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WO2014049278A1 - Procede de realisation d'une structure armee dans un sol - Google Patents

Procede de realisation d'une structure armee dans un sol Download PDF

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Publication number
WO2014049278A1
WO2014049278A1 PCT/FR2013/052276 FR2013052276W WO2014049278A1 WO 2014049278 A1 WO2014049278 A1 WO 2014049278A1 FR 2013052276 W FR2013052276 W FR 2013052276W WO 2014049278 A1 WO2014049278 A1 WO 2014049278A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drilling
drill pipe
tube
drilling tube
grout
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2013/052276
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel VIARGUES
Christophe Guillon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soletanche Freyssinet SA
Original Assignee
Soletanche Freyssinet SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soletanche Freyssinet SA filed Critical Soletanche Freyssinet SA
Priority to US14/430,611 priority Critical patent/US10106976B2/en
Priority to ES13779320T priority patent/ES2806086T3/es
Priority to HK16100306.1A priority patent/HK1212403B/xx
Priority to CA2885700A priority patent/CA2885700C/fr
Priority to MX2015003796A priority patent/MX374918B/es
Priority to EP13779320.4A priority patent/EP2900876B1/fr
Publication of WO2014049278A1 publication Critical patent/WO2014049278A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/41—Connecting devices specially adapted for embedding in concrete or masonry
    • E04B1/4157—Longitudinally-externally threaded elements extending from the concrete or masonry, e.g. anchoring bolt with embedded head
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • E02D5/385—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds with removal of the outer mould-pipes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/18—Placing by vibrating

Definitions

  • the present invention relates to the field of soil reinforcement.
  • the invention relates more specifically to a method for producing an armed structure in a soil, such as for example a pile, a micropile or even an armed structure for an umbrella vault.
  • the manufacture of a pile comprises a step of performing a drilling, a step of introducing a reinforcement element into the borehole, a step of placing the grout, after which we obtain an armed structure of pile type.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing an armed structure in a soil that is faster than traditional methods.
  • the invention achieves its object by the fact that the method according to the invention comprises the following steps:
  • a drilling tool comprising a drill pipe having a distal end which carries a cutting member, and means for vibrating the drill pipe;
  • the drill pipe is detached and left in the bore to form the reinforcing element of the armed structure.
  • the drill pipe serves both as a drilling means, a guide duct for pumping the grout into the borehole, and a reinforcement element for the reinforced structure.
  • the distal end of the drill pipe has at least one perforation, and the drilling fluid is injected into the drill pipe, so that the drill pipe also serves as a guide conduit for pumping drilling fluid. in the drilling.
  • the steps of drilling fluid injection, sealing grout in the borehole, and introduction of the reinforcing element are performed much faster than in the traditional method.
  • the drill pipe is also rotated to modify the position of the cutting teeth disposed at the distal end of the drill pipe.
  • the vibration frequency applied to the drill pipe is between 50 Hz and 200 Hz.
  • the diameter of the cutting member is greater than the diameter of the drill pipe, thereby ensuring that the grout is properly embedding the drill pipe.
  • distal end is meant the end of the drill pipe which is remote from the means for rotating the drill pipe.
  • proximal end will be referred to as the other end which is located near the means for rotating the drill pipe.
  • the drilling member comprises an annular periphery provided with cutting teeth, and preferably carries a diametral cutting element.
  • Cutting teeth means drilling tools in general, such as pimples, knobs, tungsten carbide pellets, etc.
  • the diametral cutting element makes it possible to increase the interaction surface between the cutting element and the ground, so that the cutting element can produce a drilling on a surface greater than that of the cutting member. As a result, the efficiency of the process is further improved.
  • the diametral cutting element can be extended so that the cutting tool is a "full face" tool having at least one perforation.
  • a drilling fluid is injected into the drill pipe during drilling.
  • the grout is used as drilling fluid.
  • additional reinforcement equipment is also introduced into the drilling tool, for example a metal bar.
  • This additional reinforcement equipment is for example introduced after the drilling step and just before the step of injection of the grout.
  • the drill pipe is vibrated, preferably without rotating it.
  • Sealing grout is any cement-based sealant, slag, or other binder.
  • vibrations facilitate the flow of the grout in the borehole, which has the effect of further improving the speed of execution of the method according to the invention and the quality of the reinforcement of the reinforcement in the ground.
  • centering means are attached to the drill pipe to ensure that the reinforcing element is substantially centered in the borehole during injection of the grout, to ensure proper embedment of the reinforcing element. by the grout.
  • the direction of drilling is inclined relative to a vertical direction.
  • the method makes it possible in particular to carry out horizontal drilling.
  • the drilling direction is inclined relative to the vertical direction by an angle strictly greater than 90 °.
  • An interest is to be able to realize upward armed structures.
  • a vibration target frequency is calculated, and the drill pipe is vibrated at said vibration target frequency during drilling.
  • This vibration target frequency which is applied to the drill pipe, is optimally selected to facilitate the drilling operation, particularly in particularly hard soils.
  • the computation is carried out starting from a modelization of the phenomena of perforation.
  • the reference target frequency is equal to:
  • This calculation is performed by a computer having appropriate calculation means.
  • the length of the drill pipe is increased during drilling.
  • tube sections are used that are attached end to end during drilling to increase the length of the borehole. Therefore, in the sense of the invention is understood to mean by drilling tube both a single drill pipe, a plurality of tubular elements fixed end to end, for example by screwing.
  • the target frequency of vibration is recalculated with each increase in the length of the drill pipe.
  • An interest is to ensure drilling with optimum efficiency over the entire depth of drilling.
  • the method according to the invention is implemented to produce a micropile.
  • the method according to the invention is implemented to produce an umbrella vault.
  • FIG. 1A illustrates the drilling step of the method according to the invention
  • FIG. 1B illustrates the step of injecting the grout into the drill pipe
  • Figure 1C is a longitudinal sectional view of a micropile obtained by the implementation of the method according to the invention.
  • FIG. 2 is a view in longitudinal section of a structure armed with an umbrella vault obtained by implementing the method according to the invention.
  • FIGS. 1A to 1C a first embodiment of the method according to the invention in which an armed structure is made in a soil S is described, said armed structure being in this example a micropile M.
  • a drilling tool 10 which comprises a drilling tube 12 consisting of a plurality of tubular elements 12a, 12b, 12c, .... These tubular elements are fixed to each other end to end so as to form the drill pipe 12.
  • the length L of the drill pipe 12 varies during the drilling. More exactly, during the drilling, a new tubular element is added as the drilling tool penetrates into the ground to those already introduced into the ground, in order to increase the length L of the tube. drilling 12.
  • the drill pipe 12 comprises a distal end 14 In the example of FIG. 1A, the drilling direction is vertical downwards, so that the distal end corresponds here to the lower end of the drill pipe.
  • the distal end carries a cutting member 16.
  • the diameter D of the cutting member is preferably greater than the diameter d of the drill pipe 12.
  • the cutting member 16 is an insert which is mounted at the distal end 14 of the drill pipe 12.
  • the drill pipe 12 further includes a proximal end 17 which is connected in this example to means 18 for rotating the drill pipe 12 and means 20 for vibrating the drill pipe 12.
  • the means 18 for rotating the drill pipe 12 comprises a hydraulic motor.
  • the means 20 for vibrating the drill pipe in this case a vibration generator 20, can generate compressional waves that are transmitted along the drill pipe 12 from the proximal end 17 to the distal end 14 .
  • the length of the drill pipe 12 is referenced L. This length corresponds in fact to the distance between the means 20 for vibrating the drill pipe 12 and the distal end 14 of the drill pipe 12. which essentially corresponds to the distance between the distal and proximal ends of the drill pipe.
  • a drilling F is carried out in the soil S by means of the drill bit 10 by rotating the drill pipe around the vertical axis A by means of the rotary drive means 18, and vibrating it by means 20 to vibrate the drill pipe 12.
  • a drilling fluid is injected into the drill pipe so as to evacuate the debris excavated by the cutting member 16.
  • the cutting member 16 comprises perforations 26 through which the drilling fluid flows out of the drill pipe before rising to the surface while flowing between the drill pipe and the borehole wall F.
  • a sealing slurry C is injected into the drill pipe.
  • This is a cement grout.
  • the fact that the diameter D of the cutting member 16 is greater than the diameter d of the drill pipe makes it possible to substantially center the drill pipe at its distal end 16.
  • the drill pipe 12 is provided with centering means 30 which are fixed along the drill pipe 12.
  • centering means 30 are intended in particular to ensure the centering of the drill pipe 12 at the foot of the bore F during the injection of the grout, to ensure the embedding of the drill pipe by the grout.
  • the centering means 30 are thus arranged to prevent the wall of the drill pipe from coming into contact with the ground.
  • the centering means 30 take the form of fins which are fixed on the outer wall of the drill pipe 12. The sealing grout C flows through the perforations 26 so that the drill pipe 12 found embedded in the grout C.
  • the drill pipe After the injection of grout, the drill pipe is adjusted to its final position, generally slightly higher than the depth drilled, maintained in this position, and the drill pipe 12 is detached from the drilling tool. In other words, the drill pipe 12 is left in the borehole filled with grout.
  • an attachment device 40 for example a short metal bar, is added to the upper end of the bore F, at the end of which we obtain the micropile-shaped armed structure M, comprising a reinforcing element which is constituted by the drilling tool 12.
  • FIG. 2 shows an armed structure 100 which is obtained by implementing the method according to the invention, in which the direction of the drilling F 'is inclined with respect to the vertical direction by an angle strictly greater than 90 °.
  • an umbrella vault V is made up of a plurality of upstanding reinforced structures 100.
  • the drill pipe 12 is thus vibrated at the vibration target frequency when the various drillings F, F 'are made. It is therefore clear that this vibration target frequency is a vibration frequency that is applied to the drill pipe.
  • these vibrations are compressional waves that are transmitted along the drill pipe defining bellies and nodes. These vibration waves bring the drill pipe 12 into resonance, or at least at a frequency close to its resonant frequency, which produces a maximum energy on the cutting member 16, with the effect of increasing substantially the drilling efficiency, and therefore the overall efficiency of the process according to the invention.
  • the calculation of the target vibration frequency firstly comprises a step S100 in which the length L of the drill pipe 12 is manually entered or is automatically determined. It is therefore assumed here that the drill pipe is placed in vibration throughout its length.
  • the target frequency of vibrations during a step S102 is calculated from the length L of the drill pipe, of the speed of propagation of the compression wave in the drill pipe 12, in this example is made of steel.
  • the calculation uses a constant value corresponding to the speed of propagation of the compression waves in the drilling tube, this speed depending on the constituent material of the drill pipe.
  • the vibration target frequency thus calculated is then displayed as a suggestion to the operator. It may also in another embodiment be sent as a setpoint to the vibration generator 20 during a step S104.
  • the reference target frequency is equal to:
  • n is an integer greater than or equal to 1 chosen so that
  • L the length of the drilling, is equal to the sum of the lengths of the tubular elements 12a, 12b, 12c, ....
  • the tubular elements have the same unit length, namely a length of 3 meters.

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Description

Procédé de réalisation d'une structure armée dans un sol
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne le domaine du renforcement de sol. L'invention concerne plus précisément un procédé de réalisation d'une structure armée dans un sol, tel que par exemple un pieu, un micropieu ou bien encore une structure armée pour une voûte parapluie.
Généralement, la fabrication d'un pieu comprend une étape de réalisation d'un forage, une étape d'introduction d'un élément de renforcement dans le forage, une étape de mise en place du coulis de scellement, à l'issue de quoi on obtient une structure armée de type pieu.
Ce procédé traditionnel de fabrication d'une structure armée, bien que donnant toute satisfaction, est relativement lent à mettre en œuvre du fait qu'il nécessite des outillages différents pour réaliser le forage, l'introduction de l'élément de renforcement et le bétonnage, en fonction des terrains en présence et de la technique utilisée.
Ob et et résumé de l'invention
Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation d'une structure armée dans un sol qui soit plus rapide que les procédés traditionnels.
L'invention atteint son but par le fait que le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
on fournit un outil de forage comprenant un tube de forage ayant une extrémité distale qui porte un organe de coupe, et des moyens pour faire vibrer le tube de forage ;
on réalise un forage dans le sol à l'aide de l'outil de forage en faisant vibrer le tube de forage, le tube de forage étant amené à une profondeur prédéterminée;
lorsque le tube de forage a atteint la profondeur prédéterminée, on injecte un coulis de scellement dans le tube de forage afin de noyer le tube de forage dans le coulis de scellement, puis on détache le tube de forage de l'outil de forage, grâce à quoi on obtient une structure armée munie d'un élément de renforcement constitué par le tube de forage.
Ainsi, selon l'invention, le tube de forage est détaché et laissé dans le forage pour constituer l'élément de renforcement de la structure armée. On comprend donc que, selon l'invention, le tube de forage sert à la fois de moyen de forage, de conduit de guidage pour le pompage du coulis de scellement dans le forage, et d'élément de renforcement de la structure armée. De préférence, l'extrémité distale du tube de forage présente au moins une perforation, et on injecte le fluide de forage dans le tube de forage, de sorte que le tube de forage sert également de conduit de guidage pour le pompage du fluide de forage dans le forage.
Ainsi, grâce à l'invention, les étapes d'injection de fluide de forage, de coulis de scellement dans le forage, et d'introduction de l'élément de renforcement sont réalisées bien plus rapidement que dans le procédé traditionnel.
En outre, la réalisation du forage en faisant vibrer le tube de forage, et donc l'organe de forage, permet de faciliter la pénétration de l'organe de forage dans le sol, grâce à quoi la vitesse d'installation de la structure armée dans le sol est encore améliorée. De préférence, pendant le forage, on fait également tourner le tube de forage, afin de modifier la position des dents de coupe disposées au niveau de l'extrémité distale du tube de forage.
Avantageusement, la fréquence de vibration appliquée au tube de forage est comprise entre 50 Hz et 200 Hz.
De préférence, le diamètre de l'organe de coupe est supérieur au diamètre du tube de forage, ce qui permet de s'assurer que le coulis de scellement enrobe correctement le tube de forage.
Par extrémité distale, on entend l'extrémité du tube de forage qui est distante des moyens pour entraîner en rotation le tube de forage. On appellera donc extrémité proximale, l'autre extrémité qui est située à proximité des moyens pour entraîner en rotation le tube de forage.
Pour permettre l'écoulement du fluide de forage et du coulis de scellement dans le forage, on comprend que l'extrémité distale du tube de forage présente au moins une perforation. De manière préférentielle, l'organe de forage comprend une périphérie annulaire munie de dents de coupe, et porte de préférence un élément de coupe diamétral. Par dents de coupe, on entend les outils de forage en général, comme les picots, les boutons, les pastilles de carbure de tungstène, etc. L'élément de coupe diamétral permet d'augmenter la surface d'interaction entre l'élément de coupe et le terrain, de sorte que l'élément de coupe peut réaliser un forage sur une surface supérieure à celle de l'organe de coupe. Par voie de conséquence, on améliore encore l'efficacité du procédé.
L'élément de coupe diamétral peut être étendu de sorte que l'outil de coupe est un outil « pleine face » comportant au moins une perforation.
Avantageusement, on injecte un fluide de forage dans le tube de forage pendant la réalisation du forage.
De manière préférentielle, on utilise le coulis de scellement comme fluide de forage.
Selon une variante, on introduit en outre un équipement de renfort supplémentaire dans l'outil de forage, par exemple une barre métallique. Cet équipement de renfort supplémentaire est par exemple introduit après l'étape de forage et juste avant l'étape d'injection du coulis de scellement.
Avantageusement, pendant l'injection de coulis de scellement, on fait vibrer le tube de forage, de préférence sans l'entraîner en rotation. Par coulis de scellement, on entend tout produit de scellement à base de ciment, de laitier, ou de tout autre liant.
Ces vibrations permettent de faciliter l'écoulement du coulis de scellement dans le forage, ce qui a pour conséquence d'améliorer encore la vitesse d'exécution du procédé selon l'invention et la qualité du scellement de l'armature dans le sol.
De manière préférentielle, des moyens de centrage sont fixés au tube de forage afin d'assurer que l'élément de renforcement soit sensiblement centré dans le forage pendant l'injection du coulis de scellement, pour garantir le bon enrobage de l'élément de renforcement par le coulis de scellement.
On comprend que ces moyens de centrage, ensemble avec l'organe de coupe, vont permettre de garantir que l'élément de renforcement est bien enrobé de coulis de scellement.
Selon une variante, la direction du forage est inclinée par rapport à une direction verticale.
Le procédé permet notamment de réaliser des forages horizontaux. De préférence, la direction du forage est inclinée par rapport à la direction verticale d'un angle strictement supérieur à 90°. Un intérêt est de pouvoir réaliser des structures armées remontantes. Selon un mode de réalisation avantageux, on calcule une fréquence cible de vibration, et on fait vibrer le tube de forage à ladite fréquence cible de vibration lors de la réalisation du forage.
Cette fréquence cible de vibration, qui est appliquée au tube de forage, est choisie de manière optimale afin de faciliter l'opération de forage, notamment dans des sols particulièrement durs. D'une façon générale, le calcul est effectué à partir d'une modélisation des phénomènes de perforation.
De manière avantageuse, le calcul utilise la longueur du tube de forage. De préférence, la fréquence cible de vibration est fonction de la longueur du tube de forage, tout en étant bornée par une valeur de fréquence maximale prédéterminée, qui correspond de préférence à la fréquence maximale que peuvent développer les moyens pour faire vibrer le tube de forage. Cette valeur de fréquence maximale prédéterminée est comprise de préférence entre 100 et 160 Hz. Encore de préférence, le calcul utilise une valeur constante correspondant à la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, cette vitesse dépendant du matériau constitutif du tube de forage.
De manière préférentielle mais non nécessaire, la fréquence cible de référence est égale à :
• Fmax (la valeur de fréquence maximale prédéterminée) si Fmax<(V)/(2*L), où V est la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, et L la longueur du tube de forage, OU :
· (n*V)/(2*L) si Fmax>(V)/(2*L), où n est un nombre entier supérieur ou égal à 1 choisi de sorte que (n*V)/(2*L)<=Fmax et ((n+l)*V)/(2*L)>Fmax, Les inventeurs ont constaté que cette formule permet d'obtenir une fréquence cible de vibration optimale qui accroît sensiblement l'efficacité de l'opération de forage.
Ce calcul est effectué par un ordinateur comportant des moyens de calculs appropriés.
Pour réaliser des forages profonds, on augmente la longueur du tube de forage pendant la réalisation du forage. Pour ce faire, on utilise des portions de tube qui sont fixées bout à bout au cours du forage afin d'augmenter la longueur du forage. Par conséquent, au sens de l'invention, on entend par tube de forage aussi bien un unique tube de forage, qu'une pluralité d'éléments tubulaires fixés bout à bout, par exemple par vissage.
De manière avantageuse, on recalcule la fréquence cible de vibration à chaque augmentation de la longueur du tube de forage.
Un intérêt est d'assurer un forage ayant une efficacité optimale sur toute la profondeur du forage.
Selon un premier mode de réalisation, le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour réaliser un micropieu.
Selon un second mode de réalisation, le procédé selon l'invention est mis en œuvre pour réaliser une voûte parapluie.
Brève description des dessins
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 1A illustre l'étape de forage du procédé selon l'invention ;
• la figure 1B illustre l'étape d'injection du coulis de scellement dans le tube de forage ;
• la figure 1C est une vue en coupe longitudinale d'un micropieu obtenu par la mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une structure armée d'une voûte parapluie obtenue par la mise en œuvre du procédé selon l'invention ; et
• la figure 3 schématise le procédé d'optimisation de la fréquence de vibration appliquée au tube de forage. Description détaillée de l'invention
A l'aide des figures 1A à 1C, on va décrire un premier mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention dans lequel on réalise une structure armée dans un sol S, ladite structure armée étant dans cet exemple un micropieu M.
Conformément au procédé selon l'invention, on fournit un outil de forage 10 qui comprend un tube de forage 12 constitué d'une pluralité d'éléments tubulaires 12a, 12b, 12c,.... Ces éléments tubulaires sont fixés les uns aux autres bout à bout de manière à constituer le tube de forage 12.
On comprend donc que la longueur L du tube de forage 12 varie lors de la réalisation du forage. Plus exactement, lors de la réalisation du forage, on ajoute au fur et à mesure de la pénétration de l'outil de forage dans le sol un nouvel élément tubulaire à ceux déjà introduits dans le sol, afin d'augmenter la longueur L du tube de forage 12.
Le tube de forage 12 comprend une extrémité distale 14 Dans l'exemple de la figure 1A, la direction du forage est verticale vers le bas, de sorte que l'extrémité distale correspond ici à l'extrémité inférieure du tube de forage. L'extrémité distale porte un organe de coupe 16. Comme on le constate sur la figure 1A, le diamètre D de l'organe de coupe est préférentiellement supérieur au diamètre d du tube de forage 12.
Dans cet exemple, l'organe de coupe 16 est une pièce rapportée qui est montée à l'extrémité distale 14 du tube de forage 12.
Le tube de forage 12 comporte par ailleurs une extrémité proximale 17 qui est reliée dans cet exemple à des moyens 18 pour entraîner en rotation le tube de forage 12 et à des moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage 12.
Dans cet exemple, les moyens 18 pour entraîner en rotation le tube de forage 12 comprennent un moteur hydraulique.
Les moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage, en l'espèce un générateur de vibrations 20, permettent de générer des ondes de compression qui se transmettent le long du tube de forage 12 depuis l'extrémité proximale 17 vers l'extrémité distale 14.
Sur la figure 1A, on a référencé par L la longueur du tube de forage 12. Cette longueur correspond en fait à la distance entre les moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage 12 et l'extrémité distale 14 du tube de forage 12, qui correspond essentiellement à la distance entre les extrémités distale et proximale du tube de forage.
Conformément à l'invention, on réalise un forage F dans le sol S à l'aide de l'outil de forage 10 en faisant tourner le tube de forage autour de l'axe vertical A grâce aux moyens d'entraînement en rotation 18, et en le faisant vibrer grâce aux moyens 20 pour faire vibrer le tube de forage 12. Pendant la réalisation du forage, on injecte un fluide de forage dans le tube de forage de manière à évacuer les débris excavés par l'organe de coupe 16. Comme on le constate sur la figure 1A, l'organe de coupe 16 comprend des perforations 26 au travers desquelles s'écoule le fluide de forage hors du tube de forage avant de remonter en surface tout en s'écoulant entre le tube de forage et la paroi du forage F.
Ensuite, comme on l'a représenté sur la figure 1B, lorsque le tube de forage 12 a atteint la profondeur prédéterminée H, on injecte un coulis de scellement C dans le tube de forage. Il s'agit ici d'un coulis de ciment. Le fait que le diamètre D de l'organe de coupe 16 soit supérieur au diamètre d du tube de forage permet de centrer sensiblement le tube de forage au niveau de son extrémité distale 16. Par ailleurs, comme on le constate sur la figure 1B, le tube de forage 12 est muni de moyens de centrage 30 qui sont fixés le long du tube de forage 12.
Ces moyens de centrage 30 ont notamment pour but d'assurer le centrage du tube de forage 12 au pied du forage F pendant l'injection du coulis de scellement, afin d'assurer l'enrobage du tube de forage par le coulis de scellement. Les moyens de centrage 30 sont donc agencés pour éviter que la paroi du tube de forage ne vienne en contact avec le terrain. Dans cet exemple, les moyens de centrage 30 prennent la forme d'ailettes qui sont fixées sur la paroi extérieure du tube de forage 12. Le coulis de scellement C s'écoule au travers des perforations 26 de sorte que le tube de forage 12 se trouve noyé dans le coulis de scellement C.
Dans cet exemple, pendant l'injection du coulis de scellement C, on fait vibrer le tube de forage 12 sans l'entraîner en rotation, ce qui permet de favoriser l'écoulement du coulis de scellement dans le forage F.
Après l'injection de coulis de scellement, on ajuste le tube de forage à sa position finale, généralement légèrement plus haute que la profondeur forée, on assure son maintien dans cette position, et on détache le tube de forage 12 de l'outil de forage 10. En d'autres termes, le tube de forage 12 est laissé dans le forage rempli de coulis de scellement.
Avant la prise totale du coulis de scellement, on ajoute dans cet exemple un équipement de fixation 40, par exemple une courte barre métallique, à l'extrémité supérieure du forage F, à l'issu de quoi on obtient la structure armée en forme de micropieu M, comprenant un élément de renforcement qui est constitué par l'outil de forage 12.
Sur la figure 2, on a représenté une structure armée 100 qui est obtenue par la mise en œuvre du procédé selon l'invention, dans lequel la direction du forage F' est inclinée par rapport à la direction verticale d'un angle strictement supérieur à 90°. Dans cet exemple, on fabrique une voûte parapluie V constituée d'une pluralité de structures armées remontantes 100.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l'invention, lors de la réalisation des forages F et F' décrits précédemment, on cherche à optimiser la fréquence de vibration afin de maximiser l'énergie de forage transmise par le tube de forage 12. Pour ce faire, on calcule une fréquence cible de vibrations que l'on applique grâce au générateur de vibrations au tube de forage 12.
On fait donc vibrer le tube de forage 12 à la fréquence cible de vibration lors de la réalisation des différents forages F, F'. On comprend donc que cette fréquence cible de vibration est une fréquence de vibration qui est appliquée au tube de forage. En l'espèce, ces vibrations sont des ondes de compression qui se transmettent le long du tube de forage définissant des ventres et des nœuds. Ces ondes de vibration font entrer le tube de forage 12 en résonance, ou à tout le moins à une fréquence proche de sa fréquence de résonance, ce qui produit une énergie maximale sur l'organe de coupe 16, avec pour effet d'augmenter sensiblement l'efficacité du forage, et donc l'efficacité globale du procédé selon l'invention.
Le calcul de la fréquence cible de vibrations comporte tout d'abord une étape SlOO au cours de laquelle on saisit manuellement ou on détermine de manière automatisée la longueur L du tube de forage 12. On suppose donc ici que le tube de forage est mis en vibration sur toute sa longueur.
Puis, à partir de cette longueur on calcule la fréquence cible de vibrations au cours d'une étape S102 à partir de la longueur L du tube de forage, de la vitesse de propagation de l'onde de compression dans le tube de forage 12, dans cet exemple est réalisé en acier.
Encore de préférence, le calcul utilise une valeur constante correspondant à la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, cette vitesse dépendant du matériau constitutif du tube de forage.
Conformément à l'invention, dans la mesure où la longueur du tube de forage 12 augmente pendant la réalisation du forage en raison de l'ajout successif des éléments tubulaires 12a, 12b, on recalcule la fréquence cible de vibrations à chaque augmentation de la longueur du tube de forage. Cela permet de conserver une fréquence de vibration optimale pendant toute la durée du forage.
La fréquence cible de vibration ainsi calculée est ensuite affichée en tant que suggestion à l'opérateur. Elle peut aussi dans un autre mode de réalisation être envoyée en tant que consigne au générateur de vibrations 20 au cours d'une étape S104.
De manière préférentielle mais non nécessaire, la fréquence cible de référence est égale à :
· Fmax (la valeur de fréquence maximale prédéterminée) si
Fmax<(V)/(2*L), où V est la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, et L la longueur du tube de forage, OU :
• (n*V)/(2*L) si Fmax>(V)/(2*L), où n est un nombre entier supérieur ou égal à 1 choisi de sorte que
(n*V)/(2*L)<=Fmax et ((n+l)*V)/(2*L)>Fmax, Dans l'exemple qui suit, V est égal 5000 m/s, Fmax est égal à 130
Hz.
L, la longueur du de forage, est égale à la somme des longueurs des éléments tubulaires 12a, 12b, 12c,.... Dans cet exemple, les éléments tubulaires ont la même longueur unitaire, à savoir une longueur de 3 mètres.
On obtient le tableau de résultats suivant :
Nbre de tubes L (m) 2L V/(2*L) n F cible (Hz)
5 15 30 167 130 (Fmax)
6 18 36 139 130 (Fmax)
7 21 42 119 1 119
8 24 48 104 1 104
9 27 54 93 1 93
10 30 60 83 1 83
11 33 66 76 1 76
12 36 72 69 1 69
13 39 78 64 2 128
14 42 84 60 2 120
15 45 90 56 2 112
16 48 96 52 2 104
17 51 102 49 2 98
18 54 108 46 2 93
19 57 114 44 2 88
20 60 120 42 3 126
21 63 126 40 3 120
22 66 132 38 3 114
23 69 138 36 3 108
24 72 144 35 3 105
25 75 150 33 3 99
26 78 156 32 4 128
27 81 162 31 4 124

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une structure armée (M, 100) dans un sol caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
on fournit un outil de forage (10) comprenant un tube de forage (12) ayant une extrémité distale qui porte un organe de coupe (16), et des moyens (20) pour faire vibrer le tube de forage (12) ;
on réalise un forage (F,F dans le sol (S) à l'aide de l'outil de forage (10) en faisant vibrer le tube de forage (12), le tube de forage (12) étant amené à une profondeur prédéterminée (H) ; lorsque le tube de forage (12) a atteint la profondeur prédéterminée, on injecte un coulis de scellement (C) dans le tube de forage afin de noyer le tube de forage (12) dans le coulis de scellement (C) ; puis
on détache le tube de forage de l'outil de forage, grâce à quoi on obtient une structure armée (M, 100) munie d'un élément de renforcement constitué par le tube de forage (12).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le diamètre (D) de l'organe de coupe (16) est supérieur au diamètre (d) du tube de forage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, pendant l'injection de coulis de scellement, on fait vibrer le tube de forage
(12).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel des moyens de centrage sont fixés au tube de forage (12) afin d'assurer le centrage de l'élément de renforcement dans le forage (F) pendant l'injection de coulis de scellement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la direction (B) du forage (F est inclinée par rapport à une direction verticale.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la direction (B) du forage est inclinée par rapport à la direction verticale d'un angle strictement supérieur à 90°.
7. Procédé d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on injecte le coulis de scellement dans le tube de forage pendant le forage de sorte que le coulis de scellement est également utilisé comme fluide de forage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel on calcule une fréquence cible de vibration, et on fait vibrer le tube de forage à ladite fréquence cible de vibration lors de la réalisation du forage.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on augmente la longueur du tube de forage pendant la réalisation du forage, et on recalcule la fréquence cible de vibration à chaque augmentation de la longueur du tube de forage.
10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel, pour calculer la fréquence cible, on utilise la longueur (L) du tube de forage (12), la vitesse de propagation (V) des ondes de compression dans le tube de forage (12), et une valeur de fréquence maximale prédéterminée (Fmax).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel, la fréquence cible de vibration est égale à : une valeur de fréquence maximale prédéterminée, notée Fmax, si Fmax<(V)/(2*L), où V est la vitesse de propagation des ondes de compression dans le tube de forage, et où L est la longueur du tube de forage, OU :
(n*V)/(2*L) si Fmax>(V)/(2*L), où n est un nombre entier supérieur ou égal à 1 choisi de sorte que (n*V)/(2*L)<=Fmax et ((n+l)*V)/(2*L)>Fmax.
12. Procédé de fabrication d'un micropieu (M) dans lequel on met en oeuvre les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
13. Procédé de fabrication d'une voûte parapluie (V) dans lequel on met en œuvre les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.
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