Brevet FR2476737A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne les outils pour perforer les matériaux pierreux, et plus particulièrement les mèches de grand diamètre munies d'une tête perforatrice située à la pointe d'une tige axiale et suivie d'une ailette hélicoidale de transport extractrice du matériau désagrégé, employées pour forer les sols comportant plus ou moins de roches, ou encore composés intégralement de roches. Actuellement, les mèches utilisées dans un but d'extraction possèdent une ou plusieurs séries de dents de grande dureté convenablement réparties avec des repères pour atteindre la plus grande efficacité de perçage. Dans certains cas, les dents mentionnées se trouvent dans un même plan frontal, réparties avec un arrangement dans des positions radiales semblables ou distinctes. Dans d'autres cas, les dents mentionnées sont disposées en échelonnements corrélatifs, avec des positions radiales semblables pour chacune d'entre elles, et avec une correspondance de position entre ces échelonnements. Les présents perfectionnements se proposent d'augmenter les rendements de perçage obtenus jusqutà présent, de diminuer la fatigue des outils ainsi que l'usure subie par les éléments actifs de ces outils, et sont caractérisés fondamentalement en ce que la tête de perforation comprend plusieurs dents de perforation contenues successivement sur la trajectoire d'une héli- ce conique de pas croissant à partir du point d'attaque jusqu'à la zone de transport, lesdites dents adoptant une disposition progressive différenciée radialement et axialement dans la tête mentionnée, auxquelles fins celles-ci sont réparties corrélativement diamétralement opposées deux à deux, et toutes avec une distance radiale croissante et des niveaux croissants à partir de la pointe, le plan médian des dents de perforation mentionnées présentant également une valeur angulaire d'inclinaison déterminée par rapport à un plan perpendiculaire à la tige. D'autres objets et caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels La figure 1 représente de façon schématique la position des dents d'un outil selon l'invention, vue dans une projection en plan de front, avec l'indication des sillons concentriques parcourus par chaque dent. La figure 2 correspond au développement plan de la disposition des dents de l'outil par rapport au développement plan d'un trou pratiqué dans une roche, représentée sur la figure 1. La figure 3 est une représentation schématique de l'inclinaison et de la déviation d'une dent par rapport à un système de coordonnées en trois dimensions. La figure 4 est une représentation pratique de l'inclinaison et de la déviation d'une dent par rapport aux plans de taille dans un trou. La figure 5 représente en perspective une mèche réalisée avec un arrangement selon l'invention, en vue laterale. La figure 6 est une vue schématique de la mèche de la figure 3 depuis le point d'attaque. L'outil de perforation selon l'invention se compose d'une tête de perforation 1 dont la caractéristique essentielle est qu'elle possède plusieurs dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, ... , disposées progressivement à des niveaux distincts 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f.... , respectivement, depuis le point d'attaque et dans une trajectoire hélicoidale, ces dents de perforation sont en outre diamétralement opposées deux à deux, pour les niveaux adjacents, et avec une distance croissante r1, r2, r3, r4, r5 et r6, par rapport à l'axe de l'outil comme cela est représenté sur les figures 1 et 2. Cette disposition des dents leur confère un positionnement diffé rencié dans les sens axial et radial, sur la tige axiale 4. D'autres dents 5 ayant une action de rupture sont situées concentriquement à l'extrémité de la tige mentionnée 4, leur fonction étant d'ouvrir le passage nécessaire à l'avance des dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d qui travaillent en échelonnement radial. Entre les dents de rupture 5 s'intercalent d'autres dents auxiliaires 6 ayant une action de désagrégation. Les dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d. ., doivent être disposées de façon à ce que leur action de coupe dans la roche se produise de maniere oblique telle qu'elles attaquent conjointement les faces intérieure 7 et supérieure 8 des échelons successifs qui se forment dans le trou de la roche en cours de perforation, ainsi on atteint la plus grande capacité de taille avec le plus petit effort, ou la plus petite consommation d'énergie et la plus faible usure de l'outil Pour avoir les effets mentionnés ci dessus, les dents de perforation présentent plusieurs valeurs angulaires déterminées par rappart à la tige axiale 4 de l'outil, selon les figures 3 et 4. Pour une part, l'une desdites valeurs est calculée on fonction de la résultaifte de deux vecteurs, comme la pression axiale en kg sur ladite tige de l'outil, et du couple de torsion de ladite mèche applique également sur l'axe, en mètres/kg, qui fournissent l'angle d'inclinaison entre le plan médian de la dent et le plan perpendiculaire à la tige 4, et représenté par l'angle g . L'importance de cette valeur angulaire est primordiale étant donné qu'elle détermine le rendement de la mèche avec une usure minimale. D'autre part, on considère la valeur angulaire définie entre le fil d'attaque de la dent et le plan mentionné perpendiculaire à la tige de l'outil, cette valeur angulaire sera dite dans la suite "déviation" pour la distinguer de l'inclinaison précédemment définie, cette dévia tion se détermine en relation avec la dureté dans l'échelle de Mohs des formations géologiques qui font l'objet d'une perforation et est représentée dans les figures 2 à 4 par l'angle B.Cet angle ss permet d'attaquer l'a- rête formée par les surfaces intérieure 7 et supérieure 8, ou la contremarche et la foulée de l'échelon qui dans le trou de la roche est attaqué par la dent correspondante, de façon à obtenir une désintégration plus facile de la masse rocheuse, étant donné qu'elles attaquent l'angle vif de l'échelon cité du creux cylindrique, ce qui fait que l'action de perforation est réellement un agrandissement pour évaser ce trou cylindrique.Le vide intérieur ainsi existant évite les contrepressions et la possibilité de compactages de la matière rocheuse, comme celà se produit ordinairement en raison de la-pression à laquelle est soumise la matière rocheuse par les dents qui ne sont pas disposées dans la forme adéquate; ces inconvénients sont également évités grâce aux valeurs angulaires K et données, lesquelles sont modifiées en fonction de la vitesse de rotation de la tige 4 de l'outil, lequel à son tour dépend de la dureté des roches. Eu égard aux considérations antérieures, chaque outil de perforation répond normalement à une gamme de types de roche de duretés voisines, ce qui fait que l'on doit disposer de divers outils appropriés aux différentes gammes de dureté. Ce qui a été dit à propos des dents de perforation 2, au sujet de leurs angles d'inclinaison Quant à la largeur des dents de perforation 2, il reste prévu qu'elle soit légèrement supérieure à celle de son sillon de travail dans la roche, ou à celle du plan supérieur 8, afin qu'il y ait un chevauchement entre les actions des diverses dents pour avoir un travail exhaustif. On doit également observer le fait que la distance du centre de la perforation aux échelonnements successifs, ou celle de sa face intérieure 7, croît progressivement à partir de l'échelon inférieur ayant la plus faible valeur radiale. On observe sur les figures 1 et 2 la répartition de base des dents de perforation 2, de rupture 5 et de désagrégation 6, mentionnées, tandis que les figures 5 et 6 montrent une réalisation concrète se référant à une mèche 9. Cette mèche 9 se compose d'une tige axiale 4 portant une ailette hélicoldale de transport 10, et d'une tête de perforation 1 dotée de quelques paires de dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2f, échelonnées successivement en progression radiale, montées sur des supports Il fixés sur des renforts radiaux 12 de deux hélices opposées 13a et 13b qui font partie de la tête de perforation et qui permettent d'extraire le matériau résultant de la perforation.Les supports Il pour les dents respectives sont emboRtés dans des entailles successives du bord des hélices 13a et 13b. La mèche 9 proprement dite possède des dents de rupture 5 à la pointe de guidage antérieure de la tige 4, concentriques, réparties régulièrement et avec une inclinaison de même valeur angulaire, ainsi que des dents de désagrégation 6. La tige axiale 4 possède à son extrémité postérieure, selon le procédé classique, une tête d'assujetissement 14 avec un boulon transversal 15 appliqué par un orifice 16 doté d'une clavette de sécurité 17. Les diverses dents de perforation 2, de rupture 5 et de désagrégation 6 de la mèche 9 sont obtenues dans un matériau de grande dureté, tel que le carbure de tungstène, comme on fait actuellement. Les mèches 9 dont il est question sont de grand diamètre, ayant une valeur comprise entre 200 et 1000 mm, dont la taille n'a été adoptée jusqu'à présent que pour les travaux effectués dans des sols tendres, ou composés par des terres ou de petites pierres désagrégées. L'utilisation des mèches de perforation 9 de la présente invention convient pour l'exécution de trous pour planter des poteaux ou pour construire des pilots, et encore pour d'autres travaux qui nécessitent une cimentation d'une certaine profondeur dans des terrains plus ou moins rocheux. REVENDICATIONS 1) Outil pour perforer des matériaux pierreux, en particulier dans les mèches munies d'une tête de perforation située à la pointe d'une tige axiale et suivie d'une ailette hélicoidale de transport disposée tout au long de ladite tige pour l'extraction du matériau désagrégé, caractérisé en ce que la tête de perforation (1) comprend plusieurs dents de perforation (2a-2f) contenues successivement sur la trajectoire d'une hélice conique (13a-13b) de pas croissant à partir de la pointe d'attaque jusqu'à la zone de transport, lesdites dents (2) ayant une disposition progressive différenciée radialement et axialement sur la tête mentionnée, des dents (2) étant de plus réparties corrélativement diamétralement opposées deux à deux, et toutes avec une distance radiale croissante et dans des niveaux croissants depuis la pointe de la tige, le plan médian des dents de perforation mentionnées présentant également une valeur angulaire ( g) d'inclinaison déterminée par rapport à un plan perpendiculaire à la tige axiale (4). 2) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils d'attaque des dents de perforation (2) présentent en outre une déviation (B) d'une certaine va- leur angulaire, par rapport à un plan perpendiculaire à la tige axiale (4), de façon que l'action desdites dents (2) s'exerce en forme d'agrandissement à partir de l'arête formée par les plans intérieur (7) et supérieur (8) de l'échelon respectif du trou de la roche en cours de perforation 3) Outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le front de la tige axiale (4) possède des dents de rupture (5) concentriques, régulièrament réparties, de préSerence au nombre de 3, entre lesquelles s'intercalent d'autres dents auxiliaires (6) ayant une action de désagrégation, et dont toutes possèdent lesdites inclinaisons et lesdites déviations angulaires. 4) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diverses dents de perforations (2) sont capables de faire des échelonnements dans la roche, qui consistent en des sillons annulaires dans lesquels la dent (2) respective laboure la roche dans son avance, lesdits sillons étant d'une largeur légèrement plus petite que la largeur desdites dents, de manière que le travail s'effectue avec un certain chevauchement entre les échelons successifs. 5) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de perforation (1) de l'outil contient deux filets hélicoidaux (13a, 13b), diamétralement opposés et en spirale, capables d'extraire le matériau résultant de la perforation. 6) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur des échelonnements successifs de la tête de perforation (1) de l'outil présente une progression croissante à partir de l'échelon inférieur de plus faible envergure radiale.