MINISTÈRE DU DÉVELOPPEMENT INDUSTRIEL ET SCIENTIFIQUE

BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES

SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONALB.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60

TECHNOLOGIE DU BOULONNAGE LÉGER

par

C. LOUIS et J. PIRAUD

Département géologie de l'aménagement

GéotechniqueB.P. 6009 - 45018 Orléans Cedex - Tél.: (38) 66.06.60

73 SGN 425 AME Décembre 1973

RESUME

Le présent rapport, établi à la lumière de l'expérience des

travaux miniers et de Génie civil, est un projet de recommandations sans

caractère normatif sur la technologie et la mise en oeuvre des boulons à

ancrage réparti. Il contient des prescriptions relatives au percement des

trous d'ancrage, aux caractéristiques des boulons eux-mêmes, de leurs

annexes (plaques et écrous) et des produits de scellement (résine ou

mortier). Il décrit ensuite le processus recommandé de mise en oeuvre

des boulons de chaque type, et les essais usuels permettant de contrôler

l'efficacité du boulonnage.

Ce rapport n'aborde pas le problème du dimensionnement d'un

soutènement composé en totalité ou partie de boulons d'ancrage.

- 1 -

SOMMAIRE

R E S U M E

LISTE des FIGURES 2

1 - INTRODUCTION 3

1 . 1 - Boulonnage avec scellement à la résine 31 . 2 - Boulonnage avec scellement au mortier 31 . 3 - Boulonnage par barre nervurée foncée dans le terrain 31.4 - Boulonnage à ancrage ponctuel 3

2 - PERFORATION des TROUS 6

3 - B O U L O N S 63.1 - Tige 63 . 2 - Pointe 63.3 - Tête 7

4 - PLAQUES d'APPUI 7

5 - SCELLEMENT des B O U L O N S 10

5.1 - Scellement à la résine 105.1.1 - Charges de résine 105.1.2 - Règles de dimensionnement des éléments 105.1.3 - Mise en oeuvre d'un boulon à la résine 11

5.2 - Scellement au mortier 115.2.1 - Type de mortier 115.2.2 - La technique "Perfo" 125.2.3 - La technique d'injection du mortier 12

6 - DEFAUTS de MISE en OEUVRE du B O U L O N N A G E 13

6.1 - Foration des trous d'ancrage 136.2 - Scellement des boulons 136.3 - Pose des plaques d'appui 13

7 - CONTROLE des ANCRAGES et BOULONNABILITE des ROCHES 17

7.1 - Moyens de contrôle 177.2 - Essais de traction et de torsion sur boulons scellés 177.3 - Boulonnabilité des terrains 18

BIBLIOGRAPHIE 22

REFERENCES PRATIQUES 23

- 2 -

LISTE des F I G U R E S

Fig. 1 Boulon d'ancrage scellé sur toute sa longueur

Fig. 2 Boulon scellé au mortier par la technique PERFO

Fig. 3 Ancrage par barre nervurée foncée dans le terrain

Fig. 4 Ancrage mécanique ponctuel

Fig. 5 Tête d'un boulon munie d'un filetage et d'un écrou

Fig. 6 Tête de boulon type D Y W I D A G

Fig. 7 Tête de boulon avec butée forgée

Fig. 8 Tête de boulon avec butée soudée

Fig. 9 Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé à la résine

Fig. 10 Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé au mortier(technique PERFO)

Fig. 11 Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé au mortier injecté

Fig. 12 Cellule dynamométrique pour mesurer la tension de la tête d'unboulon

Fig. 13 Dispositif pour essais de traction sur boulons scellés

Fig. 14 Coupe du vérin creux utilisé pour arracher un boulon scellé

Fig. 15 Dispositif pour essai de descellement d'un boulon par torsion

Fig. 16 Bordereau pour essai de traction sur boulons scellés

- 3 -

1 - INTRODUCTION

Le boulonnage léger à ancrage réparti, dont la technologie estl'objet de ce rapport, constitue l'un des éléments les plus fondamentauxintervenant dans les techniques modernes de soutènement, notamment dansla nouvelle méthode autrichienne de construction des tunnels. La fig.ldonne un exemple de boulon d'ancrage scellé sur toute sa longueur. D'unemanière générale, 4 grands types de boulonnage sont à distinguer :

1 . 1 - Boulonnage avec scellement à la résine

Ce type de boulonnage convient en particulier dans le rocher sainà faible porosité (d'interstices ou de fissures) permettant un cali-brage parfait du trou d'ancrage ; le jeu entre le boulon et le terraindoit en effet être compris entre 2 et 4 m m .

1 . 2 - Boulonnaqe avec scellement au mortier

Deux grands types de boulonnage avec scellement au mortier sontcouramment mis en oeuvre. Dans la technique PERFO (fig. 2) le mor-tier est introduit au moyen de deux demi-tubes métalliques perforés ;dans le deuxième cas il est injecté dans le trou de boulonnage. Lescellement au mortier est recommandé particulièrement dans les mau-vais terrains fissurés ou très hétérogènes. L'utilisation du mortierpermet une tolérance beaucoup plus grande sur le trou d'ancrage. Leseul impératif est de remplir tous les vides.

1 . 3 - Boulonnage par barre nervurée foncée dans le terrain (fig. 3)

Dans certains cas particuliers, le boulonnage avec scellement nepeut être réalisé en raison de l'impossibilité de forer un trou stable.Un boulonnage utile peut cependant être mis en oeuvre (notammentdans les terrains à fort frottement interne) en fonçant des barresnervurées dans le massif ; ces barres auront bien sûr une résistanceà l'arrachement plus faible que celle des barres scellées.

1 . 4 - Boulonnaqe à ancrage ponctuel (fig. 4)

Le boulonnage à ancrage mécanique ponctuel (boulons à expan-sion) n'est quasiment pas utilisé dans la nouvelle méthode autri-chienne, pour des raisons techniques et économiques. Il ne répondpas au principal objectif à atteindre qui est, rappelons-le, deréaliser une zone de roche armée par barres scellées sur toute leurlongueur qui empêchent tout mouvement relatif des dalles ou desblocs rocheux qu'elles transpercent. De plus, pour des raisons depérennité, tout boulon demande à être enrobé (de résine ou de mor-tier) afin d'être protégé contre la corrosion.

Les constituants, ainsi que chaque phase d'exécution intervenantlors de la mise en oeuvre de boulons scellés sur toute leur longueur,sont à présent l'objet d'une description sommaire.

- 4 -

Produit descellement

Tige nervurée

Trou foré

Plaqued'appui

Fig. 1 - Boulon d'ancrage scellé sur toute sa longueur

Mortier externe Mortier interneTige nervurée

Fig. 2 - Boulon scellé au mortier par la technique P E R F O

- 5 -

Filetage inverse Coquille d'expansion

coin

Fig. 4 - Ancrage mécanique ponctuel(d'après document Lenoir et Mernier)

Fig. 3 - Ancrage par barre nervurée foncée dans le terrain

- 6 -

2 - PERFORATION DES TROUS

La perforation des trous de boulonnage se fait immédiatement aprèsl'excavation ou le tir, avant même le marinage si possible, afin de prendrede vitesse la décompression des terrains ; dans le cas de mise en oeuvreultérieure d'un revêtement de béton projeté armé, il est recommandé deprévoir une nappe d'armatures (treillis soudé) derrière les plaques d'appuides boulons, de manière à avoir une bonne liaison entre les têtes d'ancrageet à rendre le revêtement solidaire des boulons. S'il y a risque de chutesde blocs pendant les opérations de boulonnage, il peut être utile de proje-ter sur la surface excavée une mince couche (3 à 5 cm) de béton suraccé-léré, dite "couche de sécurité".

Le diamètre des trous de boulonnage doit être celui de la tiged'ancrage, augmenté de 4 à 8 m m pour le scellement à la résine et de 10 à15 m m pour le scellement au mortier.

La longueur du trou de foration (comptée à travers le terrain et lerevêtement éventuel) doit être celle de la tige diminuée de 10 cm ; pour leboulonnage avec scellement à la résine, la longueur optimale de forationdoit être rigoureusement respectée. Dans la mesure du possible, il est bond'orienter les trous perpendiculairement au système principal de fractures dumassif rocheux afin de recouper le maximum de discontinuités. L'angle d'in-cidence du boulon sur la paroi devra cependant être inférieur à 30°. Il estenfin recommandé que la tête du trou de boulonnage soit située, si possi-ble, dans une zone de roche intacte sans fissure.

A la fin de la foration, il est demandé de nettoyer le trou à l'aircomprimé ou à l'eau, pour assurer une bonne adhérence de la résine ou dumortier à la paroi du trou d'ancrage.

3 - BOULONS

3.1 - Tige

Pour le boulonnage léger mis en oeuvre, entre autres, dans les tra-vaux souterrains, des boulons de 2 à 5 m de longueur sont généralementutilisés. Il est souhaitable que les tiges, de type fera béton, soientdoublement nervurées, afin d'accroître l'adhérence de la barre à l'in-térieur de la gaine de scellement. Des tiges à nervurage "en arête depoisson" peuvent également être utilisées, ceci en vue de malaxer, lecas échéant, la résine sans effet de vissage. Les boulons seront depréférence en acier doux à haute limite élastique (20%), avec une ré-sistance à la rupture d'au moins 20 tonnes.

3.2 - Pointe

L'extrémité du boulon est coupée en biseau pour assurer, dans le casdu scellement à la résine, la crevaison des charges de résine aumoment de l'introduction du boulon dans le trou chargé, ainsi que lemalaxage de la résine. L'angle optimal du biseau décroît avec la lon-gueur du boulon conformément au tableau suivant :

- 7 -

Longueur du boulon

2m

3m

4m

Angle du biseau

45°

30 - 35°

20°

3.3 - Tête

La tête du boulon est en général filetée sur une longueur de 12 à15 cm et munie d'un écrou à six pans fileté sur 25 m m (fig. 5). Ilexiste également sur le marché des barres avec nervures sur lesquel-les des écrous spéciaux à large pas peuvent être vissés directement,les nervures elles-mêmes servant alors de filetage (fig. 6).

Pour des raisons économiques, on peut enfin utiliser des barres àbéton coupées et biseautées sur place, le filetage et l'écrou étantremplacés par une butée qui retient la plaque ; il est alors indispen-sable d'enfoncer le boulon à fond jusqu'à ce que la plaque soit blo-quée ; cette butée peut être constituée soit par une tête forgée ouemboutie (fig. 7), soit par deux morceaux de barre soudés à l'extré-mité du boulon le long de génératrices diamétralement opposées(fig.8). Ces têtes de boulon à butée fixe présentent l'inconvénientde ne pas pouvoir être desserrées, lorsqu'une convergence excessivede la voûte amène le boulon au voisinage de sa limite élastique.

4 - PLAQUES D'APPUI

L'écrou ou la butée en tête de boulon s'appuie sur la paroi parl'intermédiaire d'une plaque carrée en acier, de 6 à 8 m m d'épaisseur et de15 à 20 cm de côté.

Il est souhaitable que le centre de la plaque d'appui présente unbossage (rotule sphérique); une contre plaque permet alors au boulon des'orienter obliquement par rapport à la normale à la paroi (fig. 6). Si lestêtes de boulon sont munies d'écrous, les plaques sont alors serrées contrela paroi après le durcissement de la résine (15 mn environ) ou du mortier(24 h), grâce à une clé dynamométrique permettant de régler la tension ini-tiale du boulon. Si par contre le boulon n'a qu'une butée, le serrage de laplaque s'obtient à plus ou moins long terme, suite à l'expansion (par dé-compression) du massif.

Lorsque le revêtement comprend des cintres, il est fréquent queles boulons prennent appui sur ces derniers par l'intermédiaire de plaquesà forte inertie. Lorsque la pose des plaques d'appui intervient sur une sous-couche de béton projeté, il est souhaitable de procéder au serrage de laplaque sur un béton frais de manière à obtenir un meilleur appui de la plaqueet un remplissage du bossage.

Dans les terrains très fracturés (donc de mauvaise tenue), il est

- 8 -

Scellement à la résine A0= 4 à 8 m m

Scellement au mortier A0 - 1 0 à 1 5 m m

versions: axiales

0 trou : 21 ou 27épaisseur plaque

contre-plaque

+15-I

Í30«mm4-5-8 m m8 m m

Produit descellement

Contre -plaque

Filetage sur 12 c m

Fig. 5 - T6te de boulon munie d'un filetage et d'un écrou(d'après document Lenoir et Mernier)

Fig. 6 - Tête de boulon type D Y W I D A G

- 9 -

Tête forgée sur le chantier Tête emboutie en usine

\ \ 4 pans

Fig. 7 - Tête de boulon avec butée forgée

Fig. 8 - Tête de boulon avec butée soudée

- 10 -

parfois nécessaire de compléter les plaques d'appui par des barrettes métal-liques (sorte de plaques d'envol) reliant les boulons. Les barrettes assurentun léger soutènement du massif entre les boulons. Dans de telles circons-tances, la densité du boulonnage doit être augmentée.

5 - SCELLEMENT DES BOULONS

5 . 1 - Scellement à la résine

5.1.1 - Charges de résine

Les résines, de type résine polyester, assurent un scellementà très haute résistance. La polymérisation s'obtient par mélange dansle trou d'ancrage de deux composants introduits sous forme de cartou-ches plastiques.

Ces charges de résine se présentent en général de la façonsuivante (fi g. 9) :

- une enveloppe extérieure en polyamide qui contient le mastic brun,l'accélérateur et le stabilisateur

- une enveloppe intérieure qui contient le catalyseur étendu dans dusable

- éventuellement, une armature extérieure (treillis en plastique),munie d'une collerette destinée à retenir les charges dans les trousà forte pente, orientés vers le haut.

Les résines posent des problèmes de stockage avant emploi;en effet leurs caractéristiques peuvent décroître notablement avec letemps. Il est recommandé d'utiliser les charges de résine "fraîches"ou du moins dans le mois qui suit la livraison et de ne les amener surle chantier qu'au fur et à mesure de leur utilisation. L'état de conser-vation des produits en stock doit faire l'objet d'un contrôle constant,pour éviter un durcissement néfaste avant leur utilisation.

5 .1 .2 - Règles de dimensionnement des éléments

Le brassage des divers produits contenus dans les chargessera d'autant meilleur que l'espace annulaire entre le boulon et laparoi du trou sera plus petit. U n espace annulaire de 1 à 2 m m(comptés entre la paroi du trou et le cylindre tangent aux torsades duboulon) constitue cependant un minimum. Des économies sur le volu-m e de résine employé peuvent par là m ê m e être réalisées suite à unbon calibrage du trou d'ancrage (longueur, diamètre).

Concernant le choix des charges de résine, il est bon deveiller à ce que le volume total des cartouches introduites dépasse levolume de l'espace annulaire d'au moins 5 à 10% (suivant que la fora-tion du trou est régulière ou non. D e plus, pour faciliter l'introductiondu boulon dans le trou chargé, la longueur totale des charges ne peutdépasser 90% de la longueur du trou. Ainsi, après avoir choisi des

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cartouches dont le volume total entre dans la fourchette indiquée, onretiendra celles dont la longueur cumulée se rapproche le plus, pardéfaut, de 90% de la longueur du trou, de manière à avoir une bonnerépartition de la résine sur toute la longueur du boulon.

5 .1 .3 - Mise en oeuvre du boulon à la résine

La mise en oeuvre des boulons scellés à la résine reste uneopération relativement délicate. Le mode opératoire du scellement desboulons sera le suivant (fig. 9) :

- après nettoyage du trou, introduire les charges en ayant soin de bienles pousser jusqu'au fond du trou. La position des charges de résinedans le trou d'ancrage est à contrôler.

- nettoyer le boulon avec une brosse en fer afin d'ôter la rouille quis'oppose à une bonne adhérence de la résine ;

- enfoncer le boulon (sans son écrou) grâce à un manchon d'entraîne-ment spécial qui assure la liaison entre perforatrice (1) et tigefiletée. Il est à noter qu'il faut disposer de plusieurs manchons surle chantier, ceux-xi ne pouvant être dévissés d'un boulon mis enplace qu'après durcissement de la résine (10 à 15 minutes) ; cedélai dépend,en fait, du dosage en accélérateur.

- démarrer en m ê m e temps la poussée et la rotation (plus de 100 tours/minute) lors de l'introduction du boulon ;

- régler la poussée pour pouvoir enfoncer la tige à fond en moins d'uneminute (temps nécessaire à un bon brassage des produits) ;

- veiller à maintenir toujours la perforatrice dans l'axe du trou.

5 . 2 - Scellement au mortier

5.2.1 - Type_de__rnortier_

Les mortiers utilisés pour le scellement de boulons d'ancragesont en général des mortiers de ciment à haute résistance et à priserapide. Le dosage du mortier adopté pour de tels scellements estgénéralement le suivant :

Dosage en poids cimentsable fineau

110, 30 à 0, 35

Un sable très fin doit être utilisé pour faciliter la pénétra-tion du mortier dans les fissures et interstices du terrain.

Le dosage de l'eau de gâchage est souvent imposé par latechnique de mise en oeuvre du mortier dans le trou d'ancrage (voirci-après). Dans le cas de mortier injecté, le dosage en eau optimalcorrespond à la valeur minimale imposée pour le bon fonctionnement

(1) L'emploi d'une perforatrice à turbine montée sur poussoir est recommandé,de préférence à un marteau travaillant en roto-percussion.

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de la machine d'injection (par. 5 . 2.3) . U n adjuvant est à prévoiréventuellement pour donner une certaine plasticité au mortier; lathixotropi e du mortier permet l'introduction des boulons poussés parun marteau vibrateur. Il est important que le mortier soit débarassépar filtrage de tous les gros éléments qui risqueraient de s'opposer àla pénétration du boulon.

5 .2 .2 - La technique J

Le procédé Perfo consiste à introduire dans le forage un tubecylindrique, pourvu de perforations latérales, en nombre et de dimen-sion soigneusement étudiés, rempli de mortier. Le boulon, torsadé oucrénelé, mais de diamètre approprié, est enfoncé à la main dans letube Perfo préalablement introduit dans le forage. La tige du boulonfait piston et chasse le mortier par les trous latéraux, ce qui donneun blocage parfait du boulon à la paroi du forage sur toute sa longueur.

Le choix du diamètre du tube Perfo et du boulon conditionnele bon remplissage de l'espace annulaire compris entre le boulon etla paroi de forage. Le volume de mortier extrude par l'enfoncement duboulon doit être au minimum de 10% supérieur au volume du vide entrePerfo et trou de forage. A titre indicatif, les diamètres suivants sontpréconisés :

Trou de forage

Tube Perfo

Boulon 0 2 0 m m

32

27

36

31

40

36

44

40

Boulon 0 2 5 m m

38

31

42

36

46

40

5.2.3 - La__teÇhnique_ cTinjection _du_mortier (fig. 11 )

Le mortier peut également être injecté dans le trou d'ancrageaprès sa foration et son nettoyage. Le tube d'injection est introduiten fond de trou. Le mortier injecté par la pompe à béton ou à l'aircomprimé, pousse le tube vers l'extérieur du trou d'ancrage. Unecertaine résistance est à opposer à la sortie du tube, de manière àobtenir un remplissage parfait des vides naturels du terrain (cas desterrains de mauvaise qualité, à forte porosité de fissures). A la findu remplissage, un bouchon (anneau souple de caoutchouc par ex.)peut permettre au mortier de rester en place dans le trou en attendantl'introduction du boulon. Pour certaines consistances de mortier etaussi pour les trous horizontaux ou peu inclinés, l'utilisation d'unbouchon n'est pas nécessaire (le mortier "tient" dans le trou par sapropre consistance),

Le boulon est ensuite enfoncé dans le trou rempli de mortieren poussant à la main, et éventuellement à l'aide d'un marteau vibra-teur pour le dernier mètre. Le malaxage du mortier, et surtout la pous-sée du boulon, contribuent à accroître le remplissage des vides duterrain (pores et fissures) ; en effet, un volume de mortier égal au vo-lume du boulon est injecté dans la roche, ce qui constitue un avantage

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supplémentaire de cette méthode de boulonnage. En fin d'opération,le mortier doit être légèrement surabondant et ressortir en tête parl'espace annulaire entre le boulon et le rocher.

Les mortiers à utiliser sont les mêmes que ceux intervenantdans la méthode Perfo. Ils doivent être plastiques, thixotropes, àprise rapide et à haute résistance. Des mélanges secs, prêts à l'em-ploi, sont actuellement disponibles sur le marché.

Les phases d'exécution lors de la pose de boulons avecinjection de mortier sont illustrées sur la fig. 11.

6 - DEFAUTS DE MISE EN OEUVRE DU BOULONNAGE

6.1 - Foration des trous d'ancrage

Lors de la foration des trous, les malfaçons les plus courantesportent sur les points suivants :

- Exécution de trous mal orientés

- Foration avec des taillants trop grands ou trop petits

- Exécution de trous de diamètre irrégulier (ovalisation à l'entrée),trop longs (l'entrée du trou n'est plus enrobée de résine ou demortier), ou encore trop courts (la tige fait saillie à la surface)

- Mauvais nettoyage des trous et des boulons.

6.2 - Scellement des boulons

Des défauts importants lors de la mise en oeuvre du boulonnageinterviennent souvent au cours du scellement :

- Mise en place du boulon trop rapide provoquant un mauvais mélangedes produits contenus dans les charges de résine (formation d'un"doigt de gant")

- Introduction partielle du boulon dans un trou foré cependant à bonnelongueur

- Utilisation de résine trop vieille ou de mortier gâché trop longtempsà l'avance

- Mise en place d'un nombre insuffisant de cartouches de résine

- Emploi de produits de scellement (résine ou mortier) de mauvaisesqualités mécaniques après la prise.

6 . 3 - Pose des plaques d'appui

II est fréquent, dans la pratique, que les plaques d'appui soientmal posées ou non serrées contre la paroi rocheuse. Ce genre de mal-façon est très défavorable à l'efficacité du boulonnage.

Finalement, un boulon correctement posé doit sortir du trou de10 cm et un bourrelet de résine ou de mortier doit être visible à l'ori-fice du trou. Il faut s'en assurer avant de poser la plaque.

0 25-30 m m

- 14 -

Canotiers(anneaux decaoutchouc >mousse)

Cartouches derésine

te (éventuellement)

1 - Foration du trou

o-o.

A x

O :'. O

2 - Mise en place des cartouchesde résine

Mouvement derotation avecpercution

ci?

y. : •• a:

Marteauvibrateur

>

VVV

écoulement dela résine

• ' . o • •

: : • « - - . • • - • < J

Biseau IVVI-Efourrelet de résine

visible en surface

4 - Serrage de l'écrou contre laplaque (boulon restant fixe)

3 - Mise en place du boulon

Fig. 9 - Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé à la résine

- 15 -

il J Remplir de mortier lesdemi coquilles

k2 ) Placer les coquilles l'une surl'autre et les ligaturer

Tube Perfo

3 ) Placer le tube perforé plein demortier dans le trou de perforation

Embout dumarteauvibrateur

4 j Enfoncer le boulon à travers le^ • ^ mortier à l'aide d'un marteau

vibrateur

Fig. 10 - Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé au mortierpar la technique P E R F O

I L—1

Mortier ^ •<plastique

Rondelle--4s

25-30 m m

- 16 -

Anneau de-«'caoutchouc

Gunite (éventuellement)A l i

. . < ? • •/

1 - Foration du trou

i i i

' : • • : • • * > • " : :

Flejdbl

; . • • • • , o . • c

Pompe à injectionde mortier

ou

O air[ptomprimé

Mortierplastique

2 • Mise en place du mortier

L. 1 l .

€>•• ' . a . - ' • ' O -

• ¿ f - • • : > ] /

1/1yVV\:/VV

Mortier injecté dans leterrain par la pousséedu boulon

3 - Enfoncement du boulon4 - Serrage de l'écrou

(après prise du mortier)

Fig. 11 - Schéma de mise en oeuvre d'un boulon scellé aumortier injecté

- 17 -

7 - CONTROLE DES ANCRAGES ET BOULONNABILITE DES ROCHES

7 . 1 - Moyens de contrôle

Pour s'assurer de la qualité et de l'efficacité du boulonnage, cinqtypes de contrôle peuvent être effectués :

- un contrôle de la qualité des constituants (boulon, résine, mortier);en particulier le durcissement des divers mortiers envisagés etleurs caractéristiques mécaniques (résistance à la compressionsimple) doivent être étudiés avant le début des travaux ;

- un contrôle statistique de longueur non scellée des ancrages ; pourcela des plaques d'appui seront desserrées une par une, la longueurlibre mesurée grâce à un fil de fer, et les plaques remises en place;

- des essais destructifs in situ sur le scellement de boulons partraction ou torsion ;

- des essais de fluage sur boulons précontraints ;

- des mesures de tension de la tête d'ancrage grâce à des cellulesdynamométriques introduites à poste fixe entre plaque et écrou, etdont la déformation est relevée périodiquement avec un comparateur.

7 . 2 - Essais de traction et de torsion sur boulons scellés

Le contrôle du boulonnage proprement dit peut se faire à l'aide d'unvérin creux (fig. 13 et 14) qui permet de tirer sur la tête du boulon ens'appuyant sur la paroi rocheuse aux alentours de la plaque d'appui del'ancrage. L'allongement du boulon et de sa coquille de résine ou demortier est mesuré à l'aide d'un comparateur, ce qui permet de tracerla courbe "effort-déformation" caractérisant le comportement du bou-lon scellé. O n retiendra la valeur de la pression ou de la force cor-respondant soit à l'arrachage par déchaussement de l'ancrage (boulon+ résine ou mortier), soit au glissement du boulon dans le scellement,soit à l'enfoncement de la plaque d'appui dans le massif, soit enfinà la rupture de la tige elle-même. Cet essai nécessite bien sûr quela tête du boulon soit munie d'un filetage qui offre une prise suffisanteà la tige du vérin creux.

Une autre méthode consiste à mesurer le couple de descellementdu boulon en lui appliquant un moment de torsion à l'aide d'une clé àlong bras de levier que l'on charge progressivement (fig. 15) ; cedispositif ne nécessite pas que le boulon soit fileté.

De manière à bien tester le scellement lui-même, il est souventnécessaire de faire les essais d'arrachement sur les boulons de faiblelongueur (0,50 à 1 m ) , de manière à éviter d'avoir une rupture de latête du boulon . Enfin, toute valeur de résistance d'un type d'ancrage

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dans un terrain donné sera la moyenne d'au moins cinq essais detraction effectués dans des conditions identiques (1). Une dispersionassez grande des résultats est en effet observée, ce qui nécessite queque tous les paramètres soient notés avec le plus grand soin sur lebordereau d'essai (fig. 16).

. Dans chaque cas particulier, il appartiendra au maître d'oeuvrede définir la valeur des forces d'ancrage à atteindre avec unecertaine probabilité (80% par exemple). Pour des boulons aumortier, une force minimale pourra aussi être exigée à courtterme (8 et 24 heures).

7 . 3 - Boulonnabilité des terrains

II arrive que des terrains ne soient pas boulonnables ; cela tientsoit à la difficulté de forer un trou qui reste stable, soit à l'impossi-bilité d'obtenir une adhérence correcte du produit de scellement avecle terrain.

Le maître d'oeuvre fixera un critère contractuel de "boulonnabili-té" des terrains pris pour exemple égal à une certaine valeur derésistance à l'arrachement du boulon pour une technique de boulonnagedonnée. L'expérience a montré que les terrains non boulonnables sontgénéralement soit des terrains hétérogènes à faible cohésion, soitdes terrains trop plastiques. Il apparaît ainsi que la donnée descaractéristiques mécaniques du terrain (cohésion, angle de frottement)permet de prévoir à priori la boulonnabilité des terrains.

(1) La méthodologie des essais de boulonnage a fait l'objet d'une note derecommandations par la commission de standardisation des essais de labo-ratoire et in situ (coordonnée par J.FRANKLIN) auprès de la Société inter-nationale de mécanique des roches (juin 1973).

Boulon type D Y W I D A G à nervuresservant de filetage

Boulon type Nersid à tête emboutie

Boulonnage des piédroits.Perforation à travers lestrous prévus dans les cintres(Tunnel des Tauern)

Plan d'expérience pour essais de tractionsur des boulons posés en piédroit

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Logement du

comparateurDispositif de serrage dela cellule,7Rondelle de liaison

Ressort plat

Plaque dlappui

Mortier de liaison

Fig. 12 - Cellule dynamométrique pour mesurer la tensionde la tête d'un boulon (d'après document Interfels)

Plaque et mortierde liaison

Dispositif de mesure de déplacement

Vérin creux

Tige du boulon

Manomètre à max ima

Pompe

Fig. 13 - Dispositif pour essais de traction sur boulons scellés

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Ecrou Ecrou

Rotule sphérique

Ressort de rappel

Pastille métallique

IK^r* Boulon

Boulon scellé sur toutesa longueur

Fig. 14 - Coupe du vérin creux utilisé pour arracher unboulon scellé

M=FxL

Clef

iChargement

progressif

Fig. 15 - Dispositif pour essai de descellement d'un boulonpar torsion

Fig.16 - 21 -

IBORDEREAU d'ESSAI de BOULONNAGE 1

SITUATIONSite

|| Chantier|| Hate de l'essai|| N ° du b<inlnn

Oalerie PKResDonsable de l'essaiD

C

escription du terrain

lasse du terrainVenues d'eau.

PERFORATIONLongueur du trouType de perforation : MarteauLavage du trou : Air - E au -

SCELLEMENTDatP du srpllpmpnt

Type de hnulnnLongueur totale.

Résine

m

Type de charges NombreType de marteauTemps de rotaticDistance résine

Observations

jn.

-b(suche du trou

Force (tonne)

24-

22 -

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

Courbe effort-allongement

Croquis de situation

fi du dernier fleuret

Rienà l'air - à l'eau

HPurP

Acier

0 nomin

s":m

al m m Riseau

Mortier

Typp de riment

Typ<DosAdd

3 de sablage

fi

tif

ESSAI de TRACTION

D a te dp l'pssai

HeRé

nrp

sistance maximale F =AllnngPTTippt à la niptnrp , m m

Type de descellement .

Observations

F — tonnes

A T — heures

, Allongement (cm)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

- 22 -

B I B L I O G R A P H I E

B A C H A C O U , LALLEMENT B. (1972) - Contribution à l'étude des voiesboulonnées en terrain houiller. Thèse, Nancy

FRANKLIN J .A. , W O O D F I E L D P .F . (1971) - Comparison of a polyesterresin and a mechanical rockbolt anchor. Transactions/Section Aof the Inst. of Mining and Metallurgy, vol.80, juillet 1971,pp. 91-100

FRANKLIN J. A . & alt. - Suggested methods for rockbolt testing. Int. Soc,for Rock mechanics committee on field tests, juin 1973 (nonpublié)

LETHUAIRE R. (1971) - Observations sur la capacité des roches auboulonnage et sélection d'un système d'ancrage. Symposiumde la Soc. Int. de M e c . des roches, Nancy

LEUNET O . , PRIOUX G . , SINOU P . , TINCELIN E . (1968) - Essais systé-matiques du scellement à la résine polyester. Bull. tech. de laChambre synd. des Mines de fer de France, n°93

RAFFOUX J.F. , SINOU P . , TINCELIN E . (1971) - Le boulonnage des voieset des galeries minières. Revue de l'Ind.minérale, n° spécial,juillet 1971, pp. 169-188

D U N H A M R . K . (1973) - Some aspects of resin anchored rock bolting.Tunnels and Tunneling, juillet 1973

- 23 -

REFERENCES PRATIQUES

Ce projet de recommandations a été élaboré compte tenu de l'expé-rience acquise sur des chantiers français et étrangers, et en s "inspirant dedocuments communiqués par les fabricants de boulons, les Charbonnages deFrance et le Laboratoire de mécanique des terrains de l'Ecole des mines deNancy. Rappelons que ce dernier organisme a fondé un Groupement d'étudedes problèmes de boulonnaqe, qui peut fournir à ses adhérents des presta-tions de personnel technique pour formation au boulonnage et mises aupoint technologiques sur les chantiers.

Il peut être utile, enfin, de donner à titre indicatif les coordonnéesde quelques fournisseurs de matériel de boulonnage :

Boulons d'ancrage :

Résine :

- LENOIR et MERNIER14, rue PasteurESCH-ALZETTÈ (Luxembourg) Tél. 54-92-36

- COCENTALL - Ateliers de CARPACH S . A .(Boulons "ANCRALL")44, rue de la Sinne68 - M U L H O U S E Tél. 45-20-27

- FORGES et BOULONNERIE d'ARS57 - ARS-sur-MOSELLE Tél. 60-10-01

- Sté des Explosifs TITANITE21 - PONTAILLER-sur-SAONE

- S . A . E . I . CELTITE (Résine "CELFIX")8, boulevard Carnot21 - DIJON Tél. 30-49-26

- FORGES et BOULONNERIE d'ARS

Appareillage pour boulons au mortier

- KREMLIN (Marmites d'injection à air comprimé)150, avenue de Stalingrad93240 - STAINS Tél. 243-67-68

- S O C E C O M A L (Brevet "PERFO")146, rue du faubourg St-Honoré75008 - PARIS Tél. 359-42-15