Brevet FR2478228A1 — publié le 19810918

La présente Invention concerne une cheville auto- perforante comportant une partie d'ancrage, qui est pourvue sur l'avant d'une tête de perçage et sur l'arrière d'une zone de blocage diminuant de section vers l'arrière suivant un profil conique. Des chevilles autoperforantes classiques, qui sont ancrées généralement dans du béton ou de la pierre, se composent d'une partie d'ancrage se présentant sous la forme d'une douille ou d'une tige d'ancrage; qui comporte elle-même une tête de perçage ou bien qui est pourvue sur son côté avant d'un élément de coupe adaptable. Après l'opération de perçage, qui est effectuée sous percussions exercées sur la partie d'ancrage et avec rotation de cette partie, la partie d'ancrage est expansée dans le trou de foré ainsi crée. A cet effet, on utilise un élément d'expansion en forme de cheville ou de goujon, se présentant sous la forme d'un tronc de cône ou de l'élément de coupe précité, qui est enfoncé dans une fente axiale de la tige d'ancrage. Pour l'exécution de l'opération d'expansion, on n'exerce des chocs que sur l'élément d'expansion ou sur la partie d'ancrage.. Des inconvénients importants de ces chevilles ou goujons de types connus résident d'une part dans le fait qu'ils comportent plusieurs parties et d'autre part dans leur usinage. Ainsi par exemple, lors de la réalisation de la partie d'ancrage en forme de douille, on forme par perçage un trou d'une section droite relativement grande, ce qui nécessite de longs temps de perçage. En outre, l'opération de mise en place est également longue car le perçage et l'expansion sont effectués dans des étapes distinctes l'une de l'autre. De surcroit, il faut utiliser a cet effet un appareil de mise en place comportant des fonctions commutables car le perçage est réalisé avec rotation et percussion tandis que l'expansion est réalisée seulement avec percussion. Un inconvénient fonctionnel important de ces chevilles ou goujons consiste également en ce qu'elles ne donnent lieu, en charge, à aucun effet post-expansion. Dans le domaine des exploitations minières, on connaît en outre des chevilles auto-perforantes qui comportent une partie d'ancrage servant au blocage dans le matériau récepteur et une partie-tige venant à la suite. La partie d'ancrage se compose a nouveau d'une tête de perçage placée à l'avant et pourvue 2 2478228 d'arêtes de coupe ainsi que d'une spirale d'évacuation des déchets de perçage, et d'une partie de blocage venant à la suite et diminuant de section vers l'arrière suivant un profil conique. Pour sa mise en place, ce goujon ou cheville est enfoncé par un mouvement de rotation dans le matériau récepteur, les déchets de perçage provenant de la zone de coupe parvenant par l'intermédiaire de la spirale de décharge dans la zone de la partie de blocage. Lorsque la direction de perçage est orientée horizontalement ou verticalement vers le bas, des déchets de perçage restent constamment entre la surface de goujon et la paroi du trou foré. Seule la partie des déchets de perçage qui ne trouve pas de place dans le volume précité existant entre le goujon et la paroi du trou foré est évacuée dudit trou. Lorsque toute la partie d'ancrage a été enfoncée dans le matériau récep- teur, on fait tourner le goujon dans le sens de rotation inverse. En conséquence les déchets de perçage sont déplacés vers l'arrière et il se produit, entre la partie de blocage de profil conique et la paroi du trou foré une compression desdits déchets et par conséquent un ancrage du goujon. Le goujon ainsi mis en place assure, par sollicitation axiale, un compactage additionnel des déchets de perçage dans la zone de la partie de blocage, de sorte que le degré d'ancrage du goujon ou cheville est encore augmenté. Un inconvénient important de ce goujon auto-perforant de type connu consiste essentiellement en ce qu'on ne peut pas le mettre en place dans une direction verticale orientée vers le haut car, dans ce cas d'utilisation, les déchets de perçage parvenant en arrière de la spirale de décharge tombent complètement hors du trou de sorte qu'il n'est plus possible d'assurer un ancrage du goujon par compactage des déchets de perçage dans la zone de la partie de blocage. Ce gonjon présente de plus l'inconvénient important que, également dans les autres direc- tions de mise en place, on n'obtient pas un pré-compactage suffisant des déchets de perçage dans la partie de blocage. Ce n'est que par un déplacement axial important et dans le cas d'une sollicitation axiale que les déchets de perçage sont compactés suffisamment dans la partie de blocage pour établir un dégré d'ancrage acceptable. On a par conséquent affaire à un goujon ou cheville auto-perforant qui pose des problèmes en ce qui concerne la sécurité d'ancrage. L'invention a pour but de fournir une cheville ou goujon auto-perforant qui puisse être mis en place d'une manière simple et universelle et qui soit caractérisé par une faible dépense de perçage, un haut degré d'ancrage, une grande sécurité d'ancrage et un effet de post-expansion. Selon l'invention, ce problème est résolu en ce qu'il est prévu, dans la zone extrême du rétrécissement conique de la partie de blocage, un collet périphérique servant à compacter les déchets de perçage dans le trou foré et présentant un diamètre extérieur qui correspond au diamètre de perçage de la tête. Le goujon auto-perforant selon l'invention convient pour des matériaux récepteurs homogènes, tels que du béton ou de la roche. Il peut être pourvu soit d'un filetage extérieur, soit d'un filetage intérieur; dans le premier cas, le collet périphérique est suivi vers l'arrière d'une broche filetée. Pour la mise en place de la cheville ou gonjon dans l'adaptateur d'une perçeu- se à percussion, on peut former à son extrémité arrière, par exemple un appendice de profil tronconique qui est placé au dessus d'une zone de rupture imposée. Le processus de mise en place de la cheville auto- perforante est effectué en utilisant une perceuse à percussion, la tête de perçage étant engagée au préalable dans le matériau récepteur. Les déchets de perçage parviennent successivement de la zone la plus profonde du trou foré jusque dans la zone de la partie de blocage conique et ils arrivent en majeure partie, pendant l'opération de perçage, à l'embouchure du trou foré. Le processus de perçage étant poursuivi, le collet, qui peut par exemple être constitué par une bague rapportée, parvient dans la zone d'embouchure du trou foré et obture ainsi celui-ci par rapport à l'extérieur. Les déchets de perçage qui sont ensuite déchargés de la tête s'accumulent alors, dans le volume libre fermé, qui existe entre la partie de blocage et la paroi du trou; la collet, en continuant à avancer, assure le compactage de la masse de déchets de perçage qui est bloquée dans cette zone. A mesure que le degré de compactage augmente, la puissance d'avancement de la tête de perçage diminue jusqu'à ce que finalement toute l'énergie de percussion soit utilisée, avec poursuite de la rotation de la cheville pour compacter la masse de déchets de perçage bloqués. Du fait de la surface lisse de la partie de blocage, il se produit, pendant l'opération de compactage, un lissage correspondant de la surface de contact de la masse de déchets de perçage qui a été comprimée sous la forme d'un corps compact, de sorte que le frottement entre la cheville et la masse de déchets devient plus faible que le frottement d'adhérence entre la masse de déchets et la paroi du trou foré, et qu'ainsi la masse de déchets n'est pas entraînée en rotation avec le goujon pendant le processus de mise en place de celui-ci. Malgré cela, il se produit, lorsque le compactage de la masse de déchets augmente, l'application d'un plus grand couple sur la cheville. Ce couple croissant peut provoquer, dans le cas o il est prévu un appendice relié au goujon par l'intermédiaire d'une zone de rupture imposée, un sectionnement de ladite zone. Par un agen- cement correspondant de structure d'une telle zone de rupture imposée, on peut utiliser ce moment de rupture comme indication qu'un pré-compactage suffisant a été réalisé sur la masse de déchets maintenue dans la zone de la partie de blocage. Lors d'une sollicitation ultérieure de la cheville auto-perforante, celleci est tirée vers l'extérieur d'une faible distance hors du trou foré et il se produit ainsi, sous l'action du rétrécissement conique de la partie de blocage, un compactage additionnel de la masse de déchets de perçage et par conséquent une augmentation du dégré d'ancrage. A cet égard, il est très important qu'il puisse se produire, entre la partie de blocage et la masse de déchets de perçage, un déplacement axial relatif, qui est assuré par la nature lisse des surfaces en question. Pendant ce processus de post-expansion, le collet reste, comme auparavant dans la zone du trou foré de sorte qu'on empêche en toute sécurité une éjection de parties de la masse de déchets de perçage. En ce qui concerne le choix de l'angle du cône de la partie de blocage, il est important que celui-ci soit placé dans une zone d'irréversibilité, auquel cas il est intéressant d'adop- ter notamment un angle de cône compris entre 1 et 100, et de préférence entre 2 et 60, pour les matériaux récepteurs précités. Pour pouvoir effectuer l'ancrage avec une faible dépense de perçage, il est important de maintenir la partie d'ancrage aussi courte que possible. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie de blocage est reliée directement à 2478228 la tête de perçage. Notamment lors de la mise en place du goujon dans des matériaux récepteurs assez mous, par exemple dans du béton de faible résistance, il peut être nécessaire d'autre part d'effectuer un ancrage plus profond du goujon, de sorte que celui-ci est pourvu avantageusement dans ce cas d'une zone cylindrique de longueur correspondante entre le collet et la partie de blocage. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la tête de perçage comporte des voies de transfert de déchets de perçage qui sont orientées essentiellement axialement et qui S'étendent dans la partie de blocage. Ainsi le transfert des déchets de perçage de la tête de perçage jusque dans la zone de la partie de blocage est facilité, ce qui améliore la progression du perçage. Pour autant que les voies de transfert de déchets n'assurent pas un affaiblissement de la section initiale de la tête de perçage de plus de 20 %, on est sur que la tête de perçage puisse être suffisamment soutenue par la masse de déchets en cas de charge. Les voies de transfert peuvent, pour simplifier, être réalisées sous la forme de méplats ou de fentes ou bien d'encoches ayant un profil hélicoïdal. On peut augmenter encore le degré d'ancrage de la cheville ou du goujon lorsque, conformément à une autre carac- teristique de l'invention, on recouvre la partie de blocage d'un adhésif pouvant être activé par pression ou par échauffement. Pendant la phase de compactage du processus de mise en place, il se produit une activation de l'adhésif de sorte qu'on obtient, en plus de l'ancrage mécanique de la cheville par coin- cement de la masse de déchets de perçage, également un ancrage chimique par collage de la cheville ou de la masse de déchets sur la paroi du trou foré. Pour simplifier, il est également possible, dans le cas de chevilles non revêtues d'adhfsif, d'introduire, pendant leur processus de mis@ en place, de l'eau dans le trou récepteur de sorte que les quantités résiduelles de ciment non entré en réaction et subsistant dans les déchets de perçage peuvent être ultérieurement utilisées en vue de provoquer un durcissement, également chimique, de la masse de déchets. A la place d'eau, on peut aussi introduire dans le trou récepteur un adhésif qui sert également à faire durcir la masse de déchets de perçage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention 6 2478228 seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemples non limitatifs, en référence au dessin annexé dans lequel: la fig. 1 représente une cheville auto-perforante en cours de perçage, la fig. 2 représente la cheville auto-perforante de la fig. 1 dans la phase de compactage, la fig. 3 représente la cheville autoperforante des fig. 1 et 2 dans une phase de sollicitation. La cheville auto-perforante représentée sur la fig. 1 se compose essentiellement d'une partie d'ancrage, désignée dans son ensemble par 1, d'une tige filetée 2 placée à sa suite vers l'arrière et d'un appendice de forme tronconique 3. La partie d'ancrage 1 comporte une tête de perçage, désignée dans son ensemble par 4, une partie de blocage 5 venant à la suite et diminuant de section vers l'arrière suivant un profil conique, ainsi qu'un collet 6 placé à l'extrémité de la partie de blocage 5. Sur la tète de perçage 4 sont formées par meulage, sur le côté avant, des arêtes de coupe 7 qui sont reliées à des voies de transfert des déchets de perçage, orientées essentiellement axialement et se présentant sous la forme de rainures 8. Dans la phase de perçage représentée sur la fig. 1, la cheville autoperforante est entraînée en rotation et sollicitée par des chocs à partir d'un adaptateur 9 d'une perçeuse à percus. sipn (non représenté de façon détaillé) comme indiqué par les flè- ches, l'appendice 3 étant monté dans l'adaptateur 9. Les arêtes de coupe 7 découpent le matériau récepteur 11 et créent ainsi un trou foré 12. Les déchets de perçage sont transférés pendant ce temps, à partir de la zone la plus profonde du trou foré et par l'intermédiaire des rainures 8, vers l'embuchure du trou 12 en s'accumulant dans cette zone. Après progression du processus de perçage (fig. 2), le collet 6 parvient dans la zone de l'embouchure du trou foré 12 de sorte que celui-ci est obturé car le collet 6 a le même diamètre extérieur que la tête de perçage 4. Les déchets de perçage qui sont maintenant bloqués dans le trou 12 dans la zone de la partie de blocage 5, sont soumis à un compactage par le collet 6, du fait de la progression du goujon dans le trou 12 sous l'action d'une rotation et de chocs, la tête de perçage 4 continuant à refouler les déchets de perçage. A mesure que la densité de la masse de déchets précitée augmente, l'avancement de la 7 9478228 cheville auto-perforante est progressivement entravé de sorte que l'efficacité de perçage diminue et que l'énergie de percussion appliquée à la cheville sert finalement exclusivement au compactage des déchets de perçage se trouvant dans le trou foré 12. De cette manière, il se forme dans le trou 12 un corps compact de déchets 13 essentiellement en forme de douille, qui assure un coincement de la partie de blocage 5. Il se produit alors une rupture de la zone de rupture imposée 14 qui est prévu entre la tige filetée 2 et l'appendice 3; la cheville auto-perforante est ainsi mise en place. Ensuite, on peut soumettre la cheville auto-perforante à une charge, auquel cas, comme le montre la fig. 3 on opère généralement en exerçant une force de serrage à l'aide d'un écrou 17, avec interposition d'une rondelle 16 entre cet écrou et l'objet 15 à fixer. Par serrage dudit écrou 17, la cheville auto-perforante est légèrement tirée dans la direction de la flèche par l'intermédiaire de la tige filetée 2. Il se produit alors un coincement supplémentaire entre la partie de blocage 5 et la masse précompactée de déchets de perçage 13 ou bien la paroi du trou foré 12, ce qui augmente le degré d'ancrage de la cheville auto- perforante dans le matériau récepteur 11. De cette manière, les forces d'ancrage peuvent être transmises à partir de la partie de blocage 5, et par l'intermédiaire de la masse compacte de déchets de perçage 13, uniformément à une grande zone de la paroi du trou 12, c'est à dire qu'il ne se produit pas de zone localisée de pression. Le collet 6 maintient également, dans la condition de charge du goujon, le trou 12 fermé de sorte que la masse de déchets de perçage 13 ne peut être enlevée du trou 12 ni en totalité ni en partie. Par addition d'eau ou d'adhésif avant ou pendant la phase de compactage (fig. 2), il est en outre possible de faire durcir la masse de déchets de perçage 13. Cet effet peut également être obtenu lorsque la partie de blocage 5 est revêtue d'un adhésif pouvant être activé par pression ou par échauf- fement. 8 2478223 REVENDICATIONS 1. Cheville auto-perforante comportant une partie d'ancrage qui est pourvue sur le côté avant d'une tête de perçage et sur le côté arrière d'une zone de blocage diminuant de section vers l'arrière suivant un profil conique, caractérisée en ce qu'il est prévu dans la zone de rétrécissement conique de la partie de blocage (5) un collet périphérique (6) servant au compactage de la masse de déchets de perçage dans le trou foré (12) et comportant un diamètre extérieur qui correspond au diamè- tre de perçage de la tête (4). 2. Cheville auto-perforante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle de cône de la partie de blocage (5) est compris entre 1 et 10 degrés, de préférence entre 2 et 6 degrés. 3. Cheville auto-perforante selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisée en ce que la partie de blocage (5) est placée directement à la suite de la tête de perçage (4). 4. Cheville auto-perforante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la tête de perçage (4) comporte des voies de transfert (8) des déchets de perçage, lesdites voies étant orientées essentiellement axialement et s'étendant dans la partie de blocage (5Y. 5. Cheville auto-perforante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la partie de blocage (5) est recouverte d'un adhésif pouvant être activé par pression ou échauffement.