Brevet FR2559207A1 — publié le 19850809

Boulon de soutènement. La présente invention se rapporte à un boulon de soutènement, destiné à renforcer et à consolider les terrains et, plus particulièrement, à soutenir la voûte (le toit) de galeries dans les mines et ouvrages souterrains. Depuis plusieurs années, ces boulons en acier ou autre matériau sont le plus souvent scellés sur toute leur longueur, dans des trous forés d'avance. On laisse généralement dépasser du trou une partie de la tige, filetée et munie d'un écrou, ce dernier étant destiné à être serré contre une plaque de soutènement. Pour obtenir le scellement du boulon, on injecte avant ou après la pose du boulon, soit un coulis de ciment, soit un mélange résineux. On utilise plus couramment encore des cartouches à enveloppe plastique renfermant le coulis de ciment ou la charge de résine synthétique. Ces cartouches sont introduites dans le trou de forage, puis on enfonce par pousse et/ou rotation le boulon qui va détruire l'enveloppe de la cartouche et malaxer les composants. I1 se for me ainsi entre le boulon et la paroi du trou un ciment homogène et dur qui permettra un serrage efficace de la plaque de soutènement, sans glissement du boulon. Ces boulons dits "rigides" ont l'avantage, une fois scellés, de renforcer et de consolider les terrains, mais également de solidariser entre eux des bancs de roches plus ou moins hétérogènes. Ils sont particulièrement efficaces lorsque les galeries sont creusées dans des terrains qui resteront vierges par la suite (galeries de longue durée, tunnels routiers ou ferroviaires) ou lorsque les galeries subiront de faibles déformations. Ils ont par contre l'inconvénient, en raison de leur rigidité, de ne pas pouvoir s'opposer dans tous les cas aux pressions et à la détente des terrains, lorsque par exemple on est amené à exploiter entre deux galeries parallèles, par la méthode dite de "longue taille", une couche plus ou moins épaisse de charbon ou d'autres minéraux.Dans ces cas, toute la pression s'exerce sur la plaque et sur l'écrou et peut provoquer une rupture brutale de la partie filetée. I1 arrive fréquemment de constater entre la voûte et la sole ainsi qu'entre les parements une importante convergence des terrains. Des essais de laboratoire et des calculs relativement récents permettent à présent de déterminer par avance les convergences susceptibles de se produire pendant les travaux de creusement.C'est ainsi que les chercheurs des Charbonnages de la Ruhr (R.F.A.) estiment que 20 % seulement des galeries à creuser dans l'avenir pourront être "boulonnés" avec des boulons "rigides", tandis que pour 80 % des cas, il faudra continuer à avoir recours au soutènement porteur (cadres métalliques), aussi longtemps que l'on n'aura pas mis au point un boulon spécial fiable. Des essais sont en cours depuis plusieurs mois avec des boulons dits "coulissants" formés de deux éléments coulissant l'un sur l'autre, permettant ainsi au boulon de s'allonger. Les résultats actuellement connus sont loin d'être satisfaisants. D'autre part, le prix de ces boulons est très élevé, de sorte que l'utilisa teur estime avoir intérêt à utiliser les cadres métalliques existants. L'invention vise un boulon de soutènement qui allie les avantages du boulon dit "rigide" à ceux du boulon dit "coulissant", sans en avoir les inconvénients. I1 est particulièrement facile à réaliser et donc d'un prix modéré. Dans un premier stade d'utili- sation, il résistera à des pressions de l'ordre de 12 à 15 tonnes. A des pressions supérieures, la tige subira des ruptures successives, qui lui permettront d'accompagner la détente et les déformations des terrains jusqu'à stabilisation. Ainsi les pressions du terrain ne seront plus exercées sur la plaque et l'écrou, mais tout le long du boulon. Le boulon suivant l'invention est constitué d'une tige filetée à une extrémité et d'un écrou vissé sur l'extrémité filetée. Un tronçon de la tige a une section réduite plus petite que celle du tronçon qui le precède en partant de l'extrémité filetée. Cette section réduite représente une zone de moindre résistance, qui se rompt quand les efforts subis par le boulon atteignent une certaine valeur inférieure à celle qui provoquerait la rupture du tronçon précédent de la tige. Cette rupture de la section reduite allège d'un coup les efforts subis par le reste de la tige et lui permet d'accompagner la déformation des terrains, tout en continuant à jouer son rôle de boulon de soutènement par l'écrou et par le tronçon qui ne s'est pas rompu. De préférence, la tige a plusieurs tronçons de section réduite plus petite que celles des tron çons de section réduite qui les précèdent. Chaque tronçon de section réduite constitue une amorce de rupture préférentielle, la section la plus faible, la plus éloignée de l'écrou, se rompant la première. On peut ainsi s'accommoder de grandes déformations de terrain. La tige qui peut être lisse ou crénelée est en général en acier. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple La figure 1 est une vue partielle en élévation d'un boulon de soutènement suivant l'invention, La figure 2 est une vue partielle en élévation d'une variante de boulon de soutènement suivant l'invention, Les figures 3 et 4 représentent deux autres variantes, et Les figures 5, 6 et 7 sont des vues en coupe schématiques d'une galerie de mine soutènée par des boulons suivant l'invention avant (figure 5) et après le passage de la taille. Le boulon de soutènement représenté à la figure 1 comprend une extrémité filetée (non représentée), se trouvant vers le bas à la figure et' une tige 1 en acier crénelée 2. Au tronçon 3 de la tige 1, qui a un diamètre de 20 mm et qui est issu de l'extrémité filetée, fait suite, à 400 mm de l'extrémité, un tronçon 4 tronconique de 300 mn de longueur qui ramène la section à une valeur de 201 mm2 de façon à ce que cette section se rompe sous une contrainte de l'ordre de 140.000 N/mm2, alors que le reste de la tige 1 résiste à une contrainte d'au moins 200.000 N/mm2. A la figure 2, on a usiné sur la tige 5 en acier lisse, successivement, à partir de l'extrémité filetée 6 sur laquelle est vissé l'écrou 7, trois gorges 8, 9, 10 de 10 mm de longueur, à intervalles réguliers de 300 mm, qui ramènent la section initiale de 380 mm2 à 314 mm2, 254 mm2 et 201 mm2 respectivement et qui constituent autant de zones de rupture successives. Le diamètre initial de la tige 5 est de 22 mm. Au fond des gorges 8, 9, 10, les diamètres sont de 20, 18 et 16 mm respectivement. A la figure 3, on a usiné des entailles 11 diamétralement opposées deux à deux et de plus en plus profondes- à mesure que l'on s'éloigne de l'extré- mité filetée de la tige 12. A la figure 4, les entailles 13 ne sont menagées, pour chaque tronçon de section réduite, que d'un côté de la tige 14. Elles sont d'autant plus profondes qu'on se rapproche de l'extrémité opposée à l'extrémité filetée. A la figure 5, les boulons 15 sont ancres dans le terrain et retiennent pas leur écrou 16 des plaques de soutènement 17. A la figure 6, une certaine convergence s'est produite. Les sections 18 les plus eloignées des extrémités filetées de certains boulons 15 se sont rompues, ce qui a permis aux boulons 15 correspondants d'accompagner les déformations du terrain et de continuer à jouer leur rôle de soutènement par leur partie non rompue. A la figure 7, la convergence a pris de l'ampleur. D'autres sections 19 des boulons 15 se sont rompues. REVENDICATIONS 1. Boulon de soutènement, constitué d'une tige (5) filetée à une extrémité (6) et d'un écrou (7) vissé sur l'extrémité filetée (6), caractérisé en ce qu'un tronçon (8) de la tige (5) a une section réduite plus petite que celle du tronçon qui le précède en partant de l'extrémité filetée (6). 2. Boulon suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tige a plusieurs tronçons (9, 10) de section réduite plus petite que celle des tronçons t8) de section réduite qui les précèdent. 3. Boulon suivant la-revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un tronçon de section réduite affecte la forme d'une gorge, d'un évidement tronconique, d'une entaille d'un côté ou de deux entailles opposées diamétralement usiné dans la tige. 4. L'utilisation d'un boulon suivant l'une des revendications 1 à 3, pour le soutènement d'une galerie de mines ou d'autres ouvrages souterrains.