FR2613438A1 - Improvement to an extensible support bolt and support method - Google Patents
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Abstract
Description
PERFECTIONNEMENT A UN BOULON DE SOUTENEMENT EXTENSIBLE
ET METHODE DE SOUTENEMENT
La présente invention concerne un perfectionnement à un boulon de soutènement extensible, et la méthode de soutènement utilisant le boulon. Les boulons de soutènement extensibles ou à géométrie variable sont destinés à consolider les terrains, plus particulièrement à soutenir la voûte (le toit des galeries dans les mines et ouvrages souterrains).IMPROVEMENT TO AN EXTENSIBLE SUPPORT BOLT
AND SUPPORT METHOD
The present invention relates to an improvement to an extensible support bolt, and to the support method using the bolt. The extensible or variable geometry support bolts are intended to consolidate the grounds, more particularly to support the vault (the roof of the galleries in mines and underground works).
D'autres applications de ce type de boulons peuvent être également des ouvrages à ciel ouvert, tels que des murs, etc... Other applications of this type of bolt can also be open-air works, such as walls, etc.
Il est connu d'utiliser des boulons de soutènement extensibles pour la fixation par scellement dans un forage, tels que ceux définis dans la demande de brevet française 86 09 089 du 24 juin 1986 déposée au nom des Forges et Boulonneries d'Ars-sur-Moselle. Ce type de boulons de soutènement extensibles est constitué d'une tige comportant à une de ses extrémités une partie renflée qui se trouve entourée, sur une certaine longueur, d'un tube en matériau déformable. La partie du tube en matériau déformable est ancrée dans la zone de terrain stable pour permettre, par glissement de la partie renflée à l'intérieur du tube en matériau déformable l'extension du boulon sur une certaine longueur. It is known to use extensible retaining bolts for fixing by sealing in a borehole, such as those defined in French patent application 86 09 089 of June 24, 1986 filed in the name of Forges et Boulonneries d'Ars-sur- Moselle. This type of extensible retaining bolts consists of a rod comprising at one of its ends a bulged part which is surrounded, over a certain length, by a tube made of deformable material. The part of the tube of deformable material is anchored in the area of stable ground to allow, by sliding the bulged part inside the tube of deformable material, the extension of the bolt over a certain length.
Cette extension se produit lorsque les couches de terrain instables appuient sur une plaque de maintien qui ellemême est en appui sur un écrou de solidarisation au boulon. Ce type de boulon extensible présente l'inconvénient majeur de faire supporter toute la contrainte par la plaque de soutènement qui est en appui contre l'écrou vissé sur le boulon. Cette sollicitation peut provoquer le cisaillement de la plaque.This extension occurs when the unstable layers of ground press on a retaining plate which itself is supported on a nut fastening to the bolt. This type of extendable bolt has the major drawback of making all the stress bear with the support plate which bears against the nut screwed onto the bolt. This stress can cause the plate to shear.
Le perfectionnement de la présente invention a pour but de pallier cet inconvénient en proposant un boulon de soutènement extensible qui permette de diminuer les risques de cisaillement de la plaque de support des zones instables du terrain. The aim of the improvement of the present invention is to overcome this drawback by proposing an extensible support bolt which makes it possible to reduce the risks of shearing of the support plate of the unstable areas of the ground.
Ce but est atteint par le fait que le boulon de soutènement extensible pour la fixation par scellement dans un forage pratiqué dans un terrain comprenant une zone stable et une zone instable, ledit boulon étant constitué d'une tige filetée à une première extrémité et d'un écrou vissé sur cette extrémité filetée, d'une forme particulière sur une deuxième extrémité de la tige permettant la rupture d'une capsule de scellement enfoncée dans le forage, la forme particulière de la deuxième extrémité de la tige se raccordant à la tige par une partie cylindrique de diamètre supérieur au diamètre interne d'un tube de matière déformable entourant cette extrémité et une partie de la tige sur une longueur inférieure à la longueur de la tige, est caractérisé en ce qu'une zone de la tige située entre sa partie filetée et sa deuxième extrémité devant être ancrée dans les couches stables du forage est entourée du tube en matière déformable, et en ce qu'une zone de la tige située entre la partie filetée et l'extrémité du tube de matière déformable est scellée directement sur la zone instable de terrain. This object is achieved by the fact that the extensible support bolt for fixing by sealing in a borehole made in a ground comprising a stable zone and an unstable zone, said bolt consisting of a threaded rod at a first end and a nut screwed onto this threaded end, of a particular shape on a second end of the rod allowing the rupture of a sealing capsule pressed into the borehole, the particular shape of the second end of the rod connecting to the rod by a cylindrical part with a diameter greater than the internal diameter of a tube of deformable material surrounding this end and a part of the rod over a length less than the length of the rod, is characterized in that an area of the rod situated between its threaded part and its second end to be anchored in the stable layers of the borehole is surrounded by the tube of deformable material, and in that an area of the rod situated between the threaded part e and the end of the tube of deformable material is sealed directly on the unstable area of the ground.
Un autre but de l'invention est d'améliorer l'ancrage du boulon sur la zone instable de terrain. Another object of the invention is to improve the anchoring of the bolt on the unstable area of the ground.
Ce but est atteint par le fait que le boulon comporte, entre la zone d'extrémité du tube de matière déformable et la zone du pas de vis de la tige, des zones de surépaisseur du profil améliorant l'ancrage de la résine de scellement. This object is achieved by the fact that the bolt comprises, between the end zone of the tube of deformable material and the zone of the thread of the rod, zones of excess thickness of the profile improving the anchoring of the sealing resin.
Selon une disposition avantageuse, ces zones de surépaisseur comportent un filetage. According to an advantageous arrangement, these extra thickness zones include a thread.
Un autre but de l'invention est de proposer un boulon de soutènement extensible qui soit également utilisable dans les terrains dont on ne connait pas exactement la délimitation entre la zone stable et la zone instable. Another object of the invention is to propose an extensible retaining bolt which is also usable in terrains for which the delimitation between the stable zone and the unstable zone is not known exactly.
Ce but est atteint par le fait que le boulon comporte une bague coulissante , d'une part entre le tube de matière déformable et, d'autre part, entre une première zone de surépaisseur. This object is achieved by the fact that the bolt comprises a sliding ring, on the one hand between the tube of deformable material and, on the other hand, between a first excess thickness zone.
Un autre but de l'invention est de proposer un boulon extensible sur une certaine course et un ancrage rigide à la fin de cette course. Another object of the invention is to propose an extensible bolt over a certain stroke and a rigid anchoring at the end of this stroke.
Ce but est atteint par le fait que le boulon de soutènement extensible comporte un manchon métallique composé d'un cylindre fendu ou de deux demi-cylindres rendus solidaires de la tige du boulon afin de produire un scellement rigide du boulon en fin d'extension. This object is achieved by the fact that the extensible retaining bolt comprises a metal sleeve composed of a split cylinder or two half-cylinders made integral with the bolt rod in order to produce a rigid sealing of the bolt at the end of extension.
Selon une autre disposition avantageuse, le tube de matière déformable présente une surface crénelée disposée, soit en hélice, soit selon des plans perpendiculaires à l'axe de symétrie de la tige. According to another advantageous arrangement, the tube of deformable material has a crenellated surface arranged either in a helix or in planes perpendicular to the axis of symmetry of the rod.
Selon une autre caractéristique, la résistance mécanique à la compression du tube en matériau déformable , est inférieure à la résistance mécanique à la compression de la résine de scellement. According to another characteristic, the mechanical resistance to compression of the tube of deformable material is lower than the mechanical resistance to compression of the sealing resin.
Un dernier but de l'invention est de proposer une méthode de soutènement extensible. A final object of the invention is to propose an extensible support method.
Ce but est atteint par le fait que la méthode comprend les étapes suivantes - forage d'un trou de dimension appropriée; - introduction d'une capsule de scellement dans le forage, la capsule comprenant dans des compartiments différents destructibles les composants nécessaires à la prise du ciment de scellement organique ou inorganique; - introduction dans le trou de forage d'un boulon selon l'invention en provoquant sa rotation pour assurer la rupture de la capsule; - scellement, d'une part directement sur le tube en matériau déformable entourant le boulon, et d'autre part sur la zone de la tige située entre le tube de matériau déformable et l'extrémité filetée. This object is achieved by the fact that the method comprises the following steps: drilling a hole of appropriate size; introduction of a sealing capsule into the borehole, the capsule comprising in different destructible compartments the components necessary for setting the organic or inorganic sealing cement; - Introduction into the borehole of a bolt according to the invention by causing it to rotate to ensure rupture of the capsule; - Sealing, on the one hand directly on the tube of deformable material surrounding the bolt, and on the other hand on the area of the rod located between the tube of deformable material and the threaded end.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif, et décrit en liaison avec les figures ci-après dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe du boulon extensible perfectionné, à ancrage rigide en fin de course; - la figure 2 représente une vue en coupe du boulon extensible perfectionné, à ancrage non rigide en fin d'extension. Other characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the description below of an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example, and described in conjunction with the figures below. after which: - Figure 1 shows a sectional view of the improved extensible bolt, with rigid anchoring at the end of the stroke; - Figure 2 shows a sectional view of the improved extensible bolt, with non-rigid anchoring at the end of extension.
Le boulon perfectionné selon l'invention, est constitué, comme représenté à la figure 1, d'une tige (1) filetée à une extrémité et usinée à l'autre extrémité (10). L'extrémité usinée (10) est séparée de l'extrémité filetée par une tige de longueur L . La partie usinée (10) a un diamètre supérieur au diamètre de la tige de longueur L. Cette tige de longueur L est raccordée à l'extrémité usinée (10) par une portion conique (11). The improved bolt according to the invention consists, as shown in FIG. 1, of a rod (1) threaded at one end and machined at the other end (10). The machined end (10) is separated from the threaded end by a rod of length L. The machined part (10) has a diameter greater than the diameter of the rod of length L. This rod of length L is connected to the machined end (10) by a conical portion (11).
L'extrémité usinée (10) est pourvue par exemple d'un biseau (12) qui, comme on le verra par la suite, permet la rupture des capsules de scellement. Il est bien évident que ce biseau peut être remplacé par tout autre forme remplissant la même fonction. Cette forme peut, par exemple, être une pointe (120) telle que celle représentée à la figure 2. Un tube de matière déformable (4) crénelé ou pas sur sa surface extérieure entoure la tige (1) et une partie de l'extrémité usinée (10) du boulon. La longueur du tube de matière déformable (4) est telle que la distance (A) séparant la portion conique raccordée à la tige (1) de l'extrémité du tube (4) entourant la tige (1) correspond à la distance d'extension maximum que l'on souhaite pour le boulon.Le boulon représenté à la figure 1 étant un boulon extensible à ancrage rigide en fin de course, comporte, comme on peut le voir sur la figure 1, un manchon métallique (5) composé soit d'un tube cylindrique fendu ou de deux demi-cylindres rendus solidaires par une soudure ou tout autre moyen (7) de la tige (1)du boulcn.Ce manchon (5) est soudé à une distance (A) de la partie conique (11) du boulon, distance qui correspond à l'extension maximale.The machined end (10) is provided for example with a bevel (12) which, as will be seen below, allows the rupture of the sealing capsules. It is obvious that this bevel can be replaced by any other shape fulfilling the same function. This shape can, for example, be a point (120) such as that shown in FIG. 2. A tube of deformable material (4) crenellated or not on its outer surface surrounds the rod (1) and part of the end machined (10) of the bolt. The length of the tube of deformable material (4) is such that the distance (A) separating the conical portion connected to the rod (1) from the end of the tube (4) surrounding the rod (1) corresponds to the distance of maximum extension that is desired for the bolt. The bolt shown in FIG. 1 being an extendable bolt with rigid anchoring at the end of the stroke, comprises, as can be seen in FIG. 1, a metal sleeve (5) composed either of a split cylindrical tube or of two half-cylinders made integral by a weld or any other means (7) of the rod (1) of the bolt. This sleeve (5) is welded at a distance (A) from the conical part (11) of the bolt, distance which corresponds to the maximum extension.
La liaison (7) du manchon métallique sur la tige (1), est étudiée pour cèder dès que le boulon subit des pressions supérieures à 2 ou 3 tonnes. La partie de la tige (1) qui ne se trouve entourée ni par le tube de matériau déformable (4) ni par le manchon métallique (5) et correspondant å la zone de tige devant se trouver dans la zone instable de terrain, comporte, comme on peut le voir à la figure 1, un premier renflement ou zone de surépaisseur (141) supportant à sa périphérie un filetage, ou des nervures, ou gorges d'orientation permettant un bon ancrage du matériau de scellement (8) sur cette partie (141). Cette première zone est suivie d'une ou plusieurs zones de surépaisseur (142) disposées à proximité de la partie filetée (13) de la tige (1).Ces zones (142) sont également de diamètre supérieur au diamètre de la tige (1) et comportent leur périphérie soit un filetage, soit des nervures ou -gorges. Le scellement d'une des deux variantes du boulon s'effectue dans le trou de forage (9) au fond duquel on a préalablement disposé une capsule de scellement (2) dont le volume de ciment permet le scellement de l'ensemble du boulon dans la zone stable (90) aussi bien que dans la zone instable (91) du terrain. Ainsi, comme on peut le voir à la figure 1, une fois le scellement effectué dans le terrain de la façon indiquée , le tube (4) de matériau déformable et l'anneau d'ancrage rigide sont solidaires du matériau de scellement dans la zone de terrain stable, tandis que les parties en surépaisseur (141), (142) de la tige sont solidaires du matériau de scellement situé dans la zone de terrain instable (91).De cette façon, lorsqu'il y a désolidarisation d'une partie de la zone de terrain instable (91), la partie qui s'est désolidarisée étant liée mécaniquement par le matériau de scellement à la tige (1), le matériau de scellement situé au-dessus de la zone de désolidarisation (8) va se rompre et des micro-ruptures vont se propager successivement en direction de la partie de la tige qui est ancrée dans la zone de terrain stable. A partir de ce moment-là, le boulon va avoir tendance à glisser dans la gaine du tube (4) sous l'effort des pressions exercées par la zone instable (91) de terrain. Par la suite, l'utilisation et le fonctionnement du boulon est identique à celle décrite dans le brevet cité plus haut et la partie renflée (10) du boulon glisse dans le tube (4) jusqu'au moment ou elle rencontre l'anneau d'ancrage rigide (5).The connection (7) of the metal sleeve on the rod (1) is designed to fail as soon as the bolt undergoes pressures greater than 2 or 3 tonnes. The part of the rod (1) which is neither surrounded by the tube of deformable material (4) nor by the metal sleeve (5) and corresponding to the rod zone which must be in the unstable zone of ground, comprises, as can be seen in Figure 1, a first bulge or extra thickness zone (141) supporting at its periphery a thread, or ribs, or grooves for orientation allowing good anchoring of the sealing material (8) on this part (141). This first zone is followed by one or more extra thickness zones (142) arranged near the threaded part (13) of the rod (1). These zones (142) are also of diameter greater than the diameter of the rod (1 ) and have their periphery either a thread, or ribs or grooves. The sealing of one of the two variants of the bolt takes place in the borehole (9) at the bottom of which a sealing capsule (2) has previously been placed, the volume of cement of which allows the entire bolt to be sealed in the stable area (90) as well as in the unstable area (91) of the terrain. Thus, as can be seen in FIG. 1, once the sealing has been carried out in the ground in the manner indicated, the tube (4) of deformable material and the rigid anchoring ring are integral with the sealing material in the area stable ground, while the excess parts (141), (142) of the rod are integral with the sealing material located in the area of unstable ground (91). In this way, when there is separation of a part of the area of unstable ground (91), the part which has become detached being mechanically linked by the sealing material to the rod (1), the sealing material located above the separation area (8) will break and micro-ruptures will propagate successively towards the part of the stem which is anchored in the area of stable ground. From this moment, the bolt will tend to slide in the sheath of the tube (4) under the force of the pressures exerted by the unstable area (91) of the ground. Subsequently, the use and operation of the bolt is identical to that described in the patent cited above and the bulged part (10) of the bolt slides in the tube (4) until it meets the ring d 'rigid anchor (5).
L'avantage du scellement de la zone instable (91) de terrain sur la partie inférieure de la tige du boulon comportant les surépaisseurs (141),(142) est constitué par le fait que les forces de traction ou de pression provoquant l'extension du terrain ne s'appliquent pas uniquement sur la plaque (3) de soutènement de la zone instable, mais sont également réparties sur les zones de surépaisseur (141),(142) de la tige par le matériau de scellement. Ceci permet donc d'éviter le cisaillage de la plaque (3). The advantage of sealing the unstable zone (91) of ground on the lower part of the bolt rod comprising the extra thicknesses (141), (142) is constituted by the fact that the tensile or pressure forces causing the extension of the ground do not only apply to the support plate (3) of the unstable zone, but are also distributed over the zones of excess thickness (141), (142) of the rod by the sealing material. This therefore makes it possible to avoid shearing of the plate (3).
Par suite, lorsque le scellement est effectué, le boulon est solidaire de la zone stable de terrain par un tube déformable et des zones instables (91) par les filetages (141),(142). Lorsque, par suite des mouvements de terrain, les pressions appliquées par la plaque (3) et les parties filetées (141),(142) sur le boulon atteignent une certaine valeur (2 à 3 tonnes), la liaison (7) du manchon métallique (5) cède. Les pressions appliquées sur la tige continuent à croître et lorsqu'elles atteignent une certaine valeur (par exemple 10 tonnes), la partie usinée (10) comprime, tout en le déformant, le tube de matière déformable (4) offrant une résistance constante jusqu'à l'extension maximum qui est fonction de la distance A.Cette déformation est rendue possible par le fait que la résistance mécanique du tube (4) à la compression est inférieure à la résistance mécanique à la compression de la résine de scellement (8). Lorsque par suite de la déformation du terrain, la partie conique (11) se trouvant à proximité de la partie usinée (10) vient en contact avec le manchon métallique (5), ce dernier ayant une résistance mécanique bien supérieure à celle du tube de matière déformable (4), va provoquer l'ancrage rigide du boulon dans la zone stable (90) de terrain par effet de coin. Consequently, when the sealing is carried out, the bolt is secured to the stable area of the ground by a deformable tube and to the unstable areas (91) by the threads (141), (142). When, as a result of ground movements, the pressures applied by the plate (3) and the threaded parts (141), (142) on the bolt reach a certain value (2 to 3 tonnes), the connection (7) of the sleeve metallic (5) gives way. The pressures applied to the rod continue to increase and when they reach a certain value (for example 10 tonnes), the machined part (10) compresses, while deforming it, the tube of deformable material (4) offering a constant resistance up to '' at the maximum extension which is a function of the distance A. This deformation is made possible by the fact that the mechanical resistance of the tube (4) to compression is lower than the mechanical resistance to compression of the sealing resin (8 ). When, as a result of the deformation of the ground, the conical part (11) located near the machined part (10) comes into contact with the metal sleeve (5), the latter having a mechanical resistance much greater than that of the tube deformable material (4), will cause the rigid anchoring of the bolt in the stable area (90) of the ground by wedge effect.
La figure 2 représente une deuxième variante d'un boulon extensible se différenciant du boulon de la figure 1 par le fait qu'il ne comprend pas le manchon (5) d'ancrage rigide qui est remplacé par une bague coulissante (50) en appui à une de ses extrémités avec une partie filetée (141) et à l'autre extrémité avec le tube en matériau déformable (4). FIG. 2 represents a second variant of an extensible bolt which differs from the bolt of FIG. 1 by the fact that it does not include the sleeve (5) of rigid anchoring which is replaced by a sliding ring (50) in support at one of its ends with a threaded part (141) and at the other end with the tube made of deformable material (4).
Dans la variante de la figure 2 le phénomène d'ancrage rigide, provoqué par l'anneau d'ancrage (5) ne se produira pas en fin d'extension. Par ailleurs, dans cette variante, la bague coulissante (50) permet le fonctionnement du boulon extensible dans un terrain pour lequel on ne connait pas exactement la zone de la limite de séparation entre la zone de terrain stable (90) et la zone de terrain instable (91). Ceci permet d'éviter d'ancrer, de façon non extensible, une partie de la tige du boulon sur une zone qui pourrait être stable. La zone de propriété indéfinie est représentée sur la figure 2 par la référence (92). In the variant of FIG. 2, the phenomenon of rigid anchoring, caused by the anchoring ring (5) will not occur at the end of extension. Furthermore, in this variant, the sliding ring (50) allows the operation of the extendable bolt in a terrain for which the area of the separation boundary between the area of stable terrain (90) and the area of terrain is not known exactly. unstable (91). This makes it possible to avoid anchoring, in a non-extensible manner, a part of the bolt shank to an area which could be stable. The undefined property area is represented in FIG. 2 by the reference (92).
Dans les variantes des figures 1 et 2, la surface externe du tube de matière déformable (4) peut être crénelée suivant une forme hélicoidale de façon à être assimilée à un pas de vis de sens inverse à celui du sens de rotation du boulon. In the variants of FIGS. 1 and 2, the external surface of the tube of deformable material (4) can be crenellated in a helical shape so as to be assimilated to a thread pitch of opposite direction to that of the direction of rotation of the bolt.
On a ainsi défini un boulon extensible permettant de limiter les efforts de cisaillement sur la plaque (3) de support et pouvant être utilisé dans un terrain dont on ne connait pas très bien les limites de séparation entre les zones stables et instables. Il est bien évident que la bague coulissante (50) peut également être montée sur la variante de réalisation à ancrage rigide représentée à la figure 1. An extendable bolt has thus been defined which makes it possible to limit the shearing forces on the support plate (3) and which can be used in terrain for which the separation limits between the stable and unstable zones are not well known. It is obvious that the sliding ring (50) can also be mounted on the variant embodiment with rigid anchoring shown in FIG. 1.
Pour plus de détails sur la méthode de scellement et de soutènement, on pourra se référer à la demande de brevet française 86 09 089 du 24 juin 1986. For more details on the sealing and support method, reference may be made to French patent application 86 09 089 of June 24, 1986.
D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. Other modifications within the reach of the skilled person are also part of the spirit of the invention.
Claims (9)
Priority Applications (5)
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| EP19870401430 EP0251887B1 (en) | 1986-06-24 | 1987-06-23 | Extensible support bolt, supporting method, use of the bolt |
| ES87401430T ES2019647B3 (en) | 1986-06-24 | 1987-06-23 | EXTENSIBLE CONTAINMENT BOLT, CONTAINMENT METHOD, USE OF THE BOLT. |
| AT87401430T ATE59879T1 (en) | 1986-06-24 | 1987-06-23 | EXTENDABLE REMOVAL ANCHOR, REMOVAL METHOD, USE OF THE ANCHOR. |
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|---|---|---|---|
| FR8704389A FR2613438B1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | IMPROVEMENT TO AN EXTENSIBLE SUPPORT BOLT AND SUPPORT METHOD |
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| FR2613438B1 FR2613438B1 (en) | 1989-06-23 |
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ID=9349556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8704389A Expired FR2613438B1 (en) | 1986-06-24 | 1987-03-30 | IMPROVEMENT TO AN EXTENSIBLE SUPPORT BOLT AND SUPPORT METHOD |
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|---|---|
| FR (1) | FR2613438B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0995878A3 (en) * | 1998-10-20 | 2003-10-29 | VORSPANN-TECHNIK Ges.m.b.H. & Co. KG | Rock anchor and borehole with said anchor installed |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1987
- 1987-03-30 FR FR8704389A patent/FR2613438B1/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2613438B1 (en) | 1989-06-23 |
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