Brevet FR2512917A1 — publié le 19830318

La présente invention est relative à une garniture d'étanchéité pour joint de canalisation comportant des tuyaux à bout mâle et des tuyaux à emboîtement ou bien des manchons. Plus particulièrement, elle se rapporte aux garnitures d'étanchéité élastiques pour canalisations utilisées dans le bâtiment pour l'évacuation des eaux usées et eaux pluviales (tuyauteries de descente) et pour conduites d'évacuation des eaux usées vers exutoires et stations d'épuration (assainissement). Ces garnitures sont utilisables pour de faibles pressions de service ne dépassant pas 5 daN/cm2, soit environ 5 bars. On emploie généralement pour ce genre d'application des garnitures d'étanchéité du type à ivres annulaires souples, l'une périphérique, l'autre interne constituant ce que l'on appelle un joint automatique, c'est-b-dire un joint dont l'étanchéité est d'autant meilleure que la pression interne du fluide est plus élevée pour s'exercer à l'intérieur de l'espace annulaire compris entre la lèvre externe et la lèvre interne et appliquer respectivement chaque lèvre sur l'emboîtement ou le manchon, d'une part, et sur le bout maie, d'autre part. Si l'efficacité de ce type de garniture est limitée en pression d'étanchéité, comme on vient de le voir précédemment, en revanche leur qualité de souplesse est déterminante pour faire joint sur des tuyaux à bout maie dont les dimensions diamétrales sont variables lorsque les to- lérances de fabrication sont assez larges, et lorsque les bouts maies présentent une certaine ovalisation. De plus cette qualité de souplesse de ce type de rondelle diminue l'effort d'emmanchement du bout mâle dans l'emboîtement ou le manchon. Ces garnitures d'étanchéité de type connu présentent cependant un inconvénient pour des tuyaux à bout maie dont la surface n'est pas dépourvue de certaines irrégula rités ou rugosités : du fait que la lèvre interne de la garniture d'étanchéité est tendue sur tout son pourtour circulaire enveloppant le bout mâle, cette lèvre ne s'applique pas sur les creux desdites irrégularités de surface et n'y pénètre pas de sorte que l'on peut craindre un défaut d'étanchéité. On a cherché à remédier à cet inconvénient en noyant des ressorts élastiques à l'intérieur de la lèvre interne destinée à être serrée sur le bout mâle, comme cela est décrit dans la demande de brevet en Fronce de la Demonderesse n0 74 35 441 déposée le 22 octobre 1974 et publiée sous le n0 FR 2 288 921. Cette réalisation résout le problême précité, mais présente des difficultés de fabrication. On connaît par ailleurs un type plus ancien de garnitures d'étanchéité à lèvres souples reliées par des membranes radiales plus ou moins épaisses, ménageant entre-elles des alvéoles sur tout le pourtour circulaire de l'espace entre la lèvre interne et la lèvre externe. Les membranes ou nervures en matière élastomère reliant la lèvre interne à la lèvre externe présentent l'avantage d'ajouter une composante de compression radiale de la lèvre interne sur la paroi du bout mâle et de la lèvre externe sur la paroi du manchon et de l'emboîtement donc de diminuer la tension de la lèvre interne. Mais l'efficacité est moindre que celle des ressorts noyés car la pression d'application de la lèvre interne sur le bout mâle n'est pas uniforme. La Demanderesse s'est posé le problème de créer une garniture d'étanchéité du type à lèvres, et à alvéoles séparées par des membranes reliant la lèvre interne et la lèvre externe, qui puisse avoir une application plus uniforme de la lèvre interne sur le bout maie, quelles que soient les irrégularités de surface du bout maie, les tolérances dimensionnelles de celui-ci et son degré d'ovalisation, sans employer de ressorts noyés dans la lèvre interne. L'invention a pour objet une garniture d'étanchéité élastique du type ci-dessus à lèvre interne et à lèvre externe formant une section méridienne en forme approximative de trapèze rectangle, et à alvéoles quadrangulaires entre les lèvres annulaires interne et externe, cette garniture d'étanchéité annulaire étant caractérisée en ce que les alvéoles de forme carrée ont des diagonales joignant deux sommets ou arêtes opposés qui sont disposées suivant les rayons de la garniture d'étanchéité. La Demanderesse a ainsi constaté que, d'une manière surprenante, la pression exercée par la lèvre interne sur le bout mâle était beaucoup plus uniforme sur tout le pourtour de la lèvre interne que dans le cas où les sections carrées des alvéoles sont disposées suivant la technique habituelle avec les côtés, d'une part, suivant une direction à peu près radiale et, d'autre part, suivant deux cercles concentriques intermédiaires entre le périmètre externe et le périmètre interne. Ceci peut s'expliquer par le fait qu'un plus grand volume de caoutchouc ou autre matériau élastique travaille entre deux alvéoles consécutives, et qu'au droit des alvéoles le volume de caoutchouc qui travaille est moins diminué que dans le cas de la disposition antérieure connue des alvéoles carrées. La garniture d'étanchéité suivant l'invention est applicable à des joints d'étanchéité pour tuyaux de fonte à bout mâle et emboitement aussi bien que des tuyaux en fibres-ciment à bout uni à leurs deux extrémités, raccordées par des manchons cylindriques. Mais l'emploi de cette garniture d'étanchéité n'est nullement limité à ces deux matériaux. D'autres caractéristiques et avantages apparattront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple - la Fig. 1 est une vue partielle en coupe méridienne d'une garniture d'étanchéité suivant l'invention ; - la Fig. 2 est une vue en bout illustrant la tranche d'extrémité des lèvres interne et externe évidée par des alvéoles carrées conformément à l'invention ; - la Fig. 3 est une vue en coupe partielle d'éléments tu bulaires en amiante-ciment et d'une garniture d'étanchéi té rapprochés en vue de réaliser un joint d'étanchéité ; - la Fig. 4 est une vue correspondant à la Fig. 3 du joint d'étanchéité assemblé à livide des éléments précités ; - les Fig. 5 et 6 sont des vues analogues aux Fig. 3 et 4 appliquées à des tuyaux en fonte ;; - les Fig. 7 et 8 sont des vues en bout d'une garniture d'étanchéité alvéolée conformément à l'invention, res pectivement à l'état libre et à l'état de compression radiale entre bout mâle et manchon suivant la ligne de coupe 8-8 de la Fig. 4 pour illustrer le caractère uni forme de la compression radiale ; - les Fig. 9 et 10 sont des vues analogues aux Fig. 7 et 8 illustrant à titre comparatif l'ïrrégularitede compression radiale d'une garniture d'étanchéité dont les alvéoles car rées sont disposées suivant la technique antérieure connue ; - la Fig. 11 illustre un dispositif expérimental de mesure de la compressibilité d'une rondelle d'étanchéité suivant l'invention, développée en bande ; ; - la Fig. 12 est une vue partielle analogue à la Fig. 11 appliquée à une rondelle d'étanchéité suivant la tech nique antérieure connue ; - la Fig. 13 est une vue partielle en coupe méridienne d'une variante de garniture d'étanchéité suivant l'inventzon. Suivant l'exemple d'-exécution des Fig.1 et2, l'invention est appliquée à une garniture d'étanchéité constituée par une rondelle R d'axe XX à profil méridien en forme approximative de trapèze rectangle. La rondelle R est en matériau élastique, par exemple en caoutchouc naturel ou synthétique d'une dureté de l'ordre de 800 Shore, si elle est applicable à des tuyaux de fonte, et d'une dureté d'environ 500 Shore si elle est applicable à des tuyaux en fibresciment. Cette rondelle a un corps limité extérieurement par une surface cylindrique 1, intérieurement par une surface 2 sensiblement tronconique, convergeant vers l'axe XX, mais hérissée de saillies 3 en dents de scie à angles au sommet obtus pour des raisons de robustesse. Les saillies 3 sont par exemple au nombre de deux. Le corps de rondelle R est limité également par deux tranches d'extrémité radiales, l'une 4 formant "talon" du côté de la petite base du profil en trapèze rectangle, l'autre 5, formant "lèvres" du côté de la grande base dudit trapèze. Le corps 1 est évidé à partir de la tranche 5 par des alvéoles parallélépipédiques 6 borgnes mais profondes, à base ou section carrée, régulièrement espacées sur tout le pourtour circulaire de la rondelle R en ménageant entre elles des intervalles pleins 7. Conformément à l'invention, les alvéoles carrées 6 ont des arêtes ou génératrices 8 et 9 parallèles à l'axe XX et à la surface cylindrique extérieure 1, les unes 8 opposées en étant situées sur des rayons de la garniture (tracés en trait mixte à la Fig. 2), les autres 9 opposées en étant situées sur un cercle intermédiaire (tracé en trait mixte à la Fig. 2) de la tranche d'extrémité 5. Les arêtes 9 peuvent être situées sur tout cercle intermédiaire compris entre les pourtours circulaires externe 1 et interne 2 ou 3, que ce cercle soit à égale distance ou non desdits pourtours circulaires, sans changer l'esprit de l'invention. En d'autres termes, la disposition des arêtes 8 et 9 opposées deux à deux est telle que les sections carrées des alvéoles 6 ont leur diagonale, d'une part, suivant des rayons de la tranche d'extrémité 5 et, d'autre part, suivont un cercle intermédiaire compris entre les périmètres externe et interne de la tranche d'extrémité 5. Cette disposition est originale et inattendue par rapport à celle connue et venant immédiatement à l'esprit de l'homme de l'art, ou les alvéoles carrées sont conçues de manière à ménager des épaisseurs de matière constante sur les périphéries externe et interne de la rondelle, les cotés opposés des sections carrées étant respectivement à peu près concentriques aux périphéries interne et externe et à peu près radiaux. De plus, la profondeur des alvéoles 6 est telle que les évidements ménagent avec la tranche d'extrémité 4 coté talon une épaisseur de matière quelque peu supérieure à celle qui est ménagée avec la surface cylindrique extérieure 1. Ainsi des alvéoles 6 en débouchant sur la tranche 5 à ivres ménagent-elles avec les surfaces périphériques externe 1 et interne 2 des sortes de lèvres annulaires (d'où le nom de tranche 5 à lèvres) conférant à la rondelle R une plus grande souplesse qu'une rondelle pleine en même matériau, et lui permettant de fonctionner en joint automatique dit "à lèves Suivant l'exemple des Fig. 3 et 4, cette rondelle R est destinée à assurer l'étanchéité entre deux éléments de conduite, par exemple, en fibres-ciment. L'un de ces élé- ments est le bout mole cylindrique et uni 10 d'un tube T1 chanfreiné en 11 sur la tranche d'extrémité et l'autre élément est un manchon 12. Le manchon 12, cylindrique et uni extérieurement, est destiné à recevoir intérieurement pour les raccorder deux tubes T1 et T2, A cet effet, sa cavité cylindrique intérieure 13 a un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur du bout maie des tubes T1 et T2. Au voisinage de chacune de ses extrémités, le manchon 12 comporte une gorge de logement 14 d'une garniture d'étanchéité R à profil méridien rectangulaire suivie, en direction du milieu du manchon, d'un évidement de dégagement 15. Au milieu, le manchon 12 comporte intérieurement une gorge circulaire étroite 16 de logement d'une bague mince 17 de butée des tranches d'extrémité des tubes T1 et T2. La bague 17 est en matériau élastique, par exemple en caoutchouc, de dureté éventuellement plus élevée que la rondelle R, ou bien en matière plastique telle que le chlorure de polyvinyle rigide ou PVC. La bague 17 est fendue, c'est-à-dire ouverte, donc douée d'une certaine élasticité pour son introduction dans la gorge 16. En variante, la gorge 16 et la bogue mince 17 pourraient être remplacées par une butée médiane venant de ma tière avec le manchon 12. Assemblage étanche entre les éléments tubulaires (Fig. 3 et 4) A l'aide de deux rondelles d'étanchéité R, on confectionne de la manière suivante un assemblage étanche entre deux tubes Tî et T2 et un manchon 12 muni d'une butée 17 Pour assurer l'étanchéité, chaque rondelle R est dimensionnée de la manière suivante Le diamètre maximum a de sa surface interne tronconique 2 est supérieur au diamètre extérieur du bout mâle 10 de chaque tube T1-T2, cependant que le diamètre minimum b de la surface interne tronconique, au droit de la tranche d'extrémitê à livres 5, est sensiblement inférieur au diamètre extérieur du bout mâle 10. La longueur axiale de chaque rondelle R est inférieure à la longueur axiale de chaque gorge 14 dans le manchon 12. Mais le diamètre interne de chaque gorge 14 et le diamètre externe de la surface cylindrique externe 1 de chaque rondelle R sont égaux. Une rondelle R est mise en place dans chacune des gorges 14, avec sa tranche talon 4 disposée face à l'extrémité du manchon 12. Le bout mâle 10 du tube T1 est aligné coaxiaiement avec le manchon 12 et introduit à l'intérieur de celui-ci. il franchit la rondelle R en la comprimant radialement et est poussé axialement jusqu'à ce qu'il bute contre la bague de butée médiane 17 (Fig. 4). On procède de même pour le tube T2. Si l'on examine la compression radiale de chaque rondelle R entre le manchon 12 et le bout mâle 10 d'un tube T1 ou T2 (Fig. 8), on constate qu'elle est uniforme sur tout le pourtour circulaire et que par conséquent la rondelle R est appliquée avec serrage uniforme de manière étanche sur tout le pourtour du bout mâle 10 et du manchon 12. Cette uniformité de compression radiale de la rondelle R peut s'expliquer ainsi : Les alvéoles carrées 6 sont disposées conformément à l'invention avec deux arêtes opposées situées sur des rayons et deux autres arêtes opposées 9 situées sur un cercle moyen (en traits mixtes sur la Fig. 8). Il s'ensuit que, même lorsque la section carrée de chaque alvéole 6 est déformée en losange (Fig. 8), les alvéoles 6 ménagent sur la tranche d'extrémité à lèvres 5 et dans tout le corps de la rondelle R une section pleine de caoutchouc à peine diminuée entre les alvéoles 6 et les surfaces périphériques 1 et 2-3 par rapport à la section qu'aurait une rondelle d'étanchéité non alvéolée, et ceci tout en allégeant notablement la rondelle et en augmentant notablement sa souplesse. Cette propriété avantageuse de compressibilité radiale uniforme de la rondelle R alvéolée est vérifiée à l'aide d'un dispositif expérimental de mesure illustré à la Fig. 11 : sur une surface dure S, on applique une bande de caoutchouc 18 ayant la même dureté et les mêmes alvéoles 6 que la rondelle R, c'est-à-dire constituant en fait un développement à plat de la rondelle R supposée coupée radialement, et, sur le bord de cette bande 18 opposée à la surface d'appui S, on applique le pointeau 19 d'un comparateur 20 porté par un support articulé 21 et soumis à l'action d'un poids P qui tend à l'enfoncer dans la bande 18 de caoutchouc. En faisant défiler la bande 18 par glissement sur la surface S, on constate que l'enfoncement mesuré du pointeau 19 varie peu au passage de chaque alvéole 6. Tout au plus augmente-t-il légèrement par rapport au passage au droit de chaque intervalle entre deux alvéoles 6 consécutives. A titre comparatif,(Fig. 9 et 10), si l'on évide une ron delle R1 d'étanchéité par des alvéoles carrées 22 de type connu à côtés opposés concentriques aux surfaces périphériques 1 et 2-3 et à côtés opposés disposés suivant des rayons, la compression radiale de la rondelle Ri est variable : elle diminue au droit de chaque alvéole 22 déformée en rectangle curviligne du fait que la section de caoutchouc est nettement plus faible. Dans ces conditions, au droit de chaque alvéole 22 de type connu, la rondelle R1 n'est pas appliquée sur les parois du bout mâle 10 et du manchon 12 alors qu'au droit de chaque intervalle 7 entre deux alvéoles 22 consécutives, la rondelle R1 est bien appliquée sur les éléments tubulaires 10 et 12. Ceci se mesure (Fig. 12) à l'aide du dispositif comparateur de la Fig. 11 en procédant de la meme manière que cidessus : on voit, lors du défilement d'une bande de caout- chouc provenant du développement à plat de la rondelle R1 sous le pointeau 19 du comparateur 20 chargé d'un poids P des baisses sensibles du pointeau 19 (beaucoup plus importantes que dans l'exemple précédent suivant l'invention) à chaque passage au droit d'une alvéole 22. Cette propriété d'uniformité de compressibilité de la rondelle d'étanchéité R alvéolée suivant l'invention répond avantageusement au problème posé de faire étanchéité même sur des surfaces rugueuses ou inégales ou sur des parois de tubes légèrement ovalisés ou présentant des tolérances dimensionnelles importantes sur le diamètre extérieur du bout mâle 10. En variante (Fig. 5 et 6), l'invention s'applique à des éléments tubulaires en fonte : bout maie 23 et emboîtement 24 (représenté en trait interrompu) ou encore en matière plastique telle que le chlorure de polyvinyle rigide avec manchon 25 ou embottement formé comme connu en soi (représenté en trait plein). L'invention s'applique également à des tuyaux en béton, en grès ou autre matériau. En variante (Fig. 13), la surface interne tronconique 2 d'une rondelle R2 alvéolée suivant l'invention est lisse et dépourvue de saillies en dents de scie. Bien entendu, l'invention s'applique encore au cas ou la rondelle R serait pourvue de saillies 3 à are tes vives, c1est-à-dire à angle au sommet aigu. REVENDICATIONS 1. Garniture d'étanchéité élastique du type à lèvre interne et à lèvre externe annulaires formant une section méridienne en forme approximative de trapèze rectangle, et à alvéoles quadrangulaires entre les lèvres annulaires interne et externe, cette garniture d'étanchéité annulaire étant caractérisée en ce que les alvéoles (6) de forme carrée ont des diagonales joignant deux sommets opposés (8) qui sont disposées suivant les rayons de la garniture d'étanchéité. 2.- Garniture d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les autres diagonales sont disposées suivant un cercle intermédiaire entre les pourtours circulaires externe et interne des lèvres. 3.- Garniture ou rondelle d'étanchéité suivant la revendication 1 caractérisée en ce que les alvéoles carrées (6j ont des arêtes ou génératrices (8) et (9) parallèles à i'#xe et à la surface cylindrique extérieure (1). 4.- Garniture d'étanchéité suivant les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les alvéoles carrées (6) ménagent entre elles des intervalles pleins (7) de largeur minimale se présentant sur un cercle intermédiaire joignant deux arêtes (9) proches de deux alvéoles consécutives et s'élargissant symétriquement vers la surface cylindrique externe (1) et vers la surface tronconique interne (2) de la garniture. 5.- Garniture ou rondelle d'étanchéité alvéolée suivont la revendication 1 caractérisée en ce que la profondeur des alvéoles (6)est telle que leurs évidements ménagent avec la tranche d'extrémité !4) de la rondelle constituant la petite base du profil méridien en trapèze rectangle une épaisseur de matière quelque peu supérieure à celle qui est ménagée avec la surface cylindrique extérieure (1).