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Procédé et dispositif perfectionnés de fabrication de tuyaux en béton fretté et produits en résultant.
Il est connu d'accroître la résistance des tuyaux ou autres corps. tubulaires en béton ou en toute autre matière analogue en les munissant d'une armature de frettage en acier, enroulée sous tension à l'extérieur de ces pièces,
Cette armature tendue a pour effet de soumettre le béton à des efforts circonférentiels de compression. Si les tuyaux ou pièces ainsi frettées se trouvent soumis à l'action d'une pression intérieure, cette pression développe dans l'ensemble de la pièce des efforts circonférentiels de traction qui sont équilibrés en partie par une augmenta- tion de la tension de l'armature de frettage, en partie
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par une diminution corrélative de la compression du béton, et même éventuellement en partie par une mise en traction oiroonférentielle du béton.
On choisit généralement les dimensions du béton, celles de l'armature de frettage ainsi que la tension d'enroulement de cette armature, de façon telle que, sous les plus fortes pressions de service envisagées, le béton ne travaille pas à la traction. On évite ainsi tout risque de fissuration de ce dernier et les tuyaux ou autres pièces ainsi frettés conservent, en service, une parfaite étanchéité*
On doit tenir compte également dans la détermination des caractéristiques de frottage, du retrait éventuel du béton, en particulier si le frettage est effectué peu de trempa après la ooulée du béton. En effet, en réduisant le diamètre extérieur des tuyaux, le retrait diminue la tension -des armatures de frettage déjà. posées et, partant, l'effica- oité de ce frettage.
Aussi s'efforoe-t-on, pour éviter cet inconvénient, de ne fretter que des tuyaux ayant eu le temps de terminer leur prise et de prendre leur retrait.
La demanderesse a constaté que, outre ce retrait, , le béton subit une déformation sous Inaction des efforts de compression qui lui sont appliqués par l'armature de frettage et que cette déformation comporte deux parties, d'abord une déformation élastique, puis une déformation plastique ou permanente.
La déformation élastique est immédiate. elle se produit dès que les oontraintes de compression sont imposées au béton. sa valeur est calculable en fonotion de ces contraintes et du module d'élasticitédu béton; cette défor- mation disparaît des que les contraintes sont supprimées.
La déformation plastique, au contraire, évolue dans le temps! elle se manifeste dès qu'on exerce l'effort de frettage et elle continue à augmenter après que l'effort
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a oessé de croître; elle subsiste quand cet effort a disparu.
Des expériences cht montré qu'un tuyau en béton muni d'une armature de frottage subit ainsi une déportation plas- tique qui se produit après la pose de cette armature et se traduit par une diminution du diamètre extérieur du tuyau et une réduction de la tension de l'armature.
On peut remédier à cette déformation plastique soit en accroissant la tension initiale des fils d'armature, soit en augmentant leur section pour que l'effort de frettage conserve une valeur suffisante après et malgré la déformation du béton.
Mais ces solutions, qui néoessitent soit une amélioration de la qualité des fils, soit une augmentation de leur poids, sont coûteuses.
La présente invention a pour objet un procédé de frettage perfectionné, applicable aux tuyaux et autres pièces en béton ou autre matière à plasticité limitée et permettant d'éviter les inconvénients préoités et d'utiliser entièrement les qualités et le poids de l'armature de frettage.
Ce procédé est remarquable en ce qu'il consiste à imposer au tuyau ou autre pièce en béton ou autre matière enalogue à frotter, un effort extérieur de compression, de préférence égal ou supérieur à l'effort de frettage prévu,- à laisser cette compression n'amorcer pendant le temps néoes- noire pour que le béton prenne se déformation plastique, @ à supprimer ensuite cet effort préalable de compression et à munir finalement le tuyau en béton ainsi traité et "prédé- formé" de son armature de frettage normale, cette armature n'ayant que la section et la tension nécessaires pour supporter les efforts de traotion dû à la pression intérieure devant régner dans le tuyau.
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L'invention a également pour objet différents dispo- sitifs pour l'application du procédé ci-desus, ainsi que les tuyaux ou autres pièces tubulaires en béton ou autre matière analogue obtenue en appliquant ledit procédé ou à l'aide des dis- positifs susdits.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple!
La figure 1 est une vue schématique en élévation avez coupe partielle d'un tuyau connu en béton avant frottage; la figure 2 est une vue analogue à la précédente, non- trant le agas tuyau après frottage; la figure 3 est une vue transversale très schématique, en élévation, d'un tour utilisé suivant l'invention pour la prédéformation d'un tuyau; la figure 4 est une vue schématique en élévation avec coupe partielle d'un tuyau en béton après traitement de prédéformation; la figure 6 est une vue analogue à la précédente, montrant le même tuyau prédéformé après frettage;
la figure 6 est une vue en coupe longitudinale par- tielle d'un dispositif hydraulique pour la mise en compression et la prédéformation suivant l'invention, des parois d'un tuyau; la figure 7 est une vue en coupe verticale d'un dispositif analogue au précédent, mais différent par le type des joints; la figure 8 est une vue en coupe verticale d'une chambre permettant la mise en compression et la prédéfor- notion simultanée de plusieurs tuyaux.
Suivant l'exeaple d'exécution de la figure l,le tuyau l à fretter est constitué par une partie centrale ,appelée primaire, en béton armé ou non ou en tout autre matière ana- logue, terminée à ses deux extrémités par des abouts métalli- ques et 4. Ces abouts sont liés entre eux et au béton par une
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armature métallique s placée sous tension et qui a pour but, outre la liaison précitée, de comprimer longitudinalement le béton et d'accroître son étanchéité ainsi que la résistance du tuyau.
L'about z porte une extrémité saillante 6, et l'a- bout 4 une partie évidée 7, ces parties étant destinées à coopérer par emboîtement avec les parties correspondantes des tuyaux voisins et aveo des garnitures d'un type connu, par exemple en caoutchouc, pour assurer l'étanchéité de la canalisation.
Ce tuyau primaire 2 doit recevoir, avant l'emploi, une armature de frottage destinée à augmenter sa résistance à la pression intérieure et constituée (figure 2) par un fil d'acier 8 enroulé sous tension, par tout procédé connu en soi, à l'extérieur du tuyau. Ce fil d'acier tendu est immo- bilisé a ses extrémités par accrochage aux abouts. du côté de l'about 3, le fil 8 reoourbé en forme de crochet 9 pénètre dans un logement 10 ménagé dans l'about 3; du côté opposé, le fil s'enroule sous forme d'un orochet 11 autour d'un bouton
12 venu de fonderie sur la surface extérieure de l'about 4.
La section et la tension de l'armature 8 sont géné- ralement calculées pour qu'à elle seule, elle puisse supporter, sans dépasser sa limite élastique, les efforts de traction développée dans la paroi du tuyau par la pression intérieure.,
Ce calcul conduit à une tension d'enroulement sensiblement égale au taux de fatigue admis et légèrement inférieure à ce taux pour tenir compte de la contraction du béton sous les spires en cours d'enroulement. La tension de l'armature aug- .mente au moment de la mise en service du tuyau, quand les efforts résultant de la pression intérieure sont transmis à l'armature qui s'allonge élastiquement, le béton se décom- primant parallèlement de fagon à ne supporter que des efforts nuls ou très faibles.
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Pour réduire la section et le poids de oette armature, il est économique de choisir son taux de fatigue assez voisin de la limite élastique du métal. Par exemple, si ces armatures sont constituées par un acier courant ayant une résistance à la rupture de 90 Kg/mmg et une limite élastique de 60 Kg/mmg, il est avantageux de fixer la tension d'enroulement à 45 Kg/mmg.
Le module d'élasticité de cet acier étant d'environ Il.000 Kg/mm cette tension correspond à un allongement élastique de:
46 : 21.000- 0,000.214 - 2,14 "/co.
La demanderesse a constaté, par desmesures précises exécutées sur des tuyaux entiers et sur des éprouvettes de béton, que la tension des armatures subit, après leur enrou- lement, une certaine diminution de tension et que cette diminution est due à une compression plastique et non élas- tique du bétons
Sous une compression de 160 kg/cm2, cette contraction plastique peut atteindre par exemple 1 co/co des dimensions linéaires de la pièce, et même parfois, dépasser cette valeur.
La desandresse a constaté également que cette contraction peut augmenter un peu avec le temps pendant les premières minutes d'application des efforts, l'augmentation étant par exemple de
0,17 oo/oo pendant la première minute ,;0,04 oo/oo pendant la deuxième minute
0,03 oo/oo pendant la troisième minute 0?0@ oo/oo pendant la quatrième minute
0,01 oo/oo pendant la cinquième minute etc.. la pièce atteignant ainsi assez rapidement en pratique, sa forme d'équilibre.
La demanderesse a constata que cette déformation plas- tique se produit presque exclusivement lors de la première mise en compression du béton. Sous l'influence de cette ooa- pression, le béton commence par prendre des déformations
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élastiques sans que sa constitution soit modifiée, puis, sous l'action continue de la compression, ses éléments se rapproohant progressivement et le béton parvient ainsi à l'état d'équilibre stable. Il y a ¯¯¯¯¯¯ dans ce cas, déforma- tion permanente ou plastique* l'expérience montre que cette déformation est limitée.
Si l'on soumet ensuite ce béton à une nouvelle com- pression, sa constitution ne peut plus se modifier sensiblement et les seules déformations qu'il peut prendre seront des dé- formations élastiques. Il reprend sa même forme définitive d'équilibre dès que les efforts ont cessé.
L'armature de frottage accompagne le béton dans cette déformation plastique et sa tension diminue d'autant. Pour une contraction plastique de 1 oo/oo, la diminution de ten-
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sion des fils est d'environ Si ggmm$. in,outre si la pres- sion maximum de service ont établie dans la conduite, les armatures reprennent la tension et la longueur qu'elles avaient au moment de leur mise en place, et le béton se trouve ainsi soumis à un allongement sensiblement égal à sa contraction plastique, ce qui peut provoquer sa fissuration et des défauts d'étanchéité des tuyaux inéresés.
On pourrait remédier à cet inconvénient soit en aug- mentant la tension initiale de l'armature, soit en augmentant sa section. Dans le premier cas et en se plaçant dans les conditions de l'exemple précédent, si l'on désire que l'ar- mature conserve une tension de 45 Kg/mm2 quand le béton a pris une contraction plastique de 1 oo/oo, il est nécessaire d'enrouler cette armature aveo une tension initiale de
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<6 + (3i1..000 1, ) 6 66 Xg/mm.5
1. 000 Ceci implique l'emploi d'un acier ayant une limite élastique
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d'au moine 70 g/mm:& olest-il-dire d'une qualité et d'un prix sensiblement plus élevés que ceux qui étaient prévus.
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On peut aussi conserver la même qualité d'acier d'arma- ture et enrouler oelle-oi sous une tension ne dépassant pas
45 Kg/mm2 avec un allongement d'au plus de 2,14 oo/oo. Dans ce cas, quand le béton a prie la même contraction plastique de
1 oo/oo, la tension des armatures n'est plus que clos 21.000 x 1.14/1000 - 23,94 Kg/mm2
1000
L'efficacité du frettage est considérablement affaiblie et, pour que le tuyau conserve la même solidité, il est nécessaire d'augmenter la section et le poids de l'armature dans la même proportion, soit d'environs
45 - 23,94 - 88 %.
23,94 l'une façon oomme de l'autre, le prix de la construo- tion est très sensiblement augmenté.
Ces inconvénients sont évités suivant l'invention en faisant subir au tuyau en béton avant mise en place défini- tive de l'armature,une ou plusieurs compressions préalables qui ont pour effet de provoquer la oontraotion plastique ou "prédéforpation" de ce béton.
Suivant un premier mode d'application de ce procédé,, le tuyau 1 (figures 1 et 3) est mis en place sur un tour 13 et un fil d'armature 16, provenant d'untouret 14, traversant un frein tendeur 16 et @is sous une tension égale eu voisine du taux de fatigue résultant de la pression de service maximum envisagée, est enroulé en 17 dans le sens de la flèche f. 1, autour du primaire 2 du tuyau 1. On enlevé ensuite le tuyau 1 du tour 13 et on laisse le béton 2 subir l'effort de compression résultant de la tension de l'armature 17 et prendre la défor- mation plastique dont il est susceptible.
.Au bout d'un temps d'au moins quelques minâtes, on enlevé l'armature 17 de frettage, soit en la décrochant ou en la cisaillant à une de ses extrémités et en la laissant se dérouler sous sa propre tension, soit en remettant le . tuyau 1 sur le tour 13 (figure 3) et en'le faisant tourner
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dans le sans de la flèohe f.2, en sens inverse du sens d'en- roulementp pendant que le fil d'armature 16 traversant le frein 15 préalablement desserré est enroulé sur le touret 14.
Le tuyau 18 (figure 4) ainsi démuni de son ar- mature de frettage a repris l'apparence du tuyau 1 représenté à la figure 1, mais il en diffère d'une façon essentielle par le fait que le béton 19 dont il est constitué a pris la oon- traction plastique dont il est susceptible et qu'il ne peut plus prendre que des déformations élastiques.
Ce tuyau 18 est ensuite soumis à un nouveau frettage exécuté sur le même tour et dans les conditions analogues à celles du tuyau primitif 1, et l'on obtient finalement un tuyau fretté 20 (figure 5) ayant l'apparence de oelle du tuyau de la figure 2 main en réalité très différent puisque son â@s en béton 19 ayant perdu sa plasticité, son armature de frattage 21 conserve sa tension et le tuyau 20 lui-même son étanchéité.
Suivant le mode d'application de l'invention repré- senté à la figure 6, la prédéformation du tuyau 22, avant frettage définitif est obtenue par un prooédé hydraulique.
Le tuyau 22 muni de ses abouts métalliques 23 et %Sa est introduit dans un manchon métallique 24. On ferme l'espace annulaire 25 compris entre le manchon 24: et le tuyau 22, à ses deux extrémités, au moyen de joints 26 comprimés dans un logement 27 par une Contrebride 28, elle-même serrée au moyen d'écrous 29 et de goujons 30 solidaires du manchon 24.
L'opération de prédéformation s'effectue comme suit:
On introduit, par une conduite 31, de l'eau sous pression dans l'espace annulaire 25, pendant que l'air contenu dans cet espace s'échappe par un robinet 32 préalablement ouverte Dès que cette purge d'air est terminée, on ferme le robinet 32 et on laisse s'établir dans l'espace 25, une
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pression mesurée par un manomètre 33, et sensiblement égale à la pression intérieure maxima envisagéepour les tuyaux
22 après frettage. Sous Inaction de cette pression extérieure, le béton du tuyau 22 prend sa contraction plastique.
Cette contraction terminée, on desserre les joints 26, on les retire de leur logement et le tuyau en béton 22 ainsi prédéformé est extrait du manchon 24 pour être ensuite revêtu de son armature de frettage.
La durée de l'opération de prédéformation varie de .quelques minutes à plusieurs heures. Bile est, par exemple, d'autant plus longue que le tuyau est plus épais. que la pression de service prévue et par suite la pression de pré- déformation est plus élevée et que le béton est plus frais.
Bile dépend également des moyens de fabrioation utilisés: les manchons de prédéformation étant des pièces importantes et coûteuses, il y a intérêt, pour améliorer leur utilisation, à réduire la durée de l'opération.
Dans cet ordre d'idées, la déformation plastique du béton peut être accélérée en appliquant au tuyau primaire 22 une pression hydraulique extérieure supérieure à celle qui résultera de l'action de ltarmature de frettage. On peut également, toujours suivant l'invention, parfaire la prédé- formation de Qe primaire en lui appliquant plusieurs fois de suite, cette pression extérieure, la durée de chaque mise en pression étant avantageusement de plus en plus courte.
La variante d'application du procédé, représentée à la figure 7 diffère de la précédente en ce que le primaire 35 à prédéformer et le manchon 36 sont placés vertioalement.
Suivant cette variante, les joints utilisés pour fermer l'espace annulaire 37 sont constitués par des rondelles cir- culaires creuses 38 en caoutchouc, à l'intérieur desquelles on peut établir au moyen d'une conduite 39 commandée par un robinet 40, une pression supérieure à la pression appliquée
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au cours du traitement à l'extérieur du primaire 35.
L'opérationest exécutée de la façon suivante , le manchon 36 étant vide, on fait tomber la pression dans les joints 38 en ouvrant un robinet de décharge 41. branché sur la conduite 39. Les joints se contractent et s'effacent dans leur logement 42. On descend le tuyau primaire 35 à l'intérieur du manchon 36: il vient se reposer en 43 sur la base de ce manchon. On ferme le robinet 41 et on admet ensuite la pression dans lasconduite 39: les joints 38 se gonflent, s'appliquent d'une façon étanche contre les abouts 42 et 43a du tuyau 35.
On peut alors introduire la pression hydraulique par le robinet 44 et la conduite 46 dans l'espace 27; l'air s'échappant par le robinet de purge 46, et le traiteuent de prédéformation s'effectue comme expliqué précédemment; le tuyau 35 est retiré de son manohon 36, après ce traitement, par les opérations inverses des précé- dentes.
La figure 8 représente une variante de l'invention, utilisée de préférence pour la prédéformation simultanée de plusisurs primaires de petit ou de moyen diamètre.
Suivant cette variante, le primaire 47 à traiter est immergé dans une grande cuve 48 très résistante et pleine d'eau. On intercale un joint 49 par exemple en caoutchouc entre le fond 50 de la ouve et la tranche inférieure 51 du tuyau. Sur la tranche supérieure 52 du même tuyau, on a déposé également un joint 53 et une plaque pleine 54. L'intérieur 55 du primaire communique par une tuyauterie 56 avec un réservoir à l'air libre 57 placé sensiblement au même niveau que la partie supérieure 68 de la cuve.
La prédéformation est effectuée de la façon suivante; on ferme la cuve 48 au moyen d'un couvercle 69, fixé au moyen de boulons 60 et, en ouvrant le robinet 61, on laisse
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l'eau sous pression provenant de la tuyauterie 62 parfaire le remplissage de cette ouve pendant que l'air est évacué par le tubulure 63, après quoi on ferme le robinet de purge 64 et la pression s'exerçant à l'extérieur du primaire 47 assure sa prédéformation comme dans les variantes précédentes.
Si les joints 49 et 53 présentent des défauts d'étanchéité, la tuyauterie 56 qui sert de'déoharge évacue vers le réser- voir 67 l'eau qui pénètre alors intempestivement à l'intérieur du primaire et en empêchant la pression de s'établir dans ce tuyau, assure son traitement et sa prédéformstion oorreotes.
Cette dernière installation peut être prévue avantageusement pour le traitement simultané de plusieurs tuyaux, en particulier de tuyaux de petitson de moyens diamètres dépoaéa oôte à cote ou lea uns au-dessus des autres dans une même =va de dimensions et de résistance suffisantes* l'intérieur de chacun d'eux étant relié à un réservoir de déoharge.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux variantes d'exécution représentés et décrites qui ntont été choisies qu'à titre d'exemple.
C'est ainsi que les tuyaux primaires à traiter peuvent être armés ou non, être munis ou non d'abouts métal- liques et se terminer par une partie cylindrique ou par un emboîtement ou par une bride, ou tout autre dispositif d'assemblage.
L'armature de frettage peut être constituée par un ou plusieurs fils cylindriques ou non, en acier ordinaire ou en acier tréfilé,trempé ou non, ou en tout autre métal ou alliage ; chaque fil de frettage peut être fixé aux extrémités du tuyau par accrochage, par soudure, ou tout autre mode d'immobilisation.
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La résistance, la limiteélastique et le taux de fatigue de oette armature peuvent varier dans de notables proportions*
La résistance, la compacité, la plasticité du béton peuvent également varier d'une façon importante, la plasticité du béton se manifester pendant un temps très différent de celui indiqué, sans que l'invention cesse d'être applicable, à la seule condition que cette plasticité soit limitée.
En outre, la prédéformation du primaire en béton peut être opérée par frettage, soit mécaniquement comme décrit, au moyen d'un fil tendu, soit thermiquement par enroulement autour dudit primaire d'un fil non tendu puis chauffé et exerçant par son retrait au refroidissement, l'effort ci(,, compression désiré du béton, soit encore par les deux moyens ci-dessus conjugués.
On peut aussi, toujours suivant l'invention, utiliser pour la compression des parois du tuyau, des oolliers plus ou moins espacés, serrés au moyen de boulons et dtéorous, ou des vérins disposés en nombre suffisant à l'extérieur du tuyau pour exercer une pression extérieure sensiblement uniforme sur l'ensemble de ses parois.
Dans le cas d'une prédéformation hydraulique, le manchon de mise en pression peut être métallique ou en tout autre matière il peut être constitué par exemple par un tuyau . en béton frotte analogue à ceux faisant l'objet de l'invention.
La longueur et les autres dimensions du manchon, peuvent être quelconques, le type des joints de tout modèle oonnù. Les cuves utilisées pour la prédéformation des tuyaux peuvent comporter ou non des réservoirs de décharge.
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On peut même toujours suivant l'invention déposer à l'intérieur de ces cuves et pour en réduire l'encombrement, plusieurs tuyaux de différent diamètres les uns à l'intérieur des autres, chacun étant surmonté d'un couvercle étanche, chaque espace annulaire antre tuyaux étant relié à un riser- voir de décharge propre, par une conduite munie d'un robinet, la prédéformation des tuyaux concentriques étant obtenue successivement, à partir des plus petits, en ouvrant les uns après les autres les robinets de décharge au réservoir des espaces annulaires successifs de telle manière que chaque tuyau se trouve, à son tour sounis à une pression intérieure très faible et à une pression extérieure importante.
Enfin la durée du traitement de prédéformation, le nombre des mises en pression qu'il peut comporter peuvent varier suivant les caractéristiques des tuyaux à obtenir.
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REV3NDICT ION S.
1. Procédé de fabrication de tuyaux eu autres corps frettés en béton ou autre matière à plasticité limitée, caractérisé en ce qu'on fait subir au tuyau ou autre corps avant frettage une compression préalable suffisante pour entraîner la contraction plastique permanente des parois du tuyau, cette compression étant supprimée quand la contrac- tion plastique s'est produits et le tuyau étant alors fretté par un procédé connu.