Brevet FR2491994A1 — publié le 19820416

Procédé de scellement de boulons d'ancrage dans des terrains au moyen d'un bloc de colle thermofusible chauffé in situ La présente invention concerne la technique de scellement, dans les galeries de mineset ouvrages analogues, de tiges ou boulons d'ancrage, à l'aide d'une colle thermofusible dont on provoque la fusion in situ. On utilise actuellement des cartouches de scellement plus ou moins complexes, mais contenant deux types principaux de charges - les charges de scellement à base de matériaux thermodurcissables tels que : résines polyesters insaturés, résines polyuréthannes, résines époxydes, etc. - et les charges de scellement à base de matériaux inorganiques, notamment à base de liants hydrauliques, ciments, plate anhydrite, etc. De telles charges présentent certains inconvénients, par exemple défaut d'élasticité du scellement, problème du retrait, problème de la qualité du scellement (en particulier si la roche comporte des fissures : avec les cartouches actuelles, ou bien les fissures ne sont pas suffisamment remplies, et la qualité du scellement s'en ressent, ou bien les fissures sont trop remplies, ce qui conduit à une perte de la charge dans ces fissures). De plus, étant donné qu'il est nécessaire d'utiliser une cartouche contenant les divers constituants de la charge, la fabrication est longue et ondreuse, tandis que, en raison de la nature de la charge elle-meme, on retrouve au moment de l'emploi des problemes de toxicité (solvants), de risque d'inflammation, de désagrément d'emploi (obligation de mouiller certaines charges inorganiques avant l'emploi, défaut de rigidité de certaines cartouches). La demanderesse-a maintenant découvert que, de manière surprenante, on pouvait utiliser comme charge de scellement un bloc de matière thermofusible que l'on introduit au fond du trou, avant de lui fournir la quantité de chaleur nécessaire à sa fusion, après quoi on le laisse durcir à nouveau autour de la tige à sceller que l'on a introduite. On s'est en effet aperçu que le scellement obtenu conservait une certaine élasticité, ce qui est essentiel dans l'application envisagée; présentait un retrait à peu près nul, contrairement aux charges actuelles; et colmatait les fissures de la roche dans la proportion juste convenable : en effet, la colle thermofusible va pénétrer dans la fissure lorsqu'elle sera à l'état liquide, mais se solidifiera assez vite pour ne pas pénétrer trop dans ladite fissure. On évite ainsi les pertes, ou l'inconvénient contraire d'une trop faible pénétration dans la fissure. Les colles thermofusibles, ou "HOT MELT", sont connues maintenant depuis environ 20 ans. On les a préconisées dans l'application envisagée, mais à l'état liquide, c'est-à-dire que l'on introduisait la colle thermofusible à l'état liquéfié, directement au fond du trou, par un tube chauffé en général électriquement. Il existe des publications assez nombreuses dans ce domaine, et l'on citera notamment la DAS 1.116.619, le brevet français nO 1.285.087 et le brevet français n" 1.253.773. Cette technique nécessite d'une part un appareillage motteux et compliqué, d'emploi mal aisé au fond de la mine, et de plus il se produit une certaine solidification de la colle thermofusible avant l'introduction de la tige, ce qui peut poser des problèmes, tandis que le colmatage des fissures n'est pas toujours adéquat, en fonction du caractère liquide du produit injecté, et en fonction de la pression élevée que l'on doit appliquer, ce qui conduit en général à des pertes de produit inutiles dans les fissures. Selon l'invention, on a mis au point un procéde permettant d'utiliser directement la colle thermofusible solide au fond du trou, la chaleur nécessaire à sa fusion étant apportée in situ par la rotation de la tige elle-meme. Ainsi, dans le procédé selon l'invention, on utilise des blocs cylindriques de colle thermofusible appropriée, on les place en position au fond du trou, où ils peuvent séjourner un certain temps sans inconvenient, ce qui n1 est pas le cas avec le procédé antérieur , après quoi on fait pénétrer la tige à sceller, en rotation à vitesse élevée, jusqu'au fond de la charge, la rotation vive imprimée à la tige provoquant au fur et à mesure de l'avancement de celle-ci dans la masse la fusion de la colle thermofusible, laquelle est ainsi amenée progressivement à combler les fissures, entourer la tige, puis durcir sur place lorsque la rotation de la tige est achevée. On notera que, par le procédé selon l'invention, il n'existe pas de risque de voir la tige bloquée par un durcissement prématuré de la charge, avant d'atteindre le fond du trou en raison du fait que plus la rotation est vive, plus la fusion est rapide. Ainsi, on est toujours certain avec le procédé de l'invention de parvenir à enfoncer complètement la tige dans le trou. Au contraire, dans les procédés antérieurs, la tige pouvait etre bloquée par un durcissement prématuré de la charge, ce qui obligeait ensuite à scier la partie de la tige dépassant du trouez sans compter que la qualité et la résistance mécanique du scellement étaient évidemment très affectées. Un autre avantage important du procédé selon l'invention est que l'on peut choisir des espaces annulaires entre la tige et la paroi de roche plus faibles qu'avec les procédés antérieurs, en raison des caractéristiques particulières de pénétration de la tige dans la charge, pénétration qui est, comme nous l'avons vu ci-dessus, beaucoup plus facile que dans les procédés antérieurs. Le fait de réduire la dimension de cet espace annulaire est capital si l'on considère le prix du scellement pour l'utilisateur. Le procédé selon l'invention est applicable à l'aide de colles thermofusibles appartenant à diverses classes chimiques - eopolymeres e-thylene/ acetate de vinyle - polyamides - polyesters - polyoléfines. Les meilleurs résultats ont été obtenus à l'aide d'une colle thermofusible commercialisée par la Société Adhésifs et Insonorisants Modernes (S.A.I.M.) de Cosne-sur-Loire (France) sous le nom de marque "DYW1FUS 669". I1 s'agit d'une colle fusible à base de copolymères éthylène/acétate de vinyle (E.V.A.). Sa densité à 200C est de 0,94; sa viscosité à 1800C est de 100 à 120 poises, et son indice de fusion à 1250C est de 140 à 180. Le procédé selon l'invention peut etre utilisé dans toute nature de roches, et à l'aida du matériel de scellement habituellement utilisé (tiges métalliques, ou tiges en plastique polyester ou époxy renforcé de fibres de verre, voir meme tiges en bois, etc.). Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE 1 Essai ~ de boulon nage au laboratoire Cet essai a pour but de vérifier la qualité du scellement. On utilise un tube PEHD (polyéthylène haute densité) de diamètre intérieur 28 mm. On introduit trois charges (diamètre 25 mm, longueur 300 mm), à l'état solide, à base de DYNAFUS 669. La tige métallique que l'on introduit ensuite présente un diamètre de 20 mm, et est une tige crénelée de longueur 2,20 m (tige "WEMA"). On a utilisé une perforatrice pneumatique type NEUDON 860 P (7 bars), qui permet d'atteindre 800-1000 tr/min, et une glissière type MONTABERT de poussée 90 kg. Dans les conditions ci-dessus, la tige en rotation met environ 2 min pour atteindre la profondeur de 2 m. On observe ensuite la qualité du scellement par découpage de la paroi latérale du tube PEHD, ce qui met à nu ledit scellement. Après 30 min, on constate un gainage homogène de la tige dans le tube plastique. EXEMPLE 2 Essai d'arrachement au vérin I1 s'agit également d'un essai de laboratoire, qui conduit cette fois à une mesure quantitative. Au lieu du tube de plastique, on utilise un tube métallique de diamètre 28/34 mm et de longueur 1 m, présentant à la sortie une plaque pour l'assise du vérin. La tige est, comme dans l'exemple précédent, une tige "WENN" de diamètre 20 mm, crénelée, de longueur 1,15 m seulement. On utilise deux cartouches à base de DYNAFUS 669 (diamètre 25 mm; longueur 300 mm). La pose est effectuée au moyen d'une perforatrice pneumatique MEUDON 860 P (7 bars); la poussée est de 50 kg. La tige met environ 3 min pour pénétrer au travers des deux cartouches, à la vitesse d'environ 950 tr/min. On effectue un essai de traction 24 h après la pose de la tige, au moyen d'un vérin creux hydraulique. Les résultats de cet essai sont rassemblés dans le tableau ci-dessous. Dans ce tableau, on a représenté le pourcentage d'allongement (qui est dû en fait, dans une proportion inconnue, non seulement à l'allongement de la tige, mais aussi à un certain glissement de la tige par rapport à la charge) de la tige par rapport à sa longueur initiale, en fonction de la charge d'arrachement appliquée. Essai de traction 24 h après la pose au moyen d'un vérin creux hydraulique Charge d'arrachement #L/L ," > L/L = allongement + glissement (kg) (%) 4275 1% 6840 2% 8200 5% 9400 9,4% 10260 18% L'essai a dû etre abandonné vers 11.000 kg, le tube métallique étant alors soumis à une trop forte contrainte de torsion. On voit donc que les résultats obtenus avec ce type de charge sont tout à fait surprenants. EXEMPLES 3 à 8 On a opéré dans cet exemple comme dans l'exemple 1, en utilisant cependant des colles thermofusibles de nature différente. On trouvera dans le tableau annexé les références et caractéristiques essentielles de ces résines, ainsi que les résultats obtenus. On voit que tous les résultats obtenus sont comparables à celui obtenu dans l'exemple 1 ci-dessus. Aucun problème de durée de vie n'a été rencontré, ce qui est un avantage déterminant pour l'homme du métier. D'autre part, plusieurs semaines après la pose de la tige, le scellement présentait toujours une élasticité remarquable, alors que cette caractéristique fait défaut dans les charges polyester et ciment couramment utilisées. I1 est à noter également que l'on a pu réaliser en laboratoire de petits scellements de 2 à 100 cm, mais que, bien entendu, l'invention peut également Entre utilisée pour tous les travaux publics, par exemple pour des longueurs pouvant titre comprises entre 1 et 5 m. La composition du "Rot Melt" pourra etre modifiée d'une manière connue par des fibres de verre, en particulier, ou encore des charges minérales comme la craie, le kaolin, des microsphères, de la poudre d'aluminium, etc. Les caractéristiques apportées par ces diverses charges aux colles thermofusibles sont connues de l'homme du métier. I1 faut cependant noter que certaines charges, notamment les charges minérales, permettent, en augmentant le frottement sur la tige, d'exacerber le dégagement de chaleur.Cependant, il faut veiller à ne pas introduire trop de charges qui pourraient fragiliser la colle thermofusible, et donc abaisser son point de ramollissement jusqu'à une valeur qui pourrait devenir incompatible avec la température élevée qui rè-gne dans les mines et qui peut etre de l'ordre de 400C. Cela est d'ailleurs sans doute l'une des raisons pour lesquelles, bien qu'elle fussent connues depuis 20 ans, et bien que l'on en connaisse des applications dans le scellement des tiges et boulons d'ancrage, à l'état chauffé et liquéfié, on n'avait pas songé à les employer à l'état solide, malgré les avantages manifestes que l'on obtent, et qui sont d'ailleurs en eux-mtmes surprenants, notamment si l'on considère la résistance à l'arrachement. T A B L E A U I 3LI K pe Résultats de 1-6 0 Q ç u ato COLLE TRERbFUSIBLE "TERLAN" vi w w w Réf. Nature Point de Viscosité Rjtation ualite du ramoîlisement E oises) cellesrent 079 EVA. 71 - 820 C 53 à 1900 C Smn lOs I -a)' 6300 Polyester 138 O 1460 C O 1820000 o, v Q rld m voi o cr, ri 16 Polyoîéfine 70 O O 35 à 1200 O 4mn SOs o -a) - î:I = i 3 oS Fi I u e = 533 E.V.A. E 1000 a I800C 3 mn 10e o : u,, (V3 VI W I o sv cc O m U, I 4000 m 4 F3 D o ,a) Ei inti O SK 600 polyamide 142 Oc; a | S i Si R s 5i X ; É vi O &verbar; E S X X 8 r wi oo o si o; o g! Y oN i e in e N uY.i Mi Y= (1) temps pour atteindre le fond du trou. (2) point de fusion * Pour ces deux produits, la qualité du scellement est inférieure car la ceinture reste un peu trop molle. REVENDICATIONS 1. Procédé de scellement de tiges et boulons d'ancrage dans des galeries de mines et ouvrages analogues, caractérisé en ce que l'on place au fond du trou une ou plusieurs charges, de dimensions adaptées, consistant essentiellement en une colle thermofusible, en ce que l'on fait ensuite pénétrer dans le trou la tige à sceller, animée-d'un mouvementde rotation suffisamment rapide pour provoquer, lorsque ladite tige arrive au contact de ladite colle thermofusible, et pénètre dans lesdites charges, la fusion de la colle thermofusible par échauffement dû à la rotation de la tige, et en ce que, après pénétration de la tige jusqu'au fond du trou, on laisse la colle thermofusible liquéfiée se resolidifier pour sceller la tige. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de rotation de la tige est comprise entre 800 et 1500 tr/min. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme colle thermofusible un produit choisi parmi les suivants - copolymères éthylène/acétate de vinyle; - polyamides; - polyesters; - polyoléfines; 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la tige à sceller est une tige métallique, en matière plastique éventuellement chargée, ou en bois. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que la colle thermofusible utilisée est un copolymère éthylène/acetate de vinyle, dont la densité à 20dC est de 0,94, la viscosité à 1800C est de 100 à 120 poises, et l'indice de fusion à 1250C est de 140 à 180. 6. Application du procédé selon l'une quelconque des revendication s 1 à 5 aux petits scellements de profondeur 2 à 100 cm, et aux scellements importants pour travaux publics de profondeur 100 à 500 cm. 7. Chargas cylindriques de colle thermofusible telles que définiesà la revendication 3 ou 5, adaptées à l'application selon la revendication 6, notamment charges de dimensions : diamètre 25 mm; longueur 300 mm.