Brevet FR2792341A1 — publié le 20001020

L'invention vise un dispositif de commande d'obturateur d'injection, un équipement de forage tel que tarière creuse, et un élément de fondation tel que pieu. Le domaine de l'invention est donc celui du forage d'éléments de fondation à l'aide d'équipements tels que tarières dites "creuses" ou "continues". Plus spécialement, ces éléments de fondation sont au moins en partie réalisés in situ, par coulée d'un matériau de remplissage apte à durcir, dans le forage io creusé par l'équipement. A cette fin, l'équipement de forage possède un corps cylindrique externe et rigide, en forme de conduit, autour duquel au moins un outil de forage est disposé en saillie. A l'intérieur du corps cylindrique, est étendu longitudinalement un tube ou conduit rigide d'alimentation en matière de remplissage, telle que béton, à injecter dans le forage. Ce tube est connecté via sa partie supérieure à une source d'injection de matière de remplissage, et débouche à sa partie inférieure à et/ou hors de l'extrémité inférieure de l'équipement, qui est dans le forage lors du remplissage. A l'extrémité inférieure du conduit, est prévu un obturateur, apte selon sa position: - soit à fermer de manière étanche une partie inférieure débouchante de l'équipement de sorte que l'injection de matériau de remplissage n'est pas possible, par exemple lors du travail de l'équipement de forage; - soit à dégager cette partie inférieure, pour permettre l'injection de la matière de remplissage dans le forage. Des obturateurs connus pour équipements de forage dits à pointe perdue, consistent à pourvoir la tarière creuse avec un bouchon, qui est éjecté de cette tarière sous l'effet de l'injection, et est noyé dans la matière de remplissage du forage. Ces dispositifs ont pour inconvénients de nécessiter des consommables (c'est- à-dire les bouchons) qui sont perdus à chaque injection. Tandis que la qualité du bétonnage obtenu n'est pas toujours satisfaisante. En effet, la partie débouchante d'injection du matériau de remplissage dans le forage est parfois trop proche de la surface de ce dernier, ce qui provoque des discontinuités indésirables dans la colonne de matériau. D'autres dispositifs de commande connus assurent le contrôle entre ses positions fermée et de dégagement, d'un tel obturateur le plus souvent hydraulique, par acheminement vers un ou plusieurs vérins, d'un fluide sous pression provenant d'un groupe hydraulique, en général installé sur le châssis d'un engin porteur de l'équipement, tel que grue. Le tube d'alimentation alors appelé tube plongeur, est rigide et monté à coulissement dans le corps cylindrique et est commandé par ce vérin, entre ses positions fermée (rentrée dans l'équipement) et de dégagement (en saillie de l'extrémité inférieure de cet équipement). Le document FR-A-2.566.813 décrit ainsi un dispositif comprenant une tarière avec une tige tubulaire, des moyens de suspension et des moyens pour entraîner en rotation cette tarière. Un tube plongeur disposé dans la tige de manière à pouvoir coulisser. Des vérins sont installés sur la suspension et reliés aux moyens d'entraînement pour faire saillir ce tube vers le bas par rapport à la tige. Des problèmes de montage surviennent avec ce type de dispositif, tandis que sont parfois occasionnés des risques de blocage du tube plongeur, d'autant plus importants que ce tube est long ou que la tarière est profonde. Du fait de la disposition des vérins, la course du tube plongeur est en pratique souvent limitée, par exemple à 200mm, ce qui pose également les problèmes de qualité de bétonnage évoqués plus haut. D'autres réalisations prévoient un tube plongeur actionné par un vérin à course longue, par exemple de 800mm, placé au dessus de la tête de rotation. Cela impose une transmission réalisée par l'intermédiaire d'un tube intérieur, dans le corps cylindrique de la tarière, qui pose aussi outre les problèmes de montage et de blocage évoqués, des difficultés liées à l'encombrement important des vérins en tête d'équipement, et donc exposition aux chocs ou de maniabilité de cet équipement. Un autre inconvénient de cette réalisation est que la transmission traverse de haut en bas toute la tarière. Avec de tels dispositifs, le nettoyage de l'intérieur de l'équipement est fastidieux. Dans d'autres réalisations connues, l'acheminement de fluide de commande sous pression est effectué au travers de moyens d'entraînement en rotation de la tarière appelés "table de forage". Et un tube plongeur de course limitée, par exemple de l'ordre de 200mm, est actionné par un vérin placé dans l'équipement, en général à la pointe de l'outil. L'injection de matériau durcissable est effectuée quand le vérin a sa tige sortie, de sorte que cette dernière subit une abrasion qui nuit à terme au bon fonctionnement du vérin. Le but de l'invention est de palier ces inconvénients, notamment. L'invention vise en outre à obtenir comme avantages, notamment par rapport aux tubes plongeurs existants de: - permettre un montage rapide d'un dispositif de commande d'ouverture/fermeture sur des tarières de longueurs différentes, en autorisant un raccord par liaison de conduites de fluide sous pression; et - garantir une qualité élevée de bétonnage, en permettant le placement de l'orifice d'injection à une profondeur suffisante, par exemple 800mm, sous l'extrémité inférieure du corps cylindrique, en position dégagée du tube intérieur. A cet effet, un premier objet de l'invention est un dispositif de commande d'au moins un obturateur d'alimentation en matière de remplissage, telle que béton, à injecter dans un forage et destiné à un équipement de forage tel que tarière creuse ou continue, pour la réalisation d'éléments de fondation tels que pieux ou analogues. L'équipement de destination comporte au moins un corps cylindrique formant outil, un tube plongeur monté à coulissement longitudinal dans le corps, et un obturateur apte à être déplacé entre une position fermée et une position dégagée d'injection de matériau de remplissage dans le forage. Ce dispositif de commande comprend au moins un vérin relié à l'obturateur, au moins en partie étendu dans le corps cylindrique formant outil, et rigidement fixé à ce corps ainsi qu'au tube plongeur par un ancrage fixe et un ancrage mobile. Selon l'invention, le tube plongeur comporte une fente dont la dimension longitudinale est au moins sensiblement égale à la course du vérin entre ses positions fermée et dégagée; le vérin saille transversalement à travers la fente du tube plongeur; I'ancrage fixe du vérin est fixé rigidement à travers la fente au corps cylindrique formant outil, tandis que l'ancrage mobile qui est relié à une extrémité longitudinale d'une tige de ce vérin, est fixé et solidaire au tube plongeur. De la sorte, la tige du vérin est rentrée et donc protégée en position dégagée de l'obturateur, et n'est pas sortie lors de l'injection. Cela évite donc les problèmes d'abrasion, notamment. Dans une réalisation, la dimension et la disposition de la fente du tube plongeur sont déterminées pour qu'en position dégagée, une extrémité inférieure de cette fente saille iongitudinalement du corps cylindrique, en formant un orifice d'injection, par exemple la fente saille sensiblement d'une extrémité inférieure du corps cylindrique formant outil à une extrémité inférieure du tube plongeur dans cette position dégagée. Dans une autre réalisation, la dimension et la disposition de la fente du tube plongeur sont déterminées pour qu'en position dégagée, cette fente soit à l'intérieur du, et masquée par, le corps cylindrique, le tube plongeur possédant alors au moins un orifice d'injection tel qu'une paire de lumières transversales agencée à proximité d'un disque d'embout rigidement fixé à une extrémité inférieure du tube plongeur. Une réalisation prévoit que l'ancrage fixe du vérin est disposé en position fermée à proximité de, voire contre, une extrémité inférieure de la fente du tube plongeur. Une autre réalisation prévoit que l'ancrage mobile du vérin est disposé en position fermée ou dégagée à proximité de, voire contre, une extrémité supérieure de la fente du tube plongeur. Dans une réalisation, I'ancrage mobile du vérin comporte une patte rigidement fixée au tube plongeur par exemple par soudage, et une articulation telle que pivot d'axe transversal, reliée d'une part à la patte et d'autre part à la tige du verin. Dans une autre réalisation, le vérin est étendu longitudinalement dans le corps cylindrique formant outil, et/ou est disposé à proximité de, voire sensiblement contre, une paroi intérieure de ce corps. Un deuxième objet de l'invention est un équipement de forage tel que tarière creuse ou continue, qui comporte au moins un dispositif de commande d'obturateur tel qu'évoqué. Cet équipement comporte notamment des moyens de support et de mise en rotation par un engin porteur de destination, du corps cylindrique formant outil, du tube plongeur et de dispositif de commande. Une réalisation de cet équipement prévoit que la course du vérin, et donc la distance dont saille longitudinalement le tube plongeur au delà de l'extrémité inférieure du corps cylindrique formant outil, est supérieure à 200mm, et par exemple égale ou supérieure à 800mm. Dans une réalisation, le corps cylindrique comporte à sa périphérie extérieure au moins une vrille saillante transversalement et formant outil rotatif de forage et d'évacuation de matériau foré tel que terre ou analogues. Encore une autre réalisation prévoit que le corps cylindrique comporte à une extrémité inférieure au moins un organe de creusement de matériau foré tel que terre ou analogues, tel que disque d'embout de tube plongeur à pointe vrillée et/ou dent d'arrachement à une extrémité inférieure d'une vrille saillante transversalement du corps cylindrique. Un troisième objet de l'invention est un élément de fondation tel que pieu ou analogue, au moins en partie réalisés in situ, par coulée d'un matériau de remplissage apte a durcir, dans un forage creusé, obtenu à l'aide d'un dispositif de commande et/ou par l'équipement de forage évoqués. Il est agencé pour que le tube plongeur soit connecté d'une part à une source d'injection de matière de remplissage, et débouche d'autre part dans le forage ou cavité creusée par l'équipement. D'autres caractéristiques de l'invention sont décrites maintenant, en se reportant aux dessins annexés. Dans ces dessins, la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un forage et transversale extérieure d'un engin de chantier selon l'invention, lors d'une étape de forage par excavation de matériau dans un sol. La figure 2 est une vue similaire à la figure 1, illustrant, après remontée partielle de l'équipement à l'intérieur du forage, une étape d'injection en profondeur de matière de remplissage selon l'invention. La figure 3 est une vue en coupe d'un détail 111 de la figure 1, qui illustre un mode de réalisation de l'équipement de forage et de son dispositif de commande en position fermée. La figure 4 est une vue en coupe d'un détail IV de la figure 2, qui illustre l'équipement de forage et son dispositif de commande en position dégagée d'injection. La figure 5 est une vue en coupe partielle similaire à la figure 3, qui illustre l'équipement de forage et de son dispositif de commande en position fermée. La figure 6 est une similaire à la figure 4, qui illustre l'équipement de forage et de son dispositif de commande en position dégagée d'injection. La figure 7 est une vue partielle en coupe agrandie d'un détail VII de la figure 6. Et la figure 8 est une vue partielle en perspective longitudinale intérieure et en écorché, d'un mode de réalisation d'équipement de forage et dispositif de commande selon l'invention, la position dégagée étant illustrée en trait plein, tandis que la position fermée l'est partiellement en trait discontinu. Sur les figures, sont représentées des directions mutuellement orthogonales L, etT. La direction L est dite longitudinale, et est considérée ici comme sensiblement verticale. Cette direction correspond à celle suivant laquelle un forage est creusé, et la commande de fermeture/dégagement est obtenue. Les termes " inférieur" et " supérieur " sont à considérer suivant cette direction L, respectivement comme désignant un emplacement bas et haut. La direction T dite transversale, est sensiblement horizontale, et correspond à un rayon de la tarière. Notons que pour les constituant de l'invention qui sont généralement de révolution, la direction T correspond à tout diamètre de ce constituant. Les termes " intérieur " et " extérieur " sont à considérer suivant cette direction T, respectivement comme désignant un emplacement proche ou en regard d'un axe central longitudinal ou de rotation de constituants de l'invention. Les orientations et dispositions selon les directions L et T sont données uniquement à titre de simplification et ne sont pas limitatives. Evidemment, les constituants de l'invention peuvent prendre des positions et orientations différentes, notamment lors de leur entreposage, montage ou utilisation. Sur les figures sont schématiquement représentés, un dispositif de commande 1, un équipement de forage 2 et un élément de fondation 3 (visible sur la figure 2 seulement et en cours de réalisation). Sur les figures 1 et 2 est schématiquement et partiellement représenté, un engin de chantier 4, également appelé engin porteur. Cet engin 4 est dans des réalisations, un véhicule automobile, à roue ou à chenilles, avec une flèche articulée sur son châssis, qui supporte au moins un équipement de forage 2. Il s'agit ici d'une grue automobile 4 à chenilles. L'équipement de forage 2 de pieux est ici une tarière rotative dite creuse ou continue. L'équipement 2 est agencé pour qu'un tube plongeur 5 permette l'alimentation en matière (non représentée) de remplissage à injecter dans un forage 6, telle que béton. Le tube plongeur 5 est étendu suivant la direction longitudinale L. Sur l'engin 4, le tube plongeur 5 est connecté d'une part à une source (non représentée) d'injection de matière de remplissage. D'autre part, le tube 5 est disposé de façon à déboucher vers le fond de la cavité creusée par l'équipement 2 ou tarière, c'est-à-dire dans le forage 6. A une extrémité 7 débouchante dite inférieure du tube 5, o celui-ci débouche dans le forage 6 lorsqu'il est réalisé, est prévu un obturateur 8, apte selon sa position: - soit à obturer de manière étanche le tube 5, par exemple lors du travail de l'équipement de forage 2; - soit l'obturateur 8 dégage l'extrémité 7 débouchante du tube 5, pour permettre l'injection de la matière de remplissage, par exemple en fin de forage. Outre le tube plongeur 5, I'équipement de forage 2 comporte un corps cylindrique 9 formant outil, le tube 5 étant monté à coulissement longitudinal dans ce corps, et tourne en fonctionnement dans et conjointement avec ce corps 9. Sur les figures, la référence numérique générale 1 désigne le dispositif qui assure la commande de cet obturateur 8, et donc son déplacement entre les positions fermée et dégagée. En se reportant aux figures, décrivons maintenant plus particulièrement ce dispositif de commande 1. Ce dispositif 1 comprend un vérin 10 relié à l'obturateur 8, au moins en partie étendu dans le corps cylindrique 9, et rigidement fixé à ce corps 9 ainsi qu'au tube plongeur 5 par un ancrage fixe 11 et un ancrage mobile 12, respectivement. Selon l'invention, le tube plongeur 5 comporte une fente 13 dont la dimension longitudinale est sensiblement égale à la course du vérin 10 entre ses positions fermée et dégagée. Il Le vérin 10 saille transversalement à travers la fente 13 du tube 5. L'ancrage fixe 11 du vérin 10 est fixé à travers la fente 13 au corps cylindrique 9. Tandis que l'ancrage mobile 12 qui est relié à une extrémité longitudinale 14 d'une tige 15 de ce vérin 10, est fixé au tube plongeur 5. De la sorte, la tige 15 est rentrée et donc protégée dans une chemise 16 du vérin 10 en position dégagée de l'obturateur 8, et n'est donc pas sortie lors de l'injection. Sur les figures 5 et 6, la dimension et la disposition de la fente 13 sont déterminées pour qu'en position dégagée, une extrémité inférieure de cette fente saille longitudinalement du corps 9, en formant un orifice 17 d'injection. Dans cet exemple, la fente 13 saille sensiblement d'une extrémité inférieure 18 du corps 9 formant outil, à l'extrémité inférieure 7 du tube 5 dans sa position dégagée. La dimension et la disposition de la fente 13 du plongeur peuvent être déterminées pour qu'en position dégagée, cette fente 13 soit à l'intérieur du et masquée par le corps 9. Le tube plongeur 5 possède ici alors deux orifices d'injections 17 en forme de paire de lumières transversales 19, agencées à proximité d'un disque d'embout 20 rigidement fixé à l'extrémité inférieure 7 et faisant partie de l'obturateur 8. L'obturateur comprend également le corps cylindrique 9, qui masque et donc obture les orifices d'injection 17 ou 19, en position fermée. Par ailleurs, il ressort des figures 3 et 5 que l'ancrage fixe 11 est disposé en position fermée à proximité de, ici contre, une extrémité inférieure 21 de la fente 13. Une autre réalisation prévoit sur les figures 3 à 8 que l'ancrage mobile 12 est disposé en position fermée ou dégagée à proximité de, et ici contre, une extrémité supérieure 22 de la fente 13. Dans ces réalisations, I'ancrage mobile 12 comporte une patte 23 rigidement fixée au tube 5 par soudage, et une articulation 24 à pivot d'axe transversal, reliée d'une part à la patte 23 et d'autre part à la tige 15 du vérin. On remarque aussi que le vérin 10 est étendu longitudinalement dans le corps cylindrique 9, et est disposé à proximité de, ici sensiblement contre, une paroi intérieure 25 de ce corps. Comme on l'a vu, selon l'invention, I'équipement de forage 2 comporte un dispositif de commande 1 d'obturateur tel qu'évoqué. Cet équipement 1 comporte également des moyens de support 26 et de mise en rotation 27 par un engin 4, du corps cylindrique 9, du tube plongeur 5 et de constituants du dispositif de commande 1. Les réalisations de cet équipement 2 prévoient ici que la course du vérin 10, et donc la distance dont saille longitudinalement le tube 5 au delà de l'extrémité inférieure 18, est supérieure à 200mm, et ici égale ou supérieure à 800mm. Cela résout les problèmes de qualité de bétonnage déjà évoqués. Dans ces réalisations, le corps cylindrique 9 comporte à sa périphérie extérieure 28 au moins une vrille saillante 29 transversalement et faisant partie de l'outil de forage et d'évacuation de matériau foré 30 tel que terre ou analogues. Ces mêmes réalisations prévoient que le corps 9 comporte à son extrémité inférieure 18 des organes de creusement 31 du matériau foré 30 et le disque d'embout 20 de tube plongeur possède une pointe vrillée 32. Les organes 31 sont en forme de dents d'arrachement à l'extrémité inférieure de la vrille 29 du corps cylindrique 9. L'obtention selon l'invention de l'élément de fondation 3 est au moins en partie réalisé in situ, par coulée du matériau de remplissage apte à durcir, dans le forage 6 creusé à l'aide de l'équipement de forage 2 comme illustré par la flèche 33 (figure 1). Puisqu'ici le tube 5 est connecté d'une part à une source d'injection de matière de remplissage, et débouche d'autre part dans le forage 6, on obtient en activant cette source d'injection, et en plaçant à l'aide du dispositif 1 le tube 5 en position dégagée (comme illustré par la flèche 34 sur la figure 8), une injection représentée par les flèches 35. Ici, avant l'injection 35, I'équipement 2 est soulevé comme illustré par la flèche 36 (figure 2), pour éloigner la zone d'injection 35 du fond 37 du forage 6. Notons enfin que la matière de remplissage est selon les cas un coulis, un béton ou analogues. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de commande d'au moins un obturateur (8) d'alimentation en matière de remplissage, telle que béton à injecter dans un forage (6) et destiné à un équipement de forage (2) tel que tarière creuse ou continue, pour la réalisation d'éléments de fondation (3) tels que pieux ou analogues; l'équipement de forage comportant au moins un corps cylindrique (9) formant outil, un tube plongeur (5) monté à coulissement longitudinal dans le corps, et un obturateur (8) apte à être déplacé entre une position fermée et une position dégagée d'injection de matériau de remplissage dans le forage (6); ce dispositif de commande comprenant au moins un vérin (10) relié à l'obturateur (8), au moins en partie étendu dans le corps cylindrique (9) formant outil, et rigidement fixé à ce corps (9) ainsi qu'au tube plongeur (5) par un ancrage fixe (11) et un ancrage mobile (12); caractérisé en ce que: le tube plongeur (5) comporte une fente (13) dont la dimension longitudinale est au moins sensiblement égale à la course du vérin (10) entre ses positions fermée et dégagée; le vérin (10) saille transversalement à travers la fente (13) du tube plongeur (5); I'ancrage fixe (1 1) du vérin est fixé à travers la fente (13) au corps cylindrique (9), tandis que l'ancrage mobile (12) qui est relié à une extrémité longitudinale (14) d'une tige (15) de ce vérin (10), est'fixé au tube plongeur (5), de sorte que la tige (15) du vérin est rentrée et donc protégée en position dégagée de l'obturateur. 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension et la disposition de la fente (13) du tube plongeur (5) sont déterminées pour qu'en position dégagée, une extrémité inférieure (21) de cette fente (13) saille longitudinalement du corps cylindrique (9), en formant un orifice (17) d'injection, par exemple la fente (13) saille sensiblement d'une extrémité inférieure (18) du corps cylindrique (9) à une extrémité inférieure (7) du tube plongeur (5) dans cette position dégagée. 3. Dispositif (1), selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension et la disposition de la fente (13) du tube plongeur (5) sont déterminées pour qu'en position dégagée, cette fente (13) soit à l'intérieur du et masquée par le corps cylindrique (9), le tube plongeur (5) possédant alors au moins un orifice d'injection (17) tel qu'une paire de lumières transversales (19) agencée à proximité d'un disque d'embout (20) rigidement fixé à une extrémité inférieure (7) du tube plongeur (5). 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ancrage fixe (11) du vérin (10) est disposé en position fermée à proximité de, voire contre, une extrémité inférieure (21) de la fente du tube plongeur (5). 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ancrage mobile (12) du vérin (10) est disposé en position fermée ou dégagée à proximité de, voire contre, une extrémité supérieure (22) de la fente (13) du tube plongeur (5). 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ancrage mobile (12) du vérin comporte une patte (23) rigidement fixée au tube plongeur (5) par exemple par soudage, et une articulation (24) telle que pivot d'axe transversal, reliée d'une part à la patte (23) et d'autre part à la tige (15) du vérin (10). 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le vérin (10) est étendu longitudinalement dans le corps cylindrique (9), et/ou est disposé à proximité de, voire sensiblement contre, une paroi intérieure (25) de ce corps (9). 8. Equipement (2) de forage tel que tarière creuse ou continue, et comportant au moins un dispositif de commande (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il (2) comporte notamment des moyens de support (26) et de mise en rotation (27) par un engin porteur (4), du corps cylindrique (9) formant outil, du tube plongeur (5) et du dispositif de commande (1). 9. Equipement (2) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il (2) prévoit que la course du vérin (10), et donc la distance dont saille longitudinalement le tube plongeur (5) au-delà de l'extrémité inférieure du corps cylindrique (9), est supérieure à 200mm, et par exemple égale ou supérieure à 800mm. 10. Equipement (2) selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le corps cylindrique (9) comporte à sa périphérie extérieure (28) au moins une vrille (24) saillante transversalement et faisant partie de l'outil rotatif de forage et d'évacuation de matériau foré tel que terre ou analogues. 11. Equipement (2) selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le corps cylindrique (9) comporte à une extrémité inférieure (18) au moins un organe de creusement (31) de matériau foré (30) tel que terre ou analogues, tel que disque d'embout (20) de tube plongeur (5) à pointe vrillée (32) et/ou dent d'arrachement (31) à une extrémité inférieure d'une vrille saillante (29) transversalement du corps cylindrique (9). 12. Elément (3) de fondation tel que pieu ou analogue, au moins en partie réalisés in situ, par coulée d'un matériau de remplissage apte à durcir, dans un forage (6) creusé, caractérisé en ce qu'il (3) est obtenu à l'aide d'un dispositif (1) de commande selon l'une des revendications 1 à 7, et/ou par un équipement de forage selon l'une des revendications 8 à 11.