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Pour le soutènement d'excavations souterraines, il est r connu de relier entre eux les éléments de soutènement voisins tels que cadres dans lesgaleries, puits, tunnels ou autres excavations analogues, par des moyens de transmission des efforts disposés dans la direction de la galerie et servant d'entretoi- ses d'espacement. Comme moyens de transmission des efforts, on utilise des barres de fer ou des rondins d'entretoisement. Ils .doivent s'opposer aux flexions des divers cadres dans la direc- tion de la galerie sous l'effet de mouvements de terrain et au flambage de ces cadres"dans la direction de la galerie sous l'effet d'une forte charge en tous sens de certains cadres, en
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étayant contre la tension, la compression et le flambage les cadres soumis à ces efforts par ceux qui n'y sont pas' soumis.
L'exprieuce a contre que ces moyens- ne remplissent leur'fbnc- tion quetrès imparfaitement. La raison en est que pour.écarter de leur gosition stable de-support les cadres qui d'abord ne .sont pas fournis aux efforts, il suffit d'une force relativement faible et qu'après le déplacement un équilibre instable est atteint. 'Il est aussi désavantageux que les cadres ainsi liés . entre eux ne se soutiennent pas les uns les autres pour encais- ser les efforts du terrain.
On connaît peu un entretoisement dans lequel'des entre- toises,en bois sont disposées l'une à la suite de l'autre'en zig- zag entre l,es cadres (entretoisement en diagonale).,L'entretoise- ment en diagonale présente l'avantage que les entretoises en- bois ne peuvent pas s'échapper contre les parois, mais présen- tent par ailleurs les mêmes défauts que l'entretoisement mention- né précédemment, d'autant plus que les barres de bois ne sont pas liées aux cadres en extension et en cisaillement.
Il est connu aussi de fixer.les cadres à des crampons ancrés dans le terrain et ainsi, généralement comme but acces- soire, de maintenir les cadres contre la flexion et le flambage mentionnés plus haut. Cela n'est cependant valable que is les 'ancrages sont introduits dans des zones du souterrain immobiles dans la direction de la galerie.- Les parties des cadres situées dans des zones mobiles du 'souterrain et par conséquent sollici- tées à la flexion ne peuvent donc pas être maintenues au moyen d'ancrages dans une position stable de support. Un autre incon- vénient de'ce mode de soutènement est la dépense de matière né- cessitée par les ancrages en plus du soutènement lui-même.
Il est aussi connu de relier entre eux, de façon à for- mer un système porteur fermé constitué par des losanges ou triangles sphériques, des cadres se croisant et/ou se touchant
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formés d'anneaux ou d'arcs en les liant entre eux d'une manière résistante à la tension et à la compression aux points de croise- ment et/ou de'contact.. Ces soutènements permettent de répartir sur les autres.cadres les..efforts de terrain appliqués à un cadre particulier, mais ne peuvent s'opposer aux déplacements des cadres dans la direction de la galerie.
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V # ' ..Tous les soutènements connus présentent le caractère commun de n'être pas capables de réagir contre un glissement de sorte que, dans un-tel cas, le soutènement s'effondre.comme un châteaude cartes, ce qui peut provoquer des éboulements.
'.Pour le soutènement des tailles, il existé aussi un maque de flambage ou de flexion des chandelles lorsqu'on leur applique le remblai ou autre charge, ainsi qu'un risque de ren- versement sous l'effet de glissement du toit ; est aussi connu dans ce cas de s'opposer à la flexion ou au flambage par' la liaison des entretoises. De telles entretoises ne sont cepen- dant que rarement utilisées à cause du travail journalier néces- saire pour le déplacement du soutènement et l'adaptation aux distances entre chandelles.
Si les soutènements de souterrain connus sont exécutés sous une forme leur permettant de céder, tous les éléments de transmission des efforts simplement embrévés ou emboîtés tels que les entretoises horizontales ou diagonales précitées (dans le cas de.ces dernières, il est vrai, seulement celles du toit) ne tiennent-pas même'lorsque le soutènement travaille normalement.
Dans ce cas, la liaison des cadres avec des crampons fixés dans le terrain doit comporter des éléments de glissement spéciaux non susceptibles de se bloquer.
Il y a lieu'd'indiquer encore une particularité des sou- tènements appliqués jusqu'ici seulement d'une manière expérimen- tale, qui se composent de cadres doubles formés au moyen de dis- positions spéciales ou de adres simples par-dessus lesquels on place des dispositifs qui rappliquent contre le terrain. Outre
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l'instabilité qui se manifeste par le flambage plusieurs fois mentioné ci-dessus, il se présente alors une autre instabilité qui se manifeste lorsqu'on charge le cadre extérieur ou les dispositifs extérieurs par un déport du cadre intérieur dans la direction de la galerie. Les entretoisements connus et dé- crits appliqués individuellement au cadre intérieur et /ou au cadre extérieur ne peuvent bien entendu rien faire contre cela.
L'invention a pour but de relier entre eux des cadres de soutènement pour excavations souterraines de telle sorte qu'ils ne puissent pas fléchir et flamber, que les cadres voi- sins contribuent à supporter la charge qui repose sur un cadre et que les cadres ne puissent pas être renversés par des mouve- ments de glissement. Dans le cas de soutènements à cadres dou- bles, ou à cadres simples ayant un profil de grande hauteur, les cadres placés l'un dans l'autre ou les bords extérieur et inté- rieur du cadre ne doivent pas en outre s'écarter de leur plan.
L'invention a pour objet des soutènements pour excava- tions souterraines, plus particulièrement pour galerie et puits, dans lesquels les cadres adjacents sont reliés par des éléments de transmission des efforts, et dle consiste dans le fait que par des éléments de transmission des efforts et éventuellement par la liaison des cadres à des zones pratiquement immobiles de l'excavation, au moins certaines parties des divers cadres sont réunies rigidement avec d'autres cadres ou parties de ca- dre à la manière 'd'un système en treillis.
On peut, au moyen de surfaces hérissées, par introduction de saillies des cadres dans des cavités de l'excavation, par des ancrages, etc... placés aux endroits de forte,pression ainsi qu'aux points d'appui des ex- trémités du cadre, par frottement, appliquer les/cadres de ma- nière qu'ils ne puissent pas glisser contre des zones immobiles de l'excavation (toit et mur) et ainsi lier entre eux au moins certaines parties des cadres et ces zones de telle sorte qu'elle.
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forment, un système composé qui, complété par les éléments de transmission des efforts qui relient les cadres entre eux, est équivalent à 'un système en treillis au moins en partie isosta- tique'ou hyperstatique, c'est-à-dire.non déformable.
Pour réa- liser l'invention, des zonésde l'excavation peuvent donc rem- placer des éléments de treillis, c'est-à-dire assumer leur rôle' dans l' assemblage.
Les avantages obtenus grâce à l'invention résident dans le fait qu'un cadre individuel de l'assemblage, comme élément. constituant du système en treillis décrit ci-dessus, est encas- tré non seulement par la fixation de ses extrémités à leurs points d'appui et éventuellement par la fixation au terrain, mais en outre par le système restant constitué sans lui à ses noeuds de liaison avec ce système restant. Ainsi, la portée/de fléchissement et de flambage (longueur de stabilité) qui était déterminée par l'étendue linéaire des cadres et éventuellement leur courbure, ou par la distance entre leurs points de fixation au terrain et éventuellement leur courbure, est réduite à la distance entre les noeuds de liaison du cadre avec le reste du système en treillis. De cette manière, chaque cadre individuel a une force portante accrue.
D'autre part, la liaison décrite des cadres avec les-éléments de transmission des efforts et éventuellement les zones rigides de l'excavation de façon à former un système en treillis assure une meilleure répartition que jusqu'à présent des charges appliquées sur les divers cadrés sûre et empêche d'une manière/tout mouvement de glissement des cadres dans la direction longitudinale ou dans leur plan, de sorte que le soutènement ne .peut plus s'effondrer et s'oppose ainsi aux éboulements des galeries. Dans le cas de cadres doubles, le fait que le système en treillis maintient le cadre intérieur et le cadre extérieur dans un même plan et empêche leur déport relatif dans la direction de la galerie constitue un avantage particu- lièremènt important.
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L'invention permet diverses formes de réalisation du système en treillis ou de son système équivalent. Il peut consti tuer un treillis isostatique ou hyperstatique dans l'espace, ou être constitué partiellement ou entièrement sous la forme de treillis isostatique ou hyperstatique plan, ou bien encore se composer d'éléments de transmission des efforts et d'éléments de.cadres gauches les uns par rapport aux autres avec éventuelle ment des liaisons de ces éléments avec des zones rigides de .l'excavation.
Selon un mode de réalisation avantageux et relativement simple, qui ne réduit pas les avantages mentionnés ci-dessus, des éléments de cadre rectilignes adjacents situés dans un même plan ou sensiblement dans un même plan, ou de courts éléments d'arc adjacents pouvant être considérés comme rectilignes et si- tués dans un même plan ou sensiblement dans un même plan, sont disposés dans des plans communs avec les éléments de transmission des efforts et éventuellement les points de liaison à des zones rigides de l'excavation et constituent ainsi des éléments de treillis plans.
Dans le cas de cadres de soutènement de galeries simples ou de chandelles de tailles chassantes, ces plans passent avan- tageusement par des chandelles adjacentes ou le long d'éléments de cadres/rectilignes. Dans le cas de cadres doubles ou de cadres simples avec dispositifs placés par-dessus ou à grande hauteur de profil, ils passent avantageusement en outre ou seulement par des éléments de cadres adjacents qui relient entre eux les cadres intérieurs et les cadres¯extérieurs ou les cadres simples et les dispositifs' placés par-dessus, ou les limites intérieure et extérieure des cadres simples à grande hauteur de profil.
Lorsque les cadres sont appliqués contre des zones rigi- des de l'e.xcavation de façon à ne pas pouvoir glisser, on peut supprimer certains des éléments de transmission des efforts,
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puisque le terrain lui-même agit comme entretoise. Il est alors avantageux de faire soutenir les éléments appliqués sur un ter- rain non rigide d'un cadre dont d'autres éléments sont appliqué: sur un terrain rigide par les éléments d'un cadre adjacent ap- pliqués d'une manière non déplaçable sur un terrain rigide.
Outre sa simplicité par rapport aux autres modes de con- struction, ce dispositif a l'avantage que chaque cadre indivi- duellement et indépendamment de la flexion de l'autre cadre res- te encastré par ses éléments non liés à un terrain rigide.
Les moyens de transmission des efforts utilisables dans l'invention peuvent être reliés en extension et en compression avec les cadres et/être eux-mêmes résistants à l'extension, à la compression et au flambage ; il est aussi possible cependant de disposer sur les éléments de transmission des efforts ou à leurs points de fixation au cadre des articulations qui déchargent ces éléments de transmission, et ainsi également les cadres, des moments de flexion. On peut aussi utiliser des plaques comme moyens de'transmission des efforts.
Dans le cas où les cadres constituent déjà avec les élé- mets de transmission des efforts seuls un treillis isostatique ou hyperstatique, des barres perpendiculaires aux cadres résis- tantes à la compression et au flambage peuvent servir de moyens de transmission des efforts. Il suffit alors de tendre entre les noeuds de liaison des cadres avec ces barres ou entre ces noeuds et des parties sans noeud du cadre adjacent des éléments travail- lant purement à,l'extension (câbles, chaînes, rubans ou autres) liés aux cadres. Ces éléments peuvent également se croiser.
Dans le cas de grandes.distances entre les cadres, le remplacement de barres par des éléments travaillant à l'extension constitue une économie même si deux longueurs d'élément tendu -- rempla- cent une seule longueur de barre, car dans ce cas les barres résistantes au flambage- doivent avoir une section à grand moment
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d'inertie et en même temps, à cause du travail brutal dans les min-es une grande rigidité contre le cabossement, -Si les cadres sont appliqués contre des zones rigides de l'excavation d'une manière .empêchant le glissement, il est très avantageux de lier les points d'appui non déplaçables du cadre entre eux ou avec des points d'appui déplaçables du cadre adjacent dans. des.
directions obliques par rapport aux cadres et d'utiliser en partie ou exclusivement, comme moyens de. transmis- sion des efforts, des éléments travaillant à l'extension. Ces éléments travaillant à l'extension peuvent aussi dans ce.cas se croiser. On peut ainsi sans abandonner aucun des avantages*. sup- primer totalement les barres de compression résistantes.au flam- bage et résoudre le problème avec une dépense de matière remarquablement faible.
Dans le cas des cadres/articulés, il est recommandable d'appliquer d'une manière non déplaçable sur des zones rigides. du terrain des éléments dirigés vers l'extérieur au-dessus des axes d'articulation (éléments d'articulation, dans le cas de cadres doubles, éventuellement, des dispositifs placés par-des- sus l'articulation). Cette mesure est basée sur le fait que,dans l'articulation, au moins le moment de flexion autour de l'axe 'd'articulation est nul et qu'ainsi -Lui ancrage au voisinage de l'axe d'articulation paraît favorable.
Pour la même raison, et pour rendre l'action des moyens de transmission des efforts indé- pendantes des rotations possibles des éléments de cadre 'sur leurs articulations, il est recommandable de relier de préférence les éléments de transmission des efforts aux axes d'articulation de telle manière qu'ils puissent tourner sur ces axes.
En général, les éléments de cadre portent des pièces de raccord autant que possible dissimulées permettant la fixation amovible des éléments de transmission des efforts. Dans le cas de cadres articulés, l'axe d'articulation peut être constitué par un cylindre creux'et les pièces de fixation des éléments de
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transmission des efforts être disposées dans ces cylindres creux.
Comme éléments de transmission des efforts, on utilisera de pré- férence, outre des barres, des chaînes bu bandes perforées ten- dues et comme pièces de raccord des languettes, des.goujons ou autres qui pénètrent dans les. 'chaînons ou dans les trous .dès bandes perforées.11 est particulièrement avantageux également d'utiliser des barres-ou autres éléments de transmission des efforts portant des rotules coopérant avec des logements corres- pondants sur les cadres. @
Dans le cas.de soutènements avec possibilité de céder, il convient de relier entre elles sous forme de treillis ainsi que décrit les parties des.cadres mobiles en concordance..;
Ainsi, les avantages précités subsistent entièrement même lorsque le,- soutènement cède. '.
La description qui va suivre en regard des dessins an- nexés à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre, comment l'invention peut être réalisée pratiquement.
La figure 1 représente schématiquement en perspective des cadres de soutènement mis' 'en place'pour maintenir la section -d'une galerie indiquée partiellement.
La figure 2 est une'coupe.. longitudinale correspondant à la figure 1. @
La.figure 3 représente à'plus grande échelle un disposi- tif de chaînage d'un soutènement selon, l'invention.
La figure 4 représente le soutènement d'une galerie avec des cadre.:; doubles polygonaux.
Le .cadre ,1 représenté sur la figure 1 se compose d'élé- ments de cadres la, lb et le, reliés entre eux par des articula- tions 2. Le cadre représenté pourrait être constitué de façon à pouvoir céder par des moyens connus non représentés sur la figure,
Les articulations 2 et les points d'appui 3 des éléments de cadre la sont fixés au terrain, c'est-à-dire, dans le cas du
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tunnel 4- représenté d'une galerie d'exploitation, au toit 5 et au mur 6, par exemple au moyen de goujons 7.
Des articulations 2, liées au terrain, du cadre 1 et, d'une manière correspondante du cadre 13 partent, obliquement au plan des cadres le long de la paroi de la galerie, des éléments de transmission des efforts 8 qui se croisent avec les éléments de transmission des efforts 8a partant du cadre adjacent 9 et qui viennent s'attacher à des crochets 10 de ce cadre 9. La longueur libre de flambage des segments la et le, qui dans les cadres de soutènement habituels serait celle indiquée par la parenthèse 11, est réduite grâce aux éléments de transmission des efforts 8 et 8a à la longueur considérablement plus petite indiquée par la parenthèse 12.
La figure 3 montre comment les éléments de transmission des efforts 8 et 8a des figures 1 et 2 peuvent être constitués par des éléments travaillant uniquement à l'extension et ne sup- portant aucune fatigue de compression. A titre d'exemple, la fi- gure 3 montre une chaîne 14 utilisée dans un 'soutènement arti- culé dans.lequel des cylindres creux 15 servent d'axes d'arti- culation et des pièces de raccord 16 en forme de goujons sont disposées dans les cylindres creux, pour y accrocher les mail- lons de la chaîne. De cette manière, les éléments de transmission' des efforts 8 et 8a peuvent se plier à toute rotation du cadre 1 sur ses articulations.
Le soutènement représenté sur la figure 4 est constitué par des cadres doubles polygonaux. Les éléments supérieurs sont des cadres doubles 17 qui pénètrent dans des caisses de tasse- ment 18 leur permettant de céder. Sur la figure sont représentés plusieurs dispositifs possibles pour réunir les cadres adjacents de façon à former des treillis isostatiques ou hyperstatiques.
Par exemple, des éléments de transmission des efforts 19 sont reliés dans un même plan avec les côtés des polygones adjacents et des éléments 20 de liaison à des zones peu mobiles de l'exca-
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vation, de façon à constituer l'es éléments plans du treillis. En outre, des éléments de treillis sont constitués par des pièces de liaison 22 entre les-éléments extérieurs 17a et intérieurs 17b des cadres adjacents doubles'et par des éléments de trans- mission des efforts 21' reliant les deux cadres, ces éléments de transmission 21 et les 'pièces de liaison des cadres doublés étant situés dans un même plan. La figure montre d'autre part que les éléments mobiles en concordance des cadres adjacents son., liés de manière à constitu-er entre eux des systèmes en treillis autonomes..