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"Tuyau en béton auto-précontraint et procédé pour sa fabrication" la présente invention est relative à des tuyaux autoen bétonYprécontraint et 1 un procédé pour leur fabrication, l'invention ayant notamment les buts suivants
En premier lieu, offrir un tuyau en béton armé auto- précontraint ainsi qu'un procédé pour sa fabrication, fai-
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;-ÎIààt!- epsil 1rt à'ù =ciiïrib âi -"b'! ''âbs 4é 'a9Oft.'-' . CU1;at:.'; Ï alors qu'il fait prise dans une mesure telle que l'armature qui y est placée se trouve nous tension, comme par exemple le béton obtenu à partir d'un ciment tel que décrit dans un brevet aux Etats-Unis d'Amérique n 3.155.526, accordé le 3 novembre 1964.
En second lieu, offrir un tuyau en béton armé auto- précontraint et un procédé pour sa fabrication suivant les- quels le béton dans tout le tuyau et en particulier à ses extrémités cet placé sous compression et soumit à une contrain- te de façon à réaliser un tuyau capable de résister à des pres- sions internes importantes sans soumettre le béton à des for- ces de traction.
En troisième lieu, offrir un tuyau en béton armé auto- précontraint qui incorpore des parties d'extrémités télés- copiques à revêtement d'acier avec un nouvel agencement, qui peuvent être aisément relises et rendues étancha!par un élément d'étanchéité du type à bague torique.
En quatrième lieu, offrir un tuyau en béton armé auto- précontraint et un procédé pour sa fabrication qui permet- tent d'incorporer une enveloppe imperméable agencée sous une tension de frette par le ciment de béton qui s'y dilate, tout en étant recouvert par un autre système de fil métalli-
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que et de ciment de béton c:la.4çGt; à être placé sous cSression.
En cinquième lieu, offrir un procédé pour la fabri- auto-
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cation d'un tuyau en bétonlrprécontrâint qui peut Utiliser des techniques de coulée centrifuge ou en bout, en combi- es naison avec d'autres étapes de fabrication destiné/à réali- ser la mise sous tension de l'armature et la compression du béton.
D'autres détails et particularités de l'invention
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,r. ,:,'. - . ressortiront de la, dancrietton-'ci-4aprèao donnée à titre d' exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans le.que 18 .
La figure 1 est une vue en coupe partielle illus- trant une paroi d'une paire de sections de tuyau reliées entre elles dans une forme de réalisation de l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe partielle repré- sentant l'extrémité mâle du tuyau en béton.
La figure 3 est une vue en coupe partielle analo- gue représentant l'extrémité femelle du tuyau en béton.
La figure 4 est une vue en coupe partielle sem- blable à la figure 1, représentant une variante de réa- lisation du tuyau en béton.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale/par- tielle de la forme de réalisation du tuyau illustrée aux fi- gures 1 à 3, encastrée dans un moule approprié pour une opé- ration de coulée centrifuge.
La figure 6 est une vue en coupe partielle repré- sentant la structure d'armature d'un tuyau en béton dispo- sé dans un autre type de moule destiné à une introduction longitudinale du béton.
La figure 7 est une vue en coupe partielle illus- trant la structure d'armature de la figure 4 enfermée dans un moule destiné à une coulée centrifuge.
La figure 8 est une vue en coupe transversale partielle suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une vue en coupe partielle illus- trant un mode d'application d'une zone de béton extérieure et d'une armature supplémentaire destinera compléter le type de tuyau illustré à la figure 4.
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&zfiµl#,±Çg±Q@figàaogg gµµ±ùµ@i#.#µfE<éKnjJµ$g.
,'I;;a1o; .. A;:j..t-.,\\!":.ffÎi1 deux extrémités adjacentes de sections de tuyau, illustrant une variante de *, réalisation dans laquelle chaque section est munie d'extrémités mâles qui sont reliées par un collier.
On se référera en premier lieu aux figures 1 à 3.
Le tuyau en béton qui y est illustré comprend un capuchon d'extrémité et de retenue 1 qui forme l'extrémité mâle du tuyau. Le capuchon d'extrémité est formé d'un métal ré- sistant à la tension avec une épaisseur appropriée pour ré- sister à la force imposée et il comprend une partie cylindri- que 2 reliée à un bout à une aile dirigée radialement vers l'intérieur 3, qui définit l'extrémité de la section de tu- yau et qui est dotée à son tour d'une lèvre annulaire ren- trante 4.
L'extrémité opposée du tuyau en béton est également munie d'un capuchon d'extrémité et de retenue 5 qui définit l'extrémité mâle du tuyau. Le capuchon 5 comprend une par- tie cylindrique 6 de diamètre légèrement supérieur à ce%1 de la partie cylindrique 2 du capuchon d'extrémité 1, de fa- çon à glisser librement par-dessus, comme illustré à la fi- gure 1. La partie cylindrique est reliée à une aile 7 diri- gée radialement vers l'intérieur qui, lorsque les deux sec- tions de tuyau sont reliées, se trouve en ace de l'aile 3 de la section de tuyau adjacente. L'aile 7 se termine par une lèvre annulaire dirigée axialement 8.
L'extrémité axiale opposée de la partie cylindrique est dotés d'uns aile diri- gés radial.ment vers l'extérieur 9, qui forme l'extrémité
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mils du bout fenelle du tuyau et qui est dotied'nne lè- vre annulaire dirigée axialemnt 10.
Les parties cylindriques 2 et 6 sont manies de
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J'mîii1'' 'xf.u:xi S.o lorsque les sec:ions du tuyau sont reliées et reçoivent un anneau torique 13.
Les capuchons d'extrémité 1 et 5 sont connectés par une armature axiale résistant à la tension 14, qui est soudées aux parties cylindriques 2 et 6, respectivement.
L"armature axiale 14 est recouverte par une armature héli- coldale résistant à la tension 15. Les armatures 14 et 15 sont faites de fil de forte épaisseur. Dans certains cas, un treillis métallique peut remplacer les armatures 14 et 15.
Comme expliqué plus en détail ci-après, un corps de béton cylindrique 16 est prévu entre les capuchons d'ex- trémité 1 et 5. Les parties cylindriques 2 et 6 sont cal- culées de telle sorte qu'elles soient situées au voisina- ge de la périphérie externe du tuyau. Ceci ... revient à di- re que l'épaisseur de la paroi à partir des parties cylin- driquee vers l'extérieur est nettement inférieure à l'épais- seur de la paroi vers l'intérieur à partir des parties cylin- driques, l'armature étant située dans la partie externe ra- dialement du corps de béton.
On préfère que le béton s'étende radialement vers l'extérieur au-delà de la lèvre annulaire 10 et radialement vera l'intérieur par rapport aux lèvres annulaires 4 et 8, et que ces parties soient taill6es en biseau de telle .or- te que quand deux sections de tuyau sont reliées, l'espace entre eller puisse être rempli avec du ciment liquide 17, afin d'obturer les capuchons d'extrémité métallques 1 et 5.
Il est ce sent ici que le béton forment le corps 16 soit du type à dilatation, préparé par excepte à partir du type de ciment décrit dans un brevet eux Etats-Unis d' Amérique N 3.155.526, accordé le 3 noventre 1964. Pendant @
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À. ;;.#'i xâ:'r3;v y,'rszx,. ¯ r-.;. ' e . rh.:¯, iax prie'"dt W tßaéâràe'nâ:ùWéidc:"3lââr#.-on,: . l'armature 14, 15 est mise sous tension. En d'autres mots, l'armature limite l'importance de la dilatation du béton de telle sorte que ce béton est en fait placé sous compres- sion. Etant donné que la précontrainte est réalisée par u- ne action chimique, il est courant de dire que la structure résultante est mise sous contrainte préalable chimiquement.
Jusqu'à présent, les tentatives pour soumettre à une précontrainte chimique des tuyaux en béton ont eu pour résultat un défaut d'obtention d'une précontrainte uniforme sur toute la longueur du tuyau et en particulier à ses extrémités. C'est à ce sujet que les capuchons d'ex- trémité 1 et 5 ont une importance particulière. Les capu- chons d'extrémité étant connectés par l'armature axiale 14 assurent que le béton sur toute la longueur du tuyau est soumis à une précontrainte axiale et que l'extrémité mâle en particulier est soumise à une précontrainte radiale à cause de la présence de la partie cylindrique 2.
On remar- quera qu'à cause du fait que l'armature est relativement proche de la surface extérieure du tuyau, la majeure par- tie des parois sont sous compression, ceci ne signifie pas que le béton immédiatement au-delà de l'armature est exempt de contrainte. Au contraire, à cause de la liaison établie entre les particules du béton et avec l'armature, une ma- jeure partie du béton au-delà de l'armature cet soumise à des charges de compression.
On se référera à présent à la figure 4. Cette cons- truction utilise des capuchons d'extrémité 1 et 5. A la place des armastures 14 et 15, les capuchons d'extrémité sont reliée par une armature tubulaire 18 soue la forms d'un manchon mé- tallique. le ronchon peut être continu et sans perforation,
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z;$è:',ài.i,unâ' e'^)mexnab.e:lZ.'li-'sdaut'Lfois,-,'.,:';¯. ce manchon peut être perforé si on le désire. Le manchon peut constituer avec les capuchons d'extrémité l'armature unique et être placé sous tension par la force de dilatation du béton d'un corps de béton interne 19 en béton se dilatant.
La surface extérieure du manchon peut être recou- verte de béton classique ou d'un autre revêtement protecteur toutefois, on préfère appliqua une gaine externe 21 de bé- ton se dilatant contenant une armature hélicoïdale 22.
Plusieurs procédés peuvent être utilisés pour la fabrication des tuyaux en béton. Par exemple, comme repré- sent' . la figure 5, le tuyau en béton avec sa structure d'armature comprenant les capuchons d'extrémité 1 et 5 et les armatures 14 et 15 ou l'armature tubulire 18 si elle est perforée, peut être coulé par voie centrifuge. Pour ré- aliser ceci, des bagues d'extrémité 23 et 24 sont prévues afin de recevoir les capuchons d'extrémité 1 et 5, respec- tivement, avec une forme s'y conformant. Les bagues d'extré- mité sont reliées par une enveloppe de coulée ou coffrage 25. Le moule offert par le coffrage et les bagues d'xtrémi- té est prévu pour être mis en rotation d'une façon classique.
Pendant la rotation, le béton se dilatant est introduit jus- qu'à ce que l'espace compris entre les bagues d'extrémité 23 et 24 soit rempli. Après que le béton a subi sa prise ini- tiale, le coffrage et les bagues d'extrémité sont retirés, de telle aorte que le béton peut se dilater et placer l'ar- mature sous tension. Une certaine forcé de dilatation peut être exercée pendant la période de prise ;toutefois, une dilatation supplémentaire suffimante a lieu pendant la pé- riode de solidification pour assurer que l'armature soit pla- cée sous une tension convenable.
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- a -. ¯ = s- -qui il1\Î8- . tre les moyens grâce auquels le tuyau en béton peut être fa- çonné dans un moule stationnaire. Dr no le présent cas, le mou- le stationnaire comprend une plaque de fond 26, un moule in- terne ou enveloppe cylindrique 27 et un moule externo ou enveloppe cylindrique 28. Les capuchon. , l'extrémité 1 formant le boutmale peuvent litre située au fond du moule et le capuchon d'extrémité 5 forment le bout femelle peut à- tre situé à l'extrémité supérieure du moule et maintenu en place nervure de retenue de capuchon d'extrémité 29 faisant partie de l'enveloppe externe.
Dans le présent ces, le capuchon d'extrémité 5 est doté de perforations 30 et 31 pratiquées dans les ailes 7 et 9, respectivement. Le moule externe peut se poursuivre au-dessus de la structure d'armature afin de former un en- tonnoir 32 destiné à faciliter l'introduction du béton dans le moule et autour de la structure d'armature. Le moule peut être mis en vibration d'une façon classique pour assurer le tassement du béton. Dans ce cas également, le béton est laissé à faire prise et le moule externe au moins est reti- ré pour permettre au béton de se dilater dans la mesure per- mise par la structure d'armature.
On se référera à présent à la figure 7, qui illus- tre les moyens de fabrication du type de tuyau représenté à la figure 4. Dans le présent cas, l'armature tubulaire 18 et les capuchons d'extrémité 1 et 5 seit placés entre des baques d'extrémité 33 et 34. Il est alors désirable de pla- cer l'armature tubulaire 18 aussi bien que les parties cylin- driques des capuchons d'extrémité sous une compression radi- ale.
Ceci peut être réalisé de diverses façons, par exemple à l'aide d'un moule de compression externe 35 comprenant
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t J v y!^ .1 - In r.yi ' . ;a.U8J.. "".i.....).t,."" . ;.' la structure d'armature cet ainsi retenue, le corps de béton interne 19 est introduit, par exemple grâce à un proceseus de coulée centrifuge classique @ toutefois, il convient de remarquer que ai on le désire, le type de moule interne re- présenté à la figure 6 peut être utilitsé de telle sorte que le béton puisse être introduit en bout. comme avec les procédés précédente, le béton se dilatant peut subir une prise initiale, puis le moule est retiré. L'armature tubulaire 18 est alors recouverte avec la couche ou enveloppe de béton externe 21.
Par exemple, de la façon illustrée à la figure 9 dans laquelle le béton est chassé dans le tuyau par des canons à béton classiques alors que simultanément l'armature 22 est enroulée sur le tuyau.
On se référera à présent à la figure 10. Dans les constructions précédentes, le tuyau en béton a été illustré avec un bout uâle et un bout femelle. Dans certains cas, toutefois, il est désirable de prévoir deux extrémités ma- les, comme représenté à la figure 10, cas dans lequel les sections de tuyau sont reliées par un collier 3@ qui est muni d'une fourrure métallique interne 39 possédant des extré- mités à bride 40 destinées à recevoir un manchon de béton 41 et une armature 42. Si on le désire, le manchon en béton peut être fait de béton se dilatant.
Il doit être entendu que la présente invention n' est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci- avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
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"Self-prestressed concrete pipe and method for its manufacture" The present invention relates to self-prestressed concrete-Y pipes and 1 a method for their manufacture, the invention having in particular the following objects
First, to offer a self-prestressed reinforced concrete pipe and a process for its manufacture,
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; -ÎIààt! - epsil 1rt à'ù = ciiïrib âi - "b '!' 'Âbs 4é' a9Oft .'- '. CU1; at :.'; Ï while it is taken to such an extent that the reinforcement which is placed there is under tension, such as for example the concrete obtained from a cement as described in a patent in the United States of America no 3,155,526, granted November 3, 1964.
Secondly, to offer a self-prestressed reinforced concrete pipe and a process for its manufacture according to which the concrete throughout the pipe and in particular at its ends is placed under compression and subjected to stress so as to achieve a pipe capable of withstanding high internal pressures without subjecting the concrete to tensile forces.
Third, to offer a self-prestressed reinforced concrete pipe which incorporates steel-clad telescopic end parts with a new arrangement, which can be easily reread and sealed by a sealing member of the type. with O-ring.
Fourth, to offer a self-prestressed reinforced concrete pipe and a process for its manufacture which make it possible to incorporate an impermeable envelope arranged under a hoop tension by the concrete cement which expands therein, while being covered. by another metal wire system
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that and concrete cement c: la.4çGt; to be placed under pressure.
Fifth, to offer a process for the self-
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cation of a pre-stressed concrete pipe which may use spin or end casting techniques, in combination with other fabrication steps intended / to achieve the stressing of the reinforcement and the compression of the concrete .
Other details and features of the invention
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, r. ,:, '. -. emerge from the, dancrietton-'ci-4aprèao given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in le.que 18.
FIG. 1 is a partial sectional view showing one wall of a pair of interconnected pipe sections in one embodiment of the invention.
Figure 2 is a partial sectional view showing the male end of the concrete pipe.
Figure 3 is an analogous partial sectional view showing the female end of the concrete pipe.
Figure 4 is a partial sectional view similar to Figure 1, showing an alternative embodiment of the concrete pipe.
Figure 5 is a longitudinal / partial sectional view of the embodiment of the pipe illustrated in Figures 1 to 3, embedded in a mold suitable for a centrifugal casting operation.
FIG. 6 is a partial sectional view showing the reinforcing structure of a concrete pipe arranged in another type of mold intended for a longitudinal introduction of the concrete.
Figure 7 is a partial sectional view illustrating the frame structure of Figure 4 enclosed in a mold for centrifugal casting.
Figure 8 is a partial cross-sectional view taken along line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a partial cross-sectional view illustrating one method of applying an exterior concrete area and additional reinforcement to complement the type of pipe shown in Figure 4.
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& zfiµl #, ± Çg ± Q @ figàaogg gµµ ± ùµ @ i #. # µfE <éKnjJµ $ g.
, 'I ;; alo; .. A;: j..t -., \\! ":. ffÎi1 two adjacent ends of pipe sections, illustrating a variant of *, in which each section is provided with male ends which are connected by a collar .
Reference will first be made to Figures 1 to 3.
The concrete pipe shown therein includes an end and retainer cap 1 which forms the male end of the pipe. The end cap is formed of a tension resistant metal with a thickness suitable to withstand the imposed force and comprises a cylindrical portion 2 connected at one end to a wing directed radially towards the end. interior 3, which defines the end of the pipe section and which in turn has a retractable annular lip 4.
The opposite end of the concrete pipe is also provided with an end and retainer cap which defines the male end of the pipe. The cap 5 comprises a cylindrical part 6 with a diameter slightly greater than this% 1 of the cylindrical part 2 of the end cap 1, so as to slide freely over it, as illustrated in figure 1. The cylindrical part is connected to a radially inwardly directed flange 7 which, when the two pipe sections are joined, lies opposite the flange 3 of the adjacent pipe section. The wing 7 ends with an axially directed annular lip 8.
The opposite axial end of the cylindrical part is provided with a radially outwardly directed flange 9, which forms the end
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mils of the fenelle end of the pipe and which is equipped with an axially directed annular lip 10.
The cylindrical parts 2 and 6 are handled
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J'mîii1 '' 'xf.u: xi S.o when the sec: ions of the pipe are connected and receive an o-ring 13.
The end caps 1 and 5 are connected by an axial tension resistant frame 14, which is welded to the cylindrical parts 2 and 6, respectively.
The axial frame 14 is covered by a tension-resistant helical frame 15. The frames 14 and 15 are made of heavy gauge wire. In some cases, a wire mesh may replace the frames 14 and 15.
As explained in more detail below, a cylindrical concrete body 16 is provided between the end caps 1 and 5. The cylindrical parts 2 and 6 are designed so that they are located adjacent to the end caps. ge of the outer periphery of the pipe. This ... amounts to saying that the wall thickness from the cylindrical parts outwards is significantly less than the wall thickness inwards from the cylindrical parts , the reinforcement being located in the radially outer part of the concrete body.
It is preferred that the concrete extends radially outward beyond the annular lip 10 and radially inwardly of the annular lips 4 and 8, and that these portions are bevelled of such an edge. that when two pipe sections are connected, the space between them can be filled with liquid cement 17, in order to seal off the metal end caps 1 and 5.
It is here that the concrete forming the body 16 is felt to be of the expansion type, prepared except from the type of cement described in United States Patent No. 3,155,526, granted November 3, 1964. During @
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AT. ;;. # 'i xâ:' r3; v y, 'rszx ,. ¯ r -.;. 'e. rh.:¯, iax prie '"dt W tßaéâràe'nâ: ùWéidc:" 3lââr # .- on ,:. the armature 14, 15 is energized. In other words, the reinforcement limits the amount of expansion of the concrete so that this concrete is in fact placed under compression. Since the prestressing is effected by chemical action, it is common to say that the resulting structure is chemically pre-stressed.
Heretofore attempts to chemically prestress concrete pipes have resulted in failure to achieve uniform prestressing over the entire length of the pipe and particularly at its ends. This is where the end caps 1 and 5 are particularly important. The end caps being connected by the axial reinforcement 14 ensure that the concrete along the entire length of the pipe is subjected to axial prestressing and that the male end in particular is subjected to radial prestressing due to the presence of of the cylindrical part 2.
Note that because the reinforcement is relatively close to the outer surface of the pipe, most of the walls are under compression, this does not mean that the concrete immediately beyond the reinforcement is free of coercion. On the contrary, because of the bond established between the particles of the concrete and with the reinforcement, a major part of the concrete beyond the reinforcement is subjected to compressive loads.
Reference will now be made to FIG. 4. This construction uses end caps 1 and 5. Instead of the reinforcements 14 and 15, the end caps are connected by a tubular reinforcement 18 in the form of. a metal sleeve. the groin can be continuous and without perforation,
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z; $ è: ', ài.i, unâ' e '^) mexnab.e: lZ.'li-'sdaut'Lfois, -,'.,: '; ¯. this sleeve can be perforated if desired. The sleeve can constitute with the end caps the single reinforcement and be placed under tension by the force of expansion of the concrete of an internal concrete body 19 of expanding concrete.
The outer surface of the sleeve may be covered with conventional concrete or other protective coating however, it is preferred to apply an outer sheath 21 of expanding concrete containing a helical reinforcement 22.
Several processes can be used for the manufacture of concrete pipes. For example, as represented by '. FIG. 5, the concrete pipe with its reinforcing structure comprising the end caps 1 and 5 and the reinforcements 14 and 15 or the tubular reinforcement 18 if it is perforated, can be cast by centrifugal means. To accomplish this, end rings 23 and 24 are provided to receive end caps 1 and 5, respectively, with a shape conforming thereto. The end rings are connected by a casting envelope or formwork 25. The mold provided by the formwork and the end rings is intended to be rotated in a conventional manner.
During rotation, the expanding concrete is introduced until the space between the end rings 23 and 24 is filled. After the concrete has initially set, the formwork and end rings are removed so that the concrete can expand and place the frame under tension. Some expansion force may be exerted during the setting period, however, sufficient additional expansion takes place during the solidification period to ensure that the reinforcement is placed under proper tension.
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- at -. ¯ = s- -which il1 \ Î8-. be the means by which the concrete pipe can be shaped in a stationary mold. In this case, the stationary mold comprises a bottom plate 26, an internal mold or cylindrical shell 27 and an external mold or cylindrical shell 28. The caps. , the end 1 forming the end can be located at the bottom of the mold and the end cap 5 forming the female end can be located at the upper end of the mold and held in place end cap retaining rib 29 forming part of the outer envelope.
In the present case, the end cap 5 is provided with perforations 30 and 31 made in the wings 7 and 9, respectively. The outer mold may continue above the frame structure to form a funnel 32 intended to facilitate the introduction of concrete into the mold and around the frame structure. The mold can be vibrated in a conventional manner to ensure the settlement of the concrete. Again, the concrete is left to set and at least the outer mold is removed to allow the concrete to expand to the extent permitted by the reinforcing structure.
Reference will now be made to FIG. 7, which illustrates the means of manufacturing the type of pipe shown in FIG. 4. In this case, the tubular reinforcement 18 and the end caps 1 and 5 are placed between end plates 33 and 34. It is then desirable to place the tubular frame 18 as well as the cylindrical portions of the end caps under radical compression.
This can be done in various ways, for example using an external compression mold 35 comprising
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t J v y! ^. 1 - In r.yi '. ; a.U8J .. "" .i .....). t ,. "". ;. ' the reinforcement structure thus retained, the internal concrete body 19 is introduced, for example by means of a conventional centrifugal casting process @ however, it should be noted that, if desired, the type of internal mold shown in Figure 6 can be used so that the concrete can be introduced at the end. as with the previous processes, the expanding concrete can undergo an initial setting, then the mold is removed. The tubular reinforcement 18 is then covered with the outer concrete layer or envelope 21.
For example, as illustrated in Figure 9 in which the concrete is driven into the pipe by conventional concrete cannons while simultaneously the reinforcement 22 is wound on the pipe.
Reference will now be made to FIG. 10. In previous constructions, the concrete pipe has been illustrated with a male end and a female end. In some cases, however, it is desirable to provide two male ends, as shown in Figure 10, in which the pipe sections are connected by a collar 3 which is provided with an internal metal fur 39 having Flanged ends 40 for receiving a concrete sleeve 41 and reinforcement 42. If desired, the concrete sleeve can be made of expanding concrete.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.