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Dans les soutènements pour excavations souterraines, par exemple dans un soutènement de galerie ou des étançons de taillée il est connu et usuel, dans les dispositifs qui permettent au soutènement de céder sous la charge lorsque celle-ci dépasse une certaine limite, dispositifs appeles ci-après pour simpli- fier "dispositifs d'affaissement" d'engendrer la résistance à l'enfoncement au moyen d'un frottement métal sur métal Lorsque les surfaces de frottement ne sont pas travaillées de telle sorte qu'elles s'appliquent parfaitement plat, et en par- ticulier si des moments de flexion, engendrés par exemple par des poussées laterales, se produisent dans les dispositifs d'af-
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faissement,
cela peut conduirepar grattage à une indentation des surfaces frottantes, et par suite. à des conditions de frot- tement mal définies. La caractéristique d'enfoncement des -soutènements de mine connus avec dispositifs d'affaissement n'est donc en général ni reproductible ni bien définie ou déter- minable à l'avance, et en particulier elle varie d'une manière incontrôlable et imprévisible, si, outre les forces longitudi- nales qui produisent l'enfoncement des pièces de soutènement, de nonveauxmomens de flexion, engendrés par exemple par dès poussées latérales,.se produisent dans le dispositif d'affaisse- ment.
Il est connu, dans les dispositifs d'affaissement des . soutènements pour excavations souterraines, par exemple des arcs de soutènement de galerie ou des étançons, d'utiliser des pièces d'écrasement. Celles-ci sont pour la plupart en bois. Même lors- qu'on utilise des dispositifs d'affaissement de ce genre, les in- convénients indiqués ci-dessus ne sont pas éliminés.
Lorsqu'il ne se produit pas de frottement de glissement sur les pièces d'écrasement elles-mêmes et qu'ainsi les bois d'écrasement ne sont soumis qu'à une compression pure, et même dans les soutène- ments où les pièces d'écrasement sont soumises à un frottement en plus de l'écrasement, on observe une résistance à l'enfonce- ment variable, et une partie importante de, la résistance à l'enfoncement est produite par le frottement de glissement de pièces métalliques l'une sur l'autre.
En particulier, c'est ainsi que travaille un soutènement de mine contractable constitué de profilés comprenant un arc formé d'éléments ou d'étançons et des boîtes d'affaissement ou d'appui reposant sur la semelle et dans lesquelles les parties inférieures des éléments d'arc ou des étarcons peuvent'pénétrer.
Un bois d'écrasement est alors placé dans les boites d'affaissement de telle sorte que la partie inferieure de l'élément de soutènement pénétrant dans la boite
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d'affaissement glisse lors de l'enfoncement le long du bois d'é- crasement en comprimant celui-ci, cette partie inférieure de la boîte d'affaissement étant guidée au bord supérieur par des étriers métalliques et des sabots de freinage (soutènement "USSPURWIES") Même ce soutènement de mine connu et éprouvé avec dispositif d'affaissement comportant des pièces d'écrasement, dans lequel la résistance à l'enfoncement n'est produite pratiquement que par un frottement de glissement, ne-possédé pas une caracté- ristique d'enfoncement bien définie et reproductible.
En parti- culier, la caractéristique d'enfoncement change si le soutène- ment a à encaisser des efforts excentriques, tels que des pous- sées latérales et les moments de flexion qui les accompagnent, ce qui doit être considéré comme désavantageux bien que le sou- tèmement se comporte bien par'ailleurs.
D'autres dispositifs d'affaissement avec pièces d'écrasement en bois, ou autres matériaux déformables semblables, dans les- quels la résistance à l'enfoncement est produite par-le frotte- ment de glissement, ne se sont pas bien comportés et ne sont par conséquent pas entrés dans la pratique.
L'invention a peur but de réaliser un soutènement de mine avec dispositif d'affaissement pourvu de pièces d'écrasement: et dans lequel se produit un frottement de glissement, construit de telle sorte que d'une part la caractéristique d'enfoncement soit bien définie, puisse être déterminée à l'avance et soit reproductible, que d'autre part le dispositif d'affaissement cède aussi aux moments de flexion et qu'en outre la résistance d'en- foncement soit largement indépendante d.e ces moments de flexion, qui peuvent être produits par exemple par des poussées latérales.
L'invention a pour objet un soutènement pour excavation souterraine, tel que soutènement de galerie, de puits, ou de taille, avec dispositif d'affaissement pourvu de pièces d'écrase- ment et dans lequel 'un glissement de frottement se produit sur ces yièces d'écrasement, ce soutènement réunissant les particularités
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suivantes : a) utilisation de pièces d'écrasement qui, entre certai- nes limites d'écrasement, s'écrasent sous une charge constante; b) forme géométrique du dispositif d'affaissement assu- rant, sous les efforts que le soutènement a à encaisser, un écrasement compris dans les limites données;
c) des dimensions des surfaces d'écrasement, et par suite des surfaces de frottement, correspondant à la charge sous la- quelle le soutènement cède (force d'enfoncement et moment de flexicn). -
Selon une forme de réalisation avantageuse, les éléments de soutènement qui peuvent s'enfoncer l'un. dans l'autre dans le dispositif d'affaissement non seulement peu........-vent glisser l'un contre l'autre mais, en déformant les pièces d'écrasement, peuvent pivoter l'un par rapport à l'autre, de sorte que le dis- positif d'aff aissement est adapté à encaisser des fatigues de flexion indépendantes de la grandeur déterminée des forces longitudinales d'enfoncement sous lesquelles le soutènement cède.
L'expression "limites d'écrasement" utilisée ci-dessus dans la définition de l'invention a une signification mathémati- que précise qui découle elle-même de la signification du mot écra- sement. L'écrasement d'une pièce est, cornue l'allongement en ré- sistance des matériaux, la contraction relative, c'est-à-dire- rapportée à l'unité de longueur, que l'élément subit sous la char- ge. Il peut donc être au plus égal à un.
Les limites d'écrasement sont exprimées par des valeurs numériques de l'écrasement ainsi défini. les caractéristiques de l'invention définies ci-dessus sous a) utilisentr le fait surarenant que certaines matières con- stituant les pièces d'écrasement telle:.:; que, parmi les bois, les conférée, ou des matières plastiques formées d'une manière' spe- ciale, telles que certaines matières plastiques composées, s'ecra-
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sent sous une charge constante entre certaines limites d'écrase- ment.
Cela signifie que les courbes qui représentent la charge d'écrasement (ordonnée) en fonction de l'écrasement (abscisse), après un accroissement initial rapide de la charge, présentent une partie sensiblement horizontale s'étendant sur un grand intervalle d'écrasement avant de recommencer leur ascension.
Les bois ne possèdent pas tous cette propriété avantageuse; Cependant, entre autres, tous les conifères, en particulier le pin et le sapin, comme on le montrera plus loin, au moyen des courbes représentées sur les figures, la possèdent . En utilisant ces propriétés des bois ou autres matières appropriées selon l'invention, on peut établir un dispositif d'affaissement de telle sorte que, même pour une répartition quelconque de la charge, il règne des conditions bien définies déterminables à l'avance et reproductibles dans les larges limites de déformation des éléments d'écrasement permises théoriquement par les défor- maticns élastiques des eléments métalliques du soutènement.
Pour expliquer ce qui précède, on rappellera que, dans un dispositif d'affaissement, la force d'enfoncement N est égale et opposée à la force de frottement R qui s'exerce dans ce disposi- tif sur la ou les surfaces de frottement contre l'élément de soutènement qui s'enfonce.
D'après la loi connue de Coulomb, la force de frottement R est proportionnelle à la composante normale K de la charge d'écrasement qui est appliquée à la surface de frottement, le facteur de proportionnalité étant appelé coefficient de frotte- ment. On a donc :
R = K.
En principe, la composante normale de la charge d'éera- sement peut, la surface de frottement et la surface d'écrasement étant coniomoiues, être représertée par le produit de la pression normale p et de la surface, de sorte que l'on a :
N= PS.
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selon les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus sous a) et b) et concernant le comportement des pièces d'écrasement dans le dispositif d'affaissement, la char- ge d'écrasement et par suite la pression ± sont constantes entre certaines limites d'écrasement. Cela signifie que dans les relations ci-dessus, qui définissent la force d'enfoncement, celle-ci, pour un coefficient de frottement constant, ne dépend que de la grandeur de la surface de frottement ou d'écrase- ment des pièces d'écrasement contre l'élément de soutènement qui s'enfonce.
On peut donc selon l'invention, après avoir choisi la . forme géométrique du dispositif d'affaissement de façon à obtenir des conditions d'écrasement comprises entre les limites où. la pression reste constante, déterminer la charge d'affaissement par le choix des dimensions de la surface d'écrasement. Par charge d'affaissement,' il faut entendre non pas seulement les foi ces d'enfoncement pures, mais aussi des efforts qui, par suite d'influences exterieures quelconques, telles que des poussées latérales, peuvent produire des moments de flexion dans le soutènement et ainsi dans le dispositif d'affaissement.
Le coef- ficient de frottement des pièces d'écrasement qui se comportent de la manière indiquée est en général bien déterminé à cause des conditions de frottement métal sur bois ou tout au moins suffisamment déterminé pour qu'on puisse facilemant tenir compte de ses variations, de sorte que l'invention permet d'obtenir dans les soutènements des conditions d'affaissement bien définies, déterminables à l'avance et reproductibles.
Comme la force d'écrasement des pièces de soutènement selon l'invention ne peut pas dépasser une limite déterminée, il en est de même pour la résistance à 1'enfoncement et, dans le mode de réalisation avan- tageux mentionré ci-dessus, il en est de même également pour les moments de flexion produits par exemple par des puussées la-
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térales. On obtient donc ainsi en quelque sorte, dans le souutè nement selon l'invention, une "soupape" contre les moments de flexion. Cette soupape peut être établie de telle sorte qu'il . ne se-produise pas de déformation permanente des pièces en acier, au moins au voisinage du dispositif d'affaissement.
La résistance à l'enfoncement reste indépendante de la grandeur du moment de flexion auquel le dispositif cède et,de même la résis- tance à la flexion est indépendante de la grandeur des forces longitudinales d'enfoncement auxquelles le dispositif cède.
Les soutènements selon l'invention permettent de régler à volonté le processus d'encaissement de la charge, ce qui était jusque là impossible dans un soutènement de mine avec dispositif d'affaissement. Ce réglage et cette adaptation à des conditions données est obtenu par le fait que la surface de glissement ou d'écrasement en contact avec la pièce de soutènement qui s'en-. fonce augmente au fur et à mesure de l'enfoncement, mais qu'au total, la longueur de la surface d'écrasement ou de glissement est en général inférieure à la longueur d'enfoncement et déter- mine avec la largeur la force portante du soutènement pour une charge d'écrasement donnée.
L'invention s'applique à des soutènements comportant des dispositifs d'affaissement de constructions mécaniques très diverses.
La description qui va suivre au regard .des dessins annexé? à titre d'exemples non limitatifs fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée pratiquement.
La figure 1 représente, vu dans la direction de la gale- rie, un arc de soutènement à rotule avec dispositifs d'affaisse- ment .
La figure 2 est une coupe longitudinale à plus grande échelle d'un. dispositif d'affaissement de l'arc de la figure 1.
La figure 3 est une coupe par la ligne A-B de la figure 2
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Les figures 4 à 10 représentent diverses forces de coins en bois pour le dispositif d'affaissement.
La,figure 11 est une coupe d'un sabot de freinage pour le dispositif d'affaissement de la figure 2. les .figures 12 et 13 sont les courbes caractéristiques de divers bois d'écrasement.
Le soutènement représenté à titre d'exemple est consti- tué par un arc à rotule composé de deux éléments d'arc, 'la et lb,reliés entre eux par une articulation supérieure ;2 et dont les extrémités peuvent s'enfoncer dans des caisses d'affaisse- ment 3a et 3b.
Comme l'angle de pénétration de l'extrémité des éléments d'arc la, lb par rap- ort à l'axe des bettes d'affaissement 3a et 3b est variable, celles-ci forment d'autres articulations de l'arc la, lb, 2, 3a, 3b.
Comme on le voit sur la figure 2, les boîtes d'affaisse- ment 3a et 3b sont pourvues de pièces de bois d'écrasement 4, par exemple er bois de pin sylvestre, dont la caractéristique d'écrasement et celle d'autres bois sont représentées sur les figures 12 et 13. Dans un intervalle d'écrasement compris entre 2/50 et 22/50, la courbe caractéristique du bois de pin est sen- siblement parallèle à l'axe des abscisses, c'est-à-dire que dans cet intervalle 'le bois qui constitue le coin d'ecrasement 4 se comprime sous une charge constante.
Dans la forme de réalisation représentée sur le# figures 2 et 3, la disposition géométrique, c'est-à-dire la hauteur de l'élément d'arc la, lb qui pénètre dans la caisse, ainsi que les dimensiens de la section de la caisse 3a, 3b et la disposition du sabot de freinage 7 sont choisis de telle sorte, et enfin la forme géométrique du bois d'écrasement 4 en forme de coin à la partie supérieure est telle, que lorsque les éléments d'arcs la, lb s'enfencent dans les caisses 3a, 3b, à la suite de l'encaisse-
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ment d'une forte- charge réglable par la longueur de la partie inclinée du coin,
le bois d'écrasement est comprimé jusqu'à un point tel que l'intervalle d'écrasement indiqué plus haut soit atteint.
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Les figuBBB .12 -jsl ¯..3 pezmetter-a 4d :co..rr.d.s -les #wlEr- tions fonctionnelles rin-Lériali--ées -pa2?, ceis de construction. Pour que les charges renfoncement "à e..c,iss.e qui peuvent être appliquées dans la direction de .la fixèche 5a et auxquelles peuvent être ajoutées des charges de flexion 5b, soient déterminées uniquement par les dimensions de la surface
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d)±cras eiùent , l' elEi1Jlent fI écrasement 4, présente un redan en retrait 6, de soi'ce qu'aies que ce redan-a étWatteint, la -. surface d'écrasement ne 'varie plus.En même temps, le dispositif d'affaissement constitue ..ainsi une articulation qui peut jouer
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sous l'effet des moments 5b, indépendarrunerit de 'la possibilité d'enfoncement.
La pièce d'écrasement ! pourrait aussi être en- tièrement coupée à l'endroit de ce redan, mais on a préféré ne pas le faire pour. faciliter la fixation de .la pièce d'écrase- , ment .1 et, lors du montage du soutènement, -,le coincement de l'extrémité de celui-ci qui pénètre dans la bofte.
Comme le montrent en particulier les figures 2 et 3, la surface d'écrasement de la pièce 4 n'est pas la-'seule surface de frottement entre l'élément d'arc la ou lb et .la caisse 3a ou 3b dasn laquelle il pénètre.
Dans certaines circonstances, en particulier les cas de moments de flexion produits par' des poussées latérales, 'le sa- bot de .freinage 7 prévu, pour le guidage à la partie supérieure doit encaisser une forte charge et à cause de cela il est avan-
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tt..CEJ1)b8!.'c..nt T,ù.mi due j.:ii.n5:liar.es ùe fiein en bois 9. Celles-ci sont fixées .t. La1Jot 7 l:ui à ;,on leur est fixé a la 'boite 3a et 3b, pour le transport ....t 10 montage, au 11lO;yen d'une goupille fen- due 10, et qui, 1:..près que celle-ci a été enlevée, peut être fa-
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cilement retiré de l'assemblage soumis à une fatigue élastique au moyen de traverses Il posées sur les.bords de la boite d'af- faissement, ce qui facilite la dépose du soutènement.
Sur l'arê- .le inférieure de'aile exterieure de l'arc, est placé un patin de glissement ou de freinage 8, destiné à empêcher l'usure du soutènement la, lb au point de frottement 8. Les évidem--ents 12, par exemple triangulaires que l'on voit dans le coin d'écrase- ment en bois, ont pour rôle d'assurer que, sur une longueur prédéterminée de la course d'enfoncement, les pièces d'écrase- ment 4 se comportent de la manière décrite plus haut. On peut faire alterner les évidements 12 avec des parties non évidées du bois d'écrasement de telle sorte que le comportement ci-dessus décrit de l'écrasement selon l'invention ne s'établisse que suivant une valeur moyenne, ce qui n'a aucune influence sur la -caractéristique d'enfoncement.
On pourrait aussi constituer les pièces d'écrasement en plusieurs couches de bois avec diffé- rents éléments, collés par exemple les uns sur les autres, dont les effets se compensent.
On peut procéder de la même manière que dans l'arc de soutènement décrit avec, par exemple, un cadre de soutènement dort, les montants latéraux pénètrent dans les boîtes d'affaissement.
Des formes de realisation des pièces d'écrasement en bois 4. sont représentées sur les figures 4 à 10. Les coins dont les redans sont plus profonds supportent des charges plus fortes que le:..- autres.
Les détails d'un sabot de frein 7 sont représentés sur la figure 11. Le sabot de frein représenté a la forme d'une coquille en tôle et sur sa face d'appui est appliquée une garniture de bois 9 maintenue par de::; nervures 13. La garniture en bois 9 se comporte de la même manière que le coin 4 au point de vue de l'écrase. ent En @enéral, on donnera à cette garniture de bois 9 un dixième de l'épaisseur du coin.¯4.. les figures 12 et 13 germettent d'expliquer en principe
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le comportement èlecrasemet, la figure 12 pour des pièces en pin sylvestre et la figure 13 pour des pièces en sapin rouge.
Sur chacune des fleures sont représentées trois courbes I , II et III dans un système de coordonnées dont les abscisses représentent l'écrasement "-# " et les ordonnées la pression de charge. Les trois courbes I, II et III diffèrent cornue le montrent les sections 'de bois représentées au bas de la figure 13, par suite des orientations différentes des cernes 14 du bois par rapport à la direction 15 de la pression de charge.
Dans toutes les courbes il existe un intervalle d'écrasement dans lequel les bois se compriment scus une charge pratiquement constante, plus particulièreuent dans le cas de la courbe III.
Pour un écrasement d'environ 15/50 les trois courbes passent pratiquement au même point pour les trois orientations des, ce 12?- nes. 0' est donc dans cet intervalle qu'on travaillera de préfé- rence selon l'invention, l'intervalle étant en général comris i entre les limites 2/50 et 20/50.
On peut obtenir artificiellement un comportement à l'écra- sèment semblable à celui des bois pour des matières plastiques' et compositions de matières plastiques.