Tuyau armé en matière agglomérée. La présente invention a pour objet un tuyau armé en matière agglomérée, telle que par exemple du béton.
Ce tuyau comporte une armature consti tuée par deux brides métalliques auxquelles sont reliées rigidement des armatures longi tudinales qui sont entourées d'un enroule ment en spires hélicoïdales de manière à for mer un tout rigide et pratiquement indéfor mable dont les; parties longitudinales travail lent à la flexion comme des poutres encas trées, cette armature étant noyée dans de la matière agglomérée, le tout, dans le but de former un tuyau en matière agglomérée, pré sentant des qualités de résistance telles, qu'il puisse remplacer un tuyau métallique.
A titre d'exemple, on a représenté dans le dessin annexé différentes formes d'exécu tion des divers éléments de cette armature.
La fig. 1 montre l'ensemble de l'arma ture d'un tuyau d'une première forme d'exé cution, prévu pour résister aux pressions in térieures; Les fig. 2 à 5 montrent divers modes d'encastrement des armatures disposées sui vant des génératrices, dans les brides; La fig. 6 est un schéma représentant une coupe longitudinale partielle passant par une génératrice et l'axe; La fig. 7 est une figure théorique pour trouver la loi de l'enroulement des direc trices; La fig. 8 est un schéma représentant une coupe transversale partielle au point croi sement d'une génératrice et d'une directrice;
La fig. 9 est un schéma représentant une coupe transversale du tuyau à plus petite échelle; Les fig. 10 et 11, qui sont respectivement une coupe longitudinale et une coupe suivant .A-A, montrent l'application d'un disposi tif de bague intermédiaire pour tuyaux de grande longueur; La fig. 12 est une figure schématique montrant l'emploi de bagues intermédiaires en acier; La fig. 13 représente un tuyau de 5 m avec 4 travées de 1,25 m pour fortes pres sions;
La. fig. 14 montre un dispositif destiné à former un joint étanche à bride; La. fig. 15 montre un joint de dilatation à. soufflet; La fig. 16 montre l'application d'une bride spéciale permettant de raccorder deux tuyaux de façon à leur faire faire entre eux un certain angle fi; La, fig. 17 montre un moule vertical pour la fabrication des tuyaux faisant l'objet de l'invention; La fil-. 18 montre un dispositif pour la préparation de la, chemise; La fig. 19 représente l'ensemble de l'ar mature d'une deuxième forme d'exécution;
Les fig. 20, 21, 22, divers modes d'at:- tache des génératrices aux cornières réalisant l'encastrement parfait; La fig. 23 est une coupe montrant la ,jonction de deux tuyaux sans revêtement étanche; La fig. 24 est une coupe montrant la jonction de deux tuyaux avec revêtement étanche; La. fig. 25 montre l'application à la, con duite d'un joint de dilatation à soufflet; La fig. 26 montre la. disposition. de l'ar mature et du moule pour centrifugation sans revêtement étanche; La. fig. 27 est un dispositif de l'armature et du moule pour centrifugation avec revête ment étanche.
Pour plus de simplicité, dans la descrip tion qui va suivre, on dénommera. les arma tures longitudinales "génératrices" et les en roulements en spires hélicoïdales "direc trices".
Dans la première forme d'exécution re présentée destinée à être utilisée pour une conduite soumise à de fortes pressions inté rieures, chaque tuyau comporte une arma ture constituée par deux brides métalliques b auxquelles sont solidement fixées des géné ratrices g autour desquelles des directrices r1. sont enroulées en spires à pas variable. Les deux brides b sont en plus reliées solidement à une chemise c destinée à former un revête ment intérieur pour le tuyau. Les deux brides avec les génératrices et les directrices forment une ossature métalli que solide, rigide, indéformable.
Il résulte de ce dispositif d'armature (fig. I) que tous les éléments constitutifs: directrices, génératrices, brides, ciment, par ticipent à la. résistance.
En effet, sous la pression intérieure, les génératrices fixées aux brides, travaillent par flexion et s'infléchissent suivant la. ligne élastique n <I>b c</I> (fig. 6). L'ensemble<I>A B C D</I> constitue une poutre armée, encastrée à, ses extrémités. Le ciment:, sous la ligne neutre <I>ii</I> 7r' est en compression et sa résistance entre alors en ligne de compte.
Les génératriccs transmettent aux brides les efforts qu'elles reçoivent et les brides y résistent par traction.
Les directrices travaillent par extension. Les pressions intérieures se partagent donc entre les directrices, les génératrices, les brides et le ciment en compression, et la théorie de la. résistance des matériaux per- m@et (le calculer l'effort, supporté par chacun.
et de déterminer à. priori la part,de la pression statique que chacun supportera, de faire va rier à volonté ce partage et de déterminer alors l'équarrissage et la forme de tous les éléments.
Pour obtenir (le l'ossature la résistance maximum, on donne aux génératrices qui travaillent à la. flexion et à l'extension, une forme appropriée pour résister aux efforts à la. flexion. On leur donne, par exemple, la forme en<B>I</B> représentée fig. 2, 3, 8 et 9, ou circulaire si la part de pression à, leur faire subir est peu élevée (fig. 4, 5).
Au con traire, les directrices sont à section circu- laire. Il n'- ,y aurait aucun avantage à em- ployer des directrices en fer profilé, puisque ces directrices travaillent uniquement à l'ex tension.
Pour appliquer le calcul à. cette armature. il suffit de considérer le tuyau comme formé d'une suite de fuseaux accolés<I>f 1<B>f</B></I> f', etc. (fig. 9), chaque fuseau étant une poutre en ciment armé avec armature en fer en<B>I</B> encas trée aux brides extrêmes et renforcée par la directrice en croix et le ciment en compres sion.
La théorie conduit à un enroulement des directrice3 à pas variable. En effet, la soli darité du treillis entraîne l'égalité des flèches des directrices et des génératrices. Les flè ches des directrices vont en diminuant du milieu ô de la génératrice à l'encastrement E, et comme le travail est proportionnel à la flèche, toutes les spires n'opposeront pas la même résistance. Par exemple, si la flèche de la spire c4 (fig. 7) est i/3 de la. flèche de la spire en o', le travail en â sera '%3 du tra vail en<B>0'.</B>
On rétablira l'égalité des résistances en a' par trois spires superposées ou rappro chées, c'est-à-dire que le resserrement des spires sera d'autant plus grand que la flèche est moindre, d'où enroulement à pas variable.
Il est facile de trouver la loi de l'enroule ment.
La masse des spires doit être en chaque point de la. génératrice inversement propor tionnelle aux flèches. Entre m, masse de la spire en ô , milieu de la .génératrice, et a b masse de la spire en a, on doit avoir, pour l'égalité des résistances (1)
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d'où <I>ab -</I> aa' <I>-</I> m'.
On connaît na et aci, ordonnées de la courbe élastique de la génératrice, une cons truction géométrique élémentaire donne<I>ab,</I> on peut donc construire la courbe D repré sentative des masses de spires en chaque point.
De la relation (1), on obtient l'équation de la courbe<I>D,</I> on a: aâ <I>= y = f (x)</I> équa tion de la courbe élastique de la génératrice.
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équation de la courbe D, qui n'est autre que l'équarrissage en tous points du tuyau métallique fictif que les directrices remplacent. Les directrices peuvent, comme on le verra plus loin, être employées en tension et constituer un véritable frettage, dans le sens donné à ce procédé en artillerie.
L'ossature métallique, formée par l'jen- semble des brides et des génératrices, calcu lée 'et établie pour conduites forcées, résiste également aux pressions extérieures de quel que nature qu'elles soient, telles que celles supportées par les conduites enterrées dans des tranchées profondes.
Les deux brides avec encastrement des génératrices et enroulement des directrices à pas variable ont donc pour effet de donner au tuyau un grand accroissement de résis tance dans toutes les directions.
De plus, les brides protègent les extré mités du tuyau contre toute dégradation, ce qui a son importance pour les tuyaux en ci ment qui doivent,être soulevés, maniés, véhi culés, transportés par des câbles, soumis à des chocs, etc. La solidité de l'ensemble est donc accrue à tous les points de vue.
Avec les conduites forcées pour lesquel les l'application de l'armature décrite est particulièrement intéressante, l'étanchéité est assurée au moyen de la chemise c représen tée fig. 1.
Certes, l'armature employée mettant la. matière agglomérer, telle que du béton, du ciment au sable, en compression, augmente son étanchéité, mais pour arriver à l'étanchéité absolue, il faut appliquer un revêtement étanche constitué ici par un mince revête ment de tôle en acier doux ou extra-doux formé par plusieurs feuilles de tôle mince de 1 à 2 mm d'épaisseur réunies à la suite les unes des autres par soudure autogène par exemple. Cette chemise ne joue aucun rôle dans la résistance du tuyau; elle constitue un simple revêtement s'étendant d'une bride à l'autre, où elle est solidement fixée, de fa çon à former corps avec elle.
De plus, elle colle au ciment et les bourrelets formés par la soudure des différentes plaques entre elles résistent aux pressions longitudinales et aug mentent l'adhérence au ciment. Enfin, la perte de charge sera réduite au minimum, le coefficient de frottement sur l'acier lisse étant très faible.
Les brides b peuvent être par exemple en fonte, en fer, en acier, etc. et elles ont de préférence un profil en forme de<B>T,</B> permet tant l'encastrement parfait des génératrices g. La fixation des génératrices g peut par exemple être exécutée comme représenté aux fi,-. ? à 5. c'est-à-dire soit en les faisant pé nétrer dans des cavités des brides et en les retenant au moyen d'un étrier a (fig. 2 et 3). Ceci est particulièrement indiqué lorsque les génératrices sont constituées par des fers profilés.
Lorsqu'elles sont constituées par des barres de section circulaire, on peut les recourber à angle droit et engager leurs ex trémités formant crochet dans des trous nié- nagés sur la saillie horizontale de la bride et les maintenir par rivetage à chaud ou à froid, par forcement ou à écrou. La disposi tion représentée fig. 4 est particulièrement indiquée pour des tuyaux devant résister à des pressions intérieures, tandis que la dis position représentée fig. 5 est prévue pour des tuyaux devant résister à des pressions extérieures.
Afin de permettre la construction de tuyaux de longueur relativement brande on a prévu l'emploi de bagues intermédiaires telles que 30 et 31, représentées aux fig. 10 à 13.
Pour accroître l'action de la génératrice, il. faut augmenter son moment d'inertie et réduire la, longueur entre les encastrements. Cette longueur variera, suivant les cas, de 1 m à \? m au maximum. Le tuyau entre les brides sera sectionné en travées égales, par des bagues en acier comme indiqué aux fi- -0,11res précitées. Ces bagues ont comme dia mètre intérieur exactement le diamètre du tuyau sur les génératrices, lesquelles sous la. pression prendront appui sur elles.
La génératrice sera encastrée dans le deux brides extrêmes, faisant fonction de cu lée, et prendra appui sur les bagnes faisant fonction de piles. La. génératrice sera une poutre continue, encastrée à ses deux extré mités, avec travées écales et uniformément chargées.
Les réactions sur les brides-culées et les bagues-piles se calculeront suivant les for mules connues. Le tuyau sous pression statique prendra la forme montrée fig. 13, qui est celle d'un tuyau de 5 m entre brides, divisé en quatre 1ra;@ées <B>du-</B> 1.25 m, établi pour forte pression.
Dans le dispositif des fig. 10 à 11, la génératrice ne prend pas un appui libre sur les bague; elle y est fixée par étrier. La génératrice se compose alois d'une suite de tronçons de génératrices encastrées à. leurs extrémité:.
Un autre a.vaiit.abe de cette armature dé coule de l'emploi des brides. Comme les brides, par suite de leurs attaches sui géné ratrices, font partie intégrante du tuyau et forment avec lui un bloc solide, on peut réu nir deux tuyaux voisins par un joint métal lique à brides, avec rondelles de plomb, ser rée par boulon, par rivetage ou autrement (fig. 14). On peut disposer entre deux tuyaux un joint métallique flexible à souf flet en forme de demi-tore comme repré senté fig. 15 pour permettre les dilatations ou contractions dues à la chaleur ou à toute autre cause.
On peut encore aménager la bride pour permettre un certain angle entre les axes de deux tuyaux voisins, de façon à suivre toutes les sinuosités du tracé de la, conduite. A cet effet., la bride a la forme d'une gorge, dont les plans des faces sont inclinés l'un sur l'au- t.re, formant ainsi entre eux un certain an gle (fig. 16), de sorte que la, gorge a sa plus grande largeur à, l'extrémité d'un dia mètre et. va en, se rétrécissant jusqu'à.
l'au- fre extrémité oit les deux faces se réunissent. Il en résulte que les deux tuyaux fixé; à chacune de la. "bride-gorge" font entre eux l'angle /1 '.
Pour la fabricaiion des tuyaux, on éta blit d'abord les dimensions des brides, profil, hauteur, épaisseur et. métal employé.
Le nombre des génératrices, leur lor1- Plueur, leur diamètre, sont déterminés par le calcul en vue dr# résister aux pressions ra diales, axiales et à la. flexion. Le diamètre des directrices et le pas variable de l'enroule ment sont également donnés par le calcul. Pour la chemise, on arrête les dimensions des tôles d'acier, épaisseur, longueur, lar geur, nombre. Tous les éléments sont alors prêts à être employés (fig. 18).
Sur un moule en tôle d'acier ou bois et portant deux tourillons horizontaux, on pose les tôles de la chemise auxquelles on a donné la courbure voulue; on les soude entre elles à la soudure autogène. La _urface extérieure présente alors les bourrelets de soudure en deux sens, horizontaux et verticaux, qui s'inscrusteront ;dans le c*iment.
On place les brides aux deux extrémités, on les soude à la chemise comme il a été dit. On fixe les génératrices, on enroule les di rectrices; l'armature est construite.
Le coulage du ciment se fait alors par les procédés connus, soit verticalement (fig. 17), soit horizontalement entre le moule in térieur et un moule extérieur.
Dans la deuxième forme d'exécution re présentée, pour tuyaux à faibles pressions, les extrémités du tuyau sont formées au moyen de cornières b dont la face extérieure b1 est dressée au tour. L'aile intérieure est percée de trous où sont engagés- les -bouts des génératrices g recourbées à angle droit et re tenues par rivetage (fig. 20 et 21), rivetage combiné avec un étrier b2 (fig. 22) ou bou lonnage, de façon en tous cas à assurer un encastrement parfait des génératrices dans les cornières.
Ces génératrices sont de section circu laire.
Par dessus sont enroulées les directrices d, qui sont également de section circulaire. L'armature ainsi constituée est noyée dans une masse de ciment formée comme il sera expliqué plus loin.
Deux tuyaux adjacents sont joints en boulonnant ensemble les brides b (fig. 23 et 24); on interpose entre elles une feuille de métal malléable j ou de toute autre matière plastique.
Dans les canalisations ordinaires ou d'ab duction d'eau, la résistance maximum à de mander au tuyau est de l'ordre de celle de la fonte. Avec la nouvelle armature, la résistancê réside dans tous les éléments "directrices", "génératrices", "cornières", et elle se partage entre eux, comme il a été exposé ci-dessus. <B>Il</B> en résulte que la résistance du tuyau est bien supérieure à celle des tuyaux ordinaires et est égale et même peut être obtenue su périeure à celle de la fonte.
Dans ces limites de pression, les brides sont des fers cornières de profil usuel (fig. 19, 20, 21, 22), leur résistance étant suffi sante pour s'opposer aux efforts transmis par les génératrices.
En outre de la. résistance, les brides-cor- nières et les génératrices ont chacune et sé parément une action spéciale à remplir, les quelles font partie des caractéristiques du tuyau.
La partie critique de toute conduite est le joint. Un joint doit assurer l'étanchéité et maintenir invariable l'axe de deux tuyaux accolés. Dans la plupart des systèmes de tuyaux non-métalliques le joint est un appa reil particulier, indépendant des tuyaux qu'il réunit. Alors l'étanchéité est difficile à ob tenir et impossible à garantir, car un affais sement du sol disjoint les tuyaux ou les rompt, d'où destruction rapide ou lente de la conduite.
Avec le tuyau établi conformément à la présente invention, il n'y a plus d'appareil de joint. Deux tuyaux sont directement réunis entre eux au moyen des cornières bou lonnées ou rivées, avec interposition de ma tières plastiques, lesquelles cornières font partie intégrante du tuyau par leur encastre ment parfait aux génératrices.
Par les cornières donnant la jonction à bride, on obtient à la fois l'étanchéité abso lue et une liaison rigide qui fait de la canali sation un unique tuyau, une conduite mono lithe. .
Pour qu'un tassement, un affouillement du sol ne disloque pas la conduite, la canali- -ation doit former une poutre tubulaire qui puisse faire pont sur le vide. Au moyen des génératrices encastrées aux cornières, on ob tiendra ce résultat. Les génératrices seront calculées, suivant la théorie de la résistance des matériaux, comme nombre et équarris sage, en vue de la portée à obtenir.
Pour tenir compte des dilatations ou con tractions dues aux variations de tempéra ture, les cornières permettent l'application d'un joint à soufflet (fig. 25).
L'application du ciment sur cette arma ture peut s'obtenir par centrifugation. Dans ce cas l'armature est fixée à un moule rota tif. La fig. 26 indique un dispositif pour la fabrication d'un tuyau sans revêtement étanche, la fig. 27 pour tuyau avec revête ment étanche.
Suivant les fig. 26 et 27, l'armature fixée au moule se trouve centrée par cons truction à la position exacte, quels que soient son poids, son équarrissage, et ses dimen sions, d'où avantage de la régularité de po sition et de l'application du tuyau en ciment armé centrifugé aux pressions plus élevées.
Quand le tuyau doit supporter des pres sions assez faibles, alors que le ciment cen trifugé avec sa chappe intérieure en ciment pur donne une étanchéité suffisante, il est inutild d'employer un revêtement spécial étanche; on emploie alors le dispositif repré senté fig. 26; l'armature est fixée à sa posi tion dans le moule rotatif au moyen de bu tées s; qui s'engagent dans les trous prati qués dans la cornière pour les boulons.
Une mince couronne métallique q est appliquée contre la cornière et y est fixée également par la branche ,S' de la butée au moyen de boulons. Cette couronne donne l'épaisseur qu'aura la paroi en ciment du tuyau.
Comme la centrifugation de la partie hachurée 2c, en contact avec la branche hori zontale de la cornière, se ferait imparfaite ment, on doit la garnir de ciment aupara vant.
On ne place l'armature dans le moule qu'après la prise de cette garniture.
Quand l'étanchéité du ciment, sous la pression, est insuffisante, il faut couvrir la. paroi intérieure du tuyau d'un revêtement étanche; ce revêtement sera par exemple un produit asphaltique tel que mastic d'asphalte, béton d'asphalte, mélange de mastic et de bitume, etc. ou toute autre matière.
Le tuyau en ciment étant formé et ayant fait prise, on introduit dans le moule le pro duit asphaltique chauffé, à l'état liquide, par la rotation, le revêtement est obtenu.
L'adhérence (lu revêtement au ciment est accrue par la rugosité de la. paroi, dont les aspérités sont formées naturellement par les matières légères contenues dans le béton de ciment, ou ajoutées à cet effet. Cette rugo sité peut être augmentée par piquetage, grat tage de la paroi.
Pour éviter le fendillement du revête ment asphaltique par retrait<B>dû</B> au refroidis sement, on peut chauffer la paroi du tuyau avant l'introduction de l'asphalte de façon à la dilater. La contraction du tuyau par re froidissement suivra la contraction de l'as phalte et cette contraction de la paroi en ci ment contre le revêtement augmentera. la. liaison des deux matières.
La fig. 27 représente le dispositif à em ployer pour la, construction de ce tuyau par la, force centrifuge.
Le revêtement étanche doit remonter jus qu'à la, cornière, comme on le voit fig. 24, et la déborder à l'extérieur de 1 ou 2 mm de façon à, recouvrir entièrement la paroi en ci ment sur toute son épaisseur. Quand deux tuyaux sont. accolés l'un à l'autre et forte ment pressés l'un contre l'autre par les cor nières serrées par boulons, les deux parois en asphalte en contact sont comprimées l'une contre l'autre. Elles font prise et ne forment plus qu'une seule masse asphaltique. L'étan chéité est absolue, le revêtement étanche s'é tendant en une seule nappe d'un bout à l'an tre de la, conduite sans séparation ni discon tinuité.
L'opération de la centrifugation se fait en deux fois.
La couronne métallique q porte un res saut r de 1 à 2 mm. On introduit entre elle et la cornière une couronne en bois q' qui a l'épaisseur que doit avoir le revêtement as phaltique. Quand l'armature est fixée au moule ra- tatif, on place la couronne en bois, puis on fixe fortement par boulon la couronne métal lique, on forme le tuyau en ciment par ro tation. Celui-ci ayant fait prise, on, enlève la couronne en bois, et on introduit le produit asphaltique et, par rotation, il recouvre le ciment comme indiqué fig. 24.
Pour les conduites ordinaires à faible pression, les directrices sont enroulées à pas constant; pour les conduites forcées (fig. 1), elles sont enroulées à pas variable comme in diqué ci-dessus.
Bien entendu, les formes, les dimensions des divers éléments composant l'armature, les matériaux employés et toutes les disposi tions de détail peuvent varier dans tous les cas sans changer le principe de l'invention.
Les armatures longitudinales pourraient être soudées aux brides et la chemise prévue pour certaines formes d'exécution peut être par exemple en tôle d'acier et également être soudée aux brides.
La matière agglomérée pourrait être au tre que du béton ou du ciment de sable, par exemple un mélange de brai et de gravier.