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Tuyau fretté perfectionné pour canalisations d'eau ou de fluides sous pression
En plus de la pression intérieure de service normal, les matériaux employés pour les canalisations souterraines ont à supporter: les coups de bélier, la charge extérieure, les tassements ou mouvements de terrains, etc... et surtout l'action continue des diverses matières constituant les sols dans lesquels les canalisations doivent durer le plus longtemps possible sans entretien.
La fonte, métal d'une très longue durée comme le prouvent d'innombrables applications pratiques, est le matériau de beaucoup le plus utilisé pour l'établissement des canalisations, Cependant de telles canalisations peuvent n'être pas à l'abri des désordres dûs à certaines conditions d'exploitation ou de tenue des terrains enoais- sauts.
Monsieur François SENTENAC, Ingénieur en Chef des @
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Ponts et Chaussées, a pensé que le tuyau de fonte pouvait être perfectionné pour mieux assurer en toutes circonstances la sécurité et la continuité du service, indispensables dans certains réseaux.
Sur ses indications, il a été procédé à des essais qui ont permis de mettre au point un tuyau, établi suivant les données qui font l'objet de la présente invention, et grâce auquel un accident survenait dans une canalisation, est limité de façon à ne pas interrompre le service nor- mal et à permettre de choisir le moment le plus propice à la remise en état de la partie de conduite à réparer.
La présente invention a donc pour objet un tuyau, fretté perfectionné, remarquable en particulier en ce qu'il comporte une armature constituée par plusieurs éléments métalliques indépendants enroulés sur la surface extérieure de l'âme suivant des hélices distinctes, ces éléments dé- nommés "fils" dans la suite de la description et dans le résumé, pouvant avoir la forme de fils cylindriques, de feuillards ou de tous autres profilés.
L'invention est remarquable également par le mode d'attache sur l'âme des extrémités des spires de l'armature ainsi que par deux formes de fil d'armature spécialement étudiées pour diminuer l'effet de la corrosion sur ces fils et augnenrer ainsi les qualités du tuyau.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention résulteront des descriptions qui vont suivre.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple: la fig.1 est une vue en élévation d'un tuyau suivant l'invention, le revêtement protecteur extérieur étant repré- senté coupé suivant le plan de la fig.; la fig.2 est un schéma géométrique mettant en lumière l'effet de l'inclinaison des spires de l'armature; la fig.3 est une vue, en élévation, d'une variante
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d'exécution d'un tuyau comportant une armature croisée; la fig.4 est une vue, en élévation, d'une autre variante dans laquelle les extrémités des spires sont immobilisées par soudure sur des frettes posées sur l'âme; la fig.5 est une vue partielle en coupe montrant différents profils de fils d'armature.
Suivant l'exemple d'exécution représenté à la fig.1, le tuyau est constitué par une âme en fonte 1 sur laquelle est placée une armature formée par exemple de quatre fils cylindriques d'acier indépendants 2, 3, 4, 5 enroulés sous tension suivant quatre hélices parallèles distinctes, les quatre hélices ayant un même pas p, le décalage longitu- dinal d d'une hélice par rapport à la voisine étant égal au quart de cepas.
Chaque hélice'.peut être, suivant l'invention, terminée à ses extrémités par quelques spires 8, 9, 10 et 11 enroulées sous tension décroissante et à pas décroissant, la ou les dernières des spires faisant suite audiffèrentes hélices étant jointives et rendues solidaires les unes des autres par des points de soudure autogène 12 et 13 exécutés au chalumeau oxyacétylénique ou à l'arc électrique ou par tout autre moyen équivalent,
Pour faoiliter Inexécution de la soudure, on peut naturellement immobiliser provisoirement les fils au moyen de colliers ou de tout autre procédé connu,
La liaison ainsi réalisée entre plusieurs spires ap- partenant à chacun des fils de l'armature suffit à assurer d'une façon parfaite leur immobilisation sur l'âme en raison du pas et de la tension décroissants des hélices et de leur coefficient de frottement sur 'âme
D'autre part, les soudures 12-13 sont exécutées en des points où les fils d'armature sont peu tendus, ce qui est favorable à la résistance des fils et des soudures.
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L'armature est, suivant un procédé connn en soit recouverte par un revêtement 14 en béton armé ou non, ou tout autre matière susceptible d'augmenter la résistance de,l'armature contre la corrosion ou les chocs en cours de manutentions, et constitués par exemple par des pro- duits bitumineux.
De plus, l'écartement des spires peut être, au besoi maintenu par exemple par un ou plusieurs fils d'acier disposés notamment suivant des génératrices et fixés à toutes les spires, ou à certaines d'entre elles seulement, par soudure ou par tout autre procédé connu. ces éléments longitudinaux en acier peuvent naturelle ment être disposés de manière à contribuer en outre à la résistance du tuyau contre les efforts de flexion: on peut par exemple les placer au voisinage de la génératrice inférieure dans le cas d'un tuyau reposant librement sur des appuis placés à ses extrémités.
On peut aussi, pour augmenter cette résistance à la flexion, utiliser une armature longitudinale appropriée, noyée dans le revêtement 14.
Grâce à l'emploi, suivant l'invention, de plusieurs fils indépendants pour la constitution de l'armature, celle-ci n'est pas exposée à se trouver entièrement déten- due et inefficace par suite de la rupture accidentelle d'un seul fil; c'est là un avantage d'autant plus impor- tant que l'armature est précisément un organe de sécurité.
D'autre part, l'existence de plusieurs fils d'arma- ture distincts a, comme cela est exposé ci-après, pour effet, en augmentant l'inclinaison des spires, d'augmenter également la résistance élastique de l'armature.
A la fig.2, on a représenté suivant A B le dévelop- pement d'une directrice T de la surface cylindrique de l'âme et en A C le développement 8 d'une spire d'hélice, n
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l'angle d'enroulement ayant une valeur: i = B A C
Si l'âme est soumise à l'effet d'une pression inté- rieure, la directrice T et la spire S se développent res- peotivement suivant A B' et A C', la génératrice B' C' restant parallèle à la génératrice B C et le pas B'C' restant égal au pas BC, la directrice s'allonge d'une lon- gueur BB' = dT et la spire d'une longueur C'D = ds, le point D étant tel que AD = AC.
On a donc, aux infiniments petits du 2 ordre près,
C C' D = 1 d'ou d S = C C'Cos 1 = d T Cos 1 et enfin :
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S = à0 " Cos B 1 Cos i par suite: d S/S = d T /T cos 2 i
Cette expression fait apparaître que l'allongement des spires est, par rapport à l'allongement de l'amer réduit dans la proportion de 1 à cos2i, 1 étant l'inoli- naison des spires.
La fatigue de l'armature se trouve donc réduite à chaque instant dans la même proportion. Par suite, il est possible, suivant l'invention, d'utiliser pour 'armature des fils qui, ayant une limite élastique assez basse, ne soient pas fragiles et qui cependant ne risque pas de travailler au-dessus de cette limite élastique sous l'aotion d'une surpression.
L'invention permet ainsi:
1 ) d'obtenir une augmentation du coefficient de sé- ourité intéressante en particulier pour les canalisations de gros diamètre.
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2 ) d'acquérir la certitude que l'armature ne cédera pas sous l'action des surpressions qui peuvent se produire dans les canalisations.
3 ) de conserver à l'armature son élasticité ce qui lui permet d'exercer en toutes circonstances son action de frettage sur l'âme
La variante d'exécution représentée à la figure 3 ne diffère de celle représentée à la fig.1 que par la cons- titution de l'armature qui comporte deux séries distinctes de spires 15 et 16 enroulées avec des inclinaisons de sens contraires. L'enroulement de ces spires peut du reste être exécuté suivant différentes variantes, soit que chaque fil serve à l'enroulement d'une seule hélice, soit au contraire qu'un même fil soit utilisé sans coupure et éventuellement sans diminution de tension pour l'enroule- ment successif de deux ou plusieurs hélices inclinées dans le même sens ou alternativement à droite et à gauche.
On peut naturellement réaliser, suivant l'invention, d'autres variantes d'exécution que celles prévues aux figs 1 et 3 et se différenciant par exemple de ces dernières par le nombre des fils indépendants, le pas ou l'inclinai- son des hélices, la forme, le nombre et (ou) l'emplacement des soudures, la nature et (ou) la forme de l'âme, des fils et (ou) du revêtement.
On peut par exemple prévoir l'emploi conjugué de spires ayant des inclinaisons et par suite des propriétés élastiques différentes, ou de spires ayant une inclinaison et par suite un effet variable le long du tuyau. suivant un autre exemple, on peut encore réaliser l'enroulement au moyen de spires en feuillard, parallèles et jointives, réunies de place en place les unes aux autres par des points de soudure.
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Dans les variantes d'exécution représentées aux figs 1 et 3, l'armature et le revêtement sont établis de façon à ménager à chaque extrémité de l'âme une partie nue cylindrique, destinée à permettre l'assemblage des tuyaux successifs suivant l'un des procédés connus.
L'âme du tuyau pourrait également comporter à une extrémité un emboîtement pour l'assemblage, et dans ce cas, l'armature et le revêtement être prolongés jusqu'à l'extrémité de cet emboîtement, ou encore, l'une ou les deux extrémités de l'âme pourraient être terminées par des brides et dans ce cas, l'armature et le revêtement s'étendre jusqu'à la base de ces brides.
Suivant la variante reppésentée à la fig.4, les spires 17, 18, 19 et 20 sont rendues solidaires par des points de soudure 21, 22 ou par tout autre procédé connu en soi, de frettes 23 et 24, posées à chaud au voisinage des extrémités de 1'time 25,
Les frettes peuvent être placées soit autour de l'em- boitement si l'âme en comporte un, soit aux extrémités unies, soit seulement au voisinage des extrémités si cela est de nature à faciliter Inexécution du joint.
Ces frettes confèrent aux extrémités du tuyau un sip- plément de résistance intéressant,en particulier,. parce qu'il complète l'effet de l'armature sur la résistance du corps même du tuyau. En outre, cette variante permet, grâce à l'emploi des frettes, la fixation positive par n'importe quel procédé, de spires sur des tuyaux ordinai- res, ne présentant aucune disposition spéciale d'accrochage; cette caractéristique est, industriellement', particulière- ment intéressante dans le cas où les âmes ne pourraient en raison de leur procédé de fabrication, présenter aucune saillie extérieure.
L'emploi des frettes peut naturellement être réservé @
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à une seule des extrémités du tuyau.
Une autre caractéristique de l'invention consiste, no tamment quand l'application sur l'armature d'un revête- ment protecteur n'est pas envisagée, à donner aux fils une section spécialement étudiée \pour diminuer l'effet de la corrosion sur ces fils, savoir : une section rectan- gulaire, le grand côté du rectangle étant double du petit côté, et le fil étant en contact avec l'âme par une grande face; ou mieux, une section en forme de demi-cercle, la face plane du fil étant au contact de l'âme et échappant par suite d'une façon satisfaisante aux effets de corro- sion.
Ces deux formes de fils sont les plus avantageuses comme présentant, à section égale, les plus faibles surfa- ces exposées à la corrosion. Pour mettre cette caractéris- tique en lumière on a représenté à la fi gure 5 différentes coupes de fils de profils différents enroulées sur une âme 26 et ayant tous une même section de 1 cm2:
Un fil cylindrique de section connue 27 a un diamètre de 1,1384: cm et une surface extérieure entièrement libre de 3,545 cm2 par cm de longueur;
Un fil 28 ayant une section carrée connue présentant des côtés de 1 cm, a une surface extérieure libre de 30m2 par cm de longueur.
Un fil 29 ayant une section rectangulaire, le :rectan- gle ayant, suivant l'invention, une largeur de 1,414 cm double de sa hauteur de 0,707 cm a une surface extérieure libre de 2,828 cm2 par cm ple longueur inférieure à celle de tous les autres fils carrés ou rectangulaires de même section.
Un fil 30 ayant, suivant l'invention, une section demi-cylindrique, le diamètre du cylindre étant égal à 1,595 cm, a une surface extérieure libre de 2,505 cm2 par
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cm de longueur, inférieure à celle de tous les autres fils, quelque soit la forme de leur section.
La présente invention a également pour objet tous les autres types de fils, tels que 31, dérivés des deux pré- cédents et caractérisés notamment en ce que leur section comporte intérieurement une partie droite en contact avec l'âme du tuyau et extérieurement une partie convexe géné- ralement dépourvue de joints saillants et en ce que la
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hauteur de la section est pprox1m tivement égale à la moitié de la largeur de cette section.
On peut également suivant l'invention, utiliser les types de fils précités à la confection de toutes espèces connues d'armatures pour tuyaux, constituées, par exemple, par un seul fil enroulé suivant une hélice unique, ou par des frettes circulaires indépendantes, posées, en parti- culier à chaud, sur la surface extérieure de l'âme.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et déorits, qui n'ont été ohoisis qu'à titre d'exemple.
REVENCICATONS.
1 .- Un tuyau perfectionné du type constitué par une âme notamment en fonte, pourvue, sur tout ou partie de sa longueur, d'une armature extérieure en fils métalliques,
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elle-même éventuellement.:recouverte d'un revêtement protec teur en béton armé ou non ou en toute autre matière, ce tuyau étant caractérisé en ce que 1''armature est cons- tituée par plusieurs fils métalliques enroulés sous tension sur la surface extérieure de l'âme suivant plu- sieurs hélioes distinctes.
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