Brevet FR2659385A1 — publié le 19910913

Tarière à refoulement La présente invention concerne une tarière à refoulement avec une section de fût tubulaire et une tête de forage rétrécie. Les tarières à refoulement de ce genre sont utilisées pour créer dans la terre des trous d'une profondeur allant normalement de 3 à 20 mètres, avec un diamètre qui est normalement de 50 cm à 2 m, ces trous étant ensuite remplis de béton coulé sur place et pouvant servir de pieux pour les bâtiments. Le remplissage du trou foré par le béton doit avoir lieu en synchronisme avec l'extraction de la tarière à refoulement hors du trou de forage, afin que la tarière puisse soutenir les sections de la paroi du trou de forage qui ne sont pas encore remplies. On utilise à cet effet une tête de forage qui est séparée à l'extrémité du trou de forage de la section de fût tubulaire et qui reste dans le trou de forage, si bien que le béton peut s'écouler par la section de fût ainsi ouverte. Il serait toutefois souhaitable, pour de nombreux cas d'application, que l'on puisse récuperer la tête de tarière et la réutiliser encore pour le trou de forage suivant. Ceci est souhaitable non seulement parce que le coût de la tête de tarière, considérée d'avance comme une pièce perdue, est loin d'être négligeable tandis que, d'autre part, on économise également le temps requis pour monter une nouvelle tête de tarière sur la section de fût tubulaire. Pour résoudre ce problème, la présente invention propose une tarière à refoulement avec une section de fût tubulaire et une tête de tarière rétrécie. Dans la tarière à refoulement de la présente invention, la tête de tarière est constitue de plusieurs segments de tête en forme de coquilles au contact les uns des autres, qui constituent la surface de refoulement fermée qui est nécessaire pour repousser la terre vers l'extérieur. D'autre part, les segments de tête en forme de coquilles peuvent pivoter et sont profilés de façon à pouvoir constituer un prolongement de la section du fût et, dans cette position d'extraction de la tarière ou position ouverte, du béton peut être coulé sans d difficulté à l'intérieur de la tarière et sortir par 1 l'extrémité inférieure du forage parce que celle-ci est ouverte sur toute sa section.Si on voulait fermer ltextrémité inférieure en utilisant uniquement de simples clapets, ceux-ci ne pourraient pas fermer complètement I'extrémité inférieure du forage, comme cela est nécessaire pour I'opération de refoulement, ou bien ils ne pourraient pas dégager toute la section du trou de forage pour le remplissage ultérieur par le béton au moment de l'extraction de la tarière. suivant l'un d'eux, les segments de tête sont sunnortPs par une section de fût présentant un velus faille diamètre que la section ze t rrincipale, ce cui assure que les segments de tête en furme de coquille peuvent se déplacer facilement et sans entraves dans une position d'ouverture se trouvant sous la section de fût principale. Suivant un autre perfectionnement, la tarière à refoulement est caractérisée en ce que la section de fût de plus faible diamètre est reliée par une section de fut de transition de forme conique à la section de fAt principale afin de faciliter l'insertion de la tarière à refoulement dans la terre, vu que l'opération de refoulement est réalisée en deux étapes par la tête de tarière et par la section de transition de fut. Suivant un autre perfectionnement la tarière à déplacement est caractérisée en ce qu'un tube d'alimentation est monté à fleur sur la section terminale du fAt et se prolonge au moins jusqu'à l'extrémité supérieure de la section de fAt principale, ce qui assure que le béton s'écoule à travers la tarière par un courant de section constante. La tarière ne présente pas de sections en retrait qui pourraient constituer de surfaces d'action pour la pression et ne permettre donc l'extraction de la tarière qu'en luttant contre la pression hydrostatique du béton. Ceci facilite également le nettoyage du fAt de la tarière. Un autre perfectionnement de l'invention est constitué par une tarière à refoulement caractérisée par des bagues d'entretoise montées entre la section de fût principale et le tube d'alimentation, en vue de conférer une résistance mécanique élevée à la tarière. Celle-ci présente donc une structure en treillis pouvant facilement résister à la flexion et au flambage. Suivant une autre variante, la tarière à refoulement est caractérisée en ce que la face extérieure de la section de fut terminale porte au moins une nervure hélicoïdale qui se prolonge également de préférence dans la section de transition du fut de forme conique, si bien qu'au moins une partie de la force d'avancement axiale est fournie par la nervure hélicoïdale & pression qui entaille la terre. Une partie de la force d'avancement ne doit donc pas être fournie par l'intermédiaire du fût de la tarière, si bien que celui-ci peut être dimensionné un peu plus faiblement. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce que les segments de tête ont chacun la forme de segments de cylindre dont le rayon correspond au rayon de la section de fut, si bien que les segments de tête dégagent complètement la section inférieure de la tarière à refoulement en position d'ouverture pour permettre le passage du béton. Les segments de tête, qui ont chacun la forme d'une section de surface cylindrique, constituent ensemble une pointe de tarière anguleuse qui peut particulièrement bien refouler la terre. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce que les segments de tête sont articulés à la section de fût par leurs bases au moyen d'au moins une charnière située à l'extérieur, ce qui permet le dégagement de toute la section de l'extrémité du forage pour assurer le remplissage du trou de forage par le béton, tandis que la tarière à refoulement présente alors une construction mécaniquement simple et robuste. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce que les axes de rotation des charnières sont situés chacun entre l'axe d'un segment de tête et l'une des arrêtes longitudinales des segments, si bien que les segments de tête commencent inévitablement à s'ouvrir et se déplacent en direction de la position d'ouverture lorsque la tarière à refoulement est entrainée dans le sens opposé au sens de rotation pour le forage. Suivant un autre perfectionnement de l'invention la tarière à refoulement est caractérisée en ce que les segments de tête viennent buter les uns contre-les autres au moyen de barrettes d'entralnement en forme de crochets qui surplombent avantageusement la surface extérieure des segments de tête, ceci étant avantageux pour assurer une bonne résistance mécanique de la tête de la tarière et permettre une ouverture efficace des segments de tête. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce que les segments de tête se terminent à une certaine distance de la pointe de la tête de tarière et portent une pointe de tête perdue, ceci étant avantageux pour ce qui concerne l'élimination de sollicitations d'usure très importantes des segments de tête à réutiliser. La partie de la tête de tarière pour laquelle la vitesse relative entre la surface de refoulement et la terre est faible et qui doit travailler essentiellement sous pression est une pièce perdue, utilisée une seule fois, qui a toutefois de faibles dimensions et dont le coût reste donc limité, tandis qu'elle peut facilement être remplacée pour créer un nouveau trou de forage. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce qu'un dispositif est prévu pour amener obligatoirement les segments de tête dans la position d'ouverture, même si le frottement est important et s'il faut vaincre la résistance de la terre broyée. Suivant un autre perfectionnement il existe un dispositif de réglage présentant une pièce de manoeuvre passant à travers la section de fût, ce qui a pour avantage que la construction est mécaniquement très simple et que la tarière travaillant dans le trou de forage fonctionne de manière fiable, même si le frottement est faible. Suivant un autre perfectionnement le dispositif de réglage est caractérisée par une pièce d'entralnement pivotante qui peut être déplacée entre une position de repos s'ajustant essentiellement à fleur dans l'ouverture dégagée, et une position de travail faisant saillie au-del du profil dégagé de la tarière, ce qui permet d'utiliser celle-ci de manière particulièrement avantageuse dans les trous de forage oû la tarière à refoulement travaille avec un frottement élevé. Ce dispositif de réglage convient aussi particulièrement bien pour les trous de forage profonds car il ne faut pas réaliser d'assemblages mécaniques spéciaux pour le dispositif de réglage s'il faut monter des sections de fût supplémentaires. D'autres perfectionnements sont caractérisés en ce que la pièce de manoeuvre est un segment de paroi de la section terminale du fût qui peut pivoter autour d'un axe parallèle à l'axe de la tarière, ou bien que cette pièce de manoeuvre est constituée par une section d'une nervure hélicoïdale afin de permettre une manoeuvre facile du dispositif de réglage par simple inversion du sens de rotation de la tarière, ce qui est avantageux parce que les pièces d'entraînement du dispositif de réglage n'entravent en aucune manière le refoulement de la terre lorsqu'elles sont en position de repos, c'est-à-dire pendant la formation du trou de forage. Suivant un autre perfectionnement la tarière à refoulement est caractérisée en ce que le dispositif de réglage présente une bague d'ouverture qui est montée dans la section terminale du fût avec possibilité de déplacement dans le sens axial. L'invention sera décrite plus en détail ci-après à l'aide d'exemples de réalisation et en se référant aux figures en annexe, qui représentent respectivement: La figure 1, une vue latérale d'une tarière à refoulement qui est utilisée pour creer des trous de forage à remplir de béton coulé sur place pour les fondations sur pieux, cette vue étant partiellement en coupe axiale; La figure 2, une vue semblable à la figure 1, dans laquelle est représentée une variante de la tarière de refoulement; La figure 3, une vue semblable d'une autre variante encore de la tarière de refoulement; La figure 4, une coupe axiale à travers le point d'articulation d'un segment de tête d'une autre variante encore de tarière à refoulement,suivant la ligne de coupe IV-IV de la figure 5;; La figure 5, une coupe transversale dans la tête de tarière suivant la figure 4, suivant le plan de coupe V-V; La figure 6, une vue latérale d'une tarière à refoulement avec un dispositif pour déplacer obligatoirement les segments de tête en forme de plaques; La figure 7, une coupe transversale à travers le dispositif de réglage de la figure 6; et La figure 8, une vue semblable à la figure 6, dans laquelle est représenté un dispositif de réglage à segment de tête d'un autre type. A la figure 1, un fût de tarière tubulaire est désigné par 10 et présente une longueur qui, en pratique, peut atteindre quelques mètres, soit environ 3 à 8 mètres. L'extrémité supérieure, non représentée, du fût de la tarière 10 est reliée à une tête d'entraînement, également non représentée, d'un appareil de forage qui met le fût de tarière 10 en rotation et le déplace également en direction axiale. A l'intérieur du fût de tarière 10 est disposé un tube d'alimentation 12 monté coaxialement et de plus faible diamètre. Celui-ci est assemblé par soudage au fût de tarière 10 au moyen de plusieurs bagues d'entretoise 14 situées à une certaine distance axiale les unes des autres. L'extrémité inférieure du fût de tarière 10 est assemblée au tube d'alimentation 12 par une section de transition de fût 16 de forme conique, tandis que le tube d'alimentation se prolonge par l'extrémité inférieure de la section de transition de fût 16 et constitue une section de fût 18 présentant le même diamètre diminué. Une nervure hélicoldale 20 est soudée sur la section terminale de fût 18 et sa partie supérieure se prolonge dans la section de transition de fût 16 avec diminution correspondante de la largeur des nervures. Pour des raisons de clarté, la figure ne reproduit qu'une seule nervure hélicoidale 20, mais on peut utiliser en pratique un dispositif à doubles nervures. A l'extrémité inférieure de la section terminale de fût 18 sont articulés quatre segments de tête 24 au moyen de charnières situées à l'extérieur et désignées ensemble par 22, dont les axes sont disposés en direction de la periphérie par rapport au fût de la tarière, lesdits segments en tôle d'acier épaisse étant toutefois cintrés de façon à avoir la forme d'un quart de cône. Les segments de tête 24 sont représentés à la figure 1 en position de travail, pour laquelle ils prennent appui les uns contre les autres par leurs bords de façon à former une tête de tarière 26 pouvant bien résister à la pression. La tarière à refoulement représentée à la figure 1 est utilisée de la manière suvante La tarière est enfoncée dans la terre par rotation et pression, tandis que la nervure hélicoidale 20 assure une partie de la force d'avancement axiale. En entrant dans le sol, la tête de tarière 26 refoule la terre en direction latérale en l'écartant de l'axe de la tarière; un deuxième refoulement latéral de la terre est assuré par la section de transition de fût 16 en forme de tronc de cane. Lorsque la tarière à refoulement a réalisé un trou de forage ayant la profondeur souhaitée, elle est alors entralnée dans le sens de rotation opposé et est soulevée, si bien que les segments de tête 24 sont écartés de la terre. Si du béton est alors versé dans le tube d'alimentation 12, ce béton pousse sur les segments de tête 24 et ceux-ci se mettent dans une position verticale vers le bas depuis la section terminale de fût 18. La tarière à refoulement peut alors être retirée davantage du trou tandis que le versage du béton coulé dans le tube d'alimentation 12 est synchronisé avec le mouvement de la tarière, de façon à ce que la partie du trou de forage située sous l'extrémité de la tarière soit continuellement remplie de béton.Après le premier trajet, les segments de tête 24 arrivent dans la partie du trou de forage où la section de transition du fût 16 a créé un élargissement radial supplémentaire et les segments de tête 24 peuvent alors pendre sans entraves vers le bas dans cette zone, ou s'ouvrir légèrement vers I'extérieur sous l'effet de la coulée de béton. Le trou de forage est ainsi rempli de béton de manière sûre et sans formation de bulles. Dans la variante de tarière à refoulement représentée à la figure 2, les pièces précites ont déjà été décrites à propos de la figure 1 et sont pourvues des mêmes numéros de référence, si bien qu'il est superflu de les décrire à nouveau. Les segments de tête 24 forment alors ensemble un tronc de cône, tandis que la section antérieure de la tête de tarière 26 est formée par une pointe de tête perdue 28 qui peut, par exemple, être réalisée en beton et être assemblée de manière libre ou par emboltement aux extrémités des segments de tête 24. Pour pouvoir ouvrir de manière sûre l'assemblage par emboltement entre les segments de tête 24 et la pointe de tête 28 il existe, à I'extrémité inférieure de la section terminale de fût 18, une bague d'ouverture 30 qui est complètement incorporée dans la section terminale de fût en position de travail de la tarière et qui est maintenue dans cette position par un tube de commande 34 central qui y est assemblé par des rayons 32. Le déplacement vers le bas du tube de commande 34 par rapport au fût de tarière 10 déplace vers le bas la bague d'ouverture 32 qui vient alors en contact avec les segments de tête 24 avec un effet de coin. Ces segments sont donc obligatoirement ouverts et amenés dans une position d'ouverture située sous la section terminale de fût 18. Le sens de rotation de travail de la tarière à refoulement est indiqué par la flèche 36. Dans la variante représentée à la figure 3, des leviers à deux bras 40 sont montés dans la section inférieure de la section terminale de fût 18 au moyen d'axes 38 et une de leurs extrémités s'engage dans la bague d'ouverture 30, tandis que leur autre extrémité est assemblée par des morceaux de câble 42 à un câble de manoeuvre 44 qui est tiré vers le haut à travers le tube d'alimentation 12. Une autre différence de l'exemple de réalisation de la figure 3 par rapport à ceux décrits ci-dessus consiste en ce qu'il présente deux segments de tête 24 seulement qui forment les parties d'un tube cylindrique dont le rayon est égal au rayon de la section terminale de fût 18. Par conséquent, les segments de tête 24 constituent, en position d'ouverture pendante depuis la tarière, un prolongement à fleur de la section terminale de fût 18. En position de travail rabattue on obtient, au point de contact entre les segments de tête 24, une irrégularité ou des arêtes qui facilitent le refoulement de la terre causé par le refoulement de la tarière.Grâce à cette géométrie des segments de tête il n'est plus possible de fermer par embolAtement exact les bords inférieurs de la section terminale de fût 18, mais ceci est parfaitement tolérable pour certains cas d'application. D'autre part, cet effet peut être diminué à nouveau en augmentant le nombre des segments de tête 24. Contrairement à l'exemple de réalisation de la figure 3, on peut supprimer la section de transition de fût 16, la section terminale de fût 18 et le tube d'alimentation 12 et articuler aussi directement les segments de tête en forme de parties de cylindre 24 sur l'extrémité inférieure du fût de tarière 10. Un autre exemple de réalisation, qui n1 est pas représenté par les figures, peut comporter des segments de tête 24 qui forment ensemble une tête de tarière 26 en forme de toit avec la ligne de fate située dans le bas. Dans ce cas, une partie des segments de tête 24 peut légèrement dépasser la surface extérieure de la section terminale de fût 18 afin que l'extrémité inférieure du fût soit complètement fermée en dépit de la forme des segments de tête 24,qui est essentiellement rectangulaire lorsqu'on la voit en direction axiale. Les parties des segments de tête 24 faisant saillie radialement au-dessus de l t extrémité de fût entravent, après la première extraction de la tarière à refoulement hors de la terre, aucun obstacle pour un rabattement vers le bas des segments de tête 24 si les segments de tête 24 atteignent alors la partie principale du trou de forage présentant un plus grand diamètre à cause de la section de transition de fût 16. Comme on peut le voir aux figures 4 et 5, le nombre des segments de tête 24 peut également être augmenté et il peut y avoir par exemple 8 segments de tête, si bien que la section terminale de fût 18 présente alors une section octogonale correspondante. Le tube d'alimentation 12, qui n'est pas visible sur les figures 4 et 5, peut également présenter cette forme octogonale. Les segments de tête 24 présentent, à leur extrémité postérieure en direction de rotation normale, (flèche 36) une barrette d'entraînement 46 en forme de crochet qui arrête les bords antérieurs du segment de tête suivant 24. Les segments de tête 24 peuvent tourner sur des charnières 48, dont les axes de rotation 50 sont représentés en traits mixtes à la figure 5 et sont situés entre l'axe du segment et le bord antérieur du segment et (voir figures 4 et 5) sont inclinés par rapport à l'axe de la section terminale de fût 18 ainsi que par rapport au plan du segment de tête 24 considéré. Si on fait tourner la tête de tarière représentée par les figures 4 et 5 dans le sens de travail les segments de tête 24 sont amenés, par le frottement des barrettes d'entraînement 46 contre la lierre, en position de fermeture pour laquelle leur bord antérieur repose sur la barrette d'entralnement en forme de crochet 46 du segment de tête 24 précédent. Par contre, si la tête de tarière est mise en rotation dans le sens opposé (sur la figure, dans le sens horlogique), les barrettes d'entrainement 46 se coincent dans la terre et font tourner les segments de tête 24 autour des axes de rotation 50, si bien que la tête de tarière s'ouvre. Comme les axes de rotation 50 ne sont pas situés au centre, les segments de tête 24 sont également maintenus en position ouvrant la tête de forage 26 et en pendant vers le bas sous l'effet de la pesanteur et de l'écoulement du béton liquide. Les figures 6 et 7 représentent une variante du mode d'ouverture obligatoire des segments de tête 24 sous l'effet de l'inversion du sens de rotation de la tarière Un segment de paroi 52 de la section terminale de fût 18 est monté à pivot au moyen d'une charnière verticale 54 à son extrémité antérieure lorsqu'on considère le sens de rotation. Il porte à son extrémité postérieure, dans le sens de rotation normal de travail, une barrette d'entranement 56 qui fait légèrement saillie au - delà des surfaces extérieures de la section terminale de fût 18. Si la tarière est mise en rotation dans le sens opposé, la barrette d'entranement 56 vient se coincer dans la terre et fait pivoter le segment de paroi 52 par rapport à la section terminale de fût 18. Un doigt de manoeuvre 58 assemblé au segment de paroi 52 s'engage dans une fente de manoeuvre oblique 60 de la bague d'ouverture 30,déjà mentionnée à propos des figures 2 et 3 mais guidée maintenant pour empêcher sa rotation, si bien que celle-ci se déplace axialement vers le bas et ouvre obligatoirement les segments de tête 24. Dans un autre exemple de réalisation représenté par la figure 8, le segment de paroi pivotant est remplacé par un segment de nervure 62 pouvant pivoter autour d'une charnière radiale horizontale 54, ce segment étant poussé contre une section fixe 64 de la nervure hélicoldale 20 pendant la rotation de la tarière dans le sens de travail, tandis qu'il peut s'écarter de cette nervure sous l'effet de la terre lorsque la tarière tourne dans le sens opposé. Ce mouvement de décollement est transmis à nouveau à la bague d'ouverture 30 par le doigt de manoeuvre 58 traversant une fente dans la section terminale de fût 18, d'une manière analogue à ce qui se passe pour l'exemple de réalisation représenté par les figures 6 et 7. REVENDICATIONS 1. Tarière à refoulement avec une section de fût tubulaire (10) et une tête de tarière rétrécie (26), caractérisée en ce que la tête de tarière (26) présente plusieurs segments de tête (24) en forme de coquilles qui peuvent être déplacés d'une position de travail où ils forment ensemble une tête de tarière fermée jusqu'à une position d'ouverture située essentiellement dans le prolongement de la section de fût (10) et pour laquelle la tête de tarière (26) forme une extrémité de décharge dégagée de la section de fût (10). 2. Tarière à refoulement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments de tête (24) sont supportés par une section terminale de fût (18) présentant un plus faible diamètre que la section principale de fût (10). 3. Tarière à refoulement selon la revendication 2, caractérisée en ce que la section terminale de fût (18) est assemblée à la section principale de fût (10) par une section de transition de fût (16) de forme conique. 4. Tarière à refoulement selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'un tube d'alimentation (12) est monté à fleur sur la section terminale de fût (18) et se prolonge au moins jusqu'à l'extrémité supérieure de la section principale de fût (10). 5. Tarière à refoulement selon la revendication 4, caractérisée par des bagues d'entretoise (14) montées de manière fixe entre la section principale de fût (10) et le tube d'alimentation (12). 6. Tarière à refoulement selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que la face extérieure de la section terminale de fût (18) porte au moins une nervure hélicoidale (20) qui se prolonge également de préférence dans la section de transition de fût (16) de forme conique. 7. Tarière à refoulement selon la revendication 1, caractérisée en ce que les segments de tête (24) ont chacun la forme de segments de cylindre dont le rayon correspond au rayon de la section de fût (10). 8. Tarière à refoulement selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les segments de tête (24) sont articulés par leur base à la section de fût (10) par au moins une charnière située à l'extérieur (22, 48). 9. Tarière à refoulement selon la revendication 8, caractérisée en ce que les axes de rotation (50) des charnières (48) sont situés chacun entre l'axe d'un segment de tête (24) et l'un des bords longitudinaux de segments. 10. Tarière à déplacement selon la revendication 9, caractérisée en ce que les segments de tête appuient les uns contre les autres par l'intermédiaire de barrettes d'entralnement (46) en forme de crochets qui font saillie de préférence par-dessus la surface extérieure des segments de tête (24). 11. Tarière à refoulement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les segments de tête 524) se terminent à une certaine distance de la pointe de la tête de tarière (26) et portent une pointe de tête perdue (28). 12. Tarière à refoulement selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée par un dispositif (30, 32, 34; 30, 40-44; 30, 52-60; 30, 58-64) destiné à amener obligatoirement les segments de tête (24) en position d'ouverture. 13. Tarière à déplacement selon la revendication 12, caractérisée en ce que le dispositif de réglage présente une pièce de manoeuvre (32, 44) passant à travers la section de fût (10). 14. Tarière.à refoulement selon la revendication 12, caractérisée en ce que le dispositif de réglage présente une pièce de manoeuvre (52, 62) pivotante qui peut se déplacer entre une position de repos où elle vient affleurer essentiellement le passage dégagé de la tarière et une position de travail où elle fait saillie au-delà du profil dégagé de la tarière. 15. Tarière à refoulement selon la revendication 14, caractérisée en ce que la pièce de manoeuvre est un segment de paroi (52) de la section terminale de fût (18) qui peut pivoter autour d'un axe (54) parallèle à l'axe de la tarière. 16. Tarière à refoulement selon la revendication 14 et la revendication 6, caractérisée en ce que la pièce de manoeuvre est une section (62) d'une nervure hélicoldale (22). 17. Tarière à refoulement selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que le dispositif de réglage présente une bague d r ouverture (30) qui est montée dans la section terminale de fût (18) avec possibilité de déplacement dans le sens axial.