EP0010037B1

EP0010037B1 - Tarière creuse pour le forage en vue du moulage de pieux en béton

Info

Publication number: EP0010037B1
Application number: EP19790400690
Authority: EP
Inventors: Jean-Marie Labrue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-09-27
Filing date: 1979-09-27
Publication date: 1982-12-01
Also published as: DE2964153D1; FR2437468B1; EP0010037A1; FR2437468A1

Description

La présente invention concerne les procédés d'injection du béton pour le moulage in situ des pieux dans des trous forés à la tarière continue.
On connaît déjà une technique pour forer des trous au moyen d'une tarière creuse par laquelle on injecte du béton après la fin du forage, en même temps qu'on retire la tarière.
Dans cette technique, on visse dans le sol la tarière creuse constituée par un corps cylindrique autour duquel est fixée une pale de forage hélicoïdale et qui est terminée par une pointe d'attaque amovible obturant l'extrémité inférieure ouverte du corps cylindrique.
A la fin du forage, on envoie de haut en bas du béton frais sous pression qui chasse cette pointe et on remonte la tarière à mesure de l'arrivée du béton pour remplir le trou foré avec du béton et réaliser le pieu désiré.
La pointe d'attaque amovible reste donc au fond du trou, en dessous du pieu, dans cette méthode. Elle n'est pas récupérable.
Une pointe perdue doit donc être mise en place sur la tarière lors de la réalisation de chaque pieu, et cette pointe ne peut, pour des raisons de prix de revient, être équipée d'outils d'attaque de très bonne qualité.
Pour remédier à cet inconvénient, on a déjà proposé des tarières creuses, composées de plusieurs éléments séparés destinés à être fixés bout à bout les uns aux autres, comprenant un corps cylindrique creux permettant l'écoulement du béton à l'intérieur de la tarière, pourvu à sa périphérie d'une pale de forage hélicoïdale et d'une pointe d'attaque à l'extrémité inférieure du corps cylindrique creux, apte à obturer cette extrémité pendant le forage, dans laquelle la pointe d'attaque est liée au corps cylindrique creux. La tarière creuse comprend aussi des moyens aptes à repousser la pointe pour dégager une ouverture à l'extrémité inférieure du corps cylindrique creux en vue de l'injection de béton, et aptes à maintenir la pointe solidaire du corps cylindrique creux lorsqu'elle est en position repoussée pendant le relevage de la tarière. La tarière comporte enfin des moyens pour transmettre à sa partie supérieure une indication de la pression exercée sur la pointe lors de l'injection du béton.
Une tarière de ce type, auquel appartient l'invention, a notamment été décrite dans le US-A-3 300 988. En outre, le corps cylindrique creux est composé d'une enveloppe extérieure et d'un tube intérieur de diamètre plus faible, des conduits s'étendant dans l'intervalle entre le tube intérieur et l'enveloppe extérieure, pour amener des boues ou de l'eau pour lubrifier le forage.
Dans ce document, la pointe est maintenue solidaire du corps cylindrique creux au moyen de quatre tirants verticaux. D'autre part, l'ouverture de l'extrémité obturée se réalise sous l'effet de la pression du béton injecté dans le corps cylindrique. La pointe est donc repoussée de façon purement passive.
Cette caractéristique n'est pas sans présenter des inconvénients; il n'est pas possible de connaître la pression réelle d'injection du béton, mais seulement la pression d'alimentation au sommet de la tarière. De plus, en raison de sa manoeuvre purement passive, il est impossible de détecter un mauvais abaissement de la pointe, par exemple lorsqu'un corps étranger tel qu'une pierre s'introduit entre partie fixe et partie mobile.
La présente invention propose, pour remédier à ces inconvénients, une nouvelle tarière, du type précité, qui permet le contrôle de l'abaissement de la pointe lors de l'injection du béton, et de la pression réellement exercée au point d'injection: ces deux facteurs sont déterminants pour la qualité du moulage du béton.
A cette fin, la pointe est rendue solidaire d'un des éléments d'un ensemble piston-cylindre placé à l'extrémité de forage de la tarière, l'autre élément de l'ensemble étant solidaire du corps cylindrique et des conduits hydrauliques étant prévus à l'intérieur du corps cylindrique creux pour amener de l'huile dans le cylindre pour exercer une poussée sur la pointe et indiquer la pression exercée sur la pointe.
De préférence, l'ensemble piston-cylindre est constitué par un vérin hydraulique à double effet, qui reçoit de l'huile sous pression pour tirer la pointe vers le haut contre l'extrémité du corps cylindrique, ou la repousser vers le bas.
Cette disposition selon l'invention, permet de ne pas perdre une pointe d'attaque dans chaque trou de forage. De plus elle présente un grand avantage pendant la phase d'injection du béton à la fin du forage car elle permet un contrôle aisé, en permanence, de la pression d'injection du béton. En effet, le béton exerce une pression sur la pointe formant clapet d'obturation et cette pression se transmet directement au circuit hydraulique d'alimentation du vérin de sorte qu'on peut mesurer la pression différentielle entre la poussée du béton sur la face intérieure de l'obturateur lorsqu'il sort de la tarière et la réaction sur la force externe du béton injecté.
Des étalonnages réalisés in situ en fonction du module de réaction du sol permettent de déterminer la plage de pression différentielle permettant un bon moulage du pieu de béton. Dans les tarières à injection de la technique antérieure, il était difficile de contrôler la pression du béton car on ne pouvait le faire qu'à la partie supérieure de la tarière, c'est-à-dire qu'on ne tenait pas compte du poids de la colonne de béton dans la mèche; par exemple, dans le cas des sols mous, il est très possible que le poids d'une colonne de béton de 20 mètres induise à la base une pression supérieure à la pression de fluage du sol et le capteur de pression en haut de la tarière mesure alors une pression d'injection nulle qui ne correspond pas à la réalité de ce qui se passe à la base.
Le corps de la tarière est constitué par une âme composée de deux tubes concentriques respectivement un tube intérieur et une enveloppe tubulaire extérieure, séparés et maintenus écartés l'un de l'autre par des entretoises placées dans l'intervalle entre les deux.
Les entretoises peuvent être séparées des tubes ou être solidaires de l'un ou l'autre des tubes.
On peut faire passer, sans dommages causés par le béton, des conduits hydrauliques entre le tube intérieur et l'enveloppe extérieure.
Par ailleurs, l'augmentation de diamètre de la tarière qui en résulte permet une augmentation du couple de forage; de plus, la rigidité au flambage de la tarière est augmentée grâce à la présence des deux tubes concentriques et des entretoises qui les maintiennent, surtout si celles-ci s'étendent sur toute la longueur de la tarière.
La tarière est de préférence composée de plusieurs éléments mis bout à bout et fixés l'un à l'autre par un système à baïonnette, chaque élément étant terminé par un embout présentant des doigts axiaux qui s'emboitent dans un embout correspondant d'un élément en vis à vis, et qui se verrouille axialement par rotation relative par rapport à cet autre embout grâce à un ensemble d'encoches (tenons et mortaises) prévues latéralement sur les doigts de chaque embout. Des nervures prévues sur le tube intérieur servent alors à claveter les embouts ainsi accrochés l'un à l'autre pour empêcher toute rotation relative des deux éléments de tarière après qu'ils aient été mis bout à bout, emboités et tournés.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront a la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:

- la figure 1 représente une demi-coupe longitudinale de la tarière selon l'invention en position de forage;
- la figure 2 représente une demi-coupe longitudinale de la tarière selon l'invention en position d'injection du béton,
- la figure 3 représente une vue schématique d'une installation de forage incorporant la tarière selon l'invention,
- la figure 4 représente une demi-coupe longitudinale d'une réalisation de tarière avec deux tubes concentriques,
- la figure 5 représente une coupe transversale du corps de la tarière de la figure 4;
- la figure 6 représente une coupe longitudinale suivant la ligne a-b de la figure 7 d'une injection entre deux éléments de tarière,
- la figure 7 représente une coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la figure 6.

La tarière de l'invention comprend un corps cylindrique creux 1 à la périphérie extérieure duquel est soudéeune pale de forage hélicoïdale 2 descendant jusqu'à l'extrémité inférieure du corps.
Cette extrémité inférieure est ouverte vers le bas mais peut être obturée par un clapet 3 constituant en même temps pointe d'attaque pour le forage. Cette pointe est pourvue de bords de coupe de bonne qualité pour effectuer un forage dans les meilleures conditions.
La pointe clapet 3 est mobile et peut soit venir en position d'obturation (figure 1) de l'extrémité du corps cylindrique, soit être repoussée vers le bas (figure 2) en position d'injection de béton.
Dans la position d'obturation, la pointe vient s'enclencher par un ergot 4 dans une mortaise 5 ménagée dans le corps cylindrique 2, ou par d'autres moyens aptes à solidariser en rotation la pointe et le corps cylindrique tout en conservant une obturation de ce dernier.
Les moyens permettant de repousser vers le bas la pointe 3 sont constitués par un ensemble piston-cylindre actionné hydrauliquement par un circuit d'huile s'étendant sur toute la longueur de la tarière à l'intérieur de celle-ci, de manière à pouvoir être connecté à une commande hydraulique à la surface du sol. Ce circuit hydraulique comprend une conduite 6 pour l'amenée d'huile sous pression dans un sens tendant à remonter la pointe en position d'obturation et une conduite 7 pour t'amenée d'huile sous pression en vue de la descente de la pointe.
L'ensemble piston-cylindre à double effet est logé dans une partie cylindrique élargie 8 à la base du corps cylindrique 1, de manière à ne pas réduire la section de passage du béton à l'intérieur de la tarière.
Cet ensemble comprend un cylindre fixé 9 vissé sur la paroi du corps cylindrique creux 1 et délimitant entre sa surface cylindrique extérieure et la paroi intérieure de la partie élargie 8 du corps cylindrique 1 une chambre 11 annulaire susceptible d'être remplie d'huile sous pression par le conduite 6 qui débouche dans cette chambre 11. Cette dernière est fermée à sa partie inférieure par un rebord annulaire 12 s'étendant transversalement à la paroi extérieure du cylindre 9.
Un piston 10 est susceptible de se déplacer dans cette chambre annulaire 11 en la divisant en une demi chambre supérieure dans laquelle débouche la conduite 7 et une demi chambre inférieure dans laquelle débouche la conduite 6. Le piston est à cet effet formé d'une paroi cylindrique terminée par un rebord annulaire transversal 13 qui effectue la séparation de la chambre 11 en deux demi chambres et sur lequel s'exerce la pression de fluide, d'un côté ou de l'autre pour déplacer le piston coaxiale- ment au cylindre 9.
A son autre extrémité, vers le bas, le piston 10 est solidaire de la pointe d'attaque 3.
Lorsque le piston 10 est en position haute maximum où il est repoussé par le fluide arrivant par la conduite 6, la pointe 3 obture l'extrémité ouverte du corps cylindrique 1 de la tarière, et le tenon 4 est engagé dans la mortaise 5. En position basse, le piston repousse la pointe 3 vers le bas en laissant libre des passages pour faire sortir le béton injecté. Le piston est rendu solidaire de la pointe par exemple par une nervure 14 autour de laquelle le passage est libre pour le béton lorsque la pointe est repoussée vers le bas.
L'équilibre de la pression d'huile entre les deux demi-chambres, lorsque le piston est en position basse (pointe repoussée), permet de mesurer la pression différentielle de la poussée du béton sur les deux surfaces de la pointe 3 pendant l'injection.
Il suffit pour cela de prévoir un capteur de pression dans le circuit hydraulique à la surface du sol. En effet, la pression différentielle exercée par le béton sur la pointe 3 dont on connaît la section est intégralement transmise dans la conduite 6.
La figure 3 représente une installation générale de forage mettant en oeuvre la tarière selon l'invention.
On voit un mât de forage 15 avec une table de rotation hydraulique 16 d'entraînement en rotation de la tarière 17, table de rotation qui coulisse le long du mat 15 et descend à mesure que le forage s'avance puis remonte lors de la coulée du béton. En haut de la tarière, au niveau de la table de rotation 16, on connecte une conduite 18 d'amenée de béton frais. Des conduites de circulation d'huile 19 et 20, respectivement reliées aux conduites 6 et 7 à l'intérieur de la tarière par un joint tournant 27, servant à amener de l'huile sous pression à l'ensemble du vérin hydraulique commande la pointe de la tarière. Dans ces conduites 19 et 20 sont placés des manomètres 21 et 22 respectivement, pour le contrôle de la pression différentielle d'injection de béton.
L'huile est fournie aux conduites par une pompe 23 et un distributeur 24, des réservoirs d'huile gradués 25 et 26 avec curseurs étant interposés entre le distributeur et les conduites 19 et 20 pour permettre le contrôle de l'abaissement de la pionte 3 lors de l'injection de béton; cet abaissement plus ou moins grand correspond en effet à une section plus ou moins grande de passage du béton dans le trou de forage et définit donc le débit du béton.
Aux figures 4 à 7 est décrite une réalisation de tarière dont le corps est composé de beux tubes concentriques.
Ce corps est visible à la figure 4.
Il se compose d'une enveloppe extérieure cylindrique 31 sur laquelle est soudée de manière classique une pale hélicoïdale 32 servant à effectuer le forage lorsque la tarière est enfoncée dans le sol, et d'un tube intérieur 34 concentrique à l'enveloppe extérieure 31, le diamètre extérieur du tube 34 étant inférieur au diamètre intérieur de l'enveloppe 31 de sorte qu'un espace est ménagé entre les deux tubes. Cet espace 35 est visible également à la figure 5 qui est une coupe transversale correspondant à la figure 4.
A la figure 5, on voit encore comment on peut loger dans les intervalles 35, entre les entretoises et les tubes, des conduits 39 servant à amener la pression hydraulique aux moyens de déplacement de la pointe d'attaque de la tarière (pointe non représentée), moyens qui sont situés en bas de la tarière.
Ces conduits 39 sont à l'abri des contraintes mécaniques susceptibles d'être provoquées par la présence du béton à l'intérieur du tube 34.
Si les entretoises 33 s'étendent sur toute la longueur des éléments de la tarière, celle-ci présente une excellente résistance au flambage comparativement à une simple tarière cylindrique creuse. De plus, le couple appliqué à la tarière peut être plus important compte tenu de l'augmentation de diamètre pour une même section de passage du béton.
Aux figures 6 et 7 est représentée la jonction entre deux éléments de tarière selon l'invention, éléments qui sont emboités et verrouillés par un système à baïonnette.
Au niveau de la jonction 36, le corps extérieur 31' de l'un des éléments de la tarière et le corps extérieur 31" de l'autre élément de la tarière comportent les embouts 37, 38 (fig. 4) qui sont mis bout à bout et emboités l'un dans l'autre, le corps 31' se terminant par des doigts en saillie dans la direction axiale, disposés circonférentiellement selon un diamètre inférieur ou égal au diamètre intérieur du corps 31" pour pouvoir pénétrer dans celui-ci; ces doigts 310' sur les figures 6 et 7, se prolongent à l'intérieur du corps 31' où ils forment des nervures (311') le long des parois du corps 31'; les doigts 310' et les nervures 311' qui les prolongent s'étendent circonférentiellement sur une partie seulement de la périphérie intérieure du corps, des espaces étant réservés entre ces nervures (311') pour laisser le passage à des doigts 310" correspondants, réalisés exactement de la même manière, du corps 31"; les doigts 310" du corps 31" peuvent donc s'étendre dans la direction axiale entre les nervures 11' prolongeant les doigts 310', tandis que les doigts 310' peuvent s'étendre dans le corps 31" entre les nervures 11" prolongeant les doigts 310". On peut donc ainsi réaliser un emboitement de l'élément 31' dans l'élément 31" au niveau de la jonction 36. Cependant, cet emboitement n'est pas un verrouillage et les éléments peuvent se déboiter à nouveau. Pour éviter ceci, on prévoit un système à baïonnette tel que les doigts 310' et 310" viennent s'encastrer l'un dans l'autre afin d'empêcher tout déplacement axial de l'élément 31' par rapport à l'élément 31". A cet effet, chaque doigt 310' ou 310" comporte un côté latéral encoché, en vis à vis d'un côté latéral encoché de manière complémentaire d'une nervure 311" ou 311' respectivement d'une manière telle qu'une rotation de l'élément 31' par rapport à l'élément 31", provoque un emboitement latéral des doigts 310' d'un élément dans les nervures 311" de l'autre élément et par conséquent un verrouillage dans la direction axiale puisque l'emboitement latéral des doigts 310' avec les nervures 311" prolongeant les doigts 310" se fait par engagement mutuel de bords latéraux encochés de manière complémentaire,
Pour achever le verrouillage en rotation et en translation des éléments 31' et 31", on prévoit que le tube intérieur 34 comporte à sa périphérie extérieure plusieurs nervures longitudinales 312 réparties de manière oue l'on puisse insérer exactement ces nervures 312 entre les doigts 310' et les nervures 311"; afin qu'entre les doigts 310" et les nervures 311" une fois que les éléments 31' et 31" ont été tournés dans leur position de verrouillage axiale. Par conséquent, après avoir effectué le ver- . rouillage axial des corps extérieurs 31' et 31", on insère axialement le tube intérieur 34 avec ses nervures exactement en place entre les doigts et nervures de chacun des éléments; il n'est alors plus possible de faire tourner les corps 31' et 31" relativement l'un par rapport à l'autre puisque les nervures 312 empêchent cette rotation. Ces nervures 312 peuvent être constituées par les entretoises 33 prévues entre le tube intérieur 34 et l'enveloppe extérieure 31 de la tarière.
Dans l'exemple représenté aux figurés 6 et 7, chaque corps comprend quatre doigts 310' ou 310" avec leurs prolongements 311', 311" à à l'intérieur du corps, ces doigts s'étendant sur un angle de 45° chacun de sorte qu'il y a toüt juste la place d'emboiter les doigts de l'un des corps entre les nervures prlongeant les doigts de l'autre corps, les encoches latérales des doigts et leurs prolongements ont une profondeur correspondant à la moitié de l'étendue circonférentielle de chaque doigt, de sorte qu'une fois que les doigts de l'un des corps sont émboités dans les prolongements des doigts de l'autre corps après rotation relative des deux corps, il reste pour les nervures 312 un espace correspondant à la moitié de 45° et on choisira donc des nervures ayant cette dimension circonférentielle et ayant pour dimension radiale la distance qui sépare le tube intérieur. du tube extérieur.
De préférence également, les doigts en saillie axiale et leurs prolongements à l'intérieur du corps ont une dimension radiale qui correspond à l'intervalle entre le tube intérieur et le tube extérieur de la tarière.
Les embouts 37, 38 ainsi constitués pour connecter deux éléments de tarière forment un obstacle au passage des conduits hydrauliques 39 prévus dans l'intervalle entre les deux tubes concentriques de la tarière.
On prévoit donc des passages percés, par exemple dans l'une des nervures 312 pour y faire passe les conduits 39 d'un élément de tarière à l'autre.

Claims

.1. Tarière creuse pour le forage de trous et le moulage de pieux en béton, composée de plusieurs éléments séparés destinés à être fixés bout à bout les uns aux autres, comprenant:
- un corps cylindrique creux (1) pourvu à sa périphérie d'une pale de forage hélicoïdale, (2),

― une pointe d'attaque (3) à l'extrémité inférieure du corps cylindrique creux (1), apte à obturer cette extrémité pendant le forage, ladite pointe d'attaque (3) étant liée au corps cylindrique creux (1) par des moyens aptes à repousser la pointe (3) pour dégager une ouverture à l'extrémité inférieure du corps cylindrique creux (1) en vue de l'injection de béton et aptes à maintenir la pointe (3) solidaire du corps cylindrique creux (1) lorsqu'elle est en position repoussée, pendant le relevage de la tarière, et

- un moyen pour transmettre à la partie supérieure de la tarière une indication de la pression exercée sur la pointe (3) lors de l'injection du béton, caractérisée par le fait que la pointe est rendue solidaire d'un des éléments d'un ensemble piston-cylindre (9, 10) placé à l'extrémité de forage de la tarière, l'autre élément de l'ensemble étant solidaire du corps cylindrique creux (1) et des conduits hydrauliques (6, 7, 39) étant prévus à l'intérieur du corps cylindrique creux (1) pour amener de l'huile dans le cylindre pour exercer une poussée sur la pointe (3) et indiquer la pression exercée sur la pointe (3).
2. Tarière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'ensemble piston-cylindre (9, 10) est constitué par un. vérin à double effet permettant de tirer vers le haut ou de repousser vers le bas la pointe (3).
3. Tarière selon l'une des revendications 1 et 2; caractérisée par le fait qu'il est prévu un moyen de contrôle (21, 22) de la pression différentielle d'injection du béton, par mesure de la pression d'huile dans le circuit hydraulique, (6, 7―19, 20), ce moyen restant à la surface du sol lors de l'enfoncement et du relevage de la tarière.
4. Tarière selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la partie inférieure du corps cylindrique creux (1) est élargie pour loger l'ensemble piston-cylindre (9, 10) sand gêner le passage du béton à l'intérieur du corps cylindrique creux (1).
5. Tarière selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le corps cylindrique creux (1) est composé d'une enveloppe extérieure (31) et d'un tube intérieur (34) de diamètre plus faible, des entretoises (33) étant placées dans l'intervalle entre les deux pour fixer la position radiale du tube intérieur (34) par rapport à l'enveloppe extérieure (31).
6. Tarière selon la revendication 5, caractérisée par le fait que les entretoises (34) s'étendent sur toute la longueur de la tarière.
7. Tarière selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée par le fait que les conduits hydrauliques (39) s'étendent dans l'intervalle entre le tube intérieur (34) et l'enveloppe extérieure (31).
8. Tarière selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait que les entretoises (33) sont soudées au tube intérieur (34).
9. Tarière selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée par le fait qu'elle est composée d'éléments séparés terminés chacun par un embout (37, 38) susceptible de s'emboîter dans un embout (37, 38) correspondant en vis-à-vis et de se verrouiller par rotation relative des éléments à la manière d'un système à baîonnette.
10. Tarière selon la revendication 9, caractérisée par le fait que chaque élément de tarière comporte à chaque extrémité des doigts en saillie (310') dans la direction axiale, disposés périphériquement selon un diamètre inférieur à celui de l'enveloppe extérieure (31') pour pouvoir pénétrer dans l'enveloppe extérieur (31") d'un tube en vis-à-vis, ces doigts (310') étant prolongés à l'intérieur du corps par des nervures (311') formées sur la paroi intérieure de l'enveloppe extérieure (31'), ces nervures (311') étant espacées les unes des autres à la périphérie intérieure de l'enveloppe extérieure (31') pour laisser passage aux doigts (310') et permettre l'emboîtement d'un élément de tarière dans l'autre.
11. Tarière selon la revendication 10, caractérisée par le fait que les doigts (310') comportent latéralement des encoches et que les nervures (311') prolongeant les doigts (310') comportent des encoches complémentaires permettant lorsque les éléments sont emboîtés, une rotation relative des éléments, mettant en prise les bords encochés des doigts (310') d'un élément avec les bords encochés des nervures (311") prolongeant les doigts (310") de l'autre. élément et immobilisant les éléments l'un par rapport à l'autre dans la direction axiale.
12. Tarière selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le tube intérieur (34) comporte des nervures extérieures longitudinales (312) susceptibles de venir s'engager, par coulissement axial, entre les doigts (310', 310") et nervures (311'. 311") après emboîtement et rotation relative des éléments, pour verrouiller les éléments en rotation.
13. Tarière selon la revendication 12, caractérisée par le fait que les nervures extérieures (312) du tube intérieur (34) sont percées pour le passage de conduits hydrauliques (39).