La présente invention concerne le domaine du renforcement de sol. L'invention concerne plus précisément un procédé de réalisation d'une structure armée dans un sol, tel que par exemple un pieu, un micropieu ou bien encore une structure armée pour une voute parapluie.
Généralement, la fabrication d'un pieu comprend une étape de réalisation d'un forage, une étape d'introduction d'un élément de renforcement dans le forage, une étape de mise en place du coulis de scellement, à l'issue de quoi on obtient une structure armée de type pieu.
Ce procédé traditionnel de fabrication d'une structure armée, bien que donnant toute satisfaction, est relativement lent à mettre en œuvre du fait qu'il nécessite des outillages différents pour réaliser le forage, l'introduction de l'élément de renforcement et le bétonnage, en fonction des terrains en présence et de la technique utilisée. En outre, on connaît du document
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation d'une structure armée dans un sol qui soit plus rapide que les procédés traditionnels.
L'invention atteint son but par le fait que le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
Ainsi, selon l'invention, le tube de forage est détaché et laissé dans le forage pour constituer l'élément de renforcement de la structure armée.
On comprend donc que, selon l'invention, le tube de forage sert à la fois de moyen de forage, de conduit de guidage pour le pompage du coulis de scellement dans le forage, et d'élément de renforcement de la structure armée. De préférence, l'extrémité distale du tube de forage présente au moins une perforation, et on injecte le fluide de forage dans le tube de forage, de sorte que le tube de forage sert également de conduit de guidage pour le pompage du fluide de forage dans le forage.
Ainsi, grâce à l'invention, les étapes d'injection de fluide de forage, de coulis de scellement dans le forage, et d'introduction de l'élément de renforcement sont réalisées bien plus rapidement que dans le procédé traditionnel.
En outre, la réalisation du forage en faisant vibrer le tube de forage, et donc l'organe de forage, permet de faciliter la pénétration de l'organe de forage dans le sol, grâce à quoi la vitesse d'installation de la structure armée dans le sol est encore améliorée. De préférence, pendant le forage, on fait également tourner le tube de forage, afin de modifier la position des dents de coupe disposées au niveau de l'extrémité distale du tube de forage.
Avantageusement, la fréquence de vibration appliquée au tube de forage est comprise entre 50 Hz et 200 Hz.
De préférence, le diamètre de l'organe de coupe est supérieur au diamètre du tube de forage, ce qui permet de s'assurer que le coulis de scellement enrobe correctement le tube de forage.
Par extrémité distale, on entend l'extrémité du tube de forage qui est distante des moyens pour entraîner en rotation le tube de forage. On appellera donc extrémité proximale, l'autre extrémité qui est située à proximité des moyens pour entrainer en rotation le tube de forage.
Pour permettre l'écoulement du fluide de forage et du coulis de scellement dans le forage, on comprend que l'extrémité distale du tube de forage présente au moins une perforation. De manière préférentielle, l'organe de forage comprend une périphérie annulaire munie de dents de coupe, et porte de préférence un élément de coupe diamétral. Par dents de coupe, on entend les outils de forage en général, comme les picots, les boutons, les pastilles de carbure de tungstène, etc. L'élément de coupe diamétral permet d'augmenter la surface d'interaction entre l'élément de coupe et le terrain, de sorte que l'élément de coupe peut réaliser un forage sur une surface supérieure à celle de l'organe de coupe. Par voie de conséquence, on améliore encore l'efficacité du procédé.
L'élément de coupe diamétral peut être étendu de sorte que l'outil de coupe est un outil « pleine face » comportant au moins une perforation.
Avantageusement, on injecte un fluide de forage dans le tube de forage pendant la réalisation du forage.
De manière préférentielle, on utilise le coulis de scellement comme fluide de forage.
Selon une variante, on introduit en outre un équipement de renfort supplémentaire dans l'outil de forage, par exemple une barre métallique. Cet équipement de renfort supplémentaire est par exemple introduit après l'étape de forage et juste avant l'étape d'injection du coulis de scellement.
Avantageusement, pendant l'injection de coulis de scellement, on fait vibrer le tube de forage, de préférence sans l'entrainer en rotation. Par coulis de scellement, on entend tout produit de scellement à base de ciment, de laitier, ou de tout autre liant.
Ces vibrations permettent de faciliter l'écoulement du coulis de scellement dans le forage, ce qui a pour conséquence d'améliorer encore la vitesse d'exécution du procédé selon l'invention et la qualité du scellement de l'armature dans le sol.
De manière préférentielle, des moyens de centrage sont fixés au tube de forage afin d'assurer que l'élément de renforcement soit sensiblement centré dans le forage pendant l'injection du coulis de scellement, pour garantir le bon enrobage de l'élément de renforcement par le coulis de scellement.
On comprend que ces moyens de centrage, ensemble avec l'organe de coupe, vont permettre de garantir que l'élément de renforcement est bien enrobé de coulis de scellement.
Selon une variante, la direction du forage est inclinée par rapport à une direction verticale.
Le procédé permet notamment de réaliser des forages horizontaux.
De préférence, la direction du forage est inclinée par rapport à la direction verticale d'un angle strictement supérieur à 90°. Un intérêt est de pouvoir réaliser des structures armées remontantes.
Selon un mode de réalisation avantageux, on calcule une fréquence cible de vibration, et on fait vibrer le tube de forage à ladite fréquence cible de vibration lors de la réalisation du forage.
Cette fréquence cible de vibration, qui est appliquée au tube de forage, est choisie de manière optimale afin de faciliter l'opération de forage, notamment dans des sols particulièrement durs. D'une façon générale, le calcul est effectué à partir d'une modélisation des phénomènes de perforation.
De manière avantageuse, le calcul utilise la longueur du tube de forage. De préférence, la fréquence cible de vibration est fonction de la longueur du tube de forage, tout en étant bornée par une valeur de fréquence maximale prédéterminée, qui correspond de préférence à la fréquence maximale que peuvent développer les moyens pour faire vibrer le tube de forage. Cette valeur de fréquence maximale prédéterminée est comprise de préférence entre 100 et 160 Hz. Encore de préférence, le calcul utilise une valeur constante correspondant à la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, cette vitesse dépendant du matériau constitutif du tube de forage.
De manière préférentielle mais non nécessaire, la fréquence cible de référence est égale à :
Les inventeurs ont constaté que cette formule permet d'obtenir une fréquence cible de vibration optimale qui accroit sensiblement l'efficacité de l'opération de forage.
Ce calcul est effectué par un ordinateur comportant des moyens de calculs appropriés.
Pour réaliser des forages profonds, on augmente la longueur du tube de forage pendant la réalisation du forage. Pour ce faire, on utilise des portions de tube qui sont fixées bout à bout au cours du forage afin d'augmenter la longueur du forage. Par conséquent, au sens de l'invention, on entend par tube de forage aussi bien un unique tube de forage, qu'une pluralité d'éléments tubulaires fixés bout à bout, par exemple par vissage.
De manière avantageuse, on recalcule la fréquence cible de vibration à chaque augmentation de la longueur du tube de forage.
Un intérêt est d'assurer un forage ayant une efficacité optimale sur toute la profondeur du forage.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour réaliser un micropieu.
Selon un second mode de réalisation, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre pour réaliser une voute parapluie.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
A l'aide des
Conformément au procédé selon l'invention, on fournit un outil de forage 10 qui comprend un tube de forage 12 constitué d'une pluralité d'éléments tubulaires 12a, 12b, 12c,.... Ces éléments tubulaires sont fixés les uns aux autres bout à bout de manière à constituer le tube de forage 12.
On comprend donc que la longueur L du tube de forage 12 varie lors de la réalisation du forage. Plus exactement, lors de la réalisation du forage, on ajoute au fur et à mesure de la pénétration de l'outil de forage dans le sol un nouvel élément tubulaire à ceux déjà introduits dans le sol, afin d'augmenter la longueur L du tube de forage 12.
Le tube de forage 12 comprend une extrémité distale 14 Dans l'exemple de la
Dans cet exemple, l'organe de coupe 16 est une pièce rapportée qui est montée à l'extrémité distale 14 du tube de forage 12.
Le tube de forage 12 comporte par ailleurs une extrémité proximale 17 qui est reliée dans cet exemple à des moyens 18 pour entraîner en rotation le tube de forage 12 et à des moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage 12.
Dans cet exemple, les moyens 18 pour entraîner en rotation le tube de forage 12 comprennent un moteur hydraulique.
Les moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage, en l'espèce un générateur de vibrations 20, permettent de générer des ondes de compression qui se transmettent le long du tube de forage 12 depuis l'extrémité proximale 17 vers l'extrémité distale 14.
Sur la
Conformément à l'invention, on réalise un forage F dans le sol S à l'aide de l'outil de forage 10 en faisant tourner le tube de forage autour de l'axe vertical A grâce aux moyens d'entraînement en rotation 18, et en le faisant vibrer grâce aux moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage 12.
Pendant la réalisation du forage, on injecte un fluide de forage dans le tube de forage de manière à évacuer les débris excavés par l'organe de coupe 16. Comme on le constate sur la
Ensuite, comme on l'a représenté sur la
Ces moyens de centrage 30 ont notamment pour but d'assurer le centrage du tube de forage 12 au pied du forage F pendant l'injection du coulis de scellement, afin d'assurer l'enrobage du tube de forage par le coulis de scellement. Les moyens de centrage 30 sont donc agencés pour éviter que la paroi du tube de forage ne vienne en contact avec le terrain. Dans cet exemple, les moyens de centrage 30 prennent la forme d'ailettes qui sont fixées sur la paroi extérieure du tube de forage 12. Le coulis de scellement C s'écoule au travers des perforations 26 de sorte que le tube de forage 12 se trouve noyé dans le coulis de scellement C.
Dans cet exemple, pendant l'injection du coulis de scellement C, on fait vibrer le tube de forage 12 sans l'entraîner en rotation, ce qui permet de favoriser l'écoulement du coulis de scellement dans le forage F.
Après l'injection de coulis de scellement, on ajuste le tube de forage à sa position finale, généralement légèrement plus haute que la profondeur forée, on assure son maintien dans cette position, et on détache le tube de forage 12 de l'outil de forage 10. En d'autres termes, le tube de forage 12 est laissé dans le forage rempli de coulis de scellement.
Avant la prise totale du coulis de scellement, on ajoute dans cet exemple un équipement de fixation 40, par exemple une courte barre métallique, à l'extrémité supérieure du forage F, à l'issu de quoi on obtient la structure armée en forme de micropieu M, comprenant un élément de renforcement qui est constitué par l'outil de forage 12.
Sur la
Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, lors de la réalisation des forages F et F' décrits précédemment, on cherche à optimiser la fréquence de vibration afin de maximiser l'énergie de forage transmise par le tube de forage 12. Pour ce faire, on calcule une fréquence cible de vibrations que l'on applique grâce au générateur de vibrations au tube de forage 12.
On fait donc vibrer le tube de forage 12 à la fréquence cible de vibration lors de la réalisation des différents forages F, F'. On comprend donc que cette fréquence cible de vibration est une fréquence de vibration qui est appliquée au tube de forage. En l'espèce, ces vibrations sont des ondes de compression qui se transmettent le long du tube de forage définissant des ventres et des noeuds. Ces ondes de vibration font entrer le tube de forage 12 en résonance, ou à tout le moins à une fréquence proche de sa fréquence de résonance, ce qui produit une énergie maximale sur l'organe de coupe 16, avec pour effet d'augmenter sensiblement l'efficacité du forage, et donc l'efficacité globale du procédé selon l'invention.
Le calcul de la fréquence cible de vibrations comporte tout d'abord une étape S100 au cours de laquelle on saisit manuellement ou on détermine de manière automatisée la longueur L du tube de forage 12. On suppose donc ici que le tube de forage est mis en vibration sur toute sa longueur.
Puis, à partir de cette longueur on calcule la fréquence cible de vibrations au cours d'une étape S102 à partir de la longueur L du tube de forage, de la vitesse de propagation de l'onde de compression dans le tube de forage 12, dans cet exemple est réalisé en acier.
Encore de préférence, le calcul utilise une valeur constante correspondant à la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, cette vitesse dépendant du matériau constitutif du tube de forage.
Conformément à l'invention, dans la mesure où la longueur du tube de forage 12 augmente pendant la réalisation du forage en raison de l'ajout successif des éléments tubulaires 12a, 12b, ..., on recalcule la fréquence cible de vibrations à chaque augmentation de la longueur du tube de forage. Cela permet de conserver une fréquence de vibration optimale pendant toute la durée du forage.
La fréquence cible de vibration ainsi calculée est ensuite affichée en tant que suggestion à l'opérateur. Elle peut aussi dans un autre mode de réalisation être envoyée en tant que consigne au générateur de vibrations 20 au cours d'une étape S104.
De manière préférentielle mais non nécessaire, la fréquence cible de référence est égale à :
Dans l'exemple qui suit, V est égal 5000 m/s, Fmax est égal à 130 Hz.
L, la longueur du de forage, est égale à la somme des longueurs des éléments tubulaires 12a, 12b, 12c,.... Dans cet exemple, les éléments tubulaires ont la même longueur unitaire, à savoir une longueur de 3 mètres.
On obtient le tableau de résultats suivant :
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