[0001] La présente invention a pour objet une machine pour la réalisation de pieux forés
du type à tarière.
[0002] De façon plus précise, l'invention concerne une machine qui permet simultanément
le forage d'une excavation cylindrique dans le sol et le remplissage de cette excavation
à l'aide de coulis ou de béton pour obtenir finalement un pieu moulé dans le sol excavé.
[0003] Sur la figure 1 annexée, on a représenté une machine de forage du type à tarière
pour la réalisation de pieux moulés. Cette machine comporte une plate-forme 10 de
préférence montée sur chenille 12 sur laquelle est articulé un mât de guidage 14 qui,
en position de travail, est vertical. Le mât 14 porte sur une de ses faces des glissières
verticales 16 pour guider en translation un chariot 18. Ce chariot 18 porte une tête
de mise en rotation 20 qui coopère avec une tarière creuse 22 constituée par une âme
creuse 24 et au moins une pale en forme d'hélice 26. La tête de mise en rotation 22
sert à la mise en rotation de la tarière 22, ce qui provoque son enfoncement dans
le sol par vissage et donc la réalisation du puits de forage. La tarière 22 étant
creuse, il est possible après le forage du puits d'injecter dans celui-ci du coulis
ou du béton pour réaliser le pieu au fur et à mesure de la sortie de la tarière hors
du puits.
[0004] Pour des raisons à la fois d'encombrement lors des déplacements de la machine et
pour des raisons de construction, la hauteur du mât 14 et la hauteur H de la tarière
22 sont toujours limitées à une valeur de l'ordre de 20 mètres. Or, dans certains
chantiers, il est souhaitable de pouvoir forer et réaliser des pieux moulés dont la
profondeur est de l'ordre de 25 mètres.
[0005] Pour permettre la réalisation de tels pieux, on a déjà proposé d'adjoindre à la partie
supérieure de la tarière 22 un tube prolongateur 28 ultérieurement appelé Kelly. Le
Kelly 28 de longueur h est solidarisé en rotation et en translation à l'extrémité
supérieure de la tarière et l'extrémité supérieure 28b du Kelly 28 est raccordée par
un joint tournant 30 à une conduite 32 d'amenée de béton. On comprend qu'ainsi la
profondeur du pieu réalisable est égale à H + h, ce qui donne une profondeur de l'ordre
de 25 mètres. Il faut préciser que la tête de mise en rotation 20 peut aussi bien
coopérer avec l'âme 24 de la tarière qu'avec le Kelly 28.
[0006] Un inconvénient majeur d'un tel système réside dans la façon dont le béton est introduit
dans le forage pour la réalisation du pieu. Le béton sort directement à l'extrémité
ouverte inférieure 24a de l'âme creuse de la tarière. Le déplacement de cette extrémité
inférieure 24a à l'aide du chariot 18 est délicat et le risque est que cette extrémité
inférieure ne se retrouve au-dessus du béton remplissant au fur et à mesure le puits
foré. Cette discontinuité s'accompagne d'un risque d'éboulement localisé du terrain
dans lequel le puits vient d'être foré et d'altérer très significativement la résistance
mécanique du pieu qui sera ainsi réalisé.
[0007] Par ailleurs, on connaît par le brevet français 2 566 813 au nom de Solétanche une
machine de forage par tarière qui permet d'éviter l'inconvénient mentionné ci-dessus.
Cette tarière à âme creuse est équipée d'un tube monté coulissant dans l'âme creuse
de la tarière, ce tube étant le plus souvent appelé tube plongeur. Ce tube est en
positon rentrée dans la tarière lors du forage du puits et son extrémité inférieure
est déplacée pour faire saillie à l'extrémité inférieure de la tarière lorsque l'on
remonte celle-ci pour permettre l'injection du béton dans le puits foré. Cette technique
permet d'assurer la bonne qualité du pieu réalisé et notamment la continuité de l'injection
du béton sur toute la hauteur du forage.
[0008] On comprend qu'il existe un réel besoin de disposer d'une machine de forage par tarière
pour la réalisation de pieux moulés qui permette à la fois la réalisation de pieux
de profondeur accrue et l'obtention de pieux de grande qualité et notamment présentant
une grande continuité de sa structure en béton.
[0009] Un objet de la présente invention est de fournir une telle machine de forage répondant
simultanément à ces deux exigences.
[0010] Pour atteindre ce but, selon l'invention, la machine de forage pour la réalisation
de pieux forés comprend :
- des moyens de guidage vertical ;
- une tête de mise en rotation mobile par rapport auxdits moyens de guidage vertical
;
- une tarière comportant une âme creuse et au moins une pale en forme d'hélice, ladite
âme ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ouverte ;
- un tube prolongateur dont l'extrémité inférieure est solidaire de l'extrémité supérieure
de l'âme de la tarière, ladite tête de mise en rotation coopérant avec ledit tube
prolongateur pour la mise en rotation de l'ensemble constitué par la tarière et le
tube prolongateur ;
- un tube plongeur monté coulissant dans l'âme creuse de la tarière et le tube prolongateur,
le tube plongeur ayant une extrémité supérieure raccordée à une conduite d'alimentation
en béton ;
- des moyens formant vérin ayant une première extrémité solidaire en translation de
l'extrémité supérieure dudit tube prolongateur et une deuxième extrémité solidaire
en translation de l'extrémité supérieure dudit tube plongeur ; et
- des moyens pour commander les moyens formant vérin, par quoi la position relative
de l'extrémité inférieure dudit tube plongeur peut être modifiée par rapport à la
position de l'extrémité inférieure de l'âme de ladite tarière.
[0011] On comprend que grâce au fait que l'âme creuse de la tarière est prolongée par un
tube prolongateur ou Kelly, on peut réaliser des pieux de profondeur accrue sensiblement
de la longueur de Kelly. On voit également que la mise en place d'un tube plongeur
mobile dans l'ensemble constitué par l'âme creuse de la tarière et le Kelly permet
de bénéficier de tous les avantages d'un tube plongeur quant à la maîtrise de l'injection
du béton ou du coulis à l'intérieur du puits foré en vue d'obtenir le pieu.
[0012] De préférence, les moyens formant vérin comprennent un corps annulaire entourant
le tube plongeur et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube prolongateur
et une partie mobile annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation
de l'extrémité supérieure du tube plongeur.
[0013] On comprend que grâce à la présence du vérin annulaire, il est possible de contrôler
avec précision la position de l'extrémité inférieure du tube plongeur par rapport
à l'extrémité inférieure de l'âme creuse de la tarière, ce qui permet d'obtenir une
grande qualité de l'injection du béton dans le puits foré au fur et à mesure de la
remontée de la tarière et du Kelly malgré la présence de ce dernier. De plus, l'utilisation
d'un vérin annulaire entourant le tube plongeur permet d'éviter l'introduction d'un
désaxement entre le tube plongeur d'une part et le Kelly et la tarière d'autre part.
[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture
de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés
à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur
lesquelles :
la figure 1 déjà décrite montre une machine de réalisation connue de pieux forés de
profondeur accrue ;
la figure 2 est une vue en élévation de l'ensemble de la machine de forage selon l'invention
;
la figure 3a est une vue partielle de la figure 2 montrant le tube plongeur en position
rentrée ;
la figure 3b est une vue analogue à la figure 3a montrant le tube plongeur en position
sortie ; et
la figure 4 est une vue de l'ensemble de la machine à la fin de la réalisation du
forage.
[0015] En se référant tout d'abord aux figures 2 et 3, on va décrire un mode préféré de
réalisation de la machine de forage.
[0016] Sur les figures 2, on retrouve la plate-forme 10 avec son mât vertical de guidage
14 de la tête de mise en rotation 20 ainsi que la tarière creuse 22 dont l'âme creuse
24 est raccordée en translation et rotation à l'extrémité inférieure 28a du Kelly
28. La liaison mécanique entre l'âme de la tarière et le Kelly est de toute nature
convenable pour permettre la transmission de la rotation et du déplacement de la tête
de rotation 20 depuis le Kelly 28 jusqu'à l'âme 24 de la tarière 22. Sur la figure
3b, on a représenté par 34 ces moyens de liaison mécanique.
[0017] Selon l'invention, la machine comporte en outre un tube plongeur 36 qui est monté
coulissant dans l'âme creuse 24 de la tarière et dans le Kelly 28. Le tube plongeur
36 comporte une extrémité inférieure 36a et une extrémité supérieure 36b qui est raccordée
à la conduite 32 d'alimentation en béton ou en coulis du tube plongeur 36. Comme le
montre mieux la figure 3a, l'extrémité supérieure 28b du Kelly est raccordée à un
vérin annulaire 38 qui est interposé entre l'extrémité supérieure 28b du Kelly et
l'extrémité supérieure 36b du tube plongeur. Ce vérin annulaire 38 qui entoure la
partie supérieure du tube plongeur est constitué par un corps annulaire 40 qui entoure
le tube plongeur 36 et qui est solidaire en translation de l'extrémité supérieure
28b du Kelly mais, de préférence, libre par rapport à celui-ci en rotation. Le corps
40 du vérin annulaire 38 est raccordé à une conduite 42 d'alimentation en fluide sous
pression pour commander le vérin 38. Ce dernier comporte également une partie mobile
annulaire 44 qui entoure le tube plongeur 36 et dont l'extrémité supérieure 44a est
raccordée et solidarisée avec l'extrémité supérieure 36b du tube plongeur par l'intermédiaire
de moyens de solidarisation 46 qui solidarisent la partie mobile du vérin en translation
avec le tube plongeur mais qui est libre de préférence en rotation. De préférence
également, le système de solidarisation 46 constitue en même temps un joint tournant
pour la conduite 32 d'alimentation en béton du tube plongeur 36.
[0018] On comprend que grâce à la présence du vérin annulaire 40, il est possible pour toute
position de l'ensemble constitué par la tarière 22 et le Kelly 28 de définir pour
le tube plongeur 36 une position rentrée (figure 3a) dans laquelle l'extrémité 36a
du tube plongeur est en retrait par rapport à l'extrémité inférieure 24a de l'âme
de la tarière et une position sortie représentée sur la figure 3b. Dans le premier
cas, le corps du vérin annulaire 40 est alimenté en fluide sous pression, ce qui provoque
la remontée du tube plongeur par rapport à l'ensemble constitué par la tarière et
le Kelly. En revanche, lorsque l'alimentation du corps 40 de vérin est interrompue,
le tube plongeur est abaissé par rapport à l'ensemble constitué par la tarière et
le Kelly et son extrémité inférieure 36a fait saillie hors de l'extrémité inférieure
24a de l'âme de la tarière. Dans cette position, il est possible de contrôler, par
le tube plongeur, l'injection de béton dans le puits préalablement foré par la tarière
22. Pour cela, comme c'est en soi connu, de préférence à proximité de son extrémité
inférieure 36a, la paroi latérale du tube plongeur est munie d'orifices d'injection
tels que 50. En position d'injection, les orifices 50 se trouvent à une profondeur
contrôlée h' en dessous de l'extrémité inférieure 24a de la tarière, ce qui permet
de maintenir les orifices d'injection 50 en dessous du niveau libre du béton remplissant
petit à petit le puits foré.
[0019] Comme cela est également connu en soi, il est possible d'équiper l'extrémité inférieure
36a d'un outil de forage qui facilite l'action de la tarière lors du forage du puits.
Dans ce cas, il peut être intéressant de prévoir que le tube plongeur 36 soit accouplé
en rotation avec la tarière 22 et le Kelly 28. Cela est rendu possible par la présence
du joint tournant 46 faisant la liaison entre la conduite d'alimentation 32 et le
tube plongeur 36.
[0020] Sur la figure 4, on a représenté le début du remplissage du puits de forage après
sa réalisation. L'extrémité inférieure 36a du tube plongeur est disposée en dessous
de l'extrémité inférieure de la tarière 24a de telle manière que les orifices 50 permettent
l'injection du béton en dessous de la tarière dans la partie inférieure 52 du puits
foré. Puis le vérin annulaire 38 maintenant le tube plongeur 36 en position sortie,
l'ensemble constitué par la tarière 22, le Kelly 28 et le tube plongeur 36 est globalement
remonté par l'intermédiaire de la tête de mise en rotation 20. La longueur h' entre
l'extrémité 24a de la tarière creuse et les orifices d'injection 50 fournit une plage
de sécurité pour assurer que les orifices 50 restent bien disposés en dessous du niveau
de béton lors de la remontée de la tarière et du tube plongeur.
[0021] On comprend que la machine définie ci-dessus permet effectivement d'une part de réaliser
des pieux forés de profondeur accrue grâce à la présence du Kelly 28 monté à l'extrémité
supérieure de l'âme de la tarière et que d'autre part on obtient une grande qualité
de pieux moulés du fait de la présence du tube plongeur 36 et de la possibilité de
déplacement relatif de celui-ci par rapport à la tarière 22 grâce à la présence du
vérin annulaire 38 qui peut être commandé indépendamment de la position de la tête
de mise en rotation 20 et donc de la position de la tarière.
1. Machine pour la réalisation de pieux forés comprenant :
- des moyens de guidage vertical ;
- une tête de mise en rotation mobile par rapport auxdits moyens de guidage vertical
;
- une tarière comportant une âme creuse et au moins une pale en forme d'hélice, ladite
âme ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ouverte ;
- un tube prolongateur dont l'extrémité inférieure est solidaire de l'extrémité supérieure
de l'âme de la tarière, ladite tête de mise en rotation coopérant avec ledit tube
prolongateur pour la mise en rotation de l'ensemble constitué par la tarière et le
tube prolongateur ;
- un tube plongeur monté coulissant dans l'âme creuse de la tarière et le tube prolongateur,
le tube plongeur ayant une extrémité supérieure raccordée à une conduite d'alimentation
en béton et une extrémité inférieure munie d'orifices ;
- des moyens formant vérin ayant une première extrémité solidaire en translation de
l'extrémité supérieure dudit tube prolongateur et une deuxième extrémité solidaire
en translation de l'extrémité supérieure dudit tube plongeur ; et
- des moyens pour commander les moyens formant vérin, par quoi la position relative
de l'extrémité inférieure dudit tube plongeur peut être modifiée par rapport à la
position de l'extrémité inférieure de l'âme de ladite tarière entre une première position
dans laquelle l'extrémité inférieure du tube plongeur est en retrait par rapport à
l'extrémité inférieure de l'âme de la tarière et une deuxième position dans laquelle
les orifices du tube plongeur sont à l'extérieur de l'âme de la tarière.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens formant vérin comprennent un corps annulaire entourant le tube plongeur
et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube prolongateur et une
partie mobile annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation de
l'extrémité supérieure du tube plongeur.
3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage vertical comprennent un mât et un chariot mobile le long
dudit mât, ladite tête de mise en rotation étant solidaire dudit chariot.
4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure dudit tube plongeur est munie d'un outil de forage.
5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit tube plongeur comporte dans sa paroi latérale au moins un orifice de sortie
de béton, ledit orifice étant décalé par rapport à l'extrémité inférieure dudit tube
plongeur.
6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité supérieure dudit tube plongeur est raccordée à ladite conduite d'alimentation
en béton par un joint tournant.