Brevet FR2913034A1 — publié le 20080829

Dispositif de recépage à déclenchement contrôlé. Domaine technique de l'invention 10 L'invention concerne un dispositif de recépage ou de démolition des pièces d'ouvrage en béton, comprenant un réservoir destiné à contenir au moins un agent d'expansion provoquant la fissuration d'une pièce en béton dans lequel il est disposé. L'agent d'expansion résulte d'une réaction chimique intervenant au 15 bout d'un délai prédéterminé entre un composé chimique et une solution aqueuse qui produit un gaz sous pression. État de la technique 20 Il existe des dispositifs de recépage comprenant un réservoir destiné à recevoir un agent réactif de nature chimique ou mécanique qui provoque la fissuration de I,a pièce en béton par effet d'expansion. Ainsi le brevet WO-0036228 décrit un élément de recépage comprenant un flacon ayant un fond fermé plat et une enveloppe latérale faisant un angle aigu avec le fond. Un tube rigide raccordé à 25 un embout tubulaire de connexion ménagé au sommet de l'enveloppe, sert de canal d'amenée de l'agent de démolition à l'intérieur du flacon. Ce type d'éléments de recépage n'est pas pratique à mettre en oeuvre, puisqu'il nécessite plusieurs opérations de rnise en oeuvre : la mise en place des éléments de recépage, puis l'introduction de l'agent de démolition dans les5 flacons par l'intermédiaire de tubes rigides creux. Ces deux opérations prennent du temps sur les chantiers et nécessitent des précautions d'usage, notamment pour la mise en place de l'agent de démolition. Un des problèmes majeurs des procédés de recépage est le contrôle de l'expansion des agents réactifs, qui génère des fissures dans le béton. En effet, l'expansion de l'agent réactif ne doit pas avoir lieu avant la prise du béton, ni lorsque celui-ci commence à avoir des résistances trop élevées, notamment en traction. Les agents expansifs connus sont souvent des mélanges comprenant de l'eau et de la chaux vive, et généralement des adjuvants, les adjuvants étant adaptés en fonction des conditions de température du béton ou du type d'ouvrage à réaliser. L'expansion due à la réaction chimique entre l'eau et la chaux vive n'est pas facile à contrôler, même en utilisant des retardateurs. Ainsi le brevet US-4571124 décrit un coulis contenant 30 % en poids de poudre et 70 % en poids d'eau, placé dans des tubes protecteurs creux disposés dans un espace confiné de la partie en béton à démolir. La poudre constituant le coulis comprend un ferrite d'aluminate de calcium, ((CaO)4AI2O3Fe2O3 ), de la chaux libre (CaO), de l'oxyde de magnésium (MgO) et un retardateur, par exemple le bore. L'expansion du coulis génère des fissures dans l'édifice en béton à un niveau prédéterminé. Un des inconvénients majeurs de ce produit est l'utilisation du retardateur qui a pour but de faire coïncider l'expansion et donc la génération des fissures avec la montée en résistance de l'édifice en béton. II est cependant nécessaire d'adapter la composition du coulis aux conditions de température du béton sur chaque chantier, notamment en faisant varier la teneur en retardateur en fonction de la température. Cette adaptation de l'agent expansif aux conditions de température est difficile à mettre en oeuvre sur les chantiers. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un dispositif de recépage permettant un déclenchement contrôlé et fiable de la réaction chimique indépendamment des contraintes environnementales, valable pour tout type d'ouvrage en béton, et simple à mettre en oeuvre. Le dispositif de recépage est caractérisé en ce que : le réservoir contient la solution aqueuse, et est solidarisé à une enveloppe ~o laquelle est subdivisée en un premier logement de stockage du composé chimique, et un deuxième logement renfermant un déclencheur électronique, -• un opercule est agencé entre le premier logement et le réservoir pour constituer une étanchéité totale entre le composé chimique et la solution aqueuse en l'absence d'ordre de déclenchement du déclencheur, 15 -• et un actionneur est piloté par le déclencheur pour faire exploser l'opercule après une temporisation prédéterminée, provoquant ladite réaction chimique à l'intérieur du réservoir. L'amorçage de l'actionneur intervient à un instant précis fixé par la temporisation 20 du déclencheur électronique. Un délai de 3 à 4 jours doit s'écouler entre l'activation du dispositif et le lancement de la réaction chimique. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, l'opercule fait partie d'un bouchon monté à étanchéité avec l'enveloppe. Le bouchon comporte un orifice 25 doté d'un filetage interne, destiné à coopérer par vissage avec un filetage externe s'étendant le long d'un embout de raccordement du réservoir. L'actionneur du déclencheur électronique comporte une tête d'amorçage pyrotechnique rendue active lors de la décharge d'un condensateur pour faire 3 exploser l'opercule. La tête d'amorçage pyrotechnique peut être placée sur la carte électronique du déclencheur ou directement sur l'opercule. Le déclencheur comprend de plus un circuit de temporisation composé d'une horloge à quartz et d'un microcontrôleur destiné à piloter un circuit de commutation connecté en série avec l'actionneur. L'activation de la temporisation du déclencheur et de la charge du condensateur intervient au moyen d'un circuit d'armement comprenant un interrupteur magnétique associé à deux aimants permanents de polarités opposées, l'un des aimants étant fixe et io l'autre étant détachable par une goupille. Le réservoir fermé par le bouchon comporte de préférence une cavité délimitée par deux parois tronconiques ayant un contour externe commun et faisant entre elles un angle aigu. Les composantes radiales engendrées par les forces de 15 réaction sont les plus fortes au voisinage du contour externe de manière à provoquer une fracture horizontale du béton dans le plan passant par le contour et déterminant la zone de recépage. L'action des composantes verticales engendre un léger mouvement de soulèvement du bloc de béton lors du recépage. 20 Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 25 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe verticale du dispositif de recépage selon l'invention, le réservoir étant assemblé à l'enveloppe renfermant le déclencheur électronique ; - la figure 2 montre une vue en perspective du réservoir ; - la figure 3 est une vue de l'enveloppe de la figure 1, après dévissage et enlèvement du réservoir inférieur ; - la figure 4 représente une vue en coupe verticale de la figure 3 ; - la figure 5 illustre le schéma électrique du déclencheur . Description d'un mode particulier de réalisation. Un dispositif de recépage des pièces d'ouvrage en béton, notamment en forme de pieux, de barrettes ou de parois moulées, comporte un réservoir 10 dans lequel est généré une quantité importante de gaz, de manière à provoquer une surpression à l'intérieur du réservoir 10. Cette surpression fait éclater le réservoir, et génère des forces de réaction capables de provoquer la fissuration du béton. Les éléments de recépage sont mis en place, soit avant l'opération de coulée, de préférence au moyen d'un cadre de positionnement, soit introduits dans le béton frais après l'opération de coulée, de préférence au moyen d'une tige perdue ou récupérable. Le gaz provoquant la surpression est produit par la réaction chimique entre un composé chimique et une solution aqueuse. Le composé chimique est de préférence choisi parmi le calcium, les métaux alcalins (le lithium, le potassium et le sodium), les carbonates de métaux alcalins et le carbure de calcium et le carbonate de calcium. A titre d'exemple pour le calcium, le gaz généré est l'hydrogène selon la réaction : Ca + H2Oû /2 H2 + Ca(OH). Quelques grammes de composé chimique, par exemple 4 grammes de calcium pur, dégagent suffisamment de gaz pour réaliser le recépage de pièces d'ouvrage en béton. D'autres composés chimiques peuvent bien entendu être utilisés sans sortir du cadre de l'invention. Pour que l'effet d'expansion ait lieu lorsque le béton commence à durcir, il est nécessaire de contrôler la production du gaz à l'intérieur du réservoir 10, de manière à ce qu'elle ne commence pas dès la coulée du béton, ni lorsque celui-ci a acquis des résistances trop élevées. Pour parvenir à provoquer la réaction entre le composé chimique et la solution aqueuse au moment voulu, on contrôle le moment où la solution aqueuse entre en contact avec le composé chimique grâce à l'intervention d'un déclencheur électronique 11. Ce dernier est logé dans une enveloppe 12 munie d'un bouchon 12A, lequel est vissé à étanchéité sur le réservoir 10. Selon un mode de réalisation préférentiel, on utilise de préférence un réservoir 10 du type représenté sur les figures 1 et 2. Le réservoir 10 en matière plastique, par exemple en polyéthylène, comporte une cavité 13 interne délimitée par deux parois, inférieure 14 et supérieure 15, tronconiques, ayant un contour 16 externe commun et faisant un angle aigu a, compris par exemple entre 5 et 60 . La paroi inférieure 14 est dotée d'un élément de fixation 17, en :25 saillie, destiné à fixer le réservoir 10 sur une structure métallique dans le béton frais pour assurer son maintien. La paroi supérieure 15 est prolongée par un embout 18 doté d'un filetage extérieur 19 destiné à être vissé dans un orifice 20 à filetage interne 21 du bouchon 12A pour solidariser à étanchéité le réservoir 10 à l'enveloppe 12 du déclencheur électronique 11. Le bouchon 12A est séparé de l'enveloppe 12 par un opercule 23 ayant une épaisseur prédéterminée, et formant une paroi de séparation pour assurer une étanchéité totale du calcium par rapport à l'eau aussi longtemps que l'ordre de déclenchement n'a pas été délivré par le déclencheur électronique 11. Au-dessus de l'opercule 23, l'enveloppe 12 est subdivisée en un premier logement 24 de stockage de la cartouche 25 du composé chimique, par exemple à base de calcium, et un deuxième logement 26 renfermant le déclencheur électronique 11. Sur les figures 3 à 5, les composants du déclencheur électronique 11 sont connectés sur une carte électronique à circuit imprimé placée verticalement dans le deuxième logement 26. Le déclencheur comprend un circuit d'armement 27, une alimentation 28 à courant continu, par exemple une pile de 3V, un circuit de temporisation 29, un circuit de commutation 30, un circuit de réserve d'énergie 31, et un actionneur 32. Le circuit d'armement 27 comporte à titre d'exemple un interrupteur 33 rnagnétique du type relais Reed à lame de contact souple, associé à deux aimants permanents 34, 35 placés côte à côte dans la partie supérieure de l'enveloppe 12. L'un des aimants 34 est fixe, et l'autre 35 est détachable suite à l'actionnement d'une goupille 36. Les deux aimants 34, 35 sont identiques, et présentent des polarités magnétiques opposées. En présence des deux aimants 34, 35, leurs champs magnétiques se compensent et l'interrupteur 33 se trouve clans l'état ouvert. L'armement consiste à enlever le deuxième aimant 35 en trant sur la goupille 36, et provoquant le passage de l'interrupteur 33 vers l'état fermé. A la place de l'interrupteur 33 magnétique, il est possible d'utiliser tout autre type d'interrupteur, notamment électromécanique ou électronique. La pile de 3V de l'alimentation 28 est branchée électriquement en série avec l'interrupteur 33 et avec une résistance R1. Le circuit de réserve d'énergie 31 est formé par un condensateur Cl de stockage du type électrolytique connecté en parallèle entre la résistance R1 et le pôle négatif constituant la masse de l'alimentation 28. Le circuit de temporisation 29 est composé d'une horloge 37 et d'un rnicrocontrôleur 38. L'horloge 37 est formée par un quartz 39 connecté d'une part au microcontrôleur 38 et d'autre part à la masse par deux condensateurs de 10 clécouplage C3, C4. Le circuit de commutation 30 comprend un transistor Q2 de puissance, par exemple du type bipolaire NPN, dont le collecteur est branché en série avec l'actionneur 32, et dont l'émetteur est relié électriquement à la masse. La base 15 du transistor Q2 est connectée à la sortie S1 du microcontrôleur 38 à travers une résistance R2. Tout autre type de composant de commutation peut bien entendu être utilisé. L'actionneur 32 est composé d'une tête d'amorçage 40 pyrotechnique, et de 20 l'opercule 23 plastique qu'elle va faire exploser lors de la décharge du condensateur Cl. La tête d'amorçage 40 pyrotechnique peut être du type N28BR de la société Davey Bickford, et est agencée soit sur la carte électronique, soit directement sur l'opercule 23. Dans ce dernier cas, une liaison électrique (non représentée) relie la carte à la tête d'amorçage 40. 25 Le fonctionnement du déclencheur électronique 11 est le suivant : Le retrait de la goupille 36 provoque l'activation et la fermeture de l'interrupteur 33 entraînant le début du cycle de déclenchement. La sortie de l'interrupteur 33 est reliée par une liaison électrique L1 à la borne d'alimentation B1 du microcontrôleur 38 de manière à délivrer une tension adaptée au circuit de temporisation 29. La pile de l'alimentation 28 amorce la temporisation et charge simultanément le condensateur Cl du circuit de réserve d'énergie 31. Un condensateur C4 additionnel est branché entre la borne d'alimentation B1 et la masse pour continuer d'alimenter le microcontrôleur 38 après commutation du transistor Q2. Après dépassement de la temporisation, la sortie S1 du microcontrôleur 38 délivre un ordre de déclenchement au transistor Q2, lequel commute de l'état bloqué vers l'état passant. Le condensateur Cl se décharge ensuite dans la tête d'amorçage 40 pyrotechnique, laquelle éclate en provoquant une surpression à l'intérieur de l'enveloppe 12. L'opercule 23 cède dès que la pression dépasse un seuil prédéterminé, par exemple 5 bars. Après destruction de l'opercule 23., le calcium 25 stocké dans le premier logement 24, va tomber dans le réservoir 10 pour se mélanger avec l'eau en provoquant une réaction chimique avec un dégagement gazeux d'hydrogène à l'intérieur du réservoir fermé. On peut également envisager le processus inverse clans lequel l'eau se trouve au-dessus, et s'écoule sur le calcium. Sur la figure 1, la forme du réservoir 10 permet de concentrer les forces de réactions F résultant de l'effet d'expansion lorsque le composé chimique est libéré par le déclencheur électronique 11, et se mélange à l'eau contenue dans le réservoir 10. La pression étant une fonction inverse de la surface, les composantes radiales F1 engendrées par les forces de réaction sont les plus fortes au voisinage du contour externe 16, commune aux deux parois 14 et 15. Il en résulte une fracture horizontale du béton dans le plan passant par le contour externe 16, ce qui détermine la zone de recépage 22. L'action des composantes verticales F2 peut provoquer un léger mouvement de soulèvement du bloc de béton lors du recépage. La variation de température influence très peu l'effet d'expansion et il n'est pas nécessaire de modifier la quantité et la teneur du composé chimique et/ou de la solution aqueuse en fonction de la température. Le réservoir 10 utilisé pour le recépage peut également être d'une autre forme que celle décrite ci-dessus. Par exemple, le type de réservoir décrit dans le brevet WO-0036228 peut être également utilisé dans le cadre de l'invention. 10 II est aussi possible de faire usage du réservoir 10, dans lequel le profil est plus large et plus aplati que celui de la figure 2. Les faces inférieure et supérieure sont parallèles, et soumises respectivement à une pression en compression, et une pression en traction. La direction de la fissure après expansion s'étend horizontalement, et passe par le contour comme dans la figure 1. 15 Revendications 1. Dispositif de recépage de pièces d'ouvrage en béton, comprenant un 5 réservoir (10) dans lequel est générée une surpression par effet gazogène suite à une réaction chimique intervenant au bout d'un délai prédéterminé entre un composé chimique et une solution aqueuse, caractérisé en ce que : - le réservoir (10) contient la solution aqueuse, et est solidarisé à une enveloppe 10 (12) laquelle est subdivisée en un premier logement (24) de stockage du composé chimique, et un deuxième logement (25) renfermant un déclencheur électronique (11), - un opercule (23) est agencé entre le premier logement (24) et le réservoir (10) pour constituer une étanchéité totale entre le composé chimique et la solution 15 aqueuse en l'absence d'ordre de déclenchement du déclencheur (11), - et un actionneur (32) est piloté par le déclencheur (11) pour faire exploser l'opercule (23) après une temporisation prédéterminée, provoquant ladite réaction chimique à l'intérieur du réservoir (10). 20 2. Dispositif de recépage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opercule (23) fait partie d'un bouchon (12A) monté à étanchéité avec l'enveloppe (12). 3. Dispositif de recépage selon la revendication 2, caractérisé en ce que le 25 bouchon (12A) comporte un orifice (20) doté d'un filetage interne (21), destiné à coopérer par vissage avec un filetage externe (19) s'étendant le long d'un embout (18) de raccordement du réservoir (10). 11 25 4. Dispositif de recépage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (32) du déclencheur électronique (11) comporte une tête d'amorçage (40) pyrotechnique rendue active lors de la décharge d'un condensateur (Cl) pour faire exploser l'opercule (23). 5. Dispositif de recépage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le déclencheur (11) comprend de plus un circuit de temporisation (29) destiné à piloter un circuit de commutation (30) connecté en série avec l'actionneur (32). 10 6. Dispositif de recépage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de temporisation (29) est composé d'une horloge (37) à quartz (39) et d'un microcontrôleur (38). 7. Dispositif de recépage selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en 15 ce que l'activation de la temporisation du déclencheur (11) et de la charge du condensateur (C1) intervient au moyen d'un circuit d'armement (27) comprenant un interrupteur (38) magnétique associé à deux aimants permanents (34,35) de polarités opposées, l'un des aimants (34) étant fixe et l'autre (35) étant détachable par une goupille (36). 20 8. Dispositif de recépage selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de commutation (30) comporta un transistor (Q2) bipolaire ayant une base connectée à la sortie (Si) du micro contrôleur (38) par l'intermédiaire d'une résistance (R2). 9. Dispositif de recépage selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la tête d'amorçage (40) pyrotechnique est placée sur la carte électronique du déclencheur (11) ou directement sur l'opercule (23).5 10. Dispositif de recépage selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le réservoir (10) fermé par le bouchon (12A) comporte une cavité (13) délimitée par deux parois (14,15) tronconiques ayant un contour externe (16) commun et faisant entre elles un angle aigu (a).5