Brevet FR2601282A1 — publié le 19880115

OUTIL DE COUPE, ET PROCEDE DE CREATION D'UNE TRAVERSEE CALIEREE DANS UNE PAROI EPAISSE DE BETON COMPORTANT UNE ARMATURE METALLIQUE AU MOYEN DE CET OUTIL DESCRIPTION La présente invention concerne un outil de coupe et un procédé de création d'une traversée calibrée dans une paroi épaisse de béton comportant une armature, cette traversée étant réalisée en particulier au moyen de L'outil de coupe conforme à L'invention. On rencontre dans divers domaines des parois de béton armé comportant au moins une armature de renforcement métaLlique généralement en acier. C'est Le cas par exemple, dans Le domaine nucLéaire, des parois de protection bioLogiques des cellules à haute activité. On a représenté sur la figure 1 une vue en coupe horizontale d'une telle paroi. La paroi, désignée par la référence généra Le 2, dé Limite un volume 4 interne à la cellule isolée de façon absolument étanche du volume 6 extérieur à la cellule.En allant de l'extérieur de la cellule vers l'intérieur, on rencontre tout d'abord une paroi épaisse, définie par la référence 8, constituée de béton baryté, puis une couche de béton 10 dans laquelle est noyée une armature de renforcement constituée de fers 12 présentant une section transversale en forme de T, disposés verticalement, espacés réguLièrement et noyés dans l'épaisseur de béton 10. Dans L'exemple de réalisation représenté, les fers utilisés sont des fers en T, mais il est évident que d'autres fers auraient pu être utilisés, par exemple des fers en U. Chaque fer 12 comporte une aile 14 dont la direction est perpendiculaire à la surface du mur et un plat 16 orienté parallelement à la surface de ce mur. La couche de béton 8 est constituée de préférence de béton baryte dont la densité est supérieure à celle du béton ordinaire. L'épaisseur de cette couche est comprise entre 800 et 1400 mm. La couche 8 est armée au moyen de fers à béton, constitués par exemple de ronds de diamètre 20 à 30 mm. Ces fers 11 sont soudés sur les fers en T 12 constituant L'armature. De manière classique, une paroi métallique d'étanchéité 18 appelée wpeau", réalisée généralement en acier inoxydable, est fixée, généraLement par soudage, sur les fers 12 constituant l'armature de renforcement. Cette peau a pour fonction de confiner les gaz contenus dans la ceLluLe et d'empecher l'oxygène de L'air d'y pénétrer. L'épaisseur de la peau 18 est comprise entre 1 et 10 r. Des engins de télémaniputation tels que des télémanipulateurs ou des ponts roulants sont prévus pour intervenir à l'intérieur de la cellule 4. Toutefois, il arrive fréquemment que tous les problèmes n'aient pas été pensés à l'origine et que certains endroits de la cellule soient inaccessibles aux engins de manutention situés à l'intérieur de celle-ci. Dans ce cas, il est nécessaire de créer une nouvelle traversée permettant l'installation par exemple d'un télémanipulateur ou d'un périscope qui n'avait pas été prévu au moment de la conception de la cellule. Cette traversée doit être créée dans des conditions difficiles, puisqu'il est nécessaire de forer une paroi de béton armé d'epaisseur supérieure à 1 m doublée d'une armature métallique et d'une peau d'acier inoxydable.D'autre part, la tolérance de forage permise sur le diamètre du trou est faible de L'ordre de plus ou moins 0,5 mm sur le diamètre et de L'ordre de plus ou moins 2 oern de tolérance axiale par mètre de profondeur de la traversée. IL est relativement facile de forer un trou cylindrique dans la première partie 8 de la couche de béton, c'est-à-dire la partie qui ne comporte pas d'armature métallique. Ceci peut être réalisé au moyen d'un outil constitué d'une virole cylindrique creuse å L'extrémité de laquelLe sont fixées des plaquettes constituées de diamants industriels agglomérés entre eux par un liant. Cet outil fonctionne par abrasion du béton, qu'il réduit en une poudre que l'on évacue au moyen d'une circulation d'eau. Toutefois, des difficultés particulières se posent Lorsque l'on atteint la couche 10-dans laquelle une armature constituée de fers en T 12 est noyée parce que l'outil rencontre alors une quantité importante de métal, généralement de L'acier, et L'on sait qu'un outil diamant tel que celui qui vient d'être décrit ne peut convenir pour cet usage, parce que les plaquettes de diamant s'usent, ce qui conduit à la réalisation d'un trou conique, la conicité pouvant atteindre 5X. Par suite le diamètre du trou ne satisfait pas aux tolérances sur le diamètre énoncées précédemment. Un autre problème réside dans l'évacuation des matériaux produits par L'outil, ces matériaux étant constitués d'une part par La poudre produite par L'usure du béton et la Limaille produite par Le meulage de L'armature métallique. Pour évacuer ces matériaux, il est nécessaire de retirer L'outil après un faible temps de fonctionnement, de nettoyer le fond du trou avant de pouvoir réintroduire l'outil afin d'effectuer un nouvel enlèvement de matière. La présente invention a précisément pour objet un procédé de création d'une traversée dans une paroi de béton armé comportant une armature de renforcement, qui remédie à ces inconvénients. Ce procédé se caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes - on fore la paroi de béton au moyen d'un outil diamant constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes de diamant agglomérées par un liant, ces plaquettes étant fixées à L'extrémité de la virole cylindrique, le forage de La paroi de béton étant effectué jusqu'à atteindre L'armature de renforcement, - on brise la carotte en exerçant un effort diamétral en bout de celle-ci, - on retire la carotte, - on fore La paroi de béton comportant L'armature de renforcement au moyen d'un outil carbure de coupe par fragmentation constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes de coupe d'acier en carbure de tungstène fixées à L'extrémité de la virole cylindrique, la Largeur de ces plaquettes étant telle que L'outil carbure de coupe par fragmentation reprend L'encombrement minimum entre le trou et la carotte obtenue à L'étape précédente au moyen de l'outil diamant, L'usinage de L'acier de L'armature , du béton et de L'acier inoxydable constituant la peau étant basé sur une fragmentation mécanique de la matière préparant l'état final de la traversée, ce forage étant effectué jusqu'à entamer la peau d'une profondeur de trois millimètres environ, - on trépane la paroi de peau restante au moyen d'un outil scie. Selon une première réalisation, L'état final de la traversée est un trou lisse. Selon une autre réalisation, l'état final de cette traversée comporte un épaulement réalisé dans l'épaisseur de la peau. Il va de soi qu'afin d'obtenir une fragmentation mécanique convenable, la vitesse d'avance de l'outil carbure de coupe par fragmentation doit être choisie en fonction de la vitesse périphérique des plaquettes d'outil, cette vitesse dépendant du diamètre de la virole. Ainsi, pour un diamètre d'outil de 200 mm, la vitesse d'avance est de 1 mm par dix minutes, tandis que pour un diamètre de 400 mm, cette vitesse est réduite de moitié, soit 1 mm par vingt minutes. L'invention concerne en outre des outils pour la mise en oeuvre du procédé Elle concerne un outil carbure de coupe par fragmentation constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes d'acier en carbure de tungstène fixées à l'extrémité de cette virole, la Largeur de ces plaquettes étant telle que L'outil reprend L'encombrement minimum entre le trou et la carotte, l'usinage de L'acier de L'armature, du béton et de l'acier inoxydable constituant La peau étant basé sur une fragmentation mécanique de La matière préparant L'état final de La traversée. De préférence, L'outil carbure présente des plaquettes de coupe ayant des profils de formes complémentaires afin de repartir L'effort de coupe. Enfin, L'invention concerne un outil scie constitué d'une virole d'acier cylindrique et d'une lame de scie rapportée à L'extrémité de cette virole, cet outil absorbant et découpant La carotte de la peau restante dans un encombrement identique à L'encombrement minimum entre le trou et la carotte réalisé au moyen de L'outil diamant, de manière à maintenir la carotte et à L'empêcher de se coincer. L'outil de coupe carbure permet de couper simultanément le béton et L'acier, tout en produisant un trou parfaitement cylindrique et en permettant d'évacuer les déchets produits par la coupe, en particulier le métal enlevé. On réalise ainsi une fragmentation des copeaux métalliques. Cette fragmentation est obtenue d'une part grâce à la présence des outils carbure et d'autre part grâce à la vitesse d'avance réduite. En effet, Si L'on augmentait notablement la vitesse d'avance de l'outil, on obtiendrait des fragments de copeau plus gros et qui ne pourraient pas être évacués dans L'espace restant entre l'outil et le trou. Au contraire, le fait que la vitesse d'avance de L'outil de coupe soit réduite aboutit à une fragmentation du copeau en particules dont L'épaisseur ne dépasse pas 0,6 mm et 2 à 3 mm environ en largeur et en hauteur. Ainsi, ces copeaux peuvent être évacués plus aisément grâce à L'espace intersticiel prévu entre La paroi du trou cylindrique foré dans la couche de béton et La paroi externe du manchon cylindrique de L'outil carbure. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention apparaftront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. - la figure 1 représente une vue en coupe horizontale d'une paroi de protection biologique d'une cellule à haute activité, - les figures 2 à 4 représentent les différentes étapes du procédé de création d'une traversée conforme à L'invention, - les figures 5 et 6 illustrent respectivement La production d'un copeau long et d'un copeau brisé, - la figure 7 représente un exemple de sciage classique obtenu dans Le cas d'un outil scie, - La figure 8 illustre le procédé d'enlèvement de métal au moyen d'un outil carbure de coupe par fragmentation conforme à l'invention, - la figure 9 est une vue d'une surface obtenue par le procédé de coupe de la présente invention, - la figure 10 est une vue de détail de L'outil carbure conforme à L'invention, - la figure 11 est une autre vue de détail d'un outil carbure conforme à L'invention montrant les profils complémentaires de trois outils de coupe successifs. Sur la figure 1, déjà partiellement décrite dans la partie introductive, on a désigné par ZZ l'axe de la traversée à réaliser. La référence 100 désigne la profondeur de béton qui sera forée, dans une première étape, au moyen d'un outil court. Cet outil a simplement pour fonction d'initier la traversée et de créer un espace annulaire compris entre Les cylindres 102 et 104 dont la largeur est déterminée par l'épaisseur des plaquettes. Cet espace permettra, dans une étape ultérieure, de guider un second outil diamant dont te fonctionnement est identique, mais qui comporte une virole cylindrique plus longue de manière à permettre de forer le béton jusqu'à la profondeur désignée par la référence 106. Au cours du forage de la couche 8, l'outil diamant rencontrera des fers à béton, par exemple des ronds tels que 11 qu'il devra couper. Il est connu que les plaquettes de diamant s'usent pendant la coupe de L'acier constituant ces fers. Toutefois, étant donné que La section rencontrée, désignée par la référence 107, est peu importante, L'outil peut se régénérer pendant le reste de son parcours circulaire. Lorsque L'outil arrive à la profondeur désignée par la référence 108, il atteint l'ai le 14. Il doit donc couper une épaisseur supplémentaire d'acier qui peut atteindre 20 mm. Cependant, le pourcentage d'acier par rapport au pourcentage de béton reste encore acceptable, de telle sorte que l'outil diamant peut être utilisé, comme on L'a expliqué précédemment, jusqu'à la profondeur 106. A partir de cette profondeur, on attaque le plat 16 du fer en T, de telle sorte qu'il est nécessaire de changer d'outil et d'utiliser un outil carbure conforme à la présente invention. Sur les figures 2 à 4, La paroi de protection biologique de la cellule est représentée en perspective. On rappelle que la référence 4 désigne L'intérieur de la cellule 4, situé à gauche de la figure, et la référence 6, l'extérieur de cette cellule, situé à droite de la figure. L'outil diamant désigné par la référence 20 est constitué d'un manchon cylindrique d'acier creux à l'intérieur et à L'extrémité duquel sont fixées des plaquettes de diamant agglomérées 22. A l'attaque, il est guidé par des galets 21 réglables. L'outil 20 est entraSné en rotation, par exemple selon le sens de la flèche 25 (mais il peut tourner dans les deux sens) et il est animé d'un mouvement d'avance selon le sens de La flèche 26. L'outil 20 produit une gorge circulaire par usure du béton. La poudre obtenue ainsi est évacuée par une circulation d'eau. Le béton restant dans La partie centrale délimitée par la gorge circulaire constitue une carotte 24. On fore ainsi Le béton jusqu'à atteindre la couche de béton armé 10 comportant L'armature 12. On extrait L'outil 20, puis on fracture la carotte 24 en exerçant un effort diamétral à son extrémité et on l'extrait en ta tirant vers l'extérieur. On reprend ensuite le forage au moyen du même outil 20 jusqu'à atteindre le plat 16 des fers 12 (voir figure 1). En effet, les ailes 14 de ces fers peuvent être coupées sans trop de difficulté au moyen de L'outil diamant étant donné que cet outil a la possibilité de se régénérer pendant son passage dans la couche de béton. En effet, les ailes 14 des fers 12 présentent une largeur suffisamment réduite pour que le pourcentage du trajet d'une plaquette de diamant dans le métal, par comparaison avec son trajet dans le béton soit suffisamment faible pour permettre cette régénération.Lorsque l'on atteint le plat 16 des fers 12, on retire l'outil de coupe 20 et l'on effectue un calibrage du trou au moyen d'un autre outil 20 présentant des plaquettes de diamant neuves. A titre d'exemple, pour un trou de diamètre 220 et de Longueur 1000 mm, on obtient ainsi une tolérance axiale selon deux directions XY perpendiculaires à l'axe Longitudinal ZZ du trou de plus ou moins 2 mm. La tolérance sur le diamètre D du trou est de plus ou moins 0,5 mm. La durée moyenne du forage est comprise entre 105 et 120 mn pour une épaisseur de 1200 mm de béton baryté. Le trépanage des plats 16 des fers en T 12 est exécuté au moyen de L'outil carbure. Cet outil présente un encombrement identique à celui de l'outil diamant. Le contrôLe de la pénétration de l'outil est effectué sur-la crémaillère de la machine. A titre d'exemple, pour trépaner une profondeur d'acier de 11 mm (épaisseur des ailes 16) et 4 mm d'acier inoxydable de la peau 18, il faut 15 mn environ. Le trépanage de la peau de la cellule réalisée en acier inoxydable est exécuté par un outil scie à denture rapportée. La vitesse de coupe est choisie suivant Le matériau découpé. Elle ne diffère pas des vitesses utilisées de manière classique pour les outils carbures. Le diamètre trépané est inférieur au diametre de l'orifice exécuté par les outils diamant et carbure afin de laisser un épaulement qui permettra la venue en butée d'un tube destiné à être introduit ultérieurement dans le trou. L'outil scie est lubrifié à la graisse. Et sa pénétration est alternative. La durée de trépanage d'une épaisseur de 3 m d'acier inoxydable est de 3 minutes environ pour un diamètre de 220 mm. On extrait ensuite l'outil scie à trépaner avec le restant de La carotte ; puis on nettoie la graisse et les copeaux. Sur la figure 5, illustration de la technique connue, la pièce 38 cntrarnée en rotation est coupée au moyen d'un outil de coupe 40 aligne d'un mouvement Linéaire de déplacement. On constate que le copeau 42 produit par cette coupe est continu. IL s'enroule en spirale et peut atteindre une très grande longueur. Son évacuation est par conséquent difficile. Sur la figure 6 on a représenté une pièce 38 à usiner cylindrique vue en bout, et un outil de coupe 44 muni d'un brisecopeaux 46. Le brise-copeaux est constitué par une plaquette, rapportée ou solidaire de L'outil, contre laquelle le copeau 48 vient buter. Le copeau est ainsi brisé par La plaquette au fur et à mesure de sa formation. On obtient ainsi des copeaux 50 plus petits que le coupeau continu 42, mais dont la longueur atteint cependant quelques centimètres. Sur la figure 7, une scie 52 comportant une pluralité de dents 54 est utilisée pour scier une pièce métallique 56. Les dents 54 produisent des copeaux classiques 58. Au contraire de ces techniques connues, l'outil de coupe de la présente invention produit des copeaux fragmentés 60 au moyen des différents outils de coupe en carbure 62 fixés à L'extrémité du cylindre 64. On a représenté sur la figure 9, à une écheLle agrandie, la surface 70 obtenue au moyen d'un outil de coupe conforme à L'invention. On constate que cette surface présente un grand nombre de facettes, ces facettes étant produites chacune par L'enlèvement d'un petit copeau. Cette fragmentation du copeau est une caractéristique importante du fonctionnement d'un outil de coupe conforme à L'invention. C'est en effet elle qui permet une évacuation aisée du métal enlevé. Par suite, il n'est pas nécessaire de retirer L'outil pour évacuer les copeaux, comme ce serait le cas si le copeau obtenu présentait une grande longueur comme le copeau 42 représenté sur La figure 5. Par suite, Le tronçonnage peut être effectué de manière continue. Il en résulte un gain de temps appréciable. On a représenté sur la figure 10 la manière dont les outils de carbure 62 sont fixés à L'extrémité de la virole. La virole 64 présente, pour la fixation de chaque plaquette, une échancrure de dimensions sensiblement plus importantes que le pourtour de la plaquette. La plaquette 62 est introduite dans cette échancrure puis brasée sur toute sa périphérie de manière à être entièrement enrobée par la brasure 63. La brasure joue ainsi le roule d'une fixation élastique qui amortit les vibrations et empêche L'outil 62 de se casser. L'angle i d'inclinaison de L'outil par rapport à l'axe longitudinal ZZ de la virole est de 40 environ, et L'angle pde dépouille de la face de coupe est de 50 environ. On a représenté sur La figure 11 les profils de trois outils de coupe successifs. Ces profils sont de formes complémentaires de manière à répartir le travail de coupe. Le premier outil, désigné par la référence 6271 présente une arête de coupe plane et horizontale (selon la figure 11), le deuxième outil, désigné par la référence 62 1 présente une arête de coupe inclinée dans un sens, tandis que le troisième outil, désigné par la référence 623, présente une arête de coupe inclinée dans un sens opposé. La succession des trois plaques 62, 62 et 62 2 3 produit une gorge dont le profil a été représenté en trait mixte. Bien entendu, il va de soi que les profils d'outil représentés sur la figure 11 ne sont que des exemples et que d'autres profils complémentaires pourraient être imaginés. REVENDICATIONS 1. Procédé de création d'une traversée dans une paroi de béton comportant une armature de renforcement (12) et une peau d'étanchéité (18) fixée sur L'armature métallique (12), caractérise en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - on fore la paroi de béton (8) au moyen d'un outil diamant (20) constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes (22) de diamant agglomérées par un liant, ces plaquettes (22) étant fixées à l'extrémité de la virole cylindrique, le forage de la paroi de béton (8) étant effectué jusqu a atteindre l'armature de renforcement (12), - on brise la carotte en exerçant un effort diamétral en bout de celle-ci, - on retire la carotte, - on fore La paroi de béton (10) comportant L'armature de renforcement (12) au ~oyez d'un outil carbure de coupe par fragmentation constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes de coupe d'acier en carbure de tungstène fixées à L'extrémité de la virole cylindrique, la largeur de ces plaquettes étant telle que l'outil carbure de coupe par fragmentation reprend l'encombrement minimum entre le trou et la carotte obtenue à L'étape précédente au moyen de L'outil diamant, l'usinage de l'acier de L'armature (12), du béton (8) et de L'acier inoxydable constituant la peau (18) étant basé sur une fragmentation mécanique de la matière préparant L'état final de la traversée, ce forage étant effectué jusqu'à entamer la peau (18) d'une profondeur de trois millimètres environ, - on trépane La paroi de peau (18) restante au moyen d'un outil scie. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'état final de la traversée est un trou Lisse. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que L'état final de la traversée est un trou comportant un épaulement réalisé dans la peau (18). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse d'avance de L'outil diamant est de l'ordre de 10 mm par minute. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre de l'outil de coupe carbure est de 200 mm et sa vitesse d'avance de 1 mm par dix minutes. 6. Procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le diamètre de L'outil de coupe est de 400 mm et sa vitesse d'avance de 1 mm par vingt minutes. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que -la vitesse d'avance de L'outil scie est de l'ordre de 1 mm par minute. 8. Outil de coupe par fragmentation pour la mise en oeuvre du procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une virole cylindrique et d'une pluralité de plaquettes d'acier en carbure de tungstène fixées à l'extrémité de cette virole, la largeur de ces plaquettes étant telle que l'outil reprend L'encombrement minimum entre le trou et la carotte, l'usinage de l'acier de l'armature, du béton (8) et de l'acier inoxydable constituant la peau (18) étant basé sur une fragmentation mécanique de La matière préparant l'état final de la traversée. 9. Outil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les outils en carbure successifs (62) présentent des profils de formes complémentaires (621, 622, 623). 10. Outil scie pour la mise en oeuvre du procédé selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une virole d'acier cylindrique et d'une lame de scie (52) rapportée à l'extrémité de cette virole, cet outil absorbant et découpant la carotte de la peau restante dans un encombrement identique à l'encombrement minimum entre le trou et la carotte (24) réalisé au moyen de l'outil diamant, de manière à maintenir la carotte et à l'empêcher de se coincer.