NON RECTILIGNE

Arrière-plan de l'invention

La présente invention concerne le domaine de la fabrication de tranchées dans le sol, et plus particulièrement des tranchées non rectilignes, notamment courbes, ovoïdes ou circulaires. Elle trouve une application dans la fabrication de parois moulées dans le sol, notamment des parois courbes, ovoïdes, annulaires ou circulaires.

Les outils destinés à fabriquer des tranchées rectilignes dans le sol sont connus depuis les années 70. On connaît notamment le document FR 2 211 027 décrivant une machine de forage permettant de réaliser ce type de tranchées.

L'invention concerne plus particulièrement ce type de machine qui comprend un châssis qui s'étend selon une direction longitudinale, ledit châssis ayant une extrémité inférieure, la machine comportant un dispositif de forage monté à l'extrémité inférieure du châssis, le dispositif de forage comportant :

- un premier organe de forage qui est rotatif autour d'un premier axe de rotation;

- un deuxième organe de forage qui est rotatif autour d'un deuxième axe de rotation,

Pour réaliser des tranchées de forme générale circulaire, plusieurs techniques sont utilisées. Une première technique consiste à utiliser la machine du document FR 2 211 027 et à réaliser une succession de tranchées de sections transversales - lesdites sections étant considérées dans un plan horizontal - rectangulaires inclinées les unes par rapport aux autres, l'inclinaison étant considérée dans un plan horizontal. Un inconvénient est que ce procédé ne permet pas d'obtenir une forme circulaire précise.

Ce procédé consiste généralement à réaliser deux parois primaires distantes l'une de l'autre et à réaliser ensuite une paroi secondaire reliant les deux parois primaires préalablement exécutées. La réalisation de la paroi secondaire nécessite de reforer une partie des parois primaires sur une certaine épaisseur.

Dans le cas d'une paroi courbe, une première difficulté réside dans le fait que l'épaisseur de béton à reforer est beaucoup plus importante à l'intérieur de la courbe qu'à l'extérieur, ce qui pose des problèmes de maintien de la trajectoire de forage.

Une seconde difficulté réside dans le fait que le reforage selon une épaisseur importante induit une surconsommation d'énergie et d'outils de coupe consommables.

Pour remédier à cette difficulté, le document EP 2 553 175 propose d'utiliser une cage d'armature munie d'éléments sacrificiels disposés de part et d'autre du corps de la cage d'armature. Un inconvénient de ce procédé réside notamment dans le coût de fabrication des cages d'armature spécifiques.

Un autre inconvénient est que l'ouvrage ainsi obtenu présente une forme polygonale dont la réalisation nécessite une quantité de béton très supérieure à ce qui serait nécessaire pour obtenir une paroi réellement circulaire.

II est également connu de réaliser une paroi circulaire constituée d'une juxtaposition de pieux sécants ou jointifs, mais il s'agit d'une technique qui présente l'inconvénient d'être limitée en épaisseur de paroi.

Objet et résumé de l'invention

Un but de la présente invention est de proposer une machine de forage permettant de réaliser des parois non rectilignes, par exemple annulaire ou partiellement annulaire, ou bien encore en accordéon ou zigzag, en évitant les inconvénients précités.

L'invention atteint son but par le fait que le premier axe de rotation est incliné par rapport au deuxième axe de rotation.

On comprend que cette inclinaison est considérée dans le plan perpendiculaire à la direction longitudinale, dans lequel s'étendent les premier et deuxième axes de rotation.

Comme le premier axe de rotation est incliné par rapport au deuxième axe de rotation, la section transversale de la tranchée, considérée dans un plan horizontal, présente une forme similaire à celle d'une portion annulaire de paroi, cette forme étant sensiblement trapézoïdale.

On comprend que la juxtaposition de tranchées dont la section transversale, considérée dans un plan horizontal, est de forme sensiblement trapézoïdale permet de fabriquer facilement une paroi présentant une forme polygonale, proche d'une forme annulaire.

Pour ce faire, on pourra par exemple réaliser deux panneaux primaires distants l'un de l'autre, puis réaliser un panneau secondaire entre les deux panneaux primaires en reforant le béton des panneaux primaires. Grâce à la forme sensiblement trapézoïdale, il est possible de reforer le béton des panneaux primaires de sorte que l'épaisseur de reforage soit constante sur toute la largeur du panneau primaire reforé.

Sans sortir du cadre de la présente invention, la machine de forage pourrait comporter un troisième organe de forage similaire et coaxial au premier organe de forage, et un quatrième organe de forage similaire et coaxial au deuxième organe de forage.

Avantageusement, au moins le premier organe de forage présente une forme tronconique.

On comprend que la forme tronconique du premier organe de forage permet d'obtenir une section transversale de la tranchée, considérée dans un plan horizontal, qui présente une forme sensiblement trapézoïdale se rapprochant d'une section en forme de portion annulaire.

De préférence, le premier organe de forage comporte au moins un premier tambour de coupe de forme tronconique qui est rotatif autour du premier axe de rotation.

Encore de préférence, l'angle de cône du premier tambour de coupe est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison entre les premier et deuxième axes de rotation.

De préférence, l'angle de cône est compris entre 2° et 30°.

Selon un aspect avantageux, le premier tambour de coupe comporte un corps cylindrique présentant une face périphérique s'étendant entre un premier côté et un second côté, opposé au premier côté, et la face périphérique est munie de dents de coupe dont les hauteurs radiales varient de façon croissante depuis le premier côté vers le second côté.

On comprend que les dents de coupe s'inscrivent dans le volume du premier tambour de coupe. Autrement dit, les hauteurs des dents sont dimensionnées pour que leurs sommets définissent la forme tronconique générale du premier tambour de coupe. Le corps cylindrique présente préférentiellement une section circulaire.

On comprend donc que ce sont les dents de coupe qui définissent la forme tronconique du premier tambour de coupe.

Avantageusement, le premier organe de forage comporte en outre un deuxième tambour de coupe de forme tronconique, rotatif autour du premier axe de rotation.

On comprend donc que les premier et deuxième tambours de coupe sont coaxiaux.

De préférence, le deuxième tambour de coupe comporte un corps cylindrique présentant une face périphérique s'étendant entre un premier côté et un second côté, opposé au premier côté, et la face périphérique est munie de dents de coupe dont les hauteurs radiales varient de façon croissante depuis le premier côté vers le second côté.

On comprend là-aussi que ce sont les dents de coupe qui définissent la forme tronconique du deuxième tambour de coupe.

Par ailleurs, le première côté du deuxième tambour de coupe est adjacent au deuxième côté du premier tambour de coupe.

Qui plus est, les formes tronconiques des premier et deuxième tambours de coupe sont disposées dans la continuité l'une de l'autre de façon à définir la forme tronconique du premier organe de coupe.

Avantageusement, le dispositif de forage comporte un premier moteur disposé dans les premier et deuxième tambours de coupe afin d'entraîner en rotation le premier organe de forage autour du premier axe de rotation.

De préférence, le premier moteur est un moteur hydraulique logé dans les corps cylindriques des premier et deuxième tambours de coupe. Ce type d'intégration du moteur dans les tambours de coupe est connu de l'art antérieur et ne sera pas décrit en détail ici.

Avantageusement le deuxième organe de forage présente lui-aussi une forme tronconique.

De préférence, le deuxième organe de forage est similaire au premier organe de forage.

Aussi, le deuxième organe de forage comporte de préférence au moins un troisième tambour de coupe de forme tronconique identique au premier tambour de coupe, le troisième tambour de coupe étant rotatif autour du deuxième axe de rotation.

Encore de préférence, le deuxième organe de forage comporte en outre un quatrième tambour de coupe de forme tronconique identique au deuxième tambour de coupe tronconique, le quatrième tambour de coupe étant rotatif autour du deuxième axe de rotation.

De préférence, le dispositif de forage comporte un second moteur disposé dans les troisième et quatrième tambours de coupe afin d'entraîner en rotation le deuxième organe de forage autour du deuxième axe de rotation.

Ce second moteur est de préférence un moteur hydraulique logé dans les corps cylindriques des troisième et quatrième tambours de coupe.

Selon un aspect avantageux de l'invention, la plus grande distance entre les dents de coupe du premier organe de forage et les dents de coupe du deuxième organe de forage est inférieure ou égale à 2 cm. Un intérêt est d'éviter la formation d'un merlon entre les premier et deuxième organes de forage en fond de tranchée.

De préférence, l'angle d'inclinaison entre les premier et deuxième axes de rotation est compris entre 2° et 30°. La valeur de l'angle sera choisie en fonction du rayon de courbure de la portion de paroi annulaire ou en fonction du diamètre de la paroi circulaire que l'on souhaite obtenir.

De préférence, mais non nécessairement, les premier et deuxième axes de rotation sont coplanaires. Encore de préférence, mais non exclusivement, les premier et deuxième axes de rotation s'étendent dans un plan qui est perpendiculaire à la direction longitudinale du châssis. Toutefois, sans sortir du cadre de la présente invention, ledit plan pourrait être incliné par rapport à la direction longitudinale, par exemple de façon que la génératrice du cône formé par le premier organe de forage soit sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du châssis, de sorte que ladite génératrice s'étende sensiblement horizontalement.

L'invention porte également sur un procédé de construction d'une paroi moulée, dans lequel on réalise au moins un premier panneau primaire dans le sol, on réalise au moins un deuxième panneau primaire dans le sol, distant du premier panneau primaire, le deuxième panneau primaire étant incliné par rapport au premier panneau primaire, puis on réalise un panneau secondaire entre les premier et deuxième panneaux primaires, en remordant les bords latéraux des premier et deuxième panneaux primaires à l'aide de la machine de forage selon l'invention.

On comprend donc que, considérés dans un plan horizontal, les premier et deuxième panneaux primaires sont inclinés l'un par rapport à l'autre.

Avantageusement, le premier panneau primaire est réalisé à l'aide de la machine de forage selon l'invention. De préférence, le deuxième panneau primaire est également réalisé à l'aide de la machine de forage selon l'invention.

Selon un mode de mise en œuvre préférentiel, la paroi moulée est courbe ou annulaire.

Brève description des dessins

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1A est une vue de face d'une machine forage selon la présente invention ;

- la figure 1B est une vue de côté de la machine de forage de la figure 1 ;

- la figure 2 est une vue de détail du dispositif de forage, en vue de dessus ;

- la figure 3 illustre la section de la tranchée, considérée dans un plan horizontal, réalisée à l'aide du dispositif de forage de la figure 2 ;

- les figures 4A à 4C illustrent la fabrication d'une portion de paroi moulée annulaire par la mise en œuvre du procédé selon l'invention ; et

- la figure 5 illustre une paroi moulée annulaire obtenue par la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Description détaillée de l'invention

Sur les figures 1A et 1B, on a représenté une machine de forage 10 conforme à la présente invention, en vue de face et de côté. Cette machine de forage 10 est une fraise qui est destinée à réaliser une tranchée verticale R dans un sol S, la tranchée présentant une section horizontale de forme particulière, qui sera décrite ci-dessous.

La machine de forage 10 comporte un châssis 12 qui s'étend selon une direction longitudinale A, préférentiellement verticale. Le châssis 12 s'étend selon la direction longitudinale A entre une extrémité inférieure 12a et une extrémité supérieure (non illustrée).

Dans cet exemple, la machine de forage 10 est suspendue à un câble de sustentation (non illustré ici) qui est connecté de façon connue à l'extrémité supérieure du châssis 12.

La machine de forage 10 comporte par ailleurs un dispositif de forage 14 qui est monté à l'extrémité inférieure 12a du châssis 12. La tranchée 11 est exécutée en faisant pénétrer verticalement le dispositif de forage et le châssis dans le sol S.

Le dispositif de forage 14 comporte un premier organe de forage

16 qui est rotatif autour d'un premier axe de rotation B et un deuxième organe de forage 18 qui est rotatif autour d'un deuxième axe de rotation C.

Comme on le constate sur les figures 1A et 1B, le deuxième axe de rotation C et le premier axe de rotation B s'étendent dans un plan P qui est perpendiculaire à la direction longitudinale A. Dans cet exemple, le plan P est sensiblement horizontal. Sans sortir du cadre de la présente invention, les premier et deuxième axes de rotation pourraient être non- coplanaires. Selon un autre mode de réalisation, le plan P pourrait être incliné par rapport à la direction longitudinale.

Comme on le constate sur la figure 1A, les premier et deuxième organes de forage sont sensiblement symétriques l'un par rapport à l'autre, par rapport à un plan vertical passant par l'axe longitudinal médian du châssis.

Conformément à la présente invention, le premier axe de rotation B est incliné par rapport au deuxième axe de rotation C. Cette inclinaison est considérée dans le plan horizontal P.

Sur la figure 2, on a illustré les premier et deuxième organes de forage 16, 18 en projection dans le plan P précité. L'angle d'inclinaison entre les premier et deuxième axes de rotation est référencé a . On constate que le premier organe de forage 16 présente une forme tronconique T, cette dernière étant schématisée par des pointillés sur la figure 2. De même, le deuxième organe de forage 18 présente une forme tronconique T, cette dernière étant également schématisée par des pointillées sur la figure 2.

On constate également que les premier et deuxième organes de forage sont identiques et sont inclinés l'un par rapport à l'autre d'un angle correspondant à l'angle d'inclinaison a entre les premier et deuxième axes de rotation B,C.

L'angle de cône βΐ du premier organe de forage 16 est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison a entre les premier et deuxième et deuxième axes de rotation B, C. De même, L'angle de cône β2 du deuxième organe de forage 18 est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison a entre les premier et deuxième axes de rotation B, C.

Par ailleurs, le premier organe de forage 16 comporte un premier tambour de coupe 20 de forme tronconique qui est rotatif autour du premier axe de rotation B.

L'angle de cône βΐ du premier tambour de coupe 20 est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison a entre les premier et deuxième axes de rotation B, C.

Le premier tambour de coupe 20 comporte un corps cylindrique 22 présentant une face périphérique 24 qui s'étend axialement, selon le premier axe de rotation B, entre un premier coté 26 et un second coté 28 opposé au premier coté 26. On comprend que les premier et deuxième cotés 26, 28 sont parallèles et s'étendent dans des plans perpendiculaires au premier axe de rotation B. La face périphérique 24 s'enroule quant à elle autour du premier axe de rotation B.

Par ailleurs, la face périphérique 24 est munie de dents de coupe 30,30',30" qui s'étendent radialement. Les dents de coupes 30, 30', 30" présentent des hauteurs radiales qui varient de façon croissante depuis le premier coté 26 vers le second coté 28.

Sur la figure 2, on constate que le premier tambour de coupe 20 comporte une première série de dents de coupe 30 qui présentent chacune une hauteur radiale h, cette première série de dents 30 s'étendant selon la circonférence du corps cylindrique 22. Par ailleurs, la première série de dents de coupe 30 est disposée à proximité du premier coté 26. Le premier tambour de coupe 20 comporte par ailleurs une seconde série de dents de coupe 30' présentant une hauteur radiale h', les dents de coupe 30' de la deuxième série s'étendant également selon la circonférence du corps cylindrique 22. Enfin, dans cet exemple non limitatif, le premier tambour de coupe 20 comporte par ailleurs une troisième série de dents de coupe 30", s'étendant selon la circonférence du corps cylindrique 22, tout en étant disposé à proximité du second coté 28.

Dès lors, on comprend que la deuxième série de dents de coupe

30' est disposée entre les première et troisième séries de dents de coupe 30, 30".

On comprend également que la hauteur radiale h" est supérieure à la hauteur h' qui est elle-même supérieure à la hauteur radiale h.

Dans cet exemple, ces trois hauteurs radiales h, h' et h" sont choisies de façon que l'enveloppe géométrique extérieure du premier tambour de coupe 20 présente une forme tronconique dont l'angle de cône βΐ est sensiblement égal à l'angle d'inclinaison a.

On comprend donc que c'est la variation des hauteurs radiales des dents de coupe, cette variante étant croissante, considérée axialement selon le premier axe de rotation, depuis le premier coté 26 vers le second coté 28, ce qui confère au premier tambour de coupe 20 sa forme tronconique.

Sans sortir du cadre de la présente invention, on peut bien évidemment prévoir un nombre de série de dents inférieur ou supérieur à trois. Par ailleurs, le premier organe de forage 16 comporte en outre un deuxième tambour de coupe 32, qui est également rotatif autour du premier axe de rotation B.

Le deuxième tambour de coupe 32 est similaire au premier tambour de coupe 22 et présente également une forme tronconique dont l'angle de cône β2 est sensiblement égal à l'angle βΐ, et donc sensiblement à l'angle d'inclinaison a.

Le deuxième tambour de coupe 32 comporte un corps cylindrique 34 qui présente une face périphérique 36 s'étendant entre un premier coté 38 et un deuxième coté 40. On comprend que le premier coté 38 du corps cylindrique 34 du deuxième tambour de coupe 32 et adjacent au deuxième coté 28 du corps cylindrique 22 du premier tambour de coupe 20.

La face périphérique 36 du corps cylindrique du deuxième tambour de coupe est également munie de quatrième, cinquième et sixième séries de dents de coupe 30"', 30"", 30""'.

On comprend que les hauteurs radiales h'", h"", h'"" des dents de coupe des quatrième, cinquième et sixième séries de dents de coupe 30"', 30"", 30""', varient de façon croissante, depuis le premier coté 38 vers le second coté 40 du corps cylindrique 34 du deuxième tambour de coupe 32. Autrement dit, la hauteur radiale h'"" des dents de coupe de la sixième série est supérieure à la hauteur radiale h"" des dents de coupe de cinquième série, et est également supérieure à la hauteur radiale h'" des dents de coupe de quatrième série.

Aussi, les hauteurs radiales h, h', h", h'", h"", h'"" sont choisies de telle sorte que le premier organe de forage 16 présente la forme tronconique T d'angle de cône βΐ.

Dans cet exemple non limitatif, considérés dans un plan horizontal, la longueur Dl du petit côté du premier organe de forage 16, correspondant au premier côté du premier tambour de coupe est de l'ordre de 1 300 mm, tandis que la longueur D2 du grand côté du premier organe de forage 16, correspondant au deuxième côté du deuxième tambour de coupe est de l'ordre de 1 500 mm. La largeur L du premier organe de forage, correspondant à l'épaisseur de la portion de paroi annulaire, est de l'ordre de 1 500 mm. De telles valeurs permettent d'obtenir une paroi annulaire présentant un rayon de courbure moyen de l'ordre de 14 m.

Pour la mise en rotation autour de l'axe de rotation B du premier organe de forage 16, le dispositif de forage comporte un premier moteur Ml de préférence un moteur hydraulique, qui est disposé dans les premier et deuxième tambours de coupe 20,32 afin d'entraîner en rotation le premier organe de forage autour du premier axe de rotation A.

Le premier moteur Ml pourra être alimenté par des conduites hydrauliques qui s'étendent dans le châssis 12.

Comme on le constate encore sur la figure 2, le deuxième organe de forage 18 présente également une forme tronconique T, similaire à la forme tronconique T du premier organe de forage 16. A l'instar du premier organe de forage, le deuxième organe de forage 18 comporte un troisième tambour de coupe 50, de forme tronconique, qui est identique au premier tambour de coupe 22, le troisième tambour de coupe 50 étant rotatif autour du deuxième axe de rotation C. Le troisième tambour 50 comporte ainsi des dents de coupe identiques à celles du premier tambour de coupe 22.

Le deuxième organe de forage 18 comporte en outre un quatrième tambour de coupe 52, de forme tronconique, qui est identique au deuxième tambour de coupe. Par ailleurs, le quatrième tambour de coupe est rotatif autour du deuxième axe de rotation C.

Par ailleurs, le dispositif de forage comporte en outre un second moteur M2 disposé dans les troisième et quatrième tambours de coupe 50,52 afin d'entraîner en rotation le deuxième organe de forage 18 autour du deuxième axe de rotation C. Là-encore le second moteur M2 pourra être un moteur hydraulique, connu par ailleurs.

Il est précisé ici que l'entraînement en rotation de tambours de coupe, à l'aide de moteurs hydrauliques, est déjà connu dans le cas où les axes de rotation des organes de forage sont parallèles l'un à l'autre.

Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la plus grande distance d entre les dents de coupe du premier organe de forage et les dents de coupe du deuxième organe de forage, illustrée en figure 2, est inférieure ou égale à 2 cm.

Par ailleurs, l'angle d'inclinaison a entre les premier et deuxième axes de rotation B, C est dans cet exemple, de l'ordre de 6° à 8°.

Sans sortir du cadre de l'invention on pourra prévoir une plage de valeurs comprise entre 2° et 30° selon le type d'ouvrage que l'on souhaite réaliser.

Sur la figure 3, on a illustré la section transversale de la tranchée réalisée à l'aide du dispositif de forage de la machine de forage selon l'invention, la section étant illustrée dans le plan horizontal P.

Sur la figure 4, on a illustré une portion de paroi annulaire obtenue à l'aide de la machine de forage selon l'invention.

La portion de paroi illustrée en figure 4 est réalisée à l'aide du procédé de construction d'une paroi moulée selon l'invention. Selon ce procédé, on réalise au moins un premier panneau primaire 100 dans le sol S, puis on réalise au moins un deuxième panneau primaire 102 distant du premier panneau primaire 100, le deuxième panneau primaire 102 étant incliné par rapport au premier panneau primaire 100.

Puis, on réalise un panneau secondaire 104 entre les premier et deuxième panneaux primaire 100, 102 en remordant des bords latéraux 106, 108 des premier et deuxième panneaux primaires à l'aide de la machine de forage 10 selon l'invention.

De préférence, dans cet exemple, le premier panneau primaire, ainsi que le deuxième panneau primaire sont réalisés à l'aide de la machine selon l'invention.

Dans cet exemple, les tranchées des panneaux primaires sont forées sous boue de forage, avant d'être remplies de béton lors de la remontée du dispositif de forage.

On comprend que le procédé de construction selon l'invention permet notamment de réaliser la parois moulée annulaire 200 illustrée en figure 5.