CH707119A2 - Dispositif pour la pose de pieux et pieux adaptés à un tel dispositif. - Google Patents

Abstract

Le dispositif adaptateur (1) de l’invention, rapporté sur une machine de chantier de type pelle rétroexcavatrice, permet d’enfoncer dans le sol de manière rapide et économique des pieux en béton armé. Il comporte une grue (2, 3) et un marteau (7) suspendu au câble de la grue. Le marteau, constitué d’un piston (8), peut être soulevé automatiquement par une pression d’huile dérivée du circuit hydraulique de la machine de chantier. La pression peut ensuite être détendue par l’action d’une chemise mobile actionnée pneumatiquement de manière automatique à partir du mouvement du piston. Le piston est alors libre de descendre sous l’effet de la gravité augmenté d’une pression pneumatique réglable engendrée par le mouvement ascendant de ce même piston. Le piston vient percuter une plaque intermédiaire pouvant appliquer au pieu une force de battage réglable. Le pieu comporte avantageusement des nervures hélicoïdales pour se visser dans le sol.

Description

[0001] L’invention concerne un dispositif, dorénavant appelé «dispositif adaptateur», pouvant être adapté sur une machine de type pelle rétro-excavatrice, couramment utilisée sur les chantiers de construction, permettant d’enfoncer dans le sol de manière rapide et économique des pieux en béton armé, substituant ainsi la traditionnelle grue-marteau à enfoncer des pieux et palplanches dans le sol. L’invention concerne également un nouveau type de pieu étudié pour coopérer avec le dispositif cité et un procédé de mise en œuvre du dispositif pour l’enfoncement des pieux.

[0002] Chaque fois qu’il est nécessaire d’enfoncer dans le sol des pieux en béton armé ou des palplanches sur un chantier de constructions civiles, il faut faire venir et installer une grue-marteau qui est une machine lourde, onéreuse à louer, à transporter et à opérer, et lente à déplacer si l’on doit dépasser le rayon d’action de la grue.

[0003] Ce coût élevé limite les applications des pieux en béton armé et palplanches aux grands chantiers, alors que de nombreuses applications plus modestes ne peuvent pas bénéficier des avantages inhérents à l’utilisation de pieux, à cause du facteur coût cité.

[0004] L’invention permet, par les dispositifs et le procédé proposés, d’étendre de manière notable l’éventail des applications de la technique des pieux à toutes sortes de constructions qui auparavant devaient se contenter des traditionnelles fondations, semelles et colonnes en béton armé coffré sur place.

[0005] Depuis plus d’une décennie l’on voit augmenter la fréquence d’inondations souvent catastrophiques dans bien des pays sur tous les continents. Ces inondations sont causées notamment par la montée des eaux de mer, des tsunamis, cyclones, pluies diluviennes, etc.

[0006] Le dispositif adaptateur monté sur des machines existantes, qui sont reconnues d’une qualité à toute épreuve et qui se trouvent en grand nombre dans tous les pays, permet de poser des pieux spécialement conçus formant une combinaison particulièrement heureuse avec le dispositif adaptateur, par une technique nouvelle, rapide et rationnelle. L’invention permet alors d’offrir à une gamme étendue de petites et moyennes constructions une option avantageuse par rapport au système classique de fondations et semelles en béton armé. Par exemple, des constructions en bord de mer, dans des régions régulièrement inondées par une montée des eaux en certaines périodes de l’année, des habitations posées sur des terrains pentus où les fortes pluies s’infiltrent et provoquent des glissements de terrain, bénéficieront de manière remarquable du système de pose de pieux proposé par l’invention.

[0007] Le but de la présente invention est de proposer un dispositif pouvant être adapté sur une machine du type pelle rétro, permettant d’enfoncer dans le sol de manière rapide et économique des pieux en béton armé. L’invention a également pour but de proposer un nouveau type de pieu étudié pour coopérer avec le dispositif cité, et un procédé de mise en œuvre pour enfoncer ledit pieu.

[0008] Ces objectifs sont atteints selon l’invention par les caractéristiques de la revendication indépendante de dispositif pour l’adaptateur, par les caractéristiques de la revendication no. 5 de dispositif, en ce qui concerne le pieu, et par les caractéristiques de la revendication indépendante de procédé quant à la mise en œuvre pour l’enfoncement du pieu.

[0009] Il existe des dispositifs décrits et revendiqués dans la littérature des brevets, que l’on peut considérer comme appartenant au même domaine; certains d’entre eux seront cités ci-dessous.

[0010] Le brevet US 5 375 664 revendique un dispositif permettant d’enfoncer des pieux à l’aide d’un marteau hydraulique frappant à un rythme de plus de 400 coups par minute. A ce rythme, la masse du marteau est forcément relativement petite, et le dispositif s’adresse à l’enfoncement de pieux très fins, genre pieux de clôture. Le dispositif comprend en outre un treuil, et son installation sur une pelle rétro n’est pas immédiat.

[0011] La demande US 2006 213 676 revendique un dispositif à marteau relevé par un vérin pneumatique ou hydraulique. Il comporte une transmission à câble permettant de réduire l’impact en réaction sur la tige du vérin. L’installation du dispositif sur une pelle rétro n’est pas immédiat.

[0012] Le brevet US 4 099 579 est un dispositif pouvant s’adapter sur une pelle rétro sans modifier celle-ci, destiné à des applications de forage. Il existe plusieurs brevets proposant d’adapter une pelle rétro pour le forage.

[0013] Le brevet JP 6 146 279 revendique un dispositif permettant d’enfoncer des pieux à l’aide d’un marteau hydraulique de masse relativement faible, destiné à enfoncer des pieux très fins, genre pieux de clôture. Son installation sur une pelle rétro n’est pas immédiat. L’une des caractéristiques revendiquées concerne la réduction des réactions sur le bras de la pelle pour diminuer la fatigue de l’opérateur.

[0014] La demande JP 2002 129 566 s’adresse à un dispositif permettant essentiellement d’extraire des pieux en prenant appui sur un pieu voisin; il permettrait aussi d’enfoncer un pieu en prenant appui sur un pieu voisin sollicité en traction cette fois. Dans ce cas, le descriptif n’explique pas clairement ce qui garantirait l’enfoncement du pieu au lieu de l’extraction du pieu voisin. Le dispositif comporte un treuil et un vérin hydraulique.

[0015] Le brevet CN 2013 14 046 Y revendique un pieu en croix et sa méthode de moulage. La section en croix choisie permet d’obtenir un périmètre égal à celui d’un pieu de section carrée de mêmes dimensions transversales, tout en économisant du béton. Seule la pointe est préfabriquée et enfoncée au bout d’un moule, ensuite le béton est coulé, ce procédé de moulage in situ évitant le transport d’un pieu entier préfabriqué. Il reste à voir si le démoulage d’un tel pieu et l’extraction du moule est réalisable pour des pieux assez longs sur tous les types de terrain sans casser le pieu ni dégrader le moule.

[0016] La demande US 2005 111 920 revendique un procédé d’enfoncement de pieux constitués de multiples segments s’emboîtant verticalement dans le prolongement l’un de l’autre.

[0017] Les avantages du dispositif selon l’invention sont essentiellement les suivants: Le dispositif, relativement simple et léger, peut être aisément monté sur l’une des petites machines de chantier les plus courantes, la pelle rétro, machine automobile maniable par excellence, au coût de location et d’opération réduit. L’on obtient ainsi un outil de travail fonctionnel et de coût très réduit, parfaitement adapté à la tâche à effectuer, de par sa conception même. Le dispositif permet une mise en place ultra rapide des pieux avec du matériel peu coûteux et efficace. Le dispositif permet d’obtenir un prix de revient du mètre de pieu très bas de par sa forme et sa légèreté. La pelle rétro ne subit aucune modification, mais reçoit le dispositif de l’invention constitué de pièces rajoutées qui se fixent et s’enlèvent en quelques minutes si nécessaire. Le pelle rétro peut être utilisée sans difficulté aussi bien dans sa fonction prévue d’origine ( nivelage, terrassement) que pour la pose des pieux. La partie de la mécanique rajoutée ne représente que le 15 à 20 % du prix de la machine de base (pelle rétro ou tractopelle).

[0018] D’autres avantages résultant de l’utilisation de ce dispositif seront mis en évidence plus loin dans ce document après la description détaillée.

[0019] Le dispositif sera maintenant décrit en détail en se référant aux figures qui illustrent la présente demande.

[0020] Sur la Fig. 1 l’on voit que la machine de base (pelle rétro) n’est aucunement modifiée pour recevoir le dispositif adaptateur 1, simplement on y ajoute un bras 2 qui fait office de grue 3 vers l’avant et qui peut tourner de presque 70 degrés de chaque côté. Sa capacité de levage devrait être d’environ deux tonnes au maximum. La grue se trouve dans l’axe du godet 4 qui est à l’avant de la machine. Ce bras de grue 2 est fixé sur la pelle rétro à l’arrière de la machine.

[0021] Cette grue 3 sert à soulever le pieu 5 verticalement et le placer dans le dispositif-guide 6 fixé au godet comme le montre en détail la fig. 3 . Ce dispositif-guide 6 peut être aisément mis en place et retiré à l’aide de la grue part intégrante du dispositif adaptateur. Pour les travaux préliminaires de terrassement et nivellement du terrain, il est préférable d’enlever le dispositif-guide 6 du godet et déposer le dispositif adaptateur 1 dans son entièreté.

[0022] En positionnant la pelle pour que le pieu 5 soit maintenu au godet 4 bien vertical par le dispositif-guide 6, la grue 3 peut soulever un marteau 7 hydraulique automatique représenté sur la Fig. 2a , alimenté par et coopérant avec le système hydraulique de la pelle rétro-excavatrice, le marteau pouvant s’emboîter sur la partie supérieure du pieu 5.

[0023] Ce marteau 7 est équipé d’un mouton 8 de l’ordre d’une demi-tonne chutant de 0,5m de hauteur maximum. Le nombre de chutes à la minute serait de 15 à 30 coups.

[0024] La hauteur de chute du mouton peut être réglée par un système pneumatique coopérant avec le circuit hydraulique, ainsi le machiniste peut varier la force de battage selon la nécessité.

[0025] Si le marteau venait à tendre le cable en fin de chute, le marteau arrêterait instanément la frappe, grâce à un système de protection (ce serait par exemple le cas d’un pieu qui se casse, mais d’autres avaries de toutes sortes pourraient activer également ce système de protection).

[0026] Le pieu 5 a été confectionné au préalable de longueur suffisante en fonction du type de terrain, pour qu’une fois enfoncé, il garantisse une résistance (portance) adéquate.

[0027] Suit la description détaillée du marteau 7 illustré par les Fig. 2a et 2b .

[0028] Le mouton, constitué d’une masse en acier cylindrique 8 coulisse de haut en bas et vice-versa dans une chemise cylindrique en acier 9. Ce mouton 8 que nous appellerons dorénavant piston 8, est construit de manière à résister aux chocs. Ce piston 8 comporte sur son pourtour des joints circulaires 20 qui servent à comprimer l’air sur et sous le piston 8. Ces joints d’étanchéité sont du type couramment employés dans les dispositifs pneumatiques. Au centre du piston est usiné un alésage permettant à un tube coaxial 10, fixe par rapport à la chemise 9, de constituer un espace volumétrique 11 qui sera mis sous pression pour exercer une force de levage sur l’anneau 12 vissé par des boulons à haute résistance sur le piston 8.

[0029] En se référant maintenant aux Fig. 2a et 2b , l’élévation du piston 8 se produit par l’application de pression hydraulique depuis le circuit d’huile de la pelle rétro par l’intermédiaire de vannes de commande non représentées, pression appliquée dans la chambre cylindrique annulaire 21 par la connexion 17. Pour que le piston se soulève il faut que la chemise mobile 25 en acier soit dans sa position la plus basse ( fig. 2b ) auquel cas l’huile hydraulique passe entre la chemise mobile 25 et le tube 10, puis suit par l’extérieur du tube 10 et pénètre au travers de la fenêtre 22 dans l’espace volumétrique 11 et va soulever le piston 8 par une poussée sur l’anneau 12.

[0030] Quand le piston atteint une certaine hauteur, l’air qui est entré dans le cylindre 9 au dessus du piston 8 par les ouvertures 18 quand le piston se trouvait dans sa position la plus basse, a vu sa pression augmenter par le mouvement ascendant du piston. Quand cette pression a atteint la pression ajustée par le réglage d’une vanne 23 servo-commandée, l’air comprimé va pouvoir soulever le piston auxiliaire 24 qui est solidaire de la chemise mobile 25 en entraînant donc celle-ci vers sa position la plus haute. Le tube coaxial fixe 10 est alors libéré dans sa partie basse (Fig. 2a ), laissant s’échapper l’huile hydraulique qui se trouvait dans l’espace volumétrique 11. Cette huile stationnera au fond de l’alésage interne du piston. Cette huile va sortir de sa réserve quand le piston 8 remontera; elle va traverser la chemise mobile 25 et sortir vers le réservoir d’huile de la pelle-rétro par le tuyau d’évacuation 16 disposé à cet effet.

[0031] Le piston 8, libéré de la pression sur l’anneau 12 lorsque la chemise interne 25 s’est déplacée vers le haut, va chuter presque librement dans la chemise 9. Lorsque la partie la plus basse du piston dépasse les ouvertures d’air 19, le volume résiduel d’air au bas du piston sera comprimé et refoulé par le conduit 26 en chassant le piston auxiliaire 24 et la chemise mobile solidaire 25 vers le bas, permettant à l’huile de refaire pression dans l’espace 11 pour remonter le piston, un nouveau cycle comme décrit ci-dessus recommence alors. Ces cycles successifs continuent tant que la connexion 17 reçoit l’huile sous pression; lorsqu’une vanne de commande non représentée coupe cette pression, le mécanisme du marteau s’arrête instantanément.

[0032] Lorsque le piston 8 arrive en fin de course de descente, il frappe une plaque intermédiaire 27 qui, lors de l’impact, est libre d’effectuer une course de descente tout en donnant un effet de rotation au pieu 5, grâce à des rainures hélicoïdales 29 aménagées sur le pourtour de la plaque 27. Cet effet de rotation facilite l’enfoncement dans le sol du pieu, pourvu lui aussi de rainures ou de nervures hélicoïdales 14.

[0033] Le pieu est en outre guidé par une bague 28 située à l’extrémité inférieure de la chemise 9.

[0034] Le pieu 5 est un nouveau type de pieu spécialement étudié pour coopérer avantageusement avec le marteau. Il est constitué de béton armé précontraint de haute résistance ( 400 kg. au cm2) avec adjonction de fibre de verre, moulé autour d’un tube d’acier 15. Le pieu possède sur sa suface latérale des rainures ou nervures hélicoïdales 14 qui permettent au pieu de se visser dans le sol. L’on obtient ainsi comparativement les avantages d’une vis à bois par rapport à un simple clou lisse; la portance d’un tel pieu rainure ou nervure est notablement supérieure à un pieu lisse.

[0035] Le pieu montré dans la fig. 4 peut être fabriqué par un béton centrifugé dans un coffrage métallique pos. 31.

Légendes des figures

[0036] <tb>Fig. 1<SEP>L’adaptateur fixé sur la pelle – rétro. <tb>Fig. 2a :<SEP>détail du marteau avec son piston 8 en position haute. <tb>Fig. 2b<SEP>détail du marteau avec son piston 8 en position basse. <tb>Fig. 2c<SEP>détail de la suspension du marteau. <tb>Fig. 2d<SEP>détail du tube coaxial fixe 10. <tb>Fig. 2e<SEP>détail de la chemise mobile 25 et du piston auxiliaire solidaire 24. <tb>Fig. 2f<SEP>détail de la plaque intermédiaire 27. <tb>Fig. 3<SEP>dispositif fixé au godet pour guider le pieu en position verticale. <tb>Fig. 4<SEP>dessin système de pieux

Claims (7)

1. Dispositif adaptateur (1) permettant d’enfoncer dans le sol de manière rapide et économique des pieux en béton armé, caractérisé en ce qu’il est adapté à une machine de chantier de type pelle rétro-excavatrice ou rétro-pelle sur laquelle il peut être rapporté et fixé, le dispositif comportant un bras (2) constituant une grue (3) pouvant pivoter autour d’un axe vertical, comportant en outre un marteau (7) suspendu au cable de la grue, le marteau pouvant être positionné et emboîté sur la partie supérieure d’un pieu (5) à enfoncer dans le sol, le marteau étant constitué d’un mouton jouant aussi le rôle de piston (8) coulissant dans une chemise (9) faisant office de vérin hydraulique, le piston pouvant être soulevé automatiquement par une pression d’huile dérivée du circuit hydraulique de la machine de chantier, pression pouvant ensuite être détendue par l’action d’un verrou constitué d’une chemise mobile (25) actionnée pneumatiquement de manière automatique à partir du mouvement du piston (8) lui-même, le piston étant alors libre de descendre sous l’effet de la gravité augmenté d’une pression pneumatique réglable exercée sur la partie supérieure du piston et engendrée par le mouvement ascendant de ce même piston, pour venir percuter une plaque intermédiaire (27) pouvant appliquer au pieu une force de battage, permettant au pieu de descendre dans le sol, le dispositif adaptateur étant en outre caractérisé en ce que le pieu peut être guidé pour maintenir sa position verticale par un dispositif-guide (6) rapporté sur le godet (4) de la rétro-pelle.

2. Dispositif adaptateur (1) selon la revendication l, caractérisé en ce que la force de battage du mouton constitué du piston (8), résultante de la hauteur de chute du piston, peut-être réglée par l’action de la chemise mobile (25) au moyen d’une vanne ajustable servo-commandée (23) sensible à la pression pneumatique engendrée sur la partie supérieure du piston lors de son mouvement ascendant, cette vanne permettant le passage de cette pression d’air pour actionner un piston auxiliaire (24) solidaire de la chemise mobile (25) permettant à celle-ci de libérer la descente du piston (8).

3. Dispositif adaptateur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vanne ajustable servo-commandée (23) est commandée électriquement depuis la cabine de la machine de chantier.

4. Dispositif adaptateur (1) selon l’une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la plaque intermédiaire (27) est pourvue de rainures latérales hélicoïdales (29), cette plaque pouvant alors être mise en mouvement simultané de translation vers le bas et de rotation lors de la percussion du piston, pouvant en conséquence communiquer ce même mouvement de descente et de rotation au pieu, celui-ci pouvant alors descendre dans le sol en se vissant.

5. Pieu spécialement conçu pour coopérer avec le dispositif adaptateur selon la revendication 4, et pouvant être enfoncé dans le sol par le marteau dudit dispositif, caractérisé en ce qu’il est pourvu de rainures ou de nervures latérales de forme hélicoïdale, facilitant ainsi le vissage du pieu dans le sol lors de son enfoncement.

6. Pieu selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il est fait de béton centrifugé précontraint, possédant de préférence une résistance à la compression égale ou supérieure à 40 Mpa et caractérisé en outre par 1 ́ adjonction de fibre de verre et par le fait qu’il est moulé autour d’une armature faite de barres d’acier (15).

7. Procédé de mise en œuvre du dispositif d’adaptation selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé par les étapes suivantes: – fixation du dispositif adaptateur (1), soit son bras (2) et son dispositif de guidage (6) sur la machine de chantier, établissement des connexions hydrauliques et le cas échéant électriques dans le cas du dispositif de la revendication 3, installation des vannes de commande dans la cabine de la machine; – suspension du pieu (5) par la grue; – descente du pieu au travers du dispositif-guide (6); – descente du marteau jusqu’au contact avec la face supérieure du pieu; – actionnement du marteau par la commande hydraulique installée dans la cabine de la machine de chantier, pour enfoncer le pieu jusqu’à la profondeur désirée.