, les plaques de serrage 10 et 11 s'étendent sur presque toute la hauteur de l'appareil 1. En outre, il est possible, pour chaque mâchoire 6, d'utiliser deux ensembles de vérins et de bielles, un premier ensemble étant disposé au voisinage de la partie supérieure de l'appareil, et un deuxième ensemble étant disposé au voisinage de la partie inférieure de l'appareil. On applique ainsi une force suffisamment importante pour maintenir l'objet 2. La figure 4 correspond à une vue en perspective de l'appareil de la figure 2, lors du maintien de l'objet 2. Sur cette figure, on voit que le dispositif de maintien 3 de l'appareil 1 comporte deux ensembles de bielles 7 et 8 pour l'une des deux mâchoires. Grâce à l'invention, on obtient un appareil ayant dispositif de maintien et un vibrateur permettant une insertion plus simple des objets à enfoncer ou à extraire. Il est ainsi possible d'enfoncer des objets plus longs. L'invention donc est particulièrement utile pour enfoncer ou extraire des objets ayant une longueur supérieure à dix mètres, par exemple vingt mètres ou trente mètres, parfois plus. Aussi, l'invention peut être utilisée par tout type d'appareil comprenant deux modules de vibrateurs, notamment des vibrateurs à moment variable ou d'autres types de vibrateurs. Enfin, avec l'invention, il n'est pas nécessaire de prévoir la présence d'un opérateur sur la machine pour guider précisément un objet qui doit passer au travers de l'appareil. L'invention peut donc être utilisée de manière plus sûre en réduisant le danger pour les opérateurs.20 REVENDICATIONS1. Appareil comprenant un châssis pour recevoir un objet (2) tel qu'un pieu ou un tube, et un vibrateur destiné à l'extraction ou à l'enfoncement dans le sol de l'objet (2), caractérisé en ce que le vibrateur comprend deux modules de vibrateurs et le châssis (4) comprend au moins une ouverture latérale (5) permettant l'insertion de l'objet par un mouvement de translation latérale dans le châssis entre les deux modules de vibrateurs, l'objet étant dans une position verticale, et des moyens de serrage de l'objet fermant au moins partiellement ladite ouverture lorsque l'objet est maintenu. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel les moyens de serrage comprennent au moins une mâchoire (6) mobile entre une position escamotée rendant accessible ladite ouverture et une position de serrage dans laquelle ladite ouverture est au moins partiellement fermée et dans laquelle l'objet est maintenu. 3. Appareil selon la revendication 2, comprenant un ensemble d'au moins un vérin (9) et d'une bielle (7, 8) pour déplacer ladite au moins une mâchoire. 4. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, comprenant au moins une plaque de serrage fixe (10) et au moins une plaque de serrage mobile (11) disposée sur ladite au moins une mâchoire. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant une unique ouverture latérale, deux mâchoires (6) disposées en vis-à-vis de part et d'autre de l'ouverture latérale, au moins une plaque de serrage fixe (10) disposée contre une paroi intérieure de l'appareil, et sur chaque mâchoire au moins une plaque de serrage mobile (11). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite ouverture est dimensionnée pour recevoir un objet ayant un diamètre supérieur à 300 millimètres. 7. Procédé de maintien d'un objet (2) tel qu'un pieu ou un tube pour son extraction ou son enfoncement dans le sol, caractérisé en ce qu'il comprend un déplacement en translation latérale de l'objet dansune position verticale pour l'insérer dans une ouverture latérale (5) d'un appareil comportant un vibrateur comprenant deux modules de vibrateurs, l'objet étant inséré entre les deux modules de vibrateurs, et un serrage de l'objet fermant au moins partiellement ladite ouverture lorsque l'objet est maintenu. 8. Procédé selon la revendication 7, comprenant un déplacement d'au moins une mâchoire (6) entre une position escamotée rendant accessible ladite ouverture et une position de serrage pour fermer au moins partiellement ladite ouverture et maintenir l'objet.10