Brevet FR2852663A1 — publié le 20040924

PROCEDE DE RENFORCEMENT D'UNE CONDUITE CYLINDRIQUE, ET PLAQUE PREFABRIQUEE POUR SA MISE EN îUVRE La présente invention est relative aux techniques de renforcement de conduites, et notamment à la réparation des conduites enterrées. Ces conduites appartiennent par exemple à un réseau d'adduction d'eau. Dans leur forme la plus courante, ces conduites sont constituées par un assemblage bout à bout de segments de tuyau en béton précontraint, d'un diamètre variant de 0,5 m à 6 m environ. L'eau y circule sous une pression pouvant aller jusqu'à une vingtaine de bars environ. Ces segments de tuyau en 10 béton peuvent comporter un revêtement intérieur en métal (liner). Celui-ci n'est cependant pas conçu pour tenir les efforts de pression dus au fluide en circulation. Ces efforts sont repris par la précontrainte du béton, réalisée au moyen de fils enroulés en spirale à l'extérieur de l'âme en béton du segment de tuyau. Lors de la préfabrication de ce segment, son âme en béton est mise en 15 rotation autour de son axe pour recevoir le fil qui est freiné pour être mis en tension. Ce fil est ensuite protégé contre la corrosion en projetant une couche supplémentaire de béton ou mortier sur quelques dizaines de millimètres. Malgré cette couche de protection et la passivation de l'acier constituant ces fils de précontrainte, il arrive parfois que les fils de 20 précontrainte soient le siège d'une corrosion qui conduit généralement à une dégradation du revêtement de protection, et donc à une accélération du phénomène, qui peut provoquer une rupture des fils et donc une fragilisation structurelle de la conduite, voire sa rupture sous l'effet de la pression du fluide en circulation. Après avoir détecté l'incident sur un ou plusieurs segments par des méthodes préventives (par détection acoustique notamment), les méthodes traditionnelles consistent d'abord à excaver le matériau (sable, terre ou analogue) entourant les segments détériorés, puis soit à remplacer purement et simplement les segments en question, ce qui impose de vidanger au 30 préalable le réseau d'adduction d'o une gêne considérable pour l'exploitation du réseau, soit à réparer d'une manière artisanale la surface externe de la conduite, lorsque cette dernière n'a pas encore cédé. Le document WO 03/014614 décrit un procédé de réparation d'une - 2 conduite d'adduction d'un fluide sous pression composée d'une succession de segments de tuyau enterrés en béton précontraint, comprenant les étapes suivantes: - réaliser une tranchée pour dégager une longueur de la conduite; - réaliser une première excavation dans la tranchée, sous une première portion de la conduite sensiblement centrée sur une jonction entre deux segments adjacents; - mettre en place et tendre au moins une armature de précontrainte autour de la première portion de la conduite; combler la première excavation avec du matériau de sol et compacter ce matériau; - réaliser une seconde excavation dans la tranchée, sous une seconde portion de la conduite adjacente à la première portion et incluse dans un seul segment; - mettre en place et tendre au moins une armature de précontrainte autour de la seconde portion de la conduite; et - combler la seconde excavation avec du matériau de sol et compacter ce matériau. Ce procédé a pour avantage de permettre la restauration d'une zone 20 endommagée de la conduite tout en respectant les contraintes techniques liées à ce type de structure et à son exploitation. Sur ce genre de grosses conduites, il existe généralement des trous d'homme régulièrement espacés sur sa longueur, permettant à un opérateur d'entrer à l'intérieur de la conduite pour y effectuer des travaux d'inspection ou 25 de réparation. Un tel trou d'homme donne lieu à un excroissance radiale sur le dessus de la conduite. Cette excroissance contient un sas ayant une trappe supérieure pour l'accès depuis l'extérieur et une trappe inférieure munie de vannes de sûreté pour l'accès vers la conduite. Les zones de trou d'homme sont des points de corrosion privilégiée, 30 puisque la précontrainte d'origine par fils doit y être interrompue et ancrée par des boutons entre des grosses plaques d'acier. La figure 1 montre une telle excroissance de trou d'homme 1 sur le dessus d'une conduite 2 autour de laquelle ont été installées des armatures de précontrainte 3, par exemple conformément au procédé décrit dans le document WO 03/014614 précité. On voit que les armatures de précontrainte additionnelle ne peuvent pas ceinturer la conduite dans la zone 4 du trou d'homme. La présente invention a pour but de permettre de compléter l'installation d'armatures de précontrainte autour d'une conduite, y compris dans les zones présentant des excroissances telles que celles requises pour des trous d'homme. L'invention propose ainsi un procédé de renforcement d'une conduite 10 cylindrique, dans lequel on met en place et on tend des armatures de précontrainte autour de la conduite. Selon l'invention, dans une zone o la conduite présente une excroissance radiale sur un premier côté, on dévie les armatures de précontrainte pour leur faire contourner l'excroissance radiale de façon telle que les armatures situées dans une même couche sur un second 15 côté de la conduite opposé au premier côté se répartissent en plusieurs couches sur le premier côté. On peut ainsi agencer une densité assez élevée d'armatures dans la zone de l'excroissance, ce qui est pertinent car c'est souvent une zone de faiblesse potentielle. Les trajectoires des armatures réparties en plusieurs 20 couches assurent leur déviation tout en évitant les problèmes d'entassement des armatures les unes sur les autres, ce qui leur permet de travailler dans de bonnes conditions. Dans un mode de réalisation particulier du procédé, la déviation des armatures autour de l'excroissance radiale est réalisée au moyen d'au moins 25 une plaque préfabriquée présentant une ouverture fournissant un passage à l'excroissance radiale et dans laquelle sont formés des canaux de guidage des armatures. Ce mode de réalisation peut présenter l'une quelconque des particularités suivantes: - les canaux de guidage des armatures sont en forme de gorges ouvertes sur une face supérieure de la plaque préfabriquée; - ces gorges sont adaptées pour recevoir individuellement des armatures le long de deux bords de la plaque préfabriquée situés de part et d'autre - 4 d'un plan médian contenant la direction longitudinale de la conduite et la direction de l'excroissance radiale, et fusionnent au moins deux par deux dans une section selon ledit plan médian, de façon à offrir aux armatures multiples reçues dans une gorge fusionnée plusieurs surfaces d'appui situées dans des couches différentes perpendiculairement à la plaque; - on guide les armatures à l'entrée sur la plaque préfabriquée de manière à empêcher que les armatures présentent des points anguleux au bord de la plaque; - la plaque préfabriquée est posée sur la conduite avec un intervalle 10 comblé par un mortier de calage; - la plaque préfabriquée est en fonte ou en béton moulé. Un autre aspect de la présente invention se rapporte à une plaque préfabriquée présentant des canaux de guidage d'armatures de précontrainte pour la mise en oeuvre d'un tel mode de réalisation du procédé. Dans un autre mode de réalisation du procédé, avant de tendre les armatures de précontrainte, on met en place dans ladite zone de la conduite, sur le premier côté, un coffrage à l'intérieur duquel on positionne des moyens d'écartement pour définir les trajectoires en plusieurs couches des armatures, on coule du béton dans le coffrage, et on tend les armatures après prise du 20 béton coulé. On peut disposer dans le coffrage des tubes individuels pour recevoir chacun une armature de précontrainte. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'exemples de réalisation non limitatifs, en regard des dessins joints, dans lesquels: - la figure 1, précédemment commentée, est une vue en perspective d'une conduite enterrée, mise au jour par une tranchée creusée dans une zone pourvue d'une excroissance de trou d'homme; - la figure 2 est une vue en élévation de la conduite réparée au voisinage du trou d'homme; - la figure 3 est une vue en perspective d'une plaque préfabriquée selon l'invention; - 5 - la figure 4 est une vue en perspective d'une portion de la plaque préfabriquée de la figure 3, mettant en évidence la forme de canaux de guidage des armatures dans cette portion; - la figure 5 est une vue en perspective d'une autre portion de cette plaque, 5 avec une coupe selon le plan Pi indiqué sur la figure 3 pour mettre en évidence la forme des canaux de guidage dans cette autre portion; - la figure 6 est une vue en perspective montrant l'installation d'un coffrage dans la zone de trou d'homme dans un autre mode de réalisation du procédé; - la figure 7 est une vue en perspective semblable à celle de la figure 6 après coulage du béton dans le coffrage; et - la figure 8 est un schéma en coupe transversale de la partie supérieure de la conduite montrant les trajectoires des armatures au voisinage du trou d'homme. La conduite enterrée 2 est formée par une succession de segments de tuyau assemblés bout à bout. Chacun des segments de tuyau est par exemple constitué d'une âme en béton, d'un diamètre variant de 0,5 m à 6 m environ, comportant ou non un liner interne en métal, et d'une longueur unitaire moyenne L d'environ 7,5 m par exemple. Ces segments sont destinés à acheminer de l'eau sous pression, de l'ordre de 20 bars environ, et sont enterrés ou ensablés en grande partie ou en totalité. De cette manière, le sol environnant exerce une contre-pression sur les parois extérieures des segments. Pour améliorer la résistance de ces segments à la pression du fluide, 25 des fils de précontrainte sont enroulés en spirale selon une ou deux couches sur leur face externe et mis en tension lors de leur bobinage. Une couche supplémentaire de mortier ou de béton projeté recouvre ces fils de précontrainte pour les protéger contre les agents corrosifs éventuellement présents dans le sol. Chacun des joints entre les segments est formé par emboîtement d'une extrémité droite de l'un des segments adjacents dans un élargissement prévu à l'extrémité de l'autre segment, un mortier de scellement étant appliqué le long de la circonférence du joint. La conduite 2 constitue ainsi un ensemble - 6 très rigide qui n'autorise pas d'efforts de flexion ou de cisaillement au niveau des joints. La corrosion des fils de précontrainte, suite à la pénétration d'agents agressifs dans la couche de mortier protectrice, peut conduire à la rupture d'un 5 ou plusieurs fils métalliques. Ces ruptures sont généralement groupées dans des points de pénétration préférentielle des agents agressifs, et conduisent à une délamination et un émiettement de la couche de mortier protectrice, sous l'effet d'un cisaillement. Ces délaminations sont les défauts qui rendent la réparation nécessaire. Elles ont tendance à fréquemment se produire au 10 voisinage des trous d'homme prévus le long de la conduite. Pour réparer la conduite, on installe une précontrainte supplémentaire à l'extérieur de la conduite, à l'aide d'armatures 3 disposées autour de la conduite 2 et réparties le long de la zone réparée (figures 1 et 2). Ces armatures sont avantageusement des torons de précontrainte, et de préférence 15 des torons individuellement gainés, ce qui améliore leur résistance à la corrosion. Avantageusement, les torons entourent la conduite sur deux tours chacun, et sont ancrés à l'aide de dispositifs 5 du type décrit dans le document Les torons 3 sont judicieusement pourvus d'une double gaine en 20 matière plastique, compte tenu du caractère corrosif que peut avoir le sable dans lequel la conduite est enfouie. Une première gaine est coextrudée sur le toron métallique avec une graisse ou une cire au contact du métal. La seconde gaine est un tube en matière plastique dans lequel on enfile le toron revêtu de sa première gaine. Ce tube peut être injecté au coulis de ciment après 25 l'ancrage. Comme le montre la figure 1, les trajectoires circulaires des torons 3, perpendiculairement à l'axe de la conduite 2, ne peuvent pas être adoptées au droit de l'excroissance radiale 1 due à la présence d'un trou d'homme. Pour assurer tout de même un renforcement de la conduite dans cette 30 zone 4 selon un premier mode de réalisation de l'invention, on dispose autour de l'excroissance 1, avant de mettre en place les torons 3, une plaque de déviation préfabriquée 6 visible sur la figure 2 et représentée plus en détail sur les figures 3 à 5. La plaque de déviation 6 est par exemple réalisée en fonte. Elle a une forme générale en secteur cylindrique, de rayon approximativement égal à celui de la conduite 2, sur un secteur angulaire de l'ordre de 60 à 90 . Elle est traversée en son centre par une ouverture circulaire 7 de diamètre supérieur à 5 celui de l'excroissance 1, de façon que la plaque 6 puisse venir coiffer le côté supérieur de la conduite 2 dans la zone 4 o se trouve l'excroissance 1. La plaque 6 présente deux plans de symétrie Pl, P2 perpendiculaires entre eux qui se coupent suivant l'axe central A de l'ouverture 7: le plan médian longitudinal Pi est vertical et parallèle à la conduite 2 tandis que le plan 10 médian transversal P2 est vertical et perpendiculaire à la conduite 2. La distance entre les deux bords transversaux 11, parallèles au plan P2, de la plaque 6 peut être de l'ordre du double du diamètre de l'ouverture 7. On notera que cette plaque de déviation 6 pourrait être formée en disposant plusieurs plaques plus petites autour de l'excroissance 1. La plaque de déviation 6 est pourvue de canaux pour le guidage des torons 3, sous forme de gorges 8-10 formées sur la face supérieure convexe de la plaque 6, orientée à l'opposé de la conduite 2. Comme le montre la figure 3, les gorges 8 ont une section en U le long des deux bords latéraux 12 de la plaque 6 situés de part et d'autre du plan Pi. 20 La base de cette forme en U est circulaire de rayon R légèrement supérieur à celui d'un toron protégé par sa double gaine, de sorte que chaque gorge 8 reçoit un toron individuel dans cette région. L'intervalle entre les gorges 8 le long des bords latéraux 12 peut être régulier et correspondre à une densité prédéfinie de précontrainte dans la zone 4. Lorsqu'on se rapproche du plan médian longitudinal PI les gorges 8 s'incurvent progressivement en s'éloignant du plan médian transversal P2 de façon à amorcer les trajectoires permettant aux torons de contourner l'excroissance 1 et l'ouverture 7. De ce fait, les gorges 8 se rapprochent les unes des autres de chaque côté du plan P2. A peu près à mi-distance entre le bord latéral 12 et le plan médian Pi, ces gorges fusionnent deux par deux, la section des gorges fusionnées 9 ayant la forme représentée sur la figure 4. Chaque gorge fusionnée 9 offre deux surfaces d'appui 14, 15 de section circulaire pour recevoir respectivement deux - 8 torons gainés. Il convient d'éviter que ces deux torons gainés s'appuient l'un sur l'autre car sinon ils endommageraient leurs gaines lors de la mise en tension. C'est pourquoi les deux surfaces d'appui 14, 15 s'écartent progressivement l'une de l'autre perpendiculairement à la plaque, la surface 5 d'appui 15 la plus proche de l'ouverture 7 étant décalée au-dessus de celle 14 qui est plus proche du bord transversal 11 de la plaque. Il en résulte que les deux torons reçus dans la gorge fusionnée 9 se positionnent dans deux couches différentes alors que tous les torons 3 se trouvaient dans une même couche sur le côté inférieur de la conduite non recouvert par la plaque 6. L'écartement entre ces deux couches s'accentue dans la partie centrale de la plaque de déviation 6, au droit du plan PI. Ceci est rendu nécessaire par l'encombrement des torons qui continuent à se rapprocher les uns des autres selon la direction longitudinale. Dans cette partie centrale, les gorges fusionnées 10 ont la forme représentée sur la figure 5, o on voit que 15 les surfaces d'appui cylindriques 14, 15 ont entre elles une différence de hauteur pouvant dépasser leur diamètre. Les deux couches distinctes de torons 3 sont visibles de profil sur la vue schématique de la figure 8. La face inférieure concave de la plaque de déviation préfabriquée 10 20 sera généralement de forme régulière. Mais la paroi de la conduite 2 sur laquelle elle s'appuie sera souvent irrégulière, compte tenu notamment des défauts qu'elle peut comporter et des opérations de grattage qui peuvent être effectuées avant de poser la plaque. Pour assurer un appui qui répartisse bien les efforts de compression exercés par les torons de précontrainte, la plaque 25 préfabriquée est de préférence posée sur la conduite avec un intervalle comblé par un mortier de calage coulé sur place. Pour empêcher que les torons 3 présentent des points anguleux au niveau des bords latéraux 12 de la plaque, on donne aux extrémités des canaux 8, à proximité de ces bords 12, une forme biseautée sur laquelle les torons 3 sont guidés à l'entrée sur la plaque 30 préfabriquée 6. Plutôt que de préfabriquer la plaque de déviation 6 en fonte, il est possible de la réaliser en béton moulé. Compte tenu du faible espacement entre les canaux servant à guider les torons, il en sera généralement pas possible de disposer des armatures dans la masse de ce béton. On est donc amené à utiliser dans ce cas un béton à ultra haute performance (BUHP), ayant une résistance à la compression supérieure à 120 MPa. Cela peut notamment être un béton fibré ultra performant (BFUP). Quand elle est préfabriquée en béton moulé, la plaque de déviation 6 peut éventuellement avoir ses canaux de guidage entièrement entourés de béton, les tubes constituant les gaines extérieures des torons étant placés dans le moule pour délimiter ces canaux pendant qu'on coule le BUHP. Les figures 6 à 8 illustrent un autre mode de réalisation du procédé 10 selon l'invention, dans lequel la déviation des torons de précontrainte est assurée par une masse de béton coulée sur place. La figure 6 montre la conduite 2 après dégagement, dans les mêmes conditions que précédemment, de la plaque d'ancrage 16 prévue à l'origine autour de l'excroissance 1. La masse de béton coulé est reçue au-dessus de 15 cette plaque dans un coffrage posé sur le côté supérieur de la conduite. Dans un premier temps, on pose les faces transversales 20 de ce coffrage perpendiculairement à l'axe de la conduite 2, l'arête inférieure de chacune de ces faces de coffrage étant appliquée contre la partie supérieure de la conduite 2 ou de la plaque d'ancrage 16. Des longerons 21, 22 sont 20 positionnés entre les faces transversales 20 du coffrage. Chaque longeron 21, 22 porte deux niveaux de séparateurs en peigne pour définir les trajectoires individuelles des torons dans les deux couches. Ces trajectoires sont essentiellement les mêmes que dans le mode de réalisation décrit précédemment. Le longeron médian 22, s'étendant parallèlement à la direction 25 de la conduite au droit de l'excroissance 1, a ses séparateurs positionnés de façon à définir une répartition des torons semblable à celle définie par la partie centrale 10 des gorges dans la réalisation illustrée par la figure 5 (une autre distribution des torons serait également possible). Dans l'exemple considéré, il y a deux longerons supplémentaires 21, s'étendant de part et d'autre de 30 l'excroissance 1, avec leurs séparateurs positionnés de façon à définir une répartition des torons semblable à celle définie par la partie 9 des gorges représentée sur la figure 4. D'autres paires de longerons peuvent être prévues pour guider plus progressivement les trajectoires des torons autour de - 10 l'excroissance 1. Certains de ces longerons, à proximité des bords latéraux du coffrage, peuvent ne porter qu'un niveau de séparateurs. Les torons 3 sont alors mis en place de façon à contourner l'excroissance 1, en plaçant leurs gaines extérieures dans les logements 5 délimités par les séparateurs des longerons 21, 22, et maintenus en place sans toutefois leur appliquer la tension requise pour la précontrainte. Une fois que tous les torons ont été mis en place (la moitié seulement est représentée sur la figure 6), on place la face supérieure 24 du coffrage qui laisse sortir les gaines des torons le long des deux bords latéraux du coffrage. 10 La portion centrale de cette face supérieure de coffrage 24 présente une ouverture 25 débordant largement autour de l'excroissance 1 (figure 7). C'est dans cette ouverture qu'on vient couler le béton 26 pour qu'il remplisse le volume interne du coffrage. Après prise du béton coulé 26, on démonte le coffrage 20, 24, les 15 longerons 21, 22 restant noyés dans la masse de béton durci. On peut alors mettre en tension les armatures et les ancrer au moyen de dispositifs d'ancrage 5 situés en dehors de la zone o les torons 3 sont surélevés par la plaque d'ancrage 16 et la masse de béton 26. - 11 R E V E N D I C AT IO N S 1. Procédé de renforcement d'une conduite cylindrique (2), dans lequel on met en place et on tend des armatures de précontrainte (3) autour de la conduite, caractérisé en que, dans une zone (4) o la conduite présente une 5 excroissance radiale (1) sur un premier côté, on dévie les armatures de précontrainte pour leur faire contourner l'excroissance radiale de façon telle que les armatures situées dans une même couche sur un second côté de la conduite opposé au premier côté se répartissent en plusieurs couches sur le premier côté. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la déviation des armatures autour de l'excroissance radiale est réalisée au moyen d'au moins une plaque préfabriquée (6) présentant une ouverture (7) fournissant un passage à l'excroissance radiale (1) et dans laquelle sont formés des canaux (8-10) de guidage des armatures. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les canaux de guidage des armatures sont en forme de gorges (8-10) ouvertes sur une face supérieure de la plaque préfabriquée (6). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les gorges (8) sont adaptées pour recevoir individuellement des armatures (3) le long de deux 20 bords (12) de la plaque préfabriquée (6) situés de part et d'autre d'un plan médian (PI) contenant la direction longitudinale de la conduite (2) et la direction de l'excroissance radiale (1), et fusionnent au moins deux par deux dans une section selon ledit plan médian, de façon à offrir aux armatures multiples reçues dans une gorge fusionnée (9, 10) plusieurs surfaces d'appui 25 (14, 15) situées dans des couches différentes perpendiculairement à la plaque. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel on guide les armatures (3) à l'entrée sur la plaque préfabriquée (6) de manière à empêcher que les armatures présentent des points anguleux au bord de la plaque. - 12 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel la plaque préfabriquée (6) est posée sur la conduite avec un intervalle comblé par un mortier de calage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel la plaque préfabriquée (6) est en fonte. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel la plaque préfabriquée (6) est en béton moulé. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le béton moulé a une résistance à la compression supérieure à 120 MPa. 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel avant de tendre les armatures de précontrainte (3), on met en place dans ladite zone (4) de la conduite, sur le premier côté, un coffrage (20, 24) à l'intérieur duquel on positionne des moyens d'écartement (21, 22) pour définir les trajectoires en plusieurs couches des armatures, on coule du béton (26) dans le coffrage, et 15 on tend les armatures après prise du béton coulé. il. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on dispose dans le coffrage (20, 24) des tubes individuels pour recevoir chacun une armature de précontrainte (3). 12. Plaque préfabriquée (6) présentant des canaux (8-10) de guidage d'armatures de précontrainte (3) pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 9.