EP0294267A1 - Procédé pour séparer un morceau de forme déterminée d'avance d'un bloc de matière, par exemple une roche - Google Patents

Procédé pour séparer un morceau de forme déterminée d'avance d'un bloc de matière, par exemple une roche Download PDF

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EP0294267A1
EP0294267A1 EP88401239A EP88401239A EP0294267A1 EP 0294267 A1 EP0294267 A1 EP 0294267A1 EP 88401239 A EP88401239 A EP 88401239A EP 88401239 A EP88401239 A EP 88401239A EP 0294267 A1 EP0294267 A1 EP 0294267A1
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block
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separation
forces
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    • B28D1/222—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by pressing, e.g. presses

Definitions

  • the present invention relates to a method for separating a piece of material, the general shape of which is provided in advance, from a block or a block of the same material, which is for example a rock, by the technique of guided crack propagation.
  • piece a volume of matter whose average dimension, in a direction roughly perpendicular to the overall surface of the crack, which we will call thickness of the piece, is less than at least a third, and rather to a tenth of the dimension of the crack in the general direction of its propagation, direction which determines the height of the piece.
  • the "width" of the piece is measured perpendicular to the height and its thickness.
  • block is meant a volume of material the average dimension of which, in a direction roughly perpendicular to the overall surface of the crack, is at least three times “the thickness” of the piece that we want to separate, and by “solid” we mean a volume whose dimension can be considered as infinite by comparison with that of the crack.
  • a pre-existing crack initiator which may be initially in the material, or have been prepared there voluntarily, and which opens on the surface of the block or solid, and at least one force directed perpendicular to a surface of the crack is exerted on the walls of the primer, preferably two forces acting on two opposite faces of the crack, which has the effect of propagating the crack towards the interior of the material, and the operation is extended until the crack has separated the piece from the block or solid.
  • the object of the invention is to solve this problem by providing an economical method of separating a piece of defined shape from a block or block by the crack propagation technique.
  • the invention provides a method for separating a piece of shape defined in advance from a block or a block, this method comprising the creation of a crack initiation, then the application to the one or both walls of this primer then possibly of the crack itself one or two opposing forces sufficient to make this crack progress until it has reached the entire external surface of the block or solid and separated the piece, this process also having the particularity that: - we prepare the surface according to which we want to operate the separation by artificially creating lines or points of least resistance on at least part of the path according to which we want the crack to reach the outside surface of the piece and possibly inside even from the block, - and a set of compensation forces is applied to the part of the block intended to constitute the piece, substantially parallel to the desired separation surface and the component of which, called the main compensation force, parallel to the direction of development of the crack, exerted on the piece being separated remains practically
  • the invention stems first from the discovery that it is possible to act on the direction of propagation of a crack by creating in the material a compression gradient. Indeed, a crack naturally propagates towards the least compressed or most tense areas of the material. In the absence of a compensating force, the state of the material on either side of the crack in the zone where it is being developed is such that the crack bends immediately towards the zone of thinner thickness and causes the formation of scales.
  • the calculation shows that these phenomena can be eliminated if the zone of the piece immediately behind the crack in progress is subjected to a compressive force whose component parallel to the direction of propagation of the crack is correctly dosed and whose the intensity varies roughly as the square root of the dimension of the piece in the direction perpendicular to the direction of the crack.
  • This effort remaining significant even for thin pieces, its prolonged application on a long piece risks damaging it, an accessory feature of the invention makes it possible to eliminate this effort as soon as the piece is separated.
  • any block of material, even not laminated, is always relatively heterogeneous and the application of a compensating force, alone, is not enough to properly direct the crack according to the desired shape. Except in the case where the crack must propagate in the plane of least resistance of a so-called fissile material, it is therefore advisable to create in the desired separation surface areas of least resistance which will participate in guiding the crack, it is necessary " prepare "the desired separation surface. This preparation may vary according to economic needs, depending on the surface appearance that one wishes to give to the piece, according to the desired separation precision.
  • the preparation makes it possible to give the pieces either a wavy shape or a shape with very sharp angles, in the shape of an "L” or "U”, all of which or part of the four or six walls will have a cleaved appearance.
  • a separation mode in addition to the modes of guidance by compensation force and preparation of the separation surface, a separation mode is used which in itself has a certain guiding action: c 'and the separation by action of a pressurized fluid, which acting up to the very front of the crack during formation, reduces the tendency of the crack to deviate towards the zone of thinner thickness.
  • the preparation of the surface according to which we want to create the separation amounts to creating in this surface lines or zones of less resistance which will play the role of calling the crack during its development.
  • the simplest, and this is generally sufficient if the compensation effort is correctly dosed, consists of acting on the periphery of the block, following all or part of the desired separation line: short cracks created by impacts on a tool, shallow grooves, the action of which can be reinforced by a slight wedge effect, constitute simple means. It is also possible to apply significant pressures on tools arranged on all or part of the future rupture line. It is also possible, according to a different method, to create grooves in the block, substantially perpendicular to the desired separation surface. It is the bottom of these grooves that will create the line of call for the crack.
  • the thickness of the piece to be detached on its edges will be equal to the depth of the groove.
  • the spacing between the grooves will determine the width and or the height of the piece to be separated.
  • the compensating forces are forces substantially parallel to the desired separation surface, acting on the edge of the piece to be separated.
  • the method requires that at least one set of compensating forces be used such that it exerts the most constant possible pressure on the section of the piece, perpendicular to the desired separation surface, closest to the crack tip, and this during the whole song formation process.
  • This set of force must therefore be implemented on the edge portion of the piece close to the crack initiation line where the crack will leave which will ensure the separation of the piece, only the component of this set of force parallel to the direction of crack propagation will act as the main compensating force.
  • Secondary compensation forces always applied to the edge of the piece to be separated, but having directions different from the main compensation force can be used. They will only play a complementary role in guiding the crack.
  • the compensating forces can have in the vicinity of their point of application a component tending either to close the crack which one seeks to develop and therefore to delay its passage in the zone in question, or on the contrary to the to open.
  • the main compensation force in an average granite, is of the order of a few tonnes, independent of the length of the piece to be separated.
  • the important value of this force requires that the implantation of the reaction force to be opposed to it be carefully studied so as not to induce parasitic stresses in the block.
  • the simplest is to take up the main compensation force by a force of the same order of magnitude and substantially opposite direction on the opposite side of the piece.
  • the means used to initiate and propagate the initial crack are identical to those recommended for guiding the crack along the desired separation line. Simply the forces to guide, at equal means, will always be weaker than those used to propagate the crack.
  • pressure exerted on the material it should be noted that the greater the rounding of the end of the chisel ensuring this pressure, the greater the pressure to be developed to propagate the crack. According to a very interesting modality it may therefore be useful to clamp the material between two series of scissors, a series with a relatively acute end will ensure the initiation and propagation of the main crack, the other series with a more rounded end will guide the crack to the other end of the piece.
  • the order of the operations to be carried out to separate, by crack propagation, a piece of a block is arbitrary, on the only condition that the propagation of the main crack does not take place until after the operations of preparation of the surface separation and implementation of compensation forces are completed.
  • Fig. 1 shows a block 1 of granite for example, or of glass, substantially in the shape of a parallelepiped, with a view to the separation of a piece 2 in the form of a plate.
  • the section of FIG. 2 shows how the block is tightened along the desired rupture line 3, between a first series of contiguous tools or not 5, applied by forces S on a face of the block and a second series of tools 5 ′ applied by forces S ′ on the opposite side of the block.
  • the tools 5 ′ have at their end a greater radius of curvature than the tools 5.
  • the main compensation force C is applied by means of one or a series of tools 6 with flat or very rounded ends. This effort is largely taken up by one or a series of tools 6 ′, applied by an antagonistic force C ′.
  • the sum S + C of the forces applied to one face of the block is equal to the sum S ′ + C ′ of the forces applied to the opposite face.
  • Fig. 3 there is shown a block, substantially in the form of a parallelepiped for the clarity of the figure, the opposite faces of which are in pairs, are f1, f2 - f3, f4 -f5, f6.
  • f5 substantially perpendicular to this face, and the faces f1, f2, grooves R1 to R5 whose depth is equal to the thickness of the pieces that we want to separate.
  • the block is then tightened along all or part of the desired separation lines 41, 42, etc. with tools of the type of tools 5 and 5 ′ in FIG. 2, after applying the main compensation force on the two faces of the piece located in the faces f1 and f2 of the block.
  • Fig. 5 there is shown a large block, several square meters in section.
  • This block is assumed to be irregular in shape and we want to create a flat face in this block 1.
  • the block is tightened by main compensation forces C1, C′1 and by auxiliary compensation forces C2, C′2, then using one or more wedges 10 introduced into the groove 12, optionally creating a slight tension between the lips of the groove, without however initiating a significant crack.
  • Fig. 7 there is a block of adequate shape with its substantially opposite faces f1, f2 - f3, f4 - f5, f6.
  • a blast hole 13 is drawn in a suitable place from f5 to f6.
  • the separation surfaces are prepared, according to any of the methods seen above of the separation planes, starting from the blast hole 13, and parallel to the faces f2, f3, the side of the face f5 is applied to the side of the piece to be separated 2, as shown in FIG. 7, correctly dosed compensation efforts. Separation is ensured by one of the methods described above, preferably by injecting a pressurized fluid into two shallow grooves 14, which makes it possible to obtain the piece of FIG. 8, all of whose faces may have a "cleaved" appearance.
  • the invention has been described with reference mainly to obtaining pieces which can be used in the building industry and road works, in materials such as rock, in particular granite, glass, concrete, terracotta. It can find applications in other fields in particular in that of high value materials in a small volume, such as ultra pure metals or precious or semi-precious stones.
  • the cutting of such materials is usually done using very thin diamond disc saws in order to minimize losses of matter. These saws are expensive and delicate to use, however they cause appreciable material losses. These losses are eliminated by the method of the invention. In the event that further polishing of the separation surface is required, the material losses are however greatly reduced.

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Abstract

L'invention est relative à un procédé pour séparer un morceau de forme détermineé, par exemple une plaque relativement mince, d'un bloc, notamment de roche, sans enlèvement de matière. A partir d'une amorce de fissure (3) on fait propager une fissure, par exemple à l'aide d'une pression de fluide qui écarte les lèvres de la fissure. Pour guider la fissure, d'une part on exerce une force de compensation (C), sur la partie du bloc que l'on veut transformer en morceau, dans la zone à partir de laquelle se développe la fissure, d'autre part on créé des zones de moindre résistance en certains points de la surface de séparation désirée, sur tout ou partie du pourtour du morceau au moins, éventuellement même à l'inté­rieur du bloc. On peut ainsi obtenir, par exemple, des plaques de granit "clivées" de trente à cinquante centimètres de haut, et de trois centimètres d'épaisseur ou même des morceaux "clivés" en forme de "L" ou de "U".

Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour séparer un morceau de matière, dont la forme générale est prévue d'avance, d'un bloc ou d'un massif de la même matière, qui est par exemple une roche, par la technique de la propagation guidée de fissure.
  • Dans le présent texte on appellera "morceau" un volume de matière dont la dimension moyenne, dans une direc­tion à peu près perpendiculaire à la surface d'ensemble de la fissure, que nous appellerons épaisseur du morceau, est inférieure au moins à un tiers, et plutôt à un dixième de la dimension de la fissure dans le sens général de sa propaga­tion, sens qui détermine la hauteur du morceau. La "largeur" du morceau est mesurée perpendiculairement à la hauteur et à son épaissuer. Par "bloc" on entend un volume de matière dont la dimension moyenne, dans une direction à peu près perpendiculaire à la surface d'ensemble de la fissure est au moins trois fois "l'épaisseur" du morceau que l'on veut séparer, et par "massif" on entend un volume dont la dimension peut être considérée comme infinie par comparaison avec celle de la fissure.
  • Dans la technique de séparation par propagation de fissure, on part d'une amorce de fissure préexistante, qui peut se trouver initialement dans la matière, ou y avoir été préparée volontairement, et qui s'ouvre à la surface du bloc ou massif, et on exerce sur les parois de l'amorce au moins une force dirigée perpendiculairement à une surface de la fissure, de préférence deux forces agissant sur deux faces opposées de la fissure, ce qui a pour effet de propager la fissure vers l'intérieur de la matière, et on prolonge l'opération jusqu'à ce que la fissure ait séparé le morceau du bloc ou du massif.
  • Les procédés de séparation par propagation de fissu­re sont applicables à un grand nombre de matières, en particu­lier toutes celles dont la résistance à la traction est rela­tivement faible par rapport à leur résistance à la compression et dont le domaine élastique s'étend assez près de leur charge de rupture. Les roches naturelles dans leur majorité, le verre, le béton, la céramique, certaines matières plastiques sont justiciables de ces procédés. Toutefois, les études et applications se rapportant aux procédés de séparation par propagation de fissure ont, jusqu'ici, concerné les maté­riaux "feuilletés" c'est-à-dire présentant une direction de moindre résistance, par exemple les schistes ardoisiers, la direction générale de la fissure étant cette direction de moindre résistance qui sert de guidage à la fissure. On a proposé en particulier dans FR-A-2.182.309 de soumettre deux faces opposées, parallèles à la direction de moindre résistance, d'un bloc de matériau feuilleté, à un vide partiel pendant que l'intérieur de l'amorce de fissure, puis de la fissure en progression, était soumis à la pression atmosphéri­que. On a également proposé dans FR-A-2.432.375 d'envoyer dans le fond de l'amorce de fissure, puis de la fissure en progression, un jet de liquide à très grande vitesse, cette vitesse se transformant en pression, pour écarter les faces opposées de la fissure dans la région de son fond. On a aussi proposé dans EP-A-0 050 075 d'exercer sur le bloc ou morceau que l'on veut diviser, un effort de cisaillement grâce à deux forces opposées appliquées parallèlement à la direction de moindre résistance et de part et d'autre de la fissure que l'on veut créer.
  • Ces divers procédés, appliqués à la division de blocs de matière feuilletée permettent de développer des fissures parallèles à la direction de moindre résistance. En revanche, si on essaie de les utiliser pour séparer un morceau tel que défini plus haut, d'un bloc ou massif de matière non feuilletée en créant une fissure perpendiculaire à la direction de moindre résistance ou faisant un grand angle avec cette direction, on se heurte à la difficulté suivante : la fissure n'étant plus guidée dans son développe­ment par le plan de moindre résistance de la roche, se déve­loppe d'une façon non contrôlable ce qui ne permet pas de produire des morceaux dont la forme puisse être déterminée au préalable.
  • On sait qu'il est possible de guider la propagation d'une fissure en préparant au préalable le plan que l'on veut voir parcourir par la fissure soit en forant des trous parallèles nombreux dans le plan de fissuration désiré, soit en traçant des rainures superficielles situées dans le même plan. Cette manière d'opérer présente des inconvénients : le nombre de trous et la profondeur des rainures doivent être d'autant plus grands que le morceau est mince par rapport au bloc d'où un coût élevé et un aspect esthétique souvent non désiré. Une autre solution parfois utilisée consiste à exercer sur le pourtour du morceau à séparer, suivant le plan de séparation désirée, une forte pression par l'intermé­diaire d' outils à angle plus ou moins aigu. Cette méthode ne permet pas de séparer des blocs minces d'un morceau épais. Pour cette raison toutes ces techniques ont jusqu'ici été proposées pour diviser des blocs en blocs plus petits mais non pour obtenir des morceaux au sens indiqué plus haut à partir de blocs ou de massifs.
  • Le but de l'invention est de résoudre ce problème en fournissant un procédé économique de séparation d'un mor­ceau de forme définie à partir d'un bloc ou massif par la technique de propagation de fissure. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé pour séparer un morceau de forme définie d'avance d'un bloc ou d'un massif, ce procédé comportant la création d'une amorce de fissure, puis l'appli­cation sur l'une ou sur les deux parois de cette amorce puis éventuellement de la fissure elle-même une ou deux forces opposées suffisantes pour faire progresser cette fissure jusqu'à ce qu'elle ait atteint sur toute son étendue la surfa­ce extérieure du bloc ou massif et séparé le morceau, ce procédé présentant en outre pour particularité que :
    - on prépare la surface suivant laquelle on veut opérer la séparation en y créant artificiellement des lignes ou des points de moindre résistance sur au moins une partie du tracé selon lequel on désire que la fissure atteigne la surface extérieure du morceau et éventuellement à l'inté­rieur même du bloc,
    - et on applique sur la partie du bloc destinée à constituer le morceau un ensemble de forces de compensation, sensible­ment parallèles à la surface de séparation désirée et dont la composante, appelée force de compensation principale, parallèle à la direction de développement de la fissure, s'exerçant sur le morceau en cours de séparation reste pratiquement constante à une valeur convenablement dosée,
    - les différentes opérations se déroulant dans un ordre quel­conque à la seule condition que la fissure ne se développe qu'après la préparation de la surface de séparation et l'ap­plication des forces de compensation.
  • L'invention découle en premier lieu de la découverte qu'il est possible d'agir sur la direction de la propagation d'une fissure en créant dans la matière un gradient de com­pression. En effet, une fissure se propage naturellement vers les zones les moins comprimées ou les plus tendues de la matière. En l'absence de force de compensation, l'état de la matière de part et d'autre de la fissure dans la zone où elle est en cours de développement est tel que la fissure s'incurve immédiatement vers la zone de plus faible épaisseur et cause la formation d'écailles. Le calcul montre que ces phénomènes peuvent être supprimés si la zone du morceau immé­diatement à l'arrière de la fissure en cours de progression est soumis à une force de compression dont la composante parallèle à la direction de propagation de la fissure est correctement dosée et dont l'intensité varie en gros comme la racine carrée de la dimension du morceau dans le sens perpendiculaire à la direction de la fissure. Cet effort restant important même pour des morceaux minces, son applica­tion prolongée sur un morceau long risque de l'endommager, une particularité accessoire de l'invention permet de suppri­mer cet effort dès que le morceau est séparé.
  • Mais la particularité essentielle de l'invention est ailleurs. Tout bloc de matière, même non feuilletée, est toujours relativement hétérogène et l'application d'une force de compensation, seule, ne suffit pas à diriger convena­blement la fissure suivant la forme désirée. Sauf dans le cas où la fissure doit se propager dans le plan de moindre résistance d'une matière dite fissile, il convient donc de créer dans la surface de séparation désirée des zones de moindre résistance qui participeront au guidage de la fissure, il faut "préparer" la surface de séparation désirée. Cette préparation pourra varier suivant des nécessités économiques, suivant l'aspect de surface que l'on désire donner au morceau, suivant la précision de séparation désirée. Suivant une parti­cularité de l'invention la préparation permet de donner aux morceaux soit une forme ondulée, soit une forme comportant des angles très aigus, en forme de "L" ou de "U" dont tout ou partie des quatre ou six parois auront un aspect clivé.
  • Enfin, selon une autre particularité accessoire de l'invention, on utilise, en sus des modes de guidage par effort de compensation et préparation de la surface de sépara­tion, un mode de séparation qui possède en lui-même une cer­taine action de guidage : c'et la séparation par action d'un fluide sous pression, lequel agissant jusqu'au front même de la fissure en cours de formation, diminue la tendance de la fissure à dévier vers la zone de plus faible épaisseur.
  • On va maintenant décrire les différents modes d'exé­cution pratique des diverses étapes du procédé de l'invention.
  • La préparation de la surface suivant laquelle on veut créer la séparation revient à créer dans cette surface des lignes ou des zones de moindre résistance qui joueront le rôle d'appel de la fissure au cours de son développement. Le plus simple, et cela est généralement suffisant si l'effort de compensation est correctement dosé, consiste à agir sur le pourtour du bloc, suivant tout ou partie de la ligne de séparation désirée : des fissures courtes créées par des chocs sur un outil, des rainures peu profondes dont l'action peut être renforcée par un léger effet de coin, constituent des moyens simples. On peut aussi appliquer des pressions importantes sur des outils disposés sur tout ou partie de la future ligne de rupture. On peut aussi, suivant une modali­té différente, créer des rainures dans le bloc, sensiblement perpendiculaires à la surface de séparation désirée. C'est le fond de ces rainures qui créra la ligne d'appel de la fissure. L'épaisseur du morceau à détacher sur ses bords sera égale à la profondeur de la rainure. L'espacement entre les rainures déterminera la largeur et ou la hauteur du mor­ceau à séparer. Ces deux derniers moyens ne laissent aucune trace sur la surface clivée. Enfin, on peut agir loin à l'in­térieur du bloc, dans la surface de séparation en y créant des zones de faiblesse dont l'effet, au moment du passage de la fissure, sera fortement augmenté par l'effort de compen­sation. L'un des moyens simples de créer de telles zones de faiblesse consiste à forer un faible nombre de trous de mi­nes dans le plan de séparation désiré à l'intérieur du bloc.
  • Les forces de compensation sont des forces sensible­ment parallèles à la surface de séparation désirée, agissant sur la tranche du morceau à séparer. Le procédé demande que soit mis en oeuvre au moins un ensemble de forces de compensation tel qu'il exerce une pression la plus constante possible sur la section du morceau, perpendiculaire à la surface de séparation désirée, la plus proche du fond de fissure, et ceci pendant tout le processus de formation du morceau. Cet ensemble de force doit donc être mis en oeuvre sur la partie de tranche du morceau proche de la ligne d'amor­ce de fissuration d'oû partira la fissure qui assurera la séparation du morceau, seule la composante de cet ensemble de force parallèle à la direction de propagation de la fissure jouera le rôle de force de compensation principale. Des forces de compensation secondaires, toujours appliquées sur la tran­che du morceau à séparer, mais ayant des directions différen­tes de la force de compensation principale peuvent être mises en oeuvre. Elles ne joueront qu'un rôle complémentaire de guidage de la fissure. Toutes les forces de compensation peuvent avoir au voisinage de leur point d'application une composante ayant tendance, soit à refermer la fissure que l'on cherche à développer et donc à retarder son passage dans la zone en question, soit au contraire à l'ouvrir. A titre d'indication, pour un morceau de trois centimètres d'épaisseur et dix centimètres de largeur, la force de compen­sation principale, dans un granit moyen, est de l'ordre de quelques tonnes, indépendante de la longueur du morceau à séparer. La valeur importante de cette force exige que soit étudiée avec soin l'implantation de la force de réaction à lui opposer de façon à ne pas induire dans le bloc des contraintes parasites. Suivant une disposition recommandée mais non indispensable, le plus simple est de reprendre la force de compensation principale par une force du même ordre de grandeur et de direction sensiblement opposée sur le côté opposé du morceau.
  • Pour créer l'amorce principale, c'est-à-dire celle à partir de laquelle se propagera la fissure, on peut prévoir de donner un choc à l'aide d'un outil en forme de ciseau. On peut aussi créer d'abord une rainure, par tout moyen clas­ sique puis introduire à force un coin dans cette rainure. Les deux méthodes laissent une trace visible sur la surface du morceau et du bloc. Dans le cas où ceci est considéré comme un inconvénient, on peut simplement exercer sur la matière, sur tout ou partie de la ligne de fissuration désirée une très forte pression par l'intermédiaire d'un outil en forme de ciseau, pression qui amorce la fissure, puis la propagera par effet de coin.
  • Dans les trois cas ci-dessus, l'augmentation des forces ayant permis de créer l'amorce de fissuration principa­le en permettra le développement. Une autre méthode très intéressante assurant la propagation de l'amorce principale consiste à injecter dans la dite amorce un fluide sous pres­sion, lequel agissant à proximité immédiate du fond de la fissure, permet éventuellement de diminuer l'effort de compen­sation.
  • Comme on peut le constater les moyens mis en oeuvre pour amorcer et propager la fissure initiale sont identiques à ceux préconisés pour guider la fissure le long de la ligne de séparation désirée. Simplement les forces pour guider, à moyens égaux, seront toujours plus faibles que celles mises en jeu pour propager la fissure. Dans le cas d'utilisation de pression exercée sur la matière il est à remarquer que plus l'arrondi de l'extrémité du ciseau assurant cette pres­sion est grand, plus la pression à développer pour propager la fissure est grande. Suivant une modalité très intéressante il pourra donc être utile de serrer la matière entre deux séries de ciseau, une série à extrémité relativement aiguë assurera amorce et propagation de la fissure principale, l'autre série à extrémité plus arrondie assurera le guidage de la fissure à l'autre extrémité du morceau.
  • L'ordre des opérations à exécuter pour séparer, par propagation de fissure, un morceau d'un bloc est quelcon­que, à la seule condition que la propagation de la fissure principale n'ait lieu qu'après que les opérations de prépara­tion de la surface de séparation et de mise en oeuvre des forces de compensation soient terminées.
  • Pour exercer les différentes forces mentionnées ci-dessus, on préfèrera l'emploi de vérins hydrauliques qui permettent notamment la mise en oeuvre de forces très impor­tantes avec un arrêt quasi instantané de celles-ci, cette dernière propriété étant surtout intéressante pour la force de compensation principale.
  • L'invention va maintenant être exposée de façon plus précise à l'aide d'exemples pratiques, illustrés par les dessins, parmi ceux-ci :
    • Fig. 1 est une vue en perspective d'un bloc préparé pour en séparer un morceau suivant une ligne définie d'avance,
    • Fig. 2 est une coupe de ce bloc pendant la propaga­tion de la fissure principale,
    • Fig. 3 est une vue en perspective d'un bloc préparé d'une façon différente,
    • Fig. 4 est une vue analogue d'un morceau tiré du bloc de la Fig. 3,
    • Fig. 5 est une vue en perspective d'un bloc de grande dimension contenant une préparation sur le pourtour du bloc et à l'intérieur du bloc, dans le plan de séparation désiré,
    • Fig. 6 est une coupe montrant un détail de la Fig. 5,
    • Fig. 7 et 8 sont des vues en perspective illustrant la séparation d'un morceau en forme de "L".
  • On observera que sur les figures, pour une plus grande clarté les proportions exactes ne sont pas respectées. En effet la méthode permet de séparer des plaques de granit par exemple dont l'épaisseur peut être inférieure à trois centimètres pour une longueur, dans le sens de propagation de la fissure atteignant ou dépassant cinquante centimètres. La Fig. 1 montre un bloc 1 de granit par exemple, ou de verre, sensiblement en forme de parallélépipède, en vue de la sépara­tion d'un morceau 2 en forme de plaque. L coupe de la Fig. 2 montre comment le bloc est serré suivant la ligne de rupture désirée 3, entre une première série d'outils contigüs ou pas 5, appliqués par des forces S sur une face du bloc et une deuxième série d'outils 5′ appliqués par des forces S′ sur la face opposée du bloc. Les outils 5′ ont à leur extrémi­té un plus grand rayon de courbure que les outils 5. Sur les deux autres faces du bloc on a créé une ou plusieurs séries de rainures 4. La force de compensation principale C est appliquée par l'intermédiaire d'un ou d'une série d'ou­tils 6 à extrémité plate ou très arrondie. Cet effort est en grande partie repris par un ou une série d'outils 6′, appliqués par une force antagoniste C′. La somme S + C des forces appliquées sur une face du bloc est égale à la somme S′ + C′ des forces appliquées sur la face opposée. Une fois réglée la force C, on augmente progressivement la force S transmise par l'extrémité du ou des outils 5 dont l'extrémité a un relativement faible rayon de courbure. Les réactions de ces efforts sont reprises comme nous l'avons vu en C′ et S′. En raison de la différence des rayons de courbure des outils 5 et 5′ on amorce ainsi une fissure sous le ou les outils 5, qui se développe brutalement exactement suivant le contour désiré et approximativement suivant le plan de rupture recherché.
  • Dans la Fig. 3 on a représenté un bloc, sensiblement en forme de parallélépipède pour le clarté de la figure, dont les faces opposées deux à deux, sont f1, f2 - f3, f4 -f5, f6. On a tracé sur f5, sensiblement perpendiculairement à cette face, et aux faces f1, f2, des rainures R1 à R5 dont la profondeur est égale à l'épaisseur des morceaux que l'on désire séparer. On serre ensuite le bloc suivant tout ou partie des lignes de séparation désirée 41, 42, etc. avec des outils du type des outils 5 et 5′ de la Fig. 2, après avoir appliqué l'effort de compensation principale sur les deux faces du morceau situées dans les faces f1 et f2 du bloc. Par augmentation progressive de la force appliquée sur les outils 5 et donc 5′ on obtiendra une séparation bruta­le du morceau 2. La répétition successive des opérations de serrage et d'application de forces de compensation séparera des morceaux 2, dont seules deux facese latérales, correspon­dant aux rainures R1, R2, par exemple sont sciées, les autres faces peuvent être toutes obtenues par propagation de fissures
  • Dans la Fig. 5 on a représenté un bloc de grande dimension, plusieurs mètres carrés de section. Ce bloc est supposé de forme irrégulière et on veut créer une face plane dans ce bloc 1. On commence par préparer la surface plane que l'on cherche à obtenir, en traçant sur tout ou partie du pourtour de ce bloc, en restant dans le plan que l'on désire créer, une rainure ou des rainures 12 peu profondes, d'un à quelques centimètres par exemple, à l'aide d'un outil diamanté, on force un trou 11 dans le plan de séparation désirée. On serre le bloc par des forces de compensation C1, C′1 principales et par des forces de compensation auxi­liaire C2, C′2, puis à l'aide d'un ou plusieurs coins 10 introduits dans la rainure 12, on créé éventuellement une légère tension entre les lèvres de la rainure, sans toutefois amorcer une fissure importante. On peut aussi éventuellement introduire une tension perpendiculaire au plan de séparation désiré par introduction de coins correctement dirigés dans le trou de mine 11. Une fois ces opérations de préparation terminées, on met en tension plus fortement les coins 10 se trouvant dans la zone de C1, amorçant ainsi la fissure principale et la développant. On détachera ainsi du bloc un morceau 2 suivant une surface approximativement plane.
  • Dans la Fig. 7 on retrouve un bloc de forme adéquate avec ses faces sensiblement opposées f1, f2 - f3, f4 - f5, f6. on trace en un endroit convenable de f5 vers f6 un trou de mine 13. On prépare les surfaces de séparation, suivant l'une quelconque des modalités vues plus haut des plans de séparation, partant du trou de mine 13, et parallèles aux facesf2, f3, on applique, du côté de la face f5, sur le côté du morceau à séparer 2, tel que représenté sur la Fig. 7, des efforts de compensation correctement dosés. On assure la séparation par l'un des procédés décrits plus haut, de préférence en injectant un fluide sous pression dans deux rainures peu profondes 14, ce qui permet d'obtenir le morceau de la Fig. 8, dont toutes les faces peuvent avoir un aspect "clivé".
  • L'invention a été décrite en se référant principale­ment à l'obtention de morceaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et des travaux de voirie, en matériaux tels que roche, notamment granit, verre, béton, terre cuite. Elle peut trouver des applications dans d'autres domaines en parti­culier dans celui des matières de grande valeur sous un faible volume, telles que les métaux ultra purs ou les pierres pré­cieuses ou semi-précieuses. Le découpage de telles matières sse fait habituellement en utilisant de scies à disque dia­manté très mince afin de limiter au maximum les pertes de matière. Ces scies sont coûteuses et d'emploi délicat, elles entraînent cependant des pertes de matière appréciables. Ces pertes sont supprimées par le procédé de l'invention. Au cas où un polissage ultérieur de la surface de séparation est nécessaire, les pertes de matière sont cependant fortement réduites.
  • Une autre application interessante réside dans la réalisation d'objets d'art ou de décoration, par exemple en roche telle que l'obsidienne, en cristal de roche ou analo­gue, en verre ou en cristal. Les surfaces obtenues par propa­gation de fissure présentent, en effet, un aspect original qui ne peut pas être obtenu par d'autres méthodes telles que polissage plus ou moins grossier, action de jet de sable, attaque chimique, etc.
  • Il est bien entendu que pour l'homme du métier le mot "forces" est utilisé aussi bien pour désigner des forces individualisées, que l'ensemble de forces, par exemple des pressions.

Claims (12)

1. Procédé pour séparer un morceau (2) de forme définie d'avance d'un bloc (1) ou d'un massif, ce procédé comportant l'application sur une ou les deux parois d'une amorce de fissure d'une ou deux forces opposées suffisantes pour faire progresser la fissure, et la continuation de l'ap­plication de cette ou de ces forces au cours de la progression de la fissure jusqu'à ce qu'elle ait atteint sur toute son étendue la surface extérieure du morceau à séparer, caractéri­sé en ce que :
- on prépare la surface (3) suivant laquelle on veut opérer la séparation en y créant artificiellement des lignes ou des points de moindre résistance (4, 11 à 14) sur au moins une partie du tracé selon lequel on désire que la fissure atteigne la surface extérieure du morceau et éventuellement à l'intérieur du bloc,
- et on applique, sur la partie du bloc destinée à constituer le morceau, un ensemble de forces de compensation, sensible­ment parallèles à la surface de séparation désirée et dont une composante, appelée force de compensation principa­le (C), parallèle à la direction de développment de la fissure, s'exerçant sur le morceau en cours de séparation reste pratiquement constante, à une valeur convenablement dosée,
- les différentes opérations se déroulant dans un ordre quel­conque,à la seule condition que la fissure ne se développe qu'après la préparation de la surface de séparation et l'application des forces de compensation.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les lignes de moindre résistance artificiellement créées sont tracées sur au moins une partie du pourtour du bloc, sur la surface de séparation désirée du morceau et sont constituées par des rainures ou des fissures peu profon­des (4, 12, 14) allongées dans la surface de séparation dési­rée ou par des pressions fortes établies suivant ces mêmes lignes.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de moindre résistance artificiellement créées sont au moins en partie constituées par le fond d'une ou de plusieurs rainures (R1 à R5) établies dans le bloc, sensiblement perpendiculairement à la surface de séparation désirée et dont la profondeur correspond à l'épaisseur, sur ses bords, du morceau que l'on désire séparer.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 selon lequel on obtient l'amorce et le développement guidé de la fissure en serrant fortement le bloc suivant au moins une partie de la ligne de séparation désirée entre des ciseaux (5, 5′), caractérisé en ce que l'extrémité des ciseaux (5) situés dans la zone où on désire amorcer la fissure est moins arrondie que celle de ceux (5′) qui sont disposés dans la zone où ils sont appelés simplement à guider la fissure.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on prépare des zones ou des lignes de moindre résistance à l'intérieur même du bloc, dans la surface de séparation désirée par exemple en y forant un trou (11, 13), ou un nombre très restreint de trous.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on fore en des points convenablement choisis d'un bloc de forme adaptée, un ou plusieurs trous servant à la fois de guide et d'arrêt de la fissure à l'intérieur du bloc, permettant ainsi d'obtenir des morceaux comportant un ou plusieurs angles rentrant ou sortant.
7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caracté­risé en ce que l'on exerce dans les lignes de moindre résis­tance artificiellement créées, telles que les rainures (4, 11, 14) et/ou les trous de mines (11, 13), un effort de sépa­ration sensiblement perpendiculaire au plan de séparation désiré, grâce à des dispositifs connus tels que des coins.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la propagation de la fissure est assurée par un fluide sous pression injecté dans l'amorce de fissure.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'en plus de la force de compensa­tion principale on exerce une autre force de compensation, perpendiculaire à la force de compensation principale et parallèle à la surface suivant laquelle on veut opérer la séparation.
10. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée par l'obtention de morceaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et des travaux de voirie, en matériaux tels que roche, verre, béton ou terre cuite.
11. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par l'obtention de morceaux de matière de valeur, telle que métaux extra purs, ou pierres précieuses ou semi-précieuses.
12. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par l'obtention d'objets d'art ou de décoration, par exemple en roche telle que l'obsi­dienne, en cristal de roche ou analogue, en verre ou en cris­tal.
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