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"Etançon, frette et procédé de fabrication":
L'invention concerne un étançon nouveau, rigide ,et extrafort en aggloméré muni d'un frettage pa rticulièrement ra- tionnel.
Le but principal de cette invention est de mettre à la disposition des exploitants de mines - et activités similaires et tout spécialement des houillères travaillant les g#tes en plateurs, un étançon qui, sous un faible voluem, assure avectoute la sécurité désirable', un soutènement certain.et efficace du tolt, dans les conditions les plus dures rencontrées, dans l'exploita-, tion d'un front de taille.
, On a, jusqu ici, utilisé des étançons en .bois, en acier, mixtes et en béton plus ou moins ferraillé. Le bois offre des inconvénients et même des dangers très sérieux à, raison de sa faible résistance spécifique'aux efforts de compression et sur- tout de flexion ; àraison de l'inconstance, de sa texture qui
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détermine des variations profondes de résistance et, enfin, eu égard à sa rapide détérioration.
Les soutènements métallioues accusent rapidement des déformations sensibles; d'autre part, l'enfoncement de la tête ou du pied de l'étai crée de grosses difficultés dans l'exploi- tation : beaucoup d'étançons sont perdus pour la récupération, lors de l'avance du front de taille. les exploitants se sont trouvés dans l'obligation de pourvoir les étançons métalliques d'une base plate et d'une tête en acier coulé destinée à suppor- ter les bêles. Ou bien encore, on a préconisé des étançons télescopiques. Ces moyens donnent des résultats relativement satisfaisants, mais sont onéreux et de mise en application assez délicate. Quant aux étançons en béton armé, ils ont en général appliqué les propriétés des colonnes frettées.
On a préconisé soit le frettae par tube d'acier recouvrant toute la colonne, soit par anneaux superposés. On a aussi préconisé le fretta:;6 spiraloïde jointif avec des fils d'acier ordinaire,
Ou bien encore, en vue de réduire le prix des étançons, les exploitants ont été amenés à entourer le fût en béton d'un frettage avec spires à grand pas uniforme d'un bout à l'autre de l'étai.
La présente invention concerne des étançons utilisant deséléments qui se rapprochentle plus de ce derniersystème.
Toutefois, ceux-ci montrent, à l'examen, que le pas des spires utilisées est toujours trop fort et ou'il dépasse la va- leur critique laquelle s'établit analytiouement. Il en résulte aussi que les spires travaillent mal et développent sur le noyau, sous les effets de la sollicitation normale de l'étançon, des contraintes insuffisantes. L'uniformité du pas est donc une erreur, notamment dans l'application des étançons dans les tra- vaux de mines; tout comme est une erreur la disposition jointive des spires sur toute la longueur de l'étançon à raison de l'aug- mentation très sensible - et même inacceptable = non seulement du poids, mais surtout du prix de l'étançon. Un simple calcul
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d'un tel étançon etd'un étançon, conforme à la présente inven- tion est édifiant à cet égard.
Enfin, dans les étançons en aggloméré fretté qu'on a tenté d'implanter dans l'exploitation des gisements souterrains, on n'a accordé aucune attention à la matière principale; le béton. Plus particulièrement, la granulométrie était négligée et la fluidité du béton était 'généralement trop grande: ce béton n'offrait qu'une résistance médiocre de l'ordre de 150 à 225 Kg cm2. La résistance de ces étançons était donc nettement plus faible que celle des étançons métalliques d'encombrement trans- versal équivalent...Les qualités médiocres du béton offraient encore le grave inconvénient pratique de ne permettre le démou- lage qu'après plusieurs heures, ce qui soit freinait fortement la production, soit élevait exagérément les fraiss.de première installation'd'une fabrication industrielle.
Tous ces inconvénients ont donc abouti à faire préfé- rer, par les exploitants, les étançons métalliques malgré leurs sérieux inconvénients.
La.présente invention concerne un étançon en aggloméré- généralement fretté - qui échappe systématiquement aux reproches pré-rappelés; elle s'étend aussi à la frette spéciale au titre de produit industriel nouve'au et au mode de fabrication indus- trielle de l'étançon révélé.
Substantiellement, l'étançon, objet principal de l'in- vention, réalisé en aggloméré fretté par au moins un élément fili- forme enroulé hélicofdalement autour du fût se caractérisé en ce que les spires - sous tension pratiquement nulle avant la sollicitation de l'étançon -'sont plus rapprochées vers la mi- longueur de ce dernier. Plus généralement, les spires sont join- tives vers la mi-longueur de l'étançon puis, elles ,Vont éque- 'distantes jusqu'aux deux extrémités de la pièce ou elles pour- ront - facultativement d'ailleurs - être à nouveau disposées
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jointives sur une petite distance.
Dans cette conception nouvelle, tous les éléments:
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tracé des spires, c'aalités de l'acier, cf1ractéristir'ues et traitement du béton et exécution de la tête, ont été tout spé- cialement adaptés en vue d'atteindre les qualités étonnantes qui se sont révélées aux essais d'usage sur l'étançon, objet de l'invention; il en résulte que ces éléments pris ensemble ou individuellement ressortissent à l'invention.
Quant à l'importance d'un tracé rationnel et pratique. des spires, elle participe de considérations techniques d'abord', économiques ensuite. En effet, si l'on examine les contraintes radiales que subitun noyau cylindrique de béton chargé axiale- ment, par les réactions élastiques d'une frette spiroïdale, on constate qu'elles répondent à une loi progressivement décrois- sante à partir de la mi-longueur du noyau vers ses deux extré- mités. Théoriquement, la frette spiroïdale devrait donc pré- senter un enroulement à pas progressivement décroissant à partir des extrémités de l'étançon vers sa mi-longueur. rais cette fret- te théorique serait pratiquement et économiquement inconstructi- ble.
L'invention consiste donc essenti.ellement à permettre la fabrication industrielle de frettes très approchantes de ladite frette théorique et caractérisée en ce que les spires sont plus rapprochées vers la mi-longueur du fût en aggloméré avec la caractéristique essentielle qu'en aucune partie de la longueur du noyau, le pas des spires soit supérieurà le valeur critique établie ou capable d'être établie analytiouement. Techniquement donc, une telle frette approchant la frette théorique peut être aisément établie pour résister à la compression plutôt qu'au flambement.
Economiquement, en réalisant la frette d'une telle manière que les spires soient jointives vers la mi-longueur du noyau et ,équidistantes mais de pas inférieur à la valeur criti- , que de part et d'autre desdites spires jointives, on aura, pour
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une résistance etune sécurité maxima, réalise une frette de .poids et de prix minima.
.Néanmoins, on sait qu'une spirale ne présente pas de rigidité transversale. Conformément à l'invention, celle-ci est assurée par des éléments longitudinaux solidarisés aux spi- res. A titre d'exemple, on peut appliquer à cette .fin un cer- tain nombre de barres longitudinales placées à l'intérieur des spires et soudées ou agrafées à chacune de celles-ci. Ces liens longitudinaux interviennent d'ailleurs énergiquement pour assurer la rigidité de l'étançon.
D'une manière générale et,' selon une caractéristique. essentielle de l'invention, la limite élastique de ces barres longitudinales, augmentée par l'action de frottage du noyau, ne peut être dépassée sans rupture du noyau. ll est évident que cette frette peut être réalisée en un seul tronçon dans lequel cas les spires sont enroulées d'une manière continue par un seul fil ou bien elle peut être réalisée par plusieurs tronçons solidarisés par les barres ou fils longitudinaux.
Dans ce dernier cas, les bouts libres des frettes sont orientés radialement vers le centre du noyau et ces bouts sont terminés et raccordés à la frette 'proprement dite'par des courbes de rayons relativement grande,
La frette qui s'oppose au gonflement du fût soumis à une. charge axiale, réagitradialement sur le noyau. Cette r'éac- tion pourra devenir d'autant plus élevée, sans écrasement du béton, que la réaction de la frette sera plus grande. Comme dans les exploitations souterraines, il est nécessaire de ré- duire le poids de cette frette au minimum, elle devra présenter une résistance spécifique aussi élevée que possible. On emploiera donc un acier à caractéristique élastique élevée à l'exclusion d'acier ordinaire.
Un acier courant peut cependant être utilisé pour les barres longitudinales. Quant au béton utilisé pour la fabrication du fût ou noyau, il est capital qu'il présente des
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caractéristiques de très loin supérieures à celles qui ont été constatées dans les étançons en agglomérés fre,ttés qu'on a essayé d'introduire dans les mines . Selon l'invention, il est capital d'utiliser un béton à très haute résistance à la compression. 11 est donc essentiel qu'ayant affaire à un béton raide, celui,-ci ne présente pas de vide lors de sa mise en place.
Préférablement donc, on appliquera ici les procédés brevetés bien connus 'de la vibrogiration par table vibrante à réaction unidirectionnelle strictement verticale, de force très elevée, dais réglable, ainsi d'ailleurs que son amplitude et sa fréquen- ce. Il est établi que ces procédés assurent le maximum de compacité aux bétons les plus raides, donc les plus résistants.
Or, cette pratique a prouvé que les étançons pouvaient être démoulés immédiatement, ce qui permet une économie énorme tant à raison de la rapidité de la fabrication que de la réduc- tion sensible des frais de première installation. De plus, il a également été prouvé que ces étançons peuvent être déjà uti-' lisés 28 jours après leur confection, ce oui évite donc la nécessité de gros stockage.
Egalement, l'expérience a démontré que, par ce procédé, la résistance à la compression des étançons d'une série donnée est pratiquement constante, lesvariations ne dépassant jamais 5 %.' Cet avantage est considérable surtout quand les étançons sont utilisés en "lignes d'orgue" sur les fronts de foudroyage.
Or, les étançons métalliques présentent des variations pouvant atteindre 50 % vu la précarité du serrage par cale bois-acier.
Quant aux étançons en bois, ils présentent normalement des varias tions beaucoup plus considérables dépassant parfois 200 surtout à cause des noeuds.
Les autres parties caractéristiques de l'étançon, objet de l'invention, apparaîtront mieux dans l'exemple d'exécution décrit ci-après sans aucun caractère limitatif et représenté aux dessins annexés dàns lesquels: la figure 1 est une vue en élévation de l'étançon, la
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frette étant contrée en traita pleins pour plus de clarté; la figure 2 est une vue en plan de l'étançon.
Dans cet exemple' d'exécution, l'étançon est, conformé- ment à l'invention, formé d'un fût cylindrique 1 en béton raide de granulométrie correctement déterminée. Ce fût est surmonté d'une tête 2 de plus grand diamètre et reliée audit fût par un raccord, conique ou. concède 3.
La frette qui entoure cet étançon pratiquement sans le solliciter avant l'application des charges normales sur la pièce, est réalisée par l'enroulement hélicoïdal d'un fil d'acier à haute limite élastique. Dans ce cas,d'exécution, la frette est sont réalisée en trois tronçons dont deux tronçons 4' et 5 semblables et caractéristiques en ce que les spires sont jointives aux deux bouts et équidistantes entre ceux-ci. Deux bouts à spires jointives viennent se placer l'un contre l'autre à mi-longueur de l'étançon. Le troisième tronçon 2. est formé de spires 7 d'abord équidistantes, mais de diamètre progressivement croissant, puis de spires 8 jointives, mais de même diamètre. De cette manière, ce troisième tronçon frette parfaitement la tête 2 et son raccord conique 3.
Les bouts libres 9 des divers tronçons de frettes sont orientés radialement vers le centre du fût et ils sont teminés et, d'autre part, raccordés à là frette proprement dite par des arrondis, respectivement 10 et 11. de diamètre relativement grand. Tous les tronçons sont solidarisés par quatre barres lon- gitudinales 12 placées à l'intérieur des spires et soudées à chacune déciles. Vers la tête ces b&rres longitudinales sont , déformées en vue d'être divergeantes et elles sont, vers leur extrémité correspondante, selidarisées par un cerceau 13.
Cette tête 2 frettée réalise une innovation importante en matière d'étançonnage, car elle permet de supprimer l'usage des bêles (flandres) entre étançons voisins. Ces derniers éléments qui travaillent à la flexion se brisent facilement et exigent un temps relativement considérable pour la mise en place. Le
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raccordement de cette tte au fût par un cône ou un conoïde réduitau minimum les dangers de rupture par flexion.
Pour parer aux différences se produisant dans la et distance entre toit/mur d'une couche, la longueur des étançons successifs n'est pas la même: elle accuse une différence constan- te de 10 à 15 cm. Ces écarts sont rattrapés par l'empilage de disques frettés en béton armé d'assez grande surface pour s'op- poser éventuellement au poinçonnement du mur par le pied de l'étan- çon. La tte de l'étançon est mise en charge par l'intermédiaire habituel d'une paire de gros coins qui seront préférablement en béton armé. Dans la majorité des exploitations, deux diamètres . d'étançons seront largement suffisants pour les besoins courants.
Il est normal que les étançons, objet de l'invention, pourront être adaptés très correctement aux applications auxquel- les on les destine - la forme, les dimensions, la section des frettes et,'d'une maniè,re générale, les différents éléments sus- décrits pourront être modifiés sans sortir du cadre de l'inven- tion pour autant que l'on maintienne la condition sine qua none anise peur le tracé des spires de frettage. il est d'ailleurs extrêmement intéressant de remarquer que des étançons construits selon la technique toute nouvelle révélée par le présent brevet, ont donné lieu à des résultats vraiment surprenants;
notamment, des essais exécutés à la presse Amslerde 300 T sur des étais de 12,5cm. de diamètre etde 1,50 m. de hauteur, ont montré que la déformation élastique commence vers 75/80 Tonnes ; rupture d'une spire de frette s'est produite vers 90 Tonnes sans déformation sensible. La rupture d'un fil s'est produite à son point de soudure. L'apla- tissement n'a été oue de 4 mm. par mètre environ contre 45 mm. par mètre pour un excellent étançon métallique moderne de sec- tion équivalente, lequel se brisait à 70/75 Tonnes, peur. une hauteur de 90 cm. Un 'étançon conforme à l'invention, vibrogiré,
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de même section mais de 75 om. de hauteur, n'a accusé la rupture d'un fil de frettage que sous une charge de 148 Tonnes, la déformation de l'étançon étant très faible.
Le sciage de l'étan- çon a montré que le béton était resté extrêmement compact', ne montrant pas la moindre fissure.
:En outre, ces expériences ont révélé que l'étançon montre un léger écaillage quand il dépasse sa limite d'élasti- cité, ce qui peut très heureusement servir de témoin visuel pour l'ouvrier.
Comme on le voitdonc, on a, par la présente, invention, réalisé pour lapremière foisun étançon - plus particulièrement pour 'travaux souterrains - dans lequel chaque élément a été parfaitement étudié et correctement déterminé, en sorte qu'on a pu grouper en les augmentant même, les avantages techniques et économiques des étançons actuellement en usage, mais en en écartant systématiquement les inconvénients.