Brevet FR2800796A1 — publié le 20010511

La présente invention a pour objet un dispositif de forage du type à tarière. Les dispositifs de forage du type à tarière permettent de creuser dans le sol une excavation de forme générale cylindrique de profondeur variable à l'aide de l'outil de forage, c'est-à-dire de la tarière, au fur et à mesure de l'enfoncement de celle-ci dans le sol. Un problème qui se pose lors de la réalisation de tels forages est la gestion du sol excavé au fur et à mesure de la réalisation de ce forage. Une partie du sol excavé peut servir à combler des évidements dans la paroi du forage. Il peut servir également à être en partie mélangé à un coulis pour réaliser au fur et à mesure de l'extraction de l'outil hors du forage une inclusion solide dans cette excavation qui sert alors de "moule". Il existe également un nombre certain de situations dans lesquelles il est nécessaire de pouvoir extraire du forage au moins une partie du sol excavé pour remplir en totalité l'excavation afin d'obtenir un pieu en béton ou en coulis. On sait également que, lorsque le sol dans lequel le forage est réalisé présente des inégalités ou irrégularités quant à sa tenue mécanique, on utilise un système de tubage constitué par une pièce cylindrique qui est mise en place au fur et à mesure du forage de l'excavation afin de maintenir les parois de cette excavation. La présence d'un tel tubage soulève des problèmes spécifiques en ce qui concerne la gestion de la fraction du sol excavé au cours de ce forage. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de forage du type à tarière qui permette d'obtenir effectivement une grande souplesse dans la gestion de la fraction du sol excavé selon la nature du sol dans lequel le forage est réalisé, en utilisant la présence d'un tubage. Pour atteindre ce but selon l'invention, le dispositif de forage comprenant des moyens de guidage en translation verticale, au moins un premier outil de forage comprenant une première tarière fixée à l'extrémité inférieure d'une première tige de mise en rotation de ladite tarière, ladite tarière ayant une longueur; un chariot assujetti à se déplacer verticalement le long des moyens de guidage en translation verticale; au moins une première tête de montage solidaire dudit chariot et munie de moyens de mise en rotation de la tige dudit outil de forage; ledit dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend en outre un tubage ayant la forme d'un cylindre à génératrices verticales, dont l'extrémité supérieure est solidaire de ladite tête de montage et dont l'extrémité inférieure est ouverte, ledit tubage ayant une longueur très supérieure à la longueur de ladite tarière; des moyens pour déplacer en translation ladite tige de l'outil de forage par rapport à la tête de montage de telle manière que dans une première position rentrée, ladite tarière soit en partie logée dans ledit tubage et que dans une deuxième position sortie, ladite tarière soit entièrement disposée en dessous de l'extrémité inférieure dudit tubage; et des moyens pour au moins limiter la rotation dudit tubage par rapport aux moyens de guidage en translation sous l'effet des efforts appliqués audit tubage. On comprend que, grâce aux dispositions de l'invention, le tubage est enfoncé dans le forage au fur et à mesure de son creusement par la tarière par le déplacement de la tête de montage. On comprend également que, grâce aux possibilités de déplacement en translation de la tarière par rapport au tubage, il est possible de provoquer l'éjection du sol excavé vers sa paroi ou, au contraire, de provoquer sa remontée à l'intérieur du tubage. Une fois que l'ensemble du tubage et de l'outil de forage est remonté à la surface après le forage de l'excavation, il est possible de faire descendre la tarière par rapport à l'extrémité inférieure du tubage pour permettre l'évacuation du sol excavé retenu à l'intérieur du tubage. De préférence, la tarière est du type à âme variable, c'est-à-dire que l'âme de la tarière a un diamètre qui croît du bas vers le haut. Ce type de tarière favorise l'évacuation latérale des déblais. Selon un mode perfectionné de mise en oeuvre, le dispositif se caractérise en ce qu'il comprend en outre: un deuxième outil de forage comprenant une deuxième tarière disposée en dessous de la première tarière et une deuxième tige de mise en rotation montée dans ladite première tige de mise en rotation qui est creuse; une deuxième tête de montage pour la mise en rotation dudit deuxième outil de forage reliée audit chariot; et des moyens pour déplacer en translation ladite deuxième tarière par rapport à ladite première tête de montage. De préférence, les moyens de limitation de la rotation du tubage comprennent des reliefs s'étendant sur toute la longueur de la face externe dudit tubage et une pièce de maintien, solidaire des moyens de guidage en translation verticale, munie de reliefs internes aptes à coopérer avec les reliefs dudit tubage. 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 est une vue en élévation d'un premier mode de réalisation du dispositif de forage qui comporte une seule tarière; - la figure 2a est une vue en élévation d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de forage comportant deux tarières coaxiales et un tube plongeur d'amenée de coulis; - la figure 2b est une vue de dessus de la partie inférieure du dispositif montrant la liaison entre le tubage et le dispositif de guidage en translation verticale; - la figure 3 est une vue de dessus analogue à celle de la figure 2b montrant une variante de réalisation du dispositif de maintien en rotation du tubage; - la figure 4a montre un premier mode de réalisation de tarière à âme variable; et - la figure 4b montre un deuxième mode de réalisation d'une tarière à âme variable. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire un premier mode de réalisation du dispositif de forage à tarière. Sur cette figure, on a représenté une plate-forme 10 sur laquelle est monté un mât vertical de guidage 12, la plate-forme supportant également un certain nombre d'équipements tels que 14 pour permettre l'utilisation de l'outil de forage. Le dispositif de forage comporte également un chariot 16 qui est assujetti à se déplacer en translation verticale le long du mat de guidage 12. Il va de soi que, dans une variante de réalisation, le mât de guidage pourrait être remplacé par exemple par des filins verticaux supportés par l'extrémité d'une grue ou analogue, ces filins servant à guider en translation verticale le chariot 16. Sur le chariot 16 est fixée une tête de montage 18 d'un outil de forage à tarière 20. L'outil de forage est constitué par une tige de transmission de rotation 22 à l'extrémité inférieure 22a de laquelle est fixée une tarière 24 de type connu. L'extrémité supérieure 22b de la tige 22 coopère avec la tête de montage 18 pour entraîner en rotation la tarière 24 par l'intermédiaire de la tige 22. En outre, la coopération entre l'extrémité supérieure 22b de la tige et la tête de montage 18 est telle que cette extrémité supérieure de la tige puisse être déplacée en translation verticale par rapport à cette tête 18 tout en maintenant l'entraînement en rotation. Pour commander le déplacement en translation de la tige par rapport à la tête de montage 18, on peut prévoir par exemple l'interposition de vérins 26 ou de moyens mécaniques analogues entre la tête de montage 18 et un système rotulant 28 solidaire de l'extrémité supérieure 22b de la tige. Le dispositif de forage comporte également un tubage 30 qui est constitué par une pièce cylindrique de longueur 12 qui entoure la tige 22, dont l'extrémité supérieure 30a est solidaire de la tête de montage 18 et dont l'extrémité inférieure 30b est ouverte. Le tubage 30 est introduit dans le forage au fur et à mesure de l'excavation de celui-ci par la tarière 24 sous l'effet de la descente de la tête de montage 18. En outre, comme cela est bien connu, le contrôle de la montée et de la descente de la tête de montage 18 le long du mat 12 est réalisé par exemple par un système de câble 32, de poulies 34 et de treuil 35, ou par des vérins. De préférence, la partie inférieure de la tarière 24 qui est référencée 24a présente un diamètre externe D qui est sensiblement égal au diamètre externe Di du tubage 30. En revanche, la partie supérieure 24b de la tarière 24 a un diamètre inférieur au diamètre intérieur du tubage 30 pour permettre l'insertion de la partie supérieure de la tarière à l'intérieur de l'extrémité inférieure du tubage 30. La longueur Il de la tarière 24 est très inférieure à la longueur 12 du tubage 30. Il faut souligner que, grâce à la possibilité de déplacer en translation la tarière 24 par rapport à l'extrémité inférieure 30b du tubage 30, il est possible de gérer de façon convenable les portions de sol excavé par la tarière 24. Lorsque la tarière est en position "rentrée" représentée sur la figure 1 on favorise, au fur et à mesure de la réalisation du forage, I'introduction du sol excavé à l'intérieur du tubage 30. Pour limiter la pression exercée sur la tarière par le sol excavé à l'intérieur du tubage, la tige 22 est équipée de préférence de pales discontinues telles que 36 qui sont disposées au-dessus de la tarière 24. Ces pales permettent une reprise partielle de la charge statique due à la présence des déblais à l'intérieur du tubage, ce qui limite la contrainte appliquée par ces déblais à la tarière. De préférence, ces pales ont un pas qui va en diminuant lorsqu'on se rapproche de la tarière. Lorsque l'on veut favoriser l'éjection du sol excavé vers la paroi du forage, on commande la mise en rotation de la tarière 24 dans le sens inverse de celui qui correspond au forage. Il est possible aussi de prévoir que la tarière soit du type à diamètre variable. On a représenté un premier mode de réalisation d'une telle tarière sur la figure 4a. Dans cette tarière, I'âme 90 a un diamètre qui va en augmentant de sa pointe 92 à sa zone 94 de fixation à la tige 96. Le diamètre externe de la tarière, c'est-à-dire de sa pale 96, va également en croissant selon cette direction. Dans le cas du mode de réalisation de la figure 4b, I'âme 90 a un diamètre qui va en croissant vers sa pointe 92. En revanche, le diamètre extérieur de sa pale 96' est constant. Lorsque le forage est terminé et que l'ensemble du dispositif est extrait de ce forage, il est possible de vider de façon aisée les déblais contenus dans le tubage en provoquant la descente de la tarière 24 par rapport à l'extrémité inférieure du tubage 30, de telle manière qu'un jour existe entre le bord inférieur du tubage et la partie supérieure de la tarière. Le dispositif de forage comporte également des moyens de reprise des efforts appliqués au tubage 30 en raison de l'action de la tarière et des déblais excavés sur le tubage. Par exemple, on peut prévoir à la partie inférieure 12a du mât un dispositif de butée mécanique latérale 40 coopérant avec une nervure 42 s'étendant au moins sur la partie inférieure de la face externe du tubage 30. La coopération entre les butées mécaniques fixes 40 et la nervure 42 permet d'immobiliser en rotation le tubage ou au moins d'en limiter les possibilités de rotation. En se référant maintenant à la figure 2a, on va décrire un deuxième mode de réalisation du dispositif de forage comportant deux tarières. Sur cette figure, on a représenté le mât de guidage vertical 12, le chariot 14 sur lequel est fixée une première tête de montage 18 pour une tarière supérieure 50 qui est fixée à l'extrémité inférieure d'une tige creuse 52 dont la partie supérieure 52a coopère avec la tête de montage 18 pour entraîner en rotation la tarière supérieure 50. Comme dans le premier mode de réalisation, des moyens par exemple par vérins 54 permettent de déplacer en translation verticale la tige 52 de la tarière 50 par rapport à la tête de montage 18. Le dispositif de forage comporte également le tubage 30 dont l'extrémité supérieure 30a est solidaire de la tête de montage 18 et dont l'extrémité inférieure 30b est ouverte. Le diamètre externe dl de la tarière supérieure 50 est inférieur au diamètre interne du tubage 30. Le dispositif de forage comporte une deuxième tarière inférieure 56 qui est solidaire de l'extrémité inférieure d'une tige 58 dont la partie supérieure 58a coopère avec une deuxième tête de montage 60 reliée au chariot 14 ou à la première tête de montage 18. La tige 58 de la tarière inférieure 56 est mobile en translation verticale par rapport à la première tête de montage 18. Pour cela, on peut prévoir que des moyens par vérins 62 soient interposés entre la tête de montage inférieure 18 et I'extrémité supérieure 58a de la tige 58. On peut prévoir également que la tête supérieure de montage 60 soit mobile en translation par rapport au chariot 14 par des moyens de guidage symbolisés en 64. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire de prévoir les moyens par vérins 62. On peut également prévoir un seul dispositif pour entraîner en translation à la fois la tête de montage 60 et la tige 52 de la tarière supérieure 50. Afin de faciliter l'enfoncement du tubage 30, la tarière inférieure 56 présente un diamètre externe D2 qui est légèrement supérieur au diamètre externe du tubage 30. Dans ce deuxième mode de réalisation du dispositif de forage, en fonctionnement normal, la tarière inférieure 56 sert à forer le terrain et à alimenter la tarière supérieure 50, celle-ci faisant pénétrer les déblais à l'intérieur du tubage 30. Lorsque l'on veut provoquer l'éjection des déblais forés par la tarière inférieure 56, il est possible de commander la mise en rotation de la tarière supérieure 50 dans un sens opposé à celui de la tarière inférieure 56, ce qui favorise bien sûr l'éjection des déblais vers la paroi interne du forage. Bien entendu, dans ces conditions, l'extrémité inférieure de la tarière supérieure 50 doit être disposée en dessous du bord inférieur 30b du tubage. Lorsque l'ensemble du dispositif de forage a été extrait du sol et que l'on veut procéder au vidage des déblais contenus dans le tubage 30, on commande la descente des tarières 50 et 56 de telle manière que l'extrémité supérieure 50a de la tarière supérieure 50 soit disposée largement en dessous du bord inférieur 30b du tubage. On obtient ainsi un écoulement aisé des déblais contenus dans le tubage. Cet écoulement peut être favorisé par la mise en rotation de la tarière supérieure 50 et de ses pales discontinues 36. En outre, afin de favoriser la remontée des déblais à l'intérieur du tubage 30, il est possible de munir la face interne du tubage, au moins dans sa partie inférieure, de reliefs, par exemple des cannelures pour freiner la périphérie des déblais contenus dans le tubage. Comme le montre la figure 2a, I'outil de forage peut comporter également un tube d'injection 59 qui est monté mobile par des vérins 61 dans la tige 58 de la tarière inférieure 56. Comme cela est bien connu, ce tube 61 appelé en général "tube plongeur" permet d'injecter au fond du forage, au fur et à mesure de la remontée de l'outil, un coulis qui, mélangé ou non à une partie du sol excavé, sert à la réalisation d'une inclusion solide dans ce forage. Ce tube peut également servir à injecter à la partie inférieure du forage un coulis ou un béton, non mélangé aux déblais, pour réaliser un pieu moulé en coulis ou en béton. Sur les figures 2b et 3, on a représenté deux exemples de systèmes pour immobiliser en rotation le tubage ou au moins pour limiter la rotation du tubage 30 sous l'effet des efforts résultant de la rotation de l'outil de forage et des déblais présents dans le tubage. Selon le mode de réalisation de la figure 2b, le système comprend deux bras 70 et 72 solidaires de la plate-forme 10. L'extrémité libre de chaque bras est équipée d'une portion de glissière 74 et 76. Le tubage 30, au moins dans sa partie inférieure, est pourvu, sur sa face externe, de deux nervures verticales 78 et 79 qui s'étendent au moins sur la partie inférieure du tubage ou qui s'étendent sur toute la longueur de celui-ci et qui sont engagées dans les glissières 74 et 76. Il va de soi que les bras 70 et 72 pourraient être remplacés par tout autre système de liaison rigide. De plus, ce système pourrait être solidaire de l'extrémité inférieure du mât 12 au lieu d'être solidaire de la plate-forme 10. Selon le mode de réalisation de la figure 3, les extrémités libres des bras 70 et 72 sont solidaires d'un manchon vertical 82 qui entoure le tubage 30. La face interne du manchon est munie de cannelures verticales ou reliefs analogues 82. La face externe du tubage 30, au moins dans za partie inférieure ou sur toute sa longueur, est équipée de cannelures verticales 84 ou de reliefs analogues qui coopèrent avec les cannelures 82 du manchon 80. REVENDICATIONS 1. Dispositif de forage comprenant: des moyens de guidage en translation verticale (12), au moins un premier outil de forage (20) comprenant une première tarière (24) fixée à l'extrémité inférieure d'une première tige (22) de mise en rotation de ladite tarière, ladite tarière ayant une longueur (11) un chariot (16) assujetti à se déplacer verticalement le long des moyens de guidage en translation verticale; au moins une première tête de montage (18) solidaire dudit chariot et munie de moyens de mise en rotation de la tige dudit outil de forage; ledit dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend en outre un tubage (30) ayant la forme d'un cylindre à génératrices verticales, dont l'extrémité supérieure (30a) est solidaire de ladite tête de montage (18) et dont l'extrémité inférieure (30b) est ouverte, ledit tubage ayant une longueur (12) très supérieure à la longueur (1) de ladite tarière; des moyens (54) pour déplacer en translation ladite tige de l'outil de forage par rapport à la tête de montage de telle manière que dans une première position rentrée, ladite tarière soit en partie logée dans ledit tubage et que dans une deuxième position sortie, ladite tarière soit entièrement disposée en dessous de l'extrémité inférieure dudit tubage; et des moyens (40, 42) pour au moins limiter la rotation dudit tubage sous l'effet des contraintes qui lui sont appliquées. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de limitation de rotation comprennent des reliefs (84) s'étendant sur toute la longueur de la face externe dudit tubage et une pièce de maintien (80), solidaire des moyens de guidage en translation verticale, munie de reliefs internes (82) aptes à coopérer avec les reliefs dudit tubage. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un seul outil de forage (20) et en ce que ladite tarière (24) comporte une partie inférieure dont le diamètre externe est au moins égal au diamètre externe dudit tubage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un deuxième outil de forage comprenant une deuxième tarière (56) disposée en dessous de la première tarière (24) et une deuxième tige (58) de mise en rotation montée dans ladite première tige de mise en rotation qui est creuse; une deuxième tête de montage (60) pour la mise en rotation dudit deuxième outil de forage; et des moyens (62) pour déplacer en translation ladite deuxième tarière par rapport à ladite première tête de montage. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour déplacer en translation ladite deuxième tarière (56) comprennent des moyens pour déplacer en translation ladite deuxième tige (58) de mise en rotation par rapport à ladite première tête de montage (18). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les moyens pour déplacer en translation ladite deuxième tarière (56) comprennent des moyens pour déplacer en translation ladite deuxième tête de montage (60) par rapport audit chariot (16). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdites première (18) et deuxième (60) têtes de montage comportent des moyens pour provoquer la rotation des première et deuxième tarières (24, 56) dans des sens opposés. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que ledit premier outil de forage (20) comporte en outre des pales (36) séparées solidaires de ladite première tige (22) de mise en rotation et disposées au-dessus de ladite première tarière (24). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite première tarière (24) est du type à âme variable. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube (59) d'injection de béton ou de coulis monté mobile dans la tige (22, 58) de mise en rotation de ladite tarière ou de l'une desdites tarières. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit tubage (30) comporte sur sa face interne des aspérités s'étendant sur au moins une partie de sa longueur.