soutènement (suite)

• Soutènement des galeries par cadres métalliques. Le soutènement en bois est de moins en moins utilisé dans les mines. Il est remplacé par le soutènement métallique, beaucoup plus robuste, qui permet des galeries plus larges et peut limiter le gonflement des terrains, mais qui est beaucoup plus cher ; on l’utilise dans les galeries de longue durée et on le récupère ensuite pour le réemployer après reconformation. Les fers utilisés sont des laminés en acier souvent un peu plus dur que celui de construction et ayant une section à grand moment d’inertie dans deux axes (H à larges ailes) de façon à ne pas se tordre, parfois des profilés spéciaux ou des vieux rails. Lorsque la couronne est plate, au lieu du cadre classique à trois éléments, où le chapeau travaille à la flexion entre ses deux montants, il est plus rationnel d’avoir, conjugués avec le boulonnage de la couronne, des cadres à deux éléments formant un T, le chapeau soutenu par un étai au milieu, la large galerie étant séparée en deux compartiments par la ligne des étais médians, parfois en trois s’il y a deux étais sous chaque chapeau.

• Soutènement en cintres métalliques. Au lieu de conserver comme couronne une dalle plate qu’on évite de casser, on peut, au contraire, entailler celle-ci en forme de voûte, à l’image de la voûte des terrains déconsolidés de la couronne, ce qui en réduit le poids. Le soutènement est alors constitué de cadres métalliques cintrés en demi-cercle ou en ogive, calés par le garnissage contre le terrain. C’est le soutènement classique des grandes galeries des houillères. La surface d’appui d’un laminé sur la sole est faible, et les cadres peuvent s’y enfoncer trop facilement ; il faut alors les poser sur semelles, ce qui répartit la pression.

• Boulonnage. Cette technique évite la flexion de la couronne et les fractures qui en résultent. La longue tige d’acier du « boulon », placée verticalement, solidarise les différentes strates qu’elle traverse, en les empêchant de s’exfolier ou en les accrochant à une dalle plus solide, à la manière de longs clous enfoncés dans une série de planches minces. Le « boulon », de 1,40 m à 2,80 m, est enfilé dans un trou de même longueur et est ancré au fond de celui-ci par l’écartement des deux lèvres de sa fente terminale sous l’effet d’un coin d’acier effilé qui s’enfonce dans la fente lorsqu’on frappe la tige contre le fond du trou (« boulon à fente et coin ») ; plus souvent, l’ancrage est fait par une « tête à expansion » formée de coquilles qu’une olive fixée à l’extrémité de la tige fait écarter. La tige est mise en tension par un écrou vissé sur l’extrémité qui dépasse ; une plaque d’appui en forte tôle ou en bois, serrée entre l’écrou et la couronne, répartit la tension sur une certaine surface. Si la couronne risque de s’effriter entre deux boulons, on place un robuste grillage sur les plaques d’appui, et, si ces débris risquent d’être lourds, des bandes de tôle sont placées sous le grillage, maintenues par plusieurs boulons. De plus en plus, au lieu du boulon ancré au fond du trou, on utilise les « boulons à la résine », dont la tige est soudée au terrain sur toute sa longueur par une résine synthétique. Une cartouche en matière plastique renfermant, séparés, la résine sirupeuse et le réactif de polymérisation est introduite dans le trou, puis on y enfile la tige du boulon, qui déchire les enveloppes ; la résine se répand dans le trou, mêlée au réactif, et, en quelques secondes, elle fait prise ; l’écrou vissé à l’extrémité de la tige et la plaque d’appui deviennent inutiles, sauf s’il faut maintenir un grillage. Sur la couronne d’une galerie, on place habituellement environ un boulon par mètre carré.

Dans certains cas, on peut aussi faire du boulonnage latéral dans les parements et parfois dans la sole pour empêcher le gonflement. Dans une grande excavation, où de gros blocs risquent de se détacher, on peut maintenir ceux-ci par des boulons.

• Soutènement en béton. Le béton coulé derrière coffrage (autrefois la brique) n’est utilisé que pour des excavations en bon terrain, éloignées de l’exploitation (puits, recettes, salles de pompes, etc.), où il ne risque pas d’y avoir de mouvement de terrain, car il n’y résisterait pas et casserait ; avec du béton armé, les armatures déformées contribueraient à disloquer la paroi sans réfection possible. Si l’on craint de légers mouvements de terrain, quelques joints de compressibilité en bois sont intercalés dans le béton.

• Soutènement circulaire. Le problème est différent s’il s’agit de galeries principales en très mauvais terrains, poussant de toutes parts, qui rétréciraient fortement une galerie munie d’un soutènement classique. Pour s’opposer au gonflement, il faut un revêtement circulaire (ou elliptique), dont la grande résistance à la compression procure un solide appui à ces terrains, qui cèdent sous la contrainte tangente au vide. On peut utiliser des cercles d’acier en profilés extra-lourds. Généralement, les revêtements circulaires sont faits en « claveaux » de béton de haute qualité (environ 600 bar de résistance), moulés et durcis au jour et posés à sec, ou en « panneaux » de béton avec armatures. Pour donner une petite élasticité, des planchettes de bois sont parfois intercalées entre les claveaux.

Soutènement des galeries de taille

Dans une galerie de taille, les terrains s’affaissent du côté des vieux travaux, et la couronne de la galerie subit ce mouvement irrésistible. Si l’on exploite d’un seul côté de la galerie, l’affaissement est dissymétrique ; d’où fissures de la couronne. Pour l’éviter, la galerie devrait être située au milieu des vieux travaux ou bien on exploite sur une largeur de quelques mètres de l’autre côté, afin que les fissures ne se fassent pas au-dessus de la galerie. Le soutènement doit s’adapter à cette réduction de hauteur, c’est-à-dire être compressible, éventuellement articulé, déformable pour suivre la dissymétrie d’affaissement. Il est classique de border la galerie par des « piliers de bois » : bois ronds placés horizontalement, superposés deux dans un sens et deux dans l’autre, avec du remblai à l’intérieur ; ces piliers de bois, résistants et compressibles, supportent le toit et en atténuent l’affaissement. On peut aussi border la galerie par une « dame » de remblais soignés, qui jouent le même rôle que les piliers de bois. Au lieu de remblais, on s’oriente actuellement vers l’emploi d’anhydrite naturel concassé à 6 mm, mis en place comme un remblai pneumatique. À l’extrémité du tuyau, une tuyère ajoute environ 100 litres d’eau par tonne, avec un activateur chimique (à base de sulfate de potassium et de sulfate ferreux). Au bout de cinq heures, la dame d’anhydrite acquiert une résistance de 50 bar et, après une semaine, de 200 bar, analogue à celle d’un béton projeté.