Brevet FR2989009A1 — publié le 20131011

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PERCEMENT PAR CAROTTAGE D'UNE STRUCTURE La présente invention concerne des dispositifs de percement par carottage d'une partie d'un ouvrage de construction. Plus particulièrement, l'invention concerne le percement par carottage, notamment de gros diamètre, sur l'épaisseur d'une paroi d'un ouvrage, par exemple constituée de béton, de béton armé ou de maçonnerie. Une telle paroi peut par exemple consister en une dalle, un plancher, etc. Le carottage permet de créer des ouvertures dans des dalles d'un ouvrage de construction. Lorsqu'il s'agit de traverser latéralement une structure, par exemple un voile, la carotte ne pose pas de problème puisqu'elle reste logée dans son fourreau sans risque de chute. En revanche, lorsque l'on souhaite carotter une structure par sa surface supérieure, par exemple une dalle, il faut gérer le maintien de la carotte. Si l'accès sous la dalle est possible, un système d'étais ou d'airbag peut convenir pour récupérer la carotte par le dessous, à condition que la configuration le permette. Si l'accès à la face inférieure de la dalle n'est pas autorisé, voire impossible, par exemple en raison d'un environnement dangereux, toxique ou radioactif, ou si les installations placées sous la dalle n'autorisent pas la chute de la carotte, il faut récupérer celle-ci par le dessus. Cependant, sur les carottages de gros diamètre, par exemple supérieur à 20 250mm et/ou dans le cas de dalles épaisses, par exemple supérieur à 400 mm, le poids de la carotte devient important et les systèmes connus peuvent être insuffisants. Par exemple, EP-A-0 791 424 décrit un système de carottage avec une tige traversant la dalle pour retenir celle-ci. Ce système permet de carotter une dalle par sa face supérieure avec retenue de la carotte. Il nécessite de disposer d'un moteur 25 d'entraînement spécial de l'outil de coupe, qui puisse être traversé par la tige de retenue de la carotte. Le système de maintien de la tige, qui empêche la chute de la carotte, peut devenir très imposant et donc d'une mise en oeuvre peu commode. FR-A-2 939 705 décrit un système amélioré de carottage utilisant une tige scellée. Cependant, comme dans le cas précédent, ce système n'apporte pas de 30 solution globale à la problématique du carottage avec retenue suffisante de la carotte. -2- Diverses solutions de retenue de la carotte obtenue sont aussi proposées, par exemple, par dépression, par friction dans le tube de forage ou par force magnétique. Les forces de retenue développées par ces solutions sont insuffisantes pour retenir une carotte en béton, notamment de grande dimension, par le dessus de la structure. De plus, ces solutions ne sont pas compatibles avec tous les matériaux qu'on peut rencontrer dans la structure. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de carottage qui permet de pallier les inconvénients de l'art antérieur et faciliter la découpe et la retenue d'une carotte y compris d'une carotte très massive ou de grand diamètre. Un dispositif selon l'invention comporte: un outil de percement comportant une paroi ayant, au moins dans une portion inférieure, une forme cylindrique autour d'un axe central et se terminant par un bord de coupe à son extrémité inférieure; un système d'entrainement pour entrainer l'outil de percement en rotation autour de l'axe central; une attache à fixer sur une carotte de matériau découpée dans la structure par l'outil de percement; et un mécanisme de retenue agencé pour être relié à l'attache à l'intérieur de la paroi en traversant l'outil de percement de façon que le mécanisme de retenue soit entraîné en rotation avec l'outil de percement et retienne la carotte. Le mécanisme de retenue peut comporter au moins une partie traversant latéralement la paroi de l'outil de percement et connectée de façon pivotante autour de l'axe central à la carotte formée à l'intérieur de la paroi. En variante, cette partie du mécanisme de retenue peut aussi traverser longitudinalement une surface supérieure de l'outil de percement. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre aux particularités suivantes, qui peuvent être considérées seules ou en combinaison : - le mécanisme de retenue comporte au moins deux supports et au moins un organe de suspension disposé transversalement à l'axe central et porté par les supports, l'organe de suspension étant connecté à la carotte de façon pivotante autour de l'axe central; - l'attache est connectée à l'organe de suspension sur l'axe central. Elle peut notamment comporter une partie rotative reliée à la carotte de manière pivotante autour de l'axe central; - l'organe de suspension comporte au moins une poutre reliée à la partie rotative sur l'axe central et traversant la partie cylindrique de la paroi. La -3- paroi de l'outil de percement peut comporter deux fentes à travers lesquelles passe la poutre; - les supports comportent au moins deux chariots reposant directement ou indirectement sur la surface supérieure de la structure à l'extérieur de la paroi de l'outil de percement pour empêcher la chute de la carotte. Chaque chariot peut reposer sur la surface supérieure de la structure par un appui libre dans le plan de la surface supérieure de la structure de façon à se déplacer dans ce plan en suivant la rotation de l'outil de percement; - les supports comportent des éléments de levage permettant d'évacuer la carotte et le mécanisme de retenue au-dessus de la surface supérieure de la structure. Un autre aspect de l'invention se rapporte à un procédé de percement par carottage d'une structure depuis une surface supérieure de cette structure. Un tel procédé comprend: - fixer au moins une attache sur la surface supérieure de la structure; - disposer un outil de percement sur la structure, l'outil de percement comportant une paroi ayant, au moins dans une portion inférieure, une forme cylindrique autour d'un axe central et se terminant par un bord de coupe appliqué contre la surface supérieure de la structure autour de l'attache; - connecter un mécanisme de retenue à l'attache, le mécanisme de retenue traversant l'outil de percement; et - percer complètement la structure en faisant tourner l'outil de percement autour de l'axe central, le mécanisme de retenue étant entraîné en rotation avec l'outil de percement et retenant la carotte découpée dans la structure à la fin du percement. Le dispositif et le procédé selon l'invention s'appliquent notamment au carottage de gros ou moyen diamètre de dalles dans des lieux sensibles, par exemple des installations nucléaire de base (INB) ou dans des bâtiments conventionnels avec un 30 accès restreint ou peu commode sous la dalle. L'invention est d'une mise en oeuvre facile. Le matériel du commerce est utilisable en apportant quelques modifications mineures sur l'outil de percement. -4- L'invention est également utilisable dans des endroits où l'accès sous la dalle est possible. Elle présente alors l'avantage de permettre de se dispenser d'étais ou autre système de réception de la carotte par le dessous. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation non limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de percement par carottage selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une autre vue du dispositif de percement de la figure 1 à un stade plus avancé d'une opération de carottage; - les figures 3 à 6 sont des vues illustrant différentes étapes d'un procédé selon l'invention; et - la figure 7 est une vue analogue à celle de la figure 2 avec une coupe sur l'outil de percement, illustrant la fin de l'opération de carottage. Un dispositif de percement, ou carotteuse, comporte un outil de percement 1, représenté de façon transparente sur les figures 1 et 2 pour faciliter la lecture de ces figures, un système d'entrainement (non représenté) et un mécanisme de retenue 2 pour empêcher la chute de la carotte. L'outil de percement 1, couramment appelé « la couronne» ou « le carottier », est en forme générale de cloche avec une paroi 4 terminée par une surface supérieure 3. La paroi 4 possède, au moins dans sa partie inférieure, une forme cylindrique autour d'un axe central Y-Y' de l'outil de percement 1. Son extrémité inférieure se termine par un bord de coupe circulaire de diamètre D. Le bord de coupe, ou face de coupe, a un profil et/ou des garnitures à base de diamant ou de carbure adaptés pour obtenir un bon pouvoir de coupe. L'outil 4, maintenu et entrainé par un arbre 5 aligné sur l'axe Y-Y' et couplé au système d'entrainement, est ainsi capable de couper le béton de la structure ainsi que les armures métalliques que celui-ci peut contenir. Il forme une découpe circulaire dans la structure à percer. Pendant le percement, une carotte cylindrique 6 découpée dans la structure par l'outil de percement 1, est progressivement formée à l'intérieur de la paroi 4 de l'outil de percement. Le système d'entrainement est supporté par un élément structurel (non représenté), par exemple, un bâti, une colonne ou un cadre, permettant de déplacer de -5- haut en bas le système d'entrainement parallèlement à l'axe Y-Y' de l'outil de percement. Ce système d'entraînement est couplé à l'arbre d'entraînement 5 pour entrainer l'outil de percement 1 en rotation autour de l'axe Y-Y'. Il peut simultanément pousser l'outil de percement 1 au long de l'axe Y-Y' afin de percer la structure et ainsi former la carotte. Le mécanisme de retenue 2 est un système simple. Dans l'exemple représenté, il comporte deux supports 8 et un organe de suspension 7 porté par les supports 8. L'organe de suspension 7 est connecté à la carotte de façon pivotante autour de l'axe Y-Y', comme illustré sur les figures 1-2. Les supports 8 ont une liberté de mouvement parallèlement au plan de la surface où la carotte est découpée. L'organe de suspension 7 peut être constitué par une poutre de longueur supérieure au diamètre D de la paroi cylindrique 4 et reliée aux supports 8 de part et d'autre de cette paroi. La poutre 7 est disposée transversalement à l'axe Y-Y'. La paroi cylindrique 4 comporte deux fentes 10 à travers lesquelles passe la poutre. Dans l'exemple représenté, ces deux fentes sont parallèles à l'axe Y-Y'. La poutre 7 traverse la paroi 4 en passant à travers les deux fentes 10. Elle est connectée de manière pivotante à une attache 9 fixée à la dalle. La liaison entre la poutre 7 et l'attache 9 peut être un simple pivot autour de l'axe Y-Y' ou une liaison à rotule. La longueur des fentes 10 le long de l'axe Y-Y' est par exemple supérieure à l'épaisseur de la structure à percer. Dans ce cas, le mécanisme de retenue 2 peut être installé au moment la mise en place de l'outil de percement 1 sur la structure à percer. Il sera alors entraîné en rotation en même temps que l'outil 1 tout au long de l'opération de percement, et retiendra la carotte 6 à la fin de l'opération. Une longueur relativement grande des fentes 10 peut cependant fragiliser l'outil de percement 4. Pour éviter ce risque, dans une autre réalisation, la longueur des fentes 10 le long de l'axe Y-Y' est sensiblement plus petite que l'épaisseur de la structure. On commence alors par découper la structure à l'aide de l'outil 4 jusqu'à une profondeur intermédiaire, inférieure à l'épaisseur avec une marge pour garantir que la carotte ne se détache pas. À cette profondeur de coupe intermédiaire, on installe le mécanisme de retenue 2 en faisant passer la poutre 7 à travers les fentes 10 et un trou 15 prévu sur l'attache 9 et posant la poutre sur les supports 8. L'opération de percement est ensuite reprise, le mécanisme de retenue 2 étant entraîné en rotation avec l'outil 1. -6- Lorsque la profondeur de coupe atteint l'épaisseur de la structure, la carotte 6 se détache de la structure et est retenue par le mécanisme 2. En variante, l'organe de suspension 7 peut ne pas être en forme de poutre, mais d'étrier ou analogue et traverser l'outil de percement 1 par sa surface supérieure 3. De façon générale, l'organe de suspension 7 est agencé pour accompagner la rotation de l'outil de percement 1 tout en retenant la masse de la carotte 6 formée à la fin de l'opération de percement. Pour cela, l'attache 9 est fixée sur la surface supérieure 3 de la structure et on positionne ensuite l'outil 1 de façon que de façon que son axe Y-Y' soit aligné sur l'axe de pivotement qu'autorise cette attache 9. Dans l'exemple représenté, l'attache 9 comporte un flasque 13 initialement ancré sur la face de la structure, par exemple au moyen de chevilles et de boulons ou encore de tiges scellées 11 (figure 3). Au centre de ce flasque 13, une partie rotative, par exemple un tourillon 12, est placée avec son axe perpendiculaire au flasque. La partie du tourillon 12 qui est mobile en rotation par rapport au flasque 13 présente un anneau ayant le trou précité 15 perpendiculaire à l'axe pour recevoir la poutre 7 du support 2. Pour transférer la charge de la masse de la carotte 6 à l'extérieur de l'outil de percement 1, le mécanisme de retenue 2 comporte les deux supports 8 portant la poutre 7. La charge est transmise sur les supports 8 indépendamment des éléments structurels supportant le système d'entrainement du dispositif de percement 1, ce qui évite d'avoir à compliquer la conception de ces éléments structurels. Les supports 8 sont montés symétriquement aux extrémités 16, 17 de l'organe de suspension 7 qui dépassent de part et d'autre de l'outil de percement. Dans l'exemple représenté, chaque support consiste en un chariot 8 reposant sur la surface de l'ouvrage de façon à pouvoir ce déplacer parallèlement à celle-ci, par exemple par l'intermédiaire de roues 18. Les roues 18 du chariot 8 peuvent être orientables et montées sur un pivot pour adapter l'orientation de ces roues à la rotation de l'outil de percement 1. Le chariot 8 comprend en outre un plateau adapté pour recevoir l'extrémité 16, 17 de la poutre 7 et surmonté par un anneau 19. Les anneaux 19 des chariots 8 forment des éléments de levage permettant d'évacuer, par exemple à l'aide d'un palan, la carotte 6 formée avec l'outil de percement 1, l'attache 9 et le mécanisme de retenue 2. -7- Les figures 3-7 illustrent différentes étapes de percement par carottage d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention. La première étape (figure 3) consiste à fixer l'attache 9 à la dalle, à l'emplacement du percement par carottage. Ensuite le percement par carottage est commencé en faisant tourner l'outil 1 (flèche F de la figure 4) et en le poussant vers le bas si nécessaire (flèche P) au moyen du système d'entraînement couplé à l'arbre 5. Le percement est effectué jusqu'à ce que la hauteur H entre la surface supérieure de la dalle et les extrémités inférieures des fentes 10 devienne inférieure à la hauteur à laquelle les chariots 8 tiennent la poutre 7. Le percement est interrompu à cette hauteur H et la poutre 7 est introduite dans les fentes 10 (flèche R montrée figure 5) en la faisant passer dans l'anneau 15 de l'attache 9. Ensuite, comme illustré dans la figure 6, les chariots 8 sont placés sous les extrémités dépassant de la poutre 7 de part et d'autre de l'outil de percement 1. Puis le 15 système d'entraînement est à nouveau activé pour poursuivre le percement. Dans cette phase, le mécanisme de retenue 2 est entraîné en rotation avec l'outil 1. Une fois que la dalle a été traversée de part en part, et la carotte 6 détachée de celle-ci (figure 7), on peut évacuer la carotte 6, l'attache 9 et le mécanisme de retenue 2 à l'aide des éléments de levage 19. La carotte évacuée peut ensuite être 20 démontée. Quel que soit le mode de réalisation adopté, on obtient finalement et de manière facile et efficace un percement circulaire par carottage sur la structure tout en évacuant la carotte par la surface supérieure de la structure sans imposer le poids de la masse de la carotte formée aux éléments supportant le système d'entrainement du 25 dispositif de percement. Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variantes quant à sa mise en oeuvre. Bien que quelques modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Ces modes de réalisation décrits sont de simples illustrations de la 30 présente invention. Diverses modifications peuvent leur être apportées sans sortir du cadre de l'invention qui ressort des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Dispositif de percement par carottage d'une structure depuis une surface supérieure de ladite structure, le dispositif comprenant: - un outil de percement (1) comportant une paroi (4) ayant, au moins dans une portion inférieure, une forme cylindrique autour d'un axe central (Y-Y') et se terminant par un bord de coupe à son extrémité inférieure; - un système d'entrainement pour entrainer l'outil de percement (1) en rotation autour de l'axe central ; - une attache (9) à fixer sur une carotte de matériau découpé dans la structure par l'outil de percement; et - un mécanisme de retenue (2) agencé pour être relié à ladite attache à l'intérieur de la paroi en traversant l'outil de percement de façon que le mécanisme de retenue soit entraîné en rotation avec l'outil de percement et retienne la carotte (6). 2. Dispositif de percement selon la revendication 1, dans lequel le mécanisme de retenue (2) comporte : - au moins deux supports (8); - au moins un organe de suspension (7) disposé transversalement à l'axe central et porté par lesdits supports (8), l'organe de suspension étant connecté à la carotte de façon pivotante autour de l'axe central. 3. Dispositif de percement selon la revendication 2, dans lequel l'attache (9) est connectée à l'organe de suspension (7) sur l'axe central. 4. Dispositif de percement selon la revendication 3, dans lequel l'attache (9) comporte une partie rotative (12) reliée à la carotte de manière pivotante autour de l'axe 25 central. 5. Dispositif de percement selon la revendication 4, dans lequel l'organe de suspension comporte une poutre (7) reliée à la partie rotative (12) sur l'axe central et traversant la partie cylindrique de la paroi (4).-9- 6. Dispositif de percement selon la revendication 5, dans lequel la paroi (4) de l'outil de percement (1) comporte deux fentes (10) à travers lesquelles passe la poutre. 7. Dispositif de percement selon l'une quelconque des revendications 2-6, dans lequel les supports comportent au moins deux chariots (8) reposant directement ou indirectement sur la surface supérieure de la structure à l'extérieur de la paroi (4) de l'outil de percement (1) pour empêcher la chute de la carotte (6). 8. Dispositif de percement selon la revendication 7, dans lequel chaque chariot (8) repose sur la surface supérieure de la structure par un appui libre dans le plan de la surface supérieure de la structure de façon à se déplacer dans ce plan en suivant la rotation de l'outil de percement (1). 9. Dispositif de percement selon l'une quelconque des revendications 2-8, dans lequel les supports (8) comportent des éléments de levage (19) permettant d'évacuer la carotte (6) et le mécanisme de retenue (2) au-dessus de la surface supérieure de la structure. 10. Procédé de percement par carottage d'une structure depuis une surface supérieure de ladite structure, le procédé comprenant: - fixer au moins une attache (9) sur la surface supérieure de la structure; - disposer un outil de percement (1) sur la structure, l'outil de percement comportant une paroi (4) ayant, au moins dans une portion inférieure, une forme cylindrique autour d'un axe central (Y-Y') et se terminant par un bord de coupe appliqué contre la surface supérieure de la structure autour de l'attache; - connecter un mécanisme de retenue (2) à l'attache, le mécanisme de retenue traversant l'outil de percement; et - percer complètement la structure en faisant tourner l'outil de percement (1) autour de l'axe central, le mécanisme de retenue étant entraîné en rotation avec l'outil de percement et retenant la carotte (6) découpée dans la structure à la fin du percement.