Brevet FR2513284A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne la technique du forage de trous dans le sol etanotamment pour objet un outil pour le forage de trous dans les sols macroporeux compressi- bles en vue de mouler des pieux dans lesdits sols. On connaît un outil pour le forage de trous dans les sols macroporeux compressibles (voir la demande de brevet français déposée précédemment au nom de V FYOKLIN et ai), qui comporte un corps destiné à être fixé à une tige de forage et présentant une partie cylindrique de calibrage et des zones coaxiales délimitées par des surfaces de compac- tage du sol et se succédant d'une manière échelonnée de sorte que leurs rayons diminuent depuis la partie de calibra- ge jusqu'à l'embout de l'outil, et des zones de transition délimitées elles aussi par des surfaces de compactage du sol et réalisant une transition progressive de la surface d'une zone coaxiale de plus grand rayon vers la surface de la zon- ne coaxiale adjacente de plus petit rayon La surface de compactage du sol de chacune des zones coaxiales est une surface cylindrique décrite par une génératrice de longueur déterminée, délimitée par deux courbes en hélices cylindri- ques dont les angles d'inclinaison sont identiques et qui servent de guides à cette génératrice De cette façon, la surface de compactage du sol des zones coaxiales est une surface en forme de bande s'étendant en hélice depuis ladite surface de calibrage jusqu'à l'embout et dont le rayon varie d'une zone adjacente à l'autre, ces "bandes" de zones coaxiales étant reliées entre elles par l'interme- diaire de"bandes" de zones de transition En d'autres termes, la génératrice de la surface de compactage du sol de chacune des zones coaxiales et de chacune des zones de transition est toujours parallèle à l'axe de l'outil, bien que celui-ci, à l'exclusion de sa partie de calibrage, pré- sente une forme sensiblement conique. De par sa conception, cet outil permet d'exécuter dans le sol des trous à parois bien compactées, ce qui améliore les indices de qualité de ces trous et la capacité portante des pieux moulés dans lesdits trous. Cependant, lorsque l'outil en question est employé pour former des trous en vue du moulage de pieux courts, la capacité portante théorique des pieux diminue du fait que la longueur de la partie conique d'un outil pour l'obtention de trous peu profonds constitue au moins à 50 % de leur longueur totale, ce qui conduit dune diminution de l'aire totale de la surface latérale des pieux moulés dans ces trous,car l 'ake dela surfaoe dela partie ca&i- que ayant une base de diamètre déterminr est plus petite que celle de la partie cylindriue de mêmedamère etde même longueur (ou hauteur). L'invention vise donc un outil perfectionne pour le forage de trous dans les sols macroporeux compressibles qui, grâce à sa nouvelle forme, contribuerait à élever la capacité portante des pieux moulés dans ces sols, surtout celle des pieux courts. Ce problème est résolu à l'aide d'un outil de forage de trous dans les sols macroporeux compressibles, du type comportant un corps destiné à être assemblé à une tige de forage et présentant une partie de calibrage, des zones coaxiales délimitées par des surfaces servant au compactage du sol et se succédant d'une manière échelonnée de sorte que leurs rayons respectifs diminuent depuis la partie de calibrage jusqu'à 1 ' embout de l'outil, et des zones de transition délimitées elles aussi par des surfaces servant au compactage du sol et formant de nesde paegeprqgs dhne surface de zone coaxiale de plus grand rayon à la surface de la zone coaxiale suivante de plus petit rayon, ledit outil étant caractérisé, selon l'invention, en ce que la surface de compactage du sol de chacune desdites zones coaxiales est une surface conique définie par une génératrice de longueur déterminéedélimitée par deux courbes en hélice conique dont les angles d'inclinaison sont identiques et qui ser- vent de guides à cette génératrice. Dans un tel outil, les génératrices des surfaces de compactage du sol des zones coaxiales, de même que celles des zones de transitions, sont disposées sous un angle par rapport à l'axe de l'outil, dont on peut dire, en uti- lisant la terminologie applicable aux outils de tour, que c'est un angle positif Un tel outil permet de forer des trous dans le sol sans enlèvement de terre, la partiede fond de ces trous se prêtant bien au moulage de pieux dont la capacité portante correspond au sol dans lequel on opère. Cet avantage est dé à ce que les efforts sont répartis-le long de la surface du pieu, de sorte que la composante ver- ticale de la charge agissant sur le pieu se ramifie sous un angle par rapport à la verticale En ce cas, l'aire de sur- face du sol soumise à la charge est plus grande que celle du trou obtenu à l'aide d'un outil dont la surface de com- pactage du sol est cylindrique. Pour rendre plus stable la progression de l'outil dans le sol, on peut réaliser sur les surfaces coniques des zones coaxiales et les surfaces des zones de transition des bourrelets disposés au voisinage des gradins suivant une courbe en hélice Ces bourrelets peuvent être disposés en surplomb radial de sorte que-leur surplomb augmente en allant vers la zone coaxiale adjacente de plus petit rayon, mais ne dépasse pas le diamètre de la partie de calibrage Cette augmentation du surplomb des bourrelets contribue à surmonter toute résistance supplémentaire du sol, pouvant apparattre au fur et à mesure de l'enfoncement de l'outil à cause de l'inclinaison de la génératrice de la surface de compactage du soi des zones coaxiales D'autre part, la longueur (ou la hauteur)-des zones coaxiales peut être identique ou varier d'une zone à l'autre suivant l'axe de l'outil Les angles d'inclinaison de la génératrice de la surface de compactage du sol peuvent être soit identiques pour toutes lesdites zones, soit varier d'une zone à l'autre. 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 vasuivre de diffé- rents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exem- ples non limitatifs, avec références aux dessins non limi- tatifs annexés dans lesquels: 13284 la figure 1 est une vue d'ensemble d'un outil conforme à l'invention; la figure 2 représente l'outil conforme à-l'in- vention, vu du côté de l'embout; la figure 3 représente la partie 1 de la figure 2, à échelle agrandie; la figure 4 est une vue suivant la flèche A de la figure 3; la figure 5 illustre le mode de réalisation 1 u suivant lequel les zones coaxiales présentent des surfaces de compactage du sol, définies par des génératrices dont l'angle d'inclinaison par rapport à l'axe de l'outil diminue successivement d'une zone à l'autre; la figure 6 est une vue d'ensemble d'un outil conforme à l'invention, mais dans lequel l'angle d'inclinai- son de la génératrice des surfaces de compactage du sol aug- mente successivement d'une zone à l'autre; la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 6, mais illustrant le cas d'un outil dont l'angle d'inclinaison de la génératrice des surfaces de compactage du sol augmente dans sa partie supérieure et diminue dans sa partie inférieure; la figure 8 représente un autre mode de réalisa- tion, dans lequel la longueur des zones coaxiales varie d'une zone à l'autre suivant l'axe de l'outil; la figure 9 représente l'outil conforme à l'in- vention au cours du forage d'un trou; la figure 10 représente le trou achevé. Comme il ressort des dessins annexés, et notamment des figures 1-4, l'outil fixé à une tige 1 comporte une partie de calibrage cylindrique 2, un embout 3 et des zones coaxiales 4 dont chacune se présentes=a forme d'un cône tron- qué dont la grande base est située au-dessus de la petite ba- se Mes zones coaxiales 4 se raccordent progressivement par l'intermédiaire de zones de transiton 5 Chacune des zones coaxiales 4 est délimitée par une surface de compactage du sol, qui est une surface conique définie par une génératrice & de longueur déterminée limitée par deux courbes h en hélice conique dont les angles d'inclinaison sont identiques et qui servent de guides à cette génératrice Les zones de transition 5 présentent uie surface aialogue à celle des no E coaxiales 4, mais les guides de sa génératrice sont courbés suivant un rayon inférieur au plus petit rayon & courbure des guides de la génératrice de la surface de la zone cowda- le sus-jacente Ce rayon de courbure peut, soit être constant, soit diminuer graduellement En ce cas, on obtient un passa- ge échelonné d'une zone coaxiale de plus grand rayon à la zone coaxiale adjacente de plus petit rayon, en même temps qu'une transition progressive des surfaces de compactage du sol d'une zone coaxiale à l'autre Les zones coaxiales 4 et les zones de transition 5 sont munies à leur partie inférieure de pales ou bourrelets 6 Directement au-dessus des zones de transition 5, les pales 6 présentent des inter- ruptions dont la longueur ne dépasse pas 1/4 de la longueur de le circonférence délimitant la section transversale de la zone 4 correspondante La largeur de la pale (ou surplomb) du bourrelet 6 augmente d'une manière échelonnée du haut vers le bas, c'est-à-dire dela zone coaxiale supérieure jusqu'à l'embout 3 L'outil est d'autre part muni dtun ca- nal 7 avec des dérivations 8 Le canal 7 est en coxmunica- tion avec une source de liquide (non représentée). L'outil conforme à l'invention fonctionne de la manière suivante. Lors de la rotation communiquée à l'outil par une commande appropriée (non représentée) par l'intermé- diaire de la tige 1, et sous l'effet de la charge axiale, l'outil se visse dans le sol en le déplaçant latéralement par rapport à l'axe du trou en cours de forage, par les surfaces des zones de transition 5 raccordant entre elles les zones coaxiales 4 Les bourrelets 6 disposés aux bords inférieurs des zones coaxiales 4 et des zones de transition contribuent à stabiliser la progression de l'outil dans 6 2513284 le sol La présence des interruptions des bourrelets 6 sur une longueur allant jusqu'à 1/4 de la longueur de la ciroon- férence délimitant la section transversale de la zone coaxia- le 4 correspondante facilite l'enfoncement axial de l'outil. Gràce à l'augmentation échelonnée de la largeur des bourre- lets 6 dans le sens allant vers l'embout 3 permet à l'outil de surmonter plus aisément la résistance supplémentaire du sol due à l'inclinaison, par rapport à l'axe longitudinal, de la génératrice des surfaces des zones coaxiales 4 Pour diminuer les forces de frottement lors du forage avec l'ou- til conforme à l'invention, on peut, par l'intermédiaire du canal 7 et de ses dérivations 8, alimenter en liquide tous les endroits o les surfaces de compactage du sol sont en contact avec celui-ci Lors du forage, la partie 2 de l'ou- til remplit sa fonction de calibre. L'emploi de variantes de l'outil (figures 5 à 8) présentant des zones coaxiales de hauteurs différentes et des surfaces de zones coaxiales à différenteangles d'in- clinaison de leurs génératrices par rapport à l'axe longitu- dinal de l'outil permet de répartir d'une manière détermi- née les efforts le long de la surface du futur pieu moulé dans le trou foré et de réaliser des pieux à capacité por- tante prédéterminée en fonction de la nature du sol dans lequel on opère. L'outil conforme à l'invention permet de forer, en vue du moulage de pieux courts, des trous (voir les fi- gures 9 et 10) présentant des surfaces composées de zones inclinées Ceci permet à son tour d'élever la capacité portante du pieu de 10 à 20 % par suite de la résistance supplémentaire du sol constituant la surface latérale du trou. 13284 R E V E N D I C A T I O N S 1 Outil pour le forage de trous dans des sols macroporeux compressibles, du type comportant un corps des- tiné à être assemblé à une tige de forage et présentant une partie de calibrage ( 2), des zones coaxiales ( 4) démémitées par des surfaces de compactge du sol et se succédant d'une manière échelonnée de sorte que leurs rayons respec- tifs aillent en diminuant depuis la partie de calibrage ( 2) vers l'embout ( 3) de l'outil, et des zones de transition ( 5) délimitées elles aussi par des surfaces de compactage du sol et assurant une transition progressive de la surface d'une zone coaxiale de plus grand rayon à la surface de la zone coaxiale adjacente de plus petit rayon, caractérisé en ce que la surface de compactage du sol de chacune des zones coaxiales ( 4) est une surface conique définie par une génératrice (&) de longueur déterminée, limitée par deux courbes (h) en hélice conique dont les angles d'inclinaison sont identiques et qui servent de guides à cette généra- trice. 2 Outil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces coniques des zones coaxia- les ( 4) et les surfaces des zones de transition ( 5) présen- tent, au voisinage des gradins respectifs, des bourrelets ( 6). 3 Outil suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le surplomb radial de chacun des bourrelets ( 6) augmenté depuis la zone coaxiale S plus grand rayon vers la zone coaxiale adjacente de plus petit rayon, sans-toutefois dépasser le-diamètre de la partie de calibrage ( 2).