Brevet FR2638471A1 — publié le 19900504

La présente invention a trait d'une façon générale au domaine du forage par train de tarières creuses pour la réalisation de pieux en béton ou analogues. Elle concerne plus précisément un nouveau dispositif pour mesurer la pression du béton en cours d'injection. La tarière creuse est un outil qui permet d'effectuer un forage dans le sol, puis de remplir ce forage avec du béton, pour la réalisation de pieux en béton servant de fondations à différents types d'ouvrages, tels que des ponts, des barrages, des immeubles, etc. Cette technique de construction de pieux consiste à utiliser en guise de tubage pour l'injection du béton l'outil de forage lui-même : l'âme creuse de la tarière est obturée pendant le forage, puis ouverte lors de l'extraction de la tarière, pour permettre au cours de cette extraction l'injection du béton et la réalisation du pieu. Plus précisément, la tarière creuse, d'un diamètre généralement compris entre 300 et 1000 mm, est vissée dans le sol jusqu'à la cote désirée. Lorsque de grandes profondeurs doivent être atteintes, on utilise un train de tarières constituées d'un ensemble de tarières individuelles assemblées entre elles. L'extrémité basse du train est équipée d'un outil d'attaque adapté à la nature du terrain à pénétrer. La descente s'effectue avec un mouvement de rotation du train de tarières, afin d'éviter au maximum l'extraction de terres. Une fois la cote désirée atteinte, la rotation est interrompue et le bétonnage est effectué. Le béton est acheminé d'une pompe à béton à l'entrée de l'amie creuse en haut du train de tarières et est injecté en continu dans celle-ci, en même temps que le train de tarières est remonté sans rotation, pour ainsi remplir l'espace laissé libre par ce dernier. Le contrôle de la pression d'injection du béton est effectué de façon connue à l'aide d'un capteur se trouvant dans la partie supérieure du train de tarières. Cette mesure de la pression est rendue nécessaire notamment par certains règlements (en France, les Documents Techniques Unifiés), qui imposent que la pression du béton injecté soit comprise entre certaines limites, par exemple de l'ordre de 20 à 150 kPa. Le- capteur de pression est conventionnellement constitué par une membrane cylindrique installée dans la région de l'extrémité supérieure de l'ame creuse. Le béton s'appuyant sur cette membrane comprime un liquide, qui transfère cette pression vers un manomètre ou analogue fournissant la mesure. Une telle solution présente cependant des inconvénients majeurs : tout d'abord, la mesure de la pression en haut du train de tarières ne correspond pas à la pression réelle du béton injecté dans le sol, car une telle mesure ne prend pas en compte la pression gravitaire du béton en transit dans l'âme creuse, qui peut atteindre plusieurs centaines de kPa dans le cas de forages particulièrement profonds; a cet égard, il n'est pas possible d'effectuer une correction de la pression mesurée par prise en compte de la hauteur de béton dans l'âme creuse, car le béton n'a pas le caractère hydrostatique. Par ailleurs, un tel dispositif de mesure de pression connu est extrêmement sensible aux à-coups de la pompe à béton, et se détériore très facilement. Ainsi ce type de mesure de la pression permet seulement de s'assurer grossièrement de la continuité du bétonnage, mais ne permet pas de connaître la pression réelle d'injection du béton au cours de la remontée du train de tarières. A cet égard, en fonction des caractéristiques du béton, notamment de sa granulométrie et de sa fluidité, de la longueur des pieux à réaliser, de la nature des terrains et de leur compacité, il existe des différences variables mais toujours significatives entre la pression en haut du train de tarières, mesurée par exemple au niveau du col de cygne raccordant la pompe à béton audit train, et la pression réelle. Il existe donc un besoin pour un système de fabrication de pieux dans lequel on puisse disposer d'une mesure de la pression réelle d'injection. Une solution immédiate pour l'homme de l'art, consistant à effectuer la mesure à l'aide d'un capteur de type connu et à remonter la valeur mesurée à l'aide de conducteurs électriques, n'est pas réalisable dans la pratique avec un train de tarières constitué d'une pluralité d'éléments démontables. I1 faudrait en effet prévoir des connecteurs électriques détachables au niveau des extrémités de chaque élément, et les contraintes sévères de l'environnement de travail (béton, eau, cailloux, boue, ...) rendraient ces connecteurs inutilisables en peu de temps. Ainsi, concrètement, le bétonnage de pieux s'effectue actuellement encore en mesurant la pression du béton en haut du train de tarières. La présente invention vise à pallier ces inconvénients de la technique antérieure et à proposer une solution efficace pour mesurer la pression du béton au voisinage de la sortie de la tarière et transmettre la valeur de cette pression jusqu'à la surface. cet effet, la présente invention concerne un dispositif de mesure de la pression d'injection de béton ou analogue, notamment dans un système de fabrication de pieux par train de tiges telles que des tarières creuses, le train de tarières comportant au moins deux tarières aboutées par de manière amovible et comportant une âme creuse à l'extrémité supérieure de laquelle le béton est introduit et par l'extrémité inférieure de laquelle le béton est injecté dans un forage pendant la remontée du train de tarières, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens prévus dans la région inférieure du train de tarières pour mesurer la pression du béton au voisinage de la sortie de l'âme creuse et pour engendrer un signal alternatif représentatif de la valeur de ladite pression; et - des moyens de couplage entre les éléments individuels du train de tarières pour transmettre ledit signal alternatif vers le haut le long du train de tarières; et - des moyens prévus dans la région supérieure du train de tarières pour récupérer ledit signal alternatif transmis et pour le convertir en la valeur de la pression. Grâce à la présente invention, on dispose de la valeur réelle de la pression d'injection, et il devient possible de contrôler la remontée du train de tarière et/ou la pression de sortie de la pompe à béton d'une manière plus efficace, pour finalement obtenir un pieu ayant des caractéristiques à la fois mieux connues et meilleures. Des aspects préférés du dispositif de la présente invention sont les suivants les moyens pour mesurer la pression comprennent un capteur à membrane et à jauge de contrainte. le capteur est situé dans la région de l'extrémité inférieure de la paroi de l'âme creuse, dans un outil d'attaque et d'éjection, des moyens de couplage étant également prévus entre ledit outil et l'élément de tarière inférieur. les moyens de récupération sont prévus dans une table tournante supérieure du train de tarières, des moyens de couplage étant également prévus entre ladite table tournante et l'élément de tarière supérieur. les moyens pour engendrer un signal alternatif comprennent un circuit électrique modulateur de fréquence. le signal alternatif est un signal électrique et en ce que les moyens de couplage comprennent des bobines magnétiques en vis-à-vis encastrées dans des faces d'extrémité aboutées de chacun des éléments du train de tarières, chaque élément intermédiaire dudit train comprenant une bobine à chacune de ses deux extrémités, les deux bobines étant reliées par des conducteurs électriques. les bobines sont encastrées dans des logements essentiellement cylindriques disposés latéralement par rapport à l'âme creuse. les bobines peuvent comporter un noyau de ferrite. des moyens d'étanchéité sont prévus à la périphérie desdits logements. les bobines sont disposées concentriquement avec l'me creuse des éléments de tarière. les conducteurs passent dans l'âme creuse de l'élément de tarière en étant protégés par un blindage. les conducteurs longent extérieurement l'âme creuse en traversant les spires de l'élément de tarière et en étant protégés entre ces dernières par un blindage. le signal alternatif est une vibration mécanique, les moyens de couplage étant constitués par des moyens de fixation rigide des éléments du train de tarières entre eux. - les moyens pour engendrer le signal alternatif comprennent un émetteur piézo-électrique. les moyens pour récupérer le signal alternatif comprennent un récepteur piézo- électrique. la fréquence du signal alternatif est comprise entre 1 et 20 kHz. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale illustrant les diverses étapes de construction d'un pieu enterré avec un train de tarières; - la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'un train de tarières équipé d'un dispositif de mesure de pression selon un premier mode de réalisation de la présente invention; - la figure 3a est une vue en coupe transversale illustrant des détails d'exécution possibles du dispositif de la figure 2; - la figure 3b est une vue en coupe transversale illustrant un autre détail d'exécution possible du dispositif de la présente invention;; - la figure 4 est un schéma-bloc d'un circuit utilisé dans le dispositif de la figure 2; et - la figure 5 est une vue en coupe transversale schématique d'un dispositif de mesure de pression selon un second mode de réalisation de la présente invention. D'une figure à l'autre, des éléments ou parties identiques ou similaires sont désignés par les mêmes numéros de référence, et ne seront pas décrits à chaque fois. En référence tout d'abord à la figure 1, on a illustré les diverses étapes de la fabrication d'un pieu enterré dans le sol 10 à l'aide d'un train de tarières 12 comprenant ici deux tarières 12a, 12b assemblées l'une à la suite de l'autre. La tarière inférieure 12b comporte à son extrémité basse un outil d'attaque 14 adapté à la nature du sol. On a illustré en succession de gauche à droite sur cette figure le début du forage dans le sol à l'aide du train de tarières; la fin de ce forage, et le raccordement de l'extrémité supérieure du train de tarières à une pompe à béton 16 par l'intermédiaire d'un tuyau rigide dit col de cygne 18 monté sur une table tournante 20 de l'installation de forage et d'un tuyau souple (non illustré) reliant le col de cygne à la pompe à béton 16. le bétonnage du trou foré 22 à l'aide de béton, indiqué en 24, au cours duquel le béton est injecté dans l'âme creuse 26 du train de tarières et remplit ledit trou à mesure que le train de tarières est relevé selon la flèche F; et le pieu 30 finalement formé dans le sol 10, le béton étant armé après bétonnage comme indiqué en 32. En référence maintenant à la figure 2, un train de tarières 12, comportant ici encore deux tarières 12a, et 12b, est représenté schématiquement. L'outil d'attaque connecté à l'extrémité inférieure de la tarière 12b est indiqué en 14, tandis que la table tournante à laquelle est reliée l'extrémité supérieure du train de tarières, est désigné par la référence 20. Le dispositif de mesure de pression comprend un capteur de pression 100, par exemple du type à membrane cylindrique évoqué en introduction, dont la sortie fournit de façon conventionnelle une tension électrique continue dont la valeur est représentative, par exemple selon une relation linéaire, de la pression en bas de tarière mesurée. Cette tension est appliquée à l'entrée d'un dispositif modulateur 110, bien connu de tout spécialiste en électronique, et non décrit en détail, qui est apte à engendrer un signal électrique alternatif modulé en fonction de ladite tension continue et par conséquent représentatif lui aussi de la pression mesurée. Dans le présent exemple, le signal est modulé en fréquence, de telle sorte que la fréquence du signal present à la sortie du circuit 110 est représentative de la pression. Il est bien entendu que tout autre type de modulation peut être envisagé, en particulier la modulation d'amplitude, la modulation de phase ou la modulation en largeur d'impulsion, ou encore toute combinaison de ces modulations. La sortie du circuit 110 est reliée à une bobine magnétique 120 encastrée dans la face d'extrémité supérieure 14' de l'outil 14 par l'intermédiaire de conducteurs électriques .115. Comme on peut l'observer, chacun des éléments de tarière 12a, 12b comporte, encastrée dans chacune de ses faces d'extrémité planes 12', 12" une bobine analogue 120, et la face d'extrémité inférieure 20' de la table tournante 20 comporte également une telle bobine 120. Toutes ces bobines sont logées dans des renfoncements ménagés dans les faces d'extrémité respectives des divers éléments composant le train de tarières. Dans chaque élément de tarière 12a, 12b, les deux bobines d'extrémités opposées 120 sont réliées entre elles par deux conducteurs électriques 122. Dans la table tournante est en outre monté un circuit de réception et de démodulation 130 relié à la bobine supérieure 120 par des conducteurs 125 et apte à convertir le signal reçu de celle-ci en un signal continu. En cours de bétonnage, le béton passant par l'âme creuse 26 au niveau de l'outil 14 sollicite le capteur de pression 100, qui applique au circuit 110 une tension continue représentative de la pression réelle du béton injecté dans le forage. La tension alternative délivrée par ce circuit est appliquée à la bobine 120 de la face supérieure 14' de l'outil. Par couplage magnétique entre cette bobine et la bobine inférieure de l'élément de tarière 12b, qui sont disposées en vis à vis, la tension électrique est donc transmise à cet élément 12b, dont la bobine supérieure reçoit par les conducteurs 122 la tension alternative recueillie par bobine inférieure. Par un couplage analogue, cette tension alternative est transmise à l'élément de tarière supérieur 12a puis à la table tournante 20, pour être appliquée finalement au cicuit démodulateur 130. Ce circuit 130 fournit une tension continue obtenue par démodulation en fréquence de la tension alternative, c'est-à-dire sensiblement égale à la tension de sortie du capteur de pression 110 et donc représentative de la pression réelle du béton. Ainsi, la présente invention permet d'obtenir à la surface du sol une mesure de la pression réelle sans qu'il soit nécessaire de prévoir entre les divers éléments du train de tarières des moyens de connexion électrique. En particulier, la simple mise en oeuvre des systèmes de connexion classiques entre éléments de tarières (par exemple les systèmes à filetage conique et boulon, ou à emmanchement hexagonal) suffit à établir le couplage magnétique entre les bobines 120, qui affleurent à la surface d'extrémité d'assemblage de chaque élément. L'invention s'applique particulièrement avantageuse ment aux systèmes de connexion qui effectuent automatiquement le positionnement angulaire correct des deux éléments de tarière à abouter. On assure ainsi que les bobines associées sont bien situées en vis-à-vis, sans nécessiter de réglage. On a représenté sur la figure 3 deux formes de réalisation concrètes possibles pour des éléments de tarières interchangeables réalisés conformément à l'invention. Comme on peut l'observer, les deux bobines en vis-à-vis 120 sont logées dans des renfoncements 12c ménagés dans les faces d'extrémité, respectivement 12' et 12", par lesquelles les deux éléments sont aboutés. Dans ces modes de réalisation, les renfoncements sont radialement décalés par rapport à l'axe A du train de tarières. Chaque bobine 120 est de forme extérieure cylindrique aplatie, avec par exemple un diamètre de l'ordre de 50 mm et une hauteur de l'ordre de 8 mm. Pour améliorer le couplage entre les deux bobines, on peut prévoir dans l'ouverture centrale de chacune de celles-ci un noyau de ferrite, comme indiqué en 123 en traits tiretés. Dans l'élément de tarière 12a, les fils conducteurs 122 mentionnés plus haut longent extérieurement l'âme creuse 26 en traversant de place en place les spires de l'élément de tarière et en étant protégés entre deux spires par un capot de blindage 140 du genre cornière profilée ou analogue. Un passage 142 est ménagé dans le corps de la tarière, entre le renfoncement 12c et l'extrémité inférieure de la cornière 140. Dans ce cas, une configuration analogue est adoptée à l'extrémité supérieure de l'élément de tarière 12a. Dans l'élément de tarière 12b, les conducteurs 122 passent dans l'âme creuse 26, en étant protégés de l'environnement, notamment du béton qui y circule pendant l'injection, par exemple par un tube métallique 144, qui peut être soudé sur la paroi intérieure de l'âme creuse 26. Ici encore, un passage 116 formé dans le corps de l'élément de tarière permet l'acheminement des conducteurs 122 du renfoncement 12c jusqu'à l'intérieur de l'âme creuse. Par ailleurs, comme illustré, chacun des deux renfoncements 12c en vis-à-vis peut comporter à sa périphérie un joint d'étanchéité torique 148. Lorsque les deux éléments de tarière sont aboutés et fixés, les deux joints 148 sont comprimés l'un contre l'autre, ce qui protège les deux bobinages de l'environnement extérieur. A cet égard, il est également avantageux de munir chacun des bobinages d'une enveloppe étanche (non représentée). Sur la figure 3, on a illustré des éléments de tarière selon deux modes de réalisation, aboutés l'un à l'autre. Mais il est bien entendu que, dans la pratique, on aboutera des éléments de tarière d'un même type. Sur la figure 3b est illustrée une variante de l'invention dans laquelle les bobinages 120 sont montés concentriques avec l'axe A du train de tarières. A cet effet , les renfoncements prévus dans les faces d'extrémité 12' et 12" des deux éléments de tarière sont de forme annulaire, et entourent l'âme creuse 26. On a représenté sur la figure 4 un exemple d'un circuit électrique monté et protégé de façon appropriée dans l'outil 14 du train de tarières. Comme sur la figure 2, le capteur de pression à membrane et jauge de contrainte, délivrant une tension continue proportionnelle à la pression, est indiqué en 100, tandis que le circuit 110 comprend, en succession, un amplificateur différentiel 111, un modulateur réalisé sous la forme d'un convertisseur tension/fréquence 112, un filtre 113 et un amplificateur de sortie 114 relié au bobinage 120. De préférence, la gamme de fréquence des signaux alternatifs véhiculés par les divers bobinages est comprise entre 1 et 20 kHz. Des résultats particulièrement satisfaisants, notamment en matière d'immunité au bruit et de rendement des couplages, ont été obtenus avec des fréquences avoisinant 5 kHz. De préférence, un circuit semblable, mais opérant une conversion fréquence/tension, sera utilisé pour le récepteur 130 équipant la table tournante 20. En outre, le circuit 110 prévu en bas du train de tarières peut être alimenté soit par un accumulateur approprié placé dans l'outil 14, soit encore par les moyens de couplage magnétique. Plus précisément, il est possible de véhiculer dans ceux-ci, outre les signaux alternatifs représentatifs de la pression mesurée, un autre signal alternatif, par exemple de fréquence plus basse, circulant dans l'autre sens pour amener l'énergie électrique nécessaire au circuit 110. L'homme de l'art saura concevoir sans difficulté les moyens de découplage nécessaires pour séparer l'un de l'autre ces deux types de signaux. On a représenté sur la figure 5, de façon schématique, un second mode de réalisation de base de la présente invention. Le principe qui est utilisé ici pour transmettre l'information de pression entre le bas et le haut du train de tarières consiste à engendrer dans le bas de la tarière une vibration mécanique qui se propage le long du train et qui est captée au niveau du plateau tournant, puis convertie en un signal électrique, lui-même convenablement démodulé. Plus précisément, on trouve ici encore dans le corps de l'outil d'attaque 14 le capteur de pression à membrane 100 et le circuit générateur/modulateur 110. Mais dans ce cas, la sortie de ce dernier circuit est appliquée à un émetteur piézo-électrique 180 couplé à l'outil d'attaque, c'est-à-dire monté rigidement sur celui-ci, par exemple dans une cavité appropriée. Cet élément 180 engendre dans l'outil 14 une vibration mécanique, et cette vibration est apte à se propager vers le haut le long du train de tarières, grâce au fait que les divers éléments du train sont reliés entre eux de façon rigide par les mécanismes de connexion, de type conventionnel. Dans la table tournante 20 est monté rigidement un récepteur piézo-électrique 190 chargé de récupérer la vibration propagée et dont la sortie pourra être appliquée directement au circuit de réception 130. Dans ce système à signal alternatif mécanique, on pourra utiliser des types de modulation ainsi que des gammes de fréquences identiques à ceux du mode de réalisation à couplage magnétique. La. présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. A cet égard, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas à la mesure de pression en bas d'un train de tarières, mais pourra être utilise pour mesurer la pression d'injection dans un forage ou analogue avec des outils autres que des tarières creuses, et notamment de simples tiges creuses aptes à être aboutées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la pression d'injection de béton ou analogue, notamment dans un système de fabrication de pieux par train de tiges telles que des tarières creuses (12), le train de tarières comportant au moins deux tarières (12a, 12b) aboutées de manière amovible et comportant une âme creuse (26) à l'extrémité supérieure de laquelle le béton (24 > est introduit et par l'extrémité inférieure de laquelle le béton est injecté dans un forage pendant la remontée du train de tarières, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (100,110:180) prévus dans la région inférieure du train de tarières pour mesurer la pression du béton au voisinage de la sortie de l'âme creuse et pour engendrer un signal alternatif représentatif de la valeur de ladite pression; et - des moyens de couplage (120;180,12,190) entre les éléments individuels du train de tarières pour transmettre ledit signal alternatif vers le haut le long du train de tarières; et - des moyens (120,130;190,130) prévus dans la région supérieure du train de tarières pour récupérer ledit signal alternatif transmis et pour le convertir en la valeur de la pression. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer la pression comprennent un capteur (100) à membrane et à jauge de contrainte. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le capteur est situé dans la région de l'extrémité inférieure de la paroi de l'âme creuse (26), dans un outil d'attaque et d'éjection (14), des moyens de couplage (120) étant également prévus entre ledit outil et l'élément de tarière inférieur (12b). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de récupération sont prévus dans une table tournante supérieure (20) du train de tarières, des moyens de couplage (120) étant également prévus entre ladite table tournante et l'élément de tarière supérieur (110). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer un signal alternatif comprennent un circuit électrique modulateur de fréquence (110). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal alternatif est un signal électrique et en ce que les moyens de couplage comprennent des bobines magnétiques (120) en vis- & vis encastrées dans des faces d'extrémité aboutées (12',12") de chacun des éléments (12a, 12b) du train de tarières, chaque élément intermédiaire dudit train comprenant une bobine à chacune de ses deux extrémités, les deux bobines étant reliées par des conducteurs électriques (122). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bobines sont encastrées dans des logements essentiellement cylindriques (12c) disposés latéralement par rapport à l'âme creuse (26). 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les bobines comportent un noyau de ferrite (123). 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que des moyens d'étanchéité (148) sont prévus à la périphérie desdits logements. 10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bobines (120) sont disposées concentriquement avec l'âme creuse (26) des éléments de tarière. 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les conducteurs (122) passent dans l'âme creuse de l'élément de tarière en étant protégés par un blindage (144). 12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les conducteurs (122) longent extérieurement l'âme creuse en traversant les spires de l'élément de tarière et en étant protégés entre ces dernières par un blindage (140). 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal alternatif est une vibration mécanique, les moyens de couplage étant constitués par des moyens de fixation rigide des éléments du train de tarières entre eux. 14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer le signal alternatif comprennent un émetteur piézo-électrique (180). 15. Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les moyens pour récupérer le signal alternatif comprennent un récepteur piézoélectrique (190). 16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence du signal alternatif est comprise entre 1 et 20 kHz.