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Tête pour tarière mécanique.
La présente invention concerne une tête pour une tarière mécanique conformément au préambule de la revendication 1.
Les tarières mécaniques équipées d'une tête de ce genre servent à réaliser un trou dans un sous-sol relativement tendre en repoussant simplement la terre dans le sens latéral jusqu'à une couche de sous-sol capable de supporter une charge, du béton étant ensuite coulé dans le trou de manière à y réaliser un pieu.
Jusqu'au moment du coulage du béton, le tube de forage introduit dans le trou sert non seulement à actionner la tête de tarière mais également à soutenir la terre. Ce n'est qu'après remplissage du trou avec du béton que la tarière en est retirée, la tête de tarière demeurant dans le trou de forage en tant que pièce perdue.
Il est un fait que les têtes de tarières de structure jusqu'à présent connue, comme celles décrites dans DE-PS 29 36 060 par exemple, opèrent de manière satisfaisante en ce qui concerne le refoulement de la terre, mais leur prix est cependant relativement élevé étant donné qu'il s'agit de pièces de fonte creuses sans symétrie de rotation.
Pour de nombreuses applications, il serait souhaitable de disposer de têtes pour tarières mécaniques d'un prix avantageux.
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L'objet de la présente invention est dès lors de perfectionner une tête pour une tarière mécanique conformément au préambule de la revendication 1, de telle sorte que les coûts de fabrication se trouvent réduits, en particulier également lors d'une fabrication en petite série, tout en maintenant de bonnes caractéristiques de refoulement de la terre.
L'invention prévoit à cet effet une tête pour tarière mécanique suivant la revendication 1.
Une tête pour tarière mécanique suivant l'invention peut être fabriquée de manière aisée à partir de pièces en acier standard, en particulier des tôles épaisses, lesquelles doivent uniquement être coupées, courbées et soudées, ou en tant que pièce coulée en béton présentant une géométrie simple.
Des perfectionnements avantageux de l'invention sont précisés dans les sous-revendications.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 2 permet d'obtenir la formation d'un cône de terre comprimée à la pointe de la tête de tarière en cours d'utilisation de celle-ci, dont l'angle d'ouverture correspond substantiellement à l'angle d'attaque des bords libres des ailettes de refoulement. Le refoulement de la terre radialement vers l'extérieur est renforcé malgré cela par les ailettes de refoulement prévues de manière rigide sur la pièce terminale, lesquelles dépassent axialement d'un cône de terre substantiellement stationnaire.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 3 permet d'obtenir l'application directe d'une force radiale sur la terre en cours de rotation de la tête de tarière.
Cet effet peut être obtenu suivant la revendication 4 avec une structure mécanique particulièrement simple de la tête de tarière,
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des bandes de plaques de métal planes pouvant être employées pour les ailettes de refoulement.
Dans le cas d'une tête de tarière suivant la revendication 5, il est en réalité nécessaire de courber les ailettes de refoulement à partir de plaques de métal, mais en revanche l'application d'une force radiale particulièrement efficace est obtenue vis-à-vis de la terre.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 6 est avantageux du point de vue d'une fabrication de têtes de tarières à un coût particulièrement intéressant. Des têtes de tarières fabriquées à partir de tôles embouties conviennent particulièrement bien pour une utilisation dans des sous-sols pas trop compacts et dans le cas de tarières de petits et moyens diamètres.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 7 permet la fabrication de têtes de tarières même en très petites séries, une matière particulièrement résistante à l'usure pouvant être choisie pour les lames, sans entraîner pour autant une dépense importante au niveau des autres parties de la tête de tarière.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 8 permet de réaliser une tête de tarière à partir de pièces constitutives présentant de faibles dimensions. Celles-ci sont par conséquent plus aisées à fabriquer et à manier.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 9 est avantageux du point de vue d'une augmentation de l'effet de grattage ou de raclage des ailettes de refoulement. Une tête de tarière de ce genre peut pénétrer plus aisément dans des couches de faible épaisseur, lesquelles sont dures mais ne présentent pas encore la résistance suffisante pour supporter la charge du pieu.
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Une tête de tarière présentant la structure énoncée à la revendication 10 est particulièrement aisée à fabriquer, par exemple en superposant des disques de béton et en les reliant de manière rigide ou en coulant directement une forme analogue en béton.
Dans le cas d'une tête de tarière de ce genre, une force radiale progressive est également exercée sur la terre en cours de rotation de la tête de tarière, en raison de l'excentricité de ses contours, de sorte que la terre se trouve repoussée radialement vers l'extérieur.
Grâce au perfectionnement de l'invention suivant la revendication 11, les différents tronçons de la tête de tarière disposés axialement les uns derrière les autres sont sollicités de manière substantiellement égale. Les tronçons de surfaces extérieures situés axialement à l'arrière de la tête de tarière doivent en réalité agir sur de la terre déjà compactée plus fortement. Une trajectoire de travail plus importante y est dès lors prévue dans le sens périphérique de la tête de tarière.
Grâce au perfectionnement de l'invention suivant la revendication 12, au sein d'un étage précis de la tête de tarière ou entre deux étages contigus de la tête de tarière, les forces dirigées radialement vers l'extérieur apparaissent toujours de manière substantiellement symétrique, de sorte qu'aucun moment de basculement ne peut se produire au niveau de la tarière dans un sens perpendiculaire à son axe.
Dans le cas d'une tête de tarière suivant la revendication 13, il est possible de provoquer la fragmentation de la tête en forme de coin de manière à favoriser la pénétration dans la terre, lorsque celle-ci a atteint le fond du trou de forage. Les gros morceaux de béton subsistant après l'explosion des capsules détonantes s'accrochent particulièrement bien dans la terre d'une part et d'autre part avec le béton coulé par la suite dans le trou.
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Une tête de tarière suivant la revendication 14 est réutilisable. Lors du retrait de la tête de tarière, les segments de la pièce terminale se rabattent vers le bas en raison du poids de la colonne de béton coulé sur place et sous l'effet des surfaces d'appui et se positionnent dans le prolongement du tube de forage. La tête de tarière peut ainsi être retirée conjointement avec le tube de forage sans augmentation particulière de la force nécessaire pour extraire la tarière.
Le perfectionnement de l'invention suivant la revendication 15 permet de maintenir fermement ensemble les segments de la pièce terminale et les ailettes de refoulement portées par ceux-ci à la manière d'un parapluie fermé substantiellement cunéiforme jusqu'à ce que la tête de tarière soit introduite dans la couche de terre supérieure. A partir de ce moment, les segments de la pièce terminale sont alors maintenus sûrement ensemble par la force d'avance axiale. L'élément de retenue des segments s'use lorsque la tête de tarière pénètre davantage dans le sol et n'empêche dès lors pas le rabattement ultérieur des segments lorsque la tarière doit être retirée du sol par la suite.
L'invention est exposée de manière plus détaillée par la suite au moyen d'exemples de réalisation, par référence au dessin. Il y est illustré : Figure 1 : une coupe axiale d'une tête pour une tarière mécanique et de l'extrémité contiguë d'un tube de forage portant ladite tête ; Figure 2 : une coupe similaire d'une variante de tête de tarière ;
Figure 3 : une vue de côté à découpage partiel d'une autre variante de tête de tarière ;
Figure 4 : une vue d'en haut de la surface frontale de la tête de
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tarière représentée à la figure 3 ; Figure 5 : une coupe axiale d'une autre variante de tête de tarière ; Figure 6 : une vue d'en haut de la surface frontale de la tête de tarière représentée à la figure 5 ; Figures 7 et 8 : des vues d'en haut des surfaces frontales d'autres variantes de têtes de tarières ;
Figure 9 : une vue de côté d'une autre variante de tête de tarière ; Figure 10 : une vue d'en haut de la tête de tarière représentée à la figure 9 ; Figure 11 : une vue de côté d'une autre variante de tête de tarière ; Figures 12 à 15 : des vues de côté de tronçons d'ailettes de refoulement pour une tête de tarière ; Figure 16 : une vue de côté d'une autre variante de tête de tarière ; Figure 17 : une vue de l'extrémité de la tête de tarière représentée à la figure 16 ; Figure 18 : une vue de côté, en coupe semi-axiale d'une autre variante de tête de tarière ;
Figure 19 : une vue d'en haut de la tête de tarière représentée à la figure 18 ;
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Figure 20 : une vue de côté d'une autre variante de tête de tarière ; et Figure 21 : une vue d'en haut similaire à celle de la figure 19 d'une autre variante de tête de tarière.
La figure 1 montre en 10 un tube de forage, lequel porte une tête de tarière désignée dans l'ensemble par la référence 12.
La tête de tarière 12 possède une bague d'adaptation 14, sur laquelle une pièce terminale 18 est soudée au moyen d'un cordon de soudure 16. Ladite pièce terminale 18 dépasse radialement de la bague d'adaptation 14 et une bague d'étanchéité 20 est disposée dans l'angle ainsi formé ; celle-ci vient s'engager dans une rainure 22 prévue le long du bord intérieur de l'extrémité libre du tube de forage 10. Le tube de forage 10 se trouve ainsi obturé de façon étanche à son extrémité supérieure par référence à la figure 1, laquelle est l'extrémité inférieure en situation d'utilisation dudit tube de forage 10.
Quatre ailettes de refoulement 24 en forme de lames réparties dans le sens périphérique sont soudées sur la surface libre de la pièce terminale 18. Les cordons de soudure correspondants portent la référence 26. D'autres cordons de soudure 28 relient les extrémités intérieures des ailettes de refoulement 24.
L'extrémité libre du tube de forage 10 présente encore quatre paires de doigts d'entraînement 30,32 dépassant axialement, lesquelles reçoivent chacune une des ailettes de refoulement 24 entre leurs doigts et servent à transmettre à la tête de tarière
12 le mouvement de rotation imprimé au tube de forage 10 depuis le plateau de forage. Cet accouplement par emboîtement transmettant le couple de rotation se laisse aisément libérer de la tête de tarière 12 en déplaçant axialement vers le bas le tube de forage
10.
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Dans les variantes de têtes de tarières décrites par la suite et représentées aux figures 2 à 20, les parties constitutives ayant chaque fois la même fonction portent les mêmes références et ne seront plus redécrites en détail.
La tête de tarière représentée à la figure 2 possède une pièce terminale 18 de forme conique au lieu d'une pièce terminale plane 18, laquelle peut être fabriquée en courbant et en joignant par soudage un secteur de cercle correspondant d'une matière de départ en forme de plaque circulaire. Il est ainsi obtenu une surface de glissement conique fournissant un effet de refoulement additionnel lors de l'avance axiale de la tête de tarière. Les ailettes de refoulement 24 possèdent à présent une hauteur moins importante et peuvent être fabriquées à partir d'une plaque de métal découpée en bandes.
Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 3 et 4, il est prévu au-dessus de la pièce terminale 18 une plaque de refoulement 34 obtenue par emboutissage profond d'un morceau de tôle de forte épaisseur. Les ailettes de refoulement 24 sont formées par des ailes de la plaque de refoulement emboutie 34, lesquelles se situent dans des plans axiaux. Entre les ailettes de refoulement 24, la plaque de refoulement 34 présente des surfaces 36 s'élevant hélicoldalement, similaires à celles rencontrées à l'extrémité d'un foret hélicoïdal.
Une bague de raccordement 38 présentant une arête supérieure en dents de scie sert à relier la plaque de refoulement 34 à la pièce terminale 18. A cet effet, le bord inférieur intérieur de la bague de raccordement 38 est relié par un cordon de soudure 40 à la pièce terminale 18 et son bord supérieur extérieur est relié par un cordon de soudure 42 au bord extérieur de la plaque de refoulement 34.
Dans le cas de la tête de tarière représentée aux figures 5 et 6,
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des ailettes de refoulement 24 sont prévues sur la plaque de refoulement 34 dans la région de ses surfaces fortement inclinées, de telle sorte qu'elles dépassent axialement de la plaque de refoulement 34. Des cordons de soudure, comme celui représenté en 26, servent de nouveau à fixer les ailettes de refoulement 24 sur la plaque de refoulement 34.
Dans les exemples de réalisation décrits jusqu'à présent par référence aux figures 1 à 6, les ailettes de refoulement 24 sont orientées substantiellement dans le sens radial par rapport à l'axe de la tête de tarière.
La figure 7 montre une géométrie d'ailettes de refoulement 24 permettant d'obtenir un refoulement forcé de la terre radialement vers l'extérieur fourni par la rotation de la tarière, en raison du glissement de la terre le long des surfaces extérieures des ailettes disposées en biais. Les ailettes de refoulement 24 s'étendent dans ce cas le long de tronçons de segments de la pièce terminale circulaire 18 ou de la pièce terminale conique 18.
Afin de générer une force de refoulement dirigée radialement vers l'extérieur en cours de rotation de la tarière, il est également possible de prévoir les ailettes de refoulement 24 courbées de façon contraire au sens de rotation de la tête de tarière, comme illustré à la figure 8.
La tête de tarière représentée à la figure 8 comporte encore des ailettes de refoulement 24a additionnelles prévues uniquement dans la région périphérique de la tête de tarière.
Comme le montrent les figures 1 à 8, la tendance générale des têtes de tarières qui y sont représentées est de prévoir des ailettes de refoulement 24 se prolongeant dans le sens radial au delà de la plaque terminale 18, de préférence encore quelque peu au delà de la surface extérieure du tube de forage 10. La terre
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poussée radialement vers l'extérieur par les ailettes de refoulement 24 peut ainsi revenir élastiquement légèrement vers l'intérieur, sans que des forces de frottement élevées apparaissent entre la surface extérieure du tube de forage 10 et le sol.
Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 9 et 10, il est prévu une seule ailette de refoulement 24 en forme de spirale, laquelle est fixée sur la pièce terminale plane 18 au moyen d'un cordon de soudure 26 situé principalement à l'extérieur de la spirale ; seul le tronçon terminal extérieur de l'ailette de refoulement 24 est fixé par un cordon de soudure 26 intérieur à la spirale. Du point de vue d'une fixation particulièrement aisée de l'ailette de refoulement 24, celle-ci ne s'étend que sur 360*. Une telle ailette de refoulement à pas simple est également particulièrement aisée à courber à partir d'une plaque de métal de forme trapézoïdale.
Afin d'éviter des moments de basculement dans une direction perpendiculaire à l'axe de la tête de tarière, il est possible de prévoir sur la pièce terminale 18 une autre ailette de refoulement en forme de spirale décalée de 180-. Celle ailette supplémentaire est représentée à l'aide d'un trait mixte aux figures 9 et 10..
Au centre de la tête de tarière, il est prévu une pointe de refoulement 44 de structure massive, laquelle joue en même temps le rôle d'une pointe de centrage.
En cours d'utilisation, l'espace situé du côté intérieur des ailettes de refoulement spiralées 24 se remplit de terre, tandis que les surfaces extérieures des ailettes de refoulement 24 poussent la terre continuellement vers l'extérieur sous l'effet de la rotation de la tête de tarière 12. Lorsque la vitesse d'avance axiale et la vitesse de rotation de la tête de tarière 12 sont coordonnées en fonction de la pente des bords libres des ailettes
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de refoulement spiralées 24, le travail de refoulement radial de la terre est alors essentiellement fourni par la rotation du tube de forage 10. Dans ce cas, des forces de poussée ou d'avance axiale relativement faibles suffisent largement.
La figure 11 montre une tête de tarière comportant deux ailettes de refoulement 24 décalées de 180-. Ces ailettes reposent par leurs bords inférieurs sur une pièce terminale 18 de forme conique, l'angle d'ouverture du cône étant choisi en fonction du pas souhaité des ailettes de refoulement 24. Les ailettes de refoulement hélicoïdales peuvent ainsi être fabriquées en courbant des bandes de plaques de métal.
Pour le travail de refoulement pur, des ailettes de refoulement présentant une arête libre lisse sont en principe suffisantes. En vue du forage de couches plus dures et de l'enlèvement de morceaux de roches dures, il peut toutefois être avantageux de donner une forme particulière aux arêtes libres des ailettes de refoulement 24, par exemple une forme en dents de scie (figure 12), une forme triangulaire (figure 13), une forme rectangulaire (figure 14) ou une forme ondulée (figure 15). Les différentes arêtes profilées des ailettes de refoulement sont chaque fois désignées par la référence 46 au dessin.
Les têtes de tarières comportant des ailettes de refoulement hélicoïdales 24, telles qu'elles sont représentées aux figures 9 à
11, conviennent particulièrement bien pour des terrains pas trop compacts. En présence de sols très durs et difficilement compactables, les ailettes hélicoïdales fabriquées éventuellement en courbant des plaques de métal et les cordons de soudure 26 servant à les fixer sur la pièce terminale 18, se trouvent cependant trop fortement sollicités. Dans de telles conditions d'utilisation, un soutien radial absolument rigide des surfaces de refoulement est souhaitable.
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Une tête de tarière appropriée à de telles conditions sévères d'utilisation est représenté schématiquement aux figures 16 et 17. La tête de tarière comporte une pluralité de disques de refoulement 24-1 à 24-4, dont le centre E se trouve décalé de l'axe M de la tête de tarière. Les trajectoires parcourues par les points les plus éloignés de l'axe M des disques de refoulement excentriques sont représentées en traits interrompus à la figure 17 et portent les références 48-1 à 48-3, tandis que la trajectoire du point le plus éloigné de l'axe M du disque de refoulement 24-4 correspond au bord de la pièce terminale circulaire 18.
La figure 17 montre clairement que l'étagement des disques de refoulement excentriques 24-i et la distance entre les points M et E sont coordonnés entre eux de telle sorte que la trajectoire du point le plus extérieur d'un disque de refoulement corresponde à la trajectoire du point le plus intérieur du disque de refoulement suivant situé en-dessous. Il est assuré ainsi un enchaînement continu du travail de refoulement entre les différents disques de refoulement. Une pointe de refoulement 44 dépassant du premier disque de refoulement 24-1 assure la pénétration dans et le premier refoulement de la terre.
Dans le cas de la tête de tarière représentée aux figures 16 et 17, il est prévu une seule surface de refoulement excentrique pour chacun des disques de refoulement 24-i. Dans l'exemple de réalisation suivant les figures 18 et 19, lequel est de structure fondamentalement analogue, les différents disques de refoulement 24-i présentent chaque fois une forme symétrique par rapport au plan médian de la tête de tarière, mais sont cependant constitués chaque fois de deux demi-cercles excentriques 50,52, lesquels sont fermés par des segments de droite 54 de manière à former un
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ovale. Les deux centres des demi-cercles 50, 52 sont désignés par E1 et E2 et l'axe de la tête de tarière de nouveau par M.
Une tête de tarière 12 suivant les figures 18 et 19 fournit dès lors le
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même travail de refoulement de chaque côté de son plan médian (dans le cas d'un sol substantiellement homogène dans le sens périphérique de la tête de tarière), de sorte qu'aucun moment de basculement ne peut se produire au niveau de la tarière dans un sens perpendiculaire à son axe.
Comme le montre la figure 18, des billes de mousse 56 dans lesquelles sont noyées des capsules détonantes 58 radio- amorçables, sont coulées dans la tête de tarière 12, elle-même coulée en béton. Lorsque la tête de tarière 12 a atteint la profondeur de forage souhaitée, il est ainsi possible de commander par radio l'explosion des capsules détonantes 58 et de provoquer le fractionnement de la tête de tarière 12 en un nombre de gros fragments, lesquels ne présentent alors plus une géométrie favorisant une pénétration davantage dans le sol. Ces fragments se lient au béton coulé sur place de manière à former un pied de pieu crénelé.
Comme variante aux exemples de réalisation suivant les figures 16 à 19, il est également possible d'opter pour une géométrie conique, comme représenté au moyen d'un trait interrompu à la partie gauche de la figure 18, au lieu d'une structure comportant des disques séparés. Il est obtenu dans ce cas une surface extérieure lisse, les contours du cône présentant cependant toujours la même allure que celle des figures 17 et 19.
Une telle variante de tête de tarière est avantageuse du point de vue d'une avance rapide par poussée axiale de la tarière dans un sous-sol tendre, une part croissante du travail de refoulement pouvant être fournie par le mouvement de rotation en réduisant l'avance axiale, en présence d'une couche de sous-sol plus difficile à refouler.
Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 20, la pièce terminale 18 est constituée d'une pluralité de segments 60
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répartis dans le sens périphérique, lesquels sont chacun montés de manière articulée sur la bague d'adaptation 14 au moyen d'une charnière 62 comportant un axe tangentiel. Dans l'exemple de réalisation illustré, quatre segments 60 de 90. sont seulement représentés pour plus de clarté du dessin. Dans la pratique, le nombre de segments peut être plus important, par exemple 6,8 ou 12.
Il est veillé ainsi à ce que les segments 60, lorsqu'ils sont en position rabattue, libèrent presque complètement le volume intérieur du tube de forage 10, de sorte que la tête de tarière 12 fixée de manière récupérable au tube de forage 10 peut également être retirée d'une cage d'armature de grand diamètre.
Chacun des segments 60 de la pièce terminale 18 est pourvu d'une ailette de refoulement 24, dont l'extrémité sert en même temps de charnière. Dans le cas d'un nombre très important de segments 60, certaines des ailettes de refoulement supportées par les segments 60 ne s'étendent alors que sur une partie des segments correspondants.
A l'extrémité supérieure de chacune des ailettes de refoulement 24, il est prévu un évidement 64 destiné à recevoir une bague de retenue 66. Les segments 60 de la pièce terminale 18 se trouvent ainsi maintenus ensemble jusqu'à ce que cette fonction soit prise en charge par la pression de réaction du terrain dans lequel la tête de tarière est introduite. La bague de retenue 66 est prévue dans une matière s'usant rapidement en contact avec le sol.
L'exemple de réalisation représenté à la figure 21 est très similaire à celui de la figure 19, à part que les disques de refoulement 24-i possèdent à présent un triple axe de symétrie.
Les centres des parois périphériques en arc de cercle sont désignés par E.., E, et E3 pour le disque de refoulement 24-2. Les disques de refoulement successifs sont chaque fois décalés les uns par rapport aux autres d'un demi pas angulaire, de 60-dans le cas présent, de sorte qu'un équilibre des moments est de nouveau
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obtenu au centre de la tête de tarière. De plus, les tronçons situés radialement vers l'intérieur d'un disque de refoulement sont ainsi contigus aux tronçons situés radialement vers l'extérieur du disque de refoulement qui précède. Le bord du plus grand disque de refoulement 24-3 se trouve relié au bord de la tête de tarière 12 par des tronçons de paroi 68 de forme conique.
La pointe de refoulement 44 est également formée de manière similaire, par juxtaposition de sections coniques présentant des bases adaptées.
Comme autre variante, il est également possible d'employer des disques de refoulement présentant une géométrie quadratique, pentagonale, hexagonale, etc. Plus le nombre d'angles est élevé, plus le travail de refoulement fourni par la rotation de la tête de tarière diminue et plus le travail de refoulement effectué par son déplacement axial augmente. En présence d'un nombre d'angles donné, il est possible d'augmenter le travail de refoulement fourni par la rotation de la tête de tarière en réduisant le rayon de courbure des parois périphériques des disques ou de le réduire en augmentant le rayon de courbure.
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Head for mechanical auger.
The present invention relates to a head for a mechanical auger according to the preamble of claim 1.
Mechanical augers equipped with a head of this kind are used to make a hole in a relatively soft basement by simply pushing the earth sideways to a layer of basement capable of supporting a load, concrete being then poured into the hole to make a stake.
Until the concrete is poured, the drill pipe inserted into the hole is used not only to actuate the auger head but also to support the earth. It is only after filling the hole with concrete that the auger is removed, the auger head remaining in the borehole as a lost part.
It is a fact that auger heads of hitherto known structure, such as those described in DE-PS 29 36 060 for example, operate satisfactorily with regard to the displacement of the earth, but their price is however relatively high since these are hollow castings without rotational symmetry.
For many applications, it would be desirable to have heads for mechanical augers at an advantageous price.
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The object of the present invention is therefore to perfect a head for a mechanical auger in accordance with the preamble of claim 1, so that the manufacturing costs are reduced, in particular also during a production in small series, while maintaining good discharge characteristics of the earth.
The invention provides for this purpose a head for a mechanical auger according to claim 1.
A mechanical auger head according to the invention can be easily produced from standard steel parts, in particular thick sheets, which must only be cut, bent and welded, or as a concrete casting with geometry simple.
Advantageous improvements of the invention are specified in the dependent claims.
The improvement of the invention according to claim 2 makes it possible to obtain the formation of a cone of compressed earth at the tip of the auger head during use thereof, the opening angle of which corresponds substantially at the angle of attack of the free edges of the discharge fins. The discharge of the earth radially outwards is reinforced in spite of this by the discharge fins provided rigidly on the end piece, which protrude axially from a substantially stationary earth cone.
The refinement of the invention according to claim 3 makes it possible to obtain the direct application of a radial force on the earth during the rotation of the auger head.
This effect can be obtained according to claim 4 with a particularly simple mechanical structure of the auger head,
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strips of flat metal plates which can be used for the delivery fins.
In the case of an auger head according to claim 5, it is actually necessary to bend the delivery fins from metal plates, but on the other hand the application of a particularly effective radial force is obtained vis-à-vis -vis the earth.
The improvement of the invention according to claim 6 is advantageous from the point of view of manufacturing auger heads at a particularly advantageous cost. Auger heads made from stamped sheets are particularly suitable for use in not too compact basements and in the case of augers of small and medium diameters.
The refinement of the invention according to claim 7 allows the manufacture of auger heads even in very small series, a material particularly resistant to wear which can be chosen for the blades, without however entailing a significant expense in terms of the other parts. of the auger head.
The refinement of the invention according to claim 8 makes it possible to produce an auger head from component parts having small dimensions. These are therefore easier to manufacture and handle.
The improvement of the invention according to claim 9 is advantageous from the point of view of an increase in the effect of scraping or scraping of the delivery fins. An auger head of this kind can more easily penetrate thin layers, which are hard but do not yet have sufficient strength to support the pile load.
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An auger head having the structure set out in claim 10 is particularly easy to manufacture, for example by superimposing concrete discs and rigidly connecting them or by directly casting an analogous concrete form.
In the case of an auger head of this kind, a progressive radial force is also exerted on the earth during the rotation of the auger head, due to the eccentricity of its contours, so that the earth is pushed radially outwards.
Thanks to the improvement of the invention according to claim 11, the different sections of the auger head arranged axially one behind the other are subjected to substantially equal stress. The sections of external surfaces located axially behind the auger head must in fact act on already compacted soil more strongly. A larger work path is therefore provided in the peripheral direction of the auger head.
Thanks to the improvement of the invention according to claim 12, within a precise stage of the auger head or between two contiguous stages of the auger head, the forces directed radially outwards always appear to be substantially symmetrical, so that no tilting moment can occur at the auger in a direction perpendicular to its axis.
In the case of an auger head according to claim 13, it is possible to cause the wedge-shaped head to be fragmented so as to promote penetration into the earth, when the latter has reached the bottom of the borehole . The large pieces of concrete remaining after the explosion of the detonating capsules cling particularly well in the earth on the one hand and on the other hand with the concrete subsequently poured into the hole.
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An auger head according to claim 14 is reusable. When removing the auger head, the segments of the end piece fold down due to the weight of the concrete column poured in place and under the effect of the bearing surfaces and are positioned in the extension of the tube drilling. The auger head can thus be removed together with the drill pipe without any particular increase in the force required to extract the auger.
The refinement of the invention according to claim 15 makes it possible to firmly hold together the segments of the end piece and the delivery fins carried by them in the manner of a closed substantially wedge-shaped umbrella until the auger head is introduced into the upper layer of soil. From this moment, the segments of the end piece are then securely held together by the axial advancing force. The segment retaining element wears out when the auger head penetrates further into the ground and therefore does not prevent the segments from being folded down further when the auger is subsequently to be removed from the ground.
The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments, with reference to the drawing. It is illustrated therein: FIG. 1: an axial section of a head for a mechanical auger and of the contiguous end of a drilling tube carrying said head; Figure 2: a similar section of an auger head variant;
Figure 3: a partially cut side view of another variant of auger head;
Figure 4: a top view of the front surface of the head
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auger shown in Figure 3; Figure 5: an axial section of another variant of auger head; Figure 6: a top view of the front surface of the auger head shown in Figure 5; Figures 7 and 8: views from above of the front surfaces of other variants of auger heads;
Figure 9: a side view of another variant of auger head; Figure 10: a top view of the auger head shown in Figure 9; Figure 11: a side view of another variant of auger head; Figures 12 to 15: side views of sections of discharge fins for an auger head; Figure 16: a side view of another variant of auger head; Figure 17: a view of the end of the auger head shown in Figure 16; Figure 18: a side view, in semi-axial section of another variant of auger head;
Figure 19: a top view of the auger head shown in Figure 18;
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Figure 20: a side view of another variant of auger head; and Figure 21: a top view similar to that of Figure 19 of another variant of auger head.
FIG. 1 shows at 10 a drill pipe, which carries an auger head generally designated by the reference 12.
The auger head 12 has an adapter ring 14, onto which an end piece 18 is welded by means of a weld bead 16. Said end piece 18 protrudes radially from the adapter ring 14 and a sealing ring 20 is arranged in the angle thus formed; the latter engages in a groove 22 provided along the inner edge of the free end of the drilling tube 10. The drilling tube 10 is thus sealed in its sealed end at its upper end with reference to FIG. 1 , which is the lower end when said drilling tube 10 is in use.
Four discharge fins 24 in the form of blades distributed in the peripheral direction are welded to the free surface of the end piece 18. The corresponding weld beads are marked with the reference 26. Other weld beads 28 connect the inner ends of the fins. repression 24.
The free end of the drilling tube 10 also has four pairs of axially protruding drive fingers 30, 32, each of which receives one of the discharge fins 24 between their fingers and serves to transmit to the auger head.
12 the rotational movement imparted to the drilling tube 10 from the drilling platform. This interlocking coupling transmitting the torque is easily released from the auger head 12 by moving the drill pipe axially downwards
10.
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In the variants of auger heads described below and represented in FIGS. 2 to 20, the constituent parts each having the same function bear the same references and will no longer be described in detail.
The auger head shown in FIG. 2 has an end piece 18 of conical shape instead of a flat end piece 18, which can be produced by bending and joining by welding a corresponding sector of a circle of starting material in circular plate shape. A conical sliding surface is thus obtained, providing an additional discharge effect during the axial advance of the auger head. The discharge fins 24 now have a smaller height and can be made from a metal plate cut into strips.
In the exemplary embodiment according to FIGS. 3 and 4, there is provided above the end piece 18 a discharge plate 34 obtained by deep drawing of a piece of very thick sheet metal. The discharge fins 24 are formed by wings of the stamped discharge plate 34, which lie in axial planes. Between the discharge fins 24, the discharge plate 34 has surfaces 36 which rise helically, similar to those encountered at the end of a twist drill.
A connection ring 38 having an upper serrated edge serves to connect the discharge plate 34 to the end piece 18. For this purpose, the inner lower edge of the connection ring 38 is connected by a weld bead 40 to the end piece 18 and its outer upper edge is connected by a weld bead 42 to the outer edge of the discharge plate 34.
In the case of the auger head shown in Figures 5 and 6,
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discharge fins 24 are provided on the discharge plate 34 in the region of its strongly inclined surfaces, so that they protrude axially from the discharge plate 34. Weld beads, like that shown at 26, serve as again to fix the discharge fins 24 on the discharge plate 34.
In the embodiments described so far with reference to Figures 1 to 6, the delivery fins 24 are oriented substantially in the radial direction relative to the axis of the auger head.
FIG. 7 shows a geometry of delivery fins 24 making it possible to obtain a forced delivery of the earth radially outwards provided by the rotation of the auger, due to the sliding of the earth along the external surfaces of the fins arranged slantwise. The discharge fins 24 extend in this case along segments of segments of the circular end piece 18 or of the conical end piece 18.
In order to generate a discharge force directed radially outward during rotation of the auger, it is also possible to provide the discharge fins 24 curved in a manner opposite to the direction of rotation of the auger head, as illustrated in FIG. figure 8.
The auger head shown in FIG. 8 also includes additional delivery fins 24a provided only in the peripheral region of the auger head.
As shown in FIGS. 1 to 8, the general tendency of the auger heads which are represented therein is to provide delivery fins 24 extending in the radial direction beyond the end plate 18, preferably still somewhat beyond the outside surface of the drill pipe 10. Earth
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thrust radially outward by the discharge fins 24 can thus return elastically slightly inwardly, without high frictional forces appearing between the outer surface of the drilling tube 10 and the ground.
In the embodiment according to FIGS. 9 and 10, there is provided a single delivery fin 24 in the form of a spiral, which is fixed to the flat end piece 18 by means of a weld bead 26 situated mainly at the outside of the spiral; only the outer end section of the discharge fin 24 is fixed by a weld bead 26 inside the spiral. From the point of view of a particularly easy attachment of the discharge fin 24, this extends only over 360 *. Such a single pitch delivery fin is also particularly easy to bend from a metal plate of trapezoidal shape.
In order to avoid tilting moments in a direction perpendicular to the axis of the auger head, it is possible to provide on the end piece 18 another delivery fin in the form of a spiral offset by 180-. This additional fin is shown with a dashed line in Figures 9 and 10.
At the center of the auger head, a discharge point 44 of massive structure is provided, which at the same time plays the role of a centering point.
In use, the space located on the inside of the spiral discharge fins 24 is filled with soil, while the exterior surfaces of the discharge fins 24 continuously push the earth outwards under the effect of the rotation of the auger head 12. When the axial feed speed and the speed of rotation of the auger head 12 are coordinated as a function of the slope of the free edges of the fins
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spiral discharge 24, the work of radial discharge of the earth is then essentially provided by the rotation of the drilling tube 10. In this case, relatively low thrust or axial advance forces are sufficient.
FIG. 11 shows an auger head comprising two delivery fins 24 offset by 180-. These fins rest by their lower edges on an end piece 18 of conical shape, the opening angle of the cone being chosen according to the desired pitch of the discharge fins 24. The helical discharge fins can thus be produced by bending strips of metal plates.
For pure discharge work, discharge fins with a smooth free edge are in principle sufficient. With a view to drilling harder layers and removing pieces of hard rock, it may however be advantageous to give a specific shape to the free edges of the discharge fins 24, for example a sawtooth shape (FIG. 12). , a triangular shape (Figure 13), a rectangular shape (Figure 14) or a wavy shape (Figure 15). The various profiled edges of the discharge fins are each designated by the reference 46 in the drawing.
Auger heads having helical discharge fins 24, as shown in FIGS. 9 to
11, are particularly suitable for not too compact terrains. In the presence of very hard and difficult to compact soils, the helical fins possibly produced by bending metal plates and the weld beads 26 used to fix them on the end piece 18, are however too heavily stressed. In such conditions of use, absolutely rigid radial support of the delivery surfaces is desirable.
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An auger head suitable for such severe conditions of use is shown diagrammatically in FIGS. 16 and 17. The auger head comprises a plurality of discharge discs 24-1 to 24-4, the center E of which is offset from the axis M of the auger head. The trajectories traveled by the points furthest from the axis M of the eccentric delivery discs are shown in broken lines in Figure 17 and bear the references 48-1 to 48-3, while the trajectory from the point furthest from the axis M of the discharge disc 24-4 corresponds to the edge of the circular end piece 18.
FIG. 17 clearly shows that the staggering of the eccentric delivery discs 24-i and the distance between points M and E are coordinated with each other so that the trajectory of the outermost point of a delivery disc corresponds to the trajectory of the innermost point of the next delivery disc located below. There is thus ensured a continuous sequence of the discharge work between the various discharge discs. A discharge point 44 protruding from the first discharge disc 24-1 ensures penetration into and the first discharge of the earth.
In the case of the auger head shown in Figures 16 and 17, there is provided a single eccentric discharge surface for each of the discharge discs 24-i. In the exemplary embodiment according to FIGS. 18 and 19, which is of fundamentally similar structure, the various delivery discs 24-i each have a symmetrical shape with respect to the median plane of the auger head, but are however constituted each times of two eccentric semicircles 50,52, which are closed by line segments 54 so as to form a
EMI12.1
oval. The two centers of the semicircles 50, 52 are designated by E1 and E2 and the axis of the auger head again by M.
An auger head 12 according to FIGS. 18 and 19 therefore provides the
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same discharge work on each side of its median plane (in the case of a substantially homogeneous soil in the peripheral direction of the auger head), so that no moment of tilting can occur at the auger in a direction perpendicular to its axis.
As shown in FIG. 18, foam balls 56 in which radio-initiating detonating capsules 58 are embedded, are poured into the auger head 12, itself cast in concrete. When the auger head 12 has reached the desired drilling depth, it is thus possible to radio control the explosion of the detonating capsules 58 and to cause the auger head 12 to be divided into a number of large fragments, which do not have then more geometry favoring more penetration into the ground. These fragments bind to the concrete poured on site to form a crenellated pile base.
As a variant to the exemplary embodiments according to FIGS. 16 to 19, it is also possible to opt for a conical geometry, as shown by means of a broken line on the left side of FIG. 18, instead of a structure comprising separate discs. In this case, a smooth outer surface is obtained, the contours of the cone however always having the same appearance as that of FIGS. 17 and 19.
Such an auger head variant is advantageous from the point of view of rapid advance by axial thrust of the auger in a soft subsoil, an increasing part of the discharge work can be provided by the rotational movement by reducing the axial advance, in the presence of a layer of subsoil more difficult to repress.
In the embodiment shown in Figure 20, the end piece 18 consists of a plurality of segments 60
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distributed in the peripheral direction, which are each mounted in an articulated manner on the adapter ring 14 by means of a hinge 62 having a tangential axis. In the illustrated embodiment, four segments 60 of 90. are only shown for clarity of the drawing. In practice, the number of segments may be greater, for example 6.8 or 12.
It is thus ensured that the segments 60, when in the folded position, almost completely release the interior volume of the drilling tube 10, so that the auger head 12 retrievably attached to the drilling tube 10 can also be removed from a large diameter reinforcement cage.
Each of the segments 60 of the end piece 18 is provided with a discharge fin 24, the end of which simultaneously serves as a hinge. In the case of a very large number of segments 60, some of the delivery fins supported by the segments 60 then extend only over part of the corresponding segments.
At the upper end of each of the discharge fins 24, there is a recess 64 intended to receive a retaining ring 66. The segments 60 of the end piece 18 are thus held together until this function is taken under load by the reaction pressure of the ground in which the auger head is introduced. The retaining ring 66 is provided in a rapidly wearing material in contact with the ground.
The embodiment shown in Figure 21 is very similar to that of Figure 19, except that the delivery discs 24-i now have a triple axis of symmetry.
The centers of the peripheral walls in an arc are designated by E .., E, and E3 for the discharge disc 24-2. The successive delivery discs are each offset from each other by half an angular step, 60-in this case, so that a balance of moments is again
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obtained in the center of the auger head. In addition, the sections located radially inward of a delivery disc are thus contiguous to the sections located radially outward of the preceding delivery disc. The edge of the largest discharge disc 24-3 is connected to the edge of the auger head 12 by wall sections 68 of conical shape.
The discharge point 44 is also formed in a similar manner, by juxtaposition of conical sections having suitable bases.
As another variant, it is also possible to use delivery discs having a quadratic, pentagonal, hexagonal geometry, etc. The higher the number of angles, the more the delivery work provided by the rotation of the auger head decreases and the more the delivery work performed by its axial displacement increases. In the presence of a given number of angles, it is possible to increase the delivery work provided by the rotation of the auger head by reducing the radius of curvature of the peripheral walls of the discs or to reduce it by increasing the radius of curvature.