Défaillances des tiges de forage hydrauliques jumbo : Guide pratique pour comprendre les signaux de vos filetages
Trois mois après le début des travaux d'un tunnel dans l'ouest de la Chine, le chef de chantier m'a appelé près du tunnelier. Il tenait une rotule R32 et passait son pouce sur ce qui était autrefois le filetage. Les aspérités avaient disparu. Lisse comme une bague de mariage.
"Combien de mètres sur celui-ci ?" ai-je demandé.
"Peut-être 400."
Quatre cents mètres. C'est à peu près la moitié de ce que ces cannes devraient offrir dans des conditions correctes. Quelque chose rongeait son acier, et ce n'était pas seulement la roche.
Si vous utilisez un jumbo hydraulique (pour le creusement de tunnels, le dragage, peu importe), vous avez probablement déjà vu quelque chose de similaire : une bielle usée prématurément, un filetage cassé net à la base, une courbure impossible à redresser malgré tous vos efforts.
Voici ce qu'il faut savoir sur les ruptures de tiges de forage jumbo : elles laissent presque toujours des indices. Le plus difficile est d'identifier le type de défaillance, car la solution diffère selon le cas. Passons en revue les cinq plus fréquentes, en commençant par celle qui cause le plus de pertes de tiges.
1. Usure du filetage R32 — La mort lente
C'est la plus importante. Celle que vous verrez le plus souvent.
L'usure du filetage R32 sur les tiges jumbo résulte de deux mécanismes qui agissent de concert. Elle commence par un frottement : un mouvement microscopique entre le filetage de la tige et le foret, même lorsque le serrage est maximal. Les surfaces frottent, de minuscules particules se détachent et le jeu se réduit légèrement.
Dès que cet espace se creuse — même d'une fraction de millimètre —, le frottement cède la place à l'usure par impact. Désormais, chaque coup de marteau heurte violemment les faces du filetage au lieu de se transmettre correctement. Le taux d'usure augmente alors de façon spectaculaire.
Il existe un troisième facteur souvent négligé : la chaleur. Sous l’effet combiné des chocs et de la rotation d’un outil de terrassement hydraulique de forte puissance, les points de contact du filetage peuvent surchauffer localement. On parle alors d’une température suffisante pour ramollir la surface cémentée, réduire sa résistance à l’usure et, dans les cas les plus graves, créer de minuscules piqûres de fusion. Ces piqûres deviennent des amorces de fissures. Une fois qu’une fissure se forme à partir d’une piqûre de fusion, le temps est compté.
Sur le terrain, vous constaterez que les crêtes du filetage s'amincissent et s'aplatissent vers l'extrémité du foret. Les premiers filets sont les plus touchés. Si vous détectez le problème rapidement, vous pourrez prolonger la durée de vie de l'extrémité du foret en faisant tourner votre stock. Dans le cas contraire, le profil du filetage se dégrade au point que le foret n'est plus ajusté correctement et que l'usure par impact achève rapidement le travail.
2. Rupture du filetage R32 — La rupture soudaine
La rupture du filetage est moins fréquente que l'usure, mais lorsqu'elle se produit, elle bloque complètement le passage des vitesses.
L'analyse métallurgique est sans équivoque. Si l'on prélève un segment de filetage R32 défectueux, qu'on le plonge dans de l'acide chlorhydrique pour éliminer les oxydes, puis qu'on l'examine au microscope, deux zones apparaissent clairement : le fond du filetage et le deuxième filet à partir de la face. C'est là que les fissures de fatigue se forment, presque systématiquement. C'est également là que l'on trouve les piqûres de fusion mentionnées précédemment.
Pourquoi ces deux points précis ? Parce que lorsqu'un foret à molettes ou un alésoir travaille la face, il soumet la zone du filetage R32 à toutes les contraintes simultanément : traction due à l'avance, torsion due à la rotation, flexion due à la déviation du trou et impact du piston. Le fond du filetage, au niveau de la connexion du foret, est la section la plus étroite supportant l'ensemble de ces contraintes. C'est sur le second filetage que l'onde de contrainte se réfléchit et se concentre. Un principe physique élémentaire.
Il y a aussi un aspect de contrôle qualité à prendre en compte. Si vous utilisez des forets et des tiges de différents fabricants (ce qui est fréquent sur les chantiers), les tolérances de filetage peuvent ne pas correspondre. Une trop grande partie du filetage exposée au-delà de l'épaulement du foret entraîne une répartition inégale de la charge sur les filets. Le premier filet engagé supporte une charge disproportionnée, s'use plus rapidement et casse prématurément.
La solution n'est pas toujours d'acheter de meilleures cannes. Parfois, il s'agit de trouver le bon fournisseur.
3. Problèmes de connexion de l'extrémité de la tige T38 / R38
Voici de quoi vous faire réfléchir.
L'extrémité R32 d'une canne jumbo est la partie la plus sollicitée : elle encaisse les chocs du foret et de la roche. L'autre extrémité, où la canne se fixe à l'adaptateur de tige par un filetage T38 ou R38, est beaucoup moins exposée. Elle est rarement sujette aux pannes. L'usure y est minime comparée à celle de l'extrémité principale.
Donc si voussontSi vous constatez des fissures ou une usure anormale au niveau de la jonction T38/R38, il y a un problème au niveau du système. Ne vous contentez pas de remplacer la bielle et de continuer.
Vérifiez trois points :
Pression d'alimentation sur le jumbo.Une quantité excessive ou insuffisante modifie la façon dont les fils s'enclenchent.
Réglages de l'impact et de la rotation du marteau.Des paramètres inadaptés génèrent des ondes de tension étranges dans la corde.
Conditions du terrain.Un changement soudain de la dureté de la roche ou des schémas de fractures peut surcharger des connexions qui fonctionnaient parfaitement la veille.
L'extrémité T38/R38 est un indicateur fiable. Si elle commence à émettre un signal d'alarme, le problème ne vient pas de l'acier, mais du réglage.
4. Fracture du corps de la tige — Le cas rare
Les fractures du corps de tige sont suffisamment rares pour que, lorsqu'on en observe une, il faille supposer une cause externe avant d'incriminer la métallurgie.
Recherchez : des dommages superficiels dus à la manipulation ou au stockage, des entailles causées par le contact avec des roches coupantes, ou des piqûres de corrosion ayant agi comme des points de concentration de contraintes. Il est également pertinent de se demander : quelqu’un a-t-il utilisé la tige comme levier ? (Cela arrive plus souvent qu’on ne le pense.) Une tige qui se casse en deux a presque toujours une histoire qui a commencé avant la rupture.
5. Courbure des tiges — Le problème géologique
Lorsqu'une tige se plie près de l'extrémité R32 et ne se redresse pas, la cause est généralement d'ordre géologique.
Les fissures dans la roche, les variations brusques de dureté de la formation ou les déviations du forage peuvent endommager une tige de forage et lui imposer un moment de flexion que l'acier n'est pas conçu pour supporter. Une fois la tige rompue, c'est fini. Vous pourrez peut-être la remettre dans le forage, mais elle ne forera plus jamais droit et vous risquez une rupture par fatigue lors du prochain quart de travail.
La solution ne réside pas dans une meilleure tige de forage, mais dans une meilleure discipline d'alignement du forage. Surveillez le serrage des tiges. Analysez le terrain. Si la formation est fracturée, réduisez l'avance. Une tige tordue est un symptôme du forage, et non de l'acier.
En résumé
Les ruptures de tiges de forage jumbo ne sont pas aléatoires. Chaque mode de défaillance révèle un problème spécifique : un défaut de tolérance, un paramétrage incorrect, la nature du terrain ou une erreur de manipulation. En apprenant à identifier les dommages, vous cesserez de remplacer des tiges au hasard et vous vous concentrerez sur la résolution du problème à la source.
En fait, la tige est rarement la cause première du problème. C'est simplement l'élément qui donne les premiers signes.
