Brevet FR2386382A1 — publié le 19781103

La présente invention se rapporte à Im procédé pour joindre des tuyaux en acier au cours de la pose dans le sol de tuyaux en acier enrobés de grand diamètre. En général, la pose de tuyaux en acier enrobés de grand diamètre dans le sol est effectuée de la manière suivante : on creuse l'excavation nécessaire, on pose les tuyaux en acier dans l'excavation, on creuse une cavité de grande section autour de la partie de jonction des tuyaux, on aligne les tuyaux dans l'excava- tion, on effectue un "épinglage", on effectue une soudure régulière à la fois à l'intérieur et à l'extérieur des tuyaux, on soumet les parties jointes à un traitement de nettoyage et à un traitement anti-corrosion et on rebouche les excavations.Le problème posé par ce procédé est qu'une longue période de temps est nécessaire avant que toutes ces opérations soient achevées et, bien qu'il soit possible de reboucher une grande partie de l'excavation au cours de la période relativement précoce de la pose des tuyaux, l'excavation spéciale creusée autour de la partie de jonction des tuyaux doit être laissée non comblée pendant une très longue période de temps. 3ans les zones où il existe une très forte circulation routière, notamment dans les zones urbaines, cependant, des efforts ont dû entre entrepris dans le but de réduire le temps qui doit nécessairement s'écouler entre le creusement des excavations et leur rebouchage. Il est déjà connu dans la technique de souder les tuyaux de l'intérieur afin d'assurer un assemblage rapide des tuyaux en acier de grand diamètre, c'est-à-dire afin d'assurer une pose rapide des tuyaux en acier dans le sol. liais méme avec ces procédés, un traitement anti-corrosion de la partie non enrobée des extrémités des tuyaux doit être exécuté de l'extérieur et par conséquent, le creusement d'une excavation spéciale d'une largeur importante reste nécessaire pour effectuer le traitement anti-corrosion. Le but de la présente invention est de réaliser un procédé pour joindre des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre posés dans le sol, suivant lequel, au cours de la pose des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre dans le sol, la largeur de ltexcavation nécessaire est réduite au minimum et la nécessité du creusement d'une excavation spéciale autour de la partie de jonction des tuyaux est supprimée, ce qui rend ainsi possible d'effectuer un rebouchage précoce de l'excavation, ctest-à-dire de reboucher l'excavation avant que les tuyaux soient joints par une opération de soudage. Conformément à la présente invention, il est ainsi réalisé un procédé pour joindre des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre posés dans le sol en soudant de l'intérieur la rainure de soudage formée entre les tuyaux, ce procédé comportant les étapes qui consistent à appliquer une couche de matière d'isolation thermique sur la surface extérieure de la partie des tuyaux qui doit être soudée, à recouvrir les extrémités des enrobages des tuyaux, les parties non enrobées des extrémités des tuyaux et la couche d'isolation thermique d'une couche de matière résistant à la corrosion, thermofusible et thermoadhésive (appelée ci-après matière de revêtement) dont la forme épouse la forme extérieure des tuyaux, à appliquer une mince plaque de serrage sur la surface extérieure de cette couche pour la fixer, puis à souder de l'intérieur le joint formé par la rainure de soudage de sorte que la matière de revêtement et les extrémités des enrobages des tuyaux fondent sous l'action de la chaleur ce qui a pour effet que la matière de revêtement fondue sous l1ac- tion de la chaleur adhère aux parties non revêtues des tuyaux et se fusionne aux extrémités des enrobages des tuyaux. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale de la partie supérieure d'une canalisation représentant un mode de réalisation préférentiel de la partie de jonction de tuyaux en acier, selon le procédé de la présente invention la Fig. 2 est une vue en coupe longitudinale de la partie supérieure d'une canalisation représentant un autre mode de réalisation préférentiel de la partie de jonction de tuyaux en acier, selon le procédé de la présente invention les Figs. 3 (I, il, III) représentent des modes de réalisation données à titre d'exemple des moyens de fixation utilisés pour serrer la plaque de serrage utilisée dans le procédé de la présente invention, les Fig. 31 et 311 représentant respec tivement une vue en coupe et une vue e plan, à plus grande échelle, d'un mode de réalisation des moyens de fixation et la Fig. 3111 représentant une vue en coupe d'un autre mode de réalisation des moyens de fixation la Fig. 4 est un graphique représentant la distribution de la température sur la surface de tuyaux en acier enrobés d'asphalte soudés de l'intérieur la Fig. 5 est une vue en coupe représentant un mode de réalisation de la couche résistant à la corrosion les Fig. 6A et 63 sont respectivement une vue en coupe et une vue en plan de l'ensemble de joint comprenant la couche de matière de revêtement etc. On décrira maintenant le procédé de la présente invention pour joindre des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre posés dans le sol en se référant aux modes de réalisation préférentiel qui ont été représentés. Sur la Fig. 1 à laquelle on se référera, les références 1 et 1' désignent des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre qui doivent titre joints. Après que l'excavation nécessaire a été creusée, les tuyaux en acier 1 et 1' sont posés dans la tranchée et sont alignés. Si nécessaire, un épinglage est effectué. La référence la désigne une rainure formée pour permettre de souder les tuyaux en acier, de l'intérieur. Les références 2 et 21 désignent les enrobages des tuyaux et les enrobages 2 et 21 ne sont pas appliqués sur les extrémités des tuyaux d'acier 1 et 1t. Les extrémités non enrobées des tuyaux sont désignées par les références 2a et 2a'. Bien que le procédé de la présente invention soit applicable d'une manière générale aux tuyaux en acier enrobés de grand diamètre ayant un diamètre intérieur de l'ordre de 700 min ou davantage de sorte que le soudeur peut entrer dans les tuyaux pour effectuer l'opération de soudage, le procédé de la présente invention peut, naturellement, être appliqué à l'assemblage de tuyaux en acier de petit diamètre qui permettent l'utilisation d'appareils de soudage automatiques De tels tuyaux en acier enrobés de grand diamètre sont du type dont les surfaces extérieures sont enrobées d'asphalte ou de résine synthétique dans le but d'assurer leur protection contre la corrosion et de tels enrobages de tuyaux ne sont pas appliqués sur les extrémités des tuyaux généralement sur une longueur d'environ 150 mm pour permettre l'exécution d'une opération d'assemblage telle qu'une opération de soudage. En premier lieu, conformément au procédé de la présente invention, la longueur des parties non enrobées des tuyaux qui doivent être joints est réduite à environ la moitié de celle utilisée avec les procédés classiques. Bien que le longueur de telles parties de tuyaux non enrobées ait été choisie jusqu'à présent d'environ 150 mm de façon à réduire les effets de la chaleur du soudage, conformément à une première caractéristique du procédé de la présente invention, la chaleur du soudage est utilisée efficacement et, par conséquent, la longueur des parties de tuyau non enrobées et réduite, comme précédemment mentionné. Conformément au procédé de la présente invention, une couche 4 de matière d'isolation thermique est appliquée sur la surface extérieure des tuyaux au niveau de la rainure la. Le rôle de la matière d'isolation thermique est de commander le transfert de la chaleur du soudage à une couche de matière résistant à la corrosion qui sera décrite ultérieurement et elle sert également de pièce de soutien pour le soudage. La matière d'isolation thermique 4 peut être de l'amiante des fibres de verre, des fibres minérales ou analogues. Si désiré, comme représenté sur la Fig. I, une bande de soutien 3 en cuivre, en acier ou analogue peut être interposée entre la rainure la et la matière d'isolation thermique 4. En outre, les extrémités des enrobages 2, 2' des tuyaux, les parties non enrobées 2a et 2a' des extrémités des tuyaux et la matière d'isolation thermique 4 sont recouvertes d'une couche 5 d'une matière résistant à la corrosion, thermofusible etthermoadhésive (appelée matière de revêtement) dont la forme épouse la forme extérieure des tuyaux. Etant donné que, dans la partie de jonction des tuyaux 1 et 1 t s les parties non enrobées 2a et 2a' sont situées au-dessous du niveau des enrobages 2 et 2' des tuyaux et de la couche 4 d'isolation thermique, la couche 5 de la matière de revêtement est muni d'ailes Sa qui recouvrent les enrobages 2 et 2' des tuyaux et de parties saillantes 5b qui sont en contact avec les parties non enrobées 2a et 2a'.Les matières appropriées pour constituer la matière 5 résistant à la corrosion, thermofusible et thermoadhésive (matière de revêtement) sont notamment, les asphaltes, les réslnes synthétiques, etc. De telles matières sont solides ou semi-solides à la température ambiante mais fondent et deviennent adhsives lorsqu'elles sont chauffées et ces matières résistent également à la corrosion. L'exemple préféré de telles matières est un asphalte ayant des propriétés telles qu'un point de ramollissement compris entre 900 et 1100C conformément à la norme ÀST D-36 et un indice de pénétration compris entre 5 et 40 à @0 conformément à la norme ASri i)-5. Si nécessaire, une charge appropriée quelconque constituée, par exemple, par l'une quelconque de diverses argiles, du talc, de la poudre d'amiante, de la chaux, etc. et, ou des polymères organicues, tels que du polybutadiène ou du polybutylène, peuvent être mélangés avec l'asphalte. Louer faciliter la préparation et la manipulation de la couche 5 de matière de revêtement, la couche 5 de matière de revêtement peut être avantageusement préparée en utilisant une toile en fibres de verre, en fibres de "vinylon" ou analogues comme matière support ou amie, en appliquant ou en coulant la matière de revêtement fondue par application de chaleur sur la matière support pour la mettre sous forme d'une feuille, en découpant la feuille aux dimensions désirées puis en fixant par fusion des pièces ayant les dimensions désirées sur la longueur découpée pour former des saillies 5b, assurant ainsi une préparation et une manipulation faciles. Ensuite, la surface extérieure de la couche 5 de matière de revêtement est fixée en position par une mince plaque de serrage C. Des matières appropriées dans lesquelles la mince plaque de serrage o peut être formée sont, notamment, la tôle d'acier, le caoutchouc en feuille, les fibres de verre en nappe ou matelas, le contreplaqué ou analogue. En ce qui concerne les moyens de fixation de la mince plaque de serrage, on notera que la mince plaque de serrage 6 peut être fixée au moyen d'une série de frettes 7 comme représenté sur les Fig. 3(I) et 3(II) ou, alternativement, comme représenté sur la Fig. (III) une saque de soutien 6 peut être placee à l'intérieur de la partie de serrage de la mince plaque de serrage 6 et des brides 6" fixées aux bords de la partie de serrage de la mince plaque de serrage 6 peuvent être serrées l'une contre l'autre au moyen dtun ensemble boulon-ecrou 6". Dans ce mode de réalisation préférentiel, la mince plaque de serrage 6 est fabriquée en tôle d'acier et est munie de brides au biveau $e ses bords de serrage.La mince plaque de serrage 6 est pLacée eu- tour de la surface extérieure de la couche 5 de matière de revête- ment, une bande de soutien en acier étant placée à l'intérieur de la partie de serrage de la mince plaque de serrage et les brides sont alors fixées au moyen d'ensembles boulon-écrou. De cette t- nière la pénétration d'eau, de terre, etc. Jusouta la partie de jonction des tuyaux est empêchée. Conformément au procédé de la Présente invention, après que l'extérieur de la partie de jonction des tuyaux a été préparée de la manière décrite ci-dessus, les tuyaux sont soudés de l'in- térieur au niveau de la rainure. par conséquent, la couche 5 de matière de revêtement et les extrémités 2 et 2' des enrobées des tuyaux sont fusionnées par la chaleur de soudage sur une certaine distance des deux côtés de la rainure, d'où il résulte que la matière de revêtement thermofusible adhère aux parties non revêtues 2a et 2a' des tuyaux et se solidifie et qu'une nouvelle couche de matière résistant à la corrosion est formée sur ces parties et jointe aux enrobages existants 2 et 2t des tuyaux. La Fig. 4 représente la distribution de la température sur la surface des tuyaux obtenue par soudage de l'intérieur des tuyaux en acier enrobés d'asphalte 1400A (lté?aisseur du revête- ment étant de 7 mm et la longueur des extrémités non revêtues des tuyaux étant de 70 mm). Les courbes A, B et C représentent respectivement les températures obtenues après achèvement du soudage des prexnière, seconde et troisième couches. Bien qu'on rotait pas indiqué des valeurs effectivement mesurées des températures dans les parties adjacentes à la rainure, conformément au procédé de la présente invention, une matière d'isolation thermique est placée autour de ces parties pour régler la température à l'extérieur de la matière d'isolation thermique de façon qu'elle corresponde approximativement aux courbes tracées en pointillé. Comme on peut le voir en considérant la Fig. 4, après achèvement du soudage des seconde et troisième couches, les températures atteignent environ 150 à 180 , températures qui conviennent pour la fixation par fusion des asphaltes, même dans les parties qui sont éloignées de 90 mm des extrémités des tuyaux. Etant donné que le courant de soudage est pratiquement constant, en choisissant expérimentalement la matière, l'épais- seur, la longueur etc. de la couche 4 de matière d'isolation thermique, il est possible d'obtenir les températures élevées qui sont appropriées pour la fixation par fusion de la couche 5 de matière de revêtement aux parties 2a et 2a' non enrobées des tuyaux tandis qu'en réglant de la manière appropriée la longueur des parties 2a et 2a' non enrobées des tuyaux, il est possible de fusionner par l'action de la chaleur la couche 5 de matière de revêtement aux extrémités 2 et 2' des enrobages des tuyaux de façon qu'elle soit jointe à ces extrémités. Suivant un autre mode de réalisation préférentiel du procédé de la présente invention, tel que représenté sur la Fig. 2, des feuilles 8 et 8a destinées à empêcher les fuites de la matière de revêtement fondue sous l'action de la chaleur sont respectivement placées entre la couche 4 d'isolation thermique et la couche 5 de matière de revêtement et entre la couche 5 de matière de revêtement et la mince plaque de serrage 6. Les matières appropriées pour la fabrication des #uilles -8, 8a sont, notamment, le polyéthylène thermorétrécissable, le chlorure de polyvinyle, les fibres de verre et matièresanalogues.La feuille 8 sert à empêcher la matière de revêtement fondue de pénétrer dans la rainure la et la feuille 8a est utilisée afin d'empêcher la matière de revête- ment de fuir à l'extérieur, en particulier lorsque la matière d'enrobage est excessivement chauffée. Les feuilles 8 et 8a doivent, de préférence, être des feuilles en résine synthétique thermorétrécissable, telles que des feuilles en polyéthylène ther morétrécissable ou analogues. Lorsqu'une matière thermorétré- cissable est utilisée pour fabriquer la feuille 8, la feuille 8 rétrécit lorsqu'elle est chauffée et adhère aux tuyaux 1 et 1t empêchant ainsi, d'une manière efficace, la pénétration de la matière de revêtement thermofondue dans la rainure la.Tandis que la matière de revêtement thermofusible se ramollit lorsqu'elle est chauffée et tend ainsi à pénétrer dans les petits intervalles qui existent dans la partie de jonction des tuyaux et ainsi à desserrer sa fixation, si la feuille 8a est une feuille en résine synthétique thermorétrécissable la feuille 8a rétré cit lorsqutelle est chauffée et resserre la couche de matière de revêtement. En outre, étant donné qu'une telle feuille en résine synthétique présente des propriétés de résistance à la corrosion, on peut escompter que son utilisation assure un accroissement de la résistance à la corrosion en combinaison avec la couche de matière de revêtement. Le procédé de la présente invention peut être exécuté facilement en montant tout d'abord en un seul ensemble une couche 4 d'isolation thermique, une couche 5 de matière de revêtement et une plaque de serrage 6 ayant toutes les longueurs, largeurs, épaisseurs et formes désirées, en combinaison avec une feuilles 8 ou avec des feuilles 8 et 8a, selon le cas, en introduisant une extrémité de l'ensemble dans l'excavation autour de la partie de jonction des tuyaux en acier, en positionnant l'ensemble dans l'excavation puis en resserant et en fixant entre elles les extrémités de l'ensemble sur le dessus des tuyaux.La pose peut être encore davantage simplifiée et la durée de la période de temps nécessaire pour la pose peut être considérablement réduite en plaçant un tel ensemble dans l'excavation à proximité de 3onc- tion d'un tuyau en acier, en plaçant un autre tuyau en acier dans l'excavation en l'alignant et en l'épinglant, puis resserrant l'ensemble autour de la partie de jonction des tuyaux et en le fixant. Avec le procédé de la présente invention, l'opération d'assemblage des tuyaux peut être effectuée de manière satisfaisante à l'intérieur de l'excavation normale sans qu'il soit nécessaire de creuser une excavation spéciale pour l'opération d'assemblage et, en outre, dès que le montage et la fixation d'une couche de matière d'isolation thermique, d'une couche de matière. de revêtement, d'une mince plaque de serrage etc. Sur la surface extérieure de la partie de jonction des tuyaux sont achevés, ltexcavation peut être immédiatement rebouchée avant même l'achèvement de ltopération de soudage. Exemple Des tuyaux en acier enrobés d'asphalte 800A, 900A, 1000A, 1100A, 1200A, 1300A, 1500A, 1600A, 1800A et 2000 A (l'épaisseur du revêtement étant de 7 mm et la longueur de la partie non recouverte des extrémités des tuyaux étant de 70mm) ont été ointes en utilisant les matières ci-apr2t disposées en deux ensembles Ensemble constitué par la matière d'isolation thermique et la bande de soutien 1) matière d'isolation thermi#ue:ruban d'amiante de 3 mm d'épaisseur et de 64 mn de large. 2) bande de soutien : plaque plane en acier de 4,5 mm d'épaisseur et de 32 mm de large. B) Ensemble constitué par la mince plaque de serrage, la feuille extérieure destinée à empêcher les fuites, la couche de matière de revêtement et la feuille intérieure destinée à empêcher le: fuites. 1) la mince plaque de serrage a été préparée en pliant les extrémités d'une tôle d'acier galvanisée de 0,6 mm d'épaisseur et de 400 mm de large et en formant des brides en maintenant les parties pliées et en les soudant entre des cornières en acier identiques de 3,2 x 50 mmet des plaques d'acier plates de 3,2 x 5C mm. 2) feuille extérieure destinée à empêcher les fuites : feuille de polyéthylène thermorétrécissable de Q,3 mm d'épaisseur et de 380 mm de large. 3) la couche de matière de revêtement a été préparée en imprégnant deux matières supports, constituées respectivement par une toile de "vinylon', de 0,5 mmd'épaisseur et par une nappe de fibres de verre imprégnées de résine synthétique, d'asphalte soufflé ayant un indice de pénétration de 30 et un point de ramollissement de 900C, en lamifiant ces matières imprégnées pour former une feuille ayant une epaisseur de 5 mm puis en découpant cette feuille, en la thermosoudant et en lui donnant la forme en section transversale représentée sur la Fig. 5. Sur cette figure, la référence 9 désigne la toile de Vinylon, la référence 10 la nappe de fibres de verre et les dimensîons#indiquéessont en millimètres. +) feuille intérieure destinée à empêcher les fuites : feuille de polyéthylène thermorétrécissable de 0,3 mm d'épaisseur et de 120 mm de large. Des ensembles A et B ayant les longueurs désirées correspondant à la circonférence de tuyaux qui doivent être joints ont été montés autour de- la partie de jonction des tuyaux en acier, dans cet ordre. Naturellement, les tuyaux en acier avaient été déjà posés, alignés et épinglés dans l'excavation. Les Fig. 6A et 6B représentent respectivement une vue en coupe lonqtudinale et une vue en plan de l'ensemble B avant son sontare. Les dimensions ont été données en millimètres et les longueurs ont été choisies en fonction du diamètre des tuyaux. Une plaque de soutien constituée par une tôle d'acier galvanisée de 0,6 x 400 x 600 mm a été placée à l'intérieur de la mince plaque de serrage de l'ensemble B et, après que l'ensemble a été serré au moyen d'un équipement auxiliaire, les brides ont été fixées entre elles au moyen d'ensembles boulon-écrou. Après fixation des brides, 1 t excavation a été immediatement rebouchée et la rainure de soudage a été soudée. Plusieurs joints de tuyaux en acier réalisés conformément à ce mode de réalisation ont été déterrés respectivement immédiatement après le soudage et trois mois après et les matières de revêtement ont été enlevées. On a constaté que les matières de revêtement avaient été fixées de façon satisfaisante aux tuyaux en acier et il n'y avait aucune trace d'irrégularités, telles que la pénétration d'eau, etc. REVENDICATIONS 1 - Un procédé pour joindre des tuyaux en acier enrobes de grand diamètre posés dans le sol en soudant de l'intérieur la rainure formée entre les tuyaux, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer une couche de matière dtisola- tion thermique sur la surface extérieure de la partie des tuyaux qui doit être soudée ; à recouvrir les extrémités des enrobages des tuyaux, les parties non enrobées des extrémités des tuyaux et la couche d'isolation thermique d'une couche de matière résistant à la corrosion, thermofusible et thermoadhésive dont la forme épouse la forme extérieure des tuyaux ; à serrer la surface extérieure de la couche de matière résistant à la corrosion avec une mince plaque de serrage ; puis à souder les tuyaux en acier de façon à faire fondre sous l'action de la chaleur la couche de matière résistant à la corrosion et les extrémités des enrobages des tuyaux de façon à provoquer l'adhésion de la matière résistant à la corrosion, fondue sous l'action de la chaleur, à la partie non enrobée des tuyaux et son fusionnement avec les extrémités des enrobages des tuyaux. 2 - Procédé -selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une feuille destinée à empêcher les fuites est placée entre la couche d'isolation thermique et la couche de matière résistant à la corrosion pour empêcher les fuites de la matière résistant à la corrosion fondue sous l'action de la chaleur. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce -qu'une feuille destinée à empêcher les fuites est placée entre la couche de matière résistant à la corrosion et la mince plaque de serrage pour empêcher les fuites de la matière résistant à la corrosion fondue sous l'action de la chaleur. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière résistant à la corrosion est de l'asphalte ou un mélange d'asphalte avec une charge ou un polymère organique. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'asphalte a un point de ramollissement compris entre 90 et 1000C et un indice de pénétration compris entre 5 et 40 à 20 C, mesurés selon les normes ASTM. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche de matière résistant à la corrosion comprend une matière support constituée par une toile en fibres de verre ou en fibres de vinylon. 7 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille destinée à empêcher les fuites de la matière résistant à la corrosion fondue sous l'action de la chaleur est une feuille de polyéthylène thermorétrécissable. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la mince plaque de serrage est une tôle d'acier munie d'une bride sur chacun de ses bords d'extrémités de telle sorte qu'après mise en place d'une plaque de soutien à l'intérieur de la partie de serrage de la mince plaque de serrage, la mince plaque de serrage est montée sur la surface extérieure de la couche résistant à la corrosion puis les brides sont fixées entre elles au moyen d'ensembles boulon-écrou. 9 - Ensemble destiné à être utilisé pour joindre des tuyaux en acier enrobés de grand diamètre caractérisé en ce qutil comprend une couche de matière dtisolation thermique pour recouvrir la partie destinée à être soudée des tubes d'acier ; une feuille placée sur la couche de matière d'isolation thermique pour empocher les fuites d'une matière résistant à la corrosion fondue sous l'action de la chaleur ; une couche d'une matière résistant à la corrosion thermofusible, thermoadhésive, placée de façon à recouvrir la feuilles destinée à empêcher les fuites, les extrémités des enrobages des tuyaux et les parties enrobées des extrémités des tuyaux, cette couche de matière résistant à la corrosion étant mise sous une forme qui épouse la forme extérieure des tuyaux ; une feuille thermorétrécissable destinée à empêcher les fuites recouvrant la couche de matière résistant à la corrosion pour empêcher les fuites de la matière résistant à la corrosion fondue sous l'action de la chaleur ; et une plaque de serrage pour serrer la couche de matière résistant à la corrosion de telle sorte que l'ensemble est étrcatement adapté sur la partie de jonction des tuyaux en acier.