Brevet FR2513304A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne l'industrie du bâtiment et a notamment pour objet un dispositif et un procédé pour le forage de trous à parois renforcées dans différents sols, notamment dans les sols rocheux et surtout dans les sols tendres saturés d'eau. On connait un outil pour le forage de trous (voir la demande de brevet français au nom de V I Fyoklin et al),qui comporte un corps guide comprenant une partie calibreuse cylindrique et deux embouts en forme de cône, frontal et arrière, qui présentent des surfaces en bandes spiroïdales servant à compacter le sol et un corps équipier disposé plus haut que le corps guide et coaxialement à celui-ci, ce corps équipier étant d'une configuration analogue à celle du corps guide Les corps guide et équipier sont reliés à l'un à l'autre par l'intermédiaire d'un élément- raccord tubulaire présentant un passage en communication avec un canal réalisé dans le corps équipier et des ouver- tures réalisées dans ses parois. L'outil considéré permet d'affermir les parois du trou en cours de forage, au moyen de différents matériaux de renforcement pendant la progression de l'outil dans le sol Cependant, cet affermissement ne concerne pas le fond et les parties inférieures des parois du trou, qui restent non renforcés, ce qui peut, dans le cas d'un trou allant au-dessous du niveau des eaux souterraines, conduire à l'inondation du trou et nuire à la confection ultérieure du pieu Pour qu'on puisse renforcer le fond du trou au moyen de l'outil en question, celui-ci doit être retiré du trou,le matériau de renforcement doit être admis dans le trou à travers son orifice et une deuxième attaque du trou doit être effectuée avec ledit outil Tout ceci rend le processus peu rationnel et affecte la qualité des travaux, du fait que les parois de la partie inférieure du trou, qui sont privées de renforcement avant la deuxième attaque, s'écrou- lent et laissent l'eau pénétrer dans le trou. Dans la même demande de brevet est décrit un procédé de forage de trous à parois renforcées dans le sol,suivant lequel on opère sans enlèvement de terre, on admet dans le trou un matériau de renforcement et on affermit les parois du trou en enfonçant ce matériau dans les parois du trou en même temps que se produit la pénétration de l'outil dans le sol. Il est vrai que ce procédé permet d'élever la résis- tance des parois du trou et d'opérer avec un effort plus faible. Cependant, lorsqu'il s'agit de sonder à un niveau infé- rieur à la nappe aquifère souterraine, l'efficacité de ce procédé diminue du fait qu'on n'arrive pas à renforcer le fond du trou ne la partie inférieure de celui-ci, ce qui entraîne une infiltration dans le trou obtenu et l'écroule- ment des parois de sa partie inférieure. On s'est donc proposé de mettre au point un outil et un procédé de forage de trous à parois renforcées dans le sol, qui permettraient d'élever l'efficacité et la fiabili- té du renforcement des parois et du fond de trou. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un outil pour le forage de trous à parois renforcées, dont le corps équipier est muni d'une partie de calibrage de diamètre supérieur à celui du corps guide Dans cet outil, les sens d'enroulement des surfaces spiroidales des embouts des deux corps sont identiques L'élément-raccord servant à relier les deux corps entre eux est muni de pales qui sont disposées, par rapport à l'axe de cet élément, suivant une courbe spiroïdale, dont le sens d'enroulement est opposé à celui de la surface spiroidale de l'embout frontal du corps guide de l'outil. Le problème exposé plus haut est d'autre part résolu à l'aide d'un procédé de forage dans le sol de trous à parois renforcées, du type consistant à forer un trou pri- maire de diamètre inférieur à celui prescrit et à remplir ce trou primaire d'un matériau de renforcement, après quoi on attaque une deuxième fois les parois pour obtenir le trou de diamètre prescrit tout en enfonçant ledit matériau de renforcement dans le sol, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on opère avec l'outil ci-dessus pour obtenir le trou de diamètre prescrit et, simultanément mais d'une manière avancée et toujours à l'aide du même outil, on obtient le trou primaire, dans lequel on amène l'agent de renforcement sur es parties qui doivent être renforcées, et, une fois achevé le forage du trou de diamètre prescrit, on fait monter l'outil jusqu'à ce qu'il sorte du trou primaire pour y admettre le matériau de renforcement, après quoi on attaque de nouveau les parois de ce trou en enfonçant le matériau de renforcement dans les parois et le fond de celui-ci. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble d'un dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une vue suivant Il-Il de la figure 1; la figure 3 illustre le stade initial du forage du trou; la figure 4 illustre le processus de forage et de renforcement simultanés; la figure 5 illustre l'amenée du matériau de renfor- cement au fond du trou; et la figure 6 illustre l'opération de renforcement de la partie inférieure du trou. L'outil pour le forage de trous à parois renforcées comporte un corps guide 1 (figure 1) présentant une partie de calibrage cylindrique 2, un embout frontal 3 et un embout arrière 4 coniques, dont les surfaces servant à compacter le sol se présentent sous forme de bandes spi- roldales entroulées dans un même sens, ainsi qu'un corps équipier 5 disposé en position supérieure par rapport audit corps guide 1 et relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un élément-raccord tubulaire 6, le corps guide 1, le corps équipier 5 et l'élément-raccord 6 étant montés coaxialement, le corps équipier 5 présentant une partie de calibrage 7 dont le diamètre est supérieur à celui de la partie cali- brage 2 (c'est-à-dire égal au diamètre de trou prescrit), et un embout 8 en forme-de cône disposé coaxialement à ladite partie de calibrage 7 L'embout 8 présente une surface en bande spiroidale dont le sens d'enroulement coïncide avec celui des surfaces spiroïdales de l'embout frontal 3 et de l'embout arrière 4 faisant partie du corps guide 1 La surface de l'embout 8 se compose de portions cylindriques coaxiales dont les rayons diminuent d'une manière échelonnée en allant de la partie de calibrage 7 du corps équipier 5 vers l'endroit de jonction de ce corps et de l'élément-raccord 6, les portions cylindriques de la surface délimitant l'embout 8 du corps équipier 5 se raccordant doucement entre elles par l'intermédiaire de portions de transition (voir la figure 2) Le corps équipier est percé d'un canal 10 (figure 1) pour l'amenée d'un matériau de renforcement 11, lequel canal est en communica- tion avec un passage pratiqué dans une tige de forage 12. L'élément-raccord 6 est traversé par un passage 13 en communication avec le canal 10 et présente des ouvertures 14 exécutées dans ses parois et servant au passage du matériau de renforcement 11 dans le trou de forage 15. Cet élément-raccord 6 est muni de pales 16 qui sont dis- posées, par rapport à son axe, suivant une courbe spiroldale dont le sens d'enroulement est opposé à celui des surfaces spiroldales des embouts faisant partie des corps guide 1 et équipier 5 de l'outil Le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre à l'aide de l'outil proposé de la manière suivante Lors de la rotation de l'outil à partir d'une commande appropriée (non représentée), le corps guide 1, qui est muni de l'embout frontal 3 en forme de cône, se visse dans le sol en formant un trou 15 (figure 3) qui reçoit par la suite le corps équipier 5 et, de ce fait, s'élargit de manière à se conformer au diamètre prescrit (voir la figure 4) égal, en l'occurrence, au diamètre de la partie de calibrage cylindrique 7 du corps 5, Au fur et à 2 513304 mesure de la progression de l'outil dans le sol, celui-ci s'enfonce dans les parois du trou 15 sous l'effet des tronçons de transition 9 de l'embout 8 du corps équipier 5. Lorsque l'outil se trouve aux niveaux nécessitant un ren- forcement du sol, on a recours au matériau de renforcement 11 qu'on amène à travers la tige 12, le canal 10 traver- sant le corps équipier 5 et le passage 13 pratiqué dans l'élément-raccord 6 Ce matériau de renforcement arrive dans l'espace séparant les corps guide 1 et équipier 5 et, au fur et à mesure de la pénétration de l'outil dans le sol, s'enfonce dans les parois du trou 15, tout en les affermissant Les pales 16 qui sont disposées sur la surface de l'élémentraccord 6 suivant une courbe spiroldale dont le sens d'enroulement est opposé à celui des surfaces spirol- dales des embouts, agissent sur le matériau de renforcement en le malaxant de manière à uniformiser sa consistence dans tout son volume Ceci contribue à élever l'efficacité du renforcement des parois du trou et à rendre régulière leur résistance D'autre part, les pales 16 empêchent le sol d'adhérer à la surface de l'élément 6 et de pénétrer dans le passage 13 par les ouvertures 14 Après avoir atteint la profondeur voulue, on dévisse l'outil (figure 5) en le faisant tourner dans le sens opposé Alors le matériau de renforcement 11 restant entre les corps 1 et équipier 5 s'enfonce dans les parois du trou sous l'effet de l'embout arrière 4 et de la partie de calibrage 2 du corps guide 1. L'outil doit être monté à une hauteur non inférieure à la longueur de son corps guide, c'est-à-dire à la distance entre le point bas du corps 1 et le point bas du corps équipier 5, ou, en d'autres termes, jusqu'à ce que l'outil sorte du trou primaire Pendant ce temps, le matériau de renforcement 11 continue d'arriver au fond du trou, et, une fois rempli le trou primaire, on attaque une deuxième fois les parois de la partie inférieure du trou (voir la figure 6) Pendant cette deuxième attaque s'effectue le renforce- ment du fond et des parois délimitant la partie inférieure du trou (voir la figure 7). 6 2513304 On peut aussi envisager un autre mode de réalisation de l'outil En conformité avec ce mode de réalisation, le corps équipier est muni lui aussi d'un embout arrière analo- gue à l'embout arrière du corps guide Dans ce cas, le renforcement des parois du trou peut s'opérer en deux couches pendant un seul va-et-vient de l'outil Le matériau de renforcement, qui est amené dans le trou immédiatement avant la montée de l'outil, s'enfonce alors dans les parois du trou pour former une deuxième couche de renforcement, sous l'effet de la surface délimitant l'embout arrière du corps équipier lors du dévissage de l'outil du trou foré. Le sens d'enroulement des surfaces spiroïdales des embouts arrière peut être opposé à celui des surfaces des embouts frontaux des corps Alors on retire l'outil du trou sans changer le sens de rotation de cet outil. L'outil revendiqué permet de forer des trous renforcés dans les sols tendres et saturés d'eau lorsque la nappe aquifère souterraine se trouve à un niveau supérieur à celui du fond du futur trou On arrive ainsi à prévenir toute infiltration d'eau dans le trou D'autre part, les pieux confectionnés dans les trous obtenus à l'aide de cet outil se caractérisent par une capacité portante de 15 à % plus élevée, grâce au compactage supplémentaire du sol au voisinage du fond du trou. R E V E N D I C A T I O N S 1 Outil pour le forage de trous à parois renforcées dans le sol, du type comportant un corps guide ( 1) compre- nant une partie de calibrage cylindrique ( 2) et des embouts frontal ( 3) et arrière ( 4) en forme de cône présentant des surfaces de compactage du sol sous forme de bandes spirolda- les et disposés de part et d'autre de la partie de calibra- ge ( 2), ainsi qu'un corps équipier ( 5) comprenant une partie de calibrage cylindrique ( 7) et un embout frontal ( 8) en forme de cône présentant lui aussi des surfaces sous forme de bandes spiroidales pour compacter le sol, ledit corps équipier, qui est disposé plus haut que le corps guide ( 1) et coaxialement à celui-ci, étant traversé par un canal axial ( 10) pour l'amenée d'un matériau de renforcement et étant relié au corps guide ( 1) par l'intermédiaire d'un élément-raccord tubulaire ( 6) communiquant avec le canal axial ( 10) et dans lequel sont pratiquées des ouvertures ( 14) pour la sortie du matériau de renforcement, caracté- risé en ce que le diamètre de la partie de calibrage ( 7) du corps équipier ( 5) est plus grand que le diamètre de la partie de calibrage ( 2) du corps guide ( 1) et correspond au diamètre du trou à forer. 2 Outil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps guide ( 5) est muni lui aussi d'un embout arrière en forme de cône présentant des surfaces de compactage du sol sous forme de bandes spiroidales. 3 Procédé de forage de trous à parois renforcées dans le sol, du type consistant à forer un trou primaire de diamètre inférieur à celui prescrit et à remplir ce trou primaire d'un matériau de renforcement, après quoi on attaque les parois du trou une deuxième fois pour obtenir le trou de diamètre prescrit tout en enfonçant ledit maté- riau de renforcement dans le sol, caractérisé en ce qu'on opère avec l'outil conforme à la revendication 1 pour obte- nir le trou de diamètre prescrit et que, simultanément mais d'une manière avancée et toujours à l'aide du même outil, on obtient le trou primaire, dans lequel on amène le matériau de renforcement sur ses parties qui doivent être renforcées, et, une fois achevé le forage du trou de diamètre prescrit, on fait monter l'outil jusqu'à ce qu'il sorte du trou primaire et on admet dans celui-ci le matériau de renforcement, après quoi on attaque de nouveau les parois de ce trou tout en enfonçant le matériau de renforcement dans les parois et le fond de celui-ci. 4 Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la deuxième attaque du trou est opérée avec l'outil conforme à la revendication 2 et qu'avant de retirer l'outil du trou on amène dans l'orifice de celui-ci le matériau de renforcement qui, sous l'effet de l'embout arrière du corps équipier, s'enfonce dans les parois en formant une autre couche de renforcement.