Dispositif d'ancrage d'une pièce de soutènement
La présente invention a pour objet un dispositif d'ancrage d'une pièce de soutènement dans un forage.
Pour le soutènement des parois rocheuses, au moyen de boulons d'ancrage selon une méthode bien connue, on place chaque boulon dans un forage pratiqué dans la paroi. Le boulon est retenu dans le fond du forage par un dispositif d'ancrage. Du côté de la paroi, le boulon retient lui-même une plaque de soutènement et l'applique sur le terrain que l'on veut stabiliser.
Les dispositifs d'ancrage et de serrage généralement employés présentent des inconvénients sérieux. Les ancrages classiques des boulons sont constitués par des pièces d'acier, dites coquilles, de forme générale allongée, appelées à s'écarter sous l'action de coins d'acier, tout en restant parallèles à l'axe du boulon.
Les dimensions transversales des coins étant limitées dans tous les cas par la dimension diamétrale des forages,
I'écartement des coquilles, qui mesure la capacité d'expansion du dispositif, ne peut pas dépasser la valeur du diamètre du boulon. Par suite, I'expansion est strictement limitée. Au maximum, elle représente une partie du diamètre du forage. Une expansion correspondant à cet ordre de grandeur peut être suffisante dans les roches de dureté moyenne. Elle devient trop faible lorsqu'il s'agit d'assurer l'ancrage efficace de boulons dans les roches tendres. Cela restreint considérablement l'application des boulons de soutènement, puisque les roches tendres sont précisément celles pour lesquelles le boulonnage serait de la plus grande utilité.
Les dispositifs de serrage qui permettent la mise en action des ancrages usuels sont divers. Ils présentent souvent l'un ou l'autre des inconvénients suivants: ils soumettent les tiges des boulons à des surcharges nuisibles, ils ne permettent pas de régler avec précision les efforts de serrage des dispositifs d'ancrage.
Le but de la présente invention est de créer un dispositif d'ancrage qui remédie à ces inconvénients'.
Pour cela, l'invention a pour objet un dispositif d'ancrage d'une pièce de soutènement dans un forage, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de traction lié par une extrémité à un mécanisme à bielles destiné à être placé dans un forage, des moyens de compression agissant sur ledit mécanisme et liés à l'autre extrémité de l'organe de traction de façon à provoquer une expansion latérale dudit mécanisme, des moyens s'appuyant sur lesdits moyens de compression pour exercer une traction sur ledit organe de traction et des moyens de blocage de l'organe de traction par rapport auxdits moyens de compression.
La description qui va suivre, ainsi que le dessin annexé, feront comprendre comment l'invention peut par exemple être réalisée.
La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention, comprenant un tirant de grande puissance, mis en place dans un forage.
La fig. 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe longitudinale d'une autre forme d'exécution comprenant un boulon de force moyenne mis en place dans un forage.
La fig. 4 est une vue en coupe transversale suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. S est une coupe diamétrale d'un dispositif d'attache des armatures de traction dans une autre forme d'exécution de l'invention.
La fig. 6 comprend, dans sa moitié supérieure, une vue de dessus du dispositif de la fig. 5, et dans sa moitié inférieure, une coupe transversale VI-VI de ce dispositif.
La fig, 7 est une coupe en long de l'about d'une armature de traction, représentant l'un des moyens d'attache d'une telle armature, adapté au dispositif de la fig. 5, et
la fig. 8 est une coupe longitudinale d'un autre dispositif d'accrochage de ces armatures de traction.
La fig. 1 montre, à titre d'exemple, un tirant de forte puissance placé dans un forage 2, en terrain de faible cohésion. Le tirant pris pour exemple comporte une gaine tubulaire 3 en acier ordinaire, dont la rugosité a été augmentée extérieurement par un sablage 15 exécuté sur un enduit frais de colle de type époxy. La gaine 3 est renforcée à ses extrémités par des manchons 4a et 4b.
L'un de ces manchons porte des ondulations 14 destinées à augmenter l'adhérence du métal au mortier de ciment 13 qui l'enrobe. Sur la fig. 1, I'importance de ces ondulations a été exagérée à dessein.
L'armature 6 du tirant est constituée par des fils d'acier à haute résistance. Elle est capable de supporter des efforts de traction très élevés. Les fils d'acier sont munis de blocs d'arrêt 5a et 5b à leurs extrémités. Les fils sont disposés de façon à ménager un passage central 19 pour le coulis de ciment assurant l'enrobage du tirant. A la paroi extérieure, le tirant applique au terrain une réaction stabilisatrice, grâce à la plaque 8 serrée par l'écrou 9.
Le dispositif d'ancrage comprend en fond de forage deux bielles courtes en acier laminé 10a et deux bielles longues lOb. Par la mise en tension de l'armature 6, sous l'action des vérins 16, solidaires de la tige creuse 17 vissée sur le bloc 5a, les bielles ont été soumises à une forte compression longitudinale. Sous cette compression, elles se sont déployées selon un quadrilatère dont les côtés se sont enfoncés dans le terrain. Tiré par la tige 17, le bloc 5a, qui se trouvait initialement à l'intérieur du manchon 4a a été extrait de ce manchon. En fin de course, il a pu être calé au moyen de la pièce intermédiaire 12, formant clavette, ce qui a définitivement immobilisé le dispositif, par blocage de l'écrou 9.
L'ensemble a été consolidé et lié au terrain au moyen de l'injection du coulis de ciment 13. Cette injection a été faite en deux temps. Les vides existant dans le forage ont été remplis à basse pression au cours d'une première phase de travail. Puis l'obturateur 33 a été mis en fonction. L'injection s'est alors poursuivie en pression, tandis que les vérins 16 mettaient en place progressivement les bielles 10.
La fig. 2 correspond à la coupe II-II de la fig. 1.
Elle montre la disposition des bielles 10 munies de dents 21 et renforcées par des armatures 20 en acier mi-doux soudées, qui les relient entre elles. Elle montre en coupe l'armature 6, contenue dans une gaine de protection 18 et le passage 19 pour le coulis d'injection 13 qui forme masse d'ancrage pour le tirant.
La fig. 3 montre un boulon de force moyenne mis en place dans un forage 2. Ce boulon comprend une gaine tubulaire 3 renforcée à ses extrémités par des manchons 4a et 4b. Certains de ces manchons portent des ondulations 14 destinées à augmenter leur adhérence au coulis de ciment 13 qui les enrobe. L'armature 6 du boulon comprend trois fils d'acier crénelés à haute résistance.
L'un de ces fils 7 occupe une position axiale. Il est muni à ses extrémités de têtes 5a et 5b, dites blocs d'arrêt.
Sur la paroi rocheuse, le boulon applique au terrain une réaction stabilisatrice, que répartit la plaque 8 serrée par l'écrou 9.
Le dispositif d'ancrage comprend en fond de forage quatre bielles 10 en fonte ou en acier. I1 est entendu que ce nombre pourrait être doublé ou triplé s'il en était besoin. Les bielles portent des bossages 21. Elles sont reliées par des articulations 20. Les bielles représentées par la fig. 3 ont été soumises à une compression longitudinale résultant de la mise en tension du fil 7. Sous cette compression, elles se sont déplacées en parallélogramme, dont les pointes externes se sont incrustées dans les parois du forage. Le fil 7 a été mis en tension au moyen de l'écrou de serrage 11, engagé sur le manchon fileté 31 et portant sur la pièce intermédiaire 12, appuyée elle-même sur le manchon fileté 4a.
L'ensemble a été consolidé et lié au rocher au moyen d'un coulis de ciment 13. Ce coulis de ciment a été injecté dans le forage à partir de deux évents ménagés dans la pièce intermédiaire 12. Après avoir franchi ces deux évents, le coulis 13 a progressé le long de la gaine tubulaire 3, en suivant les deux canaux qui lui ont été ménagés en raison de la disposition des fils 6. Le coulis a enrobé les bielles 10 et le bloc terminal 5b. Il est revenu à travers l'espace annulaire compris entre la gaine 3 et les parois du forage 2, pour assurer le garnissage de la plaque 8.
La fig. 4 correspond à la coupe IV-IV de la fig. 3.
Elle montre la disposition des bielles 10, de l'armature centrale 6 et du fil axial 7, enrobés par le coulis 13.
La fig. 5 est relative à un mode de réalisation du bloc d'arrêt 5a de la fig. 1. Ce bloc d'arrêt est constitué par une pièce cylindrique 23 comportant un vide central cylindrique fileté 24, sur lequel débouchent des saignées rayonnantes 25, symétriquement réparties au pourtour du trou 24. Le nombre de ces saignées correspond au nombre de fils 7 de l'armature 6 que le bloc doit recevoir.
La pièce 23 repose sur une pièce intermédiaire 12 constituée par deux barrettes d'acier formant cales et clavettes, glissées entre les fils 7 de l'armature 6.
La fig. 6 représente, dans sa moitié supérieure, la vue de dessus d'un bloc d'arrêt 5a, présenté en coupe diamétrale sur la fig. 5. Les fils 7 se terminent par des bulbes 28 réalisés par matriçage à froid. Ces bulbes s'appuient sur des écrous en acier dur 26, par l'intermédiaire de rondelles en acier ordinaire 27. Dans sa moitié inférieure, la fig. 6 représente la coupe en travers de la pièce 23 suivant le plan VI-VI de la fig. 5. Sur cette coupe, on voit comment sont disposées les saignées rayonnantes 25 débouchant sur le trou central fileté 24.
Ce trou central présente un diamètre suffisant pour laisser passer les écrous 26. Il peut recevoir la tubulure 17 de la fig. 1.
La fig. 7 représente la terminaison d'un fil d'acier 7 préparée en vue de la fixation de ce fil sur le bloc d'arrêt 5a. Le fil 7 a été engagé partiellement dans l'écrou en acier à haute limite élastique 26, muni d'une rondelle en acier mi-doux 27, constituant un élément intermédiaire répartiteur de contraintes. Au moyen d'une machine spéciale l'extrémité du fil 7 munie de l'écrou 26 de la rondelle 27 est soumise à une compression longitudinale très élevée. Sous l'effet de cette compression, il se forme un bulbe 28 à l'about du fil 7. En même temps, la partie du fil 7 se trouvant à l'intérieur de l'écrou 26 subit une expansion latérale. De ce fait, elle vient s'engrener avec les filets 30 de l'écrou. Une cale d'épaisseur 31 peut être glissée sous l'écrou pour corriger les écarts de longueur du fil ainsi préparé.
Une fois prêt à être monté, le fil 7 est passé dans le trou 24 de la pièce 23, et engagé dans l'une des rainures 25 de cette pièce, comme le montre la fig. 5 représentant le bloc d'arrêt Sa.
La fig. 8 est relative à un moyen de fixation des fils 7 de l'armÅature 6. Les écrous26 complétés par les rondelles 27, sur lesquelles s'appuient les bulbes 28, reposent sur les manchonnets 31, constitués par des tronçons de tube d'acier collés sur les fils 7 de l'armature 6. Ces manchonnets reportent sur les barrettes de la pièce intermédiaire 12, les compressions qui leur sont transmises par les écrous 26. Les barrettes transmettent ces compressions au manchon épais fileté 4a, qui porte l'écrou 9 serré sur la plaque d'appui 8 bloquée contre le rocher.
L'injection du coulis de ciment destiné à enrober le boulon, passe à travers une tubulure centrale 32. Pour permettre la mise en pression du coulis, après une première phase de remplissage, un obturateur 33 est disposé en arrière du manchon fileté 4a. Cet obturateur est constitué par une enveloppe perdue torique, en matière plastique, que l'on peut gonfler au moyen d'un tube souple 34.
La rugosité de la gaine tubulaire 3 qui protège les armatures 6 est augmentée extérieurement par sablage effectué sur un enduit frais de résine de type époxy. La rugosité du manchon intérieur simple 4b, qui est collé sur les gaines 3, et qui sert de butée aux bielles, est augmentée par des ondulations 14 faites mécaniquement.
Dans d'autres formes d'exécution, le dispositif d'ancrage peut comprendre une suite de bielles, dont le nombre peut être augmenté à volonté, qu'une action extérieure force à se déployer en formant un ou plusieurs parallélogrammes ou quadrilatères, soit placés à l'extrémité interne de chaque tige, soit répartis en série de façon arbitraire, au long de chaque tige, que l'on peut rendre indéformables à tout moment. Les pointes externes de ces quadrilatères s'enfoncent dans les parois du forage, aussi profondément qu'il est nécessaire, pour réaliser un ancrage présentant une pleine efficacité. Le déploiement des quadrilatères s'effectue sous l'action de deux compressions opposées s'appliquant aux deux extrémités des groupes de bielles. La force nécessaire pour le blocage du dispositif lui est transmise par les armatures des tiges.
Cette force est en rapport avec la puissance d'accrochage nécessaire.
Pour les boulons et tirants de grande dimension, ces compressions peuvent être engendrées au moyen de vérins amovibles extérieurs. Pour les boulons plus petits,
L'action de serrage est produite au moyen d'un écrou extérieur.
Le dispositif décrit s'applique aux boulons des types les plus divers. Cependant, il présente le maximum d'avantages pour les boulons injectables au mortier de ciment, dont la tige comporte une armature centrale en fils d'acier à haute résistance, protégée de l'oxydation par une gaine tubulaire en acier ordinaire. Lorsque le dispositif d'ancrage décrit est appliqué à un tel boulon injectable, les fils d'armatures sont mis en état de précontrainte, en raison de leur mise en tension, au cours de l'opération de serrage de l'ancrage terminal du boulon. Par contre, les tubes-gaines sont mis en compression. Les efforts transmis par les tiges peuvent être réglés, par exemple en faisant participer le rocher aux actions à transmettre. Ainsi, I'état de contrainte des tiges peut être adapté avantageusement aux caractéristiques des aciers utilisés.
L'avantage principal du dispositif d'ancrage décrit reste cependant de présenter une possibilité d'expansion s'élevant à plusieurs fois le diamètre du forage dans lequel on peut le placer. Cette possibilité d'expansion permet l'emploi du dispositif dans les terrains déformables ou possédant une faible cohésion. On peut ainsi réaliser des ancrages dans les terres et les sols, quitte à augmenter le nombre ou la dimension des bielles.
Lorsqu'il est employé avec un boulon injectable au coulis de ciment, le dispositif d'ancrage décrit devient lui-même injectable. La mise en place du mortier de ciment peut s'effectuer, soit pendant le déploiement des bielles soit après. Elle est facilitée par la disposition des systèmes d'attache des armatures. Selon cette disposition, les armatures des tiges de boulons sont multiples, le cas de l'armature centrale unique étant exclu. Un passage central, ou tout au moins deux passages latéraux suffisamment larges, sont ménagés dans toute section pour le cheminement facile du coulis.
L'adhérence des tiges avec le mortier d'enrobage est augmentée par sablage sur enduit de colle de type époxy, ou par des ondulations réalisées sur le métal par action mécanique. Les obturateurs, récupérables ou non, constitués par une enveloppe torique souple, gonflable, que l'on dispose autour de la tige des boulons permettent la mise en pression du coulis de ciment.
La cimentation protège les divers dispositifs contre la rouille. Elle augmente la rigidité des ancrages et affermit leur liaison au rocher.