Brevet FR2950086A1 — publié le 20110318

La présente invention a pour objet le domaine des machines d'excavation et de découpe de sol à fraises rotatives permettant notamment de réaliser des parois moulées dans le sol. Pour réaliser de telles parois moulées, il est tout d'abord nécessaire de creuser une tranchée dont la géométrie correspond à la paroi à réaliser. Ensuite, on remplit la tranchée avec un coulis ou un béton éventuellement muni d'armatures pour obtenir la paroi moulée. Lorsque la paroi présente une certaine profondeur et qu'elle doit être réalisée avec une grande précision, on utilise le plus souvent des machines d'excavation du type fraise dans les lesquelles la tête de coupe est équipée de deux ensembles rotatifs munis d'outils d'excavation. Ces outils, sous l'effet de la poussée verticale, désagrègent le terrain ou la roche, ce qui produit d'importantes quantités de déblais. Lors de l'opération de forage, la tranchée est maintenue remplie de liquide de forage. Les déblais de forage présents dans le liquide de forage sont ensuite évacués hors de la tranchée par pompage. En se référant aux figures annexées 1 et 2, on va décrire un exemple de réalisation de machine d'excavation de type connu. Sur la figure 1, on a représenté un ensemble d'excavation 9 qui comprend un porteur 10 muni d'une flèche 12. Sur l'extrémité 14 de la flèche 12, passent des câbles de sustentation 16 à l'extrémité 18 desquels est montée la machine d'excavation 20 proprement dite. Cette machine 20 comprend un châssis vertical 22 à l'extrémité inférieure duquel est montée une tête de coupe 24. La tête de coupe est essentiellement constituée par deux ensembles rotatifs de coupe 26 et 28 à axes de rotation horizontaux, X-X' parallèles entre eux. De préférence, chaque ensemble rotatif de coupe est constitué par deux fraises ou tambours montés symétriquement sur le châssis. La machine d'excavation comporte également, pour permettre la remontée des déblais, une bouche d'aspiration 30 disposée à l'extrémité inférieure du châssis entre les deux ensembles rotatifs de coupe 26 et 28, une conduite d'aspiration 32 reliant la bouche d'aspiration 30 à un dispositif d'aspiration 34, par exemple une pompe, et un conduit 36 qui permet d'aspirer le liquide de forage contenant les déblais en vue de l'évacuer vers une installation de ecupeidLiue. En sutfuee, une autre conduite également prevue pour remplir fa tranchée avec le liquide de forage. Dans les machines d'excavation connues, les tambours cylindriques tournent à l'intérieur d'un volume de boue constitué en partie basse de deux demi cylindres créés par la découpe réalisée par les outils d'excavation montés sur les tambours, ce volume s'étendant essentiellement jusqu'au bord inférieur du châssis. On comprend donc que les déblais sont transportés par le mouvement de rotation des tambours et par le flux de liquide de forage aspiré par la bouche d'aspiration. Il a cependant été constaté que les particules excavées, les déblais, ont tendance à stagner dans une zone de stagnation Z1Z' située au-dessus des tambours. En outre, les déblais ont tendance à sédimenter entre les tambours et le terrain, gênant ainsi considérablement l'action des outils de coupe, ce qui a pour conséquence de réduire fortement le rendement de l'excavation. Un objet de l'invention est de proposer une machine d'excavation ayant un rendement d'excavation amélioré. L'invention atteint son but par le fait que la machine d'excavation comporte en outre un déflecteur monté à l'extrémité inférieure du châssis tout en couvrant au moins l'un des tambours. Grâce à ce déflecteur, on élimine les zones de stagnation en partie haute du volume de boue s'étendant autour des tambours. De plus, grâce au déflecteur, l'écoulement du liquide de forage est guidé autour des ensembles rotatifs de coupe, ce qui permet d'éliminer davantage de déblais dans la mesure où l'on contraint le liquide de forage à circuler entre les outils de coupe et le terrain. Autrement dit, on empêche le liquide de forage de s'écouler immédiatement dans la bouche d'aspiration avant d'avoir pu charrier une quantité suffisante de déblais. Grâce à l'invention, les déblais sont donc plus rapidement évacués et, par voie de conséquence, n'ont pas tendance à sédimenter. On comprend donc que le déflecteur selon l'invention permet d'améliorer sensiblement le rendement d'évacuation des déblais, en conséquence de quoi, le rendement d'excavation de la machine est également sensiblement amélioré. De manière préférentielle, le déflecteur est fixé à la tête de 35 Pt-1- eut c de pt éfer ic déflecteur recouvre tous les tambours. Par ailleurs, pour améliorer la circulation du liquide de forage sous les tambours avant son aspiration par la bouche d'aspiration, le déflecteur est avantageusement monté au dessus de la bouche d'aspiration. Avantageusement, les dimensions transversales du déflecteur sont légèrement inférieures aux dimensions transversales des ensembles rotatifs de coupe. Une telle conformation du déflecteur améliore encore le guidage du liquide de forage vers l'extérieur des tambours. Selon une mode de réalisation préféré, le déflecteur présente au moins une portion courbée qui s'étend tangentiellement par rapport aux tambours de l'un des ensembles rotatifs. Dans ce mode de réalisation, les tambours portent des dents de coupe et la portion courbée est avantageusement disposée légèrement au dessus de l'extrémité radiale des dents de coupe. Autrement dit, la forme du déflecteur est avantageusement choisie pour que ce dernier épouse la forme cylindrique des tambours. De préférence, l'étendue angulaire de la portion courbée, vers l'extérieur des ensembles rotatifs de coupe, est comprise entre 30 et 80°, de préférence entre 30° et 60°, cette étendue angulaire étant considérée entre deux plans sécants contenant l'axe de rotation de l'ensemble rotatif associé, l'un des deux plans étant vertical, ou à tout le moins parallèle à la direction longitudinale du châssis. La valeur de cette étendue sera choisie de manière à ne pas 25 gêner l'action des tambours. De préférence, la portion courbée s'étend aussi vers une zone intérieure comprise entre les deux ensembles rotatifs de coupe, de préférence tout en couvrant la bouche d'aspiration. Selon une variante, la tête de coupe comporte une plaque de 30 support portant les ensembles rotatifs, et le déflecteur est fixé de manière démontable à ladite plaque. On précise que les ensembles rotatifs de la machine sont avantageusement contrarotatifs, de préférence de manière à faire remonter tes déblais entre les deux ensembles rotatifs vers la bouche 35 d'aspiration. On précise également que le déflecteur peut être constitué en une ou plusieurs parties. Au sens de l'invention, par châssis, on entend également une barre de type kelly à l'extrémité inférieure de laquelle sont montés les 5 ensembles rotatifs de coupe. La présente invention porte également sur un ensemble d'excavation pour le forage d'une tranchée dans un sol, comportant : - une machine d'excavation selon l'invention ; - des moyens pour déplacer la machine d'excavation selon une 10 direction verticale des moyens pour alimenter la tranchée en liquide de forage pendant le forage, le déflecteur étant arrangé de manière à guider le liquide tangentiellement dans le sens de rotation des tambours. Selon une première variante, les moyens pour déplacer la machine 15 d'excavation selon une direction verticale comprennent une flèche fixée à un porteur, la machine d'excavation étant suspendue verticalement à l'extrémité de ladite flèche. Selon une autre variante, les moyens pour déplacer la machine d'excavation selon une direction verticale comprennent un mât (de 20 préférence vertical) fixé à un porteur, le châssis étant constitué par une barre (kelly) à l'extrémité inférieure de laquelle est fixée la machine d'excavation, lesdits moyens comprenant en outre un chariot monté coulissant le long du mât tout en étant destiné à être fixé à ladite barre. Dans cette variante, le déplacement du chariot entraine le déplacement de 25 la machine d'excavation. Ainsi, dans ces deux variantes de réalisation, on force le liquide de forage à circuler entre les outils de coupe et le terrain avant d'être aspiré par la bouche d'aspiration, grâce à quoi on améliore le charriage des déblais et le rendement de l'ensemble d'excavation. 30 De préférence, le liquide de forage est une boue de forage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées, sur lesquelles : 35 05 figures 1 et 2 déjà oéciites montrent un ensemble d'excavation de type connu la figure 3 est une vue de face d'une machine d'excavation selon l'invention comportant un déflecteur; la figure 4 est une vue de côté de la machine d'excavation de la figure 3 ; et la figure 5 est une vue en coupe de la machine d'excavation prise selon le plan V-V de la figure 3. Sur les figures 3 et 4 on a représenté un exemple d'une machine d'excavation 100 selon l'invention destinée à remplacer la machine d'excavation 20 de l'ensemble d'excavation des figures 1 et 2. Conformément à la présente invention, la machine d'excavation 100 se distingue de celle de la figure 2 en ce qu'elle comporte en outre un déflecteur 200 monté à l'extrémité inférieure 22a du châssis 22 couvrant, en l'espèce, les tambours 26a,26b,28a,28b de la tête de coupe. Comme on le voit sur ces figures, la tête de coupe comporte une plaque de support 40 fixée au châssis 22 par un dispositif articulé 42. Cette plaque de support 40 porte les ensembles rotatifs 26,28 ainsi que la bouche d'aspiration 30. Dans cet exemple, le déflecteur 200 est fixée à cette plaque de support 40 de manière à former une jupe débordant latéralement sur tout le pourtour de la plaque de support 40 de manière à couvrir les tambours 26a,26b,28a,28b. En outre, on constate sur la figure 3 que le déflecteur 200 est disposé au dessus de la bouche d'aspiration 30. Un intérêt d'une telle disposition sera explicité ci-après. Comme on le voit mieux sur la figure 5, le déflecteur présente une longueur L et une largeur 1 qui sont légèrement inférieures aux dimensions transversales de la tête de coupe, c'est-à-dire que la largeur 1 du déflecteur 200 est légèrement inférieure à la longueur axiale (E2) des ensembles rotatifs 26,28 et que la longueur L du déflecteur est légèrement inférieure à l'encombrement transversal El des ensembles rotatifs, étant entendu que ces dimensions sont considérées dans un plan orthogonal à la direction longitudinale P du châssis 22, ou encore dans un plan parallèle à un plan contenant les axes de rotation des ensembles rotatifs de caupc 26,28. On comprend par ailleurs que les dimensions transversales de la tête de coupe correspondent sensiblement aux dimensions transversales Tx, Ty de la tranchée T. Bien évidemment, les dimensions du déflecteur peuvent être adaptées à chaque taille de tambours. Le déflecteur 200 présente par ailleurs plusieurs portions courbées 210 qui s'étendent tangentiellement par rapport aux tambours 26a,26b,28a,28b. En outre ces portions courbées sont disposées légèrement au-dessus de dents de coupe 31 qui font radialement saillie à la périphérie des tambours. Comme on le voit sur la figure 3, l'étendue angulaire 13 de ces portions courbées vers l'extérieur des ensembles rotatifs de coupe, est, dans cet exemple, de 45°. Pour chaque ensemble rotatif, cette étendue angulaire est considérée entre deux plans Q1, Q2 contenant l'axe de rotation X dudit ensemble rotatif, l'un des deux plans, ici le plan Q1, étant orthogonal à la plaque de support 40. Les portions courbées 210 s'étendent également vers une zone intérieure, comprise entre les deux ensembles rotatifs de coupe 26, 28, tout en couvrant la bouche d'aspiration 30. A l'aide de la figure 3, on va maintenant expliquer plus en détail un intérêt principal du déflecteur 200. Comme on l'a mentionné ci-dessus, lors de la réalisation de la tranchée T, on remplit la partie de la tranchée déjà formée d'un liquide de forage, en l'espèce une boue de forage qui permet notamment d'évacuer les déblais hors de la tranchée. Cette boue de forage permet également d'éviter que la partie 25 de la tranchée déjà excavée ne s'effondre en maintenant une pression hydrostatique sur les parois de la tranchée T. On comprend donc que la tranchée est maintenue remplie par la boue de forage tout au long de l'opération d'excavation, la dite boue étant aspirée par la bouche d'aspiration 30 en vue d'être évacuée par la 30 conduite 36. Le flux de boue de forage s'écoulant depuis le haut vers le bas de la tranchée T est illustré par les flèches F, tandis que le flux de boue de forage refoulé est illustré par les flèches G. Grâce au déflecteur 200, le flux de boue de forage descendant F est dévié pour être amené tangentiellement au niveau des tambours 35 26a,26b d'une part, 28a,28b d'autre part. On précise que les tluÂ FI et F2 de boue de forage vont dans le même sens que le sens de rotaUon de chacun des ensembles rotatifs de coupe. Les flèches F1 et F2 représentent les flux secondaires de boue de forage déviés par le déflecteur qui s'écoulent ensuite autour des tambours de chacun des deux ensembles rotatifs 26,28. On précise que les flux F1 et F2 de boue de forage vont dans le même sens que le sens de rotation de chacun des ensembles rotatifs de coupe. Ces flux secondaires de boue de forage F1, F2 s'écoulant au dessus du déflecteur 200 empêchent avantageusement les déblais de stagner au dessus des tambours. Comme on le voit, le déflecteur permet de forcer la boue de forage à circuler entre les dents de coupe 31 et le terrain, et ce avant d'atteindre la bouche d'aspiration 30. En effet, cette dernière étant disposée en dessous du déflecteur 200, la boue de forage ne peut l'atteindre avant d'avoir circulé autour des tambours. Un tel guidage permet donc d'entraîner de façon optimale les déblais afin de les évacuer rapidement hors de la tranchée.