Brevet FR2598773A1 — publié le 19871120

BAGUE D'ETANCHEITE POUR TUYAUX A EMBOITEMENT La présente invention concerne une bague d'étanchéité pour tuyaux emboitables et elle vise, plus particulièrement, les bagues d'étanchéité mises en oeuvre pour assurer l'étanchéité d'emboîtement de tuyaux comportant, à cet effet, un about collet et un about mâle destinés à coopérer. Le domaine technique visé est, plus spécialement, celui des tuyaux en béton armé ou non, destinés à la réalisation de# réseaux d'écoulement en fouille pour la circulation d'eaux usées domestiques ou industrielles ou d'eaux pluviales. Un impératif majeur devant être respecté lors de la construction de tels réseaux en fouille réside dans l'étanchéité entre les abouts des tuyaux emboîtés. En effet, il faut que les aboutements des tuyaux soient bien étanches pour éviter, soit la pollution du terrain environnant, dans le cas de circulation d'eaux fortement polluées, soit encore l'introduction d'eau en provenance du milieu ambiant et dont la proportion supplémentaire serait de nature à perturber le fonctionnement de stations d'épuration ou de traitement initialement conçues pour absorber un volume donné à l'unité de temps. Dans le but ci-dessus, on a donc proposé de réaliser les tuyaux pour leur faire comporter à chaque extrémité un about femelle en forme de collet et un about mâle de diamètre extérieur inférieur à celui intérieur de l'about collet, Les surfaces périphérlques, intérieure et extérieure, de ces abouts sont conformées de manière à permettre le montage intermédiaire d'une bague d'étanchéité généralement conçue pour assumer deux fonctions propres. La premiére est le centrage des deux abouts aprés introduction et la seconde est la réalisation d'une étanchéité périphérique aprés mise à joint. Une troisième fonction, généralement dévolue, est celle de faciliter la pénétration de l'about mâle dans l'about collet, de façon à permettre la mise à joint convenable jusque dans la position d'introduction maximale définissant un état de centrage étanche de l'about mâle à l'intérieur de l'about collet. On a proposé, initialement, d'utiliser une bague de joint en forme d'élément torique, placée initialement dans une gorge délimitée dans l'about mâle ou l'about femelle. On conçoit qu'un tel joint n'offre pas une capacité de déformation élastique suffisante pour répondre au premier impératif de centrage. Par suite, la mise en oeuvre d'un tel joint implique, obligatoirement, une réalisation précise des portées cylindriques devant se faire face. Dans le cas particulier de réalisation en béton, une tel Le exigence devient prohibitive à cause des moyens techniques devant être mis en oeuvre. Pour supprimer cet inconvénient, on a proposé d'utiliser des bagues de joint comportant une partie étudiée pour conférer une facilité d'introduction relative des abouts et pour établir une étanchéité convenable et une partie locale apte à supporter les contraintes radiales transmises par le milieu environnant, afin de maintenir un centrage entre les tuyaux. De telles bagues d'étanchéité nécessitent un soin tout particulier de la part du personnel chargé d'assurer l'assemblage des tuyaux sur chantier. En effet, il est nécessaire de maintenir les abouts dans un état de propreté parfait et de placer chaque bague correctement, dans le sens choisi, de façon à permettre l'opération de mise à joint dans des conditions convenables et à obtenir un centrage étanche des tuyaux assemblés. On a constaté que cette opération est, généralement, délicate à mener compte tenu de la masse des tuyaux devant être déplacés relativement et implique une main d'oeuvre particulièrement qualifiée qui n'est pas toujours réunie sur chantier. Par ailleurs, un nombre assez important de bagues d'étanchéité de conformations différentes est disponible sur le marché, de sorte que le choix ou l'utilisation de ces bagues doit tenir compte de leur compatibilité naturelle avec les tuyaux réalisés. Pour tenter de supprimer ces différents inconvénients, certains fabricants ont envisagé d'incorporer immédiatement une bague d'étanchéité dans l'about femelle ou collet, de façon à éviter les aléas de pose et faciliter le travail du personnel sur chantier. A cette fin, certaines propositions ont envisagé de délimiter un logement dans la paroi périphérique' interne de l'about collet, afin d'y maintenir, sous contrainte, une bague d'étanchéité de conformation appropriée complémentaire. En pratique, on a constaté que cette technique possédait trois inconvénients majeurs. Le premier est celui de l'obligation pour le fabricant d'acheter des bagues d'étanchéité, même pour Les tuyaux réalisés dans un programme de fabrication à l'avance et destinés à être stockés sur parc pendant une durée parfois indéterminée. Cette obligation pénalise lourdement le fabricant. Le second réside dans le fait qu'une bague d'étanchéité, même placée sous contrainte à l'intérieur d'un logement d'un about femelle, subit, avec le temps, un relâchement non négligeable de la contrainte qui lui est imposée. Il est fréquent de constater que de telles bagues n'occupent plus convenablement le logement qui leur est réservé après un temps de stockage relativement long ou sont, même, entièrement dégagées en posant alors un problème de remplacement aux équipes de pose sur chantier. Le troisième réside dans le fait qu'il devient nécessaire de disposer d'un équipement spécifique pour réaliser de tels logements prévus à l'avance. En particulier, il est nécessaire de consentir un investissement important pour l'achat de bagues de moulage devant être mises en place sur les formes de moulage et de durcissement de chaque tuyau. Comme dans certains cas l'utilisation de tuyaux de conformations ordinaires doit toujours être envisagée, cette obligation impose au fabricant de disposer de deux matériels de moulage venant alourdir notablement les frais de fonctionnement d'une unité de fabrication de tels tuyaux. On connait, par ailleurs, une autre proposition consistant à réaliser une bague d'étanchéité en lui faisant comporter une âme rigide indéformable, en forme de virole, noyée dans une masse de matière déformable élastiquement formant des moulures annulaires sur les faces périphériques extérieure et intérieure. Ces bagues d'étanchéité apportent, incontestablement, des avantages par rapport aux solutions antérieures connues, car la rigidité de l'âme permet la mise en place dans un about collet sans risque de déplacement intempestif. Ces bagues possèdent, cependant, un inconvénient tenant à L'obligation de les réaliser par moulage, afin d'obtenir un produit définitif de structure monolithe possédant une liaison résistante entre l'âme rigide et la matière déformable. L'obligation de réaliser de telles bagues par moulage ne permet pas de conférer des profils particuliers en section droite transversale aux moulures déformables élastiquement ou, dans d'autres cas, de réaliser l'enrobage complet de l'âme indéformable. Dans tous les cas donc, la bague ainsi conçue ne peut pas être exactement adaptée aux besoins et, notamment, présenter une faculté de compensation en rapport avec les tolérances de fabrication qui sont différentes entre un about mâle et un about femelle, compte tenu du procédé de fabrication d'un tuyau. On connait, par ailleurs, une autre forme de bague d'étanchéité conçue pour être montée sous contrainte dans le collet de L'about femelle. Pour éviter l'inconvénient de relâchement de la contrainte dans le temps, cette bague comporte, sur sa surface périphérique interne destinée à coopérer avec l'about mâle, deux moulures à section droite transversale prismatique de hauteurs radiales différentes assumant, respectivement, une fonction de centrage pour la moins haute et une fonction d'étanchéité pour la seconde. Une telle bague présente, par ailleurs, dans son épaisseur, deux logements annulaires s'ouvrant par des fentes dans La face périphérique interne et destinés à recevoir deux implants annulaires rigides formant âmes de contrainte.La réaction de ces âmes, contraintes lors du montage de la bague dans le collet, maintient ladite bague dans L'about sans risque de relâchement dans le temps. Une telle bague peut être considérée comme donnant entière satisfaction pour la résolution du problème posé. Cependant, cette bague n'est pas totalement satisfaisante, en raison de son coût élevé résultant, en premier lieu, de la nécessité de reprendre chaque bague manuellement après fabrication pour y insérer les deux implants. Le coût de cette bague est aussi grevé par les opérations de reprise délicates et le matériel nécessaire pour réaliser la solidarisation des extrémités coupées lorsque la bague est fabriquée à partir d'un segment de profilé obtenu par extrusion. Une telle solidarisation doit, en effet, tenir compte de l'existence des logements internes et des fentes réservés au montage des implants. La présente invention a pour objet de résoudre le problème de l'équipement préalable d'un tuyau avec une bague de joint qui est conçue de manière à supprimer l'inconvénient du relâchement de contrainte dans le temps et à éviter le risque corollaire également connu du roulage de la bague lors de la mise å joint. La bague selon l'invention est conçue pour être montée sans contrainte initiale, non pas dans l'about femelle, mais sur l'about mâle pour constituer un joint de type glissant exempt de tout risque de roulage sur lui-même lors de la pénétration relative des abouts complémentaires. La bague selon l'invention est conçue pour que les buts ci-dessus soient atteints au moyen d'une bague aisément fabricable et d'un faible prix de revient et qui peut être obtenue de façon presque automatique à partir d'un segment d'un profilé réalisé par extrusion ou, encore, indifféremment, par moulage. Un autre objet encore de l'invention est de proposer une nouvelle bague offrant de grandes facilités de montage mécanisé ou automatisé sur l'about mâle d'un tuyau. Pour atteindre les buts ci-dessus, la bague d'étanchéité conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend : - une face périphérique annulaire intérieure présentant, pour coopérer avec la portée cylindrique d'un about mâle sur lequel La bague est montée, un diamètre voisin du diamètre extérieur de l'about, - une face périphérique annulaire extérieure définie, pour coopérer avec la portée cylindrique d'un about femelle, par deux moulures à section droite transversale sensiblement prismatique, de hauteurs radiales différentes et inclinées en direction du bord transversal annulaire de la bague dit d'engagement sur la portée de l'about mâle, la moulure de plus grande hauteur étant raccordée à ce bord transversal, - une armature sensiblement inextensible incorporée et solidarisée sous la forme d'une frette interne à la masse de la bague correspondant à la moulure de plus faible hauteur et centrée sur l'axe de révolution de la bague. Diverses autres caractéristiques ressortent de La description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig 1 est une demi-coupe élévation des abouts complémentaires de deux tuyaux devant être emboîtés avec mise en place d'une bague d'étanchéité conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale d'une perspective partielle montrant, à plus grande échelle, la structure de l'objet de L'invention. La fig. 3 est une demi-coupe, analogue à la fig. 1, mais illustrant une autre position caractéristique. La fig. 4 est une coupe transversale, analogue à la fig 3, mais illustrant une autre position caractéristique. La bague d'étanchéité, désignée dans son ensemble par la référence 1, est prévue pour assurer le centrage et L'étanchéité entre les abouts mâle 2 et femelle 3 de deux tuyaux destinés å la construction de réseaux enterrés de circulation de produits liquides divers. Les tuyaux sont représentés, à titre d'exemple, sous la forme de produits réalisés en béton armé ou non. La bague d'étanchéité s'applique, toutefois, à tous tuyaux en toutes matières. De façon tratidionnelle, l'about mâle 2 comporte une rampe 4 de raccordement entre la face transversale d'extrémité 5 et la portée cylindrique extérieure 6 qui est raccordée au corps de tuyau par une rampe 7. L'about femelle ou collet 3 comporte une rampe 8 ménagée entre la face transversale 9 et une portée cylindrique intérieure 10. L'about 3 est conformé, intérieurement, pour comporter un rebord d'appui 11 prévu en saillie d'un épaulement de butée 12 constituant le fond de L'about 3. La bague d'étanchéité 1 est destinée à être interposée entre les portées cylindriques 6 et 10, emboîtées relativement. La bague 1, illustrée plus en détail à la fig. 2, est réalisée sous la forme d'un profilé en matière déformable élastiquement pouvant être obtenue par moulage ou, encore, par extrusion. Dans un tel cas, la bague 1 est constituée à partir d'un segment de profilé coupé à longueur convenable et dont les extrémités sont raboutées par tout moyen approprié, afin de former un anneau continu. Le profilé est conformé de manière à présenter une épaisseur radiale globale qui est, à l'état de repos, supérieure à la mesure radiale de l'intervalle I existant entre les abouts mâle 2 et femelle 3, placés concentriquement en emboîtement relatif. Le profilé constitutif de la bague 1 est réalisé de manière à comporter une face annulaire périphérique intérieure 13 présentant des nervures annulaires 14 qui peuvent être formées en saillie ou être le résultat de la présence de rainures 15, comme cela apparaît à la fig. 2. Les nervures 14 présentent, en section droite transverale, une forme asymétrique comprenant un côté 16 incliné pour faciliter l'engagement de la bague dans le sens de la flèche fl, sur l'about mâle 2. Le côté 16 est raccordé, directement ou par l'intermédiaire d'un sommet plan, à une face abrupte 17. La face 13 est reliée, par un chanfrein 18 au bord transversal 19 dit d'engagement de la bague sur l'about mâle 2.La face 13 définit une enveloppe cylindrique de diamètre égal, au jeu près, à celui de l'about mâle 2 et, de préférence, comporte les nervures 15 sur une partie de sa longueur axiale et à partir du bord transversal 20 opposé au bord d'engagement 19. Le profilé est réalisé de manière à comporter une face annulaire périphérique externe 21 présentant deux moulures 22 et 23 affectant, respectivement, en section droite transversale, une forme prismatique et une forme trapézoidale. Ces moulures sont orientées ou inclinées dans te sens facilitant l'engagement relatif de la bague à l'intérieur de l'about femelle 3. La première moulure 22 est raccordée par une rampe de glissement 24 au bord transversal 20. La rampe 24 se raccorde à un sommet annulaire 25 centré sur L'axe de révolution de la bague et lui-même relié par une face inclinée en contredépouille 26 à une gorge de flexion 27 séparant les deux moulures 22 et 23. La hauteur radiale de la moulure 22 est légèrement supérieure au diamètre interne de l'about femelle 3. La seconde moulure 23 possède une section de plus forte épaisseur que la première moulure 22 et s'étend sur une étendue radiale supérieure à cette dernière, comme cela est donné ci-avant en relation avec l'intervalle I. La moulure 23 possède un sommet annulaire 28 raccordé à la gorge 27 par une rampe 29. Le sommet 28 est, par ailleurs, raccordé par une face en contredépouille 30 à une face inclinée 31 aboutissant au bord transversal 19. La face inclinée 31, le bord-19 et le chanfrein 18 forment, ensemble, un talon de butée 32. La bague selon l'invention est réalisée pour comporter dans sa masse correspondant à la plus petite moulure, savoir 22, une armature 33 sensiblement inextensible qui est incorporée et solidarisée par adhérisation à la matière constitutive de la bague pour former, en quelque sorte, une frette interne. L'armature 33 peut être constituée par un simple fil ou par un anneau dont l'axe coincide avec l'axe de révolution de la bague ou dont le plan est perpendiculaire à cet axe. Dans tous les cas, l'armature est centrée sur cet axe. De préférence, l'armature est constituée par un fil, une mêche ou une tresse à base de fibres présentant l'avantage d'assurer une meilleure liaison entre l'armature et la matière de la bague. De préférence, l'armature est souple pour permettre une déformation par compression, notamment, de la matière de la bague.Il peut, toutefois, être aussi envisagé de réaliser cette armature sous la forme d'un anneau rigide dont le diamètre est alors choisi pour laisser subsister pour la moulure 22 une masse de matière suffisamment déformable lors de la mise à joint. Dans le cas de réalisation de la bague à partir d'un segment de profilé extrudé, l'opération de raboutage des extrémités est conduite de façon à réduire le plus possible-l'épaisseur de la matière d'apport, afin de limiter l'étendue angulaire de la solution de continuité existant entre les extrémités de l'armature. La mise en place de la bague d'étanchéité décrite ci-dessus s'effectue en l'engageant, par le bord transversal 19, sur l'about mâle 2 d'un tuyau. Cet engagement est facilité par l'amenée en contact du chanfrein 18 avec la rampe 4 et aussi par le fait que la face 13 possède un diamètre égal, au jeu près, à celui de la portée 6. L'engagement est effectué, comme illustré par la fig. 3, de manière que toute la face 13 soit enfilée sur la portée 6. De cette façon, les faces 17 des nervures 14 s'opposent à tout risque de glissement dans le sens de la flèche f2. L'engagement axial de la bague peut ainsi s'effectuer sans imposer une grande déformation et son glissement est facilité par la forme des nervures 14 et, notamment, la présence des côtés inclinés 16. Lors d'un emboîtement de deux tuyaux par engagement relatif des deux abouts à partir de la position selon la fig. 3, la rampe 8 prend contact avec la rampe de glissement 24 et sollicite en flexion la première moulure 22 qui tend à s'effacer en occupant la gorge 27 pour finalement prendre appui sur la rampe 29. La moulure 24 assume, dans cette phase, une fonction de centrage de L'about mâle 2 par rapport à l'about femelle 3. Une pénétration plus importante de l'about mâle 2 amène la rampe 8 en contact avec la rampe 29, ce qui a pour effet de solliciter en flexion la seconde moulure 23 qui flue dans l'angle rentrant défini par les faces 30 et 31. Après engagement complet, tel que représenté à la fig. 4, la moulure 23 assume une fonction de garniture d'étanchéité. La forme particulière et la structure de la bague sont choisies pour que, lors de l'engagement relatif des abouts, la bague ne puisse être soumise à un effet de roulage résultant de la contrainte exercée par la rampe 8 sur la rampe 24. Ceci est obtenu par la présence de L'armature 33 dont le caractère inextensible s'oppose à une tendance à l'expansion radiale selon une direction résultante découlant de la force d'engagement axial appliquée sur la rampe 24. Ainsi, la frette s'oppose-à la tendance connue des bagues d'un type analogue prenant appui, sur le chanfrein 18 ou bord 19 lors de l'engagement, pour rouler sur elle-même et progresser par rotations successives le long de la portée 6 au fur et à mesure de l'engagement relatif. La présence de la frette interne s'opposant à un tel roulage permet, au contraire, de solliciter la bague en glissement progressif jusqu'au moment où le talon 32 prend appui contre la rampe 7 dans une position d'engagement relatif maximal, comme illustré par La fig. 4. Il peut être avantageux d'utiliser la gorge 27, normalement réservée au fluage de la matière constitutive de la moulure 22 pour inclure à la bague une réserve de produit lubrifiant sous forme de pâte ou analogue. Ainsi, lors de l'engagement des abouts, la déformation imposée à la première moulure 22 refoule la matière lubrifiante qui vient se déposer le long de la rampe 29 pour favoriser le glissement entre cette dernière et la portée cylindrique 10 de l'about 3. REVENDICATIONS 1 - Bague d'étanchéité pour tuyaux à embo#tement, du type formée par un profilé en matière déformable élastiquement, d'épaisseur globale supérieure à l'intervalle (I) annulaire entre les abouts complémentaires, mâle (2) et femelle (3), de deux tuyaux emboités, caractérisée en ce qu'elle comprend - une face périphérique annulaire intérieure (13) présentant, pour coopérer avec la portée cylindrique (6) d'un about mâle (2) sur lequel la bague est montée, un diamètre voisin du diamètre extérieur de l'about, - une face périphérique annulaire extérieure (21) définie, pour coopérer avec la portée cylindrique (10) d'un about femelle (3), par deux moulures (22, 23) à section droite transversale sensiblement prismatique, de hauteurs radiales différentes et inclinées en direction du bord transversal annulaire (19) de la bague dit d'engagement sur la portée de l'about mâle, la moulure de plus grande hauteur étant raccordée à ce bord transversal, - une armature (33) sensiblement inextensible incorporée et solidarisée sous la forme d'une frette interne à la masse de la bague correspondant à la moulure de plus faible hauteur et centrée sur l'axe de révolution de la bague. 2 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la frette interne est constituée par un élément souple. 3 - Bague d'étanchéité selon la revendication t ou 2, caractérisée en ce que la face périphérique annulaire intérieure (13) présente, à partir du bord transversal (20) de la bague raccordé à la moulure (22) de plus faible hauteur et sur une partie de sa surface, des nervures annulaires (14) d'ancrage sur la portée cylindrique de l'about mâle. 4 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la moulure (23) de plus grande hauteur possède une face (30) en contredépouille raccordée, par une face (31) inclinée de façon descendante, au bord transversal (19) dit d'engagement, pour délimiter à partir de ce dernier un talon de butée (32). 5 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux moulures (22, 23) sont séparées par une gorge de flexion (27). 6 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'armature est constituée par une mêche ou analogue de fibres. 7 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'armature est constituée par une tresse plate annulaire dont L'axe de révolution coincide avec l'axe de révolution de la bague. 8 - Bague d'étanchéité selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que l'armature est constituée par une tresse plate dont le plan est perpendiculaire à l'axe de la bague.