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La présente invention, due à la collaboration de Monsieur Jacques ROUSSEAU, est relative aux dispositifs d'ancrage du type comportant des coquilles formant un élément tubulaire radialement expansible, et une tige insérée longitudinalement dans cet élément et portant un ou plusieurs coins destinés à coopérer avec des rampes correspondantes des coquilles pour réaliser l'expansion radiale de cet élément tubulaire.
On sait que ces dispositifs.d'ancrage sont destinés, par insertion dans un forage, à servir de point fixe d'appui.
On les utilise notamment pour le boulonnage du toit, des parements et des murs des galeries de mines dans la techni- que récente du soutènement suspendu.
Les dispositifsd'ancrage du type précité pré- sentent toutefois un inconvénient qui risque de les rendre inefficaces dans certains cas. Il arrive en effet parfois que les coquilles se décalent longitudinaloment par rapport à la tige au lieu de rester au morne niveau, en sorte que les
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coins au lieu d'écarter les coquilles passent en chicane entre elles; il en résulte que ces coquilles ne pénètrent pas dans les parois du forage et que l'ancrage ne tient pas.
Déplus, dans la plupart des dispositifs connus, il n'existe aucun moyen de contrôle permettant de s'assurer que l'ancrage a été suffisamment amorcé pour fonctionner ensuite sans glissement des coquilles lors de la dilatation des terrains qui pèsent sur la tête du boulon,
Il faut par ailleurs que le fonctionnement du boulon permette au moment de la pose, de donner au terrain une précontrainte déterminée, ce qui n'est pas toujours obtenu de manière satisfaisante dans les dispositifs connus*
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients précités.
Bile a pour objet à cet effet un dispositif d'ancrage du type précité, remarquable notamment en ce qu'il est prévu sur la tige une butée solidarisée à celle-ci par un moyen d'attache provisoire cédant pour un effort prédéterminé, cette butée étant destinée à servir d'appui aux coquilles dans les premiers stades d'expansion , en vue d'éviter leur décalage longitudinal et se désolidari- sant ensuite de la tigo pour ne pas empôchor l'expansion ultérieure de l'élément tubulaire.
De ce fait, dans les promiéros phases du fonctionne- ment du dispositif, après rattrapage de la course à vide correspondant à l'écartement des coquilles au diamètre du trou, il n'y a pas do déplacement axial de la tigo, les réactions du torrain à l'oxpansion dos coquilles étant transmises à la butée par l'intermédiaire du coin, et entièrement absorbées par cotte butéc jusqu'à la limite d'effort pour lequel elle a été calculée.
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Ainsi donc, selon l'invention, on réalise, grâce à la butée provisoire, le maintien on position dos coquilles tant que cola s'avère nécessaire, la butée s'effaçant ensuite pour ne pas gêner l'expansion ultérieure des coquilles.
Do préférence, cotte butée sera agencée sur la tigo de manière que ce soient les extrémités externes des co- quilles (c'es-tà-dire les extrémités les plus voisines de l'entrée du forage) qui prennent appui sur cette butée.
Dans la pratique, lorsque la réaction du terrain à l'expansion du dispositif exercera, par l'intermédiaire du coin, uno pression trop forte sur la butée, colle-ci se - désolidarisera do la tige, Remettant alors, au moment'du serrage à la clé, do donner à la tige, et par voie do conséquence, aux terrains soutenus, la précontrainte désirée, et de pormettre une expansion plus importante encore du dispo sitif.
La désolidarisation de la butée et de la tige pout également s'opérer grâce à l'action des coins les plus externes de la tige qui viennent s'appuyer sur la butée pour faire céder lemoyen d'attaches rovisoire.
Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu une griffe de retenue, librement enfilée sur la tige et prenant appui sur cette butée, pour caler dans le forage le dispositif d'ancrage avant toute expansion.
Cette griffe peut être également solidaire des coquilles et constituée par exemple par une attache élastique encastrée dans un logement ménagé dans les parois extérieures des coquilles, avec un débordement conique vore 10 bas, pour empêcher le retour en arrière.
La description qui va suivre permettra de mieux comprendre l'invention en se référant au dessin annoxé donné
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à titre d'exemple et sur lequel : la Fig. 1 est uns vue en élévation avec arrachement partiel du dispositif d'ancrage suivant l'invention; la F ig. 2 est une vue à 90 de la précédente; la Fig. 3 est une vue fragmentaire illustrant une variante de l'invention; les Fig.. 4 à 11 sont des vues schématiques illus- trant les divers stades d'expansion du dispositif d'ancrage suivant l'invention et la Fig. 12-est une vue fragmentaire analogue à la Fig. 1 et illustrant une variante du dispositif d'ancrage.
Suivant le mode de réalisation représenté, le dis- positif d'ancrage comporte deux coquilles A1 et A2 formant un élément tubulaire, les coquilles étant maintenues en position jointive par un lien élastique B ne gênant pas l'expansion de l'élément tubulaire et pouvant même dispa- raître au moment de l'insertion dans le forage. A l'inté- rieur de ces coquilles A1 et A2 vient s'insérer longitudi- nalement une tige C munie à une de ses extrémités d'une tête D vissée et bloquée sur la tige C; cette tête D est chanfreinée à sa partie supérieure pour faciliter l'intro- duction dans le forage et comporte à son extrémité inférieu- re une arête tranchante d dont le rôle sera expliqué par la suit e.
A l'autre extrémité de la tige est prévu un moyen de commande, constitué ici par une tôte prismatique F par- mettant l'engagement d'une clé en vue de fairo tourner la tige. La tête prismatique F est de préférence vissée sur une partie filetée de la tige C et vient se bloquer en bout de filetage. Ce montage do la tige F, bloquée on bout de filetage, permet d'interposer entre la tête et l'entrée du
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forage une plaquette G sans avoir à démonter le dispositif d'ancrage. La tige C est en outre filetée dans sa partie intermédiaire et reçoit un écrou H prolongé par des saillies en forme de coins I destinés à coopérer pour écarter l'élément tubulaire formé par des coquilles A1 et A2 avec des rampes J de ces coquilles.
Selon l'invention, il est prévu une butée K constituée, selon le mode de réalisation représenté, par une rondelle et sur laquelle sont destinées à venir prendre appui les extrémités externes des coquillesA1 et A2. Cette butéo K est solidarisée avec la tige C par un moyen d'attache provi- soire cédant pour un effort prédéterminé. Ce moyen peut être constitué par le filetage de la tige lui-môme, la rondelle K étant pourvue d'un taraudage correspondant.et étant matée sur la tige. Ce taraudage pourra d'ailleurs être simplement ébauché pour faciliter le déblocage de la rondelle K. La rondelle K est ainsi solidaire de la tige tant que ne s'exer- ce pas sur elle un effort supérieur à la résistance opposée par le matage de la rondelle K sur la tige.
Un mode de réalisation particulièrement avantageux do cette butée est celui représenté qui est le suivant : on utilise l'extrémité du filetage pour sorvir do point d'appui à la rondelle taraudée K.
Lorsque 10 filotage de la tige a été exécuté à l'ou, til, aveo enlèvement de copeaux, donc au même diamètre exté- ricur au sommet des filets que le diamètre initial de la tige, uno seule rondolle taroudée K suffit.
Lorsque le filetage de la tige C a été réalisé par laminage, c'ost-à-dire sans porto do matière, par gonflement du métal, pour un diamètre extérieur au sommet dos filots supérieur au diamètre initial do la tigo, une soulo rondallo
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taraudée ne suffit généralement pas pour obtenir un effort suffisant au déblocage; le fait d'y adjoindre une deuxième rondelle K' (Fig.3) taraudée à filets pleins, ou mieux à filets simplement ébauchés, ajouta à l'effort de déblocage l'effet de contre-écrou des deux rondelles l'une sur l'autre.
'Tout autre moyen d'attache provisoire est cependant possible. C'est ainsi que la rondelle peut être solidarisée avec la tige par une goupilla susceptible de se sectionner sous un effort déterminé do manière à désolidariser la butée de la tige.
Avantageusement et comme représenté, la butée K est surmontée d'une griffe élastique de retenue M dont le rôle apparaîtra plus loin.
On se reportera à présent aux fig. 4 à 11 expliquant le fonctionnement du dispositif d'ancrage suivant l'invention.
Ainsi que représenté, sur la fig.4, on perce dans la paroi dans laquelle il s'agit do fixer le dispositif d'ancrage un forage N à un diamètre légèrement supérieur à celui du dispositif d'ancrage ; le dispositif d'ancrage peut alors s'insérer dans ce forage, la griffe m venant en butéo sur l'extrémité externe du forage (Fig.4). Lors de cette inser- tion, le lion B peut être chassé ou bien se détruire.
En exerçant une pression sur la tige, pression truns- mise à la griffe M par la butée K, on force élastiquement los dents de la griffe de sorte qu'il est possible d'insérer le dispositif plus complètement dans le forage ainsi que ropré- senté à la fig. 5. La griffe M, toutofois, empêche le retour en arrière du dispositif d'ancrage qui est ainsi calé dams le forage. Lo dispositif est en place lorsque la plaquette G est amenée par la tôte F contre l'entrée du forage, ou mieux, à ou 2 cm environ do cotte entrée.
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En libérant la tige, celle-ci par son propre poids descend entre les coquilles A1, A2, fixes en les écartant grâce aux coins J et en réalisant un accrochage des coquilles dans la paroi.du forage, ces coquilles pouvant, le cas échéant, comme bien connu, comporter à cet effet des aspérités sur leurs parois externes.
Bien entendu, si le poids du dispositif d'ancrage n'es.t pas suffisant ou s'il est disposé dans une position autre que 'verticale, il suffit pour aboutir au môme résultat d'exercer une traction sur la tige.' , Au cours de ce mouvement de la tige C, la butée K en descendant avec la tige s'est écartée des extrémités' externes des coquilles A1, A2 comme le montre la Fig.6, L'amplitude du mouvement de la butée K peut permettre d'évaluer le diamètre du trou de forage dans la partie ou. se fera l'ancrage, lorsqu'on connaît la pente du coin et le diamètre des coquilles au moment de l'introduction..
Pour ramener la butée K au contact des extrémités externes des coquilles, il suffit d'agir sur la tête prisma- tique ? au moyen D'une clé jusqu'au moment où la plaquette G vient reprendre la position qu'elle avait avant la fin de l'introduction, c'est-à-dire à environ 1 cm de l'entrée du trou (Fig.7). Ceci ne nécessite pratiquement aucun effort.
L'ancrage proprement dit peut alors avoir lieu en continuant à agir sur la tête prismatique.
Dans un premier temps (Fig.8) les coins I descendant ontro los rampes J dos coquilles on écartant les coquilles A1, A2 qui pénètrent dans la paroi du forage. A remarquer quo la butée K bloquant les extrémités externes dos coquilles, ompôche ces dernières do se décaler longitudinalomont au cours de cette expansion. Grâce à cotte expansion, la cor-
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niche 0-ménagée par les extrémités externes dos coquilles dans la paroi du forage devient alors suffisamment important,,, pour maintenir en place les coquilles sans risque de déca- lage longitudinal en sorte que la butée K a fini do jouer son rôle et peut môme devenir gênante'puisqu'elle cmpôche l'expansion ultérieure do l'élément tubulaire.
Pendant cette opération de pré-ancrage , la tige C n'a pratiquement pas eu de déplacement axial vers le haut et la plaquette G n'a pas encore été comprimée entre la tête F et l'entrée du trou c'est alors que la butée K peut dis- paraître pour permettre le serrage de la tête entre l'entrée' du trou et les coquilles formant point d'appui au fond 'du trou.
Le déblocage de la butée K correspond à un effort prédéterminé, inférieur à celui dont on dispose à la clé la ou les rondelles K se vissent alors sur ltextrémité du filetage jusqu'au moment où. il n'existe plus aucun filet en prise. On constate alors une réduction très sensible de l'effort de serrage exercé sur la tête :Il' et la plaque est très rapidement appliquée contre l'entrée du trou,.
On utilise généralement pour le serrage des clés mécaniques sur lesquelles il est facile de constater la variation du couple de serrage :c'est pour l'opérateur le signal d'un amorçage suffisant de 1'ancrage, et il suffi t alors do bloquer la plaquette G entre la tête et l'entrée du forage pour donner à la tige la précontrainte voulue, en étant sûr que le dispositif pourra, par la suite, suppor- ter les pressions de terrains pour lesquelles il est utilisé (Fig. 9).
Dans certains cas particuliers) si la diamètre du trou est beaucoup plus grand que le diamètre initial des
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coquilles, ou si la plasticité dos terrains 10 permet, les pointes du coin 1 peuvent venir prendre appui sur la butée K avant la déblocage do cotte butéo. Dans co cas, ces pointes du, coin forment contre-écrou et entraînent la butée sur la partie non filetée de la tigo (Fig.10)
Au stade do la Fig.9 ou 10, on peut considérer que l'ancrage est terminé.
La réserve d'expansion oxi.stant encore peut servir à absorber la dilatation dos terrains dans lesquels le forage est pratiqué, la tige C descendant au fur et à mesure de cette dilatation, pour aboutir finale- mont au stade de la fig.11 où la tête D vient prendre appui sur los extrémités supérieures dos coquilleson stoppant définitivement la tige.
A remarquer quo si les coquilles se sont dilatées leur partie interne, de manière telle qu'elles laissent passer la tête D, collo-ci jouera le rôle d'un coin d'ox- pansion supplémentaire on s'insérant entre les coquilles.
. Toutefois, on obtiendra également un arrôt du mouvement do la tige grâce à l'arête tranchante d qui viendra raboter la paroi interne dcs coquilles en ménageant sur elles un rebord bloquant définitivement la tête D à l'intérieur des coquilles.
On voit d'après ce qui précède quo pendant tous les stades critiques de l'ancrage, les extrémités externes des coquilles ont été maintenues rigoureusement au mono niveau par la butée K, ce qui évite tout décalage de celles-ci et par suite 10 passage en chicane des coins entre les rampes qui ôtorait touteefficacité à l'ancrage. Pendant tout co temps, la réaction du terrain a été intégralement absorbée par cotte butée; celle-ci a également servi d'qppui à la griffe do retenue M.
Dès que la risque do décalage des coquilles est supprimé du fait do la corniche formée par les
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extrémités externes des coquilles dans la paroi du forage, la butée est désolidarisée de la tige grâce à son moyen d'attache provisoire, sans empêcher la poursuite de l'expan- sion des coquilles, La réaction du terrain est alors absor- bée par la tête F et sa plaquette d'appui G.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes' de réalisation représentés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.
C' est ainsi qu'il peut être prévu plusieurs séries de coins étagées sur la tige et un nombre correspondant de rampes sur les coquilles. Par ailleurs, la butée des co- quilles peut être agencée sous formeélastique, comme repré- senté à la Fig.12. Cette butée est alors constituée de deux rondelles k1 et K2 , la première k1 librement enfilée sur la tige C, venant au contact des coquilles, alors que la se- conde k2 est bloquée à l'extrémité du filetage comme la ron- delle K des modes de réalisation précédents. Un ressort R interposé entre lesrondelles k1 et k2 maintient en place la rondelle k1 à l'encontre de la pression exercée sur elle par les coquilles.
Cette pression est transmise à la rondelle k2 et lorsqu' elle excède l'effort assurant le maintien sur/le, tigo C de la rondelle k2 cette dernière se désolidarise de la tige comme dans los modes de réalisation précédents.