Brevet FR2807455A1 — publié le 20011012

La présente invention a pour objet une machine pour la réalisation de pieux forés du type à tarière. De façon plus précise, I'invention concerne une machine qui permet simultanément le forage d'une excavation cylindrique dans le sol et le remplissage de cette excavation à l'aide de coulis ou de béton pour obtenir finalement un pieu moulé dans le sol excavé. Sur la figure 1 annexée, on a représenté une machine de forage du type à tarière pour la réalisation de pieux moulés. Cette machine comporte une plate-forme 10 de préférence montée sur chenille 12 sur laquelle est articulé un mât de guidage 14 qui, en position de travail, est vertical. Le mât 14 porte sur une de ses faces des glissières verticales 16 pour guider en translation un chariot 18. Ce chariot 18 porte une tête de mise en rotation 20 qui coopère avec une tarière creuse 22 constituée par une âme creuse 24 et au moins une pale en forme d'hélice 26. La tête de mise en rotation 22 sert à la mise en rotation de la tarière 22, ce qui provoque son enfoncement dans le sol par vissage et donc la réalisation du puits de forage. La tarière 22 étant creuse, il est possible après le forage du puits d'injecter dans celui-ci du coulis ou du béton pour réaliser le pieu au fur et à mesure de la sortie de la tarière hors du puits. Pour des raisons à la fois d'encombrement lors des déplacements de la machine et pour des raisons de construction, la hauteur du mât 14 et la hauteur H de la tarière 22 sont toujours limitées à une valeur de l'ordre de 20 mètres. Or, dans certains chantiers, il est souhaitable de pouvoir forer et réaliser des pieux moulés dont la profondeur est de l'ordre de 25 mètres. Pour permettre la réalisation de tels pieux, on a déjà proposé d'adjoindre à la partie supérieure de la tarière 22 un tube prolongateur 28 ultérieurement appelé Kelly. Le Kelly 28 de longueur h est solidarisé en rotation et en translation à l'extrémité supérieure de la tarière et l'extrémité supérieure 28b du Kelly 28 est raccordée par un joint tournant 30 à une conduite 32 d'amenée de béton. On comprend qu'ainsi la profondeur du pieu réalisable est égale à H + h, ce qui donne une profondeur de l'ordre de 25 mètres. Il faut préciser que la tête de mise en rotation 20 peut aussi bien coopérer avec l'âme 24 de la tarière qu'avec le Kelly 28. Un inconvénient majeur d'un tel système réside dans la façon dont le béton est introduit dans le forage pour la réalisation du pieu. Le béton sort directement à l'extrémité ouverte inférieure 24a de l'âme creuse de la tarière. Le déplacement de cette extrémité inférieure 24a à l'aide du chariot 18 est délicat et le risque est que cette extrémité inférieure ne se retrouve au-dessus du béton remplissant au fur et à mesure le puits foré. Cette discontinuité s'accompagne d'un risque d'éboulement localisé du terrain dans lequel le puits vient d'être foré et d'altérer très significa- tivement la résistance mécanique du pieu qui sera ainsi réalisé. Par ailleurs, on connaît par le brevet français 2 566 813 au nom de Solétanche une machine de forage par tarière qui permet d'éviter I'inconvénient mentionné ci-dessus. Cette tarière à âme creuse est équipée d'un tube monté coulissant dans l'âme creuse de la tarière, ce tube étant le plus souvent appelé tube plongeur. Ce tube est en positon rentrée dans la tarière lors du forage du puits et son extrémité inférieure est déplacée pour faire saillie à l'extrémité inférieure de la tarière lorsque I'on remonte celle-ci pour permettre l'injection du béton dans le puits foré. Cette technique permet d'assurer la bonne qualité du pieu réalisé et notamment la continuité de l'injection du béton sur toute la hauteur du forage. On comprend qu'il existe un réel besoin de disposer d'une machine de forage par tarière pour la réalisation de pieux moulés qui permette à la fois la réalisation de pieux de profondeur accrue et l'obtention de pieux de grande qualité et notamment présentant une grande continuité de sa structure en béton. Un objet de la présente invention est de fournir une telle machine de forage répondant simultanément à ces deux exigences. Pour atteindre ce but, selon l'invention, la machine de forage pour la réalisation de pieux forés comprend - des moyens de guidage vertical; une tête de mise en rotation mobile par rapport auxdits moyens de guidage vertical; - une tarière comportant une âme creuse et au moins une pale en forme d'hélice, ladite âme ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ouverte; - un tube prolongateur dont l'extrémité inférieure est solidaire de l'extrémité supérieure de l'âme de la tarière, ladite tête de mise en rotation coopérant avec ledit tube prolongateur pour la mise en rotation de l'ensemble constitué par la tarière et le tube prolongateur; un tube plongeur monté coulissant dans l'âme creuse de la tarière et le tube prolongateur, le tube plongeur ayant une extrémité supé- rieure raccordée à une conduite d'alimentation en béton; -des moyens formant vérin ayant une première extrémité solidaire en translation de l'extrémité supérieure dudit tube prolongateur et une deuxième extrémité solidaire en translation de l'extrémité supérieure dudit tube plongeur; et - des moyens pour commander les moyens formant vérin, par quoi la position relative de l'extrémité inférieure dudit tube plongeur peut être modifiée par rapport à la position de l'extrémité inférieure de l'âme de ladite tarière. On comprend que grâce au fait que l'âme creuse de la tarière est prolongée par un tube prolongateur ou Kelly, on peut réaliser des pieux de profondeur accrue sensiblement de la longueur de Kelly. On voit également que la mise en place d'un tube plongeur mobile dans l'ensemble constitué par l'âme creuse de la tarière et le Kelly permet de bénéficier de tous les avantages d'un tube plongeur quant à la maîtrise de I'injection du béton ou du coulis à l'intérieur du puits foré en vue d'obtenir le pieu. De préférence, les moyens formant vérin comprennent un corps annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube prolongateur et une partie mobile annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube plongeur. On comprend que grâce à la présence du vérin annulaire, il est possible de contrôler avec précision la position de l'extrémité inférieure du tube plongeur par rapport à l'extrémité inférieure de l'âme creuse de la tarière, ce qui permet d'obtenir une grande qualité de l'injection du béton dans le puits foré au fur et à mesure de la remontée de la tarière et du Kelly malgré la présence de ce dernier. De plus, I'utilisation d'un vérin annulaire entourant le tube plongeur permet d'éviter l'introduction d'un désaxement entre le tube plongeur d'une part et le Kelly et la tarière d'autre part. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 déjà décrite montre une machine de réalisation connue de pieux forés de profondeur accrue; la figure 2 est une vue en élévation de l'ensemble de la machine de forage selon l'invention; la figure 3a est une vue partielle de la figure 2 montrant le tube plongeur en position rentrée; la figure 3b est une vue analogue à la figure 3a montrant le tube plongeur en position sortie; et la figure 4 est une vue de l'ensemble de la machine à la fin de la réalisation du forage. En se référant tout d'abord aux figures 2 et 3, on va décrire un mode préféré de réalisation de la machine de forage. Sur les figures 2, on retrouve la plate-forme 10 avec son mât vertical de guidage 14 de la tête de mise en rotation 20 ainsi que la tarière creuse 22 dont l'âme creuse 24 est raccordée en translation et rotation à I'extrémité inférieure 28a du Kelly 28. La liaison mécanique entre l'âme de la tarière et le Kelly est de toute nature convenable pour permettre la transmission de la rotation et du déplacement de la tête de rotation 20 depuis le Kelly 28 jusqu'à l'âme 24 de la tarière 22. Sur la figure 3b, on a représenté par 34 ces moyens de liaison mécanique. Selon l'invention, la machine comporte en outre un tube plongeur 36 qui est monté coulissant dans l'âme creuse 24 de la tarière et dans le Kelly 28. Le tube plongeur 36 comporte une extrémité inférieure 36a et une extrémité supérieure 36b qui est raccordée à la conduite 32 d'alimentation en béton ou en coulis du tube plongeur 36. Comme le montre mieux la figure 3a, I'extrémité supérieure 28b du Kelly est raccordée à un vérin annulaire 38 qui est interposé entre l'extrémité supérieure 28b du Kelly et l'extrémité supérieure 36b du tube plongeur. Ce vérin annulaire 38 qui entoure la partie supérieure du tube plongeur est constitué par un corps annulaire 40 qui entoure le tube plongeur 36 et qui est solidaire en translation de l'extrémité supérieure 28b du Kelly mais, de préférence, libre par rapport à celui-ci en rotation. Le corps 40 du vérin annulaire 38 est raccordé à une conduite 42 d'alimentation en fluide sous pression pour commander le vérin 38. Ce dernier comporte également une partie mobile annulaire 44 qui entoure le tube plongeur 36 et dont l'extrémité supérieure 44a est raccordée et solidarisée avec l'extrémité supérieure 36b du tube plongeur par l'intermédiaire de moyens de solidarisation 46 qui solidarisent la partie mobile du vérin en translation avec le tube plongeur mais qui est libre de préférence en rotation. De préférence également, le système de solidarisation 46 constitue en même temps un joint tournant pour la conduite 32 d'alimentation en béton du tube plongeur 36. On comprend que grâce à la présence du vérin annulaire 40, il est possible pour toute position de l'ensemble constitué par la tarière 22 et le Kelly 28 de définir pour le tube plongeur 36 une position rentrée (figure 3a) dans laquelle l'extrémité 36a du tube plongeur est en retrait par rapport à l'extrémité inférieure 24a de l'âme de la tarière et une position sortie représentée sur la figure 3b. Dans le premier cas, le corps du vérin annulaire 40 est alimenté en fluide sous pression, ce qui provoque la remontée du tube plongeur par rapport à l'ensemble constitué par la tarière et le Kelly. En revanche, lorsque l'alimentation du corps 40 de vérin est interrompue, le tube plongeur est abaissé par rapport à l'ensemble constitué par la tarière et le Kelly et son extrémité inférieure 36a fait saillie hors de l'extrémité inférieure 24a de l'âme de la tarière. Dans cette position, il est possible de contrôler, par le tube plongeur, I'injection de béton dans le puits préalablement foré par la tarière 22. Pour cela, comme c'est en soi connu de préférence à proximité de son extrémité inférieure 36a, la paroi latérale du tube plongeur est munie d'orifices d'injection tels que 50. En position d'injection, les orifices 50 se trouvent à une profondeur contrôlée h' en dessous de l'extrémité inférieure 24a de la tarière, ce qui permet de maintenir les orifices d'injection 50 en dessous du niveau libre du béton remplissant petit à petit le puits foré. Comme cela est également connu en soi, il est possible d'équiper l'extrémité inférieure 36a d'un outil de forage qui facilite l'action de la tarière lors du forage du puits. Dans ce cas, il peut être intéressant de prévoir que le tube plongeur 36 soit accouplé en rotation avec la tarière 22 et le Kelly 28. Cela est rendu possible par la présence du joint tournant 46 faisant la liaison entre la conduite d'alimentation 32 et le tube plongeur 36. Sur la figure 4, on a représenté le débit du remplissage du puits de forage après sa réalisation. L'extrémité inférieure 36a du tube plongeur est disposée en dessous de l'extrémité inférieure de la tarière 24a de telle manière que les orifices 50 permettent l'injection du béton en dessous de la tarière dans la partie inférieure 52 du puits foré. Puis le vérin annulaire 38 maintenant le tube plongeur 36 en position sortie, l'ensemble constitué par la tarière 22, le Kelly 28 et le tube plongeur 36 est globalement remonté par l'intermédiaire de la tête de mise en rotation 20. La longueur h' entre l'extrémité 24a de la tarière creuse et les orifices d'injection 50 fournit une plage de sécurité pour assurer que les orifices 50 restent bien disposés en dessous du niveau de béton lors de la remontée de la tarière et du tube plongeur. On comprend que la machine définie ci-dessus permet effectivement d'une part de réaliser des pieux forés de profondeur accrue grâce à la présence du Kelly 28 monté à l'extrémité supérieure de l'âme de la tarière et que d'autre part on obtient une grande qualité de pieux moulés du fait de la présence du tube plongeur 36 et de la possibilité de déplacement relatif de celui-ci par rapport à la tarière 22 grâce à la présence du vérin annulaire 38 qui peut être commandé indépendamment de la position de la tête de mise en rotation 20 et donc de la position de la tarière. REVENDICATIONS 1. Machine pour la réalisation de pieux forés comprenant: - des moyens de guidage vertical; - une tête de mise en rotation mobile par rapport auxdits moyens de guidage vertical; - une tarière comportant une âme creuse et au moins une pale en forme d'hélice, ladite âme ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure ouverte; - un tube prolongateur dont l'extrémité inférieure est solidaire de l'extrémité supérieure de l'âme de la tarière, ladite tête de mise en rotation coopérant avec ledit tube prolongateur pour la mise en rotation de l'ensemble constitué par la tarière et le tube prolongateur; - un tube plongeur monté coulissant dans l'âme creuse de la tarière et le tube prolongateur, le tube plongeur ayant une extrémité supé- rieure raccordée à une conduite d'alimentation en béton; - des moyens formant vérin ayant une première extrémité solidaire en translation de l'extrémité supérieure dudit tube prolongateur et une deuxième extrémité solidaire en translation de l'extrémité supérieure dudit tube plongeur; et - des moyens pour commander les moyens formant vérin, par quoi la position relative de l'extrémité inférieure dudit tube plongeur peut être modifiée par rapport à la position de l'extrémité inférieure de l'âme de ladite tarière. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits moyens formant vérin comprennent un corps annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube prolongateur et une partie mobile annulaire entourant le tube plongeur et solidaire en translation de l'extrémité supérieure du tube plongeur. 3. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de guidage vertical comprennent un mât et un chariot mobile le long dudit mât, ladite tête de mise en rotation étant solidaire dudit chariot. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure dudit tube plongeur est munie d'un outil de forage. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisée en ce que ledit tube plongeur comporte dans sa paroi latérale au moins un orifice de sortie de béton, ledit orifice étant décalé par rapport à l'extrémité inférieure dudit tube plongeur. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité supérieure dudit tube plongeur est raccordée à ladite conduite d'alimentation en béton par un joint tournant.