Brevet FR2574847A1 — publié le 19860620

i 2574847 La présente invention a pour objet un dispositif permettant de réaliser dans le sol des forages circulaires de grand diamètre tels que ceux qui sont utilisés, par exemple, pour l'exécution de pieux de forte capacité ou de jambes de structures constitutives des fondations de plates-formes en mer pour l'exploitation pétrolière. On connaît déjà des dispositifs pour forer des trous de section circulaire qui comportent des outils rotatifs permettant de désagréger le terrain sur une surface circulaire et de remonter à la surface les débris ainsi obtenus. De tels dispositifs donnent de bons résultats lorsque les orifices perforés sont de faible diamètre, mais ils nécessitent d'une part, de soumettre l'outil rotatif à une force verticale qui l'applique contre le terrain à désagréger, et d'autre part, de communiquer à l'outil un couple de rotation non négligeable. Or, il se trouve que la force verticale à appliquer aussi bien que le couple atteignent des valeurs considérables lorsque l'on désire réaliser des trous de grand diamètre. C'est ainsi par exemple, que pour forer à l'aide d'un tel dispositif un puits d'environ 2,50 m de diamètre, il est nécessaire d'appliquer sur l'outil, une force verticale de l'ordre de 100 à 200 tonnes et un couple très important qui est difficile à contr8ler et-à appliquer, surtout dans le cas de forages en mer à partir d'un navire. On connaît par ailleurs, des machines de forage de type haveuse, constituées par des tambours rotatifs munis de dents, associés deux à deux et tournant en sens inverse, qui permettent de creuser dans le sol des orifices de section rectangulaire, les matériaux provenant de la désagrégation du sol étant aspirés avec la boue de forage dans une canalisation située au centre de la cavité ainsi forée. De telles machines ne nécessitent pas, l'application d'un couple extérieur, mais elles ne sont pas capables de réaliser des forages de section circulaire. La présente invention est relative à un dispositif relativement léger, d'un coût peu élevé, n'exerçant pas de couple de réaction et permettant l'exécution de forages circulaires de grand diamètre. La présente invention a pour objet un dispositif du type comportant une paire de fraises entraînées en rotation en sens inverse, lesdites fraises étant munies de dents ou d'organes analogues pour désagréger le sol, caractérisé par le fait qu'il comprend a) une première paire de fraises munies de dents, tournant en sens inverse autour de deux axes parallèles, chacune de ces fraises ayant la forme extérieure d'un volume de révolution 2 2574847 dont la génératrice est constituée par un arc du cercle correspondant à la section circulaire du forage que l'on désire creuser, et b) une deuxième paire de fraises situées légèrement au-dessus de la première, qui présente les mêmes caractéristiques de structure, mais dont les axes de rotation sont décalés par exemple de 90c, par rapport aux fraises de la première paire. Conformément à l'invention, les deux paires de fraises peuvent être entraînées par tous moyens appropriés, tels que ceux utilisés pour entraîner des fraises conventionnelles. C'est ainsi que l'entraînement des fraises selon l'invention peut être réalisé à l'aide de moteurs hydrauliques ou électriques situés directement sur l'axe des fraises ou dans le corps du dispositif qui se trouve au-dessus des fraises, la transmission étant alors assurée à l'aide de chaînes ou d'arbres de transmission et de pignons, l'énergie électrique ou hydraulique étant envoyée par des canalisations appropriées qui descendent le long du puits à partir de la surface du sol. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé en étant suspendu directement au-dessus du trou à creuser, les parois de la cavité ainsi réalisée étant maintenues par la boue de forage. Dans une variante, le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé à l'intérieur d'un cuvelage métallique de section circulaire de même diamètre qui est entraîné vers le bas pour constituer la paroi du forage. Les débris de terrain désagrégés du sol par les fraises, sont avantageusement aspirés avec la boue de forage par une canalisation disposée de préférence au centre du dispositif. On comprend que selon le dispositif de l'invention, les fraises ont chacune une forme de révolution qui correspond sensiblement à la forme d'une olive ou d'un ballon de rugby, le pourtour de chaque fraise correspondant à une partie de la périphérie du forage circulaire à réaliser. On comprend également que la paire de fraises située à la partie inférieure du dispositif, creuse deux orifices de section lenticulaire, situés à l'intérieur de la section du forage circulaire que l'on désire réaliser. La deuxième paire de fraises qui se trouve située au-dessus de la première a pour objet l'élimination du terrain qui subsiste entre les orifices de section lenticulaire creusés par les deux fraises situées à la partie basse, assurant ainsi la continuité de la forme circulaire du forage que l'on réalise. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on en a représenté un mode de réalisation sur le dessin annexé dans lequel: 3 2574847 - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un dispositif selon l'invention disposé à l'intérieur d'un forage représenté en coupe, - la figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1, - et la figure 3 est une vue en coupe selon III-111 de la figure 1. On a schématiquement représenté sur la figure], le corps 1 du dispositif selon l'invention qui a une forme externe 2 cylindrique dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre du forage 3 à l'intérieur duquel le dispositif selon l'invention peut être descendu. Le corps 1 du dispositif comporte les différents organes qui sont nécessaires à l'entraînement des fraises et au pompage de la boue qui est aspirée avec les débris du terrain pour remonter à la surface dans la canalisation centrale 4. On a également représenté schématiquement en 5 les canalisations hydrauliques ou électriques qui conduisent l'énergie nécessaire à l'entraînement des fraises en rotation. On a schématiquement représenté dans le bas de la figure 1 la paire de fraises inférieures 6 et la paire de fraises supérieures 7. On a représenté sur la figure 3 une vue de dessus de la paire de fraises inférieures. Cette paire est constituée de deux fraises 8a et 8b ayant chacune la forme générale d'une olive ou d'un ballon de rugby. Les génératrices de ces fraises ont la forme d'un arc du cercle 9 correspondant à la section du forage 10 que l'on désire créer dans le sol. Selon ce mode de réalisation,- les deux fraises 8a et 8b sont supportées par un élément plat 11 selon une technique connue, les moteurs d'entraînement des fraises pouvant être disposés à l'intérieur de cellesci tout en étant suspendus et fixés à la plaque 11. Selon un autre mode de réalisation, les fraises 8a et 8b peuvent être entraînées selon une manière connue par un moteur situé dans le corps même du dispositif 1, l'énergie leur étant transmise par exemple par chaînes ou par arbres de transmission, à l'aide de pignons et tables d'entraînement. Comme on le voit clairement sur la figure 3, chaque fraise 8a, et 8b est en fait constituée par deux moitiés interchangeables qui sont placées de part et d'autre de l'élément support plat 11, chaque moitié ayant la forme d'une ogive. Conformément à l'invention, les deux fraises d'une même paire sont entraînées en des mouvements de rotation inverses. Dans le mode de réalisation représenté, les mouvements de rotation sont tels que les débris qui sont détachés du sol sont ramenés vers Je centre du dispositif de manière à être aspirés par la pompe 12 schématiquement représentée sur la figure 1 et a être remontés en empruntant la tubulure - 4 2574847 centrale 4. Cette tubulure 4 peut comporter par exemple un orifice d'aspiration au niveau des fraises inférieures 8a et 8b et avantageusement également un autre orifice d'aspiration au niveau des fraises supérieures 14a, 14b. Cependant, dans un autre mode de réalisation, les fraises pourraient tourner dans l'autre sens en rejetant les débris vers l!extérieur, c'est-à-dire sur la périphérie de l'orifice foré. On comprend que les fraises 8a et 8b, forent chacune un trou dont la section est clairement représentée sur la figure 3 en laissant entre elles des parties de terrain non excavé ayant deux sections 13 en forme de triangles curvilignes. Conformément à l'invention, le dispositif comporte au-dessus des fraises 8a et 8b une seconde paire de fraises 14a et 14b dont les axes 15a et b sont disposés perpendiculairement aux axes 16a et 16b des fraises 8a et 8b. Ces fraises 14a et 14b sont également entraînées en rotation en étant fixées de manière connue à un support plat 17. On voit sur la figure 2 la section 4 de la tubulure d'évacuation vers le haut de la boue chargée des débris de forage. Comme on le voit également sur les figures 1 et 2, les fraises 14a et 14b ont aussi chacune une forme d'olive ou de ballon de rugby dont les génératrices correspondent à un autre segment de la section circulaire du forage que l'on est en train de réaliser. Ainsi, si l'on superpose les arcs de cercle ou segment de cerc]e qui constituent chacune des fraises des deux niveaux 6 et 7, on obtient un cercle complet. En raison du décalage de 90 des axes de rotation de la paire de fraises supérieures par rapport aux axes de rotation de la paire de fraises inférieures, les deux fraises supérieures éliminent les parties de terrain 13 qui (comme représentées sur la figure 3) subsistent apres le passage des fraises inférieures, ce qui permet d'obtenir un orifice de section parfaitement circulaire. Il est clair qu'à la manière habituelle, les fraises sont munies sur leur périphérie de dents 18 qui ont été schématiquement représentées sur la figure 1 mais qui n'ont pas eté représentées dans un but de clarté sur les figures 2 et 3. Le dispositif selon l'invention qui vient d'être décrit, permet de réaliser de manière simple et économique à l'aide d'une machine pesant de l'ordre de dix à vingt tonnes, des forages de plusieurs mètres de diamètre sans qu'aucun couple de réaction ne s'exerce à la surface du sol. 2574847 Il est bien entendu que le mode de réalisation qui a été décrit ci-dessus ne présente aucun caractère limitatif et pourra recevoir toute modification sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier, l'invention n'est pas limitée à un seul mode d'entraînement en rotation des paires de fraises ou à une seule manière d'évacuer les déchets mélangés à la boue de forage. En particulier on ne sortirait pas du domaine de l'invention en aménageant deux tubulures d'aspiration au lieu d'une. Par ailleurs, ce ne serait pas sortir de l'invention que d'utiliser notamment au niveau supérieur des fraises dont l'extrémité serait tronquée et qui de cette manière n'auraient que la forme requise pour compléter les segments de cercle correspondant à la paire de fraises inférieures. Enfin, il va de soi que bien que le dispositif ait été prévu pour réaliser des forages de section circulaire, il permettrait par modification de la forme des fraises, et en choisissant autrement les génératrices de celles-ci, de réaliser des forages de sections différentes telles que par exemple des forages de sections elliptiques. De même, les axes des deux paires de fraises ne sont pas obligatoirement à angle droit, à condition que les fraises supérieures puissent enlever le sol qui subsiste entre les forages réalisés par les fraises inférieures. 6 2574847 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la réalisation de forages circulaires dans le sol, du type comportant une paire de fraises entraînées en rotation en sens inverse, lesdites fraises étant munies de dents ou d'organes analogues pour désagréger le sol, caractérisé par le fait qu'il comprend une première paire de fraises (6) munies de dents, tournant en sens inverse autour de deux axes parallèles (16a, 16b), chacune de ces fraises ayant la forme extérieure d'un volume de révolution dont la génératrice est constituée par un arc du cercle correspondant à la section circulaire du forage que l'on désire creuser, ainsi qu'une deuxième paire de fraises (7) située au-dessus de la première, et dont les fraises (14a, 14b) présentent les mêmes caractéristiques de structure que les fraises de la première paire mais dont les axes de rotation (15a, 15b) sont décalés par rapport à celles-ci. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque fraise est constituée par deux moitiés de fraises qui sont placées de part et d'autre d'un élément support plat (11, 17). 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les fraises sont entraînées par des moteurs disposés à leur intérieur et assujettis à l'élément support plat (11). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les fraises sont entraînées par au moins un moteur situé dans le corps (1) du dispositif. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les fraises d'une même paire tournent en sens inverse, en ramenant les débris vers le centre du dispositif. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un orifice d'aspiration relié à au moins une pompe et disposé au niveau des fraises inférieures (8a, 8b) pour envoyer les débris de forage dans une canalisation verticale (4) disposée sensiblement au milieu du dispositif. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un second orifice d'aspiration situé au niveau des fraises supérieures (14a, 14D). 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'au moins une des paires de fraises ont une forme ogivale tronquée. 9 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'angle que font les axes de rotation des deux paires de fraise sont décolés de 90 .