Brevet FR2277192A1 — publié le 19760130

La présente invention a trait à un dispositif permettant l'exdeution d'un évidement de révolution dans un forage de section circulaire ou carrée ou de formes voisines, notamment à la base d'un tel forage. Un tel dispositif est conçu pour être adapté à un engin de forage quelconque dont la barre de commande est animée d'un mouvement de rotation. I1 opère au moyen de deux lames mobiles munies de dents qui peuvent s'écarter à leur partie inférieure et engendre ainsi en tournant une surface de révolution dont le diamètre maximum dépend des dimensions du dispositif. L'expansion est provoquée par l'addition graduelle d'un effort de compression dans la barre de commande. La surface de révolution peut avoir une forme quelconque qui dépendra uniquement de celle de la génératrice (bord d'attaque des lames mobiles, position de leur point d'articulation). La base du dispositif est équipée d'une pointe de guidage placée dans l'axe de la surface de révolution; les lames sont associées à des volets de ramassage collectant les matériaux excavés. Dans le cas ou l'on opère à la base d'un forage, le but de l'opération est de créer ce qu'il est convenu d'appeler des massifs "à bulbe", augmentant la stabilité des fondations coulées dans les fouilles. Dans les dispositifs connus opérant suivant le principe général exposé ci-dessus, les lames sont articulées sur deux axes situés l'un à la partie supérieure, l'autre à distance du premier. L'axe supérieur est animé d'un mouvement de translation selon un axe vertical ou proche de la verticale. L'axe inférieur, qui re çoit une biellette, dont l'autre extrémité est articulée sur le fond de l'appareil, se déplace selon un arc de cercle ayant la biellette pour rayon. Cette disposition entraîne un déplacement de l'arête génératrice le long de la surface de révolution. De plus, la cinématique de l'ensemble est telle que la base du volet de ramassage n'est parallèle à la surface de fond de forage qu'à pleine ouverture. L'écartement des lames provoqué généralement par une force appliquée dans l'axe de la barre de commande, engendre un volume de révolution à génératrice curviligne dont l'angle à la base est variable avec l'inclinaison des lames. Les déblais sont, en principe, rassemblés dans le corps de l'appareil. On connait des outils dont la base du corps est munie d'une trappe d'évacuation des déblais, d'autres dans lesquels cette évacuation s' opère par simple ouverture des lames une fois l'ou til retiré de la fouille. Cette structure et le mode opératoire qui 5 y rattache en tratnent les inconvénients majeurs ci-après - le déplacement de l'arête génératrice le long de la surface de révolution, au cours du processus d'évidement, peut favoriser, sous l'effet de grattage des dents, la dégradation des parois latérales du forage. Bien entendu, l'inconvénient n'est pas lié à la géométrie modifiée de l'évidement mais à l'accroissement de volume et celui du béton à couler qui en résulte. - le nettoyage de la zone de raccordement entre le fond et les parois latérales est insuffisant et laisse subsister des déblais en quantités plus ou moins importantes en fond de fouille, ce qui peut engager gravement la stabilité du massif réalisé. - les matériaux provenant des dégradations au droit de cette zone de raccordement sont immobilisés à son voisinage, sans qu'il soit possible d'en évaluer l'importance. I1 est souvent nécessaire pour avoir une plus grande sécurité d'utiliser un appareil d'une dimension supérieure à celle qui serait nécessaire, ceci au détriment du prix, le volume du béton coulé étant plus important, ou d'utiliser un outil créant un évidement sphérique augmentant très sensiblement le volume du bulbe sans gain de stabilité. Le but recherché par l'invention est donc de créer un tel dispositif à lames-aléseuses permettant d'obtenir des évidements de révolution aussi voisins que possible des formes optimales du point de vue économie de béton, d'une forme évitant les arêtes fragiles et garantissant une bonne évacuation des matériaux excaves. A cet effet, l'invention propose un dispositif permettant de réaliser un évidement de révolution dans un forage de section sensiblement symétrique, notamment à la base d'un tel forage du type susceptible d'être attelé à la barre de commande d'un engin de forage et comportant dans un corps central sensiblement cylindrique avec un fond et une partie supérieure, d'un diamètre légèrement inférieur à celui du cercle inscrit dans la section transversale dudit forage, deux ouvertures latérales offrant passage pour un mouvement d'entrée et de sortie à deux lames-aléseuses verticales associées à des volets de ramassage, lames articulées d'une part, à leur extrémité supérieure audit corps cylindrique par des axes de pivotement susceptibles de translation selon un axe vertical ou proche de la verticale, d'autre part, à distance de ladite extrémité supérieure, à un mécanisme à bielles lui-même articulé à ladite barre de commande et par le jeu duquel les lames peuvent occuper des positions successives depuis l'escamotage à l'intdrieur dudit corps cylindrique, dans laquelle ladite lame est parallèle à l'axe dudit corps, jusqu'à une position de sortie maximale, la lame prenant alors par écartement de son extrémité inférieure une position de plus en plus oblique par rapport audit axe, ledit dispositif étant caractérisé en ce que lesdits axes de pivotement desdites lames-aléseuses sont fixes et montés symétriquement par rapport à l'axe du corps cylindrique et à distance dudit axe. Avantageusement, l'entr'axe desdits axes de pivotement peut atteindre jusqu'au moins 85 % du diamètre du corps cylindrique. On appréciera immédiatement les avantages d'une telle disposition: - à une forme donnée de l'arête de la lame correspond un profil absolument identique du corps de révolution engendré par le dispositif. En effet, il n'y a pas de mouvement relatif de la lamealéseuse par rapport à la paroi attaquée. - il y a possibilité, dans ces conditions, d'obtenir n'importe quelle section d'élargissement d'un forage, par exemple, à sa base. - la hauteur du corps du dispositif demeure invariable pour une large gamme de rapports d'élargissement. - la fixité du point d'articulation supérieur permet d'équiper les lames de volets de ramassage dont la base reste en permanence parallèle à la surface du fond du forage quelle que soit la position de travail de ces lames. On assure ainsi un excellent nettoyage de l'évidement. Par ailleurs, l'extrémité inférieure des lames décrivant un segment circulaire, le fond de l'évidement affecte la forme d'un plan central se terminant par un secteur sphérique dont l'a n- gle à la base est de 900; les chutes éventuelles de matériaux à ce niveau -qui sont très gênantes du fait qu'elles réduisent pr- cisément la surface supposée de la dalle du massif- s'évacuent d'elles-mêmes vers le centre où un volume minimum mais adéquat reste disponible. - l'escamotage des lames se faisant par gravité, la position très excentrée des axes d'articulation facilite cette opération, alors que le corps central est rempli de déblais. - ce même excentrage des pivots au voisinage des parois du forage central permet évidemment pour un même angle d'ouverture des lames sur la verticale et une hauteur donnée du corps, des sections d'élargissement plus grandes. Selon une forme de réalisation préférentielle de l'invention, lesdits axes de pivotement sont disposés sur la partie supérieure dudit corps cylindrique. Ces axes sont ainsi aisément démontables et le volume intérieur du corps cylindrique est mieux dégagé pour le ramassage des matériaux excavés; de plus, ce corps central aura une hauteur minimale. Selon une caractéristique de l'invention, l'arête inférieure de chacun desdits volets et de sa lame associée présente, en projection sur un plan contenant ledit volet, un profil continu en arc de cercle dont le centre est situé sur l'axe de pivotement correspondant. Cette disposition assure, ainsi qu'on l'a signalé plus haut, un bon ramassage des matériaux dans toutes les positions de la lame. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit mécanisme à bielles attelé à la barre de commande est disposé à l'intérieur dudit corps cylindrique; celui ci est d'ailleurs constitué dans l'essentiel pour chacune des lames-aléseuses d'une bielle articulée à l'une de ses extrémités à ladite barre de commande et, à l'autre, à l'une des extrémités de deux leviers dont les autres extrémités sont solidarisées à distance l'une de l'autre avec les lames-aléseuses associées. Ce mode de montage répond au souci d'éviter toutes saillies hors du cylindre central, génératrices d'éboulements; de plus la double articulation réduit la course de la barre de commande ou Kelly provoquant la pleine ouverture des lames-aléseuses. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue en élévation avec arrache ment partiel des tôles de caissonnage du dispositif selon l'invention; pour la commodité de la description, on a représenté une lame sortie en fin de course, l'autre escamotée dans le corps central, la figure 2 représente une vue en élévation du dispositif de la figure 1, les deux lames rentrées dans le corps central, la figure 3 est une vue de dessus avec arrachement partiel de la partie supérieure du corps central du dispositif de la figure 2, la figure 4 est une vue schématique en coupe verticale faisant ressortir la différence des profils obtenus par les dispositifs de l'art antérieur et celui de l'invention. Par mesure de simplification, la description est limitée à celles des parties et structures du dispositif permettant de mettre en évidence les caractéristiques de l'invention on n'entrera pas dans les détails de commande connus en eux-mêmes dans la technique du forage. Ainsi qu'il ressort notamment des figures 1 et 3, le dispositif se compose dans son essentiel d'un bâti central de forme cylindrique désigné dans son ensemble par 1 et constitué par un corps 2, un fond 3 et une plaque supérieure 4. Le corps 2 réalisé en tôles de caissonnage présente deux fenêtres 5 et 6 pour le passage des lames mobiles désignées dans leur ensemble par 7, 8. Ainsi qu'il est connu, le fond 3 est muni extérieurement d'une pointe-pilote 9. La plaque supérieure 4 est évidée en son centre pour donner passage à une barre de commande 10 et porte des paires de flasques d'extrémités 11, 12 munis de paliers pour des axes 13 et 14. Les lames mobiles 7, 8 sont de structure identique et présentent au droit de l'arête terminale d'une plaque 15 une pluralité de dents 16, de forme connue en elle-même; chaque lame est prolongée vers l'intérieur du corps 2 d'un volet de ramassage 17. On reviendra plus loin sur la géométrie de l'ensemble lame-volet. En se réf & ant particulièrement aux figures 1 et 2, on décrira maintenant le montage des deux lames-aléseuses 7, 8 et leur articulation avec le mécanisme de commande désigné dans son ensemble par 18. A leur partie supérieure, les lames 7, 8 comportent chacune une platine 19 sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la lame associée; sur la face supérieure de chacune de ces platines 19 sont rapportées une paire d'oreilles 20 traversées et solidarisées respectivement avec des axes 13, 14 dont les extrémités sont tourillonnées dans les paliers des flasques 11, 12. Les platines 19 ont une découpe telle qu'elles s'encastrent dans des évidements conjugués ménagés dans la plaque supérieure 4 du corps 2. Les ensembles lame-volet 7, 17 et 8, 17 sont donc susceptibles d'osciller autour des axes 13, 14 depuis une position d'escamotage où la platine 19 vient se confondre avec la plaque 4 et une position d'ouverture maximale subordonnée à l'embiellage 18 que l'on va décrire maintenant. La barre de commande 10 guidée dans un manchon 22 porte à sa partie inférieure un palier d'articulation 23 pour l'une des extrémités de deux bielles 24; l'extrémité libre de chacune de ces bielles 24 forme palier d'articulation 25 pour deux leviers 26, 27 dont les autres extrémités sont solidarisées S distance l'un de l'autre à la plaque 15 de chacune des lames 7 et 8. Le fonctionnement du mécanisme ressort de la figure 1 où, à dessein, l'une des lames est en position basse et l'autre sortie. Au départ, les bielles 24 sont dans la position de celle affectée sur le dessin à la lame 8, c'est-à-dire verticale. La descente de la barre de commande 10 -concomitante, on le rappelle avec sa rotation- entraîne celle des bielles 24; cette poussée retransmise aux leviers 26, 27 par les articulations 23 et 25 contraint les lames 7, 8 à basculer vers l'extérieur autour de leurs axes respectifs 13, 14. Pour un embiellage donné l'angle d'ouverture de ces lames est fonction de la course descendante des bielles 24 associées. La remontée, en fin de ce processus, de la barre de commande 10 provoque la fermeture du dispositif sous l'action de son poids. Les matériaux excavés sont alors accumulés dans le corps 2 et peuvent en être éjectés, par exemple par ouverture basculante du fond 3 ou tout autre moyen connu. Du fait de la fixité des axes 13, 14, chacun des points des ensembles lame-volet décrit donc un arc de cercle autour de ceux-ci; ceci permet de conférer à la partie inférieure des lames 7, 8 et des volets 17 associés un profil en arc de cercle 28 auquel le plan défini par le fond 3 reste tangent pendant toute la course des ensembles lame-volet ce qui, ainsi qu'on l'a précisé plus haut, garantit un ramassage rationnel des matériaux excavés. La figure 2, représentant le dispositif de l'invention en position repliée met en évidence l'absence de saillies constituant des points d'accrochage avec les parois du forage central; on y voit sur la plaque 4, l'un des axes d'articulation 13, 14 des ensembles lame-volet. La figure 4 illustre schématiquement par superposition au profil économiquement idéal les profils d'évidement obtenus par des outils d'alésages connus et le dispositif objet de l'invention. On rappellera que le problème à résoudre est de créer par exemple à la base d'un forage central A un évidement en bulbe B dont la section verticale ait une base C de dimension conditionnée par la stabilité requise; on constatera que les points fragiles sont naturellement constitués par les zones de raccordement D au départ de l'élargissement ainsi que E au niveau du fond. Les profils F1 (partie droite de la figure) et F2 (partie gauche) sont proches de certains normalement obtenus avec les outillages utilisés à ce jour, G définissant celui que réalise le dispositif de l'invention et I étant le profil économiquement idéal. Sur la partie droite de la figure 4, le profil F1 est proche de celui obtenu avec un outillage connu engendrant un volume à génératrice curviligne. On remarquera que - par rapport au profil F1, celui G de l'invention permet les économies de béton correspondant aux zones hachurées verticale ment. De plus, la zone D du profil G est visiblement moins fra gile; quant à la zone de raccordement E au niveau du fond, on se trouve en présence d'une véritable arête périphérique d'un angle de 90 , valeur suffisante pour la soliditd et créant sous le plan de la base C un espace d'accumulation limité mais suffi sant des chutes éventuelles. Le profil F1 obtenu après un autre modèle d'outillage connu semble à première vue exiger une consommation de béton légèrement inférieure sinon identique à celle de l'invention. - mais par rapport au profil G de l'invention, il présente deux inconvénients majeurs - fragilité de l'arête périphérique E dont l'angle est nettement inférieur à 90*, - impossibilité de garantir une section minimale dans le plan C, entraînant un danger évident quant à la stabilité de l'ouvrage reposant sur les massifs. Pcur fixer les ides, on donnera ci-après les dimensions d'un dispositif selon l'invention pour la rlisation d'un forage de diamètre 0,52 m élargi à 1,20 m à sa base. - diamètre extérieur de l'outil fermé : 0,49 m - hauteur du corps central : 0,58 m - hauteur totale depuis le fond du corps central, barre de comman de comprise, outil fermé : 0,95 m. En tout état de cause, avec un volume de béton minimum, on a la certitude de disposer sur le profil de l'invention d'un massif ayant une base de dimension C requise. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécution décrites et représentées mais englobe toutes variantes. REVEND 10 AT I ON 1. Dispositif permettant de réaliser un évidement de révolution dans un forage de section sensiblement symétrique notprnent à la base d'un tel forage, du type susceptible prêtre attelé à la barre de commande d'un engin de forage et comportant dans un corps central sensiblement cylindrique avec un fond et-une partie supérieure, d'un diamètre légèrement inférieur à celui du cercle inscrit dans la section transversale dudit forage, deux ouvertures latérales offrant passage pour un mouvement d'entrée et de sortie à deux lames-aléseuses verticales associée à des volets de ramassage, lames articulées d'une part, à' leur extrémité supérieure audit corps cylindrique par des axes de pivotement susceptibles de translation selon un axe vertical ou proche de la verticale, d'autre part, à distance de ladite extrémité supérieure, à un mécanisme à bielles lui-même articulé à ladite barre de commande et par le jeu duquel les lames peuvent occuper des positions successives depuis l'escamotage à l'intérieur dudit corps cylindrique, dans laquelle ladite lame est parallèle à l'axe dudit corps, Jusqu'à une position de sortie maximale, la lame prenant alors par écartement de son extrémité inférieure une position de plus en plus oblique par rapport audit axe, et lesdites lames engendrant au cours de leur rotation un volume de révolution tronconique dont la base est un segment sphérique, ledit dispositif caractérisé en ce que lesdits axes de pivotement desdites lames-aléseuses étant fixes, ils sont montés symétriquement par rapport à l'axe du corps cylindrique à la partie supérieure de ce dernier, et à distance dudit axe. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entraxe desdits axes de pivotement peut atteindre jusqu'au moins 85 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits axes de pivotement sont disposés sur la partie supérieure dudit corps cylindrique, et à l'extérieur de ce dernier. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'arête inférieure de chacun desdits volets et de sa lame associée présente, en projection sur un plan contenant ledit volet, un profil continu en arc de cercle dont le centre et situé sur l'axe de pivotement correspondant. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que, l'ouverture et la fermeture desdites lames-aléseuses étant comman dées de façon connue en soi par un mécanisme à bielles disposé à l'intérieur dudit corps cylindrique et coopérant à l'une de ses extrémités avec ladite barre de commande, le point d'attaque des bielles au niveau desdites lames est situé sur ces dernières et en un point voisin de leur milieu.