Brevet FR2806112A1 — publié le 20010914

La présente invention a pour objet un appareil de forage par fraise pour creuser des tranchées dans le sol et notamment dans des sols présentant une grande dureté. Les appareils de forage de tranchées utilisant le plus souvent deux fraises sont bien adaptés à la réalisation de tranchées de grande profondeur et largeur relativement réduite. Cependant, lorsque l'appareil doit effectuer le forage un sol dur ou très dur tel que de la pierre, ces machines classiques peuvent s'avérer insuffisantes. Les fraises utilisées actuellement pour les terrains de couverture ont un poids maximum de 60 tonnes. Ces appareils étant suspendus l'extrémité de câbles de levage, c'est leur poids propre qui est transmis aux fraises réaliser le forage. Or, dans ces terrains, il s'avère que la charge nécessaire pour obtenir un forage correct se situe dans une fourchette de 100 à 150 tonnes ou même au-delà. Cette force dépend du nombre et du type d'outil monté sur les roues de la fraise. La solution la plus simple pour augmenter le poids de l'appareil est de charger le châssis de la fraise. Cependant, cela entraînerait l'utilisation d'un porteur de plus grande capacité, ce qui présente bien sûr des inconvénients importants quant à l'organisation du chantier. Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé dans la demande de brevet français 2 749 333 au nom de la demanderesse un type particulier d'appareil de forage par fraise permettant le forage de tranchées dans un sol dur. Sur la figure 1 annexée, on a représenté en vue en élévation l'appareil de forage décrit dans le document mentionné ci-dessus. Il comporte un châssis principal 10 qui est suspendu à l'extrémité d'un moufle 12 lui-même passant sur un mât de levage. Le châssis principal 10 comporte deux faces principales verticales, seule la face avant 14 étant visible. L'appareil comporte également un ensemble de forage 16 mobile en translation verticale à l'extrémité inférieure du châssis principal 10. Cet ensemble de forage 16 comporte essentiellement une structure support 18 sur laquelle est montée une pompe 20 pour la reprise du débit de liquide d'entraînement des déblais forés, cette pompe 20 étant reliée à une conduite souple d'évacuation 22. L'ensemble de forage comporte également deux fraises rotatives 24 et 26 solidaires de tambours entraînées par des moteurs hydrauliques fixés sur l'ensemble support 18. L'ensemble support 18 peut être déplacé par rapport au châssis principal 10 grâce à des vérins 28 et 30 qui permettent d'une part le déplacement relatif de l'ensemble de forage 18 par rapport au châssis principal 10 et d'autre part d'appliquer à l'ensemble de forage une force additionnelle lorsque le châssis principal 10 est ancré dans la tranchée en cours de forage. Pour réaliser cet ancrage, le châssis principal 10 comporte deux patins, seul patin 30 étant visible. Ces patins peuvent être écartés du châssis à l'aide par exemple de vérins afin d'ancrer dans la tranchée le châssis principal. Une telle disposition permet effectivement d'augmenter la force appliquée aux fraises 24 et 26 afin d'autoriser celles-ci à forer un terrain très dur. Cependant, compte tenu des dimensions relativement réduites de la surface active des patins 32 et de la force importante qu'il faut développer pour assurer l'ancrage du châssis supérieur, la pression exercée par ces patins les parois de la tranchée est très élevée. Si la tranchée au niveau des patins est en un matériau très tel que du rocher, cette pression est acceptable. En revanche, si les patins se trouvent dans une zone de transition entre des terrains de couverture relativement meubles déjà forés et le rocher, il est impossible mobiliser avec les patins 32 l'effort nécessaire à la réalisation d'un ancrage efficace. Un objet de la présente invention est de fournir un appareil de forage du type à fraises rotatives qui permette effectivement de forer tranchée même dans un sol très dur et en particulier dans le cas où le sol présente une zone de transition importante entre un sol relativement meuble et le sol très dur. Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'appareil de forage de tranchées dans le sol comprend un châssis principal supérieur présentant deux faces principales verticales, un ensemble de fraisage comprenant un support disposé à la partie inférieure dudit châssis, et des moyens pour provoquer un déplacement en translation verticale dudit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal en appliquant une force prédéterminée audit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal et des moyens d'ancrage du châssis principal sur les parois de ladite tranchée, lesdits moyens étant montés lesdites faces principales. L'appareil se caractérise en ce que les moyens d'ancrage comprennent une pluralité d'éléments déformables solidaires desdites faces principales du châssis principal, et des moyens pour injecter un fluide sous pression dans lesdits éléments gonflables, par quoi lesdits éléments gonflables appliquent une force entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée, et moyens pour permettre la sortie dudit fluide sous pression hors desdits éléments gonflables par quoi aucune force n'est transmise entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée. On comprend que, grâce à la présence des éléments gonflables, la surface de la paroi de la tranchée sur laquelle s'appuient les é:éments d'ancrage est importante. Il est donc possible de développer une force suffisante pour obtenir ancrage convenable du châssis supérieur de l'appareil sans qu'une pression trop élevée ne soit exercée sur ces parois. Selon un premier mode de mise en oeuvre, une pluralité de bandes matériau élastiquement déformable et dont les bords sont solidaires de la face principale du châssis principal sont disposées sur la face externe des éléments gonflables, les éléments gonflables étant ainsi interposés entre la bande et la face principale du châssis principal. Ainsi, on obtient d'une part une protection mécanique des éléments gonflables et d'autre part la transformation de la force horizontale développée par les éléments gonflables en une composante verticale permettant de compenser l'effort appliqué par les vérins sur l'ensemble de fraisage. En outre, du fait de possibilité de déformation de ces bandes, elles peuvent se conformer aux inégalités géométriques de la paroi de la partie de la tranchée déjà forée. Selon un deuxième mode de réalisation, une plaque rigide reliée à la face principale du châssis supérieur est disposée en regard des faces des éléments gonflables tournés vers la paroi de la tranchée. Sous l'effet de leur gonflement, les éléments gonflables transmettent à cette plaque la force résultant de leur pression interne. Ce mode de réalisation présente l'avantage que la force d'ancrage est transmise à la paroi par l'intermédiaire de la plaque rigide qui présente une grande surface, ce permet de diminuer encore la pression pour une force d'ancrage donnée. 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'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles - figure 1 déjà décrite est une vue en élévation d'un appareil de forage connu la figure 2 est une vue de côté simplifiée d'un premier mode de réalisation l'appareil de forage selon l'invention , - les figures 3a et 3b montrent un premier mode de réalisation des éléments gonflables dans leur état respectivement gonflé et non gonflé ; et - les figures 4a et 4b montrent un deuxième mode de réalisation des éléments gonflables respectivement dans leur état gonflé et dans leur état non gonflé. En se référant tout d'abord la figure 2, on va décrire les éléments principaux de l'appareil de forage selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté le châssis principal supérieur 10 de l'appareil de forage avec ses faces principales 32 et 32'. On a également représenté symboliquement l'ensemble de forage 18 avec ses fraises 24, 26 reliées au châssis principal 10 par les vérins à action verticale 28, 30. Selon l'invention, sur au moins une partie des faces principales 32 et 32' du châssis principal 10 sont fixés des éléments gonflables tels que 40. Ces éléments gonflables font par exemple toute la largeur des faces principales et sont disposés sensiblement côte à côte. Chaque élément gonflable 40 est constitué par un coussin gonflable limité par une paroi en un matériau étanche et élastiquement déformable 42. Chaque coussin déformable est fixé par une de ses faces 42a sur la face principale 32' du châssis principal et est raccordé à une tubulure individuelle de gonflage 44 elle-même raccordée à une tubulure principale de gonflage 46. Ces tubulures peuvent comporter des limiteurs réglables de pression pour contrôler la valeur de la force d'ancrage. Selon ce premier mode de réalisation, chaque coussin gonflable 40 est recouvert par une bande 48 en un élément caoutchouteux armé dont les bords 48a et 48b sont ancrés dans la paroi 32' du châssis supérieur. Sur cette figure, on a également fait apparaître une des parois 50 de la tranchée en cours de forage. On comprend que, lorsqu'un fluide sous pression, de préférence un liquide, est injecté dans les éléments gonflables 40 par les tubulures 44 et 46, l'élément gonflable augmente de volume et plaque la bande en matériau caoutchouteux 48 contre la paroi 50. La pression régnant dans l'élément gonflable 40 développe contre la paroi 50 de la tranchée une force de composante horizontale F qui est convertie en une force d'ancrage verticale F. On comprend qu'en disposant un nombre suffisant d'éléments gonflables 40 sur les faces principales on peut obtenir une force d'ancrage verticale totale très élevée sans que la pression appliquée par les éléments gonflables via les bandes déformables 48 soit élevée. On obtient ainsi un effet d'ancrage suffisant même si la nature du matériau dans laquelle cette partie de tranchée a été forée présente une résistance mécanique limitée. En revanche, comme le montre la figure 3b, lorsque l'élément gonflable 40 n'est plus sous pression, la bande 48 est écartée de la paroi interne 50 de la tranchée et l'appareil de forage peut être déplacé pour forer une nouvelle section de tranchée. En se référant maintenant aux figures 4a et 4b, on va décrire un deuxième mode de réalisation des moyens d'ancrage. Ceux-ci sont constitués par des eléments gonflables 40 consistant par exemple dans des coussins gonflables identiques à ceux représentés sur les figures 3a et 3b. Ces coussins 40 sont fixés par de leurs faces sur la paroi 32' du châssis principal et raccordés aux tubulures de fluide sous pression. Selon ce deuxième mode de réalisation, une plaque rigide 60 recouvrant l'ensemble de la surface occupée par les éléments gonflables est rendue solidaire de la paroi 32' par un élément mécanique articulé 62. L'élément mécanique 62 qui consiste par exemple en une bielle ou plus exactement pluralité de bielles est disposé au- dessus du coussin gonflable supérieur 40a. On comprend que, lorsque les éléments gonflables 40 sont effectivement gonflés, la plaque rigide 60 est appliquée avec pression contre la paroi 50 de la tranchée. On peut ainsi obtenir une force d'ancrage élevée tout en induisant dans la paroi de la tranchée une pression limitée en raison du fait que c'est la plaque 60, qui a une surface importante, qui est appliquée de façon continue sur la paroi de tranchée. REVENDICATIONS Appareil de forage de tranchées dans le sol comprenant un châssis principal présentant deux faces principales verticales, un ensemble de fraisage comprenant support disposé à la partie inférieure dudit châssis, et des moyens pour provoquer un déplacement en translation verticale dudit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal en appliquant une force prédéterminée audit ensemble de fraisage par rapport audit châssis principal et des moyens d'ancrage du châssis principal sur les parois de ladite tranchée, lesdits moyens étant montés sur lesdites faces principales, ledit appareil étant caractérisé en ce que les moyens d'ancrage comprennent une pluralité d'éléments déformables solidaires desdites faces principales du châssis supérieur, et des moyens pour injecter un fluide sous pression dans lesdits éléments gonflables par quoi lesdits éléments gonflables appliquent une force entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée et des moyens pour permettre la sortie dudit fluide sous pression hors desdits éléments gonflables par quoi aucune force n'est transmise entre ledit châssis principal et les parois de la tranchée. Appareil de forage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une couche mécaniquement résistante et mobile sous l'effet gonflement des éléments gonflables est disposée sur la face des éléments gonflables tournée vers les parois la tranchée. 3. Appareil de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mobile est constituée par une pluralité de bandes de matériau élastiquement déformable dont les bords sont solidaires d'une face principale du châssis principal, au moins un élément gonflable étant interposé entre ladite bande et ladite face principale. 4. Appareil de forage selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche mobile est constituée par une plaque rigide reliée à ladite face principale des moyens mécaniques autorisant un déplacement de ladite plaque selon une direction orthogonale à ladite face principale, lesdits éléments gonflables étant interposés entre ladite face principale et ladite plaque. Appareil de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits éléments gonflables sont des coussins gonflables réalisés en un matériau étanche et élastiquement déformable.