Brevet FR2623242A1 — publié le 19890519

"Carottier pneumatique pour fouilles cylindriques en roches L'invention a trait à un carottier pour l'exécution de feuilles cylindriques dans de la roche, où des outils taillants sont disposés sur une tranche d'attaque d'un tube entretoise entrainé par sa tête en rotation. autour de son axe au moyen d'un groupe moteur, en sorte de pratiquer une saignée annulaire où pénètre le tube entretoise en ménageant une carotte axiale qui sera extraite après rupture à sa base. Pour pratiquer des fouilles cylindriques, telles que par exemple les fouilles de mise en place de.poteaux de lignes de transport d'énergie électrique, on a utilisé dans les sols tendres des tarières, entraînées par des groupes moteurs. Dans les sols rocheux, on remplace les tarières par des trépans qui désagrègent la roche sur toute la section de la fouille. Ces trépans exigent des forces d'appui et des couples de rotation considérables, ainsi qu'une lubrification par des boues de composition contrôlée de la zone d'attaque pour éviter une usure prématurée des taillants d'attaque. Pour réduire les efforts et les consommations d'énergie, on a préconisé l'utilisation de carottiers, analogues aux carottiers utilisés en recherches pétrolières pour analyser les roches rencontrées au cours du forage, à partir de carottes cylindriques. Les carottiers n'entament la roche que sur une couronne, entre la carotte et le terrain environnant. Pour ce faire, les carottiers comportent un tube entretoise garni à sa tranche inférieure, d'outils taillants en forme de molettes en matériau très dur, avec des dentures à module non constant ; le tube entretoise est entraîné en rotation autour de son axe par un groupe moteur à vitesse appropriée, l'entraînement se faisant par l'intermédiaire d'un train de tiges dès que le carottage s'exécute en profondeur. Le bon fonctionnement du carottier exige une force d'appui considérable (0,3 Méganewton environ) et une lubrification à la boue constante. Ces carottiers sont en eux-mêmes relativement onéreux, et leur mise en oeuvre nécessite la réunion de moyens importants (moyens de levage, de charge, d'entraînement et de lubrification), excessifs pour l'exécution de fouilles à ciel ouvert. L'invention a pour objectif un carottier peu onéreux, dont la mise en oeuvre n'exige qu'un minimum de moyens auxiliaires, notamment pour être facilement déplaçable. A cet effet, l'invention propose un carottier pour l'exécution de fouilles cylindriques dans de la roche, où des outils taillants sont disposés sur une tranche d'attaque d'un tube entretoise entrainé par sa tête en rotation autour de son axe au moyen d'un groupe moteur, en sorte de pratiquer une saignée annulaire où pénètre le tube entretoise, en ménageant une carotte axiale qui sera extraite après rupture à sa base, caractérisé en ce qu'il comporte, à la périphérie d'une couronne fixée coaxialement en tête du tube entretoise, une pluralité de marteaux pneumatiques disposés parallèlement à l'axe du tube entretoise à espacement angulaire régulier autour de cet axe, chacun de ces marteaux pneumatiques équipé d'un fleuret qui est tenu suivant une génératrice du tube entretoise et est muni en extrémité d'un outil-trépan de diamètre correspondant à la largeur radiale de la saignée annulaire. On conçoit que la mise en oeuvre de'un tel carottier ne nécessite que la fourniture d'air comprimé pour l'alimentation des marteaux pneumatiques, l'utilisation de moyens de levage limités en capacité à la longueur du tube entretoise, ainsi que l'utilisation d'un groupe moteur de puissance limitée. En effet le travail de désagrégation de la roche est fourni pour l'essentiel par les marteaux pneumatiques, tandis que le groupe moteur a surtout pour tâche d'entraîner le tube entretoise pour que les fleurets mordent dans le front d'attaque périphérique. De préférence, le carottier présente, au-dessus de la couronne1 un arbre d'attelage au groupe moteur1 cet arbre étant équipé d'un joint tournant pour l'alimentation en air comprimé des marteaux pneumatiques. On appréciera l'intérêt de cette disposition. De préférence également, les fleurets comportent un canal central relié à l'échappement du marteau pneumatique qui débouche à proximité de l'outil-trépan. L'air qui s'échappe chasse la roche désagrégée de la saignée annulaire. En disposition préférée, les outils-trépans sont du type à face d'attaque bombée convexe, avec une multiplicité de saillies. Ce type d'outil-trépan se prête à une combinaison d'attaque frontale et d'attaque latérale de la roche, résultant de la frappe des marteaux et de la rotation du tube entretoise. Pour faciliter l'amorce de la fouille, on associe au carottier un guide de centrage constitué d'une plaque circulaire de diamètre correspondant au diamètre intérieur du tube entretoise, munie en son centre d'une fiche à enfoncer dans la roche suivant l'axe prévu de fouille. Ce guide de centrage empêche des réactions excentriques du carottier, tant que la saignée annulaire n'est pas amorcée sur toute sa périphérie. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente en élévation partiellement coupée un carottier selon l'invention ; la figure 2 est une coupe suivant le plan II-II de la figure i la figure 3 est une coupe suivant le plan III-III de la figure i la figure 4 est une vue d'un trépan préféré pour l'invention Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le carottier 1 comprend une couronne en tôle 10, en forme de cylindre d'axe représenté vertical, sur laquelle sont bridés trois marteaux pneumatiques 11, 12 et 13, d'axes parallèles à l'axe de la couronne 10, et également espacés angulairement autour de cet axe.Dans l'axe de la couronne part, vers le haut, un arbre d'entraînement 15, qui comporte un joint tournant 16 pour l'alimentation en air comprimé des marteaux 11, 12 et 13, cet air comprimé venant d'un groupe compresseur non représenté par un tube souple 16a. Au-dessus du joint tournant 16, l'arbre 15 se prolonge par une tige à six pans 17, qui s'engage dans un manchon d'accouplement d'un groupe moteur 3 associé à des moyens de soulèvement, une clavette 3a assurant le support vertical du carottier 1 par le groupe moteur 3. Ce groupe moteur associé à des moyens de soulèvement est classique pour la manoeuvre de trépans et carottiers. La couronne 10 se raccorde par un tronc de cône 18 à un tube entretoise 20 dans son ensemble, coaxial à la couronne 10. Ce tube entretoise 20 est constitué d'une chemise intérieure 24 et d'une chemise extérieure 25, de forme tubulaire et coaxiale, réunies selon trois génératrices à 120 par trois tubes-guides 21, 22 et 23. Les diamètres des chemises 24 et 25, et l'orientation du tube entretoise 20 par rapport à la couronne 10 sont tels que les tubes-guides 21, 22 et 23 sont respectivement coaxiaux aux marteaux pneumatiques 11, 12 et 13. Des fleurets 31, 32 et 33 passent dans les tubesguides 21, 22 et 23 pour s'engager dans les mandrins lita, 12ê et 13a (ce dernier non représenté) des marteaux 11, 12 et 13. Ils sont maintenus centrés dans les tubes-guides par des manchons (21a dans le tube guide 21) en plastique ou en acier durci selon le degré d'abrasivité de la roche rencontrée. Les fleurets 31, 32 et 33 dépassent la tranche inférieure du tube-guide 20, et sont équipés d'embouts taillants 41 (42 et 43 ne sont pas visibles sur les figures). Ces embouts taillants 41, 42 et 43 ont un couple transversal circulaire, et le maitre-couple est tel qu'un cercle circonscrit aux masKtres-couples des embouts présente un diamètre supérieur au diamètre extérieur de la chemise 25, tandis qu'un cercle inscrit dans ces maîtres-couples présente un diamètre inférieur au diamètre intérieur de la chemise 24. Ainsi, lorsque les embouts taillants s'engagent dans une roche 30 sous l'action combinée de la frappe des marteaux pneumatiques suivant l'axe des fleurets, et de la rotation du carottier I autour de son axe, sous l'action du groupe moteur 3, la roche 30 est désagrégée par la percussion des embouts en formant une saignée circulaire 35 limitée par deux parois cylindriques dont les diamètres correspondent respectivement aux diamètres des cercles circonscrits aux maîtres-couples des embouts 41, 42 et 43, et inscrits dans ceux -ci. Bien entendu, comme il est de règle, les fleurets 31, 32 et 33 pivotent d'un certain angle autour de leur axe à chaque frappe (par exemple d'environ 30'). On comprendra qu'ainsi la saignée 35 peut être prolongée jusqu'à ce que le tube entretoise 20 soit enfoui jusqu'au tronc de cône 18. Par ailleurs, la paroi intérieure de la saignée 35 délimite latéralement une carotte cylindrique 36. Comme il est usuel, après achèvement de la saignée 35 et relèvement du carottier 1, on descend une élingue dans la saignée 35 pour enserrer la carotte 36, l'on rompt celle-ci à sa base à l'aide de coins appropriés, et l'on extrait la carotte 36. Pour situer correctement la fouille, et éviter que le carottier 1 ne dérape à l'amorçage de la fouille en raison d'attaques dissymétriques de la roche par les fleurets, on utilise un guide de centrage 2, formé d'une plaque circulaire 2a de diamètre tel qu'elle passe avec un jeu faible dans la chemise intérieure 24, et d'une fiche centrale 2b perpendiculaire à la plaque 2a qui sera enfoncée dans la roche 30 suivant l'axe prévu de la fouille. Comme on le voit mieux aux figures 3 et 4, les fleurets, seul 31 étant représenté, sont percés axialement d'un canal 31a. Ce canal 31a est relié, dans le mandrin lita, à l'échappement du marteau pneumatique. A l'autre extrémité du fleuret 31, il débouche dans un goujon fileté 38 axial sur lequel se visse l'embout taillant 41. Celui-ci est percé de canaux 37 qui débouchent dans la face d'attaque 41a. On comprend qu'ainsi l'air détendu qui s'échappe du marteau pneumatique est injecté dans la saignée 35, après avoir traversé toute la longueur du fleuret et l'embout taillant 41. Ainsi l'embout taillant est refroidi, tandis que la roche désagrégée est chassée hors de la saignée. L'embout taillant 41 se prête particulièrement bien au travail qu'on lui demande. Comme on le voit sur la figure 4, il présente une forme en poire, avec une face d'attaque 41a bombée convexe, proche d'une demi-sphère, dans laquelle sont serties une multiplicité de billes 41k, en matériau dur tel qu'un carbure métallique. La forme bombée convexe de la face d'attaque 41a autorise une attaque de la roche avec un angle par rapport à l'axe, cet angle résultant de la combinaison de l'avance axiale sous l'effet de la frappe, et d'une translation latérale résultant de la rotation du tube entretoise 20. Mais il va de soi que l'on pourra utiliser des taillants plus classiques, par exemple des taillants à plaquettes en carbure métallique rapportées, avec une forme de langues d'aspic croisées. De même, la section des fleurets peut être autre que circulaire, par exemple carrée ou hexagonale; le canal central peut être omis. On aura compris par ailleurs que, si la description a fait état de trois marteaux pneumatiques à 120-C, le carottier peut n'utiliser que deux marteaux, notamment lorsque le diamètre de la fouille est réduit, et peut en mettre en oeuvre un plus grand nombre pour des diamètres plus élevés. La seule condition requise est que les fleurets agissent symétriquement par rapport à l'axe, donc qu'ils soient répartis dans des directions axiales angulairement régulièrement espacés, ou, si l'on préfère aux sommets d'un polygone régulier. REVENDICATIONS 1. Carottier (1) pour l'exécution de fouilles cylindriques dans de la roche (30), où des outils taillants (41) sont disposés sur une tranche d'attaque d'un tube entretoise (20) entraîné par sa tête (15) en rotation autour de son axe au moyen d'un groupe moteur (3), en sorte de pratiquer une saignée annulaire (35) où pénètre le tube entretoise (20) en ménageant une carotte axiale (36) qui sera extraite après rupture à sa base, caractérisé en ce qu'il comporte, à la périphérie d'une couronne (10) fixée coaxialement en tête du tube entretoise, une pluralité de marteaux pneumatiques (11, 12, 13) disposés parallèlement à l'axe du tube entretoise (20) à espacement angulaire régulier autour de cet axe, chacun de ces marteaux pneumatiques (11, 12, 13) équipé d'un fleuret (31, 32, 33) qui s'étend est tenu suivant une génératrice du tube entretoise (20) et est muni en extrémité d'un outil-trépan (41) de diamètre correspondant à la largeur radiale de la saignée annulaire (35). 2. Carottier selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque fleuret (31, 32, 33) passe dans un tube guide (21, 22, 23) fixé sur le tube entretoise (20) suivant une génératrice et muni d'une douille guide (21a) à proximité de la tranche d'attaque du tube entretoise (20). 3. Carottier selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le tube entretoise (20) possède deux parois latérales (24, 25) coaxiales, les fleurets (31, 32, 33) passant entre ces deux parois. 4. Carottier selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, dépassant de la couronne, un arbre d'attelage (15) au groupe moteur (3), cet arbre équipé d'un joint tournant (16) pour l'alimentation en air comprimé des marteaux (11, 12, 13). 5. Carottier selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fleurets (31) comportent un canal central (31a) relié à l'échappement du marteau pneumatique (11) qui débouche à proximité de l'outil-trépan (41). 6. Carottier selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les outils-trépans sont du type à face d'attaque bombée convexe (41a), avec une multiplicité de saillies (4in). 7. Carottier selon la revendication 6, caractérisé en ce que les saillies sont constituées de billes (41b) serties dans la face d'attaque (41a). 8. Carottier selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il lui est associé un guide de centrage (2) constitué d'une plaque circulaire (2a) de diamètre correspondant au diamètre intérieur du tube entretoise (20), munie en son centre d'une fiche axiale (2b) à enfoncer dans la roche (30) suivant l'axe prévu de fouille.