Brevet FR2447026A1 — publié le 19800814

La présente invention concerne le domaine des canalisations en béton ou matières analogues,ainsi que de tous autres objets en béton dans ou sur lesquels s'écoule un liquide. L'invention a plus particulièrement pour objet l'évaluation des phénomènes d'érosion des canalisations ou autres objets en béton lors de l'écoulement des effluents liquides chargés à l'intérieur desdites canalisations. On sait en effet que,dans les conduites,il arrive dans certains cas que la vitesse de effluent et sa charge en matières diverses soient telles que le béton est soumis Wfin processus déro- sion mécanique. Le phénomène d'érosion posant de graves problèmes,il est tout à fait indispensable de déterminer au préalable la tenue des conduites à cette érosion afin de retarder au maximum le moment où le changement de la canalisation érodée devient inévitable. La présente invention apporte une solution à ce problème et a pour objet un dispositif et un procédé pour l'évaluation de la tenue d'un élément en béton tel qu'une conduite -et de revêtemen-ts de protection éventuels-,à 11 érosion due aux effluents liquides chargés. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qutil comprend: a) des moyens pour reproduire,le cas échéant sous forme accélérée,sur le béton le phénomène d'érosion, b) des moyens pour déterminer la perte de matière après érosion, c)des moyens pour déterminer les modifications de l'état de surface de l'élément en béton après érosion. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention,ce dispositif comporte en outre des moyens pour déterminer la quantité de chaleur dissipée lors de la mise en oeuvre des moyens de reproduction du phénomène d'érosion. Les moyens de reproduction du phénomène d'érosion sont de préférence constitués par: a) une cuve pour ledit élément en béton, b)un rotor muni d'ailettes et disposé à l'intérieur de ladite cuve et dudit élément en béton et selon l'axe de symétrie de ceux-ci, c)des moyens pour introduire et évacuer un effluent liquide chargé dans ladite cuve. Dans ce cas,on a trouvé que la distance entre l'extrémité da ailettes dudit rotor et la surface interne dudit élément en béton doit être de l'ordre de 2,5 à lOmm,et est de préférence égale à environ 5 mm. Les meilleures conditions de réalisation sont réunies lorsqu l'effluent liquide chargé est constitué par un mélange eau-sable. De préférence,le sable utilisé est siliceux et a une granulométrie comprise environ entre 0,08 et 0,25 mm. Pour alimenter la cuve en effluent chargé,le débit de l'eau est de l'ordre de 100 1/heure et la quantité de sable est de l'ordre d'environ 4 kg/heure. I1 est souhaitable que la vitesse linéaire. périphérique des ailettes du rotor soit de l'ordre 8 à 12 m/s,de préférence de l'ordi de 10 mjs. En effet,lorsque la vitesse est comprise dans cet intervalle,on se rapproche des conditions réelles d'érosion. Pour introduire l'effluent chargé dans la cuve,on peut utiliser tout moyen approprié,tel que par exemple des pompes,mais on préfère utiliser un système d'alimentation constitué par une circula tion d'eau sous faible pression et un réservoir de sable, le mélange ainsi constitué étant introduit par la base de la cuve et pouvant librement être évacué par la partie supérieure de celle-ci. Les moyens pour déterminer la perte de matière après érosion sont constitués par un récipient annulaire dans lequel sont introduits, simultanément,d'une part la conduite en béton saturée d'eau testée et d'autre part de l'eau,avant et après érosion, le niveau de ladite eau affleurant deux contacts électriques diamétralement opposés,disposés au-dessus dudit récipient annulaire et réunis par un ohm-mètre. Les moyens pour déterminer les modifications de l'étant de surface de ltélément en béton peuvent être des moyens-supports, des moyens de repérage de la position de l'élément en béton,une régi disposée sur des plaques-supports au-dessus de la surface interne dudit élément en béton,et une matière pour empreinte telle qu'un mastic silicone injecté entre ladite règle et ladite surface interne. Les moyens pour déterminer la quantité de chaleur dissipée peuvent être un débit-metre mesurant le débit de l'effluent chargé et deux thermomètres placés respectivement à l'entrée dudit effluent dans les moyens de reproduction de l'érosion et à la sortie de ceux-ci. Le procédé de l'invention comprend les étapes suivantes: a) on prend les empreintes de la surface interne dudit élément pour déterminer l'état de surface dans un dispositif tel que décrit précédemment en des endroits appropriés; b) on introduit ledit élément dans le dispositif précité pour déterminer la perte de matière par érosion et on mesure la quantité d'eau introduite; c) on effectue le test d'érosion pendant environ 100 heures dans la cuve décrite précédemment pour la reproduction du phénomène d'érosion; d) on prend les empreintes de la surface interne dudit élément dans le dispositif utilisé à l'étape (a); et e)on introduit ledit élément dans le dispositif de l'étape b) et on mesure la quantité d'eau introduite,la différence avec la valeur trouvée à ladite étape b) correspondant à la perte de matière dudit élément. Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention,on mesure la quantité de chaleur dissipée au cours de l'étape (c). L'invention sera maintenant illustrée en référence aux dessins annexés å la présente description sur lesquels: Fig.l est une vue en élévation et en coupe des moyens pour reproduire le phénomène d'érosion sur une conduite en béton; Fig.2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1; Fig.3 est une vue schématique du dispositif de la figure 1 avec le système d'alimentationve l'effluent liquide chargé; Fig.4 est une vue en élévation et en coupe du dispositif pour déterminer la perte de matière de la conduite après érosion; Fig.5 est une vue en élévation et en coupe du dispositif pour déterminer les modifications de l'état de surface de la conduit en béton; Fig.6 est une vue partielle en coupe et de profil du dispositif de la figure 5. Le dispositif pour reproduire le phénomène d'érosion comprend une cuve 1 sensiblement cylindrique dont le fond 2 comporte un orifice 3 pour l'introduction de l'effluent chargé. Dans cette cuve l,on dispose un cylindre en béton 4 ou corps d'épreuve dont on désire déterminer la tenue à l'érosion.Ce cylindre de béton repose sur un support 5 constitué par exemple par un anneau de caoutchouc collé sur ce fond. Un rotor 6,entraîné par des moyens non représentés,est disposé au centre da béton,l'axe dudit cylindre étant aligné avec l'axe de rotation du rotor. Ce rotor comporte des ailettes 7 disposées à une distance appropriée de la surface interne du cylindre de béton 4. La cuve est refermée par un couvercle 8 (non représenté sur la figure 2)qui ménage une ouverture suffisante autour de l'axe du rotor 6 pour permettre l'évacuation de l'effluent chargé. Ainsi qu'il a déjà été précisé,l'effluent chargé est constitué de-préférence par un mélange eau et sable,plus particu lièrement par un mélange eau et sable siliceux. L'eau et le sable sont introduits simultanément par l'orifice 3 du fond de la cuve et ressortent par l'espace 9 ménagé entre l'axe du rotor et le trou médian du couvercle 8. Le débit de l'eau peut être suffisant,d'une part pour assurer une évacuation de la chaleur engendrée lors de la rotation du rotor et d'autre part pour assurer le renouvellement du sable siliceux Un débit de l'ordre de 100 1 par heure peut constituer une valeur appropriée,mais il va de soi que cette valeur dépend de la vitesse de rotation du rotor. Cette vitesse de rotation doit être telle que la vitesse linéaire tangentielle des ailettes corresponde à la vitesse d'écoulement des effluents dans les conditions réelles d'utilisation. Cette vitesse linéaire tangentielle des ailettes est généralement comprise entre8 et 12 mètres par seconde et peut être de l'ordre de 10 mètres par seconde,par exemple de 9,9 mètres par seconde. Aux fins de la présente invention,le sable à utiliser pour charger l'effluent est généralement constitué par un sable siliceux d'une anulométrie moyenne comprise entre environ 0,08 et 0,25 mm. Pour un débit d'eau de l'ordre de 100 litres/heure,la consommation de sable est égale à environ 4 kg par heure. Lorsqu'on désire accélérer le phénomène d'érosion,il est possible au début de l'essai d'utiliser une petite quantité,de l'ordre de 1 à 2 kg ,d'un sable siliceux plus grenu. La distance entre l'extrémité des ailettes 7 du rotor et la surface interne du cylindre de béton 4 peut être de l'ordre de 2,5 à 10 mm. Une valeur de l'ordre de 5 mm a permis d'obtenir des résultats satisfaisants et facilement reproductibles. Sur la figure 3,on a représenté schématiquement le dispositif pour la reproduction des phénomènes d'érosion comprenant la cuve 10 disposée sur des moyens support 11 et munie à sa partie supérieure d'un couvercle 12 et d'un rotor 13 maintenus dans l'axe de la cuve par un dispositif de centrage connu en soi 14. Le mélange eau/sable s'effectue sur un dispositif mélangeur connu en soi 15 et est introduit dans la cuve par l'orifice situé au fond de celle-ci. L'évacuation du trop-plein de liquide et de sable s'effectue par le dessus du couvercle 12 et s'écoule aux extrémités de celui-ci. Il est possible de prévoir un dispositif situé sous la cuve pour la récupération du sable contenu dans le mélange eau/sable qui ressort de la cuve. Pour réaliser un phénomène d'érosion dans les conditions mesurables,il est souhaitable de laisser se poursuivre pendant environ une centaine d'heures de façon continue,c'est-à-dire sur environ 5 journées. Pour déterminer la perte de matière due au phénomène d'6rosion,on utilise un dispositif tel que représenté sur la figure 4. Ce dispositif est constitué par un récipient annulaire 20 dans lequel on introduit le cylindre de béton à tester 21? On remplit alors le cylindre annulairepontenant le corps d'épreuve 21 jusqu'à ce que le niveau de cette eau atteigne les contacts électriques diamétralement opposés 23 et 24 reliés entre eux par l'intermédiaire d'un ohm-mètre 25. Bien entendu,il est nécessaire que le récipient annulaire 20 repose sur une embase horizontale,et on utilise à cette fin un système de trois pieds réglables en hauteur,non représenté et connu en soi. Pour évaluer la perte de matière des cylindres en bétonyon procède à une première mesure avant le passage dans la cuve d'érosion. Pour ce faire,le cylindre de béton est tout d'abord immergé pendant une durée suffisante dans de l'eau afin dè saturer le béton d'eau . On éponge ensuite superficiellement la surface du cylindre et on le dispose dans le récipient annulaire pour procéder à une première mesure. Ce processus est répété après passage dans la cuve d'érosion. La mesure de la différence entre la quantité d'eau utilisée pour obtenir la fermeture du circuit électrique avant érosion puis après érosion permet de déduire l'épaisseur moyenne érodée sur le cylindre en béton. Pour déterminer la modification du profil intérieur initial du cylindre en béton,on relève les profils de la paroi intérieure avant et après l'essai d'érosion afin de les comparer entre eux. On utilise à cette fin le dispositif des figures 5 et 6 sur lesquelles un cylindre en béton 30 est disposé sur un support en V 31 dans une position déterminée. Une règle métallique 32,dont la surface inférieure servira de surface de référence,est placée sur deux plaques d'extrémité 33 et 34,la première plaque 33 étant fixe et la seconde plaque 34 > mobile,étant susceptible de toujours venir se replacer dans la même position par rapport à 1'embase du montage. Après disposition de la règle métallique 32,on injecte une matière pour empreinte 36 telle qu'un mastic de silicone,entre la règle supérieure 32 et la paroi inférieure de la conduite 30,après graissage des surfaces avec de la vaseline fondue. Après séchage pendant une période de temps appropriée, par exemple une journée,on démoule la languette de silicone ainsi formée. Après que la conduite a été soumise à l'essai d'érosion,on procède de la même façon au même endroit que précédemment. Par différence des mesures d'épaisseur des empreintes avant et après l'essai,on peut ainsi déterminer l'usure maximum moyenne et l'usure minimum moyenne de la matière. L'usure maximum moyenne s'effectue sur les parties en relief ou bosses de l'empreinte,1'usure minimum moyenne étant déterminée sur les parties en creux de ladite empreinte. I1 est souhaitable de procéder à au moins cinq mesures semblables pour obtenir une valeur statistique moyenne significative de l'usure superficielle du béton. Ce dispositif est particulièrement intéressant car il permet non seulement de déterminer la valeur de l'usure mais également la façon dont s'effectue celle-ci,c'est-à-dire si elle est régulière ou si,au contraire,elle est provoquée par l'arrachement de petites ou de grosses particules dans le béton. Pour que l'étude de la surface interne de la conduite en béton étudiée soit effectuée à chaque fois aux mêmes endroits,on peut disposer un index de repérage 35 solidaire du support en V qui permet par un marquage préalable d'être certain de retrouver la position initiale de la conduite sur ledit support 31. Ainsi qu'il a été mentionné dans la précédente description, il est également possible d'inclure un dispositif pour suivre le processus d'érosion au cours de l'essai lui-même. Pour ce faire,on interpose un débit-mètre pour mesurer la quantité de liquide passant par unité de temps dans la cuve et des thermomètres à l'entrée et à la sortie de ladite cuve. Il est ainsi possible de mesurer la quantité de chaleur dissipée pendant une période de temps donnée entre l'entrée et la sortie de la cuve ou la conduite de béton est soumise au phénomène d'érosion. Cette quantité de chaleur est bien entendu égale à: (Tl-To? Q x t kcal Pour les différentes conduites de béton étudiées,on trace une courbe représentant la quantité de chaleur dissipée en fonction du -temps. En conséquence,pour déterminer la tenue d'une conduite au phénomène d'érosion du aux effluents chargés , on dispose une conduite de dimensions appropriées sur un dispositif tel que celui représenté sur la figure 5 et on relève l'état de surface interne de ladite conduite en un nombre d'endroits prédéterminé et dont le nombre n'est-pas critique. On repère bien entendu les endroits ou les empreintes ont été relevées afin de pouvoir disposer la conduite dans une position identique après le test d'érosion. Puis ,on immerge pendant environ 24 heures la conduite dans l'eau afin de l'imprégner de ce liquide,on l'essuie, et on l'introduit dans un récipient annulaire tel que celui représenté sur la figure 4. On complète ce récipient annulaire,dont l'horizontalité a été préalablement vérifiée,par de l'eau jusqu'à ce que le circuit électrique formé par les contacts diamétralement opposés et reliés par un ohm-mètre soit fermé.On mesure alors la quantité de liquide contenue dans le récipient annulaire. On dispose alors la conduite en béton dans une cuve pour test d'érosionltelle que celle représentée sur les figures i et 2. On fait tourner le rotor à une vitesse appropriée, reproduisant les conditions réelles d'érosion,pendant une durée suffisante par exemple 4 à 5 jours,en introduisant en continu un mélange eau/sable. Le cas échéant,au cours de ce test d'érosion,on mesure la quantité de chaleur dissipée par unité de temps dans la cuve. Après la fin de ce test, on dispose à nouveau la conduite en béton dans le dispositif de la figure 5 pour relever des empreintes de la surface de ladite conduite dans les endroits initialement étudiés,et on compare les états de surface respectifs avant et après érosion. Enfin,la conduite est réintroduite dans le dispositif de la figure 4,dont l'horizontalité aura bien entendu été vérifiée;on complète jusqu'au niveau des contacts électriques par de l'eau et on mesure la quantité d'au ainsi introduite. La différence entre les quantités d'eau avant et après érosion permet de déterminer la quantité de matière otée de la conduite par l'érosion. Ce procédé permetopar des études comparatives de la tenue d'une conduite en béton par rapport à une autre - ou de revêtements de protection entre eux -, de déterminer la solution à retenir pour une canalisation dans laquelle devront circuler des effluents chargés de matières solides. On concevra que le dispositif selon la présente invention permet de choisir de la façon la plus appropriée les matériaux dont devront être constituées lesdites canalisations,ce qui permettra de retarder d'autant le moment où ces canalisations devront être remplacrées I1 va de soi que l'invention n' est nullement limitée au mode de réalisation spécifique présentement décrit,et l'homme de l'art pourra apporter les modifications requises en fonction des problèmes particuliers à résoudre. En particulier , bien que l'invention ait particulièrement été décrite en relation avec des conduites en béton,l'invention sera applicable à des conduites réalisées en d'autres matières telles que l'amiante de ciment, les fibro-cimentsou analogues,ainsi qu'aux conduites comportant un revêtement interne de protection. -REVENDICATIONS - 1.Dispositif pour évaluer la tenue à l'érosion d'un élément en béton tel qu'une conduite sous l'action d'effluents liquides chargés caractérisé en ce qu'il comprend: a)des moyens pour reproduire,le cas échéant sous forme accélérée,sur le béton le phénomène d'érosion; b)des moyens pour déterminer la perte de matière après érosion ;et c)des moyens pour déterminer les modifications de 11 état de surface de l'élément en béton après érosipn. 2. Dispositif selon la revendication l,caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour déterminer la quantité de chaleur dissipée lors de la mise en oeuvre des moyens de reproduction du phénomène d'érosion. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce que les moyens de reproduction du phénomène d'érosion sont constitués par a)une cuve pour ledit élément en béton; b)un rotor muni d'ailettes et disposé à l'intérieur de ladite cuve et dudit élément en béton et selon l'axe de symétrie de ceuxci; et c)des moyens pour introduire et évacuer un effluent liquide chargé dans ladite cuve. 4.Dispositif selon la revendication 3,caractérisé en ce que la distance entre l'extrémité des ailettes dudit rotor et la surface interne dudit élément en béton est de l'ordre de 2,5 à 10 mm,et est de préférence égale à environ 5 mm. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4,caractérisé en ce que l'effluent liquide chargé est constitué par un mélange u-sable. 6. Dispositif selon la revendication 5,caractérisé en ce que le sable utilisé est siliceux et a une granulométrie comprise environ entre 0,08 et 0,25 mm. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6,caractérisé en ce que le débit de l'eau est de l'ordre de 100 1/heure et la quantité de sable est de l'ordre d'environ 4 kg/heure. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7,caractérisé en ce que la vitesse linéaire périphérique des ailettes du rotor est de l'ordre 8 à 12 m/s,de préférence de l'ordre de 10 m/s. 9.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8 caractérisé, en ce que les moyens pour introduire 1'effluent chargé sont constitués par une circulation d'eau sous faible pression et par un réservoir de sable,le mélange de ces constituants débouchant à la base de la cuve. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9,caractérisé en ce que les moyens pour déterminer la perte de matière après érosion sont constitués par un récipient annulaire (20' dans lequel sont introduits,simultanément,d'une part la conduite en béton (21) saturée d'eau testée et d'autre part de l'eau (22)avant et après érosion,le niveau de ladite eau affleurant deux contacts électriques (23,24)diamétralement opposés,disposés au-dessus dudit récipient annulaire et réunis par un ohmbtre. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens pour déterminer les modifications de l'état de surface de l'élément en béton (30)peuvent être des moyens-supports (31),des moyens de repérage (35)de la position de l'élément en béton,une règle (32)disposée sur des plaques-snp ports (33,34),au-dessus de la surface interne dudit élément en de béton,une matière pour empreinte (36)telle qu'un mastic/silicone injecté entre ladite règle (32) et ladite surface interne. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à caractérisé en ce que les moyens pour déterminer la quantité de chaleur dissipée sont constitués par un débit-metre mesurant le débit de effluent chargé et deux thermomètres placés respectivement à 11 entrée dudit effluent dans les moyens de reproduction de l'érosion et à la sortie de ceux-ci. 13. Procédé pour évaluer la tenue d'un élément en béton tel qu'une conduite en béton à l'érosion due aux effluents liquides chargés,caractérisé en ce que: a) on prend les empreintes de la surface interne dudit élément dans un dispositif selon la revendication 11 en des endroits appropriés; b)on introduit ledit élément dans le dispositif selon la revendication 10 et on mesure la quantité d'eau introduite; c)on effectue le test d'érosion pendant environ 100 heures dans un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9; d) on prend les empreintes de la surface interne dudit élément dans le dispositif selon la revendication 11 aux mêmes endroits qu'à l'étape (a); ;et e)on introduit ledit élément dans le dispositif selon la revendication 10 et on mesure la quantité d'eau introduite,la différence avec la valeur trouvée à l'étape (b) correspondant à la perte de matière dudit élément. 34.Procédé selon la revendication 13,caractérisé en outre en ce qu'on mesure la quantité de chaleur dissipée au cours de l'étape (c).