Brevet FR2656019A1 — publié le 19910621

L'invention concerne une conduite à écoulement libre, notamment pour eaux usées, constituée par une multi- plicité de tubes et de structures internes, disposés en série, les tubes possédant une section transversale inté- rieure conditionnée par la fabrication avec une demi-sec- tion transversale supérieure, une demi-section transversale inférieure et des éléments de base situés dans la demi-sec- tion transversale inférieure du tube De telles conduites à écoulement libre sont utilisées notamment pour former des canalisations La section transversale intérieure du tube est quelconque Dans la pratique on connaît des conduites à écoulement libre possédant notamment un profil circulaire, un profil ovale ou un profil en forme de bouche Un pied peut être monté extérieurement au niveau de l'élément infé- rieur du tube Les tubes d'une telle conduite à écoulement libre sont réalisés en béton, en matière plastique, en grès ou au moyen de matériaux métalliques. Dans les conduites à écoulement libre connues, dont part l'invention, les structures internes sont des ha- billages, qui s'appliquent contre la paroi intérieure des tubes et sont reliés également à ces derniers et ne repré- sentent par conséquent pas des composants indépendants du point de vue statique et/ou autoportants Ils sont utilisés pour effectuer des réparations (brevet allemand 34 14 764), agissent en tant qu'enveloppe protectrice ou forment des conduites de drainage pour l'évacuation d'eaux souterraines (brevet allemand 27 10 429) Par conséquent, dans les conduites à écoulement libre connues, la section trans- versale intérieure du tube détermine, en dépit des struc- tures internes, le canal d'écoulement et par conséquent, en-dehors d'effets de surface, l'hydrodynamique des conduites à écoulement libre Des espaces auxiliaires, qui sont séparés du canal d'écoulement et ne pourraient être utilisés dans d'autres buts, et pas pour la circulation de l'eau, ne sont pas prévus et ne peuvent également pas être formés au moyen des structures internes Dans les tubes prédéterminés, par exemple dans le cas de tubes en béton possédant une section transversale intérieure circu- laire, le canal d'écoulement ne peut pas être adapté, au moyen des structures internes, à différentes conditions hy- drodynamiques Dans une certaine mesure, il faudrait fabri- quer d'une manière complexe et constituer un stock de ré- serve de tubes possédant des sections transversales diffé- rentes. L'invention a pour but de créer une conduite à écoulement libre, qui possède des espaces auxiliaires sépa- rés du canal d'écoulement Les espaces auxiliaires eux- mêmes doivent pouvoir être formés et utilisés dans les buts les plus divers. Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que les structures internes sont réalisées sous la forme d'éléments de coque délimitant un canal d'écoulement et qui enserrent une section transversale de forme parabolique du canal d'écoulement, que les éléments de coque sont d'une part supportés par le sommet de la sec- tion transversale de forme parabolique du canal d'écoulement, au niveau de l'élément de base du tube, dans la section transversale intérieure de ce dernier, sur un support et sont d'autre part fixés par les bords supérieurs des branches de la section transversale du canal, dans la demi-section transversale supérieure du tube, au tube asso- cié, et que des espaces auxiliaires sont formés par les éléments de coque dans la zone située entre le support in- férieur et la fixation supérieure, en direction de la paroi intérieure du tube. Selon une forme de réalisation préférée de l'in- vention, les éléments de coque ainsi que la section trans- versale de forme parabolique du canal d'écoulement sont op- timisés du point de vue hydrodynamique L'expression "élé- ment de coque" désigne des composants indépendants et auto- portants au sens de la statique, qui peuvent cependant éga- lement posséder une certaine épaisseur à la manière d'une plaque L'expression "de forme parabolique" sert à exprimer le fait que la section transversale du canal d'écoulement ne doit pas correspondre à une parabole au sens mathéma- tique strict Cette expression inclut par exemple également une section transversale en forme de U, notamment une sec- tion transversale de ce type comportant des branches recti- lignes évasées La zone du sommet peut être également réa- lisée avec une forme d'arc de cercle ou posséder un élément de section transversale de forme coudée Dans le cas de la conduite à écoulement libre conforme à l'invention, on peut travailler avec des tubes usuels de canalisations Cepen- dant ces tubes ne déterminent ni par leur section transver- sale, ni par leur surface, les conditions hydrodynamiques. Au contraire, l'hydrodynamique est réglée, pour ce qui concerne les conditions limites, c'est-à-dire la section transversale et la surface, par les éléments de coque Na- turellement, ceci est valable dans le cas de l'installation d'une conduite à écoulement libre correspondante Cepen- dant, ceci peut être également obtenu au moyen de l'incorporation ultérieure d'éléments de coque ou du rem- placement d'éléments de coque En particulier, on peut ré- gler une section transversale du canal d'écoulement, étroite par rapport à la section transversale du tube, en utilisant des éléments de coque lorsque, pour une pente prédéterminée, il importe d'avoir un écoulement quantitatif présentant une énergie élevée d'écoulement, parce que des eaux usées particulières ou un volume particulier d'eaux usées requiert cette disposition, afin qu'il ne se forme par exemple aucun dépôt Dans une certaine mesure, on peut également prévoir un réglage conforme à l'invention permet- tant l'adaptation à des conditions particulières de fonc- tionnement. De façon détaillée, il existe plusieurs possibi- lités de variantes d'agencement et de réalisation dans le cadre de l'invention Une forme de réalisation préférée de l'invention est caractérisée par le fait que les éléments de coque sont réalisés d'un seul tenant avec une section transversale de forme parabolique délimitant le canal d'écoulement et fermée au niveau de son sommet Dans ce cas, il est possible d'agencer le dispositif de manière que les éléments de coque soient serrés, dans la zone de la demi-section transversale supérieure du tube, par une contrainte de flexion qui résulte d'un écartement positif ou négatif des branches, délimitant la section transversale du canal, de ces éléments On parle d'écartement positif lorsque la distance entre les bords supérieurs des branches, qui délimitent la section transversale du canal, et la position initiale non déformée augmente, alors qu'on parle d'écartement négatif lorsqu'on réduit cette distance. Dans tous les cas, on peut obtenir de cette manière des contraintes qui bloquent les éléments de coque dans le tube associé Par ailleurs, il est également possible d'agencer les éléments de coque sous la forme de deux éléments, c'est-à-dire de deux demi-coques, au sens de la statique, avec une articulation au niveau de leurs sommets. Dans une conduite à écoulement libre conforme à l'invention, les espaces auxiliaires sont formés tout d'abord pour des questions de conception hydrodynamique du canal d'écoulement, qui peut être adaptée aux conditions particulières, qui sont essentielles pour une conduite à écoulement libre prédéterminée Mais les espaces auxi- liaires assurent en général des fonctions supplémentaires et sont utilisés pour satisfaire à des objectifs supplémen- taires A cet égard, une forme de réalisation préférée de l'invention est caractérisée par le fait que les espaces intercalaires sont agencés sous la forme de canaux de pas- sage de lignes et/ou de canaux de passage de câbles et/ou de canaux dans lesquels on peut marcher et sont équipés de dispositif S auxiliaires correspondants Les espaces auxi- liaires peuvent être utilisés également pour collecter, évacuer et contrôler des eaux usées s'échappant par des dé- f auts d'étanchéité présents dans l'habillage de l'élément de base du tube, ou, dans le cas d'une étanchéité corres- pondante par exemple au niveau d'une colonne montante, pour établir une pression d'eau extérieure et par conséquent em- pêcher des sorties d'eaux usées, ainsi que pour contrôler l'étanchéité de l'habillage de l'élément de base du tube A cet égard, on peut également travailler avec des liquides de contrôle particuliers La forme de réalisation compre- nant des espaces auxiliaires réalisés sous la forme de ca- naux de passage de lignes ou de canaux de passage de câbles, est par conséquent particulièrement importante étant donné que par exemple en zone urbaine, il existe un besoin important en canaux supplémentaires de passage de lignes, de câbles, etc on les met en place pour ainsi dire simultanément lors de l'installation d'une conduite à écou- lement libre conforme à l'invention. Les conditions du point de vue de la section transversale et les degrés de liberté du point de vue conception sont particulièrement avantageux lorsque, selon une forme de réalisation appropriée de l'invention, la sec- tion transversale intérieure du tube possède une forme cir- culaire. De même, il existe, dans le cadre de l'invention, plusieurs possibilités du point de vue du matériau utilisé. Ainsi, une forme de réalisation préférée de l'invention est caractérisée par le fait que les éléments de coque sont réalisés en verre, de préférence un verre de sécurité et notamment un verre de sécurité précontraint Il est évident que, dans le cas de l'utilisation d'éléments de coque en verre, on prend en compte les règles usuelles dans le cas de constructions en verre Ainsi, il peut être approprié de disposer des éléments de cadre ou des barrettes réceptrices au moins dans la zone du bord supérieur des branches déli- mitant la section transversale Cependant, les éléments de coque peuvent être également réalisés en une matière plas- tique, de préférence une matière plastique armée de fibres. Une autre proposition de l'invention consiste à réaliser les éléments de coque en tôle, de préférence une tôle d'acier, y compris une tôle d'acier austénitique De même, on peut utiliser des combinaisons de ces matériaux Il est en principe recommandé de choisir les matériaux pour les éléments de coque de manière que ces derniers possèdent une surface aussi lisse que possible, au moins en direction du canal d'écoulement Il va de soi que les éléments de coque peuvent être également disposés de manière à pouvoir être échangés. Dans la conduite à écoulement libre conforme à l'invention, les éléments de coque sont intégrés dans la section transversale du tube, en tenant compte des règles de base indiquées Pour réaliser de façon simple une inté- gration et un montage correspondants, on a prévu conformé- ment à l'invention que la section transversale intérieure du tube comporte des dispositifs moulés de fixation et/ou des dispositifs moulés de serrage pour les bords supérieurs des branches, qui délimitent la section transversale du ca- nal, des éléments de coque Mais il est également possible d'équiper la section transversale intérieure du tube, de dispositifs encastrés de fixation et/ou de dispositifs en- castrés d'ancrage pour les bords supérieurs des branches délimitant la section transversale du canal De façon cor- respondante, la section transversale intérieure du tube peut comporter des supports moulés pour les sommets des éléments de coque, ou des supports encastrés correspon- dants Il entre dans le cadre de l'invention de raccorder aux bords des branches de la section transversale du canal, au niveau de la demisection transversale supérieure du tube, une plaque d'habillage s'appliquant contre la paroi intérieure du tube, pour ainsi dire en tant que plafond ou toit du canal d'écoulement De même cette plaque d'habillage peut être réalisée avec les matériaux indiqués. Il va de soi que, dans une conduite à écoulement libre conforme à l'invention, les éléments de coque doivent se raccorder entre eux dans la direction longitudinale de la conduite Ceci peut être réalisé au moyen de joints d'aboutement, qui sont étanchéifiés, mais également avec des éléments en forme de manchons installés sur les élé- ments de coque et moyennant un chevauchement correspondant lors du montage. Les avantages obtenus doivent être vus dans le fait que, dans le cas d'une conduite à écoulement libre conforme à l'invention, on travaille avec des tubes usuels, notamment avec des tubes usuels de canalisations Grâce à l'utilisation d'éléments de coque insérés conformément à l'invention, on peut obtenir, sans difficultés, une optimi- sation hydrodynamique très étendue et créer en outre les conditions nécessaires pour l'utilisation d'espaces libres obtenus sous l'effet du montage des éléments de coque, dans d'autres buts Malgré la formation de tels espaces libres, on peut régler des conditions hydrodynamiques pour qu'il ne se produise aucune sorte de perturbation en rapport avec les écoulements quantitatifs que doit permettre la conduite à écoulement libre Ce qui est particulièrement avantageux, c'est qu'on peut modifier aisément l'équipement de conduites à écoulement libre déjà installées et formées par des tubes usuels de canalisations pour former des conduites à écoulement libre conformes à l'invention et qu'on peut également, de ce fait, les assainir. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une coupe transversale d'une conduite à écoulement libre conforme à l'invention; la figure 2 représente une partie d'une autre forme de réalisation de la figure 1; et les figures 3 à 5 montrent d'autres formes de réalisation de l'objet de la figure 1. Les conduites à écoulement libre représentées en coupe transversale sur les figures peuvent être destinées notamment à l'écoulement d'eaux usées Dans la direction longitudinale, chaque conduite à écoulement libre est for- mée par une multiplicité de tubes 1 disposés en série Il s'agit de tubes 1 de diamètre important, dans lesquels on peut normalement marcher Les tubes 1 possèdent une section transversale intérieure conditionnée par la fabrication et possédant une demi-section transversale supérieure, située au-dessus de la ligne 2, une demi-section transversale in- férieure située au-dessous de la ligne 2 et un élément in- férieur 3 situé dans la partie de la demi-section transver- sale inférieure du tube Ces détails fournissent une indi- cation concernant la conduite à écoulement libre installée. En ce qui concerne la technique de fabrication, on peut établir une différenciation correspondante, mais ceci n'est pas nécessaire. Les conduites à écoulement libre représentées possèdent des structures internes réalisées sous la forme d'éléments de coque 4 formant un canal d'écoulement Les éléments de coque 4 délimitent une section transversale 5 de forme parabolique du canal d'écoulement L'expression "élément de coque" 4 indique qu'il s'agit ainsi de compo- sants indépendants et autoportants au sens de la statique. On voit sur toutes les figures que les éléments de coque 4 sont d'une part supportés par le sommet 6 de leur section transversale 5 de forme parabolique du canal d'écoulement, par un support 7 au niveau de l'élément inférieur 3 du tube, dans la section transversale intérieure de ce der- nier etd'autre part, sont fixés par les bords supérieurs 8 des branches 9, qui délimitent la section transversale du canal, dans la demi-section transversale supérieure du tube, sur le tube associé 1, à l'aide d'un dispositif de fixation 10 Il est évident qu'ici également on prévoit une étanchéité, et ce par exemple de manière que différentes pressions puissent être maintenues dans les différents ca- naux La disposition et l'agencement sont en outre conçus de telle sorte que des espaces auxiliaires 11 sont formés par les éléments de coque 4 dans la zone comprise entre le support inférieur 7 et le dispositif supérieur de fixation 10, en direction de la paroi intérieure du tube Les élé- ments de coque 4 ainsi que la section transversale 5 de forme parabolique du canal d'écoulement peuvent être op- timisés du point de vue hydrodynamique et à cet égard on se référera également à une comparaison des figures 2 à 4. Dans l'exemple de réalisation et conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, les élé- ments de coque 4 sont réalisés d'un seul tenant avec une section transversale du canal d'écoulement de forme parabo- lique, fermée au niveau du sommet 6 Les éléments de coque 4 peuvent être serrés, dans la zone de la demi-section transversale supérieure du tube, avec une contrainte de flexion résultant d'un écartement positif ou négatif des branches 9 délimitant la section transversale du canal De telles conditions sont obtenues par exemple sur les figures 2 à 4 Mais il est également possible de réaliser les élé- ments de coque 4, au sens de la statique, avec deux élé- ments, c'est-à-dire deux demi-coques 4 a,4 b, qui comportent une articulation 12 au niveau du sommet, comme le montre la partie de la figure 2 L'articulation 12 située au niveau du sommet est établie par le fait qu'au point le plus bas du sommet 6, les demi-coques 4 a,4 b sont appliquées l'une contre l'autre et ce moyennant le montage intercalé d'un profilé 13 usuel dans la construction en verre et pouvant se déformer élastiquement. Sur la figure 1,on a indiqué que les espaces auxi- hlaires Il sont agencés sous la faorme de canaux de passage de lignes et/ou de canaux de passage de câbles et/ou sous la forme de canaux dans lesquels on peut marcher Ils sont équipés de dispositifs auxiliaires correspondants Sur la figure 1, on reconnaît des composants 14, qui d'une part s'appliquent contre la paroi intérieure du tube et forment pour ainsi dire des surfaces en forme de plateformes 15 sur lesquelles on peut marcher Si les éléments de coque 4 sont réalisés en verre, la section transversale 5 du canal d'écoulement reste entièrement visible lorsqu'on marche dans la conduite. Dans l'exemple de réalisation et conformément à une forme de réalisation préférée de l'invention, la sec- tion transversale intérieure du tube est réalisée avec une forme circulaire étant donné qu'on peut, de cette manière, effectuer des réglages particulièrement appropriés des conditions concernant les surfaces en coupe transversale. Comme cela a déjà été mentionné, les éléments de coque 4 peuvent être réalisés en verre, mais on peut également les réaliser en matière plastique ou en tôle. Sur les figures 3 à 5, on voit que la section transversale intérieure du tube comporte des dispositifs de fixation 10 et/ou des dispositifs de serrage pour les bords supérieurs 8 des branches 9 de la section transversale du canal Dans la forme de réalisation de la figure 3, ces dispositifs sont formés par moulage Dans la forme de réa- lisation des figures 4 et 5, l'agencement est tel que la section transversale intérieure du tube possède des dispo- sitifs de fixation 10 et/ou des dispositifs de serrage pour les bords supérieurs 8 des branches 9, qui délimitent la section transversale du canal, des éléments de coque 4. Sur la figure 1, on a représenté, dans le compo- sant inséré 14, qui possède également les plateformes 15 sur lesquelles on peut marcher, un support moulé 7 destiné à supporter les sommets 6 des éléments de coque 4 Ce sup- il port pourrait être également formé par moulage dans la sec- tion transversale intérieure du tube De tels supports peu- vent cependant être également montés en outre dans les tubes 1 Sur la figure 1 on voit, dans la demi-section transversale supérieure du tube, une plaque d'habillage 16, qui est raccordée aux bords 8 des branches 9, qui délimi- tent la section transversale du canal, s'applique contre la paroi intérieure du tube et forme pour ainsi dire un toit ou un habillage de plafond On reconnaît en outre ici, dans les dispositifs de fixation 10, des composants du type usuel dans la construction en verre. REVENDI CATIONS 1 Conduite à écoulement libre, notamment pour eaux usées, constituée par une multiplicité de tubes et de structures internes, disposées en série, les tubes possé- dant une section transversale intérieure conditionnée par la fabrication avec une demi-section transversale supé- rieure, une demi-section transversale inférieure et des éléments de base situés dans la demi-section transversale inférieure du tube, caractérisée en ce que les structures internes sont réalisées sous la forme d'éléments de coque ( 4) délimitant un canal d'écoulement et qui enserrent une section transversale de forme parabolique ( 5) du canal d'écoulement, que les éléments de coque ( 4) sont d'une part supportés par le sommet ( 6) de la section transversale de forme parabolique ( 5) du canal d'écoulement, au niveau de l'élément de base ( 3) du tube, dans la section transversale intérieure de ce dernier, sur un support ( 7) et sont d'autre part fixés par les bords supérieurs ( 8) des branches ( 9) de la section transversale du canal, dans la demi-section transversale supérieure du tube, au tube ( 1) associé, et que des espaces auxiliaires ( 11) sont formés par les éléments de coque ( 4) dans la zone située entre le support inférieur ( 7) et la fixation supérieure ( 10), en direction de la paroi intérieure du tube. 2 Conduite à écoulement libre selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) ainsi que la section transversale de forme parabolique ( 5) du canal d'écoulement sont optimisés du point de vue hydro- dynamique. 3 Conduite à écoulement libre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont réalisés d'un seul tenant avec une sec- tion transversale de forme parabolique ( 5) délimitant le canal d'écoulement et fermée au niveau de son sommet ( 6). 4 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont serrés, dans la zone de la demi- section transversale supérieure du tube, par une contrainte de flexion qui résulte d'un écartement positif ou négatif des branches ( 9), délimitant la section transversale du ca- nal, de ces éléments. Conduite à écoulement libre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont formés de deux éléments, c'est-à-dire de deux demicoques ( 4 a,4 b), réunies par une articulation ( 12) située à leur sommet. 6 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les espaces intercalaires ( 11) sont agencés sous la forme de canaux de passage de lignes et/ou de canaux de passage de câbles et/ou de canaux dans lesquels on peut marcher et sont équipés de dispositifs auxiliaires ( 14,15) adaptés au but correspondant. 7 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la section transversale intérieure du tube possède une forme circulaire. 8 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont réalisés en verre, de préférence un verre de sécurité et notamment un verre de sécurité pré- contraint. 9 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont réalisés en une matière plas- tique, de préférence une matière plastique renforcée par des fibres. Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les éléments de coque ( 4) sont formés d'une tôle, de préférence une tôle d'acier, y compris une tôle d'acier austénitique. 11 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la section transversale intérieure du tube comporte des dispo- sitifs moulés de fixation ( 10) et/ou des dispositifs moulés de serrage pour les bords supérieurs ( 8) des branches ( 9), qui délimitent la section transversale du canal, des élé- ments de coque ( 4). 12 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que la section transversale intérieure du tube comporte des dispo- sitifs encastrés de fixation ( 10) et/ou des dispositifs en- castrés de serrage pour les bords supérieurs ( 8) des branches ( 9), qui délimitent la section transversale du ca- nal, des éléments de coque ( 4). 13 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la section transversale intérieure du tube comporte des sup- ports moulés ( 7) prévus pour les sommets ( 6) des éléments de coque ( 4). 14 Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la section transversale intérieure du tube comporte des sup- ports encastrés ( 7) pour les sommets ( 6) des éléments de coque ( 4). Conduite à écoulement libre selon l'une quel- conque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'au niveau de la demi-section transversale supérieure du tube, aux bords ( 8) des branches ( 9), qui délimitent la section transversale du canal, des éléments de coque ( 4), est rac- cordée une plaque d'habillage ( 16), qui s'applique directe- ment ou indirectement contre la paroi intérieure du tube.