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La présente invention concerne principalement des dispositifs per- mettant de fixer ou d'ancrer une tige, rapidement et fermement, dans un trou pratiqué dans une masse solide telle que roche, béton, maçonnerie, ou, pour certaines applications, dans une masse ou un corps métallique. Ces dispositifs sont utilisables , par exemple, pour la réalisation de broches d'ancrage destinées au boulonnage du toit dans les excavations souterrai- nes, et pour la réalisation d'étançons;
ils peuvent aussi être adaptés à la réalisation de dispositifs d'éclatement de roches ou autres matériauxo
Les dispositifs selon l'invention sont caractérisés, notamment, par la combinaison d'une extrémité conique filetée, sur la tige à fixer, et d'une aspire hélicoïdale conformée peur constituer un écrou conjugué de ladite extrémité conique filetée et pour présenter un moyen s'opposant, par accrochage sur la paroi dudit trou, à la rotation de la spire-écrou, dans le sens du vissage de la tige.
Cette caractéristique sera d'ailleurs exposée, de façon détaillée, à l'aide du dessin annexé et de la description y relative, desquels ressor- tiront, en outre, d'autres caractéristiques et les avantages de l'inven- tiono
Sur le dessin annexé : - La figure 1 montre, en élévation, une tige à ancrer munie d'extrémité conique filetée, selon une particularité de l'invention.
- Les figures 2 et 3 montrent, respectivement en élévation et en plan, une spireécrou selon une autre particularité de l'inventiono - La figure 4 montre, en élévation, l'ensemble d'un dispositif selon l'in- vention, engagé dans un trou de diamètre minimum pour son utilisation.
- La figure 5 est une élévation partielle, analogues à celle représentée Figo 4, montrant le dispositif dans un trou de diamètre maximum.
- Les figures 6 et 7 sont des élévations coupées, permettant d'exposer le principe de fonctionnement du dispositif.
- La figure 8 montre, en élévation partielle, un dispositif spécialement adapté pour le soutènement des terrains dans les mineso - La figure 9 est une coupe transversale , à grande échelle, du câble cons- titutif de la spire-écrou du dispositif Fig. 80 - La figure 10 est une élévation partielle coupée, montrant un dispositif spécialement adapté pour faire éclater le milieu dans lequel il est montée - La figure 11 est une coupe transversale, à grande échelle, du câble cons- titutif de la spire-écrou, du dispositif Fig. 100 - La figure 12 montre, en élévation, un tire-fond destiné à être vissé dans la masse solide, dans un trou taraudé pour le recevoir.
- La figure 13 montre, en élévation, un taraud pour tarauder le trou dans lequel est vissé le tire-fond Figo 12.
- La figure 14 est la vue en bout de l'extrémité du taraud représenté Fig.
130 - La figure 15 montre, en élévation, un tire-fond susceptible d'être vissé, sans taraudage préalable, dans un trou pratiqué dans la roche, ou autre mi- lieu taraudable - Et la figure 16 est la vue en bout, à échelle agrandie, de l'extrémité du tire-fond représenté Fig. 15.
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En se reportant à la figure 1, on voit une tige à ancrer 1 pourvue d'une tête 2 et d'une extrémité conique filetée 30 Celle-ci est destinée à recevoir l'écrou spécial représenté sur les figures 2 et 3; cet écrou est constitué par une spire hélicoïdale 4'de quelques tours, ayant même pas que le pas du filetage de l'extrémité conique filetée 3, et dont le diamè- tre intérieur d est sensiblement égal au diamètre d' à fond de filet, de l'extrémité de la partie conique 3 de la tige 1.
Dans ces conditions, et avec un choix judicieux du profil du filetage sur l'extrémité conique 3, et de la forme de la section transversale du fil ou du câble constitutif de la spire 4, celle-ci constitue une sorte d'écrou conjugué de l'extrémi- té conique filetée 3, sur laquelle elle peut être engagée, puis vissée;, ainsi qu'il apparait de la figure 4. La spire-écrou 4 présente un bout ac- crocheur, non coudé, 6, faisant saillie radialement, et qui, constitue, ain- si qu'on le verra plus loin, un moyen s'opposant à la rotation de la spire- écrou, dans le sens du vissage de la tige 1.
L'ensemble de la tige 1 et de la spire-écrou 4 forme un dispositif selon l'invention, qui peut être ancré dans un trou 7 (voir Fig.4) pratiqué dans une masse solide 8. La spire-écrou 4, étant engagée , par son extrémi- té opposée au bout accrocheur 6, sur le premier filet de la tige 1, l'ensem- ble est introduit dans le trou 7;
lorsqu'on tourne la tête 2 dans le sens du vissage, la spire-écrou 4 n'est pas entrainée en rotation, ou tout au moins s'arrête rapidement de tourner, car le bout accrocheur 6 attaquant, par son extrémité libre, la paroi du trou 7 tend à s'accrocher aux aspéri- tés de cette paroi, et s'y arc-boute, l'extrémité conique filetée 3 se. vis- se alors dans la spire-écrou 4, et provoque l'expansion de celle-ci qui s'appuie de plus en plus fortement sur la paroi du trou 7, jusqu'au blocage de l'extrémité conique 3 à l'intérieur de la spire-écrou 4 dont l'expansion ne peut être poussée plus loin, par suite de la résistance à l'écrasement de la paroi du trou 7.
Le diamètre de celui-ci doit être en rapport avec les dimensions du dispositif utilisé ; il doit être assez-grand pour permet- tre l'introduction de la spire-écrou juste engagée sur l'extrémité conique 3 de la tige 1 ( cas de la figure 4), et ne pas être trop grand, pour que la spire-écrou engagée à fond, sur l'extrémité conique 3, se trouve suffi- samment serrée contre la paroi du trou 7 pour assurer l'ancrage (cas de la figure 5).
Le dispositif d'ancrage qu'on vient de décrire peut être adapté pour différentes utilisationso Par exemple, ainsi qu'il est représenté sur la figure 6, la tige 1 est terminée par une tête carrée étroite 2, et pour- vue d'une partie filetée 9 sur laquelle se visse un écrou 10; une plaquette 11 permet de transmettre la pression de l'écrou 10, sur la surface inférieu- re de la masse solide 8 ; celle-ci est constituée, par exemple, par une suc- cession de strates de roches, telles qu'il s'en présente dans les excava- tions minières, et que l'on veut solidariser entre elles, afin d'éviter que ces strates ne se décollent l'une de l'autre, et ne cèdent successivement.
Pour réaliser la solidarisation des strates, on perce des trous tels que 7 dans leur ensemble, et l'on engage, dans chacun de ces trous, une tige 1 munie à son extrémité d'une spire-écrou 4; en vissant la tête 2,-provoque l'expansion radiale de la spire-écrou 4 dont la rotation est empêchée par son bout accroche 6; au fur et à mesure du serrage, la spire-écrou 4 s'em- preint radialement de plus en plus profondément dans la paroi du trou 7, et finalement la partie conique 3 se trouve bloquée contre l'intérieur de la spire-écrou 4 dont l'expansion ne peut se -poursuivre plus loin, par sui- te de la résistance à l'écrasement de la roche;
à ce moment, la spire-écrou 4 se trouve parfaitement ancrée dans la roche, et l'on peut procéder au serrage de l'écrou 10, qu'on avait préalablement amené au niveau inférieur de la partie filetée 9, afin de ne pas entraver le vissage de la tige 1; le serrage de l'écrou 10 fait naître une tension axiale dans la tige 1, dont
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la partie supérieure se trouve retenue par la spire-écrou 4, et cette ten- sion assure la solidarisation désirée des strate s de rocheso
Dans le cas de la figure 7, la solidarisation des strates est as- surée, directement, par le vissage de la tige la A cette fin, celle-ci, mu- nie à son extrémité d'une spire-écrou 4, est introduite dans le trou 7. jus- qu'à ce que la tête 2 vienne s'appliquer sur la plaquette 11,
elle-même en contact avec la surface inférieure de la masse solide 8 ; visse ensuite la tête 2, en la maintenant appliquée contre la plaquette 11; la spire-é- crou 4, dont la rotation, dans le sens du vissage, est empêchée par son bout accrocheur 6, est contrainte à descendre sur l'extrémité conique filetée
3 ; au fur et à mesure qu'elle descend, la spire-écrou 4 s'expand radialement de plus en plus, et finit par se trouver coincée entre la paroi grosso mo- do cylindrique du trou 7 et le noyau conique de l'extrémité conique filetée
3.
A la fin du serrage, l'expansion de la spire-écrou 4 freine énergique- ment ,et même arrête tout à fait, la descente de cette spire-écrou , de sorte qu une ension axiale importante prend naissance dans là tige 1,et applique fortement l'une contre l'autre les strates de roches à assembler.
On a indiqué sur la figure 7, la direction des forces qui existent à la fin du serrage effectué dans le sens de la flèche Fo La tension axiale dans la tige 1 est figurée par les flèches f et d'; cette tension axiale fait agir sur la spire-écrou 4 des forces descendantes figurées par les flè- chés f2; les forces radiales d'expansion de la spire-écrou 4 sont figurées par les flèches f3; et ces forces radiales se composent avec lesdites for- ces descendantes, pour produire des forces obliques figurées par les flèches f4; d'autre part, la tension axiale dans la tige 1 fait naître des forces ascendantes qui sont figurées par les flèches f1;
et qui appliquent la pla- quette 11 contre la masse solide 80 Il apparaît donc que les conditions de serrage d'un dispositif selon l'invention, présentent une grande analogie avec celles d'un boulon ordinaire en prise avec un écrou à filet triangulai- re.
Lors de l'introduction, dans le trou 7, de la tige 1 et de la spi- re-écrou 4 partiellement vissée sur l'extrémité conique 3, le bout accro- cheur 6 peut gêner cette introductiono Pour faire disparaître cette gêne, il suffit , en même temps que l'on introduit la tige, de la faire tourner légèrement dans le sens du dévissage; ce mouvement de rotation tend à cou- cher le bout accrocheur 6 qui glisse ainsi sur les aspérités de la paroi du trou, sans risque de s'y accrocher ; de plus, ce mouvement , qui provoque un resserrement de la portion de la spire-écrou 4 non engagée sur l'extré- mité conique 3, tend à bloquer sur celle-ci la portion engagée de la spire- écrou, et assure ainsi le maintien de la spire-écrou sur l'extrémité coni- que.
On remarquera que la fixation obtenue par le dispositif selon l'in- vention est très solide, car le fond du filet de l'extrémité conique 3 se comporte somme une clavette d'angle au sommet très faible; tout se passe comme si la spire-écrou 4 était pressée contre la paroi du trou, par une clavette de longueur égale au développement du filet de l'extrémité conique, et d'épaisseur v@@iant comme le diamètre de celle-ci.
La spire-écrou 4 est constituée de manière que la résistance qu'el- le oppose à son expansion, et à son glissement sur la gorge du filetage de l'extrémité conique, n'occasionne ni une déformation de la portion de la spire non encore engagée sur l'extrémité conique, ni un dérapage du bout accrocheur 6 sur la paroi du trou 7' Pour l'application aux excavations mi- nières déjà considérée à propos des figures 6 et 7, et pour des applications analogues, il est avantageux d'utiliser, ainsi qu'il est représenté sur les figures 8 et 9, un filet à gorge ronde sur l'extrémité conique 3, et
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une spire-écrou 4 formée à partir d'un cable de section circulaire à fils torsadés.
Dans ces conditions, lorsque les terrains pèsent plus fortement sur la tige 1, comme la gorge ronde du filet appuie obliquement sur la spi- re-écrou 4, l'accroissement de force axiale dans le sens de la flèche F1 cause un accroissement de l'expansion de la spire-écrou, et par suite, un accroissement de la résistance au glissement dela spire-écrou le long de la paroi du trou 7. D'autre part, le câble, par les déformations qu'il peut prendre, se prête bien à l'expansion de la spire-écrou et à son glissement le long du filet, il épouse intimement la paroi du trou 7, et sa rugosité extérieure augmente l'adhérence sur cette paroi ; toutes ces propriétés con- tribuent à procurer un ancrage très solide.
Les fils du câble, de préférence en acier, doivent présenter des caractéristiques mécaniques convenables pour résister aux contraintes de frottement et d'écrasement; le câble doit, par ailleurs, être préférable- ment tel que la spire-écrou n'ait guère tendance, après son expansion, à se resserrer élastiquement sur l'extrémité conique de la tige.
Dans ces conditions ,la récupération de la tige se fait sans difficultés, puisqu'au début du desserrage, l'adhérence de la spire-écrou sur la roche étant plus grande que l'adhérence de la spire-écrou sur le filet, celui-ci glisse sur la spire-écrou sans l'entraîner, et comme celle-ci n'a pas tendance à se resserrer élastiquement d'elle-même, l'extrémité conique filetée se trouve donc dégagée de l'intérieur de la spire-écrou ,et le dévissage peut être effectué jusqu'à permettre l'enlèvement de la tige.
Les dispositifs selon l'invention peuvent aussi être adaptés pour servir de dispositifs d'éclatement. Dans ce cas, ainsi qu'il est représen- té sur les figures 10 et 11, il est préférable d'utiliser un filet triangu- laire sur l'extrémité conique 3, et une spire-écrou 4 constituée par un câ- ble triangulaire à fils torsadés en acier à haute résistance ; vissage de la figure 1 provoque, ici encore, l'expansion de la spire-écrou 4, et celle-ci appuie contre la paroi du trou 7, sur une surface relativement importante, avec une force de plus en plus grande jusqu'à provoquer l'écla- tement du massif dans le trou duquel'on a engagé le dispositif.
Après déga- gement, par dévissage, de la tige hors de la spire-écrou, 4, celle-ci re- prend , par son élasticité , sa forme primitive, et se trouve apte, ainsi que la tige, à effectuer une nouvelle opération d'éclatement.
L'invention vise aussi l'application des dispositifs précédents à la réalisation d'élançons d'un type nouveau. Par exemple, un tel étançon serait constitué principalement par un poinçon cylindrique ayant une extré- mité conique filetée telle que 3, par une spire-écrou telle que 4 montée sur cette extrémité conique, et par un fût tubulaire à l'intérieur duquel pourrait coulisser l'ensemble du poinçon et de la spire-écroua On conçoit que dans un étancon de ce genre, le vissage du poinçon dans la spire-écrou ,en provoquant l'expansion de celle-ci, permettrait de solidariser, par friction ,le poinçon sur le fût, au niveau convenable pour que l'étançon ait la hauteur désirée.
Un autre objet de l'invention vise l'application de tire-fond vis- sés dans la roche ou autre milieu taraudable, pour la réalisation de dis- positifs d'ancrage très simples. Dans un premier mode de réalisation repré- senté sur la figure 12,le tire-fond est constitué par une tige 13 terminée par une partie cylindrique filetée 14 a une extrémité, et par une tête de serrage 16 à son autre extrémité; ce tire-fond est vissé dans un trou préa- lablement taraudé à l'aide d'un taraud conjugué du tire-fond: par exemple celui représenté Figs. 13 et 14. qui comprend une partie filetée 17 munie de deux coupes 18, et une broche de manoeuvre 19.
Dans un autre mode de ré- alisation représenté sur les figures 15 et 16, le tire-fonn est prévu pour tarauder lui-même le trou dans lequel on le visse; à cette fin, sa partie
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cylindrique filetée est pourvue d'une gorge longitudinale 21 qui lui pro- cure une arête de coupe et une rainure d'évacuation des copeauxo Cette gor- ge est disposée, de préférence, un peu après l'origine du filet, de façon à créer un profil coupant de petit rayon ,en 22, sur la première spire du filet, et un profil coupant de plus grand rayon, en 23, sur la deuxième spire du filet;
le profil coupant 22 travaillant avant le profil coupant
23, et sur un plus petit rayon que lui, il en résulte de meilleures condi- tions de coupe de la roche, et la formation d'un filetage plus soigné dans celle-cio
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ou représentés, et de nombreuses variantes de réalisation peuvent être envisagées sans sortir de son cadreo En particulier, la spire-écrou peut être constituée à partir d'un simple fil de fer ou d'acier, de section rec- tangulaire ou carrée, enroulé de manière qu'un côté de la section droite du fil soit parallèle à la génératrice du cône de l'extrémité conique file- tée sur laquelle la spire-écrou est montée, le filet sur cette extrémité conique étant, de préférence à gorge ronde, comme représenté sur la figure
8,
ou à gorge rectangulaire de forme adaptée pour recevoir et guider le fil constitutif de la spire-écrou .Dans ces conditions, d'une part, cha- que spire ou tour de la spire-écrou présente une conicité de sens favorable pour faciliter l'introduction de la spire-écrou, dans le trou destiné à la recevoir; d'autre part, lors de l'expansion de la spire-écrou, celle-ci prend contact avec la paroi du trou, d'abord par l'arête, côté tige cylin- drique, du fil qui la constitue;
ce fil se trouve alors forcé obliquement dans la paroi du trou, ce qui en facilite la pénétration dans cette paroi, et améliore la qualité de l'ancrage. Dans le cas d'une spire-écrou consti- tuée à partir d'un fil unique, il est bon de prendre des dispositions pour assouplir le bout accrocheur, de telle manière qu'il fléchisse plus facile- ment lors de l'introduction de la spire-écrou dans le trou destiné à la recevoir ; pour réaliser cet assouplissement, on peut, par exemple, amincir le bout accrocheur, ou y percer un ou plusieurs trous, afin de réduire le moment d'inertie de sa section.
On signalera encore, qu'au lieu d'une spire- écrou enroulée initialement sur un cylindre ,il est prévu d'utiliser une spire-écrou enroulée sur un cône convergent vers le bout accrocheur, la conicité de ce cône étant, de préférence, la même que celle de l'extrémité conique filetée sur laquelle est enroulée la spire-écrou.