Brevet FR2545151A1 — publié le 19841102

La présente invention concerne un procédé de boulon- nage de roche, suivant lequel on introduit un agent de cimen- tation dans un forage ménagé dans la roche, puis on fixe un boulon ou équivalent dans le forage pour supporter la roche. Il est déjà connu d'opérer le boulonnage de roche en introduisant du béton dans le forage et en posant ensuite un boulon dans ce dernier Attendu que le durcissement du béton est relativement lent, il faut fixer le boulon dans le forage par quelque moyen mécanique jusqu'à ce que le béton ait suffisamment durci pour maintenir le boulon dans le trou. D'autre part, il n'est pas possible, par ce procédé, de précontraindre le boulon en vue d'assurer un support préli- minaire, parce que le boulon fixé par méthode mécanique selon la technique antérieure ne peut guère supporter une charge supérieure à celle de son propre poids. D'après le brevet SW 395 504, il est connu d'intro- duire dans le forage, d'abord du béton à prise relativement rapide, puis du béton ordinaire, après quoi on pose le boulon en place Selon cette méthode, le béton à prise rapide fixe rapidement l'extrémité du boulon dans la roche, de sorte que l'extrémité supérieure du boulon se trouve relativement vite ancrée dans le forage et qu'il est possible de fixer par serrage une rondelle et un écrou sur l'extrémité du bou- lon pour supporter provisoirement la roche jusqu'à ce que le reste du béton durcisse. Un inconvénient de cette méthode réside en ce qu'on ne peut préparer le béton à prise rapide que pour un ou deux forages à la fois Lorsqu'on le prépare en plus grande quan- tité, le béton à prise rapide-durcit à l'excès avant qu'on ne puisse l'utiliser Pour cette raison, on ne peut mécaniser cette méthode Le matériel assurant l'amenée du béton à prise rapide devient inutilisable en un temps bref parce que le béton en cours de durcissement intercepte la canalisation et la pompe d'alimentation De plus, la prise d'un tel béton est néanmoins trop lente pour permettre de précontraindre le boulon dès sa pose. 2545151. D'après ledit brevet suédois, il est aussi connu de poser un boulon en introduisant d'abord au fond du forage une capsule qui contient un acélérateur pour le béton et des billes, et en faisant ensuite arriver du béton ordinaire dans le forage Selon cette méthode, on utilise des boulons spéciaux à pointe effilée Lorsqu'on insère le béton dans le trou et qu'on le fait tourner, il concasse l'accélérateur pour former un mélange de béton à prise rapide Simultanément, quand le boulon pénètre entre lés billes son extrémité supé- rieure se trouve fixée par pression, de sorte qu'il demeure dans le trou jusqu'à ce que le mélange à prise plus rapide se soit solidifié, après quoi on peut préserrer le boulon. Cette méthode a pour inconvénient d'exiger des capsules accélérateurbilles spéciales, qu'on ne peut utiliser d'autre manière, ainsi qu'un boulon à pointe effilée spécial, ce qui entraîne des frais de fabrication inutilement élevés. Un autre inconvénient de cette méthode est que, s'il faut appliquer une plus grande force de préserrage, on ne peut augmenter le nombre de capsules d'accélérateur afin d'augmen- ter la quantité de mélange à prise rapide, parce qu'on obtiendrait ainsi un mélange de béton à prise très rapide qui serait relativement fragile et aurait un pouvoir de support de charge inférieur à celui d'un mélange de béton durci au moyen d'une quantité d'accélérateur moindre. D'après ledit brevet suédois, il est en outre connu d'opérer un boulonnage au béton-ciment en envoyant au fond du forage une seule capsule en deux parties, dont une partie contient un agent de cimentation et l'autre partie un agent accélérateur, de sorte que lorsqu'on pousse le boulon dans le trou et qu'on le fait tourner, les agents se mélangent ensemble pour former un mélange à prise rapide et fixent rapidement la pointe du boulon au fond du forage, après quoi on peut serrer le boulon en vue de supporter la roche Un inconvénient de cette méthode est que le reste du boulon demeure non protégé et que, à la longue, sa résistance méca- nique se dégrade sous l'effet de la corrosion D'autre part, les diverses fissures de la roche et la partie principale du boulon ne sont pas cimentées, de sorte que toute la charge repose sur le seul tronçon de pointe du boulon, ce qui aug- mente le risque d'endommagement sous l'effet de la corrosion. D'après le brevet DT 26 56 180, il est connu d'intro- duire des capsules à deux éléments dans le forage en vue de cimenter la totalité du boulon au moyen des capsules, de sorte que le boulon, lorsqu'on l'enfonce dans le forage, écrase les capsules et mélange un agent de cimentation à prise rapide (usuellement résine) sur toute sa propre lon- gueur, ce qui permet de cimenter rapidement le boulon sur toute sa longueur et d'opérer le serrage du boulon presque immédiatement après l'insertion de ce dernier Cette méthode a pour inconvénient que de telles capsules à deux éléments sont très onéreuses et que, par conséquent, le coût du bou- 1.5 lonnage à la résine-ciment est remarquablement élevé par rapport à celui du boulonnage cimenté au béton D'autre part, on ne peut utiliser la méthode pour la pose de longs boulons parce que l'agent de cimentation des capsules écrasées les premières durcirait avant l'insertion totale du boulon dans le forage. Un objet de l'invention est de proposer un procédé de boulonnage cimenté qui permette de fixer rapidement dans le forage le tronçon de pointe du boulon sur la longueur voulue pour qu'on puisse serrer préalablement le boulon en vue d'obtenir un bon support provisoire, tout en maintenannt le coût du boulonnage cimenté aussi faible que possible; Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé qu'on puisse mécaniser en vue de faciliter le bou- lonnage et de réduire encore les frais Encore un objet de l'invention est de proposer un procédé qui permette de tirer parti des avantages d'un agent de cimentation à prise rapide même lors de la pose-de longs boulons. Suivant l'invention, on atteint ce but en utilisant, pour fixer le tronçon de pointe du boulon, des capsules contenant un agent à prise rapide à deux constituants, une ou plusieurs de ces capsules étant introduites au fond du forage, et en remplissant la partie voulue du reste du forage avec du béton ordinaire à prise lente ou avec tout autre agent de cimentation et/ou agent inhibiteur de corrosion approprié, de sorte que, lors de l'insertion du boulon dans le forage, les capsules à deux constituants se mélangent à un agent de cimentation à prise rapide et fixent la pointe du boulon et que le béton ou équivalent durcit à la longue moins rapidement fixant le reste du boulon et protégeant ce dernier contre les effets de la corrosion. Plus particulièrement, l'invention est caractérisée en ce qu'on introduit un certain nombre de capsules, choisi- selon les besoins, au fond du forage, les capsules contenant de préférence un agent de cimentation à deux constituants qui durcit rapidement quand les constituants se mélangent ensemble,et en ce qu'on introduit un agent classique de cimen- tation à prise lente et/ou de protection du boulon contre la corrosion dans le tronçon restant éventuel du forage au moyen d'un tuyau d'alimentation connu en soi. Par ce procédé, il est possible, en choisissant le nombre de capsules à deux constituants d'après le risque d'effondrement et la désagrégation de la roche, de conférer au boulon une résistance à la charge suffisante, de sorte que, dans une roche massive, il est possible d'utiliser une seule capsule à deux constituants et que, dans une roche désagrégée et éventuellement dans le cas de risque d'effon- drement, lorsqu'on utilise des boulons plus courts, il est possible de prévoir de la résine sur toute la longueur du boulon De cette manière, il est possible de n'utiliser qu'un minimum d'agent de cimentation à deux constituants onéreux sans porter atteinte à la sécurité ni à la résistance mécani- que de l'ensemble de la cimentation et d'assurer la cimenta- tion au moye:zu par exemple, de béton peu onéreux Selon ce procédé, il est aussi possible d'utiliser des boulons ordi- naires à pointe mousse peu coûteux ou diverses simples tiges d'acier pour béton munies de disques de support, dont le prix de revient est encore inférieur à celui de boulon. Ce procédé peut aussi être mécanisé de manière simple, parce qu aucun durcissement prématuré de l'agent de cimenta- tion rapide n'intervient dans le matériel et que 1 tagent de cimentation rapide ne se forme pas avant l'introduction dans le forage, o son durcissement est souhaitable. Outre le procédé, la présente invention concerne aussi un matériel pour la mise en oeuvre du procédé, ce matériel comprenant un tuyau d'alimentation pour l'amenée d'un agent de cimentation à l'intérieur d'un forage, et des moyens pour le déplacement du tuyau d'alimenta- tion jusqu'à l'intérieur du forage, un guide pour le déplacement d'une ou de plusieurs capsules depuis un poste de chargement jusqu'à l'intérieur du forage, un moyen pour le déplacement axial à va-et-vient du guide, un moyen pour le déplacement de la capsule ou des capsules le long du guide, et un ajutage, à placer au débouché du forage, à tra- vers lequel tant le guide que le tuyau d'alimentation peuvent être introduits alternativement dans le forage. Grâce à ce matériel, on obtient les avantages mentionnés à propos du procédé au moyen d'une structure simple. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la-forme de réalisation illus- trée à titre d'exemple sur les dessins annexés, sur lesquels: Figure 1 est une vue latérale, partiellement en coupe axiale, d'un matériel suivant l'invention, et Figures 2 A à 2 F sont des représentations schémati- ques de différents stades de fonctionnement du matériel représenté sur la figure 1. Le matériel représenté sur la figure 1 des dessins comporte un dispositif d'alimentation 1 pour l'amenée du béton servant d'agent de cimentation et un dispositif d'ali- mentation 2 pour l'amende de capsules à deux constituants. Le dispositif 1 d'alimentation en béton comprend un 2545151. dispositif 4 de déplacement d'un tuyau d'alimentation 5. Le dispositif de déplacement est supporté par le bâti 3 du matériel de boulonnage Le tuyau d'alimentation 5 est suppor- té par une poutre-guide 6 avec liberté de mouvement axial. Un guide tubulaire 7 prolonge le dispositif d'alimentation et un tuyauguide 8 est monté sur ce guide avec liberté de coulissement axial et se termine en biais à c 8 té d'un ajutage 9 Pour déplacer axialement le tuyau-guide, il est prévu un dispositif de manoeuvre 10, agissant par l'intermédiaire d'un câble ou analogue, qui est déplaçable au moyen d'un vérin hydraulique, contourne des poulies et est fixé en Il au tuyau-guide 8. Du béton 12 est envoyé dans le tuyau d'alimentation au moyen d'une pompe 13. Le dispositif 2 d'alimentation en capsules à deux constituants comprend un tuyau d'alimentation 14 formant guide, dont l'extrémité pénètre dans l'extrémité inférieure de l'ajutage 9 et peut être déplacée axialement dans celui- ci De plus, le dispositif est muni d'un mécanisme de dépla- cement 22 destiné à déplacer le tuyau d'alimentation 14 axialement à travers l'alésage 9, le tuyau étant à cette fin de préférence coaxial à l'alésage Le mécanisme de dépla- cement peut être, par exemple, semblable au dispositif de manoeuvre 10, ou être tout autre mécanisme approprié A son autre extrémité, le tuyau 14 est fixé à un poste de charge- ment 15 destiné à introduire les capsules-à deux consti- tuants 16, par exemple une à une, dans le tuyau d'alimenta- tion 14 Ce tuyau d'alimentation est relié à un dispositif d'entraînement 17 mécanique, pneumatique ou autre pour l'amenée des capsules à travers le tuyau d'alimentation dans un forage 20 Dans la forme de réalisation de la figure 1, une prise d'eau du dispositif entraîneur 17 est indiquée par une flèche La prise d'eau ainsi indiquée n'est pas toujours nécessaire, mais elle peut servir de diverses manières Par exemple, la ou les capsules 16 peuvent être amenées dans le forage au moyen d'eau, auquel cas l'eau pousse la capsule vers l'avant dans le tuyau d'alimentation 254551, jusqu'à ce qu'elle soit dans le forage Si besoin est, on peut pousser de cette manière la capsule 16 profondément dans le forage si l'on utilise un long tuyau d'alimentation. La prise d'eau peut aussi servir à laver le forage Dans ce cas, on projette dans le forage, à travers le tuyau d'alimentation, de l'eau qui chasse les débris de pierre éventuels hors du forage avant envoi de la capsule dans ce dernier. En plus des fonctions précitées, la prise d'eau peut aussi servir à laver le matériel de boulonnage Dans ce cas, on projette de l'eau, à travers le tuyau d'alimentation, contre la roche située au-dessus du matériel de boulonnage, de sorte que l'eau retombe sur ce matériel et en chasse la poussière de pierre Dans ce cas, on peut simplifier l'entre- tien et le nettoyage du matériel, tout en obtenant une meil- leure fiabilité de fonctionnement. Le tuyau d'alimentation 14 peut être soit rigide, soit souple Par contre, le tuyau d'alimentation 5 assurant l'amenée du béton doit être en un matériau relativement élastique de façon qu'on puisse l'insérer dans le forage sans qu'il se coince. L'ajutage 9 fixé sur le tuyau-guide 8 est supporté sur une plaque de déplacement, qui peut être déplacée par un vérin hydraulique 19 par rapport au bâti 3 transversale- ment au tuyau-guide 8 La plaque de déplacement 18 et le vérin hydraulique 19 ne sont bien entendu pas nécessaires au fonctionnement du matériel mais, attendu que le forage n'est pas toujours nécessairement réalisé au point o la tige de fleuret entre initialement en contact avec la roche, en raison d'irrégularités de la surface de la roche et pour d'autres motifs, la plaque 18 est avantageuse parce qu'elle permet de compenser des décalages mineurs et de garantir ainsi la bonne amenée du ciment dans le forage. Le matériel fonctionne comme suit: Après avoir percé dans la roche un forage 20 de récep- tion d'un boulon à roche, on déplace sur le bâti le disposi- tif 1 d'alimentation en agent de cimentation pour l'amener 2545151 * 1 au droit du forage de façon que l'ajutage 9 soit sensiblement coaxial au forage (figure 2 A) On déplace au moyen du dispo- sitif de manoeuvre 10 le tuyau-guide 8 vers la roche de façon à plaer l'ajutage 9 à l'embouchure du forage (figure 2 B). On déplace au moyen du mécanisme de déplacement 22 le tuyau d'alimentation 14 à travers l'ajutage 9 pour l'amener de préférence juste en face du forage 20, puis on envoie à travers le tuyau 14 une ou plusieurs capsules 16 dans le forage (figure 2 C) En amenant le tuyau d'alimentation 14 au-delà du débouché 5 du tuyau d'amenée de béton, on évite que les capsules ne heurtent le bord de ce débouché, avec écrasement consécutif Si l'on a déplacé le tuyau 14 sur toute la longueur de l'ajutage, on peut guider de manière fiable les capsules 16 vers le centre du forage 20, de sorte qu'elles passent facilement à l'intérieur du forage sans s'accrocher au débouché de celui-ci Une fois la capsule 16 introduite dans le forage, on déplace au moyen du dispo- sitif de déplacement 4 le tuyau d'amenée de béton 5 pour le rapprocher de l'ajutage 9 et l'insérer davantage dans le forage 20 Si la ou les capsules 16 se sont arrêtées pen- dant leur introduction dans le forage avant d'en atteindre le fond, la pointe du tuyau d'alimentation 5 pousse la ou les capsules devant lui jusqu'au fond du forage (figure 2 D). On envoie du béton 22 dans le forage à travers le tuyau 5 tandis qu'on tire simultanément ce dernier vers l'ex- térieur du forage (figure 2 E) Une fois le trou rempli de béton, on tire au moyen du dispositif de manoeuvre Il le tuyau-guide 8 hors du débouché du forage, après quoi on déplace tout le dispositif d'alimentation 1 vers le côté sur le bâti de façon à pouvoir enfoncer un boulon à roche 21 dans le forage (figure 2 F) Le boulon écrase la ou les capsules 16 de sorte que la fixation initiale du boulon s'amorce immédiatement et que le boulon demeure dans-le forage pendant la prise du béton Par rotation du boulon, il est possible d'assurer le brassage de l'agent à deux cons- tituants et, par là, la bonne fixation du boulon. Ainsi, selon le procédé de l'invention, on peut intro- duire mécaniquement dans des forages 20, dans le rapport souhaité, tant une capsule 16 contenant un agent à deux cons- tituants à durcissement rapide que du béton ordinaire 12 peu onéreux On choisit le nombre de capsules 16 d'après la grandeur de la charge initiale que le boulon 21 a à supporter et d'après la distance sur laquelle il est souhaitable d'opé- rer une cimentation rapide Pour remplir le tronçon restant du forage de la manière désirée, il est possible d'utiliser du béton à prise lente peu coûteux ou tout autre matière con- venable, dont l'amenée au moyen de matériel d'amenée de béton classique selon la technique antérieure est facile et simple à combiner avec la présente invention La totalité du boulon- nage peut être opérée par télécommande au moyen du procédé selon l'invention, ce qui améliore la sécurité du travail et le simplifie. Les dessins et la description qui s'y rapporte sont donnés seulement à titre d'exemple de mise en oeuvre de l'invention On pourra apporter des modifications de détail au procédé et au matériel selon l'invention sans sortir du cadre de l'invention Ainsi, par exemple, la source d'énergie motrice de la plaque de déplacement 18 n'est pas nécessaire- ment un vérin hydraulique, mais peut être d'autres types, etc. REVENDICATIONS 1 Procédé de réalisation de boulonnage de roche, suivant lequel on fait arriver un agent de cimentation ( 12) dans un forage ( 20) ménagé dans une roche, après quoi on pose un boulon ( 21) dans le forage ( 20) pour supporter la roche, caractérisé en ce que: on fait arriver au fond du forage ( 20) un certain nombre de capsules ( 16), lesquelles contiennent un agent de cimentation, de préférence agent de cimentation à deux cons- tituants, qui durcisse rapidement lorsque les constituants sont mélangés ensemble, et en ce que on fait arriver un agent de cimentation classique ( 12) durcissant plus lentement que ledit agent à deux consti- tuants et/ou protégeant le boulon contre la corrosion, dans le tronçon restant du forage ( 20) au moyen d'un tuyau d'ali- mentation ( 5) connu en soi. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les capsules ( 16) sont guidées axialement jusque dans le forage ( 20), après quoi le tuyau d'alimentation ( 5) est guidé jusque dans le débouché du forage ( 20) et encore enfoncé dans ce dernier pour faire arriver l'agent de cimenta- tion ( 12). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ou les capsules ( 16) sont poussées au moyen de l'extrémité du tuyau d'alimentation ( 5) jusqu'au fond du forage ( 20). 4 Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la ou les capsules ( 16) sont amenées dans le forage ( 20) au moyen d'un agent sous pression. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on utilise de l'eau comme agent sous pression. 6 Matériel pour l'exécution de boulonnage cimenté aux fins de renforcement de roche, comprenant: un tuyau d'alimentation ( 5) pour l'amenée d'un agent de cimentation ( 12) à l'intérieur d'un forage ( 20); et des moyens ( 4 à 10) pour le déplacement du tuyau d'alimentation ( 5) jusqu'à l'intérieur du forage ( 20), ce i 1 matériel étant caractérisé en ce qu'il comprend un guide ( 14) pour le déplacement d'une ou de plusieurs capsules ( 16) depuis un poste de chargement ( 15) jusqu'à l'intérieur du forage ( 20), un moyen ( 22) pour le déplacement axial à va-et- vient du guide, un moyen ( 17) pour le déplacement de la capsule ou des capsules ( 16) le long du guide ( 14), et un ajutage ( 9), à placer au débouché du forage ( 20), à travers lequel tant le guide ( 14) que le tuyau d'alimenta- tion peuvent être introduits alternativement dans le forage ( 20). 7 Matériel selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alésage ( 9) est supporté sur une place de dépla- cement ( 18) pouvant 8 tre déplacée suivant une direction sensi- blement transversale au trajet de mouvement du tuyau d'alimen- tation ( 5) en vue de diriger l'ajutage ( 9) vers le forage ( 20). 8 Matériel selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le guide ( 14) est un tuyau d'alimentation.