Brevet FR2759429A1 — publié le 19980814

Procédé et dispositif pour la fixation d'une pièce dans un trou foré *** On connaît déjà la méthode qui consiste à fixer des éléments de structure contre les parois d'un ouvragc souterrain, qui consiste à créer des ancrages dans lesdites parois, puis à relier les éléments de structure à ces ancrages. Chaque ancrage est obtenu en forant un trou borgne dans le massif puis en introduisant dans ce trou une tige, ou barre, en métal dont une extrémité doit dépasser l'embouchure du trou et possède des organes mécaniques de fixation, en particulier un pas de vis. La fixation de la tige métallique dans le trou se fait au moyen d'une résine synthétique fluide, durcissable par polymérisation. Si le massif dans lequel on doit forer les trous est de nature étanche : pierres, rocher, béton, etc. on effectue l'ancrage directement dans chaque trou. Si le massif dans lequel on doit forer les trous est perméable: terre, rochers fissurés, etc., on doit d'abord rendre chaque trou étanche, ce que l'on obtient généralement par injection de bentonite ou matériau analogue. Cette opération est facilitée en plaçant dans le trou foré un tube étanche de chemisage, par exemple en fibres de verre, puis en scellant ce tube au moyen de mortier et/ou de bentonite qui garnit le fond du trou et l'espace qui subsiste entre les parois du trou et l'extérieur du tube. Dans ce qui suit, on évoquera soit le trou proprement dit soit le trou préalablement gai d'un tube, car ces deux variantes sont équivalentes pour l'exposé de l'invention puisqu'elle s'applique à elles indifféremment. Lorsque l'ancrage considéré est situé à l'horizontale ou au-dessous, c'est-à-dire obliquement ou verticalement dans le sol, I'introduction de matiére durcissable ne pose pas de problème difficile car cette matière injectée sous pression dans le trou ou dans le tube éventuel reste dans celui-ci, jusqu'au fond, car la force de gravité l'y maintient. Lorsqu'au contraire l'ancrage considéré est au-dessus de l'horizontale, c'est-à-dire obliquement ou, à fortiori verticalement dans le haut de la voûte, il est impossiblc d'utiliser une résine fluide car elle coulerait vers l'entrée du trou et celui-ci serait pratiquemcnt vide au moment d'introduire la tige métallique. Dans la pratique, on résout ce problème en utilisant une résine thixotropique, qui a la propriété d'être coulante lorsqu'elle est en mouvement et de durcir assez vite dès qu'elle est immobile. Grâce à cela, elle se colle au fond du trou et l'on a le temps d'engager la tige métallique sans que la résine ait coulé hors du trou. Malheureusement, la quasi solidification de la résine avant la mise en place de la tige, nécessite des efforts considérables pour que la tige traverse la résine et oblige celle-ci à fluer vers le bas, jusqu'à complet remplissage de l'espace annulaire subsistant entre l'inténeur du trou et l'exténeur de la tige. Cette méthode présente d'autres inconvénients, à savoir que l'introduction rapide de résine épaisse bloque l'air occlus dans le trou vers l'extrémité haute où il forme une poche dans laquelle il n'y a pas de résine et oû, donc, la force de collage de la tige est nulle. En outre, la mise en place de la tige après la résine interdit que l'on puisse centrer correctement la tige par rapport au trou et cette tige s'étend de manière aléatoire, en formant autour d'elle un espace de forme indéterminée offrant à la résine un passage irrégulier, de sorte que dans certaines zones la résine est volumineuse et dans d'autres, corrélativement, la résine se présente sous une fine couche à pouvoir collant insignifiant, en particulier là où la tige est placée contre le trou. La présente invention remédie à tous ces inconvénients en proposant une solution nouvelle et radicalement différente de ce que pratique l'Homme de Métier. A cette fin, l'invention a pour objet un procédé pour la fixation d'une pièce à l'inténeur d'un trou borgne foré dans les parois d'un ouvrage souterrain, du type selon lequel on interpose une matière durcissable entre la pièce et le trou, caractérisé en ce que on introduit d'abord la pièce dans le trou borgne, on enfonce la pièce jusqu'au fond du trou borgne, on centre la pièce par rapport au trou, au moins dans sa partie la plus proche dc l'ouverture dudit trou, on obture l'espace annulaire qui subsiste entre le trou et la pièce, on Introduit ensuite sous forme fluide une matière durcissable dans l'espace annulaire tout en évacuant l'air occlus dans ledit espace annulaire, e on laisse durcir ladite matière. Selon une autre caracténstique de ce procédé, on centre aussi la pièce au-delà de sa partie la plus proche de l'ouverture du trou. L'invention a également pour objet un dispositif pour la fixation d'une pièce à l'intérieur d'un trou borgne foré dans les parois d'un ouvrage souterrain, fixation obtenue par une matière durcissable introduite entre le trou et la pièce placée dans ledit le trou, caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur dont la section est coordonnée à celle du trou et qui est traversé d'une ouverture centrale et de deux passages excentrés. Selon d'autres caracténstiques de ce dispositif: 0 I'ouverture centrale est destinée à recevoir la partie inférieure de la pièce, I'obturateur servant en outre de centreur de ladite pièce; 0 chaque passage excentré est destiné à recevoir un conduit ayant une extrémité débouchant à l'extérieur de l'obturateur dont l'un a une longueur sensiblement égale à celle du trou et l'autre est plus court que le précédent 0 la pièce reçoit au moins un centreur engagé sur elle, qui est destiné à prendre appui sur la paroi intérieure du trou et qui présente au moins une ouverture permettant à la matière durcissable de passer d'un côté à l'autre dudit centreur; 0 le centreur est placé sur la pièce à une distance de l'obturateur inférieure à la longueur du conduit dont la longueur est sensiblement égale à celle du trou, afin que l'extrémité libre dudit conduit traverse le centreur et se situe au-delà de ce dernier, près du fond du trou; 0 I'extrémité de l'un au moins des conduits débouchant à l'extérieur de l'obturateur est adaptée à recevoir un injecteur d'un mécanisme d'introduction de matière durcissable. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée ci-après faite en référence au dessin annexé. Bien entendu, la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre d'exemple indicatif et non limitatif. La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un trou borgne foré verticalement, de bas en haut, dans une voûte d'un ouvrage souterrain et muni d'un tube étanche de chemisage. La figure 2 est une vue schématique en élévation d'une tige métallique conforme à l'invention, munic d'un centreur, devant être placée dans le tube étanche. La figure 3 est une vue schématique avec coupe partleilc d'un obturateur conforme à l'invention. La figure 4 illustre schématiquement la mise en place de la tige de la figure 2 dans le tube étanche. La figure 5 illustre schématiquement la mise en place de l'obturateur de la figure 3 à la sortie du tube étanche. La figure 6 est une vue schématique en coupe du trou borgne de la figure 1, muni, conformément à l'invention, de la tige de la figure 2 et de l'obturateur de la figure 3. La figure 7 illustre l'injection d'une résine synthétique fluide dans le tube étanche, par un onfice de l'obturateur. La figure 8 est une vue schématique analogue à celle de la figure 6, après complet remplissage avec une résine synthétique. La figure 9 est une vue schématique en coupe d'un trou borgne foré verticalement, de haut en bas, dans le sol d'un ouvrage souterrain et muni d'un tube étanche de chemisage. La figure 10 illustre l'injection d'une résine synthétique fluide dans le tube étanche de la figure 9, par un orifice de l'obturateur. La figure 1 1 est une vue schématique analogue à celle de la figure 10, après complet remplissage avec une résine synthétique. Pour illustrer le procédé conforme à l'invention, on a choisi la variante selon laquelle le trou est chemisé par un tube étanche, par exemple en fibres de verre. Ce procédé est donc mis en oeuvre spécifiquement ici, après deux opérations classiques qui consistent, d'abord à forer un trou, puis à introduire dans celui-ci un tube de chemisage 1 qui assure l'étanchéité des parois du trou. Pour compléter l'étanchéité, on peut injecter dans le fond 2 du trou un matériau durcissable tel que de la bentonite (non visible sur le dessin) qui obture les moindres crevasses du terrain A dans lequel le trou borgne a été foré. Après cette préparation connue en soi, on agit selon l'invention en plaçant dans le tube 1 une pièce métallique qui, ici, est une tige 3 présentant un filetage 4 près de l'une de ses extrémités et sur laquelle on a placé un centreur 5. Le centreur 5 est d'un type connu selon lequel loin de former un barrage transversal, il présente de larges passages entre des branches périphénques plus ou moins élastiques qui sont destinées à prendre appui contre les parois du tube 1, grâce à leur élasticité qui les sollicite cn permanence radialement. La tige 3 munie du centreur 5 (figure 2) est engagée dans le tube 1 (figure 4) et poussée à fond, jusqu'à ce que son extrémité interne atteigne le fond 2 du trou borgne. Elle est centrée dans le tube 1 grâce au centreur 5 que l'on a positionné de telle sorte qu'il soit relativement éloigné de l'ouverture du tube 1. Grâcc à la poussée radiale des branches du centreur 5, comme dit plus haut, la tige 3 est maintenue en place, sans qu'il soit besoin de la tenir. On place alors un obturateur 6 à l'embouchure du tube 1 et on l'y coince. A cette fin, il est fait en tout matériau relativement élastique tel qu'une matière synthétique. L'obturateur 6 a une section telle que sa périphéne est coordonnée à l'embouchure du tube 1 et présente une ouverture centrale 7 dont la section correspond à celle de la tige 3, afin que lors de sa mise en place, (figure 5) I'obturateur 6 puisse pénétrer dans le tube 1, la tige 3 passant par l'ouverture 7. Comme celle-ci est située au centre de l'obturateur 6, la tige 3 se trouve centrée dans sa partie la plus proche de l'embouchure du tube 1. Quand on prévoit le centreur 5 (qui n'est pas obligatoire), celui-ci est en ligne avec l'obturateur 6 et l'on réalise un centrage parfait de la tige 3, d'une extrémité à l'autre. L'obturateur 6 présente en outre deux passages excentrés recevant, I'un un conduit long 8 et l'autre un conduit court 9. Le conduit 8 a une longueur telle qu'il s'engage dans le tube Isensiblement jusqu'à l'extrémité de celui-ci, ce que l'on considère comme étant une longueur sensiblement égale à celle du tube I ) > . Ainsi, le conduit 8 débouche extérieurement au-delà de l'obturateur 6 et intérieurement au voisinage du fond 2. Le conduit 9 est simplement un peu plus long que l'obturateur 6 est épais, et sert simplement au franchissement dudit obturateur 6. Lorsque la tige 3 et le centreur 5 d'une part, I'obturateur 6 et les conduits 8 et 9 d'autre part sont en place, on dispose de la structure représentée sur la figure 6. Pour obtenir la fixation définitive dc la tige 3 dans le tube 1, on doit introduire une matière durcissable dans l'espace annulaire qui subsiste entre l'intérieur du tube 1 ct l'extérieur de la tige 3. Pour cela, on utilise un injecteur B de type connu, visible que la figure 7, qui possède deux arrivées C et D pour deux composants généralement nécessaires à la mise en oeuvre d'une matière synthétique durcissable (résine et durcisseur). Ces deux composants sont conduits à un mélangeur statique E assurant le mélange intime des deux composants. L'extrémité mincc du mélangeur statique E est appliquée contre l'extrémité extérieure du conduit 9, éventuellement aménagée par l'ajout d'un cône de raccordement 10. Lorsque la matière durcissable 1 1 (fommée du mélange fluide des deux composants) a traversé le conduit 9,elle remplit la partie inférieure du tube I et monte dans celui-ci, selon les flèches Fl, au furet à mesure qu'elle est poussée sous l'effet de la pression appliquée par l'injecteur B, en obligeant l'air occlus à s'échapper, de haut en bas, par le conduit 8 qu'il emprunte selon la flèche F2 à partir de son extrémité la plus haute, pour sortir selon la flèche F3 (figure 7). L'espace annulaire est complètement rempli lorsqu'il ne sort plus d'air par le conduit 8, lorsqu'il sort quelques gouttes de matière 1 1 par le conduit 8, lorsque la matière 1 1 oppose à la poussée de l'injecteur B un effort égal ou supérieur à une certaine valeur, lorsque l'injecteur B a délivré une dose de matière 1 1 préétablie. On peut utiliser au moins l'un de ces paramètres pour assurer, à chaque injection, le remplissage complet de la cavité devant être occupée par la matière 11. On comprend que la tige 3 étant parfaitement centrée, on est assuré de bénéficier du collage le plus efficace possible pour une matière donnée et des dimensions données du tube 1 et de la tige 3. L'évacuation automatique de l'air occlus supprime toute résistance à la pénétration de la matière durcissable 1 1 autre que celle qui provient de sa viscosité. Or, le fait qu'elle se trouve dans un espace clos et étanche permet l'utilisation de matières très fluides à durcissement relativement lent (moins d'une heure), procurant une fixation extrêmement énergique de la tige 3. On n'expliquera pas cn détails l'utilisation de la tige 3 et de son pas de vis 4 pour l'assujettissement d'élcments de structure, car cela est à la portéc de l'Homme de Métier ct ne fait pas partie dc l'invention. On a décnt l'invention avec un trou borgne vertical foré de bas en haut dans le plafond (ou voûte) d'un ouvrage. Les figures 9 à 11 montrent que l'invention s'applique aussi au cas où l'ancrage est vertical mais de haut en bas, dans le sol (ou plancher ) de l'ouvrage. Sur la figure 9, on voit le trou déjà garni du tube 1. La figure 10 montre tous les éléments en place de la structure conforme à linvention mais l'on observe qu'ici l'injecteur B est relié au conduit 8 et non au conduit 9 car l'air occlus doit pouvoir s'échapper vers le haut alors que la matière durcissable 11 est conduite vers le fond du trou ct que son niveau remonte au fur et à mesure de sa sortie par l'extrémité inténeure du conduit long 8. La montée de matière Il dans le tube 1 permet de s'assurer qu'il ne reste pas d'air occlus puisque celui-ci est poussé par la matière 1 1 et s'échappe en partie haute, par le conduit court 9 selon la flèche F4. La figure 1 1 montre la structure de l'invention complètement terminée, le tube 1 étant entièrement rempli de matière durcissable 11, sans poche d'air. Ayant montré que l'invention s'applique parfaitement aux trous verticaux, en haut ou en bas d'un ouvrage, on comprend que toutes les positions et orientations différentes, intermédiaires selon les 180 qui séparent les verticales supérieure et inférieure, rendent le problème plus simple à résoudre puisque l'action de la pesanteur est nécessairement moindre, voire nulle dans le cas de l'exemple des figures 9 à 11. Par conséquent, I'invention est d'application universelle, qu'il s'agisse d'ancrages ou d'autres structures, dès lors qu'il s'agit d'injecter une matière durcissable dans des cavités complexes ou d'accès difficile. REVENDICATIONS 1 Procédé pour la fixation d'une pièce à l'intérieur d'un trou borgne foré dans les parois d'un ouvrage souterrain, du type selon lequel on interpose une matière durcissable entre la pièce et le trou, caractérisé en ce que on introduit d'abord la pièce (3) dans le trou borgne, on enfonce la pièce (3)jusqu'au fond du trou borgne, . on centre la pièce (3) par rapport au trou, au moins dans sa partie la plus proche de l'ouverture dudit trou, on obture l'espace annulaire qui subsiste entre le trou et la pièce (3), on introduit ensuite sous forme fluide une matière durcissable (11) dans l'espace annulaire tout en évacuant l'air occlus dans ledit espace annulaire, on laisse durcir ladite matière (11). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on centre aussi la pièce (3) au-delà de sa partie la plus proche de l'ouverture du trou. 3. Dispositif pour la fixation d'une pièce à l'intérieur d'un trou borgne foré dans les parois d'un ouvrage souterrain, fixation obtenue par une matière durcissable introduite entre le trou et la pièce placée dans ledit le trou, caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur (6) dont la section est coordonnée à celle du trou et qui est traversé d'une ouverture centrale (7) et de deux passages excentrés. 4. Dispositif selon la revendication 3, caracténse en ce que l'ouverture centrale (7) est destinée à recevoir la partie inférieure de la pièce (3), I'obturateur (6) servant en outre de centreur de ladite pièce (3). 5. Dispositif selon la revendication 3, caractense en ce que chaque passage excentré est destiné à recevoir un conduit (8-9) ayant une extrémité débouchant à l'extérieur de l'obturateur (6) dont l'un (8) a une longueur sensiblement égale à celle du trou et l'autre (9) est plus court que le précédent. 6. Dispositif selon la revendication 3, caractense en ce que la pièce (3) reçoit au moins un centreur (5) engagé sur elle, qui est destiné à prcndre appui sur la paroi Inténeure du trou ct qui présente au moins une ouverture permettant à la matière durcissable (11) de passer d'un coté à l'autre dudit centreur (5). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le centreur (5) est placé sur la pièce (3) à une distance de l'obturateur (6) inférieure à la longueur du conduit (8) dont la longueur est sensiblement égale à celle du trou, afin que l'extrémité libre dudit conduit (8) traverse le centreur (5) et se situe au-delà de ce dernier près du fond (2) du trou. 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité de l'un au moins des conduits débouchant à l'extérieur de l'obturateur est adaptée à recevoir un injecteur d'un mécanisme (B) d'introduction de matière durcissable (11).