Brevet FR2547351A1 — publié le 19841214

La présente invention porte sur une barre ou un boulon d'tancrage pour le soutènement de galeries et de chambres en exploitation des mines et construction de tunnels ainsi que de fouilles et travaux semblables, constitué d'un élé5 ment travaillant à la traction, ou élément tendu, pouvant être fixé au fond et à l'orifice d'un trou foré, et éventuellement d'une plaque d'appui pouvant être serrée contre le massif ou la zone de délimination, l'élément tendu étant en acier ductile. On connaît des types plus ou moins souples de boulons d'ancrage, lesquels sont employés en particulier en exploitation des mines et en construction de tunnels là o une certaine souplesse d'ancrage du soutènement est nécessaire en raison d'une grande convergence. Dans le cas d'un boulon dtancrage connu par le DE-PS 11 706, la souplesse est obtenue par exemple par le fait que deux éléments formant le boulon sont joints de façon être mobiles l'un par rapport à 1 tautre en charge Sur la longueur du boulon peuvent être prévus plusieurs points de 20 jonction qui cèdent en charge, ce qui permet un mouvement de détente freiné du terrain La fabrication et la mise en place de ce boulon sont coûteuses, et une fixation précise du mouvement de détente freiné est impossible ou n'est possible qu'à grands frais. Dans Gfickauf ( 1981) 117, N 18, pages 1185 et 1186, sont décrits des boulons à glissement qui sont constitués de la tige proprement dite et d'un élément de blocage Cet élément de blocage est un tube de glissement rempli de mortier dans lequel doit être passée l'extrémité du boulon, qui est pour30 vue de saillies de cisaillement La force nécessaire au travail du mortier est égale à la force de mise en action et de glissement. D'autres boulons présentent un mécanisme de souplesse semblable, dans lequel la tige, en acier déformable à froid, 35 doit être passée dans une noix, D'autres propositions semblables sont reproduites dans la description, Tous ces boulons à glissement en deux parties ont comme inconvénient le coût élevé indiqué de fabrication de@ tiges et de foration des trous sous terre ou dans les fouilles et les chantiers. Sans compter que l'efficacité de ces boulons dépend largement du soin avec lequel ils ont été mis en place. Un article de Gllckauf ( 1981) 117, N) 17, page 11135, traite du boulon à glissement déjà décrit plus haut qui comporte une tige pourvue de saillies de cisaillement qui doit être passée dans une garniture de cisaillement Ce boulon pose lui aussi les problèmes Qnpo@és ci-dessus et se carac10 térise donc par un coût de fabrication élevé. L'objet du DE-PS 15 83 803 est un boulon en acier rond qui présente à l'extérieur des nervures d'ancrage hèlicodales. Ce boulon est pourvu d'une bague de tirage de forme spéciale avec laquelle la bon-ne force de tension peut être appliquée 15 et respectée On ne peut donc pas parler dans ce cas d'un boulon à glissement; il s'agit plutôt d'un boulon ordinaire qui peut certes aussi céder de façon limitée, mais se rompt précocement avec les efforts de cisaillement auxquels il est soumis Les boulons décrits précédemment ont l'inconvé20 nient d'être en au moins deux parties, l'élément dit de souplesse ayant un plus grand diamètre que la tige proprement dite Il faut donc forer dans la roche des trous étagés ou plus grands, ce qui représente une importante dépense supplémentaire En outre, la fabrication de ces boulons est 25 coûteuse et, en plus, il faut les placer dans les trous avec un soin particulier pour assurer leur pleine efficacité. Dans le cas du boulon défini plus haut et connu par le DE-GM 73 33 050, la souplesse ou la capacité d'allongement a été augmentée par une gaine frettée pour, lors de la for30 mation d'une fissure, réduire ainsi légèrement par allongement les contraintes de rupture ou les efforts de cisaillement qui apparaissent Une souplesse définie n'est pas non plus prévue ni réalisable dans le cas de ce boulon, d'autant que lors des sollicitations de cisaillement qui apparaissent 35 dans le massif de charbon par la formation de fissures, la capacité d'allongement des boulons est sollicitée précocement de façon excessive. L'invention a pour but de fournir un boulon d'ancrage souple de constitution simple ayant globalement un faible diamètre extérieur et une capacité d'allongement définissable. L'invention atteint ce but grâce au fait que l'1 élément travaillant à la traction, ou élément tendu, exten5 sible est en acier inoxydable austénitique. Un tel boulon a un diamètre qui correspond à celui des boulons rigides, de sorte que les trous qui lui sont nécessaires peuvent être forés sans grande dépense avec des marteaux perforateurs ordinaires Comme les trous forés ne sont pas étagés, la dépense de foration est ancore réduire et la durée de foration est moindre Cela a l'avantage que, dans le cas d'un terrain friable, la mise en place immédiate de la tige permet de contrecarrer le bouchage du trou L'élément tendu en acier austénitique 15 permet d'obtenir en peu de temps la grande force d'ajustetement nécessaire, car, en plus, il s'écrouit en se déformant, la tige disposant au total d'un grand allongement avec une caractéristique d'allongement dans l'ensemble plate Cette caractéristique s'approche ainsi de la carac20 téristique optimale de travail des boulons souples, la course de déplacement étant adaptable aux conditions par la disposition et la forme de la matière. Un acier au chrome-nickel s'est révélé avantageux comme acier austénitique pour la fabrication des tiges; 25 il est indiqué d'utiliser un acier à 12 à 18 % de chrome et 6 à 10 %, de préférence 6 à 8 %, de nickel Un tel acier, soumis à une traction et par là à une déformation plastique, subit un écrouissage, car la déformation produit une plus ou moins forte transformation en martensite. 30 Le durcissement ou 1 ', crouissage peut être gouverné par l'intermédiaire de la teneur en nickel, de sorte qu'on peut d'autre part adapter l'effet du boulon aux conditions. Pour l'assurance d'une parfaite efficacité du boulon 35 souple, il est avantageux que l'élément tendu présente une zone définie de souplesse constituée d'une barre de plus petit diamètre On obtient alors la souplesse nécessaire dans cette zone de souplesse, tandis que les deux extré- mités sont fixéesa la roche, de sorte qu'3 la partie médiane peut être appliquée une charge de traction appropriée On peut, en choisissant les parties extremes ancrées de l'élément tendu, placer la zone de souplesse 5 exactement au milieu de l'élément tendu ou plus prés de l'orifice ou du fond du trou foré suivant ce qu'exigent les conditions trouves o Comme les extrémites ancrées ne doivent pas contribuer à la souplesse du boulon, il peut tre opportun de 10 fabriquer la partie médiane de l'élément tendu, présentant la zone de souplesse, en acier austénitique et les extrémités en acier normal On peut ainsi utiliser pour ces zones un matériau meilleur marché sans que cela ait une influence défavorable sur l'efficacite du boulon. 15 Le boulon peut aussi tre mie en tension dans 1 E trou au moyen de la plaque d'appui placée à l'orifice du trou et de l'écrou Il est alors opportun de fabriquer l'extrémité de l'élément tendu, qui dpeasse du trou foré, en acier normal et de préference de la souder à la 20 partie médiane Cela permet avantageusement l'application de la plaque d'appui et de l'écrou et ainai des forces de mise en tension Comme dans cette zone, la matière ne s'allonge pas ou s'allonge de façon minime, on peut su besoin, ultérieurement, pour rajuster la tension, dépla25 cer l'écrou sur le filetage de l'extremit 6 inférieure. La colle n'entrave pas et ne bloque pas le glissement de l'élément tendu dans le trou, en particulier de la partie médiane présentant la zone de souplesse, si, de manière connue, la zone de souplesse formant la par30 tie médiane de l'élément tendu est pourvue en totalité d'un revêtement extensible Gomme revêtement extensible, on peut utiliser par exemple une gaine frette comme celle du DE-GM 75 33 050 Ainsi, la colle, même avec la pression qui règne dans certains cas dans le trou, ne peut pas parvenir jusqu'à la surface latérale extérieure de la tige ou de la partie médiane. Selon une caractéristique de l'invention, on peut faire varier la zone de souplesse en prévoyant sur 1 'é 1- ment tendu une partie médisne constituée d'un faisceau de barres ou de fils De tels faisceaux ou boulons toronnés sont connus d'après la revue "Tiefbsau, Ingenieurbau, Strassenbau" 1980, N 8, pages 674 à 677, mais sont em5 ployes là comme des boulons d'une seule pièce ordinaires. Contrairement à cela, dans l'invention, toutes les barres sont en acier inoxydable austénitique, et il est opportun qu'ellss soient enveloppées individuellement ou ensemble d'un revêtement extensible ou d'une gaîne frettêeo Le 10 choix du diamètre, la multiplicité et la disposition des barres permettent en plus ici de faire varier la souplesse du boulon. I 1 st avantageux, suivant le domains d'emploi du boulon, de coller l'élément tendu au fond du trou puis de le mettre en tension au moyen de la plaque d'appui et de 1 l'crou, ou bien de fixer sfficacement les deux parties extremes de l'élment tendu à la roche avec la colleo Selon l'invention, on peut avantageusement maintenir la partie médiane exempte de colle si l'1 liment tendu a sla 20 forme d'une lance d'injection comme oela est connu par exemple d'sprès le DE-OS 25 56 493 Par cette lance d'injection, l'extremité introduits dans 1 e trou ford et &ventuellement, en même temps, l'ext Trmitê opposée peuvent être collies de façon dirigée, ou fixées dans le trou foré L'injection dirigée, soit à l'aide d'un trou et des conduits appropriês prévus dans leélément tendu, soit par des lances fines séparées, permet de fixer de façon dirigée l'élment tendu à la roche, même dans le cas de grandes longueur, aux endroits o 6 c'est avants30 geux pour l'efficacité de l'ensemble du boulon. La caractéristique de l'invention, selon laquelle le diamètre de la partie médisne avec son revêtement applique est égal au diamètre des extrémites, facilite l'introduction de l'e Ilment tendu dans le trou fora, par 35 exemple par coincement ou fixation sur des saillies ou des fissures On dispose ainsi d'une barre uniforme sur toute se longueur qui, comme mentionné, peut tre introduite dans le trou de façon sûre et sans grande somme de travail N 1 die@ die la partie rnded 4 ns an acier auat L. nitique aux ex %lLtes en scies normal eat guibles ans effets défavo:ableas i Comme le prévoi l inventrion, la s Oudufo est situéLe a une certaine distance de le jonctionn à la zone dàfînie de eouple Ge dans la z Sgion de plus grand diamètre da la tigeo L invuntion ee cect&%ri Se an pearticulier par lc f it qu'elle fournit un boulon, ou berre, de'ancage sauple qui est de fabrication et d'utilieation simple, posade une 10 caracteristique de travail à peu près optimale saaec une force d'ajuatement et, en outre, grâce au chrome qu 9 il contient, e Mt inoxydable et sinai utiliceble en particulier comme ancrege dans la terreo Etant inoxydable, il concerve toute son efficacite apre de longuea duries de 15 service, l'ajuatement de 19 alli Eage la forme et le placement de la zone de soupleaee permett Ent son adaptation aux conditione dans laesquelles il doit treavailler Le boulon de l'invention dispose, avec une forca d'ajustement peu près optimale, d'un grand allongesment a caractmris20 tique plate, de morte qu'il répond pleinement eux conditions imposées aux ancrages a glissemento L'invention est explique en détail dans la description suivante illustrée par le dessain sur lequel sont représentés des exemples de realisation préf&rés avec les 25 détails et eliments néceasaireso Su ce dessin: la figure I montre un boulon, ou barre, d'ancrage en service, la figure 2 est une coupe de ce boulon dans la région de le zone de souplesse, la figure 3 est une coupe du boulon dans la région de la zone de souplesse, la partie médiane étant formée de plusieurs barres, la figure 4 est une coupe semblable à la figure 3 avec un revêtement constitue de façon différente, et la figure 5 est une coupe d'un boulon qui est agencé en même temps en lance d'injection. La figure 1 montre un trou 2 foré dans le massif 1 dans lequel est introduit un boulon d'ancrage souple 5. La pointe 6 de ce boulon 5 est tout près du fond 8 du trou et le boulon est fixe à cet endroit au moyen d'une colle 9 o La colle, qui remplit aussi le reste du trou autour du boulon 5, fixe aussi efficacement au massif 1 5 l'extrémité du boulon située du côté de l'orifice 7 du trou Tout l'élément soumis à la traction, ou élément tendu, 10 dont l'extrémité qui dépasse du trou 2 porte un filetage 11, peut être mis en tension dans le trou au moyen de la plaque d'appui 12 et de l'écrou 13, ou bien 10 est collé aux deux extrémités. La souplesse nécessaire est donnée au boulon 5 de la figure I par une zone de souplesse 15 prévue au milieu. Alors que les deux extrémités 16, 17 de l'élément tendu 10 sont fixées au massif par la colle 9, sa partie m&15 diane 18 présente un revêtement 19, de sorte que la colle 9 ne peut pas entraver le déplacement de cette partie médiane 18, qui est en acier austinitique Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 1, les extrêmités 16, 17, qui sont en acier normal, sont soudées à la 20 partie médiane 18, qui est en acier austenitiques Les soudures sont désignées par le repère 20. Le boulon 5 représenté sur la figure I est entaillé dans la région de la zone de souplesse 15 ou de la partie médiane 18 et représenté ainsi sur la figure 2 L'él25 ment tendu 10 ou la partie médiane 18 est, comme reprêsenté, enveloppé d'un revêtement 19 constitué par exemple d'une gaine frettée Le repère 26 désigne le bord extérieur de l'extrémité 17 de l'lément tendu 10 Les figures 3 et 4 montrent une forme de réalisation dans laquelle la partie médiane 18 est constituée d'un faisceau de barres 22, 23, 24 O Les barres 22 à 24 sont constituées de l'acier austénitique indiqué et entourées d'un revêtement 19 Ce revêtement 19 peut être comme sur la figure 3 une gaine enveloppant le faisceau ou bien être 35 une peau extérieure liaisonnéeo La figure 5 enfin est une coupe dans la zone de l'extrémité 16 ou de l'extrémité 17, de l'élément tendu 10, qui est ici une lance d'injection et est en conséquence traversé par un trou 27 ? Dans la zone des extremités 16, 17 ou seulement de l'une d'elles, sont prévus des conduits 28 par o la matière injectée ou la colle peut parvenir dans l'espace annulaire prévu pour ainsi coller l'élément tendu 10 et le fixer au massif 1 On peut alors utiliser un diamètre de trou foré avantageusement petit, ce qui conduit à une réduction des dépenses d'exécution, mais entrains des dépenses aupplémentaires pour la fabrication de l'élément tendu 10. L'acier aust&nitique peut être soudé de façon sûre à l'acier normal car, comme le montre la figure 1, le soudures sont situées dans la zone de diamètre normal de l'élément tendu Ainsi, en m me temps, le soudage ne peut pas produire de changement de structure dans la région de 15 la zone définie de souplesse. REVENDICATIONS 1. Boulon, ou barre, d'ancrage pour le soutènement de galeries et de chambres en exploitation des mines et construction de tunnels ainsi que de fouilles et travaux semblables, constitué d'un elèment travaillant à la trac5 tion, ou elkment tendu, pouvant être fixé au fond et à l'orifice d'un trou for&, et éventuellement d'une plaque d'appui pouvant être serrée contre le massif ou la zone de délimitation, l'élément tendu étant en acier ductile, caractérisk par le fait que l'elêment tendu extensible ( 10) 10 est en acier inoxydable austênitique. 2. Boulon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'élfment tendu ( 10) est en acier au chrome-nickel. 3. Boulon selon les revendications 1 et 2, caracté15 risé par le fait que l'élément tendu ( 10) est constitué en totalité ou en partie d'un acier contenant 12 à 18 % de chrome et 6 à 10 % de nickel. 4. Boulon selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'elfment tendu ( 10) p-rsente une zone 20 de souplesse ( 15) définie, constituée d'une barre de plus petit diamètre. 5. Boulon selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que la partie médiane ( 18) de l'lément tendu ( 10) présentant la zone de souplesse ( 15) est 25 en acier austénitique et les extrémités ( 16, 17) sont en acier normal. 6. Boulon selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que seule l'extrémité de l'élément tendu ( 10) qui dépasse du trou foré ( 2) est en acier nor30 mal et cette extrémité est de préférence soudée à la partie médiane ( 18). 7. Boulon selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la zone de souplesse ( 15) formant la partie médiane ( 18) de l'élément tendu ( 10) est, de fa35 çon connue, pourvue d'un revêtement extensible ( 19). e. Boulon salon les revendications 1 et 4, ceractérise par le fait que 1 q 16 lment tendu ( 10) presente une partie m&diane ( 18) constit U Ea d'un fai SCE Su, connu en soi, de barres ( 22, 23, 24) ou de fils. 9 Boulon selon la revendicastion 19 caractérisé par le fait que l'éliment tendu ( 10) mst, de façon connue, une lance d'injection par laquelle lextrdmitt ( 17) introduite dans le trou forê ( 2) et éventuellement, en même temps, l'extremité opposée ( 16) peuvent âtre collées, 1 D ou fixées dans le trou for&. 10. Boulon selon les revendication S 4 et 7, caractérisé par le fait que le diamètre de le partie mdiane ( 18) avec son revêtement ( 19) est égal au diamètre des extrémités ( 16, 17). 11 Boulon salon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que la soudure ( 20) est situ@e a une certaine distance de la jonction ( 21) a la zone de souplesse ( 15) définie.