Brevet FR3041023A1 — publié le 20170317

Arrière-plan de l'invention La présente invention a trait au domaine du forage dans le sol, notamment en vue de fabriquer des fondations, comme par exemple des écrans continus constitués d'éléments de paroi de béton juxtaposés. Elle concerne plus précisément une machine de forage pour réaliser des excavations dans le sol, et plus particulièrement dans des terrains durs. L'invention concerne notamment une machine de forage pour réaliser une excavation dans un sol selon une direction de forage sensiblement verticale, ladite machine de forage comportant : un support ayant une direction longitudinale sensiblement verticale; un module de forage muni d'organes de coupe, le module de forage étant mobile en translation par rapport au support selon la direction longitudinale du support ; un dispositif de déplacement, disposé entre le support et le module de forage, pour déplacer le module de forage par rapport au support selon la direction longitudinale du support. Ce type de machine de forage est généralement utilisé pour forer dans des terrains durs, par exemple dans du granite. Le dispositif de déplacement permet d'exercer une poussée complémentaire sur les outils de forage, qui a pour but de faciliter l'excavation. Un autre intérêt est de piloter avec précision la poussée exercée sur les organes de coupe. Il est connu que le forage de terrains durs conduit à l'apparition de vibrations dans le module de forage, qui se propagent dans toute la machine et qui peuvent endommager la structure de la machine de forage. Cela est notamment le cas lorsque la machine de forage est une fraise. Les outils de coupe rotatifs ne sont pas en permanence en contact avec le terrain : ils le percutent à chaque fois que le tambour fait un tour. La superposition de tous ces chocs se traduit par des vibrations de la 3041023 2 machine de forage. Ces chocs sont d'autant plus violents que le terrain est dur. Objet et résumé de l'invention 5 Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant une machine de forage qui soit plus robuste pour forèr en terrain dur. L'invention atteint son but par le fait que le dispositif de déplacement comporte des moyens d'amortissement pour amortir les 10 vibrations générées par le module de forage lors de la réalisation du forage. Les vibrations générées du fait des chocs subis par les organes de coupe lors du forage sont donc amorties par les moyens d'amortissement qui sont disposés entre le module de forage et le support. Aussi, grâce à 15 l'invention, les vibrations générées par le module de forage sont amorties et n'affectent ni les organes de coupe, ni le support, ce qui permet avantageusement de ne pas endommager la machine de forage. Selon l'invention, le dispositif de déplacement présente la double fonction de déplacer le module de forage par rapport au support, et 20 d'amortir les vibrations générées par les organes de coupe du module de forage. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de déplacement comporte au moins un vérin hydraulique, connecté au support et au module de forage, et les moyens d'amortissement comprennent un 25 dispositif d'amortissement hydraulique relié fluidiquement au vérin hydraulique. Le vérin hydraulique est avantageusement disposé entre le support et le module de forage. Il permet tout d'abord de pouvoir déplacer en translation le module de forage par rapport au support. 3041023 3 On comprend que, dans ce premier mode de réalisation, l'amortissement est réalisé de manière hydraulique, grâce au dispositif d'amortissement hydraulique. Ce dernier comporte de préférence, mais non exclusivement, un accumulateur à ressort avec au moins un gicleur. 5 Lors d'un choc, l'huile contenue dans une des chambres du vérin hydraulique est comprimée et s'écoule à travers le gicleur vers l'accumulateur à ressort, pour amortir la montée en pression de l'huile, ce qui permet de réaliser l'amortissement. De préférence, le débit de fuite du gicleur et la précontrainte du ressort de l'accumulateur à ressort sont 10 réglables à distance, ce qui permet de régler le coefficient d'amortissement et la résistance en recul des vérins en fonction du poids appliqué sur les organes de coupe. Selon une variante préférentielle, le module de forage comporte une section inférieure portant les organes de coupe, et une section 15 supérieure qui traverse longitudinalement ledit support, la section supérieure étant montée coulissante par rapport audit support et présentant une extrémité supérieure reliée à l'extrémité inférieure d'un câble de sustentation. On comprend donc que le module de forage est suspendu au câble 20 de sustentation. Ce dernier est de préférence actionné à l'aide d'un treuil relié à un porteur. Encore de préférence, l'extrémité supérieure de la section supérieure fait saillie au-delà de l'extrémité supérieure du support. De préférence, le support est un châssis dont les dimensions transversales, considérées dans un plan perpendiculaire à la direction 25 longitudinale, sont sensiblement égales ou inférieures aux dimensions transversales du module de forage, et le châssis comporte un dispositif d'ancrage apte à bloquer le déplacement du support par rapport aux parois de l'excavation. Le dispositif d'ancrage permet notamment de bloquer le déplacement vertical de la machine de forage dans le sol. 3041023 4 Aussi, selon l'invention, on peut immobiliser le châssis dans le sol tout en contrôlant le déplacement vertical du module de forage à l'aide du câble de sustentation. Le dispositif d'amortissement hydraulique absorbe les vibrations qui ne sont pas transmises au châssis. 5 Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le dispositif de déplacement comporte au moins un vérin hydraulique qui est disposé entre le support et le module de forage, et les moyens d'amortissement comportent un organe ressort disposé entre le support et le module de forage. On comprend que l'organe ressort est disposé parallèlement au 10 vérin hydraulique. L'organe ressort est de préférence, mais pas nécessairement coaxial au vérin. L'organe ressort comporte de préférence un ressort. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le support comprend un mât ; les organes de coupe sont situés à l'extrémité 15 inférieure d'une barre du module de forage, et le dispositif de déplacement comprend un chariot monté au mât de manière coulissante selon la direction longitudinale du mât, le chariot coopérant avec ladite barre pour déplacer la barre avec le module de forage selon la direction longitudinale du mât. 20 La barre, traditionnellement appelée Kelly, et le mât sont sensiblement parallèles et s'étendent selon une direction sensiblement verticale. On comprend que le déplacement du chariot a pour effet de déplacer le module de forage par rapport au support. De façon particulièrement avantageuse, le chariot comporte les 25 moyens d'amortissement. Aussi, grâce à l'invention, les vibrations générées par le module de forage ne sont pas transmises au mât, ni au véhicule porteur qui le supporte. Selon une variante avantageuse, le chariot comporte une première 30 partie montée coulissante au mât et une deuxième partie coopérant avec 3041023 5 la barre, et les moyens d'amortissement sont disposés entre les première et deuxième parties du chariot. Les première et deuxième parties sont préférentiellement montées coulissantes l'une par rapport à l'autre selon la direction longitudinale du 5 mât. De préférence, les moyens d'amortissement comportent un organe ressort disposé entre les première et deuxième parties du chariot. L'organe ressort est de préférence composé d'un amortisseur avec un ressort coaxial. Selon une alternative, les moyens d'amortissement 10 comportent un dispositif d'amortissement hydraulique du même type que celui mentionné ci-dessus. Avantageusement, en combinaison avec l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits ci-dessus, le module de forage comporte en outre un dispositif anti-balancement pour empêcher un mouvement horizontal du 15 module de forage pendant la réalisation du forage. Avantageusement, le dispositif anti-balancement comporte des patins déployables disposés sur les bords latéraux du module de forage et configurés pour venir en appui contre au moins l'une des parois de l'excavation. 20 Un intérêt est d'empêcher le dandinement du module de forage, ce qui permet d'éviter que la trajectoire de forage ne dévie par rapport à la trajectoire désirée, ainsi que les mouvements inutiles des organes de coupe. Avantageusement, la machine de forage comporte en outre un 25 dispositif de régulation du coefficient d'amortissement des moyens d'amortissement. Un intérêt est de pouvoir adapter les moyens d'amortissement à la nature du terrain et à la poussée exercée sur les organes de coupe. Avantageusement, ladite machine de forage est une fraise dont les 30 organes de coupe comportent deux paires de tambours qui sont rotatifs 3041023 6 autour d'axes de rotation parallèles, distincts et perpendiculaires à la direction longitudinale du support. Brève description des dessins 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre un premier mode de réalisation de la machine de forage selon l'invention dans lequel le dispositif de 10 déplacement comporte des vérins hydrauliques ; - la figure 2 illustre un exemple des moyens d'amortissement du dispositif de déplacement de la figure 1 ; - les figures 3A et 3B illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens d'amortissement 15 comprennent des ressorts disposés entre le châssis et le module de forage ; et les figures 4A et 4B illustrent un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif de déplacement comporte un chariot monté à un mât de manière coulissante. 20 Description détaillée de l'invention Sur la figure 1 on a illustré un premier mode de réalisation de la machine de forage 10 selon la présente invention. Cette machine de forage 10 est utilisée pour réaliser une excavation E dans un sol S selon 25 une direction de forage F qui est sensiblement verticale. La machine de forage 10 comporte un support 12 ayant une direction longitudinale L qui est sensiblement verticale dans cet exemple. La machine de forage 10 comporte en outre un module de forage 14 muni d'organes de coupe 16. Dans cet exemple, la machine de forage 10 30 est une fraise dont les organes de coupe 16 comporte deux paires de 3041023 7 tambours 18, 20 munis de dents de coupe 22, les deux paires de tambours 18, 20 étant respectivement montés rotatifs autour d'axes de rotation A, B qui sont parallèles, distincts et perpendiculaires à la direction longitudinale L du support 12. 5 Le module de forage 14 comporte une section inférieure 24 qui porte les organes de coupe 16, et notamment les tambours 18, 20. La section inférieure 24 comporte en outre un module de pompage 26 qui a pour fonction d'aspirer les fragments de sol excavé afin de les évacuer en surface. 10 Le module de forage 14 comporte en outre un dispositif anti- balancement 30 pour empêcher un mouvement horizontal du module de forage 14 pendant la réalisation du forage. Ce dispositif anti-balancement comporte des patins déployables 32, 34 qui sont disposés sur les bords latéraux 24a, 24b de la section inférieure 24 du module de forage 14. 15 Ces patins déployables sont agencés pour coopérer avec des parois de l'excavation lorsqu'ils sont déployés horizontalement. Les patins déployables 32, 34 sont actionnés par des vérins (non représentés ici) disposés dans la section inférieure 24 du module de forage 14. Le module de forage 14 comporte en outre une section supérieure 20 40, qui s'étend verticalement au-dessus de la section inférieure 24, la section supérieure 40 présentant ici la forme d'une barre qui traverse longitudinalement le support 12. Dans cet exemple, le support 12 est un châssis qui comporte des organes de guidage 42 à l'intérieur desquels la section supérieure 40 est montée coulissante. On comprend donc que la 25 section supérieure 40 est montée coulissante par rapport au châssis 13 selon une direction sensiblement verticale, en conséquence de quoi le module de forage 14 est mobile en translation par rapport au support 12. Dans ce premier mode de réalisation, le module de forage est donc mobile en translation par rapport au support selon la direction de forage 30 F, qui est sensiblement verticale. 3041023 8 La section supérieure 40 du module de forage 14 présente une extrémité supérieure 40a qui fait saillie au-delà de l'extrémité supérieure 12a du support 12, cette extrémité supérieure 40a étant reliée à l'extrémité inférieure 50a d'un câble de sustentation 50. Ce câble de 5 sustentation 50 est relié à l'extrémité supérieure d'un porteur (non représenté ici) connu par ailleurs. La machine de forage 10 comporte en outre un dispositif de déplacement 60 qui est disposé entre le support 12 et le module de forage 14, et qui a pour fonction de déplacer le module de forage 14 par 10 rapport au support 12 selon la direction longitudinale du support. Autrement dit, le dispositif de déplacement permet de déplacer le module de forage par rapport au support selon la direction de forage F, qui est sensiblement verticale. Dans le premier mode de réalisation, le dispositif de déplacement 15 60 comporte une paire de vérins hydrauliques 62, 64 qui relient le support 12 à la section inférieure 24 du module de forage 14. On comprend donc que les vérins hydrauliques 62, 64 sont connectés au support 12 et au module de forage 14, de sorte que leur actionnement permet de déplacer verticalement le module de forage par rapport au 20 support 12. Conformément à l'invention, le dispositif de déplacement 60 comporte en outre des moyens d'amortissement 70 pour amortir les vibrations générées par le module de forage 14 lors de la réalisation du forage. 25 Sur la figure 2, on a illustré de manière schématique la machine de forage 10 selon le premier mode de réalisation de l'invention, ainsi que les moyens d'amortissement 70. Ces derniers comportent un dispositif d'amortissement hydraulique 72 qui est relié fluidiquement aux vérins hydrauliques 62, 64. Dans cet exemple, le dispositif d'amortissement 30 comprend un accumulateur à ressorts 74 et le gicleur 77. Lors d'un choc 3041023 9 subi par les organes de coupe 16, l'huile contenue dans les grandes chambres 62a, 64a des vérins hydrauliques 62, 64 est comprimée et s'écoule vers l'accumulateur à ressorts 74, à travers le gicleur 77 ce qui va amortir la montée en pression de l'huile, ce qui permet de réaliser 5 l'amortissement. Les moyens d'amortissement 70 comportent en outre un dispositif 76 de régulation du coefficient de la raideur des moyens d'amortissement et plus précisément de la raideur de l'accumulateur à ressort 74. Ils comportent également des moyens pour réguler le débit de fuite à travers le gicleur 77 de manière à réguler le coefficient 10 d'amortissement des moyens d'amortissement. Aussi, lors d'un choc, les vibrations générées par les organes de coupe ne sont pas transmises au support 12. Selon un autre aspect de l'invention, le châssis 13 comporte un dispositif d'ancrage 80 qui est apte à bloquer le déplacement du support 15 12 par rapport aux parois de l'excavation. Ce dispositif d'ancrage 80 comporte une pluralité de patins d'ancrage déployables référencés 82 qui sont configurés pour prendre appui sur les plus grandes faces de l'excavation afin d'immobiliser le support 12 dans l'excavation. A l'aide des figures 3A et 3B, on va maintenant décrire un 20 deuxième mode de réalisation de la machine de forage 110 selon l'invention. Les caractéristiques identiques à celles du premier mode de réalisation portent la même référence numérique augmentée de la valeur cent. La machine de forage 110 illustrée en figure 3A comporte donc un dispositif de déplacement 160 qui relie le support 112 au module de 25 forage 114. Dans cet exemple, le module de forage 114 comporte une plateforme 115 qui porte des tambours rotatifs 118, 120. Le dispositif de déplacement 160 comporte une paire de vérins 162, 164 qui relient l'extrémité inférieure 112b du support 112 à la plateforme 115. L'actionnement des vérins hydrauliques 162, 164 permet de déplacer en 3041023 10 translation le module de forage 114 par rapport au support 112 selon la direction de forage F. Dans ce deuxième mode de réalisation, les moyens d'amortissement 170, bien visibles sur la figure 3B, comportent les vérins 5 hydrauliques 162, 164 ainsi que deux organes d'amortissement 163, 165 qui sont disposés entre le support 112 et le module de forage 114. Dans cet exemple, les organes d'amortissement 163, 165 comportent des ressorts 167, 169 qui entourent les vérins hydrauliques 162, 164. L'association des ressorts 167, 169 et des vérins hydrauliques 10 162, 164 constitue donc les moyens d'amortissement qui permettent d'amortir les moyens d'amortissement qui ont pour fonction d'amortir les vibrations générées par le module de forage 114 lors de la réalisation du forage, et par voie de conséquence, d'empêcher la transmission des vibrations au support 212. Sans sortir du cadre de l'invention, les ressorts 15 167, 169 pourraient être disposés à côté des vérins hydrauliques 162, 164 sans être coaxiaux. A l'aide des figures 4A et 4B, on va maintenant décrire un troisième mode de réalisation de la machine de forage 210 selon la présente invention. Là encore, les éléments identiques à ceux du premier 20 mode de réalisation portent la même référence numérique augmentée de la valeur deux cents. Dans ce troisième mode de réalisation, la machine de forage 210 comporte un porteur à chenilles 211 auquel est fixé le support 212, qui prend ici la forme d'un mât longitudinal qui s'étend verticalement. 25 Les organes de coupe 216 du module de forage 214 sont situés à l'extrémité inférieure 213a d'une barre longitudinale du module de forage, traditionnellement appelée Kelly. Le dispositif de déplacement 260 est disposé entre le mât 212 et la barre 213 du module de forage 214, et a pour fonction de déplacer le 30 module de forage 214 par rapport au mât 212 selon la direction 3041023 11 longitudinale L du mât. Pour ce faire, le dispositif de déplacement 260 comporte un chariot 271, mieux visible sur la figure 4B, qui est monté au mât 212 de manière coulissante selon la direction longitudinale L du mât. Le chariot 271 coopère avec la barre 213 pour déplacer le module de 5 forage 214 selon la direction longitudinale du mât. Dans cet exemple, le chariot 271 comporte un dispositif de solidarisation permettant de solidariser la barre 213 avec ledit chariot 271 de façon que le déplacement du chariot 271 selon la direction longitudinale L du mât 212 entraîne le déplacement concomitant du module de forage 214 selon la 10 direction de forage. Le déplacement du chariot 271 vers le haut et vers le bas est assuré dans cet exemple par un organe de déplacement 273 comprenant des câbles 275 et 277 fixés de part et d'autre du chariot 271. On comprend que le chariot 271 est déplacé vers les extrémités 15 supérieures et inférieures du mât 212 grâce à la traction exercée par les câbles 275 et 277, lesquels sont actionnés par un ou plusieurs treuils (non représentés ici) disposés sur le porteur, de tels treuils étant bien connus par ailleurs. Le chariot 271 comporte une première partie 281 qui est fixée au 20 mât 212 de manière coulissante, cette première partie 281 étant reliée à l'extrémité du câble 275. Le chariot 271 comporte en outre une deuxième partie 283 qui porte la barre 213 tout en étant montée coulissante par rapport à la première partie du chariot selon la direction longitudinale de la barre 213. 25 Selon l'invention, le dispositif de déplacement 260 comporte en outre des moyens d'amortissement 270 pour amortir les vibrations générées par le module de forage 214 lors de la réalisation du forage. Ces moyens d'amortissement 210 sont disposés entre les première et deuxième parties 281, 283 du chariot 271. On comprend donc que, dans 3041023 12 ce deuxième mode de réalisation, c'est le chariot 271 du dispositif de déplacement 260 qui comporte les moyens d'amortissement 270. Dans cet exemple, les moyens d'amortissement 270 constituent dans cet exemple une suspension qui comporte un ou plusieurs 5 amortisseurs hydrauliques 262 reliant la première partie 281 à la deuxième partie 283 du chariot 271, ces amortisseurs étant associés de façon parallèle à des ressorts 263 On comprend que, lors du forage, les vibrations générées par les organes de coupe 216 sont transmises le long de la barre 213 jusqu'à la 10 deuxième partie 283, pour être ensuite absorbées par les moyens d'amortissement 270, de sorte que les vibrations ne sont pas transmises à la première partie 281, ni au mât 212. Sans sortir du cadre de l'invention, les ressorts 263 pourraient être disposés à côté des amortisseurs 262 sans être coaxiaux. REVENDICATIONS1. Machine de forage (10,110,210) pour réaliser une excavation dans un sol (S) selon une direction de forage (F) sensiblement verticale, ladite machine de forage (10,110,210) comportant : un support (12,112,212) ayant une direction longitudinale (L) ; un module de forage (14,114,214) muni d'organes de coupe (16,116,216) , le module de forage étant mobile en translation par rapport au support (12,112,212) selon la direction longitudinale (L) du support ; un dispositif de déplacement (60,160,260), disposé entre le support (12,112,212) et le module de forage (14,114,214), pour déplacer le module de forage (14,114,214) par rapport au support (12,112,212) selon la direction longitudinale (L) du support ; caractérisée en ce que le dispositif de déplacement (60,160,260) comporte des moyens d'amortissement (70,170,270) pour amortir les vibrations générées par le module de forage (14,114,214) lors de la réalisation du forage. 2. Machine de forage selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de déplacement (60,260) comporte au moins un vérin hydraulique (62,64,262), reliant le support au module de forage, et dans laquelle les moyens d'amortissement comprennent un dispositif d'amortissement hydraulique (72,272) relié fluidiquement au vérin hydraulique (62,64 ; 262). 3. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le module de forage (14) comporte une section inférieure (24) portant les organes de coupe (16), et une 3041023 14 section supérieure (40) qui traverse longitudinalement ledit support (12), la section supérieure (40) étant montée coulissante par rapport audit support (12) et présentant une extrémité supérieure (40a) reliée à l'extrémité inférieure (50a) d'un câble de sustentation 5 (50). 4. Machine de forage (110) selon la revendication 3, dans laquelle le support est un châssis (13) dont les dimensions transversales, considérées dans un plan perpendiculaire à la direction 10 longitudinale, sont sensiblement égales ou inférieures aux dimensions transversales du module de forage, et dans laquelle ledit châssis comporte un dispositif d'ancrage (80) apte à bloquer le déplacement du châssis (13) par rapport aux parois de l'excavation. 15 5. Machine de forage (110) selon la revendication 1, dans laquelle le dispositif de déplacement comporte au moins un vérin hydraulique qui est disposé entre le support et le module de forage, et dans laquelle les moyens d'amortissement (170) comportent un organe ressort disposé entre le support (112) et le module de forage (114). 20 6. Machine de forage selon la revendication 5, dans laquelle l'organe ressort (163,165) comporte un ressort (167,169). 7. Machine de forage (210) selon la revendication 1, dans laquelle le 25 support comprend un mât ( 212), dans laquelle les organes de coupe sont situés à l'extrémité inférieure (213a) d'une barre (213) du module de forage, et dans laquelle le dispositif de déplacement (260) comprend un chariot (271) monté au mât ( 212 de manière coulissante selon la direction longitudinale (L) du mât ( 212), le 3041023 15 chariot (271) coopérant avec ladite barre (213) pour déplacer le module de forage (214) selon la direction longitudinale du mât. 8. Machine de forage selon la revendication 7, dans laquelle le chariot 5 (271) comporte les moyens d'amortissement (270). 9. Machine de forage (210) selon la revendication 8, dans laquelle le chariot (271) comporte une première partie (281) montée au mât (213) de manière coulissante et une deuxième partie (283) 10 coopérant avec la barre (213), et dans laquelle les moyens d'amortissement (270) sont disposés entre les première et deuxième parties (281,283) du chariot (271). 10.Machine de forage selon la revendication 9, dans laquelle les 15 moyens d'amortissement (270) comportent un vérin hydraulique (262) couplé à un dispositif d'amortissement hydraulique (272). 11. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le module de forage (14) comporte en 20 outre un dispositif anti-balancement (30) pour empêcher un mouvement horizontal du module de forage (14) pendant la réalisation du forage. 12. Machine de forage selon la revendication 11, dans laquelle le 25 dispositif anti-balancement (30) comporte des patins déployables (32,34) disposés sur les bords latéraux (24a,24b) du module de forage et agencés pour coopérer avec des parois de l'excavation. 13. Machine de forage selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce qu'elle comporte en outre un 304 102 3 16 dispositif (76) de régulation du coefficient d'amortissement des moyens d'amortissement (70). 14.Machine de forage (10,110,210) selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, dans laquelle ladite machine de forage (10,110,210) est une fraise dont les organes de coupe (16,116,216) comportent deux paires de tambours qui sont rotatifs autour d'axes de rotation (A,B) parallèles, distincts et perpendiculaires à la direction longitudinale (L) du support ( 12, 112, 212). 10