Brevet FR2467068A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne la fabrication de tuyaux en béton par coulée et tassement de béton frais dans un moule vertical, ce dernier comprenant une gaine ou envelop- pe extérieure et un noyau, placé à l'intérieur de celle-ci, muni d'un vibreur. L'invention se rapporte plus particu- lièrement à un procédé et un dispositif pour fabriquer des tuyaux de cette manière. Dans la fabrication de tuyaux par coulée de béton dans un moule de ce type, la vibration du noyau fait subir, au béton frais coulé entre l'enveloppe extérieure et le noyau du moule, un traitement mécanique qui se traduit par un tassement du béton frais. Ce traitement avec tassement ou compactage ultérieur, qui élimine l'air du béton frais et le rend homogène et dense, se produit sans égard au fait que le noyau vibreur confère au noyau un mouvement de vi- bration dirigé ou de rotation. Cependant, que le noyau exécute un mouvement de vibra- tion dirigé ou de rotation, tant la surface intérieure que la surface extérieure du tuyau présentent alors des pores ouverts. Or, pour des raisons de commercialisation et de qualité, il est désirable de rendre les surfaces du tuyau, en particulier ses surfaces formant joint, plus attrayan- tes, plus denses et plus lisses. Jusqu' a présent on a tenté de résoudre ce problème en faisant vibrer non seulement le noyau mais en communiquant en outre des vibrations hori- zontales à l'enveloppe extérieure à l'aide de plusieurs vibreurs. On estimait pouvoir obtenir ainsi un tassement particulièrement efficace du béton frais. Toutefois, étant donné que des vibreurs commandés séparément mais reliés entre eux par des pièces intermédiaires sont automatique- ment amenés à fonctionner en phase et que le noyau et l'enveloppe extérieure effectuent par conséquent leurs mouvements conjointement, aucune amélioration significa- tive des surfaces des tuyaux ne semble avoir pu être ob- tenue par ce procédé. Le procédé connu consistant à soumettre, lors de la fabrication du tuyau, tant l'enveloppe extérieure que le noyau du moule à des vibrations orientées dans une direc- tion sensiblement horizontale a toutefois encore été per- 2 2467068 fectionné en prévoyant un décalage des vibrations de l'enve- loppe extérieure d'au moins 450 par rapport aux vibrations du noyau. En pratique, ceci semble avoir permis d'obtenir un déphasage de 1800 entre les vibrations du noyau et celles de l'enveloppe extérieure. Ce résultat est obtenu au moyen de différents vibreurs excentrés qui tournent en synchro- nisme à une même vitesse et dans le même sens. Même s'il était ainsi possible d'améliorer la surface extérieure du tuyau sans en même temps porter sensiblement préjudice à la qualité de la surface intérieure, ce procédé plus élabo- ré n'apporterait cependant pas une solution acceptable au problème qui consiste à fabriquer, avec des moules simples et dépourvus de complications, des tuyaux qui non seulement sont en béton de haute qualité mais présentent en outre une grande finesse de surface tant intérieurement qu'exté- rieurement. Le moule vertical nécessaire pour mettre en oeuvre celui des deux procédés connus mentionné en dernier est en outre inutilement compliqué, coûteux et volumineux du fait qu'il doit toujours comporter au moins deux vibreurs qui nécessitent des moyens d'amortissement et des contre- poids en plus des organes de synchronisation et de commande pour les vibreurs. En conséquence, la présente invention a pour but principal de fournir un procédé nouveau du type décrit plus haut mais permettant de fabriquer des tuyaux en béton de haute qualité et de conférer en même temps une surface très lisse aux faces intérieur et extérieur du tuyau sans que cela nécessite un moule vertical particulièrement compliqué équipé de plusieurs vibreurs et posant de ce fait des pro- blèmes difficiles à résoudre sur le plan de la conception structurale, l'amortissement et l'encombrement. Ce but est principalement atteint grâce au fait que la gaine ou enveloppe extérieure du moule utilisé dans le procédé suivant l'invention est amenée à tourner, durant au moins une partie du tassement du béton frais, autour de son axe géométrique avec une vitesse périphérique intéri- eure plus élevée que la vitesse de vibration maximale avec laquelle le noyau équipé d'un vibreur agit sur le béton frais pendant le tassement de celui-ci. Par vitesse de 3 2467068 vibration il faut ici entendre le produit de l'amplitude de la vibration du noyau par la fréquence de cette vibration. Ainsi, dans le procédé suivant l'invention l'enveloppe extérieure du moule est amenée à tourner activement durant au moins une partie du laps de temps au cours duquel le béton frais est tassé par vibration du noyau du moule. En subissant des vibrations, le béton frais du moule est ainsi en même temps soumis à une centrifugation. Cette double action permet au béton frais de présenter une teneur en eau très faible, c'est-à-dire que le béton frais peut présenter une forte consistance. Cela signifie aussi que le béton frais présente une bonne aptitude à-remplir la cavité du moule, est doué d'une haute résistance mécanique et d'une grande densité dans le tuyau fini. De plus, il est ainsi conféré au tuyau venant d'être obtenu une stabilité dimen- sionnelle suffisante pour que le moule puisse être retiré presque instantanément après achèvement de la coulée sans que cela comporte un risque pour la prise du béton frais. Si la rotation de l'enveloppe extérieure du moule est con- tinuée après cessation de la vibration du noyau, ce dernier peut être retiré pratiquement sans que des forces de fric- tion susceptibles de provoquer la prise du béton se pro- duisent entre le noyau et le béton frais tournant encore avec l'enveloppe extérieure. Il en résulte, de manière très surprenante, que le noyau du moule peut être retiré de l'intérieur d'un tuyau venant d'être réalisé sans que ce démoulage produise des pores et rayures sur la surface inté- rieure du tuyau. La surface intérieure sera en effet par- faitement lisse. Il est également possible de retirer la partie extérieure, ou enveloppe, du moule de la surface extérieure du tuyau après cessation de la rotation de l'en- veloppe sans que des forces de friction importantes se produisent entre l'enveloppe et le tuyau, de sorte que la surface extérieure de ce dernier est alors également tout à fait lisse, grâce au double traitement auquel le béton frais a été soumis en faisant simultanément vibrer le noyau et tourner activement l'enveloppe extérieure du moule. Les tuyaux en béton réalisés suivant la présente invention, se distinguent ainsi, par leurs surfaces intérieure et exté- rieure lisses, d'une manière particulièrement avantageuse par rapport aux tuyaux en béton vibré traditionnels, du - point de vue de l'aspect extérieur. En dépit du fait que le procédé suivant l'invention comporte un double traitement du béton frais dans le moule, ce procédé ne nécessite pas de moule compliqué ou volumineux. Au contraire, un dispositif suivant l'invention pour mettre en oeuvre ce nouveau procédé est beaucoup plus simple et moins volumineux que les dispositifs formant moule proposés- précédemment, dans lesquels tant l'enveloppe extérieure que le noyau du moule sont amenés à vibrer. Un dispositif suivant l'invention comprenant un noyau équipé d'un vibreur et une enveloppe extérieure verticale, montée pour tourner autour de son axe géométrique et munie d'organes d'entraînement pour animer l'enveloppe extérieure du mouvement de rotation désiré, est caractérisé en premier lieu en ce que l'enveloppe extérieure présente autour de sa périphérie un certain nombre de voies de roulement ré- parties axialement sur l'enveloppe extérieure, lesquelles voies de roulement sont destinées à coopérer avec un certain nombre de.galets montés pour tourner qui peuvent être amenés en contact avec lesdites voies de roulement, au moins l'un des galets étant commandé et constituant un organe d'entra - nement pour faire tourner l'enveloppe extérieure alors que les autres ne sont pas commandés et servent de galets de support lors de la rotation de l'enveloppe, tous les galets étant montés sur une structure formant bâti entourant l'en- veloppe extérieure du moule. Ala différence des dispositifs connus pour obtenir la vibration de l'enveloppe extérieure, dans le cas du dispositif construit conformément à la pré- sente invention, il suffit de prévoir des organes auxili- aires simples pour permettre à l'enveloppe extérieure d' être entraînée, montée de façon à pouvoir tourner et sup- portée. Pour donner aux extrémités du tuyau la forme voulue, il est évidemment nécessaire dans le cas d'un dispositif suivant l'invention, tout comme dans le cas des moules connus pour la.fabrication de tuyaux, de prévoir des élé- ments spéciaux faisant partie du moule. Par exemple, suivant une forme de réalisation avantageuse du dispositif suivant l'invention, l'enveloppe extérieure peut être reliée au niveau de son extrémité inférieure de manière amovible à un élément annulaire faisant partie du moule et destiné à former une extrémité d'un tuyau en béton. Cet élément.fai- sant partie du moule peut être par exemple ce qu'il est convenu d'appeler une bague à douille qui entoure, avec un léger jeu, le noyau, équipé d'un vibreur, du moule. Dans cette forme de réalisation, l'élément annulaire faisant partie du moule et destiné à former une extrémité du tuyau peut même être utilisé en tant qu'élément constitutif d'un palier à charge axiale pour la rotation de l'enveloppe extérieure. Cet élément annulaire faisant partie du moule peut présenter, du côté intérieur sur sa face détournée du moule, une voie de roulement qui, en combinaison avec des éléments roulants appuyés contre cette voie et portés par un organe s'étendant radialement à partir du noyau du moule, constitue un palier à charge axiale pour le mouvement de rotation de l'enveloppe extérieure. L'élément de moule correspondant destiné à la mise en forme de l'autre extrémité du tuyau peut avantageusement être réalisé de manière à tourner avec l'enveloppe extéri- eure et est alors de préférence également annulaire et porté par un organe presseur, lequel est mis en place sur le dessus du dispositif suivant l'invention et peut être poussé au moins partiellement dans l'espace entre l'enve- loppe extérieure et le noyau. L'invention est décrite plus en détail ci-dessous à l'aide du dessin annexé qui montre un exemple de réalisa- tion du dispositif suivant l'invention mais illustre éga- lement le procédé suivant l'invention. Les deux figures du dessin sont des vues latérales simplifiées, exemptes de détails secondaires et partiellement en coupe, d'un dispositif pour fabriquer des tuyaux en béton par le pro- cédé suivant l'invention en remplissant un moule vertical de béton frais et en tassant ce dernier. - Za figure 1 représente le dispositif avant la coulée et le remplissage de la cavité du moule avec du béton frais; et - la figure 2 représente le dispositif à la fin de l'opération de coulée lorsque la cavité du moule est remplie et fermée. Comme le dessin le montre clairement, un dispositif suivant l'invention comprend un moule vertical qui comporte à son tour une gaine ou enveloppe extérieure 1 et un noyau 2 placé à l'intérieur de celle-ci. Entre l'enveloppe exté- rieure et le noyau se trouve un espace annulaire 3. Pour fabriquer un tuyau en béton par coulée on verse du béton frais 4 préparé de manière appropriée dans cet espace o le béton est tassé par vibration du noyau 2 et par rotation de l'enveloppe extérieure 1. A cette fin, le noyau est muni intérieurement d'un vibreur 5 et l'enveloppe extérieure est montée de façon à pouvoir tourner autour de son axe géomé- trique et est pourvue d'organes d'entraînement qui lui impriment la rotation nécessaire. S'il s'agit de fabriquer des tuyaux en béton armé, les armatures sont évidemment disposées dans l'espace ou cavité 3 du moule avant d'y verser le béton. Un dispositif suivant l'invention peut être construit de plusieurs façons différentes. Il en est particulièrement ainsi en ce qui concerne la façon dont le moule est retiré du tuyau en béton coulé. Le moule peut être enlevé de l'ex- térieur du tuyau soit en divisant l'enveloppe extérieure du moule longitudinalement et en l'ouvrant, soit en dépla- çant l'enveloppe extérieure axialement par rapport au noyau. Du côté intérieur du tuyau le démoulage peut s'effectuer soit en soulevant le tuyau verticalement de façon à le séparer du noyau, soit en tirant le noyau, lui-même dépla- gable axialement à l'intérieur du tuyau en béton coulé, vers le haut ou vers le bas. Dans la forme de réalisation représentée sur les figures, l'enveloppe extérieure 1 peut être divisée longitudinalement ou être soulevée par rap- port au tuyau fini, après quoi le démoulage du côté inté- rieur du tube s'effectue en soulevant le tuyau de façon à le séparer du noyau. Comme les figures le montrent clairement, dans le cas de la forme de réalisation représentée du dispositif suivant l'invention, tant l'enveloppe extérieure 1 que le noyau 2 sont supportés par un socle 7 par l'intermédiaire d'organes élastiques 8 qui peuvent être, par exemple, des pièces d'appui en caoutchouc. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, l'enveloppe extérieure 1 est, durant l'opération de coulée, reliée au niveau de son extré- mité inférieure, au moyen d'un certain nombre de brides de serrage 9 susceptibles d'être desserrées, à un élément an- nulaire permettant de conférer l'aspect voulu à l'une des extrémités du tuyau en béton, cet élément affectant dans le présent exemple la forme de ce qu'il est convenu d'ap- peler une bague à douille 10 qui entoure le noyau 2 du moule avec un faible jeu. Cet élément annulaire de moule ou bague à douille 10 présente, sur sa face 11 détournée de la cavité du moule, une voie de roulement. En combinai- son avec des éléments roulants 12 amenés en contact avec la voie de roulement, celle-ci constitue un palier à charge axiale pour le mouvement de rotation de l'enveloppe exté- rieure 1 autour du noyau 2 du moule, et une bride 13 ou analogue-s'étendant radialement à partir de la partie infé- rieure du noyau 2 supporte les éléments roulants 12. Dnas un dispositif suivant l'invention, le noyau 2 du moule peut être construit de plusieurs façons différente. Il peut être équipé d'un vibreur produisant une vibration du type dit dirigé, c'est-à-dire que le noyau martèle le béton frais d'un côté à l'autre, ou bien le noyau peut être équipé d'un vibreur produisant une vibration dite de rotation, permettant à la surface extérieure du noyau d'ef- fectuer un mouvement de coulissement ou de roulement au contact du béton frais. Dans l'exemple de réalisation re- présenté du dispositif suivant l'invention, le noyau 2 du moule est pourvu d'un vibreur 5 du type mentionné en pre- mier. Ce vibreur est monté à l'intérieur d'un élément tubulaire 14 qui est relié au moyen de deux brides de sup- port annulaires 15 à l'enveloppe du noyau 2. Le vibreur est entraîné par un moteur électrique 16 monté à l'extré- mité inférieure du noyau et supporté par le socle 7. En 8 2467068- l'occurrence, le vibreur est du type décrit en détail dans le brevet suédois no 204 265 et il est donc jugé suffisant, plutôt que de décrire ce vibreur en détail, d'indiquer sim- plement qu'il comprend deux éléments excentrés montés sur le même axe géométrique et tournant en sens opposé l'un par rapport à l'autre. L'un de ces éléments excentrés est divi- sé en deux parties ou groupes présentant leur(s) propre(s) masse(s) excentrée(s) et dont l'un est monté à la partie supérieure du noyau et l'autre à la partie inférieure, alors que le second élément excentré est monté entre ces parties ou groupes et peut tourner en sens inverse du premier élé- ment excentré divisé en deux parties ou groupes. Pour lui permettre de tourner, l'enveloppe extéri- eure 1 du moule est munie, dans l'exemple représenté du dispositif suivant l'invention, d'un certain nombre de voies de roulement 17. Ces voies sont réparties axialement le long de l'enveloppe extérieure et sont destinées à coopérer avec un certain nombre de galets 18, 19, montés de façon à pouvoir tourner et susceptibles d'être appuyés contre les voies de roulement. Au moins l'un (19) des galets est com- mandé par un moteur électrique 20 par l'intermédiaire d'un engrenage démultiplicateur 21. Ce galet 19 est l'organe d'entraînement effectif permettant de faire tourner l'enve- loppe extérieure 1 et se trouve donc en contact de frotte- ment avec la voie de roulement correspondante 17 de l'en- veloppe extérieure. Les autres galets 18 représentés ne sont pas commandés et servent de galets de support pour l'enve- loppe extérieure. Tous les galets, c'est-à-dire tant les galets commandés que ceux qui ne le sont pas, coopérant avec les voies de roulement de l'enveloppe extérieure sont régulièrement répartis autour des voies de roulement de l'enveloppe extérieure et sont montés de façon à pouvoir tourner dans une structure de bâti entourant l'enveloppe extérieure, une petite partie 22 seulement de cette struc- ture de bâti étant représentée sur le dessin. Comme représenté clairement sur la figure 2, un dis- positif suivant l'invention peut également être muni d'un organe presseur 23 disposé au-dessus du moule et déplaçable axialement par rapport à celui-ci. Cet organe presseur est convenablement construit de façon qu'il puisse au moins partiellement être introduit d'en haut dans l'espace annu- laire 3 pour le béton frais entre l'enveloppe extérieure 2 et le noyau 2 du moule. Après remplissage du moule, le béton frais est poussé vers le bas à l'intérieur du moule à l'aide de l'organe presseur. En fait, l'organe presseur 23, en plus d'être susceptible de se déplacer vers le haut et vers le bas, peut en même temps être monté de façon à pouvoir tourner de sorte qu'il participe aux mouvements de rotation de l'enveloppe extérieure 1. Il peut en outre avantageuse- ment porter un élément de moule annulaire 24 pour la mise en forme d'une extrémité du tuyau, cet élément de moule du dispositif représenté sur la figure 2 étant ce qu'il est convenu d'appeler une bague de pointage. Lorsque l'espace annulaire 3 entre l'enveloppe exté- rieure 1 et le noyau 2 se trouve rempli de béton frais 4 convenablement préparé, ce remplissage pouvant s'effectuer avantageusement en faisant vibrer le noyau 2 et en faisant éventuellement tourner lentement l'enveloppe extérieure, cette dernière est amenée, durant au moins une partie du processus de tassement du béton frais, à tourner autour de son axe géométrique avec une vitesse périphérique intérieure plus élevée que la vitesse de vibration maximale à laquelle le noyau 2 équipé d'un vibreur agit sur le béton frais lors du serrage de celui-ci. Par vitesse de vibration il faut ici entendre le produit de l'amplitude de la vibration du noyau 2 par la fréquence avec laquelle cette vibration agit sur le béton frais dans le moule. La combinaison de la vibration du-noyau avec la ro- tation active de l'enveloppe extérieure produit dans une zone du béton frais une pression correspondant à la somme de la force excentrique du noyau et de la force centrifuge engendrée par la rotation de l'enveloppe extérieure, alors que la pression exercée dans le béton frais dans une zone diamétralement opposée correspond à la différence entre ces deux forces. Cela signifie que, lors de la vibration du noyau, le contact de celui-ci avec le béton frais dans le moule se trouve réduit et même temporairement annulé sur une partie de sa circonférence alors que ce contact est au contraire d'autant plus accentué sur la partie de la circonférence diamétralement opposée à la partie mentionnée en premier. Le mouvement effectué suivant l'invention par le noyau par rapport au béton frais dans le moule a pour effet, dans cette forme de réalisation du dispositif suivant l'invention, que le noyau, soumis à une vibration dite diri- gée, martèle avec sa surface extérieure le béton frais en effectuant en même temps un mouvement de lissage au contact de celui-ci, permettant ainsi de conférer au tuyau fini une surface intérieure lisse et exempte de pores, alors qu'en même temps la rotation de l'enveloppe extérieure permet de conférer au tuyau une surface extérieure lisse et exempte de pores. Une fois le moule rempli de béton frais et l'organe presseur 23 abaissé pour fermer le moule et produire ce qu'il est convenu d'appeler la surpression exercée sur le béton frais à l'intérieur du moule, la rotation de l'enve- loppe extérieure peut être continuée après cessation de la vibration du noyau jusqu'à ce que celui-ci ait été retiré du moule et l'intérieur du tuyau en béton coulé se trouve ainsi mis à nu. Cela nécessite cependant une autre forme de réalisation de l'invention-que celle décrite ci-dessus. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et illustré au dessin. Au- contraire, diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'inven- tion. 1 1 REVENDICATIONS 1. - Procédé pour la fabrication de tuyaux en béton par coulée et tassement de béton frais (4) dans un moule vertical, ce dernier comprenant une enveloppe extérieure (1) et un noyau (2), placé à l'intérieur de celle-ci, équipé d'un vibreur, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure est amenée à tourner, durant au moins une partie du tasse- ment du béton frais, autour de son axe géométrique avec une vitesse périphérique intérieure plus élevée que la vitesse de vibration maximale avec laquelle le noyau équipé d'un vibreur agit sur le béton frais pendant le tassement de celui-ci, la vitesse de vibration étant le produit de l'am- plitude de la vibration du noyau par la fréquence de cette vibration. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la rotation de l'enveloppe extérieure (1) se pour- suit après l'arrêt de la vibration du noyau (2) jusqu'à ce que le noyau ait été retiré du moule de façon à mettre à nu l'intérieur du tuyau en béton coulé. 3. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 ou 2 pour la fabrication de tu- yaux en béton par coulée et tassement de béton frais (4) dans un moule vertical, lequel comprend une enveloppe exté- rieure (1) et un noyau (2), placé à l'intérieur de celle-ci, équipé d'un vibreur, l'enveloppe extérieure (1) étant mon- tée de manière à pouvoir tourner autour de son axe géomé- trique et étant munie d'organes d'entraînement permettant de communiquer à l'enveloppe extérieure (1) présente autour de sa circonférence un certain nombre de voies de roulement (17) réparties axialement le long de cette circonférence, lesquelles voies de roulement sont destinéesà coopérer avec un certain nombre de galets (18, 19) montés de façon à pouvoir tourner et qui peuvent s'appuyer contre les voies de roulement, au moins l'un (19) des galets étant commandé de façon à servir d'organe d'entraînement pour obtenir la rotation de l'enveloppe extérieure alors que les autres galets (18) ne sont pas commandés et servent de galets de support lors de la rotation de l'enveloppe extérieure, tous les galets étant montés sur une structure de bâti (22) pla- cée autour de l'enveloppe extérieure du moule. 4. - Dispositif suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que l'enveloppe extérieure (1) est reliée au niveau de son extrémité inférieure de manière amovible (9) à un élément de moule annulaire (10), par exemple du type qu'il est convenu d'appeler une bague à douille, pour la mise en forme d'une extrémité d'un tuyau en béton, lequel élément de moule entoure le noyau (2) du moule avec un faible jeu. 5. - Dispositif suivant la revendication 4, ceracté- risé en ce que l'élément de moule annulaire (10) présente, sur sa face détournée de l'intérieur (3) du moule, une voie de roulement (11) qui, en combinaison avec des éléments roulants (12) se trouvant en contact avec cette voie de roulement et portés par un organe (13) s'étendant radiale- ment à partir du noyau (2), constitue un palier à charge axiale pour le mouvement de rotation de l'enveloppe exté- rieure (1). 6. - Dispositif suivant l'une quelconque des reven- dications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte à sa partie supérieure un organe presseur (23) susceptible d' être poussé au moins partiellement dans l'espace (3) situé entre l'enveloppe extérieure (1) et le noyau (2), lequel organe presseur peut être monté de façon à tourner avec l'enveloppe extérieure du moule et porte avantageusement un élément de moule annulaire (24), par exemple du type qu'il est convenu d'appeler une bague de pointage, pour former une extrémité d'un tuyau en béton.