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EP0294267B1 - Procédé pour séparer un morceau de forme déterminée d'avance d'un bloc de matière, par exemple une roche - Google Patents

Procédé pour séparer un morceau de forme déterminée d'avance d'un bloc de matière, par exemple une roche Download PDF

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Publication number
EP0294267B1
EP0294267B1 EP88401239A EP88401239A EP0294267B1 EP 0294267 B1 EP0294267 B1 EP 0294267B1 EP 88401239 A EP88401239 A EP 88401239A EP 88401239 A EP88401239 A EP 88401239A EP 0294267 B1 EP0294267 B1 EP 0294267B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
block
fissure
crack
piece
forces
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP88401239A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0294267A1 (fr
Inventor
Etienne Vincent
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0294267A1 publication Critical patent/EP0294267A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0294267B1 publication Critical patent/EP0294267B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D7/00—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups
    • B28D7/04—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups for supporting or holding work or conveying or discharging work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/22—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising
    • B28D1/222—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by cutting, e.g. incising by pressing, e.g. presses

Definitions

  • the present invention relates to a process for separating a piece of material, the general shape of which is provided in advance, from a block or a block of the same material, which is for example a rock, by the technique of guided crack propagation.
  • piece a volume of matter whose average dimension, in a direction roughly perpendicular to the overall surface of the crack, which we will call thickness of the piece, is less than at least a third, and rather to a tenth of the dimension of the crack in the general direction of its propagation, direction which determines the height of the piece.
  • the "width” of the piece is measured perpendicular to the height and its thickness.
  • block is meant a volume of material whose average dimension, in a direction roughly perpendicular to the overall surface of the crack, is at least three times “the thickness” of the piece that we want to separate, and by “solid” we mean a volume whose dimension can be considered infinite by comparison with that of the crack.
  • a pre-existing crack initiator which may be initially in the material, or have been prepared there voluntarily, and which opens on the surface of the block or solid, and at least one force directed perpendicular to a surface of the crack is exerted on the walls of the primer, preferably two forces acting on two opposite faces of the crack, which has the effect of propagating the crack towards the interior of the material, and the operation is extended until the crack has separated the piece from the block or solid.
  • This method therefore does not make it possible to obtain the division of a block according to a desired separation plane since the shape thereof is influenced by forces that are difficult to control.
  • This process is characterized, according to the present invention, by the fact that a compressive force or a set of compressive forces is applied to the thinnest part to be separated during the division of the block or block.
  • this set being substantially parallel to the desired plane of separation, and of intensity calculated to create in the material of the block or solid, in the zone where the crack develops, a compression gradient able to effectively oppose the tendency of the crack to bending towards the part of thinner thickness, and maintaining said compressive force, or said set of compressive forces, at an approximately constant intensity throughout the propagation of the crack.
  • another compression force is exerted perpendicular to the main compression force and parallel to the surface along which the separation is to be effected.
  • the invention stems first from the discovery that it is possible to act on the direction of propagation of a crack by creating in the material a compression gradient. Indeed, a crack naturally propagates towards the least compressed or most tense areas of the material. In the absence of compression force, the state of the material on both sides of the crack in the zone where it is in the course of development is such that the crack curves immediately towards the zone of thinner thickness and causes the formation of scales.
  • the calculation shows that these phenomena can be eliminated if the area of the piece immediately behind the crack in progress is subjected to a compressive force whose component parallel to the direction of propagation of the crack is correctly dosed and whose the intensity varies roughly as the square root of the dimension of the piece in the direction perpendicular to the direction of the crack.
  • This effort remaining significant even for thin pieces, its prolonged application on a long piece risks damaging it, an accessory feature of the invention makes it possible to eliminate this effort as soon as the piece is separated.
  • the preparation of the surface according to which we want to create the separation amounts to creating in this surface lines or zones of less resistance which will play the role of calling the crack during its development.
  • the simplest, and this is generally sufficient if the compensation effort is correctly dosed, consists in acting on the periphery of the block, following all or part of the desired separation line: short cracks created by impacts on a tool, shallow grooves, the action of which can be reinforced by a slight wedge effect, constitute simple means. It is also possible to apply significant pressures on tools arranged on all or part of the future rupture line.
  • the thickness of the piece to be detached on its edges will be equal to the depth of the groove.
  • the spacing between the grooves determines the width and or the height of the piece to be separated.
  • the compression forces are forces substantially parallel to the desired separation surface, acting on the edge of the piece to be separated.
  • the method requires that at least one set of compression forces be used such that it exerts the most constant pressure possible on the section of the piece, perpendicular to the desired separation surface, closest to the crack tip, and this during the whole song formation process.
  • This set of force must therefore be implemented on the edge portion of the piece close to the crack initiation line from where the crack will leave which will ensure the separation of the piece, only the component of this set of force parallel to the direction of crack propagation will act as the main compressive force.
  • Secondary compression forces always applied to the edge of the piece to be separated, but having directions different from the main compression force can be used. They will only play a complementary role in guiding the crack.
  • All the compressive forces can have in the vicinity of their point of application a component having a tendency, either to close the crack which one seeks to develop and thus to delay its passage in the zone a question, or on the contrary to the to open.
  • the main compression force in an average granite, is of the order of a few tonnes, independent of the height of the piece to be separated.
  • the important thief of this force requires that the implantation of the reaction force to be opposed to it be carefully studied so as not to induce parasitic stresses in the block.
  • the simplest is to resume the main compression force by a force of the same order of magnitude and substantially opposite direction on the opposite side of the piece.
  • the means used to initiate and propagate the initial crack are identical to those recommended for guiding the crack along the desired separation line. Simply the forces to guide, at equal means, will always be weaker than those used to propagate the crack.
  • pressure exerted on the material it should be noted that the greater the rounding of the end of the chisel ensuring this pressure, the greater the pressure to be developed to propagate the crack. According to a very interesting modality it may therefore be useful to clamp the material between two series of scissors, a series with relatively acute end will ensure initiation and propagation of the main crack, the other series with more rounded end will guide the crack to the other end of the piece.
  • the order of the operations to be executed to separate, by crack propagation, a piece of a block is arbitrary, on the only condition that the propagation of the main crack does not take place until after the operations of preparation of the surface separation and implementation of compensation forces are completed.
  • the above process can be applied to materials such as rock, glass, concrete or terracotta in order to obtain pieces usable in the building industry and road works.
  • Fig. 1 shows a block 1 of granite for example, or of glass, substantially in the shape of a parallelepiped, with a view to the separation of a piece 2 in the form of a plate.
  • the section of FIG. 2 shows how the block is tightened according to the desired rupture league 3, between a first series of contiguous tools or not 5, applied by forces S on a face of the block and a second series of tools 5 'applied by forces S 'on the opposite side of the block.
  • the tools 5 ' have at their end a greater radius of curvature than the tools 5.
  • On the other two faces of the block one or more have been created series of grooves 4.
  • the main compression force C is applied by means of one or a series of tools 6 with flat or very rounded ends. This effort is largely taken up by one or a series of tools 6 ′, applied by an antagonistic force C ′.
  • the sum S + C of the forces applied to one face of the block is equal to the sum S ′ + C ′ of the forces applied to the opposite face.
  • Fig. 3 there is shown a block, substantially in the form of a parallelepiped for the clarity of the figure, the opposite faces of which are in pairs, are f1, f2 - f3, f4 -f5, f6. Traces R1 to R5 have been traced on f5, substantially perpendicularly to this face, and to the faces f1, f2, the depth of which is equal to the thickness of the pieces which it is desired to separate.
  • the block is then tightened along all or part of the desired separation lines 41, 42, etc. with tools of the type of tools 5 and 5 ′ in FIG. 2, after applying the main compensation force on the two faces of the piece located in the faces f1 and f2 of the block.
  • Fig. 5 there is shown a large block, several square meters in section.
  • This block is assumed to be irregular in shape and we want to create a flat face in this block 1.
  • the block is tightened by main compression forces C1, C'1 and by auxiliary compression forces C2, C'2, then using one or more wedges 10 introduced into the groove 12, possibly creating a slight tension between the lips of the groove, without however initiating a significant crack.
  • Fig. 7 there is a block of adequate shape with its substantially opposite faces f1, f2 - f3, f4 - f5, f6.
  • a blast hole 13 is drawn in a suitable place from f5 to f6.
  • the separation surfaces are prepared, according to any of the methods seen above of the separation planes, starting from the blast hole 13, and parallel to the faces f2 , f3, one applies, on the side of the face f5, on the side of the piece to be separated 2, as shown in FIG. 7, correctly dosed compensation efforts.
  • the invention has been described with reference mainly to obtaining pieces which can be used in the building industry and road works, in materials such as rock, in particular granite, glass, concrete, terracotta. It can find applications in other fields in particular in that of high-value materials in a small volume, such as ultra pure metals or precious or semi-precious stones.
  • the cutting of such materials is usually done using very thin diamond disc saws in order to minimize losses of matter. These saws are expensive and delicate to use, however they cause appreciable material losses. These losses are eliminated by the method of the invention. In the event that further polishing of the separation surface is required, the material losses are however greatly reduced.

Landscapes

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  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
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Description

  • La présente invention est relative à un procédé pour séparer un morceau de matière, dont la forme générale est prévue d'avance, d'un bloc ou d'un massif de la même matière, qui est par exemple une roche, par la technique de la propagation guidée de fissure.
  • Dans le présent texte on appellera "morceau" un volume de matière dont la dimension moyenne, dans une direction à peu près perpendiculaire à la surface d'ensemble de la fissure, que nous appellerons épaisseur du morceau, est inférieure au moins à un tiers, et plutôt à un dixième de la dimension de la fissure dans le sens général de sa propagation, sens qui détermine la hauteur du morceau. La "largeur" du morceau est mesurée perpendiculairement à la hauteur et à son épaisseur. Par "bloc" on entend un volume de matière dont la dimension moyenne, dans une direction à peu près perpendiculaire à la surface d'ensemble de la fissure est au moins trois fois "l'épaisseur" du morceau que l'on veut séparer, et par "massif" on entend un volume dont la dimension peut être considérée comme infinie par comparaison avec celle de la fissure.
  • Dans la technique de séparation par propagation de fissure, on part d'une amorce de fissure préexistante, qui peut se trouver initialement dans la matière, ou y avoir été préparée volontairement, et qui s'ouvre à la surface du bloc ou massif, et on exerce sur les parois de l'amorce au moins une force dirigée perpendiculairement à une surface de la fissure, de préférence deux forces agissant sur deux faces opposées de la fissure, ce qui a pour effet de propager la fissure vers l'intérieur de la matière, et on prolonge l'opération jusqu'à ce que la fissure ait séparé le morceau du bloc ou du massif.
  • Les procédés de séparation par propagation de fissure sont applicables à un grand nombre de matières, en particulier toutes celles dont la résistance à la traction est relativement faible par rapport à leur résistance à la compression et dont le domaine élastique s'étend assez près de leur charge de rupture. Les roches naturelles dans leur majorité, le verre, le béton, la céramique, certaines matières plastiques sont justiciables de ces procédés. Toutefois, les études et applications se rapportant aux procédés de séparation par propagation de fissure ont, jusqu'ici, concerné les matériaux "feuilletés" c'est-à-dire présentant une direction de moindre résistance, par exemple les schistes ardoisiers, la direction générale de la fissure étant cette direction de moindre résistance qui sert de guidage à la fissure. On a proposé en particulier dans FR-A-2.182.309 de soumettre deux faces opposées, parallèles à la direction de moindre résistance, d'un bloc de matériau feuilleté, à un vide partiel pendant que l'intérieur de l'amorce de fissure, puis de la fissure en progression, était soumis à la pression atmosphérique. On a également proposé dans FR-A-2.432.375 d'envoyer dans le fond de l'amorce de fissure, puis de la fissure en progression, un jet de liquide à très grande vitesse, cette vitesse se transformant en pression, pour écarter les faces opposées de la fissure dans la région de son fond. On a aussi proposé dans EP-A-0 050 075 d'exercer sur le bloc ou morceau que l'on veut diviser, un effort de cisaillement grâce à deux forces opposées appliquées parallèlement à la direction de moindre résistance et de part et d'autre de la fissure que l'on veut créer.
  • Ces divers procédés, appliqués à la division de blocs de matière feuilletée permettent de développer des fissures parallèles à la direction de moindre résistance. En revanche, si on essaie de les utiliser pour séparer un morceau tel que défini plus haut, d'un bloc ou massif de matière non feuilletée en créant une fissure perpendiculaire à la direction de moindre résistance ou faisant un grand angle avec cette direction, on se heurte à la difficulté suivante : la fissure n'étant plus guidée dans son développement par le plan de moindre résistance de la roche, se développe d'une façon non contrôlable ce qui ne permet pas de produire des morceaux dont la forme puisse être déterminée au préalable.
  • On sait qu'il est possible de guider la propagation d'une fissure en préparant au préalable le plan que l'on veut voir parcourir par la fissure soit en forant des trous parallèles nombreux dans le plan de fissuration désiré, soit en traçant des rainures superficielles situées dans le même plan. Cette manière d'opérer présente des inconvénients : le nombre de trous et la profondeur des rainures doivent être d'autant plus grands que le morceau est mince par rapport au bloc d'où un coût élevé et un aspect esthétique souvent non désiré. Une autre solution parfois utilisée consiste à exercer sur le pour tour du morceau à séparer, suivant le plan de séparation désiré, une forte pression par l'intermédiaire d' outils à angle plus ou moins aigu. Cette méthode ne permet pas de séparer des blocs minces d'un morceau épais. Pour cette raison toutes ces techniques ont jusqu'ici été proposées pour diviser des blocs en blocs plus petits mais non pour obtenir des morceaux au sens indiqué plus haut à partir de blocs ou de massifs.
  • On connaît également les procédés décrits dans les documents FR-A-2.223.968 et DE-A-2.522.521. Plus particulièrement ce dernier document relatif à un procédé pour diviser des blocs mettant en oeuvre des forces de cisaillement et des forces de compression ; de plus les outils utilisés fissurent le bloc suivant une surface dont la forme est influencée par les forces de compression engendrées par les outils voisins.
  • Ce procédé ne permet donc pas d'obtenir la division d'un bloc selon un plan de séparation désiré puisque la forme de celui-ci est influencée par des forces difficilement maîtrisables.
  • Les buts de la présente invention sont de résoudre les problèmes énoncés ci-dessus en fournissant un procédé économique pour séparer un morceau de forme définie à partir d'un bloc ou d'un massif par la technique de propagation de fissures. Pour obtenir ce résultat, l'invention fournit un procédé pour diviser un bloc ou un massif en deux parties le long d'une surface plane de séparation désirée définie à l'avance, l'épaisseur moyenne d'une des parties, mesurée dans une direction perpendiculaire à la surface de séparation désirée, étant supérieure à l'épaisseur moyenne de l'autre partie mesurée dans la même direction, ce procédé comportant les opérations suivantes :
    • 1) on crée, dans la surface de séparation désirée, des points ou lignes de guidage de fissure,
    • 2) on applique, sur les deux parties que l'on désire séparer, des forces opposées, dirigées perpendiculairement à la surface de séparation désirée et d'intensité suffisante pour faire progresser une fissure, à partir d'un point ou ligne de guidage de fissures, ou d'une amorce de fissure se trouvant dans ladite surface de séparation désirée à un endroit où elle coupe la surface extérieure du bloc ou massif, réalisant sa division, la position et le nombre de points ou lignes de guidage de fissure étant tels que la fissure, en progressant, passe par lesdits points ou lignes de guidage, et reste ainsi sensiblement dans le plan de séparation désiré.
  • Ce procédé est caractérisé, selon la présente invention, par le fait qu'on applique, sur la partie la moins épaisse à séparer lors de la division du bloc ou massif, une force de compression ou un ensemble de forces de compression, cette force ou cet ensemble étant sensiblement parallèle au plan de séparation désiré, et d'intensité calculée pour créer dans la matière du bloc ou massif, dans la zone où la fissure se développe, un gradient de compression apte à s'opposer efficacement à la tendance de la fissure à s'incurver vers la partie de plus faible épaisseur, et en maintenant ladite force de compression, ou ledit ensemble de forces de compression à une intensité à peu près constante pendant toute la propagation de la fissure.
  • Avantageusement, on exerce dans les liées de moindre résistance artificiellement créées, telles que les rainures et/ou les trous de mines, un effort de séparation sensiblement perpendiculaire au plan de séparation désiré, grâce à des dispositifs connus tels que des coins.
  • De préférence, en plus de la force de compression principale, on exerce une autre force de compression perpendiculaire à la force de compression principale et parallèle à la surface suivant laquelle on veut opérer la séparation.
  • L'invention découle en premier lieu de la découverte qu'il est possible d'agir sur la direction de la propagation d'une fissure en créant dans la matière un gradient de compression. En effet, une fissure se propage naturellement vers les zones les moins comprimées ou les plus tendues de la matière. En l'absence de force de compression, l'état de la matière de part et d'autre de la fissure dans la zone où elle est en cours de développement est tel que la fissure s'incurve immédiatement vers la zone de plus faible épaisseur et cause la formation d'écailles. Le calcul montre que ces phénomènes peuvent être supprimés si la zone du morceau immédiatement à l'arrière de la fissure en cours de progression est soumis à une force de compression dont la composante parallèle à la direction de propagation de la fissure est correctement dosée et dont l'intensité varie en gros comme la racine carrée de la dimension du morceau dans le sens perpendiculaire à la direction de la fissure. Cet effort restant important même pour des morceaux minces, son application prolongée sur un morceau long risque de l'endommager, une particularité accessoire de l'invention permet de supprimer cet effort dès que le morceau est séparé.
  • De plus tout bloc de matière, même non feuilletée, étant toujours relativement hétérogène, l'application d'une force de compression, seule, ne suffit pas à diriger convenablement la fissure suivant la forme désirée. Sauf dans le cas où la fissure doit se propager dans le plan de moindre résistance d'une matière dite fissile, il convient donc de créer dans la surface de séparation désirée des zones de moindre résistance qui participeront au guidage de la fissure, il faut "préparer" la surface de séparation désirée. Cette préparation pourra varier suivant des nécessités économiques, suivant l'aspect de surface que l'ou désire donner au morceau, suivant la précision de séparation désirée.
  • On va maintenant décrire les différents modes d'exécution pratique des diverses étapes du procédé de l'invention.
  • La préparation de la surface suivant laquelle on veut créer la séparation revient à créer dans cette surface des lignes ou des zones de moindre résistance qui joueront le rôle d'appel de la fissure au cours de son développement. Le plus simple, et cela est généralement suffisant si l'effort de compensation est correctement dosé, consiste à agir sur le pourtour du bloc, suivant tout ou partie de la ligne de séparation désirée : des fissures courtes créées par des chocs sur un outil, des rainures peu profondes dont l'action peut être renforcée par un léger effet de coin, constituent des moyens simples. On peut aussi appliquer des pressions importantes sur des outile disposés sur tout ou partie de la future ligne de rupture. On peut aussi, suivant une modalité différente, créer des rainures dans le bloc, sensiblement perpendiculaires à la surface de séparation désirée. C'est le fond de ces rainures qui créera la ligne d'appel de la fissure. L'épaisseur du morceau à détacher sur ses bords sera égale à la profondeur de la rainure. L'espacement entre les rainures déterminers la largeur et ou la hauteur du morceau à séparer. Ces deux derniers moyens ne laissent aucune trace sur la surface clivée. Enfin, on peut agir loin à l'intérieur du bloc, dans la surface de séparation en y créant des zones de faiblesse dont l'effet, au moment du passage de la fissure, sera fortement augmenté par l'effort de compensation. L'un des moyens simples de créer de celles zones de faiblesse consiste à forer un faible nombre de trous de mines dans le plan de séparation désiré à l'intérieur du bloc.
  • Les forces de compression sont des forces sensiblement parallèles à la surface de séparation désirée, agissant sur la tranche du morceau à séparer. Le procédé demande que soit mis en oeuvre au moins un ensemble de forces de compression tel qu'il exerce une pression la plus constante possible sur la section du morceau, perpendiculaire à la surface de séparation désirée, la plus proche du fond de fissure, et ceci pendant tout le processus de formation du morceau. Cet ensemble de force doit donc être mis en oeuvre sur la partie de tranche du morceau proche de la ligne d'amorce de fissuration d'oû partira la fissure qui assurera la séparation du morceau, seule la composante de cet ensemble de force parallèle à la direction de propagation de la fissure jouera le rôle de force de compression principale. Des forces de compression secondaires, toujours appliquées sur la tranche du morceau à séparer, mais ayant des directions différentes de la force de compression principale peuvent être mises en oeuvre. Elles ne joueront qu'un rôle complémentaire de guidage de la fissure. Toutes les forces de compression peuvent avoir au voisinage de leur point d'application une componante ayant tendance, soit à refermer la fissure que l'on cherche à développer et donc à retarder son passage dans la zone un question, soit au contraire à l'ouvrir. A titre d'indication, pour un morceau de trois centimètres d'épaisseur et dix centimètres de largeur, la force de compression principale, dans un granit moyen, est de l'ordre de quelques tonnes, indèpendante de la hauteur du morceau à séparer. La voleur importante de cette force exige que soit étudiée avec soin l'implantation de la force de réaction à lui opposer de façon à ne pas induire dans le bloc des contraintes parasites. Suivant une disposition recommandée mais non indispensable, le plus simple est de reprendre la force de compression principale par une force du même ordre de grandeur et de direction sensiblement opposée sur le côté opposé du morceau.
  • Pour créer l'amorce principale, c'est-à-dire celle à partir de laquelle se propagera la fissure, on peut prévoir de donner un choc à l'aide d'un outil en forme de ciseau. On peut aussi créer d'abord une rainure, par tout moyen classique puis introduire à force un coin dans cette rainure. Les deux méthodes laissent une trace visible sur la surface du morceau et du bloc. Dans le cas où ceci est considéré comme un inconvénient, on peut simplement exercer sur la matière, sur tout ou partie de la ligne de fissuration désirée une très forte pression par l'intermédiaire d'un outil en forme de ciseau, pression qui amorce la fissure, puis la propagera par effet de coin.
  • Dans les trois cas ci-dessus, l'augmentation des forces ayant permis de créer l'amorce de fissuration principale en permettra le développement.
  • Comme on peut le constater les moyens mis en oeuvre pour amorcer et propager la fissure initiale sont identiques à ceux préconisés pour guider la fissure le long de la ligne de séparation désirée. Simplement les forces pour guider, à moyens égaux, seront toujours plus faibles que celles mises en jeu pour propager la fissure. Dans le cas d'utilisation de pression exercée sur la matière il est à remarquer que plus l'arrondi de l'extrémité du ciseau assurant cette pression est grand, plus la pression à développer pour propager la fissure est grande. Suivant une modalité très intéressante il pourra donc être utile de serrer la matière entre deux séries de ciseau, une série à extrémité relativement aiguë assurera amorce et propagation de la fissure principale, l'autre série à extrémité plus arrondie assurera le guidage de la fissure à l'autre extrémité du morceau.
  • L'ordre des opérations à exécuter pour séparer, par propagation de fissure, un morceau d'un bloc est quelconque, à la seule condition que la propagation de la fissure principale n'ait lieu qu'après que les opérations de préparation de la surface de séparation et de mise en oeuvre des forces de compensation soient terminées.
  • Pour exercer les différentes forces mentionnées ci-dessus, on préfèrera l'emploi de vérins hydrauliques qui permettent notamment la mise en oeuvre de forces très importantes avec un arrêt quasi instantané de celles-ci, cette dernière propriété étant surtout intéressante pour la force de compression principale.
  • Le procédé ci-dessus peut être appliqué à des matériaux tels que roche, verre, béton ou terre cuite afin d'obtenir des morceaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et des travaux de voirie.
  • On peut aussi l'appliquer à des métaux extras-purs, ou pierres précieuses ou semi-précieuses afin d'obtenir des morceaux de matière de valeur.
  • L'invention va maintenant être exposée de façon plus précise à l'aide d'exemples pratiques, illustrés par les dessins, parmi ceux-ci :
    • Fig. 1 est une vue en perspective d'un bloc préparé pour en séparer un morceau suivant une ligne définie d'avance,
    • Fig. 2 est une coupe de ce bloc pendant la propagation de la fissure principale,
    • Fig. 3 est une vue en perspective d'un bloc préparé de façon différente,
    • Fig. 4 est une vue analogue d'un morceau tiré du bloc de la Fig. 3,
    • Fig. 5 est une vue en perspective d'un bloc de grande dimension contenant une préparation sur le pourtour du bloc et à l'intérieur du bloc, dans le plan de séparation désiré,
    • Fig. 6 est une coupe montrant un détail de la Fig. 5,
    • Fig. 7 et 8 sont des vues en perspective illustrant la séparation d'un morceau en forme de "L".
  • On observera que sur les figures, pour une plus grande clarté les proportions exactes ne sont pas respectées. En effet, la méthode permet de séparer des plaques de granit par exemple dont l'épaisseur peut être inférieure à trois centimètres pour une hauteur, dans le sens de propagation de la fissure atteignant ou dépassant cinquante centimètres. La Fig. 1 montre un bloc 1 de granit par exemple, ou de verre, sensiblement en forme de parallélépipède, en vue de la séparation d'un morceau 2 en forme de plaque. La coupe de la Fig. 2 montre comment le bloc est serré suivant la ligue de rupture désirée 3, entre une première série d'outils contigüs ou pas 5, appliqués par des forces S sur une face du bloc et une deuxième série d'outils 5' appliqués par des forces S' sur la face opposée du bloc. Les outils 5' ont à leur extrémitéé, un plus grand rayon de courbure que les outils 5. Sur les deux autres faces du bloc on a créé une ou plusieurs séries de rainures 4. La force de compression principale C est appliquée par l'intermédiaire d'un ou d'une série d'outils 6 à extrémité plate ou très arrondie. Cet effort est en grande partie repris par un ou une série d'outils 6′, appliqués par une force antagoniste C′. La somme S + C des forces appliquées sur une face du bloc est égale à la somme S′ + C′ des forces appliquées sur la face opposée. Une fois réglée la force C, on augmente progressivement la force S transmise par l'extrémité du ou des outils 5 dont l'extrémité a un relativement faible rayon de courbure. Les réactions de ces efforts sont reprises comme nous l'avons vu en C′ et S′. En raison de la différence des rayons de courbure des outils 5 et 5′ on amorce ainsi une fissure sous le ou les outils 5, qui se développe brutalement exactement suivant le contour désiré et approximativement suivant le plan de rupture recherché.
  • Dans la Fig. 3 on a représenté un bloc, sensiblement en forme de parallélépipède pour le clarté de la figure, dont les faces opposées deux à deux, sont f1, f2 - f3, f4 -f5, f6. On a tracé sur f5, sensiblement perpendiculairement à cette face, et aux faces f1, f2, des rainures R1 à R5 dont la profondeur est égale à l'épaisseur des morceaux que l'on désire séparer. On serre ensuite le bloc suivant tout ou partie des lignes de séparation désirée 41, 42, etc. avec des outils du type des outils 5 et 5′ de la Fig. 2, après avoir appliqué l'effort de compensation principale sur les deux faces du morceau situées dans les faces f1 et f2 du bloc. Par augmentation progressive de la force appliquée sur les outils 5 et donc 5′ on obtiendra une séparation brutale du morceau 2. La répétition successive des opérations de serrage et d'application de forces de compensation séparera des morceaux 2, dont seules deux faces latérales, correspondant aux rainures R1, R2, par exemple sont sciées, les autres faces peuvent être toutes obtenues par propagation de fissures
  • Dans la Fig. 5 on a représenté un bloc de grande dimension, plusieurs mètres carrés de section. Ce bloc est supposé de forme irrégulière et on veut créer une face plane dans ce bloc 1. On commence par préparer la surface plane que l'on cherche à obtenir, en traçant sur tout ou partie du pourtour de ce bloc, en restant dans le plan que l'on désire créer, une rainure ou des rainures 12 peu profondes, d'un à quelques centimètres par exemple, à l'aide d'un outil diamanté, on force un trou 11 dans le plan de séparation désirée. On serre le bloc par des forces de compression C1, C'1 principales et par des forces de compression auxiliaire C2, C'2, puis à l'aide d'un ou plusieurs coins 10 introduits dans la rainure 12, on créé éventuellement une légère tension entre les lèvres de la rainure, sans toutefois amorcer une fissure importante. On peut aussi éventuellement introduire une tension perpendiculaire au plan de séparation désiré par introduction de coins correctement dirigés dans le trou de mine 11. Une fois ces opérations de préparation terminées, on met en tension plus fortement les coins 10 se trouvant dans la zone de C1, amorçant ainsi la fissure principale et la développant. On détachera ainsi du bloc un morceau 2 suivant une surface approximativement plane.
  • Dans la Fig. 7 on retrouve un bloc de forme adéquate avec ses faces sensiblement opposées f1, f2 - f3, f4 - f5, f6. on trace en un endroit convenable de f5 vers f6 un trou de mine 13. On prépare les surfaces de séparation, suivant l'une quelconque des modalités vues plus haut des plans de séparation, partant du trou de mine 13, et parallèles aux faces f2, f3, on applique, du côté de la face f5, sur le côté du morceau à séparer 2, tel que représenté sur la Fig. 7, des efforts de compensation correctement dosés.
  • L'invention a été décrite en se référant principalement à l'obtention de morceaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et des travaux de voirie, en matériaux tels que roche, notamment granit, verre, béton, terre cuite. Elle peut trouver des applications dans d'autres domaines en particulier dans celui des matières de grande valeur sous un faible volume, telles que les métaux ultra purs ou les pierres précieuses ou semi-précieuses. Le découpage de telles matières se fait habituellement en utilisant des scies à disque diamanté très mince afin de limiter au maximum les pertes de matière. Ces scies sont coûteuses et d'emploi délicat, elles entraînent cependant des pertes de matière appréciables. Ces pertes sont supprimées par le procédé de l'invention. Au cas où un polissage ultérieur de la surface de séparation est nécessaire, les pertes de matière sont cependant fortement réduites.
  • Une autre application interessante réside dans la réalisation d'objets d'art ou de décoration, par exemple en roche telle que l'obsidienne, en cristal de roche ou analogue, en verre ou en cristal. Les surfaces obtenues par propagation de fissure présentent, en effet, un aspect original qui ne peut pas être obtenu par d'autres méthodes telles que polissage plus ou moins grossier, action de jet de sable, attaque chimique, etc.
  • Il est bien entendu que pour l'homme du métier le mot "forces" est utilisé aussi bien pour désigner des forces individualisées, que l'ensemble de forces, par exemple des pressions.

Claims (5)

  1. Procédé pour diviser un bloc ou un massif en deux parties le long d'une surface plane de séparation désirée, définie à l'avance, l'épaisseur moyenne d'une des parties, mesurée dans une direction perpendiculaire à la surface de séparation désirée, étant supérieure à l'épaisseur moyenne de l'autre partie, mesurée dans la même direction, ledit procédé comportant les opérations suivantes :
    1) on crée, dans la surface de séparation désirée, des points ou lignes de guidage de fissure,
    2) on applique, sur les deux parties que l'on désire séparer, des forces opposées, dirigées perpendiculairement à la surface de séparation désirée et d'intensité suffisante pour faire progresser une fissure, à partir d'un point ou ligne de guidage de fissures, ou d'une amorce de fissure se trouvant dans ladite surface de séparation désirée à un endroit où elle coupe la surface extérieure du bloc ou massif, réalisant sa division, la position et le nombre de points ou lignes de guidage de fissure étant tels que la fissure, en progressant, passe par lesdits points ou lignes de guidage, et reste ainsi sensiblement dans la surface de séparation désirée,
    ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on applique, sur la partie la moins épaisse à séparer lors de la division du bloc ou massif, une force de compression, ou un ensemble de forces de compression, cette force ou cet ensemble étant sensiblement parallèle à ladite surface de séparation désirée, et d'intensité calculée pour créer dans la matière du bloc ou massif, dans la zone où la fissure se développe, un gradient de compression apte à s'opposer efficacement à la tendance de la fissure à s'incurver vers la partie de plus faible épaisseur, et en maintenant ladite force de compression, ou ledit ensemble de forces de compression, à une intensité à peu près constante pendant toute la propagation de la fissure.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on exerce dans les lignes de moindre résistance artificiellement créées, telles que les rainures (4, 11, 14) et/ou les trous de mines (11, 13), un effort de séparation sensiblement perpendiculaire au plan de séparation désiré, grâce à des dispositifs connus tels que des coins.
  3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'en plus de la force de compression principale on exerce une autre force de compression, perpendiculaire à la force de compression principale et parallèle à la surface suivant laquelle on veut opérer la séparation.
  4. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 à des matériaux tels que roche, verre, béton ou terre cuite afin d'obtenir des morceaux utilisables dans l'industrie du bâtiment et des travaux de voirie.
  5. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, à des métaux extra purs ou pierres précieuses ou semi-précieuses afin d'obtenir des morceaux de matière de valeur.
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