EP3119939B1

EP3119939B1 - Outillage de forage et bétonnage pour la réalisation d'un pieu en béton dans le sol, et procédé correspondant.

Info

Publication number: EP3119939B1
Application number: EP15715343.8A
Authority: EP
Inventors: Bruno DEMARCQ; Steve Ako; David EGGLESDEN
Original assignee: Soletanche Freyssinet SA
Current assignee: Soletanche Freyssinet SA
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2035-03-18
Also published as: FR3018834B1; FR3018834A1; HUE044288T2; EP3119939A1; WO2015140468A1; ES2728132T3

Description

Domaine technique

La présente invention concerne la réalisation de pieux en béton dans le sol.

Arrière-plan de l'invention

Pour la réalisation de pieux en béton dans le sol, il est courant d'utiliser des tarières comprenant une lame hélicoïdale enroulée autour d'une âme centrale et munies d'un outil de coupe à leur extrémité inférieure.
La tarière est tout d'abord descendue dans le sol puis, une fois la perforation achevée, du béton est injecté sous pression à travers l'âme centrale en même temps que la tarière est remontée.
Un exemple de tarière continue est décrit dans la demande de brevet français FR 2 566 813 .
Avec un tel outillage, tous les déblais ne sont pas extraits du sol au fur et à mesure de la perforation. Au moins une quantité de sol correspondant à l'encombrement de l'outillage remonte, de fait, durant la perforation, mais les espaces entre les spires de la lame hélicoïdale restent, elles, constamment remplies de déblais. Ces déblais ne sont extraits que lors de la remontée de la tarière, ce qui engendre un certain nombre de difficultés. Du fait du frottement entre les déblais et la lame hélicoïdale, le couple de rotation résistant de la tarière augmente avec la profondeur de sol perforé, diminuant progressivement l'efficacité de la perforation. En outre, notamment en cas de sol cohérent, l'outil de coupe situé à l'extrémité inférieure de la tarière reste entouré de déblais qui diminuent l'efficacité de la coupe du terrain. A cause de cela, dans l'outillage divulgué dans le fascicule de brevet allemand DE 195 03 177 C1 , une tarière a été divulguée dont l'âme centrale comprend non seulement un conduit d'injection de béton, mais aussi un conduit d'injection de fluide de traitement.
Il existe donc un besoin de fournir un outillage et un procédé pour la réalisation d'un pieu en béton dans le sol, qui permettent de remédier aux problèmes de l'art antérieur énoncés ci-dessus.

Objet et résumé de l'invention

La présente invention vise à répondre à ce besoin.
Selon l'invention, un outillage de forage et bétonnage pour la réalisation d'un pieu en béton dans le sol comprend une âme centrale s'étendant selon une direction axiale et entourée d'une lame hélicoïdale, un outil de coupe disposé à une extrémité inférieure de l'outillage, un conduit d'injection de béton muni d'au moins un orifice d'injection de béton et un circuit d'injection d'un fluide de traitement comprenant au moins un orifice d'injection de fluide au voisinage de l'outil de coupe.
Selon l'invention, pour limiter l'encombrement de l'outillage, le circuit d'injection de fluide communique avec le conduit d'injection de béton pour pouvoir être alimenté par ledit conduit.
L'outillage selon l'invention permet un nettoyage de l'outil de coupe tout au long de la perforation par injection d'un fluide de traitement sous pression au voisinage de l'outil. Les problèmes de bourrage et les arrêts intempestifs lors de la mise en oeuvre sont ainsi évités.
Dans le cadre de la présente invention, on désigne par surface de coupe la surface de terrain marquant la fin de la perforation à un instant donné.
L'outillage selon l'invention permet, grâce à l'injection de fluide de traitement, de dégager les déblais recouvrant la surface de coupe et de guider ces déblais vers le haut, entre les spires de la lame hélicoïdale. L'outil de coupe est ainsi amené en contact avec du sol non coupé, améliorant l'efficacité et donc la vitesse de perforation.
De plus, en se mélangeant avec le fluide de traitement, le sol s'allège et génère moins de frottement que le terrain brut. Le couple de rotation de l'outillage est donc limité, améliorant l'efficacité de la perforation.
Dans le présent exposé, un fluide de traitement peut être tout fluide différent du béton. Le fluide de traitement peut par exemple être de l'air. Il peut aussi être une mousse.
On dit que le fluide est injecté au voisinage de l'outil de coupe par exemple lorsqu'il est injecté à une distance de l'outil équivalent à moins de 5% de la longueur axiale de l'outillage de forage et bétonnage, ladite distance étant mesurée dans la direction axiale de l'outillage. Généralement, cette distance est inférieure au pas de la lame hélicoïdale.
L'orifice d'injection de béton est, lui-aussi, généralement situé au voisinage de l'extrémité inférieure de l'outillage.
Dans le présent exposé, sauf précision contraire, une direction axiale est une direction parallèle à l'axe de l'âme centrale de l'outillage de forage et bétonnage. En outre, une direction radiale est une direction perpendiculaire à l'axe de l'âme centrale et coupant cet axe.
On définit également un sens de coupe de l'outillage comme le sens de rotation de l'outillage de forage et de bétonnage en phase de forage (lorsque l'outillage est descendu dans le sol). On définit, enfin, l'avant et l'arrière, en référence à ce sens de coupe, l'avant étant dirigé dans le sens de coupe.
Selon un exemple, la lame hélicoïdale s'étend sur toute la longueur axiale de l'âme centrale, formant une tarière continue. Dans ce cas, et comme indiqué dans l'introduction de la présente demande, tous les déblais sont extraits une fois la tarière remontée.
Comme indiqué précédemment, l'injection de fluide de traitement au voisinage de l'outil de coupe permet, à vitesse de rotation identique, d'obtenir une vitesse de perforation plus importante qu'avec les tarières de l'art antérieur. Le nombre de tours de «vis» nécessaires pour atteindre une profondeur donnée est réduit. Dans le cas particulier d'une tarière continue, cela conduit à une quantité moins importante de déblais remontés au cours de la perforation, ce qui est favorable à une plus grande compacité du terrain encaissant, et donc à une meilleure portance du pieu. L'injection de fluide de traitement peut permettre, dans ce cas, une diminution de plus de 30%, de préférence 50%, du volume total de déblais excavés au cours du forage.
Selon un autre exemple, au contraire, la lame hélicoïdale peut s'étendre sur une portion axiale limitée de l'âme centrale, de préférence depuis son extrémité inférieure sur une longueur axiale représentant moins de 20% de la longueur axiale totale de l'âme. Cette configuration est courante dans la réalisation de pieux dits refoulés, dans laquelle le sol est déplacé radialement et compacté sur tout le pourtour du trou de forage.
Selon un exemple, l'outillage selon l'invention est agencé pour pouvoir passer d'une première position dans laquelle l'orifice d'injection de béton est au moins partiellement obturé et le circuit d'injection de fluide est ouvert à une deuxième position dans laquelle l'orifice d'injection de béton est ouvert.
L'orifice d'injection de béton présente généralement une section plus importante que celle de l'orifice d'injection de fluide.
De préférence, l'orifice d'injection de béton présente une largeur minimale au moins deux fois supérieure à celle de l'orifice d'injection de fluide.
La largeur d'un orifice doit s'entendre ici comme la distance séparant deux faces opposées dudit orifice. La largeur minimale est ainsi la plus petite largeur mesurable entre deux faces opposées de l'orifice. Dans le cas d'un orifice circulaire par exemple, la largeur de l'orifice correspond à son diamètre. Dans le cas d'un orifice de section rectangulaire, la largeur de l'orifice correspond à la distance entre ses deux faces les plus longues.
Par exemple, l'orifice d'injection de béton présente une largeur minimale supérieure à 60mm, de préférence supérieure à 80mm, permettant notamment le passage des gravillons contenus dans le béton.
L'orifice d'injection de fluide présente avantageusement une largeur minimale inférieure à 30mm, de préférence inférieure à15mm, permettant l'injection du fluide de traitement à une pression suffisante.
De préférence, le circuit d'injection de fluide de traitement comprend au moins un orifice d'amenée de fluide formé dans l'âme centrale et débouchant dans une direction radiale de ladite âme.
Dans certains modes de réalisation, l'orifice d'amenée de fluide est distinct de l'orifice d'injection de béton.
L'orifice d'amenée de fluide peut déboucher au-dessus ou en-dessous de la lame hélicoïdale, avantageusement directement au-dessus ou en-dessous de la première spire de la lame.
L'orifice d'amenée de fluide peut déboucher directement à l'extérieur. Il constitue alors un orifice d'injection de fluide, au niveau duquel le flux de fluide est injecté dans le sol dans une direction sensiblement radiale.
De façon avantageuse cependant, le circuit d'injection de fluide comprend un dispositif de déviation de fluide disposé entre l'orifice d'amenée de fluide et l'orifice d'injection de fluide, le dispositif de déviation étant configuré de sorte qu'au niveau de l'orifice d'injection de fluide, le fluide s'écoule dans une direction sensiblement tangentielle à l'âme centrale en étant orienté dans le sens de coupe. Grâce à ces dispositions, l'injection de fluide dans le sol peut être localisée de manière optimale.
Selon un exemple, l'outil de coupe comprend, à la périphérie de l'âme centrale, au moins un organe de coupe comportant une série de dents de coupe réparties dans une direction principale de l'organe de coupe s'étendant sensiblement radialement.
Dans ce cas, de préférence, le dispositif de déviation est configuré de sorte qu'au niveau de l'orifice d'injection, l'écoulement de fluide est réparti dans la direction principale de l'organe de coupe, de préférence réparti sensiblement régulièrement sur toute son étendue. Le dispositif de déviation permet ainsi de répartir le flux de fluide sur une largeur maximale de l'outil de coupe, optimisant l'efficacité du forage, en particulier dans le cas d'outillages de grand diamètre.
Encore plus préférentiellement, le dispositif de déviation est configuré de sorte qu'en sortie de l'orifice d'injection, le fluide s'écoule de façon à venir frapper l'outil de coupe.
Selon un exemple, le dispositif de déviation comprend un boîtier muni d'une entrée reliée à l'orifice d'amenée de fluide et d'une paroi formant déflecteur, adaptée à refouler le fluide provenant de ladite entrée en direction de l'outil de coupe. Le boîtier peut par exemple être disposé à l'arrière de l'organe de coupe. Il peut ainsi, en plus, remplir une fonction de raidisseur de l'organe généralement soumis à d'importantes sollicitations mécaniques.
Selon un exemple de réalisation, l'âme centrale comprend une tige tubulaire portant la lame hélicoïdale et le conduit d'injection de béton est un tube plongeur comportant ledit au moins un orifice d'injection de béton sur sa partie inférieure, le tube plongeur étant agencé pour pouvoir coulisser axialement à l'intérieur de la tige tubulaire entre la première et la deuxième position. Un tube plongeur de ce type est déjà connu de la demande de brevet FR 2 566 813 citée précédemment.
Dans ce cas, l'orifice d'amenée de fluide est avantageusement formé dans la tige tubulaire de façon à communiquer avec l'orifice d'injection de béton dudit tube plongeur, dans la première position de l'outillage (état rétracté du tube plongeur par exemple). L'orifice d'amenée de fluide peut notamment être agencé en regard de l'orifice d'injection de béton, dans ladite position. L'invention concerne également une machine de forage et bétonnage pour réaliser un pieu en béton dans le sol, comportant un outillage de forage et bétonnage tel que défini précédemment, des moyens pour alimenter en béton le conduit d'injection de béton, et des moyens pour alimenter en fluide de traitement le circuit d'injection de fluide.
Selon une disposition préférée déjà évoquée, le conduit d'injection de béton est relié à des moyens de stockage et de pompage de béton d'une part, et à des moyens de stockage et de pompage de fluide de traitement d'autre part, pour pouvoir être alimenté alternativement par l'un et l'autre, selon l'étape réalisée (forage ou bétonnage).
Selon un exemple, la machine de forage comporte en outre un châssis muni d'un mât longitudinal, l'âme centrale de l'outillage de forage et bétonnage s'étendant parallèlement au mât, et des moyens pour déplacer l'outillage de forage et bétonnage par rapport au mât en translation selon la direction longitudinale du mât et en rotation autour de l'axe de l'âme centrale.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un pieu en béton dans le sol, dans lequel on introduit dans le sol l'outillage de forage et bétonnage susmentionné, en le tournant et en injectant le fluide de traitement sous pression au voisinage de l'outil de coupe, ce par quoi le sol est découpé ; et, dans une étape de bétonnage, on remonte l'outillage en injectant du béton dans le sol par ledit outillage, de manière à former un pieu en béton, le fluide de traitement et le béton étant injectés par le même conduit d'injection de l'outillage de forage et bétonnage.
Selon un exemple, l'outillage comprend un conduit d'injection de béton muni d'au moins un orifice d'injection de béton et un circuit d'injection d'un fluide de traitement comprenant au moins un orifice d'injection de fluide au voisinage de l'outil de coupe, au moins une partie de l'étape de forage étant réalisée avec l'outillage dans une première position dans laquelle l'orifice d'injection de béton est au moins partiellement obturé et le circuit d'injection de fluide est ouvert et l'étape de bétonnage est réalisée avec l'outillage dans une deuxième position dans laquelle l'orifice d'injection de béton est ouvert.
L'injection de fluide de traitement sous pression dans le sol peut avantageusement débuter au démarrage du forage. Elle peut être poursuivie durant tout le forage ou, selon le type de terrain rencontré, être stoppée avant la fin du forage.
Selon un exemple particulier de mise en oeuvre, moins de 30%, de préférence moins de 15%, des déblais liés au forage sont remontés à la surface du sol lors du forage. Les déblais sont soit remontés lors de la remontée de l'outillage, c'est-à-dire pendant le bétonnage, soit refoulés radialement vers l'extérieur du trou de forage et compactés.
Plusieurs exemples de réalisation et de mise en oeuvre sont décrits dans le présent exposé. Toutefois, sauf précision contraire, les caractéristiques décrites en liaison avec un exemple de réalisation et de mise en oeuvre quelconque peuvent être appliquées à un autre exemple de réalisation ou de mise en oeuvre.

Brève description des dessins

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, de plusieurs exemples représentés à titre non limitatif. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 illustre une machine de forage selon un exemple de réalisation de la présente invention ;
La figure 2 montre l'extrémité inférieure de l'outillage de forage et bétonnage de la figure 1, en vue de face ;
La figure 3 est une vue de dessous de l'outillage de forage et bétonnage de la figure 1 ;
La figure 4A est une vue en coupe selon IV-IV de la figure 3, sur laquelle le tube plongeur est illustré en position rétractée ;
La figure 4B est une vue en coupe partielle selon IV-IV de la figure 3, sur laquelle le tube plongeur est illustré en position déployée ;
La figure 5 est une vue en perspective, de dessous, de l'outillage de forage et bétonnage de la figure 1 ;
Les figures 6A et 6B illustrent respectivement l'étape de forage et l'étape de bétonnage, lors de la réalisation du pieu en béton au moyen de l'outillage de la figure 1 ;
La figure 7 est une vue de détail de l'extrémité supérieure de l'outillage de forage et bétonnage de la figure 1 ;
La figure 8 illustre une variante de réalisation de l'outillage selon l'invention.

Description détaillée d'exemples de réalisation

Sur la figure 1, on a représenté une machine de forage et bétonnage 10 selon l'invention, qui permet de réaliser dans le sol S un pieu 100 en béton.
La machine de forage 10 comprend un châssis 12 sur lequel est monté, généralement de façon articulée, un mât de forage 14. Sur le châssis 12 sont habituellement montés d'autres équipements tels que le pupitre de commande 16 de la machine de forage 10.
De façon connue, le mât de forage 14 sert de glissière de guidage pour un outillage de forage et bétonnage 18 selon l'invention.
Des moyens sont prévus, sur la machine 10, pour déplacer l'outillage 18 par rapport au mât 16. De manière connue, ces moyens comportent un chariot 20 mobile selon la direction longitudinale du mât 14, ainsi qu'une tête de rotation hydraulique 22 montée sur le chariot 20. La tête de rotation hydraulique 22 est destinée à venir se fixer à l'outillage de forage et bétonnage 18, et est adaptée à le mettre en rotation pour réaliser la perforation du sol S.
Pour la suite, on définit une extrémité inférieure 18b de l'outillage 18 dirigée vers le sol en position prêt à forer, et une extrémité supérieure 18a dudit outillage, dirigée vers le ciel dans la même position.
L'outillage 18 comprend une âme centrale 24 s'étendant selon une direction axiale X et entourée d'une lame hélicoïdale 30, ainsi qu'un outil de coupe 50 disposé à son extrémité inférieure 18b et qui permet le découpage du sol lors de l'étape de forage.
Dans l'exemple particulier illustré, l'âme centrale 24 de l'outillage 18 comporte une tige tubulaire 26 formée de préférence par une pluralité de tubes tels que 26i (voir la figure 1) et s'étendant dans la direction longitudinale X.
La tige tubulaire 26 est fixée par son extrémité supérieure à la tête de rotation hydraulique 22.
Comme indiqué précédemment et comme illustré notamment sur les figures 1 et 2, elle porte, sur sa surface externe, une première lame de forme hélicoïdale 30 s'étendant ici sur toute sa hauteur axiale, formant une tarière continue. Dans l'exemple, elle comprend aussi une deuxième lame hélicoïdale 32, décalée de 180 degrés par rapport à la première lame continue 30 et s'étendant depuis l'extrémité inférieure de la tige 26 sur une portion très courte, équivalent à une spire.
Dans l'exemple, comme illustré sur les figures 1 et 4, un tube plongeur 34, formant conduit d'injection de béton, s'étend longitudinalement à l'intérieur de la tige tubulaire 26. Comme illustré sur les figures 1 et 7, l'entrée du tube plongeur 34, en saillie par rapport à l'extrémité supérieure de la tige tubulaire 26, est fixée à une plateforme support 36 montée sur le chariot 20.
L'entrée du tube est par ailleurs reliée, par un raccord tournant 38, à une conduite d'alimentation en béton 40 reliée à des moyens de stockage et de pompage de béton 42, notamment une pompe à béton alimentée par une toupie.
La structure et le fonctionnement du tube plongeur 34 sont bien connus du document FR 2 566 813 .
De manière connue, le tube 34 est monté coulissant à l'intérieur de la tige tubulaire 26, entre une première position ou position rétractée illustrée notamment sur les figure 4A et 6A, et une deuxième position ou position déployée telle qu'illustrée sur les figures 4B et 6B.
La translation longitudinale du tube plongeur 34 par rapport à la tige tubulaire 26 est par exemple réalisée au moyen d'un vérin 44 monté entre la tête de rotation 22 et la plateforme support 36 du tube plongeur 34, comme illustré sur la figure 7.
La tige 26 et le tube plongeur 34 comportent des moyens complémentaires permettant de les solidariser en rotation.
Sur sa partie inférieure, le tube 34 est muni d'ouvertures latérales 46a, 46b formant orifices d'injection de béton. Par partie inférieure on entend ici sa moitié inférieure, généralement une portion axiale s'étendant depuis son extrémité inférieure sur une longueur représentant moins de 5% de sa longueur axiale totale.
Dans sa position rétractée, le tube plongeur 34 est contenu à l'intérieur de la tige tubulaire 26. Ses ouvertures latérales 46a, 46b sont obturées par la tige tubulaire 26.
Lors de la remontée de l'outillage 18 pour le bétonnage, la tige tubulaire 26 est remontée tandis que le tube plongeur 34 reste en position dans le sol. Le tube plongeur 34 est alors en position déployée : sa portion inférieure, portant les ouvertures latérales 46a, 46b, se trouve hors de la tige tubulaire 26. Du béton, introduit par l'extrémité supérieure de l'outillage de forage et bétonnage 18, peut être injecté dans le sol S par ces ouvertures latérales 46a, 46b.
Selon une configuration usuelle, et comme illustré sur les figures 2, 3 et 5, l'outil de coupe 50 comporte deux organes de coupe latéraux 52a, 52b, sensiblement identiques, disposés de part et d'autre de l'âme centrale 24. Un premier organe de coupe latéral 52a est fixé à l'extrémité inférieure de la première lame 30, et un deuxième organe de coupe latéral 52b est fixé à l'extrémité inférieure de la deuxième lame 32, les deux organes de coupe 52a, 52b s'étendant généralement selon une même direction radiale de l'outillage 18.
Chaque organe de coupe latéral 52a, 52b comprend un support de dents 54 s'étendant depuis la périphérie de la tige tubulaire dans une direction sensiblement radiale dite direction principale Ba, Bb de l'organe de coupe 52. Chaque organe de coupe comporte en outre une série de dents de coupe 56 en saillie depuis son support 54, réparties dans ladite direction principale et orientées sensiblement dans le sens de coupe et vers le bas.
Dans l'exemple, les dents 56 sont disposées les unes à côté des autres, en rangée, et régulièrement réparties sur le support de dents.
Dans l'exemple, l'outil de coupe 50 comprend, de plus, un organe de coupe central 58 solidaire du tube plongeur 34, disposé en-dessous des ouvertures latérales 46a, 46b de ce dernier, et qui comporte, lui aussi, une pluralité de dents 60.
Comme indiqué précédemment, l'outillage de forage et bétonnage 18 permet l'injection d'un fluide de traitement sous pression, dans le sol S, au voisinage de l'outil de coupe 50.
Il comporte, pour cela, un circuit d'injection de fluide de traitement 90 comprenant, entre autres, deux orifices d'amenée de fluide 62a, 62b, formés dans la tige tubulaire 26 et débouchant radialement, visibles sur les figures 4A et 4B.
Comme illustré sur les figures 1 et 7, la machine de forage 10 comprend un conduit d'alimentation en fluide de traitement 64, relié lui-même à des moyens de stockage et de pompage de fluide de traitement au sol 66, et destinés à alimenter le circuit d'injection de fluide de traitement 90.
Les deux orifices d'amenée de fluide 62a, 62b, diamétralement opposés, sont positionnés de manière à faire face aux orifices d'injection de béton 46a, 46b du tube plongeur 34 lorsque le tube 34 est dans sa position rétractée (figure 4A).
Dans l'exemple particulier représenté, le circuit d'injection de fluide de traitement 90 communique ainsi avec le tube plongeur 34, par lequel le fluide peut être acheminé jusqu'à l'extrémité inférieure de l'outillage 18, où se trouvent les orifices d'amenée 62a, 62b.
L'entrée du tube plongeur est ainsi reliée, outre au conduit de béton 40, au conduit d'alimentation en fluide de traitement 64 mentionné précédemment.
Comme illustré sur la figure 7, on peut avantageusement prévoir un système d'isolation 82 du circuit d'alimentation en fluide et du circuit d'alimentation en béton. Ce système d'isolation peut par exemple comprendre une électrovanne ou un clapet anti-retour, notamment intégré dans la conduite d'alimentation en fluide 64.
Dans l'exemple, les orifices d'amenée de fluide 62a, 62b ne constituent pas des orifices d'injection de fluide. Le fluide en sortie de chaque orifice d'amenée de fluide 62 est dévié vers des orifices d'injection 76 par un dispositif de déviation de fluide 70 décrit plus en détail dans la suite.
Chaque dispositif de déviation de fluide comprend ici un boîtier de répartition 72 muni d'une entrée 73 reliée, par un conduit de liaison 74, à l'orifice d'amenée 62.
Dans l'exemple, le boîtier 72 est disposé à l'arrière d'un support de dents 54, formant un raidisseur pour ce support 54. Il est creux, définissant une chambre intérieure 78 délimitée en partie par le support de dent 54.
Le boîtier 72 comprend ici une paroi inclinée 71 72, formant déflecteur pour le fluide.
Dans l'exemple particulier décrit, chaque support de dents 54 de l'outil de coupe 50 est en outre percé d'une pluralité de trous traversants 76 d'axes s'étendant orthogonalement à la direction principale de l'organe de coupe 52.
Comme illustré sur la figure 5, l'intérieur du boîtier de répartition 72 associé au support de dents 54 communique avec chaque trou 76 du support 54, chaque trou formant ainsi un orifice d'injection pour le fluide de traitement.
L'utilisation de l'outillage 18 est explicitée brièvement ci-dessous en liaison avec les figures 6A et 6B.
Dans une première étape dite de forage du sol, illustrée sur la figure 6A, l'outillage de forage et bétonnage 18 est descendu, dans le sol S, en tournant. Il est donc pour ainsi dire « vissé » dans le sol. On définit ici le sens de coupe C de l'outillage comme le sens de rotation de l'outillage lors du forage (voir figures 3 et 6A notamment).
Durant la descente de l'outillage, le sol S est découpé par l'outil de coupe 50. A mesure que l'outillage 18 descend dans le sol S, les déblais D viennent remplir l'espace inter-spires de la lame 30.
Dans l'exemple particulier représenté, le fluide de traitement est injecté dans le conduit d'injection de béton 34, et acheminé jusqu'aux orifices d'amenée de fluide 62.
A noter que pour éviter que le fluide F ne remonte dans l'âme centrale 24 par l'interstice formé entre le tube plongeur 34 et la tige tubulaire 26, le tube plongeur 34 est avantageusement enserré par un joint 80 porté par la tige tubulaire 26 et destiné à assurer l'étanchéité avec ladite tige 26.
En sortie de chaque orifice d'amenée de fluide, le fluide de traitement circule à travers le conduit 74, pénètre dans le boîtier de répartition 72, où il est dévié par la rampe 71, puis s'en échappe à travers les orifices d'injection 76 formés dans le support de dents.
En sortie du circuit d'injection, le fluide s'écoule dans une direction sensiblement tangentielle à l'âme centrale 24 en étant orienté dans le sens de coupe. De plus, les orifices d'injection 76 étant répartis dans la direction principale de l'organe de coupe, le flux de fluide vient balayer toute l'étendue dudit organe.
Les déblais recouvrant la surface de coupe Sc sont guidés vers le haut, entre les spires de la lame hélicoïdale 30.
En se mélangeant avec le fluide de traitement, le sol S s'allège, et génère moins de frottements avec l'outillage que le terrain brut. Le couple de rotation de l'outillage 18 est donc limité, améliorant l'efficacité de la perforation.
Ce gain d'efficacité de la perforation permet d'approcher la vitesse de vissage de la tarière (pénétration de la hauteur d'une spire par révolution), limitant le volume de déblais extraits lors de l'étape de forage. La décompression du sol entourant le pieu pouvant intervenir avant l'étape de bétonnage est donc limitée, ce qui est favorable à une meilleure portance du pieu.
Une fois la profondeur de forage souhaitée atteinte, l'alimentation en fluide de forage F est stoppée, le tube plongeur est amené dans sa position déployée, et du béton B est injecté, dans le trou de forage résultant du perçage, par le conduit d'injection de béton 34. Cette étape est illustrée sur la figure 6B.
Un pieu en béton 100 est enfin obtenu, après durcissement du béton.
L'exemple décrit précédemment n'est cependant pas limitatif. Ainsi, le circuit d'injection de fluide peut être alimenté indépendamment du circuit d'injection de béton, par une conduite d'amenée séparée.
De la même manière, le conduit d'injection de béton peut être constitué par la tige tubulaire elle-même, ou par un conduit fixe s'étendant à l'intérieur de ladite tige tubulaire.
Dans le cas où le conduit d'injection de béton est constitué par la tige tubulaire, notamment, l'orifice d'injection de béton peut déboucher axialement à l'extrémité inférieure de l'âme centrale et être, durant l'opération de forage, obturé au moyen d'un bouchon amovible.
Indépendamment de la configuration du conduit d'injection de béton, le dispositif de déviation peut être omis. Dans ce cas, le fluide est injecté directement dans le sol à sa sortie de l'âme centrale.
Le dispositif de déviation peut aussi se présenter sous la forme d'une simple conduite (éventuellement subdivisée en plusieurs conduites), reliée à l'orifice d'amenée de fluide et conformée et orientée pour dévier le fluide dans la direction la plus adaptée, notamment vers l'avant de l'outil de coupe (dans le sens de coupe) ou vers l'outil de coupe lui-même.
Un dispositif de déviation selon un autre exemple de réalisation de l'invention est illustré sur la figure 8.
Tous les éléments identiques ou similaires à ceux décrits précédemment conservent, sur cette figure, les mêmes références numériques, et ne sont pas décrits une nouvelle fois.
Le dispositif de déviation 70 comprend toujours un boîtier 72 disposé à l'arrière d'un support de dents 74, relié à un orifice d'amenée de fluide 62.
Dans cet exemple, cependant, l'injection du fluide est réalisée à l'arrière des dents 76 et non pas à l'avant du support de dents 74. Le support de dents 74 est d'ailleurs dépourvu de trous.
Comme illustré, une ouverture 86 longitudinale s'étendant dans la direction principale de l'organe de coupe 52, est formée dans le boîtier 72, en particulier dans sa paroi inclinée 71 formant déflecteur pour le fluide. Le fluide F issu du boîtier 72 est ainsi injecté à l'arrière des dents de coupe 76 en s'écoulant dans le sens de coupe. Du fait du profil allongé de l'ouverture 86, le flux de fluide balaye, en outre, toute l'étendue de l'organe de coupe 52, et la surface de coupe Sc.

Claims

Outillage de forage et bétonnage (18) pour la réalisation d'un pieu en béton (100) dans le sol (S), l'outillage (18) comprenant une âme centrale (24) s'étendant selon une direction axiale (X) et entourée d'une lame hélicoïdale (30), un outil de coupe (50) disposé à une extrémité inférieure de l'outillage (24), et un conduit d'injection de béton muni d'au moins un orifice d'injection de béton (46a, 46b), et un circuit d'injection (90) d'un fluide de traitement comprenant au moins un orifice d'injection de fluide (76) au voisinage de l'outil de coupe (50), l'outillage étant caractérisé en ce que le circuit d'injection de fluide communique avec le conduit d'injection de béton (34) pour pouvoir être alimenté par ledit conduit.
Outillage (18) selon la revendication 1, agencé pour pouvoir passer d'une première position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) est au moins partiellement obturé et le circuit d'injection de fluide (90) est ouvert à une deuxième position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) est ouvert.
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) présente une largeur minimale au moins deux fois supérieure à celle de l'orifice d'injection de fluide (76).
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) présente une largeur minimale supérieure à 60mm, de préférence supérieure à 80mm.
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'orifice d'injection de fluide (76) présente une largeur minimale inférieure à 30mm, de préférence inférieure à 15mm.
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'âme centrale (24) comprend une tige tubulaire (26) portant la lame hélicoïdale (30) et le conduit d'injection de béton (34) est un tube plongeur comportant ledit au moins un orifice d'injection de béton sur sa partie inférieure, le tube plongeur étant agencé pour pouvoir coulisser axialement à l'intérieur de la tige tubulaire (26) entre une première position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a,46b) est au moins partiellement obturé et le circuit d'injection de fluide (90) est ouvert, et une deuxième position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a,46b) est ouvert.
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le circuit d'injection de fluide de traitement comprend au moins un orifice d'amenée de fluide (62a, 62b) formé dans l'âme centrale (24) et débouchant dans une direction radiale de ladite âme.
Outillage (18) selon les revendications 6 et 7, dans lequel l'orifice d'amenée de fluide (62a, 62b) est formé dans la tige tubulaire (26) de façon à communiquer avec l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) dudit tube plongeur (34), dans la première position de l'outillage.
Outillage (18) selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le circuit d'injection de fluide (90) comprend un dispositif de déviation de fluide (70) disposé entre l'orifice d'amenée de fluide (62a, 62b) et l'orifice d'injection de fluide, le dispositif de déviation (70) étant configuré de sorte qu'au niveau de l'orifice d'injection de fluide, le fluide s'écoule dans une direction sensiblement tangentielle à l'âme centrale (24) en étant orienté dans le sens de coupe (C).
Outillage (18) selon la revendication 9, dans lequel l'outil de coupe (50) comprend, à la périphérie de l'âme centrale (24), au moins un organe de coupe (52) comportant une série de dents de coupe (56) réparties dans une direction principale (B) de l'organe de coupe (52) s'étendant sensiblement radialement, et le dispositif de déviation (70) est configuré de sorte qu'au niveau de l'orifice d'injection de fluide (76), l'écoulement de fluide est réparti dans la direction principale (B) de l'organe de coupe (52).
0utillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la lame hélicoïdale (30) s'étend sur toute la longueur axiale de l'âme centrale (24).
Outillage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la lame hélicoïdale (30) s'étend sur une portion axiale limitée de l'âme centrale (24).
Machine de forage et bétonnage (10) pour réaliser un pieu en béton (100) dans le sol (S), ladite machine comportant :
- un outillage de forage et bétonnage (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12,

- des moyens (40, 42) pour alimenter en béton le conduit d'injection de béton (34), et

- des moyens (64, 66) pour alimenter en fluide de traitement le circuit d'injection de fluide (90).
Machine (10) selon la revendication 13, comprenant en outre un châssis (12) muni d'un mât longitudinal (14), l'âme centrale (24) de l'outillage de forage et bétonnage (18) s'étendant parallèlement au mât (14), et des moyens (20, 22) pour déplacer l'outillage de forage et bétonnage (18) par rapport au mât (14) en translation selon la direction longitudinale du mât (14) et en rotation autour de l'axe de l'âme centrale (24).
Procédé de réalisation d'un pieu en béton (100) dans le sol (S), dans lequel :
- on introduit dans le sol (S) l'outillage de forage et bétonnage (18) suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, en le tournant et en injectant le fluide de traitement sous pression au voisinage de l'outil de coupe (50), ce par quoi le sol est découpé, et

- dans une étape de bétonnage, on remonte l'outillage (18) en injectant du béton dans le sol (S) par ledit outillage, de manière à former un pieu en béton (100), le fluide de traitement et le béton étant injectés par le même conduit d'injection (34) de l'outillage de forage et bétonnage (18).
Procédé selon la revendication 15, dans lequel l'outillage (18) comprend un conduit d'injection de béton muni d'au moins un orifice d'injection de béton (46a, 46b) et un circuit d'injection (90) d'un fluide de traitement comprenant au moins un orifice d'injection de fluide (76) au voisinage de l'outil de coupe (50), au moins une partie de l'étape de forage étant réalisée avec l'outillage (18) dans une première position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) est au moins partiellement obturé et le circuit d'injection de fluide (90) est ouvert et l'étape de bétonnage est réalisée avec l'outillage (18) dans une deuxième position dans laquelle l'orifice d'injection de béton (46a, 46b) est ouvert.
Procédé selon la revendication 15 ou 16, dans lequel le fluide de traitement est de l'air.