Brevet FR2517797A1 — publié le 19830610

La présente invention est relative à un tuyau en béton armé et à son procédé de fabrication et, plus porti- culièrement,-à un tuyau comportant une ame métallique recouverte de béton armé. On cannait des tuyaux de ce type, comportant une enveloppe métallique cylindrique encore appelée âme en tôle, revêtue généralement à l'intérieur d'une couche de béton centrifugé et extérieurement d'une couche de béton également ; cette dernière contient des armatures métalliques circonférentielles et longitudinales destinées, d'une part, à absorber les efforts d'ovalisation dus à la charge du terrain recouvrant la conduite et, d'autre part, à apporter une résistance aux hautes pressions de l'eau transportée, puisque ces tuyaux sont généralement utilisés en adduction d'eau sous pression. Toutefois, les revêtements classiques de béton armé ne permettent pas de garantir une bonne tenue lorsque les canalisations véhiculent de l'eau chaude, par exemple pour transporter les calories récupérées à la sortie d'une installation industrielle jusqu a un échangeur ob elles sont transmises à l'eau de chauffage d'immeubles. Dans le cas ou la température de l'eau transportée atteint et même dépasse 1000C, le gradient de température à l'intérieur du béton est si important qu'en présence des contraintes circonférentielles, il est susceptible de provoquer la formation de fissures qui réduiront l'isolation assurée par le béton et permettront à la corrosion d'origine extérieure de s'attaquer aux armatures.Or, plus le pouvoir isolant du béton est élevé, plus le gradient thermique et par suite les contraintes auxquelles le béton est soumis, sont importants. La présente invention a pour objet un tuyau en béton armé qui assure le transport d'eau chaude en conciliant l'isolation indispensable et la résistance à la fissuration. Ce tuyau est du type comportant une ame métallique cylindrique revêtue de béton renforcé par des armatures métalliques longitudinales et circonférentielles, le béton con tenant des granulats légers expansés et étant revêtu extérieurement d'vnechape d'etsnekéEt6. D'autres caractéristiques et avantages apparattront au cours de la description qui va suivre et en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, qui représente une vue partielle, en coupe longitudinale axiale, d'un tuyau conforme à l'invention. Le tuyau selon l'invention se compose d'une ame métallique cylindrique 1, revêtue extérieurement d'un béton armé isolant 2 et d'une chape d'étanchéité superficielle 3. L'âme 1 est constituée d'une tale ayant une épaisseur d'au moins 3 mm, car elle doit résister à un éventuel flambage provoqué par les contraintes thermiques. Pour des diamètres importants, par exemple égaux ou supérieurs à 600 mm, il est souhaitable de prévoir des moyens de liaison, encore appelés "connecteurs' entre cette tale et le revêtement de béton, qui contrlbuent ainsi à éviter tout flambage. L'une des extrémités de la tôle est évasée, de manière à former un emboîtement 4, sur lequel est soudée une virale métallique 5 présentant une gorge 6 destinée à recevoir une garniture d'étanchéité 7.L'autre extrémité se raccorde par soudage à une seconde virole cylindrigue 8. La tranche de chaque virole opposée à l'âme ainsi qu une partie de sa face en contact avec le béton isolant 2 sont revêtues d'une couche 9 de matière synthétique les protégeant contre l'action extérieure des eaux, ladite couche 9 se prolongeant sur la surface interne de la virole recevant la garniture 7 jusqu'à la gorge 6. Parmi les maté riaux possibles, on retient de préférence ceux qui présentent à la fais un faible coefficient de frottement avec les joints en élastomère constituant la garniture d'étan- chéité 7 et une tenue mécanique suffisante pour résister à un échauffement pouvant atteindre 1200C sans perdre ses qualités de frottement et de protection contre la corrosion. Si les résines époxy résistent jusque 800C environ, les polymères fluorés, comme le polyvinylidène difluoré (PVDF) ou le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ont une bonne tenue à 120qu. Le béton isolant 2 recouvrant directement l'amie 1 est constitué par un béton léger renforcé par des armatures longitudinales 10 et circonférentielles 11 qui reprennent les efforts de traction auxquels est soumis l'extérieur du revêtement de béton, et qui sont dus à la pression interne, aux contraintes thermiques et aux efforts d'ovalisation. Le nombre des spires et des armatures longitudinales est choisi de manière à ce que le béton résiste aux efforts de traction indiqués précédemment. Le rapport de la section des armatures transversales à la section totale du béton isolant 2 est compris entre 1,2 et 2,2 %, et le même rapport pour les armatures longitudinales, à l'exclusion de l'ame métallique, est compris entre 0,6 et 1 %. Les armatures, en acier à haute adhérence, sont placées suffisamment près de la surface extérieure du béton isolant pour apporter la résistance à la fissuration, sous réserve que l'espace résiduaire puisse être rempli suffisamment par les agrégats ; une distance de 12 à 20 mm convient bien. De la même manière, l'écartement des spires est déterminé de façon- à permettre la mise en place des agrégats pour la valeur minimale, et l'apport d'une résistance suffisante pour la valeur maximale. Les armatures en acier, par leur position à l'intérieur de la couche isolante de béton léger, sont soumises à une température d'environ 600C lorsque le fluide est transporté dans le tuyau à une température de 1000C. On soit, dans ces conditions, que les phénomènes de corrosion accidentelle, dus par e#xemple à une fissure du béton léger résultant d'un choc, sont très accélérés. Une protection particulière des armatures contre une corrosion accidentelle peut donc etre prévue. Celle-ci peut être obte nue - par galvanisation préalable des fils d'acier constituant la cage d'armature, selon des procédés connus, sur une épaisseur de 80 à 100 microns par exemple ; - par enrobage des fils d'acier au moyen d'une résine époxy, à raison de 200d 3009 par mètre carré de surface. La résine est par exemple du type ICOSIT 285 commercia lisée par la Société LECHLER. Elle est appliquée au pin-- ceau ou par pulvérisation sur les aciers, juste avant enrobage par le béton léger, de manière à ce que la ré sine polymérise à la fois au contact de l'acier et du béton léger, assurant ainsi une bonne adhérence entre la matrice de béton léger et l'armature en acier. Le béton isolant 2 est préparé à partir de granulats légers expansés, de liant hydraulique, de sable, d'eau et d'un agent tensio-actif. Les granulats légers ont une den sité de préférence comprise entre 0,6 # et 0,8 et une granu- lométrie comprise entre 6 et 16 mm. Ils sont constitués par exemple de billes d'argile ou de schistes expansés. Le lian#t hydraulique est de préférence un ciment et si tous les c-iments peuvent convenir dès lors qu'ils sont sujets à un faible retrait provoquant peu de fissures et qu'ils apportent un temps de durcissement assez court, on choisira de préférence un ciment Portland CPA 55 ou CPA 45, ou encore un ciment CHF ou CLK. Dans ces conditions, le coef- ficient de conductibilité thermique du béton isolant est inférieur à 0,5 W/m . OC. L'agent tensio-actif#ajouté au béton a pour but d'en améliorer l'homogénéité, car il faut éviter la ségrégation des granulats au cours de la mise en oeuvre. La quantité d'agent tensio-actif dépend de sa nature. Le béton isolant est, comme indiqué précédemment, entouré d'une chape d'étanchéité qui lui évite toute exposition à l'action des eaux extérieures.'Cette chape 3 peut etre constituée - soit d'une couche de bitume renforcée d'un voile de verre. La qualité du bitume est choisie, parmi les qua lités classiques de bitume, de manière à ce qu'il pré sente une bonne tenue à 600C. Il s'agit par exemple d'un bitume commercialisé par la Société SHELL sous la marque MEXPHALTE R95/15. Après enduction du tuyau par un primaire, le voile de verre imprégné par le bitume fondu est enroulé autour du#tuyau. L'épaisseur totale du revêtement est de 4 à 5 mm. - soit d'une couche de-peinture solvantée du type brai-. époxy ou époxy appliquée sur la surface extérieure du tuyau au moyen d'un pistolet air-less. L'épaisseur de cette couche est de 500 microns au moins. - soit d'un enroulement avec des recouvrements d'une bande de revetement c.onstituée, de l'intérieur vers ltexa térieur, d'une couche d'adhésif du type caoutchouc ou butyle et d'une bande support en matière thermoplastique (PVC ou PE). L'épaisseur totale de ce complexe est de 1,5 à 2 mm. La protection du béton est enfin complétée sur les tranches d'extrémité 12 du tuyau par une peinture braiépoxy ou époxy du type décrit ci-déssus. Au droit du joint, la chape extérieure 3 est constituée par une bande souple, autorétractable ou collée, qui assure la continuité de la protection par-dessus le joint et permet la libre dilatation du système. Pour fabriquer le tuyau suivant l'invention, on met en place suivant un axe vertical l'âme métallique cylindrique munie de ses viroles revetues à l'intérieur d'un moule en deux demi-parties et de meme axe et, dans l'espace annulaire ainsi constitué, l'armature métallique de renforcement. On prépare ensuite un béton léger dans les conditions suivantes. Le rapport du poids d'eau au poids de ciment E/C est de préférence inférieur à 0,42, valeur au-delà de laquelle les granulats légers sont mal répartis dans le béton liquide car ils ont tendance à flotter, et les fissures dues au retrait commencent à apparaître. Le dosage en ciment, qui exprime le rapport du poids de ciment au volume du mélange d'agrégats et de sable, est compris entre 380 et 480 kg/m3, et de préférence entre 400 et 450 kg/m3.Le rapport du poids d'agrégats au poids de sable est de préférence compris entre 0,9 et 1,1, ces valeurs étant choisies de fanon que le pouvoir isolant du béton reste convenable, d'une part, et qu'il n'existe pas de vides entre les agréqats qui provoqueraient une baisse de la résistance, d'autre part. Ce béton est ensuite coulé entre le moule et l'âme formant coffrage intérieur jusqu'au remplissage. Dans certains cas, on réserve à chaque extrémité, par exemple sur une hauteur d'environ 10 cm, un volume nécessaire à l'introduction d'un béton spécial, rendu parfaitement étanche même à 1000C grâce a un adjuvant de type connu. Le béton est ensuite vibré et l'ensemble est placé dans une étuve à 600C pendant 6 à 12 heures en vue d'un durcissement accéléré, puis démoulé et maintenu dans une atmosphère contrôlée pour éviter la fissuration due au retrait. On procède enfin au revêtement ultime par la chape d'étan chéité. Selon un exemple de réalisation, on fabrique un tuyau dans les conditions suivantes. Pour un diamètre intérieur du tuyau de 600 mm, la section des armatures c-irconféren- tielles est de 10 cm2/mètre linéaire et par demi-section de tuyau et en fil de diamètre 6 mm, et le nombre total des armatures longitudinales de 34 brins de 8 mm de diamètre.Le béton u-tilisé présente la composition suivante (pour 1 m3 de béton) - 400 kg de billes d'argile expansée, vendues par la Compagnie des Ciments Belges sous la marque "ISOL", - 400 kg de sable de rivière de granulométrie 0-6 mm, - 420 kg de ciment CPA 55, - 170 kg d'eau, - 210 cm3 d'agent tensio-actif sous forme d'un aryl-cîkylsulfonate, soit 0,5 t0 en poids de ciment, tel que celui vendu sous la marque "CERYGEL" par les Industries Chimiques de Voreppe ; grâce à la présence de cet agent tensio actif, aucune ségrégation des billes d'argile ne se produit lors du remplissage du moule. Ce béton présente les caractéristiques suivantes, mesurées après un vieillissement de 28 jours ~- densité : 1,45 - résistance à la compression : 23 MPa - résistance à la flexion : 2,5 MPa - conductibilité thermique : 0,43 W/m.OC - coefficient de dilatation (20 à 1000C) : . 10-6 La chape d'étanchéité recouvrant le béton est constituée d'une couche de bitume renforcée de voile de verre. L'épaisseur du béton isolant étant de 70 mm et celle de la chape de 5 mm, le tuyau est utilisé pour transporter de l'eau à 1100C. Les quelques rares fissures relevées lors des essais sont toutes de largeur inférieure à 0,1 mm et d'une profondeur inférieure à l'épaisseur de recouvrement des armatures, ce qui permet de vérifier les qualités de la réalisation conforme -à l'invention. La température de la surface extérieure ne dépasse pas 600C. Dans la version décrite ci-dessus, chaque tuyau comprend un about femelle 5 destiné à recevoir une bague de joint 7 en élastomère et un about mole 8. Suivant une variante de réalisation, non représentée, il peut être avantageux de prévoir deux types de tuyaux identiques en ce qui concerne l'enrobage isolant de béton léger à ceux décrits précédemment, mais dont les extrémités sont combinées de façon différente - le premier type de tuyau comprend une extrémité femelle 5 et une extrémité mole 8 non revêtue par la matière 9, - le second type de tuyau comprend une extrémité mole 8, non revetue par la matière 9, et, à l'autre extrémité, un embout mâle revêtu par la matière 9. Ces tuyaux sont assemblés sur chantier par soudage bout à bout des abouts moles non revêtus, et forment ainsi assemblés un tuyau à about femelle 5 et à extrémité mâle 8 revêtue de la matière 9, de longueur double de celle du tuyau de base décrit ci-dessus. L'espace annulaire rési-- duel délimité par les deux embouts moles 8 non revêtus et soudés et par les deux tranches de béton léger 12 adjacentes est comblé après soudure par un béton spécial, étanche et sans retrait, coulé in situ. Cette disposition permet de diviser au moins par 2 le nombre de joints à embolter lors de la pose de la canalisation; le nombre d'abouts femelles 5 et le nombre de bagues de joint 7 nécessaires à la réalisation d'une canalisation. Suivant une autre variante de réalisation, non représentée, l'âme métallique 1 est revêtue intérieurement par une protection anti-corrosion, telle qu'une peinture époxy. Ce complément est mis en oeuvre notamment lorsque l'eau- véhiculée ne contient pas dlinhibiteur de corrosion. REVENDICATIONS 1.- Tuyau en béton armé, du type comportant une âme métallique cylindrique (1) revêtue de béton (2) renforcé par des armatures métalliques longitudinales (10) et circonférentielles (11), caractérisé en ce que le béton (2) contient des granulats légers expansés et est revêtu extérieurement d'une chape d'étanchéité (3). 2.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les granulats légers sont constitués par des billes d'argile expansée. 3.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les granulats légers sont constitués par des billes de schiste expansé. 4.- Tuyau suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le béton léger présente un coefficient de conductibilité thermique. inférieure à 0,5 W/m . C. 5.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les armatures longitudinales et circonférentielles sont protégées contre la corrosion. 6.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chape d'étanchéité est constituée par une couche de bitume renforcée d'un voile de verre. 7.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chape drétanchéité est constituée par un enroulement d'une bande en matière thermoplastique collée sur le béton au moyen d'un adhésif. 8.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chape d'étonchéité est constituée par une couche de peinture époxy. 9.- Tuyau suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la chape d'étanchéité se prolonge au niveau du joint par une bande souple. 10.- Procédé de fabrication d'un tuyau suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'une ame métallique cylindrique est placée à l'intérieur d'un moule coaxial, les armatures de renforcement sont introduites dans l'espace annulaire ainsi formé, puis le béton est coulé et vibré, l'ensemble est étuvé en vue d'un durcissement accéléré après lequel le tuyau est démoulé et revetu d'une chape d'étanchéité. 11.- Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le béton est préparé à partir d'un mélange d'eau, de ciment, de sable, d'agrégats et d'agent tensio-actif, dans les proportions suivantes - le rapport pondéral eau/ciment est inférieur à 0,42, - le dosage en ciment est compris entre 380 et 480 kg/m3, - le rapport du poids d'agrégats au poids de sable est compris entre 0,9 et 1,1. 12.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le dosage en ciment est compris entre 400 et 450 kg/m3. 13.- Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'agent tensio-actif est ajouté à raison de 0,5 20 en poids par rapport au poids de ciment.