CH608565A5 - Member for anchoring a fastening element in a compact material - Google Patents

Member for anchoring a fastening element in a compact material

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Publication number
CH608565A5
CH608565A5 CH1497776A CH1497776A CH608565A5 CH 608565 A5 CH608565 A5 CH 608565A5 CH 1497776 A CH1497776 A CH 1497776A CH 1497776 A CH1497776 A CH 1497776A CH 608565 A5 CH608565 A5 CH 608565A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
section
anchoring
intended
combustion
hole
Prior art date
Application number
CH1497776A
Other languages
French (fr)
Inventor
Rolf Roggen
Original Assignee
Battelle Memorial Institute
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Publication date
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Publication of CH608565A5 publication Critical patent/CH608565A5/en

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D20/00Setting anchoring-bolts
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/74Means for anchoring structural elements or bulkheads
    • E02D5/80Ground anchors
    • E02D5/808Ground anchors anchored by using exclusively a bonding material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
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Abstract

The member comprises a steel rod (40) provided with a longitudinal channel (41), at the end (40b) of which rod is fixed a tubular conduit (44). This tubular conduit (44) comprises first and second portions (45b, 45a) having an outer cross-section which is substantially equal to that of the end (40b) of the rod (40), and a third portion (46) having an outer cross-section which is less than that of the portions (45b, 45a). The third portion (46) and the second portion (45a) are filled with iron rods (48). This assembly forms an oxygen lance of variable cross-section, whose function is to successively form the anchoring hole and widen the bottom of this hole. The third portion (45b), for its part, is filled with granules of iron silicide and forms a metal plug in the widened bottom of the hole. The steel rod (40) forms the actual anchoring element in the hole thus formed. This member can be used within the framework of civil engineering works. <IMAGE>

Description

  

  
 

**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.

 



  REVENDICATION
 Organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact selon la revendication Il du brevet principal, caractérisé par le fait que ladite portion consumable est subdivisée en trois tronçons longitudinaux s'étendant dans le prolongement les uns des autres, respectivement, un premier tronçon s'étendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion consumable, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à la formation du trou d'ancrage, un second tronçon s'étendant à la suite dudit premier tronçon, dont la section externe est supérieure à celle dudit premier tronçon et dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à l'élargissement du fond dudit trou d'ancrage, et un troisième tronçon s'étendant à la suite dudit second tronçon,

   dans lequel est incorporée une substance présentant un point de fusion inférieur à celui dudit élément combustible incorporé dans lesdits premier et second tronçons et destinée à former un bouchon métallique dans ledit fond élargi du trou d'ancrage.



   SOUS-REVENDICATIONS
 1. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que lesdits premier et second tronçons sont constitués par des   élé-    ments tubulaires à base de fer à l'intérieur desquels sont disposées longitudinalement une pluralité de tiges à base de fer, ledit comburant destiné à entretenir la combustion étant de l'oxygène.



   2. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que ladite substance incorporée audit troisième tronçon est du ferrosilicium.



   3. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que l'extrémité de ladite portion non consumable adjacente à ladite portion consumable comporte un renflement annulaire destiné à venir s'ancrer dans ledit bouchon métallique.



   Le brevet principal   N"    590983 a pour objet un organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps de forme sensiblement longiligne composé d'au moins deux portions longitudinales disposées dans le prolongement l'une de l'autre, respectivement, une première portion consumable faite en un matériau combustible, dont l'extrémité libre est destinée à être amenée en présence du matériau à forer, et une seconde portion destinée à constituer l'élément d'ancrage proprement dit, ledit corps comprenant des moyens pour amener jusqu'au voisinage de ladite extrémité libre de ladite première portion un comburant capable d'engendrer, lorsque cette extrémité est portée à une température au moins égale à la température d'amorçage de la combustion dudit matériau combustible,

   une combustion dégageant une chaleur suffisante pour provoquer la fusion complète d'au moins la portion dudit matériau compact située au voisinage de cette extrémité, la consumation progressive de ladite première portion assurant la formation du trou servant à l'ancrage de ladite seconde portion.



   Un tel organe constitue une solution particulièrement intéressante en matière d'ancrage; L'ancrage peut en effet notamment être réalisé de manière simple et rapide en une seule et unique opération continue, étant donné que cet organe sert à la fois d'outil de forage et d'élément d'ancrage proprement dit: L'ancrage est par ailleurs susceptible d'être réalisé dans pratiquement tous les types de matériaux compacts, même composites, du fait de la nature thermique du processus de forage mis en oeuvre.



   On sait qu'avec un tel organe, le scellement se trouve essentiellement assuré par la solidification des produits de fusion et/ou de combustion (laves) formés lors du processus de forage thermique. Ces produits de scellement peuvent toutefois, par suite de l'apparition d'éventuelles fissures lors de leur solidification, présenter dans certains cas une relative fragilité, de sorte qu'il peut en résulter un certain affaiblissement de l'ancrage final.



   La présente invention a précisément pour but de pallier l'inconvénient susmentionné en proposant un perfectionnement qui vise à renforcer l'ancrage, grâce notamment à l'utilisation d'un métal d'apport destiné à venir se substituer au moins partiellement aux laves.



   A cet effet, la présente invention a pour objet un organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact, tel que défini précédemment, caractérisé par le fait que ladite portion consumable est subdivisée en trois tronçons longitudinaux s'étendant dans le prolongement les uns des autres, respectivement, un premier tronçon s'étendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion consumable, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à la formation du trou d'ancrage, un second tronçon s'étendant à la suite dudit premier tronçon, dont la section externe est supérieure à celle dudit premier tronçon, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à l'élargissement du fond dudit trou d'ancrage, et un troisième tronçon s'étendant à la suite dudit second tronçon,

   dans lequel est incorporée une substance présentant un point de fusion inférieur à celui dudit élément combustible incorporé dans lesdits premier et second tronçons et destinée à former un bouchon métallique dans ledit fond élargi du trou d'ancrage.



   Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution ainsi que des variantes de l'organe objet de la présente invention.



   La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de cette forme d'exécution.



   La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale de cette forme d'exécution dans une seconde position de mise en oeuvre.



   La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale, partielle, illustrant une première variante.



   La fig. 4 est une coupe longitudinale illustrant une seconde variante.



   La fig. 5 est une vue semblable à celle de la fig. 2, illustrant une troisième variante.



   La cheville autoforeuse représentée aux fig. 1 et 2 (la fig. 1 montrant la cheville avant ancrage et la fig. 2 la cheville une fois ancrée) comprend une tige en acier 40, traversée axialement par un canal 41; cette tige 40 est munie respectivement, à l'une de ses extrémités 40a, d'un filetage 42 et, au voisinage de son autre extrémité 40b, d'un épaulement annulaire 43.

  Sur cette dernière extrémité 40b est fixé un conduit tubulaire 44, en fer ou en acier à faible teneur de carbone, aligné avec la tige 40: ce conduit tubulaire 44 comporte deux tronçons distincts 45 et 46, à savoir, un premier tronçon 45, de section externe sensiblement égale à celle de l'épaulement annulaire 43, et un second tronçon 46, de section externe inférieure à celle du premier tronçon 45 et se raccordant à ce dernier par un élément tubulaire intermédiaire 47 de forme tronconique (tronçon 46 représenté seulement partiellement au dessin). Le second tronçon 46, de même que l'élément intermédiaire 47 et la portion inférieure 45a du premier tronçon 45, sont remplis de tiges 48, en fer ou en acier à faible teneur de carbone, cet ensemble étant destiné à constituer une lance à oxygène à section variable. 

  A cet effet. l'épaisseur du conduit tubulaire 44 de même que la section des tiges 48 et leur disposition à l'intérieur de ce conduit sont choisies de manière connue, de façon que l'effet obtenu soit analogue à celui des lances à oxygène habituelles. La portion supérieure 45b du premier tronçon 45 est remplie d'une matière granuleuse 49 qui possède, par elle-même   et/ou    par alliage avec le fer, de préférence à la fois un bon pouvoir de combustion dans l'oxygène et un point de fusion plus bas que celui du fer. De plus et de manière particulièrement avantageuse, on choisira une  



  matière granuleuse dont les oxydes seront susceptibles d'accroître la résistance mécanique des laves à l'état solide. La granulométrie de la matière 49 est choisie suffisamment élevée pour empêcher toute obstruction des interstices séparant les différentes tiges 48 par des granulés de cette matière. Comme matière 49, on utilisera avantageusement un ferrosilicium (par exemple Fe3Si), lequel présente à un degré élevé les propriétés énoncées. Comme autre matière susceptible de présenter des propriétés analogues, on peut également utiliser par exemple des ferromanganes, des mélanges de silice et de poudres métalliques, des mélanges du type thermite, ou même de la fonte.



   Dans une variante non représentée, on remplacera la masse 49 de granules en vrac par un corps compact de même nature chimique agencé de manière à autoriser le passage de l'oxygène en direction de l'extrémité inférieure (sur le dessin) de la cheville.



   La mise en oeuvre de cette cheville est la suivante. On   supposa    sera qu'on effectue un forage vertical dans la paroi horizontale 52 d'un matériau déterminé 51. La queue 40a de la cheville ayant été raccordée à une source d'oxygène sous pression et la tête 46a de cette cheville ayant été portée au rouge, on laisse s'écouler l'oxygène à l'intérieur de la cheville de façon à provoquer la combustion de la tête 46a. On applique alors cette tête 46a contre la paroi 52 du matériau 51 en exerçant une légère poussée sur la cheville, de façon à la faire pénétrer progressivement dans le matériau 51 au fur et à mesure que la chaleur de combustion qu'elle dégage entraîne la fusion de la matière située en aval de la tête. La vitesse d'enfoncement de la cheville dans le matériau est plus élevée que la vitesse de forage, étant donné la consumation progressive de la cheville.



   On obtient ainsi, lorsque le tronçon 46 de la cheville a été complètement consumé, un trou de forage 53 (fig. 2) de section et profondeur déterminées, fonction respectivement de la section externe et de la longueur du tronçon 46 (la section du trou restant toujours supérieure à celle du tronçon 46, compte tenu de l'action aussi bien latérale que longitudinale exercée par la chaleur de combustion). Il est à remarquer que le diamètre extérieur de la portion 45 doit être choisi légèrement inférieur au diamètre du trou susceptible d'être foré par la combustion de la portion 46, lequel diamètre sera en relation directe avec le diamètre de cette portion 46, cela de manière à permettre à cette portion 45 de pénétrer dans le trou.

  L'accroissement subit de la section de la cheville a pour effet, à mesure que la combustion se poursuit, non seulement d'entraîner un approfondissement du trou de forage, mais surtout de provoquer un élargissement du fond de ce dernier. La fig. 2 illustre de manière schématique le profil adopté par le fond élargi de ce trou (fond élargi désigné au dessin par la référence 54), après que la partie inférieure 45a du tronçon 45 a été complètement consumée par combustion. Sur le fond élargi de ce trou vient alors affleurer la partie supérieure 45b du tron çon 45, remplie de granulés de ferrosilicium. A partir de cet instant, on réduit alors le débit d'oxygène dans la cheville, de sorte que les matériaux de la cheville fondent en majeure partie et se consument par combustion pour le reste.

  Le ferrosilicium fondu, de densité plus élevée que celle des laves fondues, remplit progressivement le fond élargi 54 du trou de forage. Les longueurs respectives des parties inférieure 45a et supérieure 45b du tron çon 45 sont choisies de façon à obtenir respectivement un élargissement adéquat du fond du trou de forage et un remplissage pratiquement complet de ce fond élargi par les produits de fusion.



  On coupe l'alimentation en oxygène lorsque cette partie supérieure 45b s'est complètement consumée. Le bain métallique se solidifie rapidement autour de la tête 40b et de l'épaulement 43 de la tige 40 (fig. 2) pour constituer, au fond du trou 54,   I'ancrage    de la cheville. Les laves 56 qui remplissent le reste du trou se solidifient également rapidement, et la tige 40 se trouve alors fortement scellée dans le matériau 51.



   Des essais d'arrachement effectués sur cette tige 40, à l'aide d'un vérin hydraulique par exemple, ont permis de montrer que, à condition que la tige 40 soit suffisamment résistante, c'est le matériau 51 entourant directement le trou foré qui se rompait et non la liaison entre cette tige et le bouchon 55; ces essais d'arrachement se traduisent en effet le plus souvent par un effritement progressif des bords du trou de forage.



   A titre exemple, on réalise une cheville autoforeuse qui présente les caractéristiques suivantes:
Tige 40 cylindrique:
 diamètre: 10 mm,
 longueur: 350 mm.



  Premier tronçon 45:
 diamètre: 13 mm,
 longueur de la partie supérieure 45b: 200 mm,
 longueur de la partie inférieure 45a: 300 mm.



  Deuxième tronçon 46:
 diamètre: 6 mm,
 longueur: 2000 mm.



   L'extrémité de cette cheville étant portée au rouge, on alimente la cheville en oxygène avec un débit d'environ 1 Nl/s.



  Lorsque la partie lance à oxygène de la cheville est complètement consumée, on réduit la pression d'oxygène de façon à provoquer la fusion de la partie consumable restante. Lorsque cette partie est totalement consumée, on coupe l'alimentation en oxygène et on laisse refroidir. L'opération totale a duré environ 50 s. La profondeur du trou obtenu est d'environ 180 mm. Après refroidissement de l'ensemble, une telle cheville fixée dans un béton courant ne peut être arrachée qu'en exerçant une traction continue de l'ordre   de 4 à 5 t.   



   Dans la variante de la fig. 3, le ferrosilicium est disposé sous forme de gaine 58 autour de la cheville, au lieu d'être placé à l'intérieur d'une partie de la cheville.



   Dans la variante de la fig. 4, le tronçon 45 de section supérieure est supprimé et l'extrémité 40b de la tige 40 munie d'un renflement tronconique 59 est directement raccordée au tron çon 46. La partie de ce tronçon 46 adjacente à la tige 40 est recouverte d'une gaine de ferrosilicium 60, de section externe sensiblement égale à la section maximale du renflement tronconique 59. Dans cette variante, le rôle de la gaine de ferrosilicium 60 est double: la partie inférieure de cette gaine, soumise à la combustion (maintien d'une forte pression d'oxygène), a pour fonction d'assurer l'élargissement du fond du trou de forage, cependant que la partie supérieure de cette gaine, soumise essentiellement à la fusion (maintien d'une faible pression d'oxygène), a pour fonction d'assurer la formation du bouchon métallique dans le fond élargi du trou.



   La profondeur du trou de forage est essentiellement déterminée par la nature du matériau à forer. Cela peut poser des problèmes dans certains cas où   l'on    désire obtenir un positionnement très précis de la cheville. Cependant, ces problèmes peuvent être résolus de différentes façons, comme le montre par exemple la variante représentée à la fig. 5. Cette variante englobe une tige 40 dont la queue 40a est munie intérieurement d'un filetage 62 et dont la longueur totale est sensiblement plus courte que la profondeur moyenne de forage prévue, cette tige étant destinée à être noyée à l'intérieur du trou lors du forage. La fixation d'un objet quelconque (schématisé au dessin par une portion de plaque 63 percée d'un trou 64) contre la paroi 52 du matériau 51 peut ensuite s'effectuer par exemple au moyen d'un boulon 65 et d'un cône de centrage 66.

 

   La cheville autoforeuse selon l'invention est susceptible d'être ancrée dans des matériaux très divers: parmi ceux-ci, on peut citer des matières minérales telles que la roche ou la pierre, les matériaux réfractaires, l'asphalte, le béton armé ou non, les métaux en général et notamment les aciers.



   La cheville thermique autoforeuse décrite est susceptible d'applications dans de nombreux domaines: par exemple, travaux de génie civil, travaux miniers, secteur du bâtiment, travaux sousmarins. 



  
 

** ATTENTION ** start of DESC field can contain end of CLMS **.

 



  CLAIM
 Component for implementing a method for anchoring a fastening element in a compact material according to claim II of the main patent, characterized in that said consumable portion is subdivided into three longitudinal sections extending in the continuation of each other of the others, respectively, a first section extending from the free end of said consumable portion, the combustion of which is intended to supply the heat necessary for the formation of the anchor hole, a second section extending from the following said first section, the external section of which is greater than that of said first section and the combustion of which is intended to provide the heat necessary for widening the bottom of said anchoring hole, and a third section extending after said second section,

   in which is incorporated a substance having a melting point lower than that of said fuel element incorporated in said first and second sections and intended to form a metal plug in said enlarged bottom of the anchoring hole.



   SUB-CLAIMS
 1. Body according to claim, characterized in that said first and second sections are constituted by tubular elements based on iron inside which are disposed longitudinally a plurality of rods based on iron, said oxidizer intended to maintain combustion being oxygen.



   2. Body according to claim, characterized in that said substance incorporated in said third section is ferrosilicon.



   3. Body according to claim, characterized in that the end of said non-consumable portion adjacent to said consumable portion comprises an annular bulge intended to be anchored in said metal stopper.



   The main patent N "590983 relates to a member for the implementation of a method for anchoring a fixing element in a compact material, characterized in that it comprises a body of substantially elongated shape composed of at least two longitudinal portions arranged in the extension of one another, respectively, a first consumable portion made of a combustible material, the free end of which is intended to be brought into the presence of the material to be drilled, and a second portion intended to constitute the anchoring element proper, said body comprising means for bringing to the vicinity of said free end of said first portion an oxidizer capable of generating, when this end is brought to a temperature at least equal to the temperature initiation of combustion of said combustible material,

   combustion releasing sufficient heat to cause the complete fusion of at least the portion of said compact material located in the vicinity of this end, the gradual consumption of said first portion ensuring the formation of the hole serving for anchoring said second portion.



   Such a member constitutes a particularly advantageous solution in terms of anchoring; The anchoring can in particular be carried out in a simple and rapid manner in a single continuous operation, given that this member serves both as a drilling tool and as an anchoring element proper: The anchoring is moreover capable of being produced in practically all types of compact materials, even composites, due to the thermal nature of the drilling process used.



   It is known that with such a member, the sealing is essentially ensured by the solidification of the fusion and / or combustion products (lavas) formed during the thermal drilling process. These sealants may however, as a result of the appearance of possible cracks during their solidification, in certain cases exhibit relative fragility, so that this may result in a certain weakening of the final anchoring.



   The object of the present invention is precisely to alleviate the aforementioned drawback by proposing an improvement which aims to strengthen the anchoring, in particular through the use of a filler metal intended to replace at least partially the lavas.



   To this end, the present invention relates to a member for implementing a method for anchoring a fastening element in a compact material, as defined above, characterized in that said consumable portion is subdivided into three sections longitudinal extending in the extension of each other, respectively, a first section extending from the free end of said consumable portion, the combustion of which is intended to provide the heat necessary for the formation of the anchor hole , a second section extending after said first section, the outer section of which is greater than that of said first section, the combustion of which is intended to provide the heat necessary for widening the bottom of said anchoring hole, and a third section extending after said second section,

   in which is incorporated a substance having a melting point lower than that of said fuel element incorporated in said first and second sections and intended to form a metal plug in said enlarged bottom of the anchoring hole.



   The appended drawing illustrates, schematically and by way of example, an embodiment as well as variants of the member which is the subject of the present invention.



   Fig. 1 is a view in longitudinal section of this embodiment.



   Fig. 2 is a longitudinal sectional view of this embodiment in a second operating position.



   Fig. 3 is a view in longitudinal section, partial, illustrating a first variant.



   Fig. 4 is a longitudinal section illustrating a second variant.



   Fig. 5 is a view similar to that of FIG. 2, illustrating a third variant.



   The self-drilling anchor shown in fig. 1 and 2 (FIG. 1 showing the ankle before anchoring and FIG. 2 the anchor once anchored) comprises a steel rod 40, axially traversed by a channel 41; this rod 40 is provided respectively, at one of its ends 40a, with a thread 42 and, in the vicinity of its other end 40b, with an annular shoulder 43.

  On this last end 40b is fixed a tubular duct 44, made of iron or low carbon steel, aligned with the rod 40: this tubular duct 44 comprises two distinct sections 45 and 46, namely, a first section 45, of external section substantially equal to that of the annular shoulder 43, and a second section 46, of external section smaller than that of the first section 45 and connecting to the latter by an intermediate tubular element 47 of frustoconical shape (section 46 shown only partially in the drawing). The second section 46, as well as the intermediate element 47 and the lower portion 45a of the first section 45, are filled with rods 48, made of iron or low carbon steel, this assembly being intended to constitute an oxygen lance. with variable section.

  For this purpose. the thickness of the tubular duct 44 as well as the section of the rods 48 and their arrangement inside this duct are chosen in a known manner, so that the effect obtained is similar to that of the usual oxygen lances. The upper portion 45b of the first section 45 is filled with a granular material 49 which possesses, by itself and / or by alloying with iron, preferably both a good combustion power in oxygen and a melting lower than that of iron. In addition and in a particularly advantageous manner, one will choose a



  granular material whose oxides are likely to increase the mechanical resistance of the lavas in the solid state. The particle size of the material 49 is chosen high enough to prevent any obstruction of the interstices separating the different rods 48 by granules of this material. As material 49, use will advantageously be made of a ferrosilicon (for example Fe3Si), which exhibits to a high degree the properties stated. As another material capable of exhibiting similar properties, it is also possible, for example, to use ferromangans, mixtures of silica and metal powders, mixtures of the thermite type, or even cast iron.



   In a variant not shown, the mass 49 of loose granules will be replaced by a compact body of the same chemical nature arranged so as to allow the passage of oxygen in the direction of the lower end (in the drawing) of the ankle.



   The implementation of this peg is as follows. It will be assumed that a vertical drilling is carried out in the horizontal wall 52 of a determined material 51. The tail 40a of the ankle having been connected to a source of pressurized oxygen and the head 46a of this ankle having been brought to the red, oxygen is allowed to flow inside the ankle so as to cause combustion of the head 46a. This head 46a is then applied against the wall 52 of the material 51 by exerting a slight push on the ankle, so as to make it gradually penetrate into the material 51 as the heat of combustion which it gives off causes fusion. of the material located downstream of the head. The speed of driving the anchor into the material is higher than the speed of drilling, given the progressive consumption of the anchor.



   Thus, when the section 46 of the anchor has been completely consumed, a borehole 53 (FIG. 2) of determined section and depth is obtained, depending respectively on the external section and the length of the section 46 (the section of the hole always remaining greater than that of section 46, taking into account both the lateral and longitudinal action exerted by the heat of combustion). It should be noted that the outside diameter of the portion 45 must be chosen slightly less than the diameter of the hole capable of being drilled by the combustion of the portion 46, which diameter will be in direct relation with the diameter of this portion 46, that of so as to allow this portion 45 to penetrate into the hole.

  The sudden increase in the section of the anchor has the effect, as combustion continues, not only of causing the borehole to deepen, but above all to cause the bottom of the latter to widen. Fig. 2 schematically illustrates the profile adopted by the widened bottom of this hole (widened bottom designated in the drawing by the reference 54), after the lower part 45a of the section 45 has been completely consumed by combustion. On the widened bottom of this hole then comes flush with the upper part 45b of section 45, filled with ferrosilicon granules. From this point on, the oxygen flow through the ankle is reduced, so that the material in the ankle mostly melts and the rest is consumed by combustion.

  The molten ferrosilicon, of higher density than that of molten lava, gradually fills the enlarged bottom 54 of the borehole. The respective lengths of the lower 45a and upper 45b of the section 45 are chosen so as to obtain, respectively, an adequate widening of the bottom of the borehole and a practically complete filling of this widened bottom by the melt products.



  The oxygen supply is cut off when this upper part 45b is completely consumed. The metal bath quickly solidifies around the head 40b and the shoulder 43 of the rod 40 (FIG. 2) to constitute, at the bottom of the hole 54, the anchoring of the ankle. The lavas 56 which fill the remainder of the hole also solidify quickly, and the rod 40 is then strongly sealed in the material 51.



   Pullout tests carried out on this rod 40, using a hydraulic cylinder for example, have shown that, provided that the rod 40 is sufficiently strong, it is the material 51 directly surrounding the drilled hole. which broke and not the connection between this rod and the plug 55; these pullout tests in fact usually result in a progressive crumbling of the edges of the borehole.



   By way of example, a self-drilling anchor is produced which has the following characteristics:
Cylindrical 40 rod:
 diameter: 10 mm,
 length: 350 mm.



  First section 45:
 diameter: 13 mm,
 length of the upper part 45b: 200 mm,
 length of the lower part 45a: 300 mm.



  Second section 46:
 diameter: 6 mm,
 length: 2000 mm.



   The end of this plug being red, the plug is supplied with oxygen at a flow rate of approximately 1 Nl / s.



  When the oxygen lance portion of the ankle is completely consumed, the oxygen pressure is reduced so as to cause the fusion of the remaining consumable portion. When this part is completely consumed, the oxygen supply is cut off and allowed to cool. The entire operation took about 50 seconds. The depth of the hole obtained is about 180 mm. After cooling of the assembly, such an anchor fixed in ordinary concrete can only be pulled out by exerting a continuous traction of the order of 4 to 5 t.



   In the variant of FIG. 3, the ferrosilicon is disposed as a sheath 58 around the ankle, instead of being placed inside a part of the ankle.



   In the variant of FIG. 4, the section 45 of upper section is deleted and the end 40b of the rod 40 provided with a frustoconical bulge 59 is directly connected to the section 46. The part of this section 46 adjacent to the rod 40 is covered with a ferrosilicon sheath 60, of external section substantially equal to the maximum section of the frustoconical bulge 59. In this variant, the role of the ferrosilicon sheath 60 is twofold: the lower part of this sheath, subjected to combustion (maintenance of a high pressure of oxygen), has the function of ensuring the widening of the bottom of the borehole, while the upper part of this sheath, subjected essentially to fusion (maintaining a low pressure of oxygen), has to ensure the formation of the metal plug in the widened bottom of the hole.



   The depth of the borehole is essentially determined by the nature of the material to be drilled. This can cause problems in certain cases where it is desired to obtain a very precise positioning of the ankle. However, these problems can be solved in different ways, as shown for example by the variant shown in fig. 5. This variant includes a rod 40 whose shank 40a is provided internally with a thread 62 and whose total length is appreciably shorter than the average drilling depth provided, this rod being intended to be embedded inside the hole. during drilling. The fixing of any object (shown schematically in the drawing by a portion of plate 63 pierced with a hole 64) against the wall 52 of the material 51 can then be carried out for example by means of a bolt 65 and a cone centering 66.

 

   The self-drilling anchor according to the invention is capable of being anchored in a wide variety of materials: among these, mention may be made of mineral materials such as rock or stone, refractory materials, asphalt, reinforced concrete or no, metals in general and in particular steels.



   The self-drilling thermal anchor described is capable of applications in many fields: for example, civil engineering works, mining works, the building sector, underwater works.

 

Claims (1)

REVENDICATION Organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact selon la revendication Il du brevet principal, caractérisé par le fait que ladite portion consumable est subdivisée en trois tronçons longitudinaux s'étendant dans le prolongement les uns des autres, respectivement, un premier tronçon s'étendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion consumable, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à la formation du trou d'ancrage, un second tronçon s'étendant à la suite dudit premier tronçon, dont la section externe est supérieure à celle dudit premier tronçon et dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à l'élargissement du fond dudit trou d'ancrage, et un troisième tronçon s'étendant à la suite dudit second tronçon, CLAIM Component for implementing a method for anchoring a fastening element in a compact material according to claim II of the main patent, characterized in that said consumable portion is subdivided into three longitudinal sections extending in the continuation of each other of the others, respectively, a first section extending from the free end of said consumable portion, the combustion of which is intended to supply the heat necessary for the formation of the anchor hole, a second section extending from the following said first section, the external section of which is greater than that of said first section and the combustion of which is intended to provide the heat necessary for widening the bottom of said anchoring hole, and a third section extending after said second section, dans lequel est incorporée une substance présentant un point de fusion inférieur à celui dudit élément combustible incorporé dans lesdits premier et second tronçons et destinée à former un bouchon métallique dans ledit fond élargi du trou d'ancrage. in which is incorporated a substance having a melting point lower than that of said fuel element incorporated in said first and second sections and intended to form a metal plug in said enlarged bottom of the anchoring hole. SOUS-REVENDICATIONS 1. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que lesdits premier et second tronçons sont constitués par des élé- ments tubulaires à base de fer à l'intérieur desquels sont disposées longitudinalement une pluralité de tiges à base de fer, ledit comburant destiné à entretenir la combustion étant de l'oxygène. SUB-CLAIMS 1. Body according to claim, characterized in that said first and second sections are constituted by tubular elements based on iron inside which are disposed longitudinally a plurality of rods based on iron, said oxidizer intended to maintain combustion being oxygen. 2. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que ladite substance incorporée audit troisième tronçon est du ferrosilicium. 2. Body according to claim, characterized in that said substance incorporated in said third section is ferrosilicon. 3. Organe selon la revendication, caractérisé par le fait que l'extrémité de ladite portion non consumable adjacente à ladite portion consumable comporte un renflement annulaire destiné à venir s'ancrer dans ledit bouchon métallique. 3. Body according to claim, characterized in that the end of said non-consumable portion adjacent to said consumable portion comprises an annular bulge intended to be anchored in said metal stopper. Le brevet principal N" 590983 a pour objet un organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact, caractérisé par le fait qu'il comprend un corps de forme sensiblement longiligne composé d'au moins deux portions longitudinales disposées dans le prolongement l'une de l'autre, respectivement, une première portion consumable faite en un matériau combustible, dont l'extrémité libre est destinée à être amenée en présence du matériau à forer, et une seconde portion destinée à constituer l'élément d'ancrage proprement dit, ledit corps comprenant des moyens pour amener jusqu'au voisinage de ladite extrémité libre de ladite première portion un comburant capable d'engendrer, lorsque cette extrémité est portée à une température au moins égale à la température d'amorçage de la combustion dudit matériau combustible, The main patent N "590983 relates to a member for the implementation of a method for anchoring a fixing element in a compact material, characterized in that it comprises a body of substantially elongated shape composed of at least two longitudinal portions arranged in the extension of one another, respectively, a first consumable portion made of a combustible material, the free end of which is intended to be brought into the presence of the material to be drilled, and a second portion intended to constitute the anchoring element proper, said body comprising means for bringing to the vicinity of said free end of said first portion an oxidizer capable of generating, when this end is brought to a temperature at least equal to the temperature initiation of combustion of said combustible material, une combustion dégageant une chaleur suffisante pour provoquer la fusion complète d'au moins la portion dudit matériau compact située au voisinage de cette extrémité, la consumation progressive de ladite première portion assurant la formation du trou servant à l'ancrage de ladite seconde portion. combustion releasing sufficient heat to cause the complete fusion of at least the portion of said compact material located in the vicinity of this end, the gradual consumption of said first portion ensuring the formation of the hole serving for anchoring said second portion. Un tel organe constitue une solution particulièrement intéressante en matière d'ancrage; L'ancrage peut en effet notamment être réalisé de manière simple et rapide en une seule et unique opération continue, étant donné que cet organe sert à la fois d'outil de forage et d'élément d'ancrage proprement dit: L'ancrage est par ailleurs susceptible d'être réalisé dans pratiquement tous les types de matériaux compacts, même composites, du fait de la nature thermique du processus de forage mis en oeuvre. Such a member constitutes a particularly advantageous solution in terms of anchoring; The anchoring can in particular be carried out in a simple and rapid manner in a single continuous operation, given that this member serves both as a drilling tool and as an anchoring element proper: The anchoring is moreover capable of being produced in practically all types of compact materials, even composites, due to the thermal nature of the drilling process used. On sait qu'avec un tel organe, le scellement se trouve essentiellement assuré par la solidification des produits de fusion et/ou de combustion (laves) formés lors du processus de forage thermique. Ces produits de scellement peuvent toutefois, par suite de l'apparition d'éventuelles fissures lors de leur solidification, présenter dans certains cas une relative fragilité, de sorte qu'il peut en résulter un certain affaiblissement de l'ancrage final. It is known that with such a member, the sealing is essentially ensured by the solidification of the fusion and / or combustion products (lavas) formed during the thermal drilling process. These sealants may however, as a result of the appearance of possible cracks during their solidification, in certain cases exhibit relative fragility, so that this may result in a certain weakening of the final anchoring. La présente invention a précisément pour but de pallier l'inconvénient susmentionné en proposant un perfectionnement qui vise à renforcer l'ancrage, grâce notamment à l'utilisation d'un métal d'apport destiné à venir se substituer au moins partiellement aux laves. The object of the present invention is precisely to alleviate the aforementioned drawback by proposing an improvement which aims to reinforce the anchoring, thanks in particular to the use of a filler metal intended to replace at least partially the lavas. A cet effet, la présente invention a pour objet un organe pour la mise en oeuvre d'un procédé pour ancrer un élément de fixation dans un matériau compact, tel que défini précédemment, caractérisé par le fait que ladite portion consumable est subdivisée en trois tronçons longitudinaux s'étendant dans le prolongement les uns des autres, respectivement, un premier tronçon s'étendant à partir de l'extrémité libre de ladite portion consumable, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à la formation du trou d'ancrage, un second tronçon s'étendant à la suite dudit premier tronçon, dont la section externe est supérieure à celle dudit premier tronçon, dont la combustion est destinée à fournir la chaleur nécessaire à l'élargissement du fond dudit trou d'ancrage, et un troisième tronçon s'étendant à la suite dudit second tronçon, To this end, the present invention relates to a member for implementing a method for anchoring a fastening element in a compact material, as defined above, characterized in that said consumable portion is subdivided into three sections longitudinal extending in the extension of each other, respectively, a first section extending from the free end of said consumable portion, the combustion of which is intended to provide the heat necessary for the formation of the anchor hole , a second section extending after said first section, the outer section of which is greater than that of said first section, the combustion of which is intended to provide the heat necessary for widening the bottom of said anchoring hole, and a third section extending after said second section, dans lequel est incorporée une substance présentant un point de fusion inférieur à celui dudit élément combustible incorporé dans lesdits premier et second tronçons et destinée à former un bouchon métallique dans ledit fond élargi du trou d'ancrage. in which is incorporated a substance having a melting point lower than that of said fuel element incorporated in said first and second sections and intended to form a metal plug in said enlarged bottom of the anchoring hole. Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution ainsi que des variantes de l'organe objet de la présente invention. The appended drawing illustrates, schematically and by way of example, an embodiment as well as variants of the member which is the subject of the present invention. La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de cette forme d'exécution. Fig. 1 is a view in longitudinal section of this embodiment. La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale de cette forme d'exécution dans une seconde position de mise en oeuvre. Fig. 2 is a longitudinal sectional view of this embodiment in a second operating position. La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale, partielle, illustrant une première variante. Fig. 3 is a view in longitudinal section, partial, illustrating a first variant. La fig. 4 est une coupe longitudinale illustrant une seconde variante. Fig. 4 is a longitudinal section illustrating a second variant. La fig. 5 est une vue semblable à celle de la fig. 2, illustrant une troisième variante. Fig. 5 is a view similar to that of FIG. 2, illustrating a third variant. La cheville autoforeuse représentée aux fig. 1 et 2 (la fig. 1 montrant la cheville avant ancrage et la fig. 2 la cheville une fois ancrée) comprend une tige en acier 40, traversée axialement par un canal 41; cette tige 40 est munie respectivement, à l'une de ses extrémités 40a, d'un filetage 42 et, au voisinage de son autre extrémité 40b, d'un épaulement annulaire 43. The self-drilling anchor shown in fig. 1 and 2 (FIG. 1 showing the ankle before anchoring and FIG. 2 the anchor once anchored) comprises a steel rod 40, axially traversed by a channel 41; this rod 40 is provided respectively, at one of its ends 40a, with a thread 42 and, in the vicinity of its other end 40b, with an annular shoulder 43. Sur cette dernière extrémité 40b est fixé un conduit tubulaire 44, en fer ou en acier à faible teneur de carbone, aligné avec la tige 40: ce conduit tubulaire 44 comporte deux tronçons distincts 45 et 46, à savoir, un premier tronçon 45, de section externe sensiblement égale à celle de l'épaulement annulaire 43, et un second tronçon 46, de section externe inférieure à celle du premier tronçon 45 et se raccordant à ce dernier par un élément tubulaire intermédiaire 47 de forme tronconique (tronçon 46 représenté seulement partiellement au dessin). Le second tronçon 46, de même que l'élément intermédiaire 47 et la portion inférieure 45a du premier tronçon 45, sont remplis de tiges 48, en fer ou en acier à faible teneur de carbone, cet ensemble étant destiné à constituer une lance à oxygène à section variable. On this last end 40b is fixed a tubular duct 44, made of iron or low carbon steel, aligned with the rod 40: this tubular duct 44 comprises two distinct sections 45 and 46, namely, a first section 45, of external section substantially equal to that of the annular shoulder 43, and a second section 46, of external section smaller than that of the first section 45 and connecting to the latter by an intermediate tubular element 47 of frustoconical shape (section 46 shown only partially in the drawing). The second section 46, as well as the intermediate element 47 and the lower portion 45a of the first section 45, are filled with rods 48, made of iron or low carbon steel, this assembly being intended to constitute an oxygen lance. with variable section. A cet effet. l'épaisseur du conduit tubulaire 44 de même que la section des tiges 48 et leur disposition à l'intérieur de ce conduit sont choisies de manière connue, de façon que l'effet obtenu soit analogue à celui des lances à oxygène habituelles. La portion supérieure 45b du premier tronçon 45 est remplie d'une matière granuleuse 49 qui possède, par elle-même et/ou par alliage avec le fer, de préférence à la fois un bon pouvoir de combustion dans l'oxygène et un point de fusion plus bas que celui du fer. De plus et de manière particulièrement avantageuse, on choisira une **ATTENTION** fin du champ CLMS peut contenir debut de DESC **. For this purpose. the thickness of the tubular duct 44 as well as the section of the rods 48 and their arrangement inside this duct are chosen in a known manner, so that the effect obtained is similar to that of the usual oxygen lances. The upper portion 45b of the first section 45 is filled with a granular material 49 which possesses, by itself and / or by alloying with iron, preferably both a good combustion power in oxygen and a melting lower than that of iron. In addition and in a particularly advantageous manner, one will choose a ** CAUTION ** end of field CLMS may contain start of DESC **.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0029354A1 (en) * 1979-11-19 1981-05-27 Leslie Henry Lategan Anchoring of roof bolts

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EP0029354A1 (en) * 1979-11-19 1981-05-27 Leslie Henry Lategan Anchoring of roof bolts

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