FR2517737A1 - Dispositif pour desagreger des objets monolithes par des impulsions de pression d'un liquide - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'EXPLOITATION DES MINES ET CARRIERES. LE DISPOSITIF FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE EN CE QUE SON CORPS1 COMPORTE UNE TUBULURE2 QUI EST SITUEE A SON EXTREMITE COTE MEMBRANE 7 ET QUE L'ON ENGAGE DANS L'ORIFICE DU TROU FORE3 DE FACON A FORMER UN ESPACE D'AIR16 ENTRE LA MEMBRANE7 ET LE PLAN DE LIQUIDE LORSQUE LA TUBULURE2 EST REMPLIE DE LIQUIDE, LE MOYEN DESTINE A RETENIR LEDIT CORPS DANS LE TROU FORE ETANT REALISE SOUS LA FORME D'UN ELEMENT D'INERTIE8, 14 SITUE HORS DU TROU FORE3. LE DISPOSITIF EN QUESTION EST DESTINE NOTAMMENT A LA DESTRUCTION DES ROCHES LORS DU CREUSEMENT DE TUNNELS.

Description

La présente invention concerne 11 équipement utilisé pour l'exploitation des mines et des carrières ainsi que dans les travaux publics et pour la réalisation de travaux de réparation, et a notamment pour objet un dispositif pour désagréger des objets monolithes par des impulsions de pression d'un liquide.

Le dispositif revendiqué est utilisé notamment pour la désagrégation d'objets monolithes tels que des blocs de roche hors gabarit lors de l'exploitation des carrières, pour la destruction des roches lors du creusement de tunnels dans les travaux publics, et pour la démolition de vieux bâtiments en béton ou en béton armé lors de l'édification de nouveaux bâtiments.

A l'heure actuelle, pour désagréger de tels objets monolithes, on utilise largement des dispositifs du type dit "coin hydraulique" et du type electro-hydraulique. Pour assurer le fonctionnement desdits dispositifs il faut faire appel à une source d'énergie mécanique ou électrique. De ce fait, les dispositifs mentionnés sont assez encombrants, compliquées et coûteux en utilisation.

On connait aussi des dispositifs portatifs et légers servant a désagréger des objets monolithes par des impul- sions de pression d'un liquide, que l'on place dans un trou foré au préalable dans l'objet à désagréger et rempli d'eau. Ces dispositifs sont d'une conception plus simple, leur fabrication et leur utilisation sont moins coûteuses.

On connaît, par exemple, un dispositif pour désagréger des objets monolithes par des impulsions de pression d'un liquide versé dans un trou (cr. brevet des Etats-Unis d'Amerique nO 3960082 du 1er Juin 1976, Cl.Int. des brevets
F 422 3-06), qui comprend un corps tubulaire présentant une cavité dans laquelle est logée une charge explosive et limitée par une membrane ou cloison élastique à l'une des extrémités du corps, et un appareil raccordé au corps et destinéeà retenir ce dernier dans le trou pendant l'action de l'impulsion de pression.De plus, dans le corps est aussi prévu une cavité intérieure avec des orifices latéraux à travers lesquels elle communique avec le trou foré et se remplit de liquide lorsqu'on introduit le dispositif dans le trou foré. Cette cavité intérieure est séparée de la chambre recevant une charge explosive à l'aide de la membrane élastique précitée.

Pendant l'explosion de la charge, les gaz détruisent la memb rane, la chambre communique avec la cavité intérieure du corps, et l'impulsion de pression de liquide qui en résulte agit sur les parois du trou foré. L'appareil destiné à retenir le corps dans le trou foré est constitué par un anneau en matière élastique. Cet anneau est emmanché solidement sur la partie inférieure du corps ayant un diamètre plus petit et percée de trous supplémentaires de façon à masquer ces trous supplémentaires. Aussi, lorsque l'impulsion de pression du liquide apparaît, l'anneau élastique est serré contre les parois du trou foré en bouchant d'une manière étanche l'intervalle entre le corps et les parois du trou foré et en retenant ainsi le dispositif dans le trou foré.

Une telle conception de l'appareil servant à retenir le corps dans le trou foré diminue le rendement du dispositif, car une partie de l'énergie de l'impulsion est arretée par les parois du corps et n'est pas utilisée pour le travail utile de désagrégation de l'objet monolithe.

Dans ce cas, le travail utile n'est accompli que par une partie de l'énergie de l'impulsion agissant à travers les orifices du corps, le reste de l'énergie de l'impulsion étant dépensé pour la déformation élastique des éléments constitutifs du dispositif.

On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif pour désagréger des objets monolithes par des impulsions de pression d'un liquide remplissant un trou foré dans l'objet à détruire, qui permettrait d'augmenter l'efficacité de l'impulsion de pression et d'assurer en meme temps un blocage sûr du corps dans le trou foré pendant l'action de l'impulsion.

Le problème ainsi posé est résolu à l'aide dlun dispositif pour désagréger des objets monolithes par des impulsions de pression d'un liquide remplissant un trou foré dans l'objet à désagréger, du type comprenant un corps tubulaire présentant une cavité dans laquelle est logée une charge explosive et limitée par une membrane ou cloison élastique placée à l'une des extrémités dudit corps, et un moyen relié à ce corps et servant à le retenir dans le trou fore pendant l'action de l'impulsion de pression, caractérisé, selon l'invention, en ce que ledit corps est muni d'une tubulure montée à son extrémité, du côte de la membrane, et destinée à etre introduite dans l'orifice du trou foré de façon qu'il se forme un espace d'air entre la membrane et le niveau du liquide quand la tubulure est remplie de liquide, le moyen servant à retenir le corps dans le trou foré étant réalisé sous forme d'un élément d'inertie disposé à l'exte- rieur du trou foré.

En cas d'utilisation du dispositif revendique pour désagréger des objets monolithes de masse importante, il est rationnel que le dispositif pour désagréger les objets monolithes comporte un élément d'inertie réalisé sous forme d'un plongeur mont dans le corps avec possibilité d'effectuer un mouvement de va-et-vient le long de son axe et qui ferme d'en dessus la cavité recevant la charge explosive lorsqu'il se trouve en position basse, ledit plongeur comportant au moins un canal parallèle à son axe et reliant à l'atmosphère ladite cavité lorsque le plongeur est en position haute.

Lorsque le dispositif est utilisé en tant qu'appareil manuel portatif, il est avantageux, selon l'invention, que l'élément d'inertie se présente sous forme d'un bloc métallique fixé à l'extrémité libre d'un support monté en porte- -faux sur ledit corps.

Il est avantageux de réaliser le support sous forme d'une tige élastique.

Il est possible, selon l'invention, de disposer un joint d'amortissement entre le bloc métallique et le support.

Une telle conception du dispositif pour désagréger des objets monolithes par les impulsions de pression d'un liquide permet d'augmenter sensiblement le rendement du dispositif du fait que la disposition du moyen de retenue du corps dans le trou foré en dehors de ce dernier permet de diriger pratiquement toute l'énergie de l'impulsion, via la tubulure, vers les parois et le fond du trou foré. Il est à signaler que la pression de l'impulsion s'accroit près du fond du trou foré à la suite de l'interférence des ondes de choc.

La présence d'un espace d'air entre la membrane et le plan de liquide dans la tubulure permet de réduire la raideur du front de l'onde de choc agissant directement sur les parois de la tubulure. Grace à l'effet de cumulation des ondes de choc, ceci permet d'obtenir la pression maximale de l'impulsion hors des limites de la tubulure, ce qui contribue à augmenter le rendement et la durée de service du dispositif.

L'invention sera mieux comprise-et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 représente un dispositif pour désagréger des objets monolithes par les impulsions de pression d'un liquide, comprenant un élément d'inertie sous forme d'un plongeur (coupe longitudinale), selon l'invention ; et
- la figure 2 illustre un mode de réalisation du dispositif pour désagréger des objets monolithes, comprenant un élément d'inertie sous forme d'un bloc métallique (coupe longitudinale), selon l'invention.

En tant que dispositif pour désagréger des objets monolithes par les impulsions de pression d'un liquide, on décrira dans ce qui suit, à titre d'exemple, un dispositif pour la désagrégation d'objets de masse importante. Ce dispositif comprend un corps tubulaire 1 en métal (figure 1) portant à son extrémité inférieure une tubulure 2 dont le diamètre est plus petit que celui du corps 1. Cette tubulure 2 est prévue pour être introduite dans l'orifice du trou 3 foré dans l'objet à démolir 4. Le corps 1 a une cavité 5 dans laquelle est placée une charge explosive 6. En règle générale, on utilise en tant que charge explosive une poudre pyroxylée. A la partie inférieure du corps 1 est prevue une membrane ou cloison 7 en matière élastique, par exemple en caoutchouc, constituant la limite inférieure de la cavité 5.De dessus, ladite cavité 5 est limitée par la face en bout d'un plongeur 8, qui est l'élément d'inertie servant à retenir le corps dans le trou foré 3. Le plongeur 8 est monté dans le corps 1 de façon à pouvoir effectuer un mouvement de va-et-vient le long de son axe Pour que le plongeur 8 ne puisse pas sortir du corps 1 sous l'action des forces d'inertie, ce dernier est muni à sa partie supérieure d'une butée 9 coopérant avec une rainure longitudinale 10 du plongeur 8.

Lorsque le plongeur 8 est en position basse, sa face ferme d'en dessus la cavite 5 contenant la charge explosive 6, et lorsqu'il est en position haute, la cavité 5 communique avec l'atmosphère. A cette fin, un canal axial 11, borgne à sa partie inférieure, et des orifices radiaux 12 sont pratiqués dans le plongeur 81 tandis que des encoches 13 sont pratiquées dans le corps 1.

A la partie supérieure du plongeur , le canal 11 présente un évasement. De plus, le plongeur 8 est pourvu d'un jeu de poids 14 placés à Sa partie supérieure et permettant de modifier sa masse et, par conséquent, ses propriétés d'inertie en fonction de la puissance de la charge explosive 3.L'inertie du plongeur 8 est choisie de façon à assurer un déplacement minimal de sa face inférieure pendant le temps nécessaire au développement complet de la phase du coup de bélier hydraulique dans le trou foré 3 et du processus de fissuration dans l'objet à désagréger.

Etant donné que les processus mentionnés ne durent que quelques millièmes d'une seconde, la masse du plongeur 8 additionnée à la valeur des poids 14 est d'environ 30 kg pour une charge explosive 6 ayant-unemasse de poudre de 9 ou 10 kg par exemple.

La différence entre les diamètres du corps 1 et de la tubulure 2 est choisie de façon que la force pressant le corps 1 contre l'orifice du trou foré 3 et apparaissant sous l'action de la pression des gaz de poudre agissant sur la paroi intérieure du cône 15 de la cavité 5 dépasse la force tendant à éjecter le dispositif du trou foré 3 et due à la pression de liquide régnant dans le trou foré 3 et agissant sur le bout de la tubulure 2. Ceci permet de retenir le corps 1 dans le trou foré 3 au moment de la naissance de l'impulsion de pression du liquide.

Pour réduire l'effet brisant de l'onde de choc de l'impulsion de pression du liquide dans la tubulure 2, on engage cette dernière dans le trou 3 rempli du liquide de façon à obtenir un espace d'air 16 d'environ 10 à 15 mm entre le plan du liquide et la membrane 7.-Lors de la mise en place de la tubulure 2, cet espace d'air 16 s'obtient. automa- tiquement-par suite de la compression de l'air contenu dans ladite tubulure 2 avant l'introduction du dispositif dans le trou foré 3.

Un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention est décrit ci-après en prenant comme exemple un appareil manuel portatif tel que celui représenté sur la figure 2. Ce dispositif comprend un corps tubulaire 17 ayant à son extrémité inférieure une tubulure 18 destinée à etre introduite dans l'orifice du trou 19 foré au préalable, avant la mise en place du dispositif, dans l'objet à désagréger 20 et rempli de liquide (par exemple, d'eau).

Pour éviter la pénétration du corps 17 dans e trou foré 19, son diamètre est plus grand que le diamètre du trou foré 19.

La tubulure 18 a un diamètre inférieur à celui du trou foré 19.

A l'intérieur du-corps 17 est prévueune cavité 21 destinée à recevoir une charge explosive 22. Une membrane 23 en matière élastique est fixée à la partie inférieure du corps 17 et limite d'en dessous le volume de la cavité 21.

D'en haut, ladite cavité 21 est limitée par la face en bout d'un bouchon 24.

Lors de la mise du dispositif dans le trou foré 19, la tubulure 18 doit se remplir de liquide de façon à assurer un espace d'air 25 entre la membrane 23 et le plan de liquide dans la tubulure 18.

Le dispositif comprend aussi un moyen servant à retenir le corps 17 dans le trou foré 19 pendant l'action de l'impulsion de pression. Ce moyen est réalisé sous forme d'un élément d'inertie situé hors du trou foré 19.

Dans le cas de la variante de réalisation considéréé, cet élément d'inertie est constitué par un bloc métallique 26 fixé à l'aide de boulons 27 à l'extrémité libre d'un support 28 fixé en-porte-à-faux, par exemple par soudage, au corps 17.

Pour accroître l'inertie, il est rationnel de réaliser le support 28 sous forme d'une tige élastique.

De plus, il est avantageux de placer un joint d'àmor- tissement 29, par exemple en caoutchouc, entre le bloc métallique 26 et le support 28.

L'inertie du moyen destiné à retenir le dispositif dans le trou foré 19 dépend de la masse du bloc métallique 26, des propriétés élastiques du joint 29 et du support 28, ainsi que de la longueur de ce support.

Ces paramètres sont choisis de façon à assurer l'immobilité ou un déplacement minimal du bloc 26 pendant le temps qui est nécessaire au développement complet de la phase du coup de bélier hydraulique dans le trou foré 19 et qui assure le début de la fissuration dans l'objet à démolir 20 du fait qu'après le début de la démolition l'amplitude de l'impulsion de pression diminue brusquement à la suite du reflux d'une partie du liquide dans les fissures apparues et, par conséquent, la valeur de la force d'éjection diminue elle aussi brusquement. Vu que la durée de la phase du coup de bélier hydraulique ne dépasse pas quelques millisecondes, la masse du bloc 26 est choisie ordinairement voisin de 15 kg pour une longueur du support égale à 0,5 m environ.

Le dispositif conforme à 1' invention fonctionne de la façon suivante.

On introduit la tubulure 2 du corps 1 (figure 1) dans l'orifice du trou 3 foré au préalable dans l'objet à détruire 4 et rempli de liquide, tout en veillant à obtenir un espace d'air 16 entre le plan de liquide et la membrane 7 pendant le remplissage de la tubulure 2.

L'explosion de la charge explosive 6 fait naître des gaz de poudre qui enfoncent la membrane 7 dans la tubulure 2 en provoquant dans le liquide une impulsion de pression sous forme d'un coup de bélier-hydraulique quientrarne la formation de fissures de rupture dans la pièce à désagréger 4.

Grâce à l'existence de l'espace d'air 16, la raideur du front de l'onde de choc diminue pour augmenter ensuite hors des limites de la tubulure 2 lorsque l'onde pénètre dans le trou foré 3. Ceci permet d'éviter la destruction de la tubulure 2 par l'effet brisant de l'onde de choc, ce qui contribue à élever le rendement et la durée de service du dispositif.

Grâce à l'effet cumulatif de l'onde de choc, la raideur maximale du front de l'onde de choc ayant un effet brisant puissant s'obtient hors de la tubulure 2.

Simultanément avec le développement du bélier hydraulique, la pression des gaz dans la cavité 5 agit sur le corps 1 en le serrant contre l'orifice du trou fore 3 et sur la face inférieure du plongeur 8 en le faisant monter, ce qui assure la dissipation de l'énergie de pression des gaz dirigés vers le haut. Etant donné que la force serrant le corps 1 contre le débouché du trou foré 3 est plus importante que la force tendant à l'éjecter dudit trou, le dispositif reste dans le trou foré 3 au moment de la naissance de l'impulsion de pression du liquide.

Lorsque la face inférieure du plongeur 8 en montée arrivera aux encoches 13, le principal travail de destruction de la pièce 4 sera terminé et une partie des gaz s'échappera à l'atmosphère à travers le canal axial 11,les encoches 13 et les orifices 12, en créant une force de réaction dirigée vers le bas et s'opposant à la montée ultérieure du plongeur 8. Ceci aboutira à une diminution progressive de la pression des gaz dans la cavité 5.

Le système décrit de freinage dynamique du plongeur à la fin de l'impulsion permet de profiter de la pression résiduelle et suffisamment haute des gaz dans la cavité 5 pour dissiper l'énergie cinétique du plongeur 8 et réduire les charges d'inertie sur les pièces du dispositif sans avoir recours a des mécanismes spéciaux ou à une augmentation supplémentaire de la masse du plongeur 8, ce qui permet aussi d'élever le rendement du dispositif.

Le dispositif permet une utilisation plus complète de l'énergie des gaz de poudre résultant de l'explosion grâce à la suppression des pertes inutiles de la pression de gaz necessaire à la déformation élastique des parois du corps et grâce à l'augmentation de la durée d'action de l'impulsion que l'on obtient en augmentant l'inertie du système qui assure les conditions requises de combustion de la charge explosive.

Ce dispositif permet aussi d'utiliser l'énergie résiduelle des gaz d'explosion pour réduire les charges dynamiques que subissent les pièces du dispositif à la fin de l'impulsion.

Le dispositif représenté sur la figure 2 fonctionne de la façon suivante. D'abord on installe la tubulure 18 dans le trou foré 19 en procédant de la même manière que pour le dispositif représenté sur la figure 1. Pendant la mise en place de la tubulure 18 dans l'orifice du trou foré 19 il apparait, à la suite du déplacement de son centre de gravité vers le bloc métallique 26, un couple statique qui serre la tubulure 18 contre la paroi du trou foré 19.

A l'explosion de la charge 22, les gaz de poudre enfoncent la membrane 23 dans la tubulure 18 en créant dans le liquide une impulsion de pression sous forme d'un coup de bélier hydraulique.

Simultanément, la pression du liquide dans le trou foré 19 agit sur ltextremite inférieure de la tubulure 18 en donnant naissance à une force tendant à chasser le dispositif du trou foré 19. Cette force est transmise par l'intermédiaire du support 28 au bloc 26 constituant l'élé- ment d'inertie. Grâce au fait que le joint 29 subit une déformation élastique,le moment d'action de l'impulsion de pression à amplitude maximale et le moment de départ de l'élément d'inertie sont décalés dans le temps. Ceci assure une rotation du corps 17 par rapport au bloc 26 au moment de l'impulsion de pression à amplitude maximale et aboutit au coincement du corps 17 dans le trou foré 19, ce qui empêche son éjection du trou foré 19. Grâce aux propriétés d'inertie-du bloc 26, il apparait ensuite un couple dynamique qui augmente davantage le coincement du corps 17 dans le trou foré 19 et empêche l'éjection du dispositif.

La fixation en porte-à-faux de l'appareil d'inertie sur le corps permet de réduire sensiblement la masse du dispositif et d'utiliser ce dernier en tant qu'instrument manuel portatif.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1.Dispositif pour désagréger des objets monolithes par les impulsions de pression d'un liquide remplissant un trou (3) foré dans l'objet à démolir (4),du type comprenant un corps tubulaire (1) dont la cavité (5) est destinée a recevoir une charge explosive et est limitée à l'une des extrémités du corps (1) par une membrane ou cloison (7) en matière élastique, et un moyen relié au corps (1) et servant à le retenir dans le trou foré (3) pendant l'action de l'impulsion de pression, caractérisé en ce que le corps (1) du dispositif est doté d'une tubulure (2) qui est situee à son extrémité côte membrane (7) et que l'on engage dans l'orifice du trou fore (3) de façon à former un espace d'air (16) entre la membrane (7) et le plan de liquide lorsque la tubulure (2) est remplie de liquide, le moyen destiné à retenir ledit corps dans le trou foré etant réalisé sous la forme d'un élément d'inertie situé hors du trou foré (3).

2. Dispositif pour désagréger des objets monolithes suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élement d'inertie est réalisé sous forme d'un plongeur (8) monté dans le corps (1) de façon à pouvoir effectuer un mouvement de va-et-vient le long de son axe et qui, en position basse, ferme d'en dessus la cavité (5)contenant la charge explosive, ledit plongeur présentant au moins un canal (11) parallèle à l'axe du corps (1) et reliant ladite cavité (5) à l'atmosphère lorsque le plongeur (8) est en position haute.

3. Dispositif pour désagréger des objets monolithes selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément d'inertie se présente sous forme d'un bloc métallique (26) fixé à l'extrémité libre d'un support (28) fixé en porte à-faux au corps (1).

4. Dispositif pour désagréger des objets monolithes, selon la revendication 3, caractérise en ce que le support (28) est constitué par une tige élastique.

5. Dispositif pour désagréger des objets monolithes selon l'une des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce qu'un joint d'amortissement (29) est placé entre le bloc métallique (26) et le support (28).