Brevet FR2279090A1 — publié le 19760213

La présente invention concerne les outils utilisés pour la reconnaissance du sol de fondation et les prospections gdologiques et plus précisément les carottiers. Cette invention peut être appliquée dans la construction des b timents, aux prospections géologiques et dans les autres domaines où on a besoin des renseignements sur la composition et la disposition des couches du sol et sur son état. Il est plus avantageux d'appliquer la présente invention pour le prélèvement des échantillons de sol et le forage des puis relativement peu profonds, jusqu'à 30 m, dans les sols meubles et instables, On connatt bien un carottier comportant un mécanisme de percussion pneumatique et un bottier recevant les échantillons de sol qui lui est relié rigidement et est pourvu d'un dispositif destiné à retenir dans celui-ci l'échantillon de sol, pendant l'extraction du puits, et qui est disposé au voisinage de la face frontale du bottier. Dans ce carottier connu, le mécanisme de percussion pneumatique comporte un corps creux dans lequel est logé un distributeur du fluide. Un embout conique est rigidement fixé sur le corps. Sur ledit embout est fixé un raccord de réduction réalisé en une seule pièce avec la traverse portant les bottiers recevant les carottes. Ainsi, les bottiers sont diamé- tralement opposés, par rapport au corps du mécanisme de percussion pneumatique, tandis que les axes longitudinaux de deux bottiers et du corps sont parallèles. La face frontale des bottiers recevant la carotte est pointue ce qui améliore leur enfoncement dans le sol. Un dispositif destiné à retenir l'échantillon de sol pendant l'extraction du bottier du puits, est disposé au voisinage de la face frontale de chacun des bottiers, Ledit dispositif est constitué par un nombre de plaques rectangulaires courbées disposées régulièrement suivant la circonférence, une extrémité de chaque plaque est fixée å la surface intérieure du bottier, tandis que l'autre extrémité de chaque plaque est rabattue vers l'axe du bottier. A l'enfoncement du bottier dans le sol, les parties rabattues des plaques sont écartées vers les parois du bottier sous l'action de la colonne de la carotte. A la fin de l'enfoncement des bottiers dans le sol et de l'extraction du dispositif du puits, les parties rabattues des plaques reviennent à la position initiale. En conséquence, l'échantillon de sol se trouvant dans le bcttier s'appuie sur ces parties rabattues des plaques et y est retenu pendant l'extraction du carottier du puits. Un dispositif similaire est destin à retenir l'échantillon de roche stable car ses plaques ne ferment pas completement la section transversale du bottier. En cas de prélèvement d'échantillons de sols meubles et instables, par exemple des sols saturés d'eau, la colonne de l'échantillon se détériore et tombe partiellement ce qui ne permet pas d'obtenir un échantillon complet et satisfaisant. C'est n inconvénient important du carottier de la conception connue.En plus, son extraction du puits, pendant le fonctionnement du mécanisme de percussion pneumatique, conduit également à la détérioration et à la chute partielle de ltéchantillon de sol, c'est-à-dire qu'il est impossible d'utiliser en ce cas le mécanisme de percussion réversible destiné non seulement à enfoncer le carottier dans le sol mais aussi à l'extraire du puits. On connait également les carottiers de prélèvement d'échantillons de sol dans lesquels le dispositif, destiné à fermer la section transversale du bottier, est constitué par un nombre de plaques courbées, disposées régulièrement suivant la circonférence. Dans ce dispositif, on choisit la for des extrémités libres des plaques de manière à refermer le plus complètenent possible par leur jonction, la section transversale du boîtier. Toutefois, ce dispositif est utilisé également pour retenir la colonne de l'échantillon de sol stable car il n'assure pas la fermeture complete du bottier. On utilise des dispositifs similaires, principalement en cas de forage de puits par des outils rotatifs avec le nettoyage ultérieur du puits. Le but de la présente invention est de supprimer ces incon vénients et de mettre au point un carottier dans lequel le dispositif pour retenir l'échantillon de sol soit conçu de façon à permettre le prélèvement d'échantillons dans des sols stables et instables. On s'est posé le problème de mettre au point un carotteur doté d'un tel dispositif pour retenir l'échantillon de sol qu; peit'ttrait d'assurer le prélèvement des échantillons de sol, complets et de qualité satisfaisante, indépendamment de son type et de son état ainsi que de la direction du puits. Le problème posé est résolu par le fait que dans le carottier à "prélever les échantillons de sol, comportant un mécanisme de percussion pneumatique et un bottier recevant l'échantillon de sol, qui lui est relié rigidement et qui est pourvu d'un dispositif pour y retenir l'échantillon de sol, pendant son extraction du puits, disposé au voisinage de la face frontale du bottier, dans lequel conformément à l'invention ce dispositif est constitué par un élément élastique gonflable relié à une source de gaz comprimé, contenu,5 l'enfoncement du bottier dans le sol, dans un alésage cir culaire de sa surface intérieure et qui, à l'extraction du bottier du puits, referme complètement sa section transversale. Cette conception du dispositif assure la fermeture complète de la section transversale du bottier et retient l'échantillon de sol dans le bottier indépendemment du type du sol et de son état. L'extraction du boîtier avec l'échantillon peut être réalisée alors pendant le fonctionnement du mécanisme de percussion, par exemple en cas d'utilisation du mécanisme de percussion reversible. Il est avantageux que la source de gaz comprimé du mécanisme de percussion pneumatique fasse en même temps fonction de la source de gaz comprimé pour l'élément gonflable. A cet effet, il est nécessaire de prévoir sur celle-ci un raccord de réduction, relié par une tuyauterie au canal percé dans le corps du bottier et doté d'un élément de fermeture. On supprime ainsi la nécessité d'une source supplémentaire de gaz comprimé, ce qui permet d'obtenir une consommation économique de gaz comprimé et de réaliser un dispositif plus compact. I1 est aussi avantageux que dans la tuyauterie reliant le raccord de réduction à l'élément gonflable soit montée une soupape de retenue servant à prévenir l'échappement du gaz de l'élément gonflable après interruption de l'amenée de gaz dans celui-ci. Selon l'une des réalisations de l'invention, ledit canal percé dans le corps du bottier comporte une bifurcation dans laquelle sont montés, en série, un élément de fermeture et un dispositif pour la signalisation sonore du remplissage du bottier. L'élément de fermeture sur la bifurcation permet d'amener le gaz au dispositif de signalisation immédiatement avant le remplissage du bottier. Selon une autre réalisation de l'invention, dans le fond du bottier est pratiqué un orifice central axial où est logée une tige portant à son extrémité libre un plateau, dont le diamètre est un peu inférieur au diamètre intérieur du bottier et qui fait fonction d'élément de fermeture du canal, amenant le gaz comprimé à l'élément gonflable, et de la bifurcation dudit canal, ayant les parties passant par le fond du bottier et se croisant avec son orifice pour la tige, sur la surface latérale duquel sont taillées les gorges circulaires pour le passage du gaz lorsqu'elloscoincident avec lesdites parties correspondants masquées par la surface latérale de la tige pendant son déplacement axial. Ainsi, la tige avec le plateau sert à établir la hauteur requise de la colonne de l'érhantiilon du sol dans le bottier et fait fonction, en même temps, d'élément de fermeture du canal amenant le gaz comprimé à l'élément gonflable et aux bifurcations de ce canal. Dans encore une autre variante de réalisation de l'invention le plateau est monté sur l'extrémité libre de la tige par l'intermédiaire d'une douille interchangeable permettant la modification de la position du plateau dans le plan vertical, en fonction de la hauteur requise de la colonne de l'échantillon de sol dans le bottier. Le carottier, proposé pour le prélèvement des échantillons de sol, comporte un dispositif, pour retenir l'échantillon de sol dans le bottier, permettant de réaliser le prélèvement des échantillons complets et de qualité satisfaisante indépendamment du type et de l'état du sol. On donne ci-après un exemple concret de la réalisation de l'invention avec références aux dessins annexés, sur lesquels - les figures 1 et 1' représentent le carottier conforme à l'invention, en coupe longitudinale axiale par parties; les parties du carottier représentées sur la figure 1 sont reliées suivant la ligne I-I à celles de la figure 1', - la figure 2, la partie Il sur la figure 1 en échelle agrandie, - la figure 3, l'élément élastique gonflable pendant la fermeture de la section transversale du bottier (coupe longitudinale axiale partielle). Ce nouveau carottier est destiné à prélever des échantillons de sol de la surface de la terre, du puits foré par un procédé quelconque ainsi que pour le forage de puits peu profonds, pouvant être enfoncé verticalement ou avec une certaine inclinaison. Ce carottier å prélever les échantillons de sol comporte un mécanisme de percussion pneumatique 1 (figure 1) servant à l'enfoncer dans le sol et un boitier 2 recevant les échantillons de sol et qui lui est relié rigidement. Le bottier 2 comprend un dispositif 3, destiné a y retenir l'échantillon de sol pendant son extraction du puits, et qui est disposé au voisinage de la face frontale du bottier 2. Dans ce cas, on envisage le carottier dans lequel le bottier 2 est disposé coaxialesent avec le mécanisme de percussion pneumatique 1. Dans le carottier proposé, il est possible d'utiliser le mécanisme de percussion pneumatique réalisé selon n'importe quelle conception connue utilisée dans les carottiers de destination analogue. Dans ltexemple donné, on examine le mécanisme de percussion pneumatique 1, comportant un corps 4, dans lequel est prévue une enceinte cylindrique 5. Un percuteur 6 est logé dans l'enceinte 5 du corps 4 avec possibilité de va-et-vient. Une enclume 7 réalisée en une seule pièce avec le corps 4 est disposée b la partie inférieure (d'après le dessin) de l'enceinte 5. En plus, cette enceinte 5 abrite un tiroir 8, qui fait fonction de distri- buteur à gez. Le tiroir 8 est formé d'un cylindre creux & gradins. Sa partie de diamètre maximal se trouve à la partie inférieure (selon le dessin) du corps 4. Le tiroir 8 est fixé au corps 4 par l'intermédiaire d'un amortisseur 9 en forme d'anneau posé sur le tiroir 8 et l'entourant étroitement. L'amortisseur 9 est monté å force dans un écrou 10, qui est fixé dans la partie supérieure (selon le dessin) du corps 4. L'amortisseur 9 s'appuie contre la collerette 11, ménagée sur la surface extérieure du tiroir 8. Les orifices débouchants 12, offrant le passage du gaz depuis l'enceinte 5 du corps 4 vers l'atoosphère, sont percés dans l'amortisseur 9, parallèlement à l'axe du tiroir 8. Ce tiroir 8 a une queue 13 sortant au-delà du corps 4 et destinée à la fixation d'un raccord de réduction 14. Le raccord de réduction 14 est destiné & être relié au flexible (non représenté) avenant le gaz comprimé. La partie inférieure (selon le dessin) du tiroir 8 contacte, par sa surface extérieure, le percuteur 6 dans lequel est ménagée une enceinte cylindrique 15. Dans cette enceinte, on a prévu les ouvertures 16 pratiquées dans les parois da percuteur réparties réguîièreient suivant une circonference et destinées à relier l'enceinte 15 du percuteur 6 l'enceinte 5 du corps 4. Le raccord de réduction 17 est réalisé en une seule pièce avec le corps 4 a sa partie inférieure (selon le dessin) et sert à le relier au boiter 2. A cet effet, le bottier 2 comporte une queue 18 d'une seule pièce et disposée au centre de son fond. La queue 18 est accouplée au raccord de réduction 17 par un filetage. Le bottier 2 est destiné à recevoir l'échantillon de sol et comporte un dispositif 3, servant à refermer complètement as section transversale et retenir dans celui-ci l'échantillon de sol pendant son extraction du puits. Ce dispositif 3 est disposé au voisinage de la face frontale du bottier 2. Pour faciliter l'enfoncement dans le rol, le bord d'extrémité du bottier est biseauté et renforcé par l'apport d'une couche complémentaire de métal par soudage. Le dispositif 3 est constitué par un élément élastique gonflable 19, relié a la source de gaz comprimé (non représenté). Pendant l'enfonce- ment du bottier 2 dans le sol, l'élément gonflable 19 est logé dans la gorge circulaire 20, taillée sur la surface intérieure du bottier 2. L'élément gonflable 19 est en forme d'anneau et sert b fermer complètement la section transversale du bottier 2 et retenir l'échantillon pendant son extraction du puits. Le dispositif 3 réalisé selon la conception proposée, peut être utilisé avec succès dans n'importe quel dispositif connu destiné aux mêmes objectifs.Dans l'exemple donné de carottier pour le prélèvement des échantillons, le bottier 2 est disposé coaxialement au macénisme de percussion pneumatique 1. Pour l'élément élastique gonflable 19, on utilise la même alimentation qui dessert le mécanisme de percussion pneumatique 1. A cet effet, ce mécanisme 1 est pourvu d'un raccord de réduction 14 monté sur la queue 13 du tiroir 8. Dans la paroi du raccord de réduction 14 est percé un canal 21 pour relier son enceinte b une tuyauterie 22 de déviation. La tuyauterie 22 est mise en communication avec le canal 23, percé dans le corps du bottier 2, en vue d'amener le gaz comprimé a l'élément gonflable 19. A l'endroit où le canal 23 est relié å ltélément gonflable 19 est ponté un raccord fileté 24. Pratiquement, la partie du canal 23 passant le long de la génératrice du bottier 2 constitue un tube 25 posé dans une rainure taillée sur la surface extérieure du bottier 2. Le tube 25 ne sort pas au-delà des limites du bottier 2. La tuyauterie 22,reliant le raccord de réduction 14 à l'élément gonflable 19, est pourvu d'une soupape de retenue 26 servant à prévenir l'échappement du gaz depuis l'élément gonflable 19 apres l'interruption d'amenée du gaz dans celui-ci. Le canal 23 comporte une bifurcation 27, pratiquée dans le corps du bottier 2 et ayant l'orifice de sortie sur la surface du boitier 2. Près de l'orifice de sortie de la bifurcation 27, est monté un dispositif 28 pour la signalisation sonore qui est constitué par un cylindre fixé sur la surface du bottier 2 et comportant deux canaux se croisant 29 et 30 b angle droit. L'un desdits canaux, le canal 30 est le prolongement de la bifurcation 27 tandis que, l'autre 29 est destiné à l'échappement du gaz à l'atmosphère. Le dispositif de signalisation sonore 28 sert à indiquer le remplissage du bottier 2. Dans le fond du bottier 2 et dans la queue 18 qui lui est assemblée est pratiqué un orifice central axial 31 ot est logée une tige 32. L'extrémité libre de cette tige 32 porte un plateau 33, dont le diamètre est quelque peu inférieur au diamètre intérieur du boitier 2. La tige 32 portant le plateau 33 sert à établir la hauteur requise de l'échantillon de sol dans le bottier. En plus, cette tige 32 fait fonction de ltélement de fermeture du canal 23 d'amenée du gaz comprimé à l'élément gonflable 19 et à la bifurcation 27 ayant les parties passant par le fond du bottier 2 et croisant avec son orifice 31. Sur la surface latérale de la tige 32 sont taillées les gorges circulaires 34 et 35 pour le passage du gaz lorsqu'elles coïncident avec les parties correspondantes du canal 23 et de la bifurcation 27 qui sont masquées par la surface latérale de la tige 32 pendant son déplacement axial. Dans le but de modifier la position du plateau 33 dans le bottier 2 en fonction de la hauteur requise de la colonne de ltéchantillon, on a prévu une douille interchangeable 36, montée sur l'extrémité libre de la tige 32. Le plateau 33 est fixé sur l'autre extrémité de la douille 36, qui est i-o- bilisée sur la tige 32 å l'aide de l'axe 37, engagé dans l'un des orifices 38 percés dans la tige, perpendiculairement son axe. La tige 32 est retenue dans l'orifice 31 à l'aide d'un verrou 39 constitué par une bille 40 (figure 2) repousséepar le ressort 41, qui sont logés dans l'orifice débouchant 42, pratiqué dans la queue 18 et fermé par le bouchon 43. Pendant le fonctionnement, la tige 32 , avec la douille interchangeable 36, prend deux positions bloquées, c'est pourquoi on a ménagé sur la surface latérale de la tige 32 deux gorges 44, dont le profil est demi-rond, et correspond au diamètre de la bille 40. En ce cas, la gorge supérieure 44 (figure 1) (selon le dessin) correspond à la position de la tige 32 avant le début du fonctionnement tandis que la gorge inférieure correspond à la position de la tige 32 & la fin du remplissage du bottier 2 d'un échantillon de sol de hauteur prescrite. A la position initiale avant fonctionnement, le carottier est placé dans la direction prescrite par rapport à la terre et engagé dans le puits. Le percuteur s'appuie alors contre l'enclume 7 et ses ouver tures 16 mettent en communication la partie inférieure 0'après le dessin) de l'enceinte 5 avec l'enceinte 15 du percuteur 6. La tige 32 avec la douille interchangeable 36, qui en est solidaire, se trouve à la position inférieure, c'est-h-dire la bille 40 d. verrou 39 est engagée dans la gorge supérieure 44 comme représenté sur le dessin. L'élément gonflable 19 est libéré du gaz et logé dans l'alésage circulaire 20 du boitier 2. Le carottier fonctionne de la manière suivante. Le gaz comprimé arrive de la source, passe par le raccord de réduction 14 et tiroir 8 et ensuite par les ouvertures 16~dans la paroi du percuteur 6 et parvient dans l'intervalle circulaire ménagé entre la surface de l'enceinte 5 du corps 4 et la surface extérieure du percuteur 6. A la suite de la différence des efforts résultant de la pression de gaz comprimé sur la surface frontale inférieure (selon le dessin) du percuteur 6 et sur le fond de l'enceinte 15, ayant des superficies différentes, le percuteur 6 commence à monter Pendant son mouvement vers le haut, la surface latérale du tiroir 8 masque les ouvertures 16. En conséquence, l'arrivée de gaz dans la partie inférieure (selon le dessin) de l'enceinte 5 s'interrompt.Après cela, le percuteur 6 continue à se déplacer vers le haut grâce à l'expansion du gaz comprimé dans la partie inférieure de l'enceinte 5. Le percuteur 6 continue à se déplacer vers le haut jusqu'à ce que ses ouverture 16 prennent la position au-dessus de la partie de diamètre maximal du tiroir 8.Ensuite, le gaz comprimé commence à arriver de la partie inférieure de l'enceinte 5 vers sa parties supérieure et échappe à l'atmosphère à travers les orifices 12, perces dans l'amortisseur 9, c' est-à-dire ie gaz usagé s'échappe. A ce moment, la pression de gaz dans l'enceinte 15 du percuteur 6 dépasse sensiblement la pression extérieure (atmosphérique) c'est pourquoi le percuteur 6 se déplace vers le bas grâce à cette différence de pression ainsi que sous l'action de son poids propre et ce déplacement se termine par le choc du percuteur 6 contre I'enclume 7. Le bottier 2 s'enfonce alors dans le sol. Au moment du choc, les ouvertures 16 du percuteur 6 relient à nouveau la partie inférieure de l'enceinte 5 du corps 4 at?c l'pnceinte 15. En conseence, la partie inférieure de l'enceinte 15 est replie de gaz comprimé tandis que le percuteur 6 se déplace vers le haut de nouveau, autrement dit > cycle du fonctionnement du mécanisme de percussion I se répète. Les cycles de fonctionnement du mécanisme de percussion se répètent jusqu'à ce que la colonne de carotte atteigne le plateau 33 fixé sur la douille 36, qui, à son tour, est fixée sur la tige 32. Puis la colonne de sol commence à déplacer le plateau 33 conjointement avec la tige 32 vers le haut jusqu'au moment où la gorge 34 de sa surface latérale coïncide avec la bifurcation 27 du canal 23. De ce fait, le gaz arrive du canal 23 dans la bifurcation 27 et ensuite au dispositif 28 réalisant la signalisation sonore. Pendant le déplacement ultérieur de la carotte de sol et donc de la tige 32, la gorge 34 est déplacée par rapport à la bifurcation 27 tandis que la gorge 35 coïncide avec le canal 23. A ce moment, la bille 40 du verrou 39 entre dans la gorge inférieure 44 (selon le dessin), en verrouillant la tige 32 dans la position supérieure. Le gaz comprimé parvient par le canal 21 dans le raccord de réduction 14, dans la tuyauterie 22 et ensuite arrive à travers la soupape de retenue 26 dans le canal 23, le tube 25 et parvient par le raccord fileté 24 à l'élément gonflable 19. Immédiatement après que le dispositif 28 amorce l'émission d'un signal sonore indiquant le remplissage du bottier 2, on interrompt l'arrivée de gaz comprimé au mécanisme de percussion 1, ensuite on amène une petite quantité de gaz comprimé suffisante pour remplir l'élément élastique gonflage 19. Après l'interruption de l'amenée de gaz comprimé, la soupape de retenue 26 est fermée en empêchant le gaz de sortir de l'élément gonflable 19. En fonction des propriétés et de ltétat du sol, l'élément gonflable 19 ferme complètement la section transversale du bottier 2 en cas des sols instables et meubles ou bien de sol relativement compact et constitue un obturateur capablé de retenir l'échantillon se trouvant audessus de lui en serrant la carotte de sol. Au cas où l'obturateur tombe, l'élément gonflable 19 ferme complètement la section transversale du bottier 2 sous l'action des forces élastiques, comme représenté sur la figure 3. Ensuite, on retire le carottier du puits à l'aide d'un treuil (non représenté) et on enlève du bottier 2 l'échantillon de sol. A cet effet, on disjoint le bottier 2 du mécanisme de percussion I et de la tuyauterie 22 et le gaz comprimé échappe de l'élément gonflable 19 à l'atmosphère à travers le tube 25, le canal 23 et la soupape de retenue 26. Ceci fait, on transporte le carottier vers l'endroit où il est nécessaire de prélever l'échantillon suivant, on raccorde le bottier de nouveau et on redescend le carottier dans le puits pour l'approfondir. Ainsi, le carottier proposé permet de réaliser le prélèvement d'échantillons complets et de qualité satisfaisante dans les sols meubles et instables. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Carottier de prélèvement d'échantillons de sol comportant un mécanisme de percussion pneumatique et un bottier recevant l'échantillon de sol qui lui est relié rigidement et ayant un dispositif pour retenir dans celui-ci l'échantillon de sol, pendant son extraction du puits, qui est disposé au voisinage de la face frontale du bottier, ce carottier étant caractérisé par le fait que ledit dispositif est constitué par un élément élastique gonflable relié à une source de gaz comprimé, logé, pendant l'enfon- cement du bottier dans le sol, dans une gorge circulaire, ménagée dans la surface intérieure et qui, pendant l'extraction du bottier du puits en referme complètement la section transversale. 2. Carottier conformément à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'en tant que source de gaz comprimé pour l'élément gonflable on utilise celle du mécanisme de percussion pneumatique; à cet effet, ce dernier est pourvu d'un raccord de réduction relié par une tuyauterie au canal percé dans le corps du bottier et doté d'un élément de fermeture. 3. Carottier conformément à la revendication 2,caractérisd par le fait qu'une soupape de retenue, servant à prévenir la sortie du gaz de l'élément gonflable après l'interruption de l'amenée de gaz dans celui-ci est montée dans la tuyauterie reliant le raccord de réduction a l'élément gonflable. 4. Carottier conformément à la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un canal percé dans le corps du bottier comporte une bifurcation dans laquelle sont successivement montés l'élément de fermeture et un dispositif destiné à signaler le remplissage du bottier du soi. 5. Carottier conformément à la revendication 4, caractérisé par le fait que dans le fond du boîtier est pratiqué un orifice central axial où est logée une tige pourtant, à son extrémité libre, un plateau, dont le diamètre est peu inférieur au diamètre intérieur du bottier et qui fait fonction d'élément de fermeture du canal amenant le gaz comprimé à l'élément gonflable et de la bifurcation dudit canal ayant des parties passant par le fond du bottier et se croisant avec son orifice pour la tige sur la surface latérale duquel sont taillées des gorges circulaires pour le passage du gaz lorsqu'elles coïncident avec les parties correspondantes masquées par la surface latérale de la tige pendant son déplacement axial. 6. Carottier conformément à la revendication 5, caractérisé par le fait que le plateau est monté sur l'extrémité libre de la tige par l'intermédiaire d'une douille interchangeable convenant à la modlfication de la position du plateau dans le plan vertical en fonction de la hauteur requise de la coloune de l'échantillon de sol dans le boîtier.