Brevet FR2305549A1 — publié le 19761022

La présente invention a pour objet un dispositif de forage destiné en particulier, mais non exclusivement, a' la réalisation de forages dans lesquels seront coulés ultérieurement des pieux, par exemple en béton, verticaux ou inclinés, destinés à soutenir des constructions. On sait que la densité de construction, notamment dans les villes, s'est considérablement accrue au cours des dernières années, la nature variée du sous-sol conduisant parrois à des fondations profondes. Il existe actuellement des machines permettant de réaliser des forages dans lesquels sont coulés des pieux. Ces machines présentent toutes la même structure - l'outil de forage (tarière ou godet) est solidaire d'un mât ou kelly, le kelly étant suspendu à l'extré mité de la flèche d'une grue par l'intermédiaire d'une manille tournante. Le kelly est entraîné en rotation par une table de rotation qu'il traverse et qui est elle-mSme solidaire du b & i de la grue. Les machines connues présentent des inconvénients notables - elles nécessitent l'existence d'une Chatne cinématique conteuse. En effet, à partir du moteur d'entratnement, en géndral de type DIESEL, on doit trouver : un conver tisseur, au moins un arbre de transmission, des bottes de transfert conique, une table de rotation des cou pleurs d'entratnement. Si une telle channe est par faitement concevable en mécanique classique, elle est totalement inadaptée dans le domaine des travaux pu blics, où le matériel doit très souvent encaisser des chocs brutaux qui ne dépendent pas seulement du conducteur de l'engin. Il en résulte une fiabilité douteuse et des organes coûteux doivent être fréquem ment remplacés, meme lorsque les nombreux graissages à effectuer le sont effectivement. La structure des machines connues présente en outre deux inconvénients inévitables : tout le poids est à l'avant de l'engin,ce qui provoque un déséquilibrage fondamental, d'une part et, d'autre part, la force des treuils de relevage du kelly qui peut peser jusqu'à 10 tonnes avec l'outil, doit être très élevée. Il en résulte que les machines de forage connues doivent être montées sur des grues beaucoup plus lourdes qu'il n'est nécessaire pour le travail à effectuer. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon l'invention, le dispositif de forage comprenant un châssis autotracté, une grue comprenant une flèche et un treuil, un kelly supportant un outil de forage, des moyens d'entratnement dudit outil, est caractérisé en ce que lesdits moyens d'entratnement sont disposés entre le kelly et l'outil. Les fonctions du support de 11 outil et d'entratnement en rotation de celui-ci, sont ainsi dissociées et il n'est plus nécessaire de faire tourner le kelly dont le geul mouvement est un mouvement de translation. La manille tournante qui est un organe fragile est donc supprimée. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens d'entrae- nement précités sont constitués par un moteur hydraulique, relié à une pompe hydraulique placée du cssté opposé audit moteur par rapport au châssis de la grue. L'inconvénient du déséquilibrage structurel mentionné précédemment est ainsi levé puisque la disposition de la pompe hydraulique et de son moteur d'entratnement équilibre partiellement le kelly et l'outil. Cet avantage est dû au fait qu'il est beaucoup plus facile d'obtenir une liaison hydraulique longue qu'une liaison mécanique longue. Selon une autre caractéristique de l'invention, le kelly précité glisse à l'intérieur d'un guide-kelly articulé sur le châssis de la grue par 1-' intermédiaire de tirants et de vérins, Dans la technique antérieure, le seul guidage du kelly était assuré par la table de rotation, ce qui interdisait pratiquement tout forage en position inclinée. Au contraire, dans le dispositif de forage selon l'invention, le kelly est guidé sur une grande partie de sa longueur, ce qui permet le forage de trous selon des angles très importants par rapport à la verticale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront au cours de la description qui va suivre d'un mode de réalisation en regard des dessins qui représentent - La figure i > un dispositif de forage selon l'invention. - La figure 2, une coupe du kelly. A la figure 1, la référence 1 désigne d'une manière générale le poste de commande et le châssis autotracté qui peut autre sur chenilles, cas esquissé sur la figure, ou sur roues. Le kelly 2 a une section en fer à I (représentée à la figure 2) et coulisse dans un guide kelly 3. Il supporte un moteur hydraulique 4 dont l'axe est relié à un outil de forage 6 qui, sur la figure 1, est une tarière double spire. Le moteur hydraulique 6 est entratné par un fluide provenant d'un générateur de puissance 5 (en anglais power pack), qui comprend un moteur DIESEL, par exemple, une pompe b débit variable distribuant le fluide sous pression et un réservoir de liquide, en général de l'huile hydraulique. La puissance hydraulique est transmise au moteur à plusieurs vitesses 4 entraînant la tarière 6, comme il sera expliqué par la suite. La pompe alimente également les deux vérins de stabilisation 7, qui relient le treuil 8 b la partie renforcée 9 du guide kelly 3, et les deux vérins d'appui 10. Le dispositif kelly 2 guide kelly S est supporté par la flèche de grue il dont la teste est montée pivotante sur une pièce fixe 12 constituant un collier d'attache pour la tête de flèche. Le guide kelly 3 est, d'autre part, fixé au châssis par une première paire de tirants 13 articulds respectivement sur le châssis 1 et sur la pièce 9 et par une seconde paire de tirants 8 articulés sur une pièce du châssis en 14 d'une part et, d'autre part, sur la pièce 9 par les tiges des vérins 7. Les mouvements verticaux du kelly sont commandés par un câble 15 qui s'enroule, d'une part, sur un treuil porté par le châssis (non représenté) et est fixé, d'autre part, par son autre extrémité en un point du guide kelly (renfort 9). Le cible 15 de manoeuvre du kelly passe dans la tête de flèche sur une poulie 16 et au voisinage de la partie inférieure du guide kelly sur une poulie17,montée sur le kelly 2 réalisant ainsi un moulage sur deux brins qui permet théoriquement de diviser la section du câble par deux. Le cible 15 passe b l'intérieur du kelly. La suspension de la flèche de grue et ses organes de relèvement sont classiques et ne seront pas décrits ici. La canalisation hydraulique venant du générateur 5 passe par le poste de commande qui est symbolisé par les manettes 18 et est relié par une canalisation flexible 19 à la canalisation fixe 20 solidaire du tirant 13, Elle est ensuite connectée par le flexible 21 à une canalisation rigide 22 qui est montée b l'intérieur de la pièce 9 et à l'extérieur du guide kelly 3. La canalisation rigide 22 est terminée par un flexible 23 qui aboutit à la partie supérieure du mAt ou kelly 2. Comme cela apparatt à la figure 2, le kelly est muni de tuyauteries 24, 25, 26 et 27 qui permettent la circulation aller et retour de l'huile hydraulique et de deux canalisations d'irrigation 28 de section plus petite. Comme cela a été dit précédemment, ces canalisations rigides intérieures sont connectées, d'une part, au moteur hydraulique 4 et, d'autre part, aux vérins d'appui 10. Les vérins 7 sont actionnés ce à une dérivation du circuit hydraulique qui vient d'être décrit. Le fonctionnement du dispositif est le suivant la grue est amenée par ses moyens de traction propres à une distance d'environ quatre mètres du trou à forer. Le kelly est alors orienté en direction du forage par rotation du plateau autour du chassies. Par une action conjuguée sur la flèche de grue 11 et sur les vérins 7, la tête de tarière 6 est positionnée exactement au-dessus de l'endroit désiré. Puis le kelly est descendu Jusqu' ce que la tarière vienne au contact du sol. Elle est mise en rotation à la vitesse désirée gracie au moteur 4 pendant que les vérins d'appui 7 appliquent une pression adaptée à la nature du terrain Un trou de la hauteur de la tarière 6 est alors foré. Puis, la tarière est retirée du sol par la levée du kelly et la terre qu'elle transporte est déposée à catd par rotation de l'ensemble autour du châssis, La tarière 6 est "vidée" par une succession de mouvements de rotation de sens opposés. On comprendra que cette succession de mouvements de sens opposés, destinés à décoller la terre est très éprouvante pour le matériel et que, dans les foreuses connues, les manilles tournantes qui soutenaient le kelly et l'outil ne résistaient pas très longtemps.Etant donné qu'ici, seul l'axe du moteur hydraulique tourne, le cible 15 ne supporte aucun effort particulier. Puis la tarière est amenée au-dessus du trou foré et descendue à l'intérieur de ce trou. Le processus décrit précédemment recommence alors jusqu'à ce que le forage ait atteint la profondeur désirée. Les postes de contrale, de distribution et de tarage sont situés dans le poste de pilotage placé sur le chassies, Il n'y a plus aucun organe mécanique tournant entre le moteur et a tarière. La présence d'un contre permanent de pression d'huile par tarage, valve et clapet de sécurité, protège automatiquement le moteur, quel que soit le degré d'énergie du conducteur. La faute de manoeuvre, ou tout au moins ses cons6- quences, est ainsi pratiquement exclue. Tous les postes de graissage sont supprimés et le seul niveau d'huile à contraler est oelui du moteur diesel. La poulie 17 est montée de préférence sur un roulement étanche. Il n'y a donc aucun risque de détérioration par manque d'entretien de la machine. Le rait que le kelly, ou mGt 2, ne tourne pas mais glisse dans le guide kelly supprime toute usure anormale du ctble de levage du kelly. De plus, le risque de détériora- tion de la tête de flèche de la grue par la toute de kelly est éliminé. Le guidage du kelly permet d'obtenir la verticalité ou l'inclinaison désirée avec une précision excellente. Le dispositif d'appui "pull-down" constitué par les vérins hydrauliques 10 qui est installé sur le bas du guide kelly 3 appuie par auto-serrage sur un kelly qui ne tourne pas. C'est-à-dire que toute la force des vérins 10 est effectivement appliquée. En cas de rupture du câble 15 de remontée du kelly, celui-ci glisse librement dans le guide kelly sans rencontrer d'organes tels que la table de rotation des machines connues. Dans ce cas, les vérins 10 peuvent servir à la remontée du kelly 2. D'autre part, le kelly ne tournant pas, il est possible de monter en bout du kelly, à la place du moteur hydraulique 4, soit une benne hydraulique ronde dont le diamètre peut varier de 0,6 à 2 m, soit une.benne rectangulaire pour les pieux barrettes. On donnera maintenant, à titre d'exemple, et uniquement pour fixer les idées, les dimensions et valeurs de quelques éléments d'un dispositif effectivement réalisé - longueur du kelly (2) 30 m - longueur du guide kelly (3) 12 m - vérins d'appuis (10) force 10 tonnes par vérin, - course, 80 cm. L'ensemble de la colonne pèse 10,2 tonnes avec un outil tarière de 1,5 m de diamètre à une portée de 4,20 mètres. - Longueur de la flèche de grue 15 m. - Force du brin souple du treuil de levage du kelly 6 tonnes. - Profondeur maximum de forage, 26 m. Bien que cette profondeur soit suffisante dans la plupart des cas pratiques, il est bien entendu possible d'augmenter la longueur du kelly en utilisant un mât télesoopique. Le générateur de puissance ou power pack 5 est placé en porte à faux sur le chgasis, à une distance d'environ 5 m du centre pour équilibrer le couple du kelly. Son poids est d'environ 2,5 tonnes. La puissance du moteur diesel dlentrarnement de la pompe est de 150 à 175 CV, le débit variable de la pompe pouvant atteindre 250 à 275 litres sous une pression de 250 à 300 bars, Toutes choses égales par ailleurs, la puissance du porteur nécessaire au dispositif de forage, c 'est-à-dire du chassies autotracteur,est inférieure de 30 % à la puissance du porteur employé par une machine de type connu. Bien entendu, là présente invention ntest nullement limitée au mode de réalisation qui vient autre décrit et représenté et de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de forage notamment pour 1' exécu- tion de pieux de fondation, comprenant un châssis sur lequel est montée une grue, constituée d'une flèche et d'un treuil, un kelly suspendu sur ladite flèche, des moyens d'entratnement en rotation d'un outil tournant, ledit outil étant monté à l'extrémité inférieure dudit kelly, caractérisé en ce que les moyens d'entratnement de l'outil sont disposés entre le kelly et ltoutil. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le kelly précité est monté coulissant à l'intérieur d'un guide kelly, articulé sur le chassies par au moins deux tirants dont l'un est muni d'un vérin, la toute de flèche de la grue étant articulée sur ledit guide kelly. 3.- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité du câble du treuil de la grue est fixée en un point du guide kelly, au voisinage de la partie inférieure de celui-ci, ledit câble passant sur wne première poulie montée à la partie inférieure dudit kelly et sur une seconde poulie portée par la tête de flèche de la grue, de façon à réaliser un moulage à deux brins. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entratnement précités sont constitués par un moteur hydraulique relié par une canalisation en partie rigide à un générateur comprenant un réservoir d'huile hydraulique et un moteur à gaz entratnant une pompe hydraulique. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le générateur précité est placé dans une position opposée à celle dudit kelly de manière à équilibrer partiellement celui-ci. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes7 caractérisé en ce que le kelly précité étant creux, des canalisations hydrauliques rigides sont fixées à l'intérieur de celui-ci. 7.- Dispositif selon les revendications 1 et 4 précédentes, caractérisé en ce que le moteur hydraulique précité est monté de manière amovible sur la partie inférieure du kelly. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux vérins articulés sur le guide kelly agissent par auto-serrage sur le kelly pour communiquer la pression nécessaire à l'outil. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur du guide kelly est supérieure au quart de la longueur du kelly.