Brevet FR2478193A1 — publié le 19810918

l 2478193 Dans les constructions souterraines, les mines et les tunnels, il est connu de mettre des tirants pour consolider des parties de roches meubles ou des rochers friables. Ces tirants sont, le plus souvent, de simples barres qui vont jus- qu'à l'extrémité du trou foré. Le boulon d'ancrage est fixé à cette extrémité du trou foré et est retenu par vissage sur une plaque d'ancrage, du côté extérieur du trou foré, à l'aide d'écrous. On parle alors d'un boulon d'ancrage dormant quand le boulon d'ancrage n'est pas sous tension ou n'est soumis qu'à une tension insignifiante; lorsqu'il s'est soumis à une tension importante, il s'agit alors d'un boulon d'ancrage précontraint. Habituellement, dans un boulon d'ancrage précontraint, la barre d'ancrage n'est fixée qu'à l'extrémité du trou foré et est libre dans celui-ci sur toute la longueur. Dans un tunnel, o de tels boulons d'ancrage doivent être en service pendant des dizaines d'années, on ne peut pas utiliser de tels boulons d'ancrage en raison du phénomène de corrosion. On utilise donc de préférence des boulons d'ancrage dormantspqui sont noyés sur toute la longueur du trou foré. On emplit donc, à cet effet, un trou foré de mortier de cimentpuis on y engage un boulon d'ancrage en acier. L'inconvénient d'un tel boulon d'ancrage est que le mortier doit être relativement fluide pour bien adhérer aux nervures du boulon. C'est pourquoi on ne peut pas utiliser un tel boulon d'ancrage en plafonds et dans des trous forés montants ou même verticaux. On a proposé aussi d'introduire dans le trou foré des cartouches ayant les deux constituants, la colle et le durcis- seur, d'une colle à deux constituants, et d'effectuer le mélange des deux substances en faisant tourner le boulon. Ce mode de fixation est utilisé aujourd'hui surtout pour des boulons d'an- crage précontraints dans lesquels seule l'extrémité arrière du boulon d'ancrage est fixée. Il serait possible d'utiliser aussi ce type de fixation pour des boulons d'ancrage dormants. Mais cette solution pourrait revenir cher, parce qu'il faudrait uti- liser un grand nombre de telles cartouches. L'invention se rapporte à un procédé pour étayer et/ou consolider les parois en roches, en roches friables ou en terrains de cavités dans les constructions souterraines,les mines et les tunnels, par des tubes qui sont fixés dans des trous forés en tant que boulons d'ancrage. 2 2478193 L'invention vise un procédé et des dispositifs pour exécuter ce procédé et un boulon d'ancrage fixé dans un trou foré,dans lesquels la mise en place d'un tube dans un trou foré est possible aussi en plafond et suivant toute direction sou- haitée L'invention a donc pour objet un procédé, caractérisé en ce qu'il consiste à forer un trou dont le diamètre intérieur est plus grand que le diamètre extérieur du tube, à engager le tube dans le trou foré, et à l'y maintenir solidement par l'extrémité intérieure, puis à mettre une colle à deux constituants dans le trou foré par le tube, jusqu'à ce que l'intervalle compris entre la paroi extérieure du tube et celle du trou foré soit emplie. Comme le tube est retenu dans le trou foré par son extrémité intérieure, il ne doit pas être maintenu d'une manière particu- lière lorsque l'on introduit la colle à deux constituants, ce qui simplifie beaucoup l'introduction de la colle à deux consti- tuants. Comme la colle à deux constituants entoure aussi bien l'intérieur du tube que la face extérieure de celui-ci, ce tube est protégé de la corrosion sur toute la longueur à l'intérieur du trou foré. Grâce à la fixation du tube à la paroi du trou foré sur toute la longueur du tube, on obtient une force d'adhérence très grande qui, lors de l'utilisation par exemple d'un tube en matière plastique renforcée par de la fibre de verre, a une solidité qui dépasse celle de l'acier. On obtient encore, par cela, une résistance supplémentaire à la corrosion. Il est particulièrement avantageux d'effectuer le pro- cédé à l'aide d'un dispositif qui se caractérise par un mélan- geur statique qui peut être enfilé dans le tube et qui, lorsque les deux constituants de la colle le traversent, les mélange l'un à l'autre. On peut ainsi introduire, dans le tube, les deux constituants liquides de la colle à deux constituants par des conduits d'amenée convenables, même en plafond, les deux constituants, lorsqu'ils s'écoulent dans le mélange, étant déjà mélangés l'un à l'autre au début du tube, de sorte que la colle mélangée, lorsqu'elle s'écoule dans le tube et ensuite dans l'intervalle compris entre le tube et le trou foré, est déjà si visqueuse que l'on n'a pas à redouter qu'elle s'écoule à l'extérieur. Dans un autre dispositif qui convient suivant l'inven- tion, il est prévu comme moyens pour retenir coaxialement le 3 2478193 tube au moins à un ressort à boudin dont l'hélice s'étend suivar un tronc de cône. Le ressort à boudin peut servir en même temps de moyen pour retenir l'extrémité intérieure du tube dans le trou foré. Une variante particulièrement préférée d'un dispositif de retenue se caractérise par une agrafe qui a un pied pouvant être fixé à l'extrémité intérieure du tube et au moins deux ailes asymétriques qui, en vue d'être retenues à la paroi du trou foré, s'étendent au-delà de la paroi extérieure du tube. On obtient ainsi qu'après avoir introduit le tube vide dans le trou foré, ce tube est retenu par son extrémité intérieure dans le trou foré par l'agrafe. A cet effet, l'agrafe peut avantageu- sement affecter la forme d'une fermeture qui ferme au moins partiellement l'ouverture intérieure du tube munie à l'extrémité intérieure d'au moins une ouverture latérale. Cela a l'avantage que, lors de l'introduction du tube dans le trou foré, il ne peut pas entrer dans le tube des cailloux ou autres. En outre, cela donne un montage très simple et très solide de l'agrafe. Lors de l'utilisation du procédé suivant l'invention, on fait appel à un boulon d'ancrage pour parois de cavités dans les constructions souterraines, les mines et les tunnels, qui est caractérisé en ce que, dans un trou foré de la paroi de la cavité, est fixé un tube dont le *diamètre extérieur est plus petit que le diamètre intérieur du trou foré, à l'aide d'une matière plastique emplissant l'intérieur du tube et l'intervalle compris entre le tube et la paroi du trou foré. Grâce à un boulon d'ancrage suivant l'invention, la paroi d'une cavité dans une construction souterraine dans une mine, ou dans un tunnel, est consolidée le mieux possible. Si, comme c'est le cas dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le tube est de la matière plastique renforcée par de la fibre de verre, on a alors l'avantage de pouvoir consolider les parois d'une cavité dès avant qu'elle soit définitivement terminée, à l'aide de boulons d'ancrage suivant l'invention, sans pour autant qu'un élargissement de la cavité soit empêche par les boulons, puisque les tubes en matière plastique renforcés par la fibre de verre peuvent être découpés facilement par les outils qui servent à créer la cavité. La partie restante d'un tel tube ainsi raccourci sert à consolider la paroi de la cavité qui a été élargie. 4 22478193 Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple la-figure 1 est une vue en coupe axiale d'un trou foré, ayant un tube de consolidation, suivant une première variante, qui est vu en élévation et, à la partie supérieure, en coupe; la figure 2 est une vue d'un moyen de retenue en forme de ressort à boudin; la figure 3 est une vue d'un moyen de centrage en forme de ressort à boudin; la figure 4 est une vue correspondant à la figure l d'un second mode de réalisation d'un trou foré dans lequel est engagé un tube de consolidation; la figure 5 est une vue en perspective du mélangeur statique de l'exemple de réalisation suivant la figure 4; et la figure 6 est une vue en perspective d'un moyen de retenue en forme d'agrafe du mode de réalisation suivant la figure 4. Le boulon d'ancrage dormant suivant la figure l se compose d'un tube il en une matière, au choix, résistant à la traction, comme l'acier, la matière plastique armée de fibres de verre ou autres matières semblables. Le tube Il est centré dans le trou foré 10 par l'extrémité lOb intérieure du trou foré et au moins aussi à l'extrémité lOa extérieure de celui-ci. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu pour le centrage des ressorts 30 à boudin, suivant la figure 3, dont le diamètre le plus petit est égal au plus à l'extrémité 31 inférieure au diamètre du tube, mais de préférence peut être quelque peu plus petite que ce diamètre, de manière à ce que le ressort 30 à boudin pince le tube l1 en vue du centrage. A l'autre extrémité 32 le diamètre est au moins égal à celui du trou 10 foré. Quand on utilise de tels ressorts à boudin comme dispositifs de centrage sur le tube 11, en faisant en sorte que l'extrémité 31 -donc celle de diamètre le-plus petit- soit tournée vers l'extrémité lOb du trou foré lorsque le tube il est engagé dans le trou 10 foré, on voit facilement qu'en raison des forces de frottement sur le tube il et sur la paroi du trou 10 foré, le ressort 30 à boudin s'étire en longueur comme dispositif de centrage et qu'il se crée, entre les spires, des passages. Un tel ressort 30 à boudin comme dispositif de centra- ge peut être constitué par exemple en un fil en acier pour ressort ayant un diamètre de 2,5 mm. A l'extrémité lOb du trou 2478193 foré, il est prévu un dispositif qui sert, outre au centrage du tube 11, à fixer ce tube Il dans le trou foré 10 lorsque le tube Il étant engagé, il s'y exerce une force qui pourrait le faire glisser hors du trou foré 10. Suivant la figure 2, ce dispositif se compose d'un ressort 20 à boudin servant de dispo- sitif de retenue qui présente, à l'une des extrémités 21, un diamètre qui est au plus aussi grand que celui du tube il et, à l'autre extrémité 22, un diamètre qui est au moins aussi grand que celui du trou foré 10. L'extrémité 22 du ressort 20 servantsde dispositif de retenue est, dans son dernier tronçon 23, d'une dimension de 5 mm environ recourbé vers l'extérieur. L'hélice a, à l'extrémité 21 inférieure, un pas assez petit et, à l'extrémité 22 supérieure, un grand pas. Ainsi, lors de l'introduction du boulon fileté, la moitié inférieure du ressort à boudin est étirée et forme des ouvertures. Une force appliquée sur le tube 11, dans la direction tendant à le faire sortir du trou 10 foré, fait que le ressort 20 à boudin agrippant solide- ment la roche, par l'extrémité recourbée, est comprimé à la partie supérieure en servant de dispositif de retenue et assure ainsi une fixation du tube il dans le trou foré 10. Par l'extrémité lia extérieure du tube est engagé dans celui-ci un mélangeur 13 statique. Ce mélangeur 13 se compose d'un cylindre 14 creux qui présente des-barrettes intérieures décalées les unes par rapport aux autres. Mais, quand une colle à deux constituants séparée sous forme de liant B et de colle K est pressée dans le tube par l'extrémité lia extérieure, les deux constituants se mélangent en raison des turbulences provoquées par les barrettes 15. On presse la colle dans le tube il jusqu'à ce que l'intervalle compris entre le trou foré 10 et la paroi extérieure du tube il soit entièrement empli On sait que les colles à deux constituants peuvent être préparées aujourd'hui d'une manière pratique à toutes viscosités souhaitées, de sorte quemême pour des trous forés dirigés verticalement ou dirigés vers le hautil ne tombe pas des gouttes de colle. Dans des essais, on a perforé dans le roc un trou de 41 mim de diamètre et ayant la longueur habituelle de 1,6 à 4 mètres. Dans ce trou, on a placé un tube en matière plastique renforcée par de la fibre de verre, la fibre s'éten- dant longitudinalement, après avoir placé à l'extrémité du tube dirigée vers l'arrière dans le trou foré un ressort 20 à 6 2478193 boudin servant de dispositif de retenue du type illustré à la figure 2, et en avant, un ressort 30 à boudin servant de dispo- sitif de centrage et du type représenté à la figure 3. Dans le tube 11, on a enfilé un mélangeur 13 statique cylindrique et on a injecté séparément les deux constituants de la colle. Comme colle, on a utilisé celle fournie sous le nom de "Stucarit" par la Société Epple de Stuttgart. On a injecté 1 litre de mélange de colle par mètre de longueur de tube sous une pression de 120 bars environ. On a pu alors constater que l'on pouvait injecter jusqu'à 5 litres de matière environ par minute. Après une durée de durcissement habituelle, on a exercé une force de traction de 37 tonnes sur le tube, donc une force qui dépasse dé beaucoup la résistance à la rupture d'un tube correspondant en acier, et on n'a pu constater aucune modifica- tion de l'ancrage. Le dispositif 13 de mélange est avantageusement en matière plastique et est conçu comme étant une pièce perdue. Au lieu du ressort 20 représenté à la figure 2, servant de dis- positif de retenue, on pourrait aussi utiliser un ressort à lame sous la forme d'un ressort se détendant. Il faut simplement faire en sorte que l'axe du tube soit au moins approximativement au centre du trou foré et que l'écoulement de la colle de l'arrière vers l'avant ne soit pas empêché et, en outre, que le tube ne puisse pas être éjecté à l'extrémité du trou foré par la pression de la colle. Pour obtenir une liaison mécanique des ressorts 20 et et du tube 11, on peut prévoir dans la face latérale exté- rieure du tube un filetage 16 représenté seulement partiellement à la figure 1. Le boulon d'ancrage dormant représenté à la figure 4 comprend un tube 41 qui, à la différence du tube 11, est muni à l'extrémité 41b intérieure d'une ouverture 42 latérale en forme de flèche pour la colle à deux constituants. Afin de main- tenir l'extrémité 41b intérieure du tube 41 dans le trou foré , il est prévu dans ce mode de réalisation une agrafe 50 représentée d'une manière plus précise à la figure 6, qui est formée d'un tronçon 61 d'acier pour ressort dans lequel est découpée partiellement et recourbée une bande destinée à former un pied 62. L'extrémité 63 de ce pied 62 a la forme d'un crochet, 7 - 2478193 de sorte que le pied peut être fixé à l'intérieur du tube 41. En raison de la courbure du pied 62, les parties restantes du tronçon 61 élastique forment deux ailes 64 parallèles. A l'autre extrémité du tronçon 61 est découpée une bande corres- pondante de manière à ce que le tronçon 61 y forme également des ailes 65 parallèles qui correspondent aux ailes 64. Le tronçon 61 a une longueur telle que les ailes 64 et 65 s'éten- dent au-delà de la face extérieure du tube 41 sur à peu près la même longueur, de manière a s'ancrer dans la paroi du trou foré 10. Après que le pied 62 se soit accroché à l'extrémité in- térieure du tube 41, celui-ci est fermé au moins pour la plus grande partie par le pied 62 et par la partie médiane du tronçon 61 de sorte que, lorsque l'on engage le tube 41 dans le trou foré 10, il ne puisse pas pénétrer dans le tube des cailloux qui pourraient porter atteinte à la solidité de la colle à deux constituants. Le diamètre du trou foré 10 est choisi de manière à ce que, pour un agencement coaxial du tube 41 dans le trou foré 10, la section droite de l'intervalle annulaire compris entre la paroi du.trou foré et la face latérale extérieure du tube 41 soit au plus égale à la section droite de l'intérieur du tube 41. Grace à cela, on peut en choisissant une colle à deux cons- tituants qui a déjà une certaine viscosité à la sortie de l'ouverture 42, obtenir que le tube se centre dans le trou foré de lui-même, sous l'effet de la colle à deux constituants, même sans le moyen 30 de centrage en forme de ressort à boudin. Pour être sûr que les deux constituants de la colle ne se mélangent qu'à l'intérieur du tube 41,.il est prévugdans le mode de réalisation suivant la figure 4, le mélangeur 50,repré- senté en perspective à la figure 5, dans lequel le cylindre 54 creux est muni, à l'extrémité extérieure, d'une pièce 51 de raccordement en forme de disque, qui dépasse du pourtour exté- rieur du cylindre 54 creux de manière a former une bride 52 du côté frontal extérieur du tube 41, bride qui, par son appui sur le côté extérieur du tube 41, forme une butée empêchant le mé- langeur 50 de pénétrer davantage dans le tube 41. Cela a l'avan- tage qu'il suffit d'enfiler le mélangeur 50 dans le tube 41 et qu'il n'est pas besoin de l'y coller. La pièce 51 de'raccordement est munie dé deux ouvertures 8 2478193 53 tronconiques, s'amincissant en direction du cylindre 54 creux et y débouchant, qui sont destinées à recevoir les extré- mités de deux conduits 55 par lesquels on peut amener les deux constituants de la colle séparément l'un de l'autre à l'extré- mité extérieure du cylindre 54 creux. On est sûr ainsi que les deux constituants de la colle ne viennent en contact qu'à l'in- térieur du mélangeur 54. On évite de la sorte d'une manière certaine que les extrémités des conduits d'amenée ne se collent, puisque les deux constituants de la colle ne durcissent pas tant qu'ils sont séparés l'un de l'autre. 9 2478193 REENDICATIONS 1. Procédé pour étayer et/ou consolider les parois en roche, en rocher friable ou en terrain de cavités dans les cons- tructions souterraines, dans les mines et dans les tunnels, à l'aide de tubes qui sont fixés dans des trous forés à titre de boulons d'ancrage, caractérisé en ce qu'il consiste à forer un trou (10) dont le diamètre intérieur est plus grand que le dia- mètre extérieur du tube (il, 41), à engager le tube (11, 41) dams le trou (10) foré, et à l'y maintenir solidement par l'extrémité (llb, 41b) intérieure, puis à mettre une colle (B, X) à deux constituante dans le trou foré par le tube, jusqu'à ce que l'in- tervalle compris entre la paroi extérieure du tube et celle du trou foré soit empli, les deux constituants (B, K) de la colle étant mélangés au début (lla, 41a) du tube. 2. Dispositif pour exécuter le procédé suivant la re- vendication 1, caractérisé par un mélangeur (13, 50) statique, qui peut être enfilé dans le tube (11, 41) et qui, lorsque les deux constituants de la colle le traversent, les mélange l'un à l'autre. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le mélangeur (50) est muni d'au moins une butée en saillie du bord extérieur du tube (41). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la butée est formée par une pièce (51) de raccordement, qui est en saillie par rapport au bord extérieur du tube(41), qui ferme le mélangeur (50) vers l'extérieur et qui est munie de deux ouvertures (53) pour les extrémités de deux conduits (55) par lesquels les deux constituants (B, K) peuvent être amenés sépa- rément l'un de l'autre à l'extrémité extérieure du mélangeur (50). - 5. Dispositif pour exécuter le procédé suivant la reven- dication 1, caractérisé par une agrafe (60) qui a un pied (62) pouvant être fixé à l'extrémité (41b) intérieure du tube et au moins deux ailes (64, 65) asymétriques qui, en vue d'être retenues à la paroi du trou (10) foré, s'étendent au-delà de la paroi ex- térieure du tube (41). 6. Boulon d'ancrage pour des parois de cavités de cons- tructions souterraines de mines et de tunnels, caractérisé en ce que dans un trou (10) foré de la paroi de la cavité est fixé un tube (11, 41) dont le diamètre extérieur est plus petit que le diamètre intérieur du trou foré, à l'aide d'une matière plastique 2478193 - emplissant l'intérieur du tube et l'intervalle compris entre le tube et la paroi du trou foré. 7. Boulon d'ancrage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le tube (11, 41) est en une matière plastique renforcée par de la fibre de verre. 8. Boulon d'ancrage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, dans l'intervalle compris entre le tube (11) et la paroi du trou foré, sont disposées des en- tretoises (20, 30) afin de centrer le tube dans le trou foré. 9. Boulon d'ancrage suivant l'une des revendica- -tions 6 à 8, caractérisé en ce qu'à l'extrémité (11a, 41a) extérieure du tube (11, 41), il y a un mélangeur (13, 50) statique pour une colle (B, K) à deux constituants. 10. Boulon d'ancrage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le mélangeur (50) est muni d'une pièce (51) de raccordement en saillie à la manière d'une bride au- delà du bord extérieur du tube (41) et ayant deux ouvertures (53) pour le mélangeur.