Brevet FR2260665A1 — publié le 19750905

La présente invention concerne un dispositif mécanique de forage en tous terrains d'excavations circulaires de diamètres compris entre 0,40 et 1,00 mètre et a des profondeurs jusqu'à 6 mètres, lesdites excavations étant plus partichlièrement destinées à l'implantation dans le sol de supports de toute nature. Ce dispositif est conçu pour équiper tout engin motorisé possédant des vérins de stabilisation permettant un moment de renversement supe- rieur à 18.000 mètres- newtons, un bras de levage permettant des opá- rations de poussée ou d'extraction d'un moment de force ntescédant pas 12.000 mètres- newtons, un circuit hydraulique composée d'une pompe et d'un moteur hydraulique développant un couple d'environ 1.000 mètres newtons et tournant entre 20 et 40 tours-minute, raccord8 à un arbre de section polygonale ou de section ronde cannelée ou rainurée désigné ciaprès sous l'appellation arbre moteur, ledit arbre entrainant un cylindre portant les outils de coupe. L'engin doit posséder en outre une réserve d'eau. La te-chlique actuelle pour l'obtention de forages similaires utilise soit des dispositifs équipés de tarières, soit des engins a benne preneuse qui présentent les inconvénients suivants : - les forages sont limités aux terrains meubles ou roches peu consistantes - dans les terrains peu consistants des éboulements peuvent se produire au retrait de l'outil de forage ou de la benne preneuse, - dans les terrains trés consistants, l'usure de la tarière est importante et la pénétration trés lente, - les obstacles rencontrés dans un sol hétérogène s racines, bloos rocheux ou autres, font dévler la tarière et augmentent les risques de blocage de ladite tarière et la pénétration de l'outil peut provoquer par son irrégularité des vibrations et percussions pré judiciables à la bonne tenue mécanique de l'ensemble de forage. L'objet de l'invention est de présenter un dispositif qui permet d'éviter les inconvénients ci-dessus, tout en offrant par ailleurs les avantages suivants t - En tous terrains le centrage de l'outil de forage est assuré par une pointe amovible équipant l'extrémité de l'arbre moteur. - Le principe du carottage adopté pour le dispositif réduit au maximum la surface de coupe et corrélativement le nombre de dents de coupe. - Une grande souplesse de fonctionnement est assurée par l'emploi de vérins solidaires ae l'arbre moteur et agissant directement sur le cylindre portant les outils de coupe. - L'utilisation, suivant la nature des terrains, d'accessoires adaptables très rapidement à l'outil rend possible les forages en toutes natures de terrains avec un outil unique. - Dans les terrains présentant des risques d'éboulement des parois du forage, il est possible de colmater lesdites parois soit par apport d'eau pour les fouilles en terrains non stabilisés, soit par inaction d'un liant à Fise rapide pour les fouilles en terrains peu consistants, en introduisant l'eau ou le liant entre l'outil et la paroi du forage pendant l'opération de pénétration de l'outil dans le sol. - Dans les terrains compacts et rocheux, la carotte se forme à l'intérieur du cylindre de l'outil et peut être extraite sans difficulté grâce à une bande de métal soudée à l'intérieur du cylindre entre les organes de coupe, ladite bande provoquant le coincement de la oarotte. - En toutes natures de terrains, I'extraction des déblais de la fouille ne présente aucune difficulté. Un dernier avantage important de ltobjet de l'invention est de pouvoir exécuter des fouilles en terrains rocheux sans utilisation, soit d'explosifs, soit de marteaux piqueurs et des fouilles en terrains non stables sans l'emploi de coffrages. Les dessins annexés figurent une forme de réalisiion de l'invention. Suivant figure 1 et figure 2, le dipositif est constitué par un cylindre métallique 5, fermé à sa partie supérieure et ouvert à sa partie inférieure, coulissant axialement sur l'arbre moteur 3 dont la rotation est assurée à partir du moteur 1. L'extrémité de arbre moteur 3 se termine par la pointe amovible 12 Les efforts de pression nécessaires au forage sont fournis par deux vérins hydrauliques jumelés à double effet 4, de course environ 1 mètre et de force totale 5.000 à 6.000 newtons, ladite force étant appliquée sur la partie supérieure du cylindre par l'intermédiaire de deux chapes solidaires dudit cylindre. Lesdits vérins sont alimentés à partir du circuit hydraulique de l'ergin moteur par l'intermédiaire d'un joint tournant 2 d'utilisation courante. Les vitesses de rotation du cylindre 5 sont comprises entre 20 et 40 tours-minute, en fonction de la nature du sol à forer. Suivant figure 3, une rallonge 9 de l'arbre moteur 3 permet au cylindre 5 d'atteindre un eprofondeur comprise entre 3 et 6 mètres, ladite rallonge étant jonctionnée à l'arbre moteur par le manchon 7. Le montage de ladite rallonge nécessite un manchon de raccordement 6 des deux vérins 4 et des deux bielles 8 qui transmettent la force des vérins au cylindre 5. Suivant les figures 4 et 5 sont représentées les dispositions d'équipement de la partie inférieure du cylindre 5 avec les patins 13 et les dents 14. Le patin 13 est constitué, suivant figures 6, 7 et 8 de trois plaquettes en tôles cintrées suivant la courbure du cylindre 5, appliquées l'une sur l'autre et de façon telle que la plaquette centrale d'épaisseur égale a la paroi du cylindre et faisant office d'entretoise entre les plaquettes externes permette l'insertion du patin 13 sur la base du cylindre 5. Le maintien dudit patin sur la paroi du cylindre est assuré par un goupillage traversant les trous 15 ou par tout autre moyen. Les efforts d'entraînement du patin 3 sont répartis d'une part par lknooche pratiquée sur le cylindre et la pièce centrale du patin et d'autre part par deux épaulements disposés de part et d'autre des arêtes verticales de la partie extérieure du patin, lesdits épaulements étant protégés par un revEtesent de -matière abrasive. La partie inférieure du patin 13 est revêtue par un procédé connu et sur toutes ses faces d'un abrasif en alliage de particules de carbure tungstène. Pour des roches de dureté moyenne les patins abrasifs 13 peuvent Btre employés seuls et dans l'un quelconque des deux sens de rotation du cylindre. Dans le cas de roches très dures au moins trois dents supplémentaires cylindriques 14 d'un modèle connu pourront être placées dans des portedents répartis sur le cylindre. Ces dents pourront également titre utilisées seules suivant le rocher rencontré. Dans tous les cas les surfaces de coupe doivent titre copieusement arrosées. L'efficacité maximum de coutil résulte en définitive de la combinaison des deux organes précitées : patins et dents, dont les actions sont différenciées s Les dents @@@nt pour objet de préparer par désagrégation un cheminement circulaire dans la roche et les patins ayant pour objet d'élargir ce che- minement par usure des parois dudit cheminement et par cela méme de régulariser le travail des dents dans leurs actions en évitant que lesdites dents se fichent dans la roche avec les inconvénients en résultant de vibrations ou de blocage de l'outil. En cas d'usure, les dents et les patins peuvent être remplacés sur chantier à l'aide d'un simple chasse-goupille. Suivant figure 9 est représenté l'accessoire 10 constitué par une plaque circulaire de diamètre légèrement inférieur au diamètre intérieur du cylindre 5, ladite plaque étant rendue solidaire de l'arbre moteur par goupillage, boulonnage ou autre troyen et munie à Sa part te supérieure d'un joint plastie faisant office d'un colmatage entre le cylindre et or arbre moteur. L'accessoire 10 a deux fonctions - Avant l'extraction il est nécessaire d'assurer l'étanchéité @ cylindre en amenant, par l'extension des vérins, le joint en contact avec la partie supérieure du cylindre. De ce fait, r terre emprisonnée dans le cylindre est extraite de l'excavation par succion. - La rWtraction des vérins provoquera une entrée d'air permettant ltéchappement des terres. En cas de celmatage, on prolonger la r- traction des vérins et la partie inférieure de ì'accessoire 10, chas sera les terres hors du cylindre. Suivant figure 10 es@ représenté l'accessoire 11 constitué par un plateau présentant une cuverture avec un bord d'attaque, garni de matière abrasive, légèrement inoliné, qui permet le passage des matériaux non consistants tels que galets, éboulis, sable, au-dessus du plateau. Un clapet en forme de secteur articulé, venant s'appliquer sur l'ouverture, permet la retenue de ces matériaux emprisonnés dans le cylindre. La rétraction totale des vérins repousse l'accessoire 11 à l'extérieur du cylindre et de ce fait permet l'échappement des matériaux. Il est en outre, avantageux, dans les utilisations de l'outil de forage, de protéger les tiges de vérins à l'aide, par exempla, d'un tube piastiue les enrobant, ledi tube étant solidarisé à la partie supérieure du cylindre et se partie haute étant guéée par des sabote intérieurs au dii; tube et en contact avec les corps extérieurs des vérins avec pour effet d'assurer le centrage de cette protection. il est bien entendu que le mode de réalisation de l'outil de forage faisant l'objet de l'invention et tel que décrit ci-dessus en référence aux dessins annexés est donné à titre indicatif et nullement limitatif et que des modifications peuvent lui être appDrtées sans que l'on s'écarte pour cela de l'objet de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Outil de forage en tous terrains meubles sableux ou rocheux comportant un cylindre entrainé en rotation par un arbre axial moteur soumis à deux actions exterieures différenciées de retation et de translation caractérisé en ce que le cylindre est obturé à sa partie supérieure ouvert complètement a sa partie inférieure et coulisse axialement sur l'arbre moteur de section polygonale ou de section ronde cannelée ou rainurée en présentant au centre de sa partie supérieure une ouverture de même géométrie que celle de l'arbre moteur. 2 - Outil de forge suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la partie inférieure du cylindre comporte en surépaisseur de sa paroi une bande de métal soudée sur la paroi interne du cylindre. 3 - Outil de forage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la translation du cylindre sur l'arbre moteur est assurée par des vérins hydrauliques prenant appui sur l'arbre moteur d'une part et sur la partie supérieure du cylindre d'autre part. 4 - Outil de forage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la partie inférieure du cylindre est équipée de patins abrasifs à effet d'abrasion dans les deux sens de rotation du cylindre. 5 - Outil de forage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la partie inferieure du cylindre est équipé de patine abrasifs ou de dents en acier trait ou de patins abrasifs et de dents en acier traité. 6 - Outil de forage suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'arbre moteur comporte vers son extrémité et de façon solidaire un disque de diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur du cylindre avec une ouverture obturale par un secteur articulé. 7 - Outil de forage suivant a revendication 2 caractérIsé en ce qu'un disque intérieur au cylindre et solidaire de l'arbre moteur est équipé d'un joint de colmatage de l'espace compris entre l'arbre moteur et la partie supérieure du cylindre.