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

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. 

Claims (1)

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,

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