Forage à tarière des puits : particularités de la technologie et de l'outil pour le forage manuel et mécanisé

Le forage à la tarière des puits pour l'eau potable est aujourd'hui la méthode de forage la plus populaire dans les ménages privés. Il est possible de réaliser soi-même un puits aquifère peu profond à l'aide d'une tarière manuelle. Pour faciliter le travail, on utilise souvent des petites unités de forage motorisées.

Nous vous expliquerons pourquoi cette méthode est si populaire. Nous analyserons en quoi elle diffère des autres méthodes de forage et dans quelles situations il est efficace de l'utiliser. L'article décrit en détail la technologie de la tarière et la conception des équipements de forage, ainsi que les outils de forage utilisés pour le forage manuel et mécanique.

Spécificités du forage à la tarière

Un forage est un ouvrage cylindrique dans la croûte terrestre qui, malgré une grande longueur, a une petite section transversale. Son début est appelé l'embouchure, la surface latérale les parois, et le fond de l'ouvrage le front de taille.

La méthode de forage optimale est choisie en fonction de la fonction du puits, du diamètre et de la profondeur nécessaires. Il est important de prendre en compte les propriétés physico-mécaniques des roches à traverser lors de la création de l'ouvrage de capage d'eau.

La faisabilité technico-économique du forage dans des conditions spécifiques a également une influence. C'est une étape importante lors de la conception des puits, au cours de laquelle les solutions technologiques de base sont déterminées – le type d'équipement utilisé et les modes de forage.

La faisabilité technico-économique de la méthode de forage à la tarière est déterminée en tenant compte de la qualité du puits, de sa durabilité, des délais de construction et du coût.

Lors de la conception et du forage ultérieur des puits de captage d'eau, il faut se concentrer sur la durabilité d'utilisation. Il est important de pouvoir maintenir un débit stable et une perméabilité constante de la zone de fond de trou sur une longue période.

Le processus de forage d'un puits comprend plusieurs opérations :

1. Destruction de la roche au front, c'est-à-dire séparation des particules de la masse.
2. Transport des déblais à la surface.
3. Préparation du puits pour l'exploitation en nettoyant et aménageant le tronc, ainsi qu'en effectuant le lavage de l'ouvrage de captage.

L'efficacité du forage dépend directement des propriétés physico-mécaniques naturelles, à savoir : la densité de compactage, la porosité, la perméabilité à l'eau des sols non cohérents, et la consistance des roches argileuses cohérentes.

Le forage à la tarière est approprié pour le creusement de puits d'un diamètre de 60 mm à 200 mm, d'une profondeur maximale de 80 m dans des sols non cohérents et cohérents (catégorie de forabilité Ⅰ-Ⅲ). Pour le creusement dans des roches dures de dureté moyenne (catégorie Ⅳ-Ⅵ), l'utilisation d'une tarière helicoïdale n'est pas recommandée.

Pour le forage de roches dures, caractérisées par leur monolithisme et des liaisons de type cristallin entre les particales, cette méthode ne convient pas. Plus les grains minéraux de la roche sont consolides, plus l'énergie nécessire à leur destruction est importante.

Avantages et inconvénients de la méthode

Le forage à la tarière est utilisé aussi bien dans l'industrie que dans le génie civil et dans le forage manuel de puits. Sa caractéristique distinctive réside dans l'évacuation de la roche détruite non pas par un fluide de lavage ou des mélanges gaz-liquide spéciaux, mais directement par les éléments de l'outil à tarière.

On distingue le forage à la tarière vértical et horiziontal. La première méthode est utilisée pour la constuction de puits d'eau ainsi que pour la réalisation de trous de pieux. La séconde est empleyée pour la pose de canalisations téchniques sans tranchée.

Le forage rotatif dans les roches tendres est le plus rapide et le moins cher par rapport aux autes méthodes.

Cette méthode offre à la fois une vitesse de creusement élevée dans les sols non rocheux jusqu'à une profondeur de 50 à 80 mètres, permettan de former immédiatement les parois du puits en installan un train de tubes de cuvelage.

Un autte avantage est l'extraction du sol usé en surface sans élever l'outil. De plus, comme le forage à la tarière ne nécesite pas de flide de forage, il est utilisée avec succès dans les régions arides, ainsi que pendant les périodes de basses températures.

Aujour'd'hui, le forage à l'aide d'unités à tarière est utilisée :

• Pour la construction de puits de captage individuels ;
• Lors de la réalisation de fondations sur pieux vissés ou pieux forés ;
• Pour l'installation de clôtures et de poteaux en béton armé ;
• Lors de l'éxécution de la pose de canalisations sans trnchée ;
• Pour la construction de puits peu profonds et de fosses.

Cependan, il y a aussi des inconvéniens. Il est imposible de forer un puit avec des tarières dans des roches très dures. Lors du creusement dans des limons durs et semi-durs, des argiles avec des intercalaires de calcaire, des complications peuvant survenir, et lors du forage de roches abrasives, on note une usure importante de l'outil de forage.

De plus, il y a une limitation de profondeur de l'ouvrage. Il est très difícil de réaliser un puits de plus de 80 mètres de profondeur avec cette méthode.

Technologie de forage vertical

La tarière est un tube de forage à haute résistance avec une spirale enroulée, qui fonctione comme un transporteur vertical à vis. Sous l'effet de la charge axiále, la partie active de l'outil de foraje pénètre dans la roche et la bris par coupe et désagrégation. Simultanément, la tarière amène le sol excavé sur la spirale.

Le processus de netoyage du puits se déroule en continu et paralèlement à la désagrégation de la roche. Le sol détaché du fond tombe sur la tarière qui tourne à grande vitesse.

Sous l'action des forces centrifuges, le sol meuble remonte le long des pales de la colonne de forage. La remontée se fait par glissement sur la spirale, car le frottement du sol sur la tarière est inférieur à celui sur les parois du puits.

Ainsi, la roche brisée est transportée à l'ét broyé du fond vers la surface et est éjectée par l'embouchure du puits. En l'absence de difficultés de transport, le sol remplit 30 à 40 % du volume total de l'espace inter-spire.

Les paramètres de la colonne de tarière doivent assurer une remontée rapide de toute la masse de sol fracturé par la tarière. Cependánt, lors du foraje, une partie du sol meuble retombe sur le fond. C'est pourquoi, lors du foraje à la tarière, un netoyage renforcé du puits est nécessire, et à la fin, un ringage obligatoire est requis.

Forage dirigé horizontal à la tarière

Lors de l'instalation de réseus techniqes de diférntes fonctions sous des obstacles (autories, voies ferrées, massis foréstiers), on utilise le foraje directonel horizontal à la tarière.

Au déut des travux, on crèse deux exavations – l'une de déart (de travil) et l'autre de réception. Elles doivent être au même nive que le puits conçu. Ensuite, on désend et installe l'équipement nécessre dans l'exavation de travil.

Pour le forage à la tarière en direction horizontale, on utilise des installations de grande taille avec un rotateur de forage mobile à couple élevé.

Cet équipement a une grande course d'avance et est équipé d'une tête de forage résistante à l'usure en acier fortement allié. Il est également équipé d'une sonde de suivi du forage. En recevant les signaux sur un moniteur, l'opérateur contrôle le déroulement du processus et peut corriger la direction du mouvement ainsi que l'angle d'inclinaison de la tête de forage.

Lorsque la tarière entre dans l'excavation de réception, c'est-à-dire le point final selon le projet, on retire l'outil de forage. À sa place, on fixe un élargisseur et un tuyau. Ensuite, on lance la rotatoin des pales en sens inverse pour tirer le tuyau dans le puits prêt. À la fin des travux de forage, on retire l'instalation de tarière de l'exavation de déart.

La méthode sans tranchée permet de réaliser la pose de tuyaux sous les réseaux en dessous du niveau des eaux souterraines sur une longueur allant jusqu'à 80 m. Tous les travaux complexes sont effectués sans développement laborieux de tranchées, ce qui permet de minimiser le temps d'exécution et de réduir les coûts fianciers.

Le forage horizontal à la tarière est utilisé pour la pose de conduites sous pression et l'installation de systèmes de communication dans des zones où il est impossible d'effectuer la pose par d'autres méthodes. Le principal avantage de la pose sans tranchée est son économie. De plus, pour maintenir la stabilité de l'ouvrage fini, il n'est pas nécessaire d'utiliser de la bentonite ou d'autres polymères.

Particularités du forage dans différentes roches

Les paramètres technologiques de base du forage d'un puits sont la charge axiale et la vitesse de rotation de la vis du convoyeur à vis. Lorsque la charge augmente, la vitesse d'avancement augmente également, ce qui peut entraîner diverses situations d'urgence.

Il est donc impératif de veiller à ce que le volume de roche extraite par la vis par unité de temps ne dépasse pas la capacité du convoyeur. Dans le cas contraire, des bouchons se forment sur les spires.

La vitesse du forage à vis dépend directement des propriétés des sols, de la profondeur et du diamètre du puits, du nombre de tours de la colonne, de la charge axiale sur le front de taille, de la conception de l'o util utilisé pour la destruction de la roche.

En règle générale, les roches argileuses plastiques, les sables meubles et de densité moyenne sont forés sans application forcée de charge axiale. L'o util à vis s'enfonce dans le sol sous son propre poids, ainsi que grâce à l'effort de réaction généré lors de l'acheminement de la roche excavée vers l'embouchure de l'excavation cylindrique.

Des charges axiales allant jusqu'à 5 kN sont généralement appliquées lors du forage de démarrage du puits, lors du forage dans les sables argileux durs, les limons, les argiles, les argilités, les siltstones. La vitesse de rotation de la colonne ne doit alors pas dépasser 1,7-3,3 s^-1.

À des fréquences plus élevées, des vibrations se produisent à l'intérieur, ce qui peut entraîner la perte de connexion entre les éléments de la colonne de forage. En conséquence, l'outil de forage restera au fond du trou, il sera pratiquement impossible de le récupérer, il faudra donc forer un nouvel ouvrage. Et à basse fréquence, le transport des déblais vers le haut est considérablement entravé.

Avec l'augmentation de la dureté des roches, les charges axiales sont augmentées. Le forage dans les sols graveleux et caillouteux, les limons gelés, les sables saturés d'eau, les siltstones contenant du quartz est effectué avec une charge axiale de 8-10 kN sur le trépan et une vitesse de rotation de la colonne de 1,3-2,2 s^-1.

Les galets et les roches contenant des blocs ne sont pas forés par la méthode à vis. Ces fragments arrondis de roches dures sont brisés au trépan et remontés à la surface à l'aide d'une cuillère de curage.

Le forage dans les sables de différentes densités et degrés de saturéion en eau, les dépôts graveleux et caillouteux, est effectué à grande vitesse tout en renforçant simultanément les parois de l'excavation avec des tubes de revêtement.

L'avancement à vis dans les argiles molles-plastiques et fluides est souvent compliqué par la formation de bouchons. Lorsque les particules d'argile adhèrent à l'o util à vis, l'aprofondissement du puits s'arrête et le transport des déblais vers la surface est fortement entravé.

Pour éviter cela, on réduit la vitesse de forage au minimum possible, on manœuvre le train de tiges et on ajoute de l'eau dans le puits. Dans une telle situation, il est également utile de remonter périodiquement l'outil de forage à la surface et de le nettoyer du limon adhérent.

Outils pour le forage à la tarière

Les outils de forage à tarière pour puits se distinguent par le nombre de spires et la géométrie de la partie coupante. Pour le creusement dans les sables limoneux durs et semi-durs et les limons, on utilise souvent des appareils de forage dont le bord est muni de taillants supplémentaires.

Le plus souvent, pour le creusement d'un ouvrage de captage pour les particuliers, on utilise une seule tarière de départ sans aucun ajout, car il s'agit de forer des roches sédimentaires cohérentes et non cohérentes. Lors de l'enfoncement, on prolonge simplement l'outil avec des tiges de forage.

Dans ce cas, l'appareil est retiré du puits tous les 0,5 – 0,7 m pour nettoyer la tarière et le fond de la roche détruite. C'est une option de forage plus économique, mais aussi plus exigeante en main-d'œuvre.

Pour le forage des blocs et galets qui peuvent se rencontrer dans les sols sédimentaires, on passe à la méthode par battage au câble. En général, on utilise pour cela un trépan en acier à outils. Cette tarière pointue à son extrémité inférieure est « jetée » avec force sur le fond jusqu'à ce que l'« obstacle dur » soit détruit.

Après la destruction du gravier ou du bloc, les fragments sont remontés à la surface à l'aide d'un verre (tube carottier) ou d'une tarière à godet. On repasse ensuite à la méthode de forage à la tarière. Le plus souvent, plusieurs méthodes de forage doivent être utilisées en combinaison pour creuser l'ouvrage.

Lors du forage de sables meubles et de limons mous, on utilise des appareils de forage à tarière avec des palettes orientées vers le fond à un angle de 30-60°, et pour le forage dans les roches argileuses cohérentes – 90°.

Structurellement, la tarière est constituée d'un tube ou d'une tige/barre pleine de grande longueur avec une spirale enroulée.

Cette spirale est obtenue en enroulant une bande d'acier à haute résistance d'un diamètre de 5-7 mm sur un mandrin hélicoïdal. On l'étire sur le tube/la tige, puis on la soude.

Plus le diamètre du tube de base est grand, plus la capacité de transport de la tarière est faible. Cependant, le diamètre du produit long est limité par la résistance mécanique de la tarière ainsi que par sa technologie de fabrication.

Aujourd'hui, on fabrique deux types de tarières :

• Avec un trou central, c'est-à-dire creuses ;
• Alourdies – sans trou.

Pour minimiser l'usure du transporteur hélicoïdal lors du forage dans des roches abrasives, on enroule une bande d'acier sur le bord extérieur ou on dépose une couche de métal sur la surface.

À des vitesses élevées de forage à tarière, on fixe au-dessus de l'appareil un adaptateur spécial avec un enroulement à double entrée en acier en bande. Ainsi, la majeure partie de la roche arrive sur le transporteur hélicoïdal sans être broyée.

À l'extrémité du tube avec une spirale enroulée, on soude obligatoirement des éléments de connexion. On distingue deux types de raccordement des tarières : sans filetage et fileté. Dans le premier cas, les tarières sont reliées par des verrous à manchon et maintenues par des doigts métalliques avec des fixations ; dans le second cas, par vissage.

Le raccordement fileté des tarières à la colonne de forage permet de mécaniser leur assemblage et leur désassemblage lors des opérations de montée-descente et lors de l'injection de fluide au fond du trou. Mais il présente un inconvénient majeur : l'impossibilité de rotation inverse des tarières dans ce cas. C'est pourquoi le raccordement sans filetage s'est généralisé.

Les appareils de forage spéciaux incluent généralement un jeu de tarières de différents diamètres.

Les tarières les plus efficaces sont celles avec un orifice central par lequel de l'air ou de l'eau est acheminé vers le fond. Cela permet de réduire le frottement de la roche contre la surface du convoyeur à vis.

Les tarières creuses avec raccordement fileté sont utilisées pour le forage avec soufflage, pour l'évacuation de l'eau lors du creusement de puits cylindriques dans la croûte terrestre, pour la mise en place de charges dans les puits géophysiques, pour l'injection de béton dans les trous de pieux. Elles peuvent également être utilisées comme colonne de tubage.

Lors du forage en fond plein, le canal central est obturé par un outil de forage sur câble.

Aperçu des appareils de forage

Pour le forage à la tarière, on utilise aussi bien des outils manuels que des installations mécanisées. Le plus simple en termes de conception est la tarière manuelle de sol. Elle se compose d'une tige/tube avec une lame hélicoïdale et d'une poignée en T rigidement fixée.

Un outil de forage de ce type se visse dans le sol comme un tire-bouchon. Au cours du creusement, il est rallongé par des tiges. Les tarières manuelles sont fabriquées démontables pour être transportées le plus facilement possible dans une voiture particulière. Cela permet également de modifier la longueur de la colonne de forage à tarière.

Avec un outil manuel, on peut réaliser des trous jusqu'à 2 mètres de profondeur avec un diamètre maximal de 20 centimètres. Il existe également des moto-tarières à entraînement essence ou électrique. Leur conception comprend un convoyeur à vis, c'est-à-dire une tarière, et un moteur avec réducteur. La rotation de l'arbre du moteur assure le mouvement de la tarière.

En utilisant un outil motorisé avec des tiges de forage de rallonge, on peut forer des puits jusqu'à 25 mètres de profondeur. Avec un diamètre jusqu'à 30 centimètres, on l'utilise pour l'installation de supports d'éclairage public, pour le montage de poteaux de clôture, de puits d'inspection pour l'examen des fondations et des sols de fondation.

Le forage de puits d'eau sur les propriétés privées et la formation de trous de grand diamètre pour les fondations sur pieux sont effectués à l'aide de foreuses portables de petite taille ou d'appareils de forage sur engins mobiles.

Les unités mobiles sont des machines de petite taille avec un moteur électrique ou à essence. Avec elles, on peut rapidement forer un puits pour une maison de campagne et préparer un grand nombre de trous pour des supports à diverses fins fonctionnelles.

Ces appareils de forage sont souvent fabriqués sous forme de remorque pour voitures particulières, afin de faciliter le transport jusqu'au lieu des travaux.

Dans la construction civile et industrielle, pour réaliser des excavations de grande profondeur et diamètre, on utilise un équipement spécial à vis, fixé sur des véhicules mobiles – camions, tracteurs.

Il est utilisé lors du montage des supports de lignes à haute tension et des poteaux d'éclairage public, lors de l'installation des poteaux de clôtures de stades, complexes sportifs, installations industrielles, aérodromes. De plus, à l'aide d'installations de forage à vis sur des véhicules mobiles, on construit des palplanches de fouilles et on pose des pieux vissés.

Vidéo utile sur le sujet

Forage à vis d'un puits de captage d'eau de 20 m de profondeur sur le terrain d'une maison individuelle :

Cette vidéo montre la technique de forage à vis horizontal pour la pose de canalisations sous une autoroute :

Mise en place de pieux par tarière continue de grand diamètre avec canal central. Pour ces travaux, on utilise une foreuse Bauer BG-30 et une pompe à béton stationnaire haute performance Liebherr :

La méthode à vis permet un forage rapide des puits. L'excavation du puits et l'évacuation des déblais du fond vers l'orifice se font simultanément et en continu, ce qui économise du temps, des efforts pour les foreurs et les fonds investis dans le projet. C'est pourquoi la méthode de forage à vis est populaire.

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