Brevet FR2479322A1 — publié le 19811002

La présente invention concerne un dispositif d'ancrageet plus particulièrement un dispositif d'ancrage destiné à supporter une paroi en surplomb notamment dans une mine ou dtautres applications similaires. Les dispositifs d'ancrage connus désignés ci-apres simplement boulons d'ancrage, comprennent généralement une tige possédant des moyens d'ancrage disposés près d'une de ses extrémités, et par lesquels la tige peut être fixée dans un trou foré dans la roche ou similaire. Généralement, l'extrémité de la tige opposée aux moyens d'ancrage est équipée d'un élément support formant un épaulement qui pent prendre appui contre la roche lorsque la tige est fixée dans un trou foré dans la roche pour supporter effectivement la roche. Différents moyens jd'ancrage ont été utilisés pour fixer la tige d'un boulon d'ancrage dans un trou. Ces moyens comprennent généralement un dispositif de coincement comportant un élément en forme de coin, qui par de'placement, est expansible radialement de manière à pouvoir se coincer dans un trou de la Poche et ainsi fixer la tige dans le trou. Un but de l'invention est de fournir un boulon d'ancrage de construction relativement simple et qui peut être facilement et rapidement fixé dans un trou foré dans la roche. Le boulon d'ancrage selon l'invention comprend des moyens délimitant une chambre étanche aux fluides compor- tant au moins une partie de paroi expansible et des moyens d'introduction par lesquels un fluide sous pression peut être introduit dans la chambre. Les moyens définissant la chambre peuvent comprendre un corps creux allongé dont la chambre occupe au moins une partie de sa longueur. Les moyens d'introduction peuvent comprendre un passage ménagé dans le corps allongé et conduisant à la chambre. La boulon d'ancrage peut comporter, en outre, pres de 1 extrémité du corps allonge qui communique avec le passage précité, des moyens de raccordement auxquels peut être raccordé un système d'alimentation en fluide sous haute pression. Les moyens de raccordement peuvent comporter un clapet anti-retour pour empêcher, apres mise sous pression, toute fuite de fluide sous pression depuis la chambre délimitée par le corps allongé, De préférsnce, une extrémité de la chambre peut s'étendre au moins Jusqu'à l'extrémité du corps allongé oppose aux moyens de raccordement. Suivant une disposition particulière de l'invention, dans sa partie correspondant à la chambre précitée, le corps allongé peut avoir une section transversale plissée. Dans ce cas, avantageusement, la chambre peut s'étendre sensiblement sur toute la longueur du corps allongé. Pour un boulon d'ancrage destiné à un trou foré dansla roche ou similaire et ayant un axe polaire, la chambre peut avoir une partie de paroi qui est expansi- ble dans une direction transversale par rapport à l'axe polaire trou de maniere à pouvoir entrer en contact fermement avec la paroi intérieure du trou précité. Le bouchon d'ancrage peut, en outre, comporter un élément support constituant un épaulement s'étendant transversalement par rapport,au corps allongé pour prendre appui contre la face de la paroi entourant le trou dans lequel le corps allongé doit être fixez L'élé- ment support peut comprendre, d'une part, une rondelle montée librement sur le corps allongé par rapport auquel elle s'étend radialement et, d'autre part, un organe d'arrêt solidaire du corps et contre lequel la rondelle peut prendre appui et être ainsi rendue solidaire du corps. La rondelle peut être une coupelle avec sa face concave dirigée vers la chambre délimite par le corps allongé. Avantageusement, les moyens délimitant la chambre peuvent être en une matière déformable et notamment en acier doux. L'invention concerne aussi un procédé de fixation d'un boulon d'ancrage dans un trou fore' dans la roche ou similaire et ayant un axe polaire, procédé dans lequel le boulon ancrage comporte un corps allonge délimitant une chambre étanche aux fluides s'étendant sur au moins une partie de sa longueur et qui consiste à introduire le corps dans le trou foré dans la roche et à mettre la chambre sous pression de maniere telle puisse s'expanseur transversalement à l'axe polaire du trou jusqu'à sou contact avec la paroi interne du trou foré dans la roche, ce qui a pour effet de fixer le corps allongé dans le trou. Ce procédé peut aussi comprendre la mise sous pression de la chambre au moyen d'un fluide hydraulique sous pression. Le fluide hydraulique peut être une matière qui peut durcire après son injection dans la chambre pour rendre cette dernière rigide. Suivant une variante de mise en oeuvre de l'inven- tion, ce procédé peut aussi consister a' remplir la chambre avec une matière durcissable après mise sous pression et expansion de cette dernière, et â laisser cette matière durcire pour rendre la chambre rigide. De toute façon, l'invention sera bien comprise â l'aide de la description qui suit en référence au dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce boulon d'ancrage Figure 1 en est une vue de côté en élévation avec coupe partielle Figure 2 est une vue en coupe transversale de la chambre du boulon d'ancrage de figure 1 avant mise sous pression Figure 3 est une vue similaire à figure 2 après mise sous pression de la chambre du boulon d'ancrage Figure 4 est une vue de côté en élévation montrant le boulon d'ancrage de figure 1 après fixation dans un trou foré dans la roche. Comme le montre le dessin, le boulon d 'ancrage selon l'invention est designé d'une façon générale par la réfé- rence 10. Ce boulon d'ancrage 10 comprend un corps allongé 12 délimitant une chambre 14 étanche aux fluides, et qui s'étend sensiblement sur toute la longueur du corps allongé 12 Jusqu'à son extrémité 16. Un passage 18 conduit à la chambre 14 depuis l'extrémité 20 du corps allongé à laquelle est fixé un raccord 22 comuniquant avec le passage 18. Le raccord 22 est agencé pour recevoir un dispositif d'alimentation en fluide hydraulique sous haute pression, tel qu'un conduit provenant d'une pompe haute pression, de telle sorte qu'un fluide hydraulique sous pression peut être introduit dans la chambre 14. La partie du corps allongé 12 délimitant la chambre 14 possède une section transversale plissée, comme montré sur la figure 2, et une pièce d'extrémité 24 est fixée dans l'extrémité 16 du corps 12 pour la fermer de manière étanche. Cette partie plissée du corps 12 est agencé. pour pouvoirdexpanser radialement depuis l'ase du corps 12 lorsque la chambre 14 est mise sous pression, comme indiqué ci-après. L'extrémité 20 dueorps allongé 12 porte en outre une coupelle 26 formant un épaulement 28 s'étendant radialement par rapport au corps 12. Une butée conique 30 est fixée au corps 12 et constitue une butée d'arrêt pour la coupelle 26 dans le but indiqué ci-après. Pour fixer le boulon d'ancrage 10 dans un trou 32 fore dans la roche 34, le corps allongé 12 est introduit dans le trou de manière que l'épaulement 28 formé par la coupelle 26 prenne appui contre la roche 34 entourant le trou 32. Le raccord 22 est relie à un dispositif d'alimentation de fluide sous haute pression (non représenté sur le dessin) et la chambre est mise sous pression par introduction d'un fluide hydraulique à travers le raccord 22 et le passage 18. I1 résulte de la pression a' laquelle est soumise la chambre 14 que sa paroi plissée 36 s'expanse radialement depuis l'axe de la chambre. Cette expansion se poursuit jusqu'à ce que la paroi 36 entre en contact avec la paroi interne du trou 32 fore dans la roche 34. De cette manière, le corps allongé 12 est fixé a' l1înté- rieur du trou 32 et le boulon d'ancrage 10 est ainsi positionné de manière à supporter la roche qui peut être notamment une paroi en surplomb ou un toit dans une mine ou similaire. I1 faut comprendre que 1'expansion du corps 12 réside principalement dans la dEformation de la paroi 36 de la chambre. Depuis sa configuration plissée jusqu'à une configuration sensiblement cylindrique. En conséquence, la paroi 36 n'est pas da tout sous tension et garde sa résistance mécanique à cet effet La déformation élastique de la paroi est aussi assurée par cette configuration. Cependant, on comprendra qu'une tension réelle de la paroi de la chambre pourrait se produire dans la pratique si les boulons d'ancrage 10 étaient fixés dans des trous ayant un diamètre supérieur au diamètre d'un boulon déplissé par expansion, mais ceci ne doit pas être envisa- gé lors de l'utilisation des boulons 10. En appliquant la pression maximale dans la chambre 14, sa paroi 36 épousera fidèlement la paroi du trou 32 de la roche 34 dans laquelle le corps 12 est introduit. Des irrégularités dans la paroi du trou, telles que des fentes, fissures, indentations ou similaires, seront épousées et remplies jusqu'à une certaine limite par la paroi 36 de la chambre et de cette manière on est assuré de la fixation correcte et permanente du boulon d'ancrage 10. Le diamètre du corps 12 d'un boulon 10 dépend du diamètre d'un trou dans lequel le boulon doit être fixé. On comprend qu'avant utilisation, le diamètre du boulon 10 sera inférieur à celui de trou dans lequel il doit être placé et que la différence des diamètres sera déterminée par le profil exact de la section transversale plissée de la chambre qui définit ses capacités d'expansion et les possibilités de contact de la paroi 36 de la chambre avec la paroi intérieure d'un trou. Le rapport entre le diamètre extérieur du corps 12 avant et après expansion peut être de l'ordre de 1/2 et de préférence il est approxiaativement de 1/1,6.On peut obtenir toute qualité de contact recherchée entre la paroi de la chambre et la paroi intérieure d'un trou par un choix convenable du profil plissé de la paroi de la chambre et son épaisseur. Un bsir d'ancrage 10 peut alors être utilisé pour des parois en surplomb ayant des caractères différents de rigidité et de fragilité. On comprend en outre que les propriétés d'un boulon d'ancrage 10 peuvent varier en fonction de la longueur de la chambre 14 dans le corps 12 du boulon; Cette chambre 14 peut s'étendre sur toute la longueur du corps du boulon 12 ou sur une ou plusieurs parties requises du boulon 12 selon les conditions particulières d'utilisation du boulon. Dans le cas où la poche présente des fentes ou fissures, la configuration en coupelle de l'épaulement 26 procure une tenue efficace de la roche, les goussets 30 assurant une retenue suffisante de la coupelle 28 et, par conséquent, de l'épaulement 26 lorsque le boulon 10 est soumis à une tension par suite de telles fissures ou fentes. Le corps allonge 12 du boulon d'ancrage 10 est de préférence en une matière déformable telle que de l'acier doux. Grâce à cette disposition, la chambre 14 ne se rétracte pas après mise sous pression et, an conséquence, le boulon 10 n'est pas libéré. A des fins de sécurité, un clapet anti-retour 8 peut être incorporé au raccord 22 de telle sorte que la pression peut être maintenue dans la chambre après mise sous pression. Suivant une variante, pour prévenir toute rétraction possible de la chambre, une matière durcissable peut être injectée dans la chambre après mise sous pression, matière qui peut alors durcir à l'intérieur de la chambre et la rendre rigide. Suivant une forme d'exécution pariculièr e de l'invention, la matière durcissable peut constituer le fluide hydraulique a l'aide duquel la chambre est mise sous pression. Cependant, un fluide hyuraulique tel que de l'eau ou de l'huile peut couramment être utilisé pour la mise sous pression de la chambre 14. On comprendra que diverses autres formes d'exécution peuvent être envisagées sans sortir du domaine de cite invention. On peut par exemple prévoir une forme d'vexé cution dans laquelle le corps allongé comprend un tube élastique intérieur qui peut être mis sous pression et qui est entouré par une partie tubulaire en métal qui peut s'expanseur sous l'effet de la pression régnant a l'intE- rieur du tube jusqu'à entrer en contact avec la paroi cylindrique d'un trou foré dans la roche. La partie tubu- lairepeut présenter.diverses formes et notamment celle d'une cage ou une forme dans laquelle la partie tubulaire est divisée en deux ou plusieurs segments par des fentes longitudinales ou similaires. Le boulon d'ancrage 10 pent rapidement et facilement être fixé de la manière qui vient d'être décrite. Le contact entre le boulon 10 et la paroi intérieure d'un trou peut en outre s'étendre sur toute la longueur du boulon et puisque des pressions extrêmes peuvent lui être appliquées, on est assuré d'une fixation correcte et permanente d'un boulon 10 et le risque de décrochement de tels boulons est en conséquence très réduit. La fixa- tion des boulons 10 sur toute la longueur des trous forés dans la roche présente aussi l'avantage que le cisaille- ment des boulons sur toute leur longueur par suite du mouvement de la roche ne les rend pas forcément inefficaces et les forces de contact du boulon dans la roche peuvent être en conséquence aussi nettement réduites si nécessaire. - REVENDICATIONS 1. - Boulon d'ancrage caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) délimitant une chambre (14) étanche aux fluides ayant au moins une partie de paroi expansible et des moyens dtintroduction par lesquels un fluide sous pression peut être introduit dans la chambre. 2. - Boulon d'ancrage selon la revendication i, ca ractérisé en ce que les moyens délimitant la chambre comprennent un corps creux allongé 2)dans lequel la chambre(14) occupe au moins une partie de sa longueur. 3. - Boulon d'ancrage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens dtintroduction comprennent un passage (18) ménagé dans le corps allongé (12) et conduisant à la chambre (14). 4. - Boulon d'ancrage selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de raccordement (22) disposés près de l'une des extrémités du corps allongé (12), qui comi'niquent avec le passage (18) et auquel peut être raccordé un dispositif d'alimentation en fluide sous haute pression. 5. - Boulon d'ancrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de raccordement (22) comportent un clapet anti-retour (38) pour empêcher, après mise sous pression, toute fuite du fluide sous pression depuis la chambre (14) délimitée par le corps allongé (12). 6. - Boulon d'ancrage selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que l'une des extrémités de la chambre (14) s'étend au moins jusqu'à l'est trémité (16) du corps allongé (12) opposée aux moyens de raccordement (22). 7. - Boulon d'ancrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 6*, caractérisé en ce que dans la partie correspondant à la chambre précitée (14), le corps allongé (12) présente une section transversale plissée. 8. - Boulon d'ancrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la chambre (14) s'étend sensiblement sur toute la longueur du corps allongé (12). 9. - Boulon d'ancrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 8 utilisable dans un trou ayant un axe polaire et foré dans la roche on similaire, caracté- risé en ce que la chambre (14) pré-sente une partie do paroi qui est expansible dans une direction transversale par rapport à l'axe polaire d'un trou de matière a pouvoir entrer on contact fermement avec la paroi intérieure du trou précité. 10. - Boulon d' ancrage selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un élément support (26) constitué par un épaulement (28) s'étendant transversalement par rapport au corps allongé de manière à pouvoir prendre appui contre la surface d'une paroi entourant un trou dans lequel le corps allongé doit être fixé 11. - Boulon d'ancrage selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément support comprend une rondelle montée librement sur le corps allongé (12) et s'étendant radialement par rapport audit corps et un organe d'arrêt (30) solidaire du corps (12) et contre lequel la rondelle (26) peut prendre appui pour être ainsi rendue solidaire du corps (12). 12. - Boulon d'ancrage selon la revendication 11, caractérisé en ce que la rondelle (26) se présente sous la forme d'une coupelle avec sa face concave dirigée en direction de la chambre (14) précitée du corps allongé (12). 13. - Boulon d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les Moyens délimitant la chambre (12) sont en une matière déforeable. 14. - Boulon d'ancrage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens délimitant la chambre (12) sont en acier doux. 15. - Procédé de fixation d'un boulon d'ancrage dans un trou possédant un axe polaire, foré dans la roche ou similaire et dans lequel le boulon d'ancrage comporte un corps allongé (12) délimitant une chambre étanche aux fluides s'étendant sur au moins une partie de sa longueur, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le corps (12) dans un trou foré dans la roche et à mettre sous pression la chambre (14) de manière qu'elle puisse s'expanser trans versalenent à l'axe polaire du trou Jusqu'à être en contact avec la paroi interne du trou foré dans la roche, ce qui a pour effet de fixer le corps allongé (12) dans le trou. 16. - Procédé selon la revendication 15, caractérisé an ce qu'il comprend la mise sous pression de la chambre (14) ménagée à l'intérieur du corps t12) à l'aide d'un fluide hydraulique sous pression. 17. - Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le fluide hydraulique est en une matière qui peut durcire après son injection dans la chambre pour rendre cette dernière rigide. 18. - Procédé selon la revendication 15 ou la revendication 16, caractérisé en ce qu'il consiste à remplir la chambre (14) avec une matière durcissable après mise sous pression et expansion de cette dernière et à laisser cette matière durcir pour rendre la chambre (14) rigide.