Laboratory study of bolting, comparison of pull-out test results - cases of soft rocks and hard rocks
Analyse expérimentale du boulonnage, comparaison des résultats d'essais d'arrachement - cas des sols raides et des roches
Résumé
Support systems with fully grouted bolts in rocks and soil are composed of three parts: bar, grout and natural material. These techniques are widely used in mining galleries and shallow tunnels for civil works because one can quickly modify bolting pattern in response to the ground stability variations. Consequently, these support systems require a regular design optimization. As depth modifies the in situ stress of the rock mass, it must be taken into account in design through confining pressure. For this purpose, a bench was developed in our laboratory to reproduce such conditions. It allows various choices for rock sample, bore hole wall, types of bar and grout. Two large test campaigns were carried out, one on hard rocks, the other on soft rocks. As the strain rate of the tests was small, only static conditions were investigated. In both cases, the bench was provided with gauges and pumps adapted to the pressure range of values. As for hard rocks, the compressibility of the bladder in Viton and the inertia of the oil reservoir are neglected. As for soft rocks, they must be taken into account as they have bigger impacts. Gauges are added to monitor or evaluate them. More than eighty tests on sandstone and thirty tests on hard soil are analysed. The results show that some factors impact all test series, as the embedment length and the confining pressure. But the main difference deals with the surface of the failure which is the joint between the grout and the bolt in case of hard rocks and the interface between the grout and the rock in case of soft rocks.
Le soutènement par boulonnage à ancrage réparti des sols et des roches fait intervenir trois composants : le matériau naturel, le boulon et son scellement. C’est une technique largement utilisée dans les galeries minières comme dans les tunnels peu profonds du génie civil car elle permet un ajustement rapide du nombre de boulons, de leur longueur et de leur position en réponse aux variations naturelles des conditions de stabilité de l’ouvrage. Ce mode de soutènement requiert ainsi une optimisation dans son dimensionnement. La profondeur du chantier impactant l’état de contraintes des roches, elle doit être prise en compte dans ce dimensionnement par le biais de la pression de confinement. Un banc d’arrachement permettant de tester ces conditions a été développé. Il accepte de multiples configurations concernant le matériau à renforcer, le profil du trou de foration, les barres, les câbles, les lamelles de fibre de verre et leur scellement : résines et coulis. Deux grandes campagnes d’essais ont alors été réalisées : l’une sur des roches et l’autre sur un sol raide. Les vitesses d’arrachement restant faibles, seul l’arrachement statique a été exploré. Dans chaque cas, l’adaptation du dispositif expérimental a été nécessaire avec, notamment, le changement des capteurs et des pompes hy-drauliques correspondants aux nouvelles conditions et aux pas de mesures. De plus, des phénomènes négli-geables dans certains cas prennent de l’importance dans d’autres et doivent être alors considérés et mesurés, comme la compressibilité de la jaquette en Viton qui entoure l’échantillon ou l’inertie du réservoir d’huile ; de nouveaux capteurs complètent alors le dispositif. Plus de quatre-vingts essais d’arrachement sur des échan-tillons de grès et trente essais sur un sol artificiel ont été analysés. La comparaison des résultats met en évi-dence les paramètres influençant toutes les séries d’essais, comme la longueur de scellement et la pression de confinement, mais souligne aussi les différences dont la plus importante est la surface de faiblesse ou de rup-ture à l’arrachement qui, pour les roches, est la liaison boulon-scellement et, dans le cas des sols raides, la sur-face scellement-sol.