Brevet FR2614069A1 — publié le 19881021

Ancre de retenue de terrain pour consolider des galeries et des espaces dans des exploitations minières et des tunnels. L'invention concerne une ancre de retenue de terrain pour consolider des galeries et des espaces dans des exploi- tations minières et des tunnels, comprenant un élément d'an- crage constitué par un organe de traction qui peut être fixé au plus profond d'un trou foré et est serré contre le terrain par son extrémité située du côté de l'air libre au moyen d'un corps d'ancrage s'appuyant contre une plaque d'ancrage, et un tube d'enveloppe entourant l'organe de traction sur la plus grande partie de sa longueur, et relié à l'organe de traction au plus profond du trou foré. Dans une ancre de retenue de terrain connue de ce type, le tube d'enveloppe constitué en acier est collé sur la longueur de la distance d'ancrage à l'organe de traction, à l'extrémité de ce dernier qui est située du côté du trou foré et qui ne fait saillie au-delà de l'extrémité du tube d'enveloppe que par une courte pointe mélangeuse (DE-PS 34 17 252) . Pour être certain que le tube d'enveloppe se brisera dans une position déterminée lorsqu'il sera soumis à une sursollicitation, on prévoit une zone de rupture de consigne dans le tube d'enveloppe à l'extrémité de la dis- tance d'ancrage. En outre, le tube d'enveloppe qui parvient jusqu'à l'ancrage de l'ancre du côté de l'air libre est en liaison avec la colle en résine synthétique durcie qui remplit le trou foré. Dans cette ancre connue, le tube d'enveloppe dont la surface peut être constituée de manière à augmenter la liaison avec la colle agit d'abord à la manière d'une ancre rigide. Dès que des forces provenant par exemple de déplacements du terrain dépassent la force de résistance du tube d'enveloppe, il doit se briser à l'emplacement de rupture de consignede manière que l'organe de traction qui est disposé à l'intérieur du tube d'enveloppe exerce son effet grâce à sa capacité d'allongement. On peut ainsi exploiter successivement au moyen d'un unique élé- ment d'ancrage les effets d'une ancre rigide et d'une ancre capable de s'allonger. Selon une variante de cette ancre de retenue de ter- rain connue, le tube d'enveloppe est constitué par au moins trois sections respectivement reliées les unes aux autres par une liaison à force et par l'intermédiaire de zones de rupture de consigne, seules les sections disposées dans la région de l'embouchure du trou foré et au plus profond du trou foré étant munies d'un profilage de rete- nue destiné à augmenter la liaison, le tube d'enveloppe étant par ailleurs de constitution lisse entre ces régions (DE-PS 35 31 393). Le but recherché est d'éviter que le tube d'enveloppe noyé sur la totalité de sa longueur dans la colle en résine synthétique durcie qui remplit le trou foré se brise sensiblement au niveau d'une ouverture dans le terrain quand sa force de résistance est dépassée, et que la force s'abaisse de façon inattendue jusqu'à seule- ment la ligne caractéristique de l'organe de traction. Du fait de la constitution lisse de la surface de la section centrale disposée entre les sections d'extrémité du tube d'enveloppe qui sont en liaison avec la colle, et du fait de l'agencement des zones de rupture de consigne dans les sections du tube d'enveloppe qui sont fixées à l'organe de traction, le but visé est que lors d'une ouverture du ter- rain, ce soit d'abord le tube d'enveloppe qui se brise au niveau des zones de rupture de consigne, et qu'ensuite une autre modification de longueur ait lieu par frottement contre la colle durcie qui entoure le tube d'enveloppe et provoque une compensation de la ligne caractéristique. Les sollicitations les plus dangereuses pour une telle ancre de retenue de terrain sont celles résultant de déplacements de formations rocheuses les unes par rap- port aux autres, transversalement à l'ancre, qui sont susceptibles de cisailler l'élément d'ancrage. Il se forme alors une ligne de flexion dont la conséquence est que la force maximale qui agit sur l'organe de traction s'ap- plique au niveau de la position du joint de cisaillement et non sur l'ancrage. Plus la liaison entre l'élément d'ancrage et la colle en résine synthétique durcie qui remplit le trou foré est bonne, plus la longueur d'in- fluence de l'action des forces extérieures sur l'élément d'ancrage est courte et de ce fait plus les tensions qui apparaissent dans ce dernier sont élevées. L'inconvénient de cette ancre de retenue de terrain connue est que même quand la surface du tube d'enveloppe est traitée dans des régions déterminées en vue d'augmen- ter la liaison, il faut cependant prévoir des sections relativement importantes du tube d'enveloppe en vue de son ancrage dans le trou foré, qui sont perdues en ce qui concerne sa capacité de fonctionnement, surtout dans le cas de tels déplacements du terrain. L'ancre connue n'a par exemple aucun effet quand un déplacement de terrain a lieu dans la région de l'une des sections d'ancrage au plus profond du trou foré ou à proximité de l'extrémité située du côté de l'air libre. En outre, le traitement du tube d'enveloppe en vue d'améliorer la liaison entraî- ne des coûts additionnels. L'invention a pour but d'offrir, pour une ancre de retenue de terrain du type précité, la possibilité d'éviter les longues sections d'ancrage du tube d'enve- loppe sur l'organe de traction de l'ancre et les posi- tions de rupture de consigne du tube d'enveloppe. Selon l'invention, ce but est atteint du fait que la partie de l'organe de traction qui est au plus profond du trou foré et qui fait saillie à l'extrémité du tube d'enveloppe sert directement à son ancrage, et à celui du tube d'enveloppe qui lui est relié de façon à résis- ter à la traction, dans un matériau durci remplissant le trou foré au moins dans cette région, et que le tube d'enveloppe est ancré de façon à résister à la traction, en même temps que l'organe de traction, sur la plaque d'ancrage à l'extrémité de l'ancre qui est située du côté de l'air libre. L'avantage essentiel de l'invention vient du fait que le tube d'enveloppe est ancré à son extrémité située du côté du trou foré au moyen de l'organe de traction et de sa section d'ancrage dans la colle en résine synthétique durcie, et à son extrémité située du côté de l'air libre directement contre la plaque d'ancrage qui s'appuie contre le terrain. Comme les deux ancrages ont lieu entre maté- riaux métalliques et de ce fait par la voie la plus courte, le tube d'enveloppe est donc disponible sur pratiquement la totalité de sa longueur pour supporter des forces pro- venant de déplacements du terrain. On obtient ainsi d'une certaine manière deux ancres en une seule, car aussi bien la section d'ancrage de l'organe de traction que la plaque d'ancrage sont utilisés par le tube d'enveloppe ainsi que par l'organe de traction lui-même. Simultanément, on peut éviter des mesures particulières, qui étaient précédemment nécessaires, pour donner à des sections du tube d'envelop- pe de meilleures propriétés de liaison vis-à-vis de la colle remplissant le trou foré. Ceci est valable aussi bien pendant la phase de dé- part après la mise en place de l'ancre au cours de laquelle le tube d'enveloppe noyé dans la colle en résine synthé- tique agit en tant qu'ancre rigide, que plus tard quand le tube d'enveloppe a été arraché, l'organe de traction exerçant son action à l'intérieur du tube d'enveloppe du fait de sa capacité d'allongement plus importante. Ainsi, il est possible au moyen d'une ancre constituée selon l'invention, d'atteindre sans problèmes des distances de déplacement de 300 à 400 mm et plus, avant que l'organe de traction lui-même soit défaillant, même lorsque la force initiale est plus élevée. Pour réaliser un ancrage résistant à la traction, le tube d'enveloppe peut traverser en même temps que l'organe de traction la plaque d'ancrage à l'extrémité de l'ancre qui est du côté de l'air libre et être muni d'un dispositif d'ancrage qui lui est propre, sur lequel s'appuie le corps d'ancrage de l'organe de traction. Ce dispositif d'ancrage peut être constitué par une collerette s'appuyant contre la plaque d'ancrage. Le frottement entre le tube d'enveloppe et l'organe de traction peut être réduit par un graissage, pour aug- menter sa déformabilité. De ce fait, la répartition de la force dans la région d'un déplacement de terrain o l'ancre présente une ligne de flexion en forme de S est plus favo- rable et la capacité de déformation d'ensemble de l'organe de traction est plus importante. Ce qui est également avantageux est qu'aucune mesure particulière n'est nécessaire pour le montage de l'élément d'ancrage selon l'invention; l'ancre peut être montée de la même manière que celle qui est habituelle pour les ancres de retenue de terrain connues. Lorsqu'on utilise en tant qu'organe de traction une tige d'armure, ce qui est considéré comme particulièrement approprié, cette tige étant munie sur sa surface de ner- vures de transmission de force laminées à chaud, disposées le long d'une ligne hélicoïdale et formant au moins un fi- letage partiel, la liaison résistante à la traction du tube d'enveloppe peut être réalisée avec cette barre d'ancrage au plus profond du trou foré par un simple sertissage. Dans la région de l'ancrage qui se trouve du côté de l'air libre et quand le tube d'enveloppe est muni d'une collerette externe en vue de son ancrage sur la plaque d'ancrage, on met en place la plaque d'ancrage dès le mon- tage de l'élément d'ancrage constitué par l'organe de traction et le tube d'enveloppe pour fournir au tube d'en- veloppe une possibilité d'appui. Quand on met en place le corps d'ancrage, par exemple par vissage d'un écrou d'an- crage sur la tige d'ancrage, l'extrémité du tube d'enve- loppe se trouve ancrée simultanément avec celle-ci et dans la même position que celle-ci contre la plaque d'ancrage. Quand on utilise une ancre de retenue de terrain constituée selon l'invention et dont la capacité d'allon- gement est sensiblement augmentée dans le cas de déplace- ments de terrain, surtout en plaçant un lubrifiant pâteux dans la cavité située entre l'organe de traction et le tube d'enveloppe, on augmente encore plus sa capacité d'allongement en utilisant pour l'ancrage du côté de l'air libre un corps d'ancrage constitué de manière que lorsqu'il y a dépassement d'une force de traction longitudinale pré- déterminée de la barre d'ancrage un mouvement relatif soit exercé entre celle-ci et le corps d'ancrage jusqu'à ce que l'on passe à nouveau audessous de la force de traction longitudinale. Un tel corps d'ancrage est décrit par exem- ple dans le brevet européen n 85 116 557.1. Il n'y a pas à prendre en compte des conditions par- ticulières pour le montage de l'ancre de retenue de ter- rain selon l'invention. Quand on met en place,en même temps que l'élément d'ancrage,des filets de protection pour réa- liser une consolidation de la paroi du terrain, la jonction des filets de protection dans la région d'un tel ancrage est facile car on fixe l'extrémité d'un filet de protec- tion sur une plaque d'ancrage interne, contre laquelle s'appuie l'extrémité du tube d'enveloppe, et on tire l'ex- trémité du filet de protection voisin sur l'organe de traction en saillie et on le retient par une autre plaque d'ancrage contre laquelle s'appuiele corps d'ancrage tel qu'un écrou d'ancrage. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une ancre de retenue de terrain selon l'invention; Figure 2 en est une vue en coupe transversale selon la ligne Il-II de la figure 1; Figure 3 est une vue en plan de l'ancrage du côté de l'air libre de l'ancre de retenue de terrain, selon la ligne III-III de la figure 1, et Figure 4 est une vue en coupe longitudinale corres- pondant à la figure 1 d'un autre mode de réalisation d'une ancre de retenue de terrain. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale.par- tielleod'une ancre de retenue de terrain selon l'invention, comprenant un élément d'ancrage A constitué par une barre d' ancrage 1 entourée sur la plus grande partie de sa lon- gueur par un tube d'enveloppe 2 en acier. La barre d'an- crage 1 est, dans le mode de réalisation représenté, une barre d'acier laminée à chaud, munie de nervures de trans- mission de force 3 situées en vis-à-vis sur une partie seulement de sa périphérie, et disposées sur une ligne hélicoïdale en formant un filetage partiel. La barre d'ancrage 1 fait saillie par son extrémité 1' située au fond du trou foré sur une certaine longueur en dehors du tube d'enveloppe 2. Cette extrémité 1' forme ce que l'on appelle la distance d'ancrage le long de laquelle la barre d'ancrage 1 est fixée dans la colle en résine syn- thétique 5 qui remplit le trou foré 4. Le tube d'enveloppe 2 est relié de façon à résister à la traction à la barre d'ancrage 1 à son extrémité 6 qui est du côté du fond du trou. On peut obtenir facile- ment ce résultat par sertissage en utilisant une pression transversale et radiale, le matériau du tube d'enveloppe 2 étant amené à fluer et les nervures de transmission de force 3 de la barre d'ancrage 1 l'enserrant à force et par concordance de forme. En outre, le tube d'enveloppe 2 entoure la barre d'ancrage 1 avec un léger jeu pour qu'il puisse se dilater à l'intérieur. Dans la cavité située entre la barre d'ancrage 1 et le tube d'enveloppe 2 est - disposé un lubrifiant pâteux connu. A son extrémité située du côté de l'air libre, le tube d'enveloppe 2 est muni d'une collerette externe 7 qui s'applique contre une plaque d'ancrage 8 qui repose de son côté contre la paroi 9 du terrain qui doit être consolidé par l'ancre. L'ancrage du tube d'enveloppe 2 au moyen d'une collerette 7 ne doit être considéré que comme un exemple; il pourrait être constitué par exemple par un écrou fileté qui serait vissé sur un filetage ex- terne constitué sur l'extrémité située du côté de l'air libre du tube d'enveloppe 2. On prévoit en tant que corps d'ancrage du côté de l'air libre un écrou d'ancrage 10 vissé sur le filetage partiel de la barre d'ancrage 1 qui est formé par les ner- vures de transmission de force 3. Un filet de protection 11 peut être également fixé contre la paroi du terrain 9 en même temps que la plaque d'ancrage 8. Pour mettre en place l'ancre de retenue de terrain, on amène l'élément d'ancrage A qui est préfabriqué en dehors du site d'utilisation et qui est constitué par la barre d'ancrage 1 et par le tube d'enveloppe 2, qui lui est relié de façon à résister à la traction à son extré- mité 6, sur le site de montage. On introduit alors l'élé- ment d'ancrage A dans le trou foré, avec la plaque d'an- crage 8 enfilée sur lui et l'écrou d'ancrage 10 vissé sur lui, et on l'ancre à l'intérieur d'une façon connue en soi au moyen d'une colle en résine synthétique. On utilise en tant que colle en résine synthétique le plus souvent une colle à deux composants. Les composants sont dans des car- touches séparées qui sont brisées au moment de l'introduc- tion de la barre d'ancrage 1 par une pointe mélangeuse 12 ménagée à son extrémité inférieure, ce qui active la colle. Après durcissement de la colle, on visse l'écrou d'ancrage et on serre ainsi l'ancre contre le terrain& On fixe en même temps le filet de protection 11 contre la paroi 9 du terrain. Un autre mode de réalisation de l'invention est repré- senté à la figure 4 qui, de même que la figure 1, est une vue en coupe longitudinale -partielle- d'une ancre de re- tenue de terrain. De manière similaire à la figure 1, et dans ce cas également, un élément d'ancrage A est ancré par l'extrémité 1' de sa barre d'ancrage i qui est située du côté du fond du trou dans la colle en résine synthéti- que 5 qui remplit le trou foré 4. Sur la plus grande par- tie de sa longueur, la barre d'ancrage 1 est entourée par un tube d'enveloppe 2, qui est relié; de façon à résister à la traction, à la barre d'ancrage 1 par son extrémité 6 située du côté du fond du trou et qui s'appuie par son extrémité située du côté de l'air libre et par une collerette 7 contre une plaque d'ancrage 8. La plaque d'ancrage 8 ne constitue dans ce cas qu'une plaque d'an- crage interne par laquelle l'extrémité d'une couche in- férieure d'un filet de protection 11 est fixée à la paroi 9 du terrain. Pour fixer simultanément la jonction entre deux filets de protection, on tire l'extrémité du filet de protection voisin 11' par dessus la plaque d'ancrage interne 8, le filet 11' étant fixé par une plaque d'ancrage externe 13 de constitution similaire. Contre la plaque d'ancrage 13 s'appuie l'écrou d'ancrage 14 en vue de l'ancrage de la barre d'ancrage 1. L'écrou d'ancrage 14 est constitué dans cet exemple sous forme de ce que l'on appelle un "écrou à glissement" c'est-à-dire d'un écrou qui peut provoquer un mouvement relatif, dans le cas o une résistance à la traction longitudinale prédéterminée de la barre d'ancrage 1 est dépassée, entre celle-ci et l'écrou d'ancrage 14, jusqu'à ce que la résistance à la traction longitudinale soit à nouveau suffisante. Ceci peut être obtenu de façon avan- tageuse selon le brevet européen 85 116 557.1 en réalisant l'écrou d'ancrage 10 en un matériau présentant une résistance plus élevée que le matériau de la barre d'an- crage 1 et en faisant en sorte que les flancs du filetage de l'écrou d'ancrage 14 reposent en vue de la transmission des forces seulement sur des surfaces partielles des ner- vures de transmission de force 3 de la barre d'ancrage 1, de manière que lorsqu'il y a dépassement de la résistance à la traction longitudinale prédéterminée, les nervures de transmission de force 3 de la barre d'ancrage 1 soient dégagées en conséquence des surfaces partielles se trou- vant en prise mutuelle. De façon analogue, on peut aussi utiliser d'autres corps d'ancrage dans la mesure o ces conditions sont remplies. Pour être certain que la capacité d'allongement de la barre d'ancrage 1 sera exploitée en totalité, on prévoit à la distance a du parcours de la course d'allongement de l'écrou d'ancrage 14 un dispositif de serrage 15 monté de façon fixe sur la barre d'ancrage 1, par exemple ce que l'on appelle un "écrou d'arrêt" qui, lorsque l'écrou d'ancrage 14 a parcouru la distance a et est parvenu en butée contre le dispositif de serrage 15, détermine un ancrage fixe de la barre d'ancrage 1 jusqu'à ce que celle- ci se brise d'elle-même quand il y a un nouveau dépasse- ment de la force et devienne alors sans effet. - REVENDICATIONS - 1. Ancre de retenue de terrain, notamment ancre à colle en résine synthétique, pour consolider des galeries et des espaces dans des exploitations souterraines et des tunnels, comprenant un élément d'ancrage constitué par un organe de traction qui peut être fixé au plus profond du trou foré et qui peut être serré contre le terrain à son extrémité située du côté de l'air libre au moyen d'un corps d'ancrage s'appuyant contre une plaque d'ancrage, et un tube d'enveloppe entourant l'organe de traction sur la plus grande partie de sa longueur, qui est relié au plus profond du trou foré à l'organe de traction, carac- térisée en ce que la partie de l'organe de traction qui fait saillie au plus profond du trou foré au-delà de l'extrémité du tube d'enveloppe sert directement à son ancrage, et à celui du tube d'enveloppe (2) qui lui est relié de façon à résister à la traction, dans le matériau (5) durcissable qui remplit le trou foré au moins dans cette région, et en ce que le tube d'enveloppe (2) est ancré de façon à résister à la traction, en commun avec l'organe de traction (1) contre la plaque d'ancrage (8) à son extrémité située du côté de l'air libre de l'ancre. 2. Ancre de retenue de terrain selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le tube d'enveloppe (2) traverse la plaque d'ancrage (8) en commun avec l'organe de traction (1) à l'extrémité située du côté de l'air libre de l'ancre et est muni d'un dispositif d'ancrage sur lequel s'appuie le corps d'ancrage de l'organe de traction (1). 3. Ancre de retenue de terrain selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le dispositif d'ancrage est constitué par une collerette (7) s'appuyant contre la plaque d'ancrage (8). 4. Ancre de retenue de terrain selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que pour augmenter la capacité de déformation de l'organe de traction (1), il est prévu un lubrifiant pâteux entre l'organe de traction (1) et le tube d'enveloppe (2). 5. Ancre de retenue de terrain selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'or- gane de traction (1) se présente sous la forme d'une barre et est muni sur sa surface de nervures de transmis- sion de force (3) formant au moins un filetage partiel, et en ce que le corps d'ancrage est un écrou (10) muni d'un filetage interne correspondant. 6. Ancre de retenue de terrain selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que le tube d'enveloppe (2) est relié à son extrémité située au fond du trou (6) à l'organe de traction (1) par sertissage dû à l'utilisa- tion d'une force radiale. 7. Ancre de retenue de terrain selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps d'ancrage (14) est constitué de manière que lors- qu'une résistance à la traction longitudinale de l'organe de traction (1) est dépassée, un mouvement relatif s'ef- fectue entre celui-ci et le corps d'ancrage jusqu'à revenir au-dessous de la résistance à la traction longi- tudinale.