Brevet FR2862080A1 — publié le 20050513

APPAREIL DE FORAGE MUNI D'UN JOINT TOURNANT ET FOREUSE POUR PIEUX EQUIPEE D'UN TEL APPAREIL L'invention se rapporte à un appareil de forage comprenant un joint tournant et à une foreuse pour pieux équipée d'un tel appareil. Parmi les outils de forage pour pieux, il existe des foreuses utilisant une tarière continue. La tarière continue est une technique qui consiste à forer le sol à l'aide d'une vis sans fin composée d'une pale hélicoïdale à pas fixe ou variable entourée d'un tube destiné à l'injection de béton formant le pieu. Une fois la vis au fond du forage, le béton est envoyé à la pointe de l'outil et la tarière est remontée petit à petit tout en effectuant le bétonnage du forage. Dans un premier type de tarière, appelé type II , la pointe de la tarière ou un outil accessoire est perdu au fond du forage pour permettre le bétonnage. Dans un autre type de tarière appelé type III , un tube plongeur muni d'orifices de passage du béton est sorti du tube de forage au niveau de la pointe de la tarière. Cette technique permet d'augmenter l'homogénéité du béton car celui-ci est injecté en profondeur dabs le forage et conduit à améliorer la substitution du terrain par le béton. Les caractéristiques mécaniques du pieu sont donc meilleures, il présente en particulier un meilleur taux de travail, et apportent des économies par rapport au type Il par réduction des dimensions du pieu de l'ordre de 10 à 20%. Classiquement, le béton est injecté à travers la tarière par l'intermédiaire d'un joint tournant placé entre la conduite de pompage du béton et le sommet du tube plongeur intérieur à la tarière. Les modes de rentrée et de sortie du tube plongeur sont connus. Soit en mode mécanique par l'intermédiaire d'un tube continu intérieur et coaxial au tube de la tarière, actionné par des vérins extérieurs par le haut de la vis, soit par un dispositif hydraulique autonome radiocommandé et embarqué sur la tarière. L'utilisation de joints tournant hydrauliques est également connue mais limitée à ce jour à la table de rotation, c'est-à-dire au moteur hydraulique entraînant la rotation de la tarière. Ce système ne permet cependant pas le déplacement de la table de rotation par rapport au tube dit canoto destiné à augmenter la profondeur de forage en fonctionnant comme une rallonge de tige de forage. Pour résoudre ces problèmes, la présente invention propose de permettre la réalisation des fonctions hydrauliques de rotation de la tarière et d'injection de béton sans démontage de l'appareil. Plus précisément, l'invention a pour objet un appareil de forage comprenant au moins: - une tarière munie d'une pale extérieure hélicoïdale et d'un tube interne plongeur, - un dispositif d'alimentation en béton relié au tube interne plongeur pour injecter du béton au coeur de la tarière, - un dispositif de commande afin de sortir axialement le tube interne plongeur pour injecter du béton en profondeur, et - un dispositif de mise en rotation axiale de la tarière, dans lequel un joint tournant double est disposé entre le dispositif d'alimentation en béton et le tube interne de la tarière et est relié hydrauliquement au dispositif de mise en rotation pour actionner ledit tube interne plongeur. Selon, des modes de réalisations préférés de l'invention: - le joint tournant double comporte une partie tournante solidaire du dispositif de mise en rotation par l'intermédiaire d'un tube de prolongement axial de la tarière, - un fluide hydraulique issu d'un circuit hydraulique du dispositif de mise en rotation de la tarière circule dans des flexibles reliés à la partie tournante du joint tournant double, - l'appareil comprend en outre une boite de dégagement de flexibles placée entre le joint tournant double et le dispositif de mise en rotation; - la partie mobile du joint tournant double comporte un canal interne longitudinal pour transporter le fluide hydraulique, tel que de l'huile, des flexibles vers un vérin hydraulique appartenant au dispositif de commande du tube interne plongeur; - le dispositif d'alimentation en béton comprend au moins un col de cygne placé au-dessus du joint tournant double et aboutissant dans celui-ci; - le joint tournant double comporte une partie fixe en rotation solidaire du col de cygne; - la partie fixe est constituée par une bride amont vissée, une bague interne d'étanchéité et un manchon externe au travers duquel sont réalisés des alésages d'alimentation en fluide lubrifiant, et des alésage et communiquant avec les flexibles; et - la partie mobile est constituée par une bride aval solidaire d'un manchon interne, l'ensemble étant mobile en rotation par rapport au manchon externe et à la bague d'étanchéité, en particulier grâce à des roulement à rouleaux à portée conique. L'invention se rapporte également à une foreuse pour pieux comprenant un appareil de forage tel que défini précédemment. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple qui représentent respectivement: - la figure 1, une vue de côté d'un appareil de forage conforme à la présente invention et comprenant notamment une tarière verticale, - la figure 2, une vue de détail d'une partie basse de la tarière, - la figure 3, une vue en perspective d'un joint tournant double dont est équipé l'appareil de la présente invention, - la figure 4, une vue de dessus du joint, et - la figure 5, une vue en coupe selon la ligne AA de la figure 4. La figure 1 montre un appareil de forage vertical référencée 1 et appelé foreuse. Comme cela est également représenté sur la figure 2, cette foreuse 1 comprend une tarière continue 2 munie d'une pâle extérieure hélicoïdale 3 à pas fixe, un tube externe (non représenté) dit tube décrotteur entourant la pâle hélicoïdale 3 notamment pour lui servir de guide et pour le dégagement de la terre au moment du bétonnage, et un tube plongeur interne 5 disposé au coeur de la tarière. La tarière 2 peut tourner autour de son axe principal d'allongement XX' à l'aide d'un dispositif de mise en rotation 6, appelé table de rotation. Cette table de rotation 6 est placée à l'extrémité haute 2a de la tarière 2, tandis qu'un outil de forage 7 est placé en extrémité basse 2b de la dite tarière 2 afin de creuser le sol. L'actionnement du tube plongeur interne 5 en translation verticale est réalisé à l'aide d'un vérin hydraulique 8 alimenté en fluide tel que de l'huile. L'huile hydraulique est en effet véhiculée de la table de rotation 6 vers un joint tournant double 20 par l'intermédiaire de conduites flexibles 9a et 9b reliées à une boite de dégagement 10 permettant aux flexibles de suivre le mouvement de haut en bas dudit joint tournant et d'un tube de prolongement 11 auquel il est raccordé. Ce tube de prolongement 11 permet de pousser le tube interne 5 prolongé par l'outil de forage 7 afin d'augmenter la profondeur de forage. Les flexibles 9a et 9 b sont donc en fait en deux parties, une partie reliant la table de rotation 6 à la boite de dégagement 10 et une partie reliant la boite de dégagement au joint tournant. A cet effet, comme illustré plus en détail sur les figure 3 à 5, les flexibles 9a et 9b communiquent avec des orifices 21a et 21b du joint tournant 20. Par exemple, les orifices 21a et 21b peuvent être décalés angulairement de sensiblement 90 (un quart de tour), comme illustré sur la vue en perspective de la figure 3. Le joint tournant est constitué de deux parties différentes, une première partie fixe 22 solidaire d'un col de cygne 12 d'alimentation en béton, et une partie mobile en rotation 24 solidaire du tube de prolongement 11, appelé également canoto . La partie fixe 22 est en réalité constituée par une bride amont vissée 22a, une bague interne d'étanchéité 22b et un manchon externe 22c au travers du quel sont réalisés des alésages 22d d'alimentation en fluide lubrifiant, et les alésage 21a et 21b communiquant avec les flexibles 9a ou 9b. La partie mobile 24 est en réalité constituée par une bride aval 24a solidaire d'un manchon interne 24b pouvant tourner par rapport au manchon externe 22c et à la bague d'étanchéité 22b, en particulier grâce à des roulement à rouleaux à portée conique 25. Ces orifices 9a et 9b communiquent alternativement, selon la position angulaire de la partie mobile 24 par rapport à la partie fixe 22, avec un canal interne longitudinal 26 traversant une partie du manchon interne 24b et la totalité de la bride aval 24a. Ce canal longitudinal 26 permet d'alimenter le vérin hydraulique 8 à l'aide de l'huile issue de la table de rotation 6. Le fonctionnement de l'appareil de forage 1 conforme à la présente invention est le suivant: Pour forer un trou dans le sol, en particulier en vue de réaliser un pieux rigide, par exemple de soutènement d'un pont ou d'une dalle, la tarière 2 est appliquée sur le sol par la foreuse 1, par exemple sensiblement verticalement. La table de rotation 6 fait alors tourner la tarière 2 tandis que le vérin hydraulique 8 pousse verticalement. Le tube de prolongement 11 lié au joint tournant double 20 permet à l'outil de forage 7 de creuser plus profond que le bas de la pâle hélicoïdale 3. La boite de dégagement 10 accompagne les mouvements verticaux des flexibles 9a et 9b. Une fois l'orifice réalisé dans le sol, le tube plongeur interne 5 est retiré et du béton est injecté par le col de cygne 12 directement au coeur de la tarière 2, par l'intermédiaire du joint tournant double 20. L'invention permet ainsi, tout en conservant une liaison hydraulique entre la foreuse 1 et le vérin hydraulique 8 du tube plongeur interne 5, de désaccoupler la table de rotation 6 du tube de prolongement 11 en faisant effectuer par exemple un quart de tour à la table de rotation 6 et donc au joint tournant double 20 lorsque la tarière 2 est complètement vissée dans le sol. La remontée de la table de rotation 6, pendant que la tarière 2 est encore dans le sol, est alors possible et son ré- accouplement en haut du tube de prolongement 11 permet de continuer le forage sur la hauteur dudit tube de prolongement. Il doit être bien entendu toutefois que cet exemple de réalisation est donné qu'à titre d'illustration de l'objet de l'Invention dont il ne constitue en aucune manière une limitation. Ainsi, le pas de la pale hélicoïdale peut être variable axialement. REVENDICATIONS 1. Appareil de forage (1) comprenant au moins: - une tarière (2) munie d'une pale extérieure hélicoïdale (3) et 5 d'un tube interne plongeur (5), - un dispositif d'alimentation en béton (12) relié au tube interne plongeur (5) pour injecter du béton au coeur de la tarière (2), - un dispositif de commande (8) afin de sortir axialement le tube interne plongeur (5) pour injecter du béton en profondeur, et - un dispositif de mise en rotation (6) axiale de la tarière (2), caractérisé en ce qu'un joint tournant double (20) est disposé entre le dispositif d'alimentation en béton (12) et le tube interne (5) de la tarière (2) et est relié hydrauliquement au dispositif de mise en rotation (6) pour actionner ledit tube interne plongeur (5). 2. Appareil de forage selon la revendication 1, dans lequel le joint tournant double (20) comporte une partie tournante (24) solidaire du dispositif de mise en rotation (6) par l'intermédiaire d'un tube (11) de prolongement axial de la tarière (2). 3. Appareil de forage selon la revendication 2, dans lequel un fluide hydraulique issu d'un circuit hydraulique du dispositif de mise en rotation (6) de la tarière (2) circule dans des flexibles (9a, 9b) reliés à la partie tournante (24) du joint tournant double (20). 4. Appareil selon la revendication 3, comprenant en outre une boite de dégagement de flexibles (10) placée entre le joint tournant double 25 (20) et le dispositif de mise en rotation (6). 5. Appareil selon la revendication 3 ou 4, dans lequel la partie mobile (24) du joint tournant double (20) comporte un canal interne longitudinal (26) pour transporter le fluide hydraulique, tel que de l'huile, des flexibles (9a, 9b) vers un vérin hydraulique (8) appartenant au dispositif de commande (8) du tube interne plongeur (5). 6. Appareil de forage selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'alimentation en béton comprend au moins un col de cygne (12) placé au-dessus du joint tournant double (20) et aboutissant dans celui-ci. 7. Appareil de forage selon la revendication 6, dans lequel le joint tournant double comporte une partie fixe en rotation (22) solidaire du col de cygne (12). 8. Appareil de forage selon les revendication 3 et 6 ou 7, dans lequel la partie fixe (22) est constituée par une bride amont vissée (22a), une bague interne d'étanchéité (22b) et un manchon externe (22c) au travers duquel sont réalisés des alésages (22d) d'alimentation en fluide lubrifiant, et des alésage (21a) et (21b) communiquant avec les flexibles (9a; 9b). 9. Appareil de forage selon la revendication 8, dans lequel la partie mobile (24) est constituée par une bride aval (24a) solidaire d'un manchon interne (24b), l'ensemble étant mobile en rotation par rapport au manchon externe (22c) et à la bague d'étanchéité (22b), en particulier grâce à des roulement à rouleaux à portée conique (25). 10. Foreuse pour pieux comprenant un appareil de forage (1) 15 selon l'une quelconques des revendications précédentes.