III- TECHNIQUES DE MISE EN OEUVRE DU TUYAU PEHD
1) CARACTERISTIQUE DE SOL ET DE POSE (extrait du fascicule
70)
Pour toutes les canalisations, il est recommandé de
réaliser une zone d'enrobage soignée.
Figure 9 : Définition générale
des différentes zones
Par convention, on considère :
? Le sol en place (3)
? La zone d'enrobage (2) constituée du :
- lit de pose (> 10cm -sol normal) et (15cm
- sol dur ou rocheux).
- remblai latéral et de l'assise
- remblai initial (>=10 cm au-dessus du
collet) et (>15 cm au-dessus de la génératrice
supérieure (c).
? La zone de remblai proprement dite (1), composée des
parties inférieure et supérieure du
remblai.
Diplôme d'Ingénieur des techniques des T.P. Koffi
Assômôly Emerson August kouassi, INPHB, 2013 Page
41
Ces 3 zones de sol sont caractérisées par un
certain nombre de paramètres physiques ou mécaniques.
· Poids volumique :
déterminé par des essais, varie de 16 à 22
kN/m3en fonction du type de sol et de son état hydrique. A défaut
on prendra ã = 18 kN/m3.
· Coefficient de poisson : VS
de l'enrobage est pris égal à 0,3.
· Coefficient de cisaillement du sol (
k1=0.15): en un point donné dans un sol , il est
égal au rapport entre la contrainte de cisaillement sur un plan vertical
et la contrainte normale sur un plan horizontal au point
considéré.
· Module de sol conventionnel Ec :
paramètre d'interaction sol-structure qui
caractérise la raideur du remblai.
· Coefficient k2 de pression horizontale des
terres : tuyau/enrobage, en un point donné, il est
égal au rapport des contraintes normales agissant respectivement sur un
plan vertical et sur un plan horizontal, au point considéré.
· Angle d'appui conventionnel 2á
:
La valeur de ces trois dernières
caractéristiques est fonction du groupe de sol et des conditions de mise
en oeuvre traitées ci- dessous.
2) CONSIDERATIONS STRUCTURALES (EVALUATION DES CONTRAINTES
APPLICABLES SUR LE MATERIAU)
Pour spécifier judicieusement le type de tuyaux
flexible, semi-rigide ou rigide et ainsi assurer une durabilité du
système de canalisation sous remblai, qui est assujettis à la
charge du sol et les surcharges routières, le concepteur se doit
d'établir les considérations structurales pour les tuyaux
annelés en polyéthylène haute densité PE-HD. En
effet, ces tuyaux, pour la gestion des eaux sont de type flexible. Chacun de
ces tuyaux a une structure propre pour résister aux conditions de
charges appliquées : charge morte et charge vive. Dans le but de bien
utiliser ce type de tuyaux, nous devons bien comprendre l'interaction de sa
matière première, le PE-HD, en fonction de l'ensemble tuyau /
sol.
Ainsi, ce paragraphe décrit les actions et les
interactions du tuyau annelé en PE-HD avec son environnement versus le
comportement très connu des tuyaux de types rigides avec celui-ci.
Le comportement structural y est décrit en
considérant le matériel viscoélastique et le travail
structural du tuyau annelé en PE-HD dans des conditions de laboratoire
(sans enveloppe) et d'installation (avec enveloppe). Si l'on tient compte de
toutes ces considérations structurales, il est possible de faire des
installations spécifiques tel que celles reliées aux mines,
remblai de 50 mètres et autres.
a. Actions et interactions du tuyau
? Dimensionnement du tube pe
Pour le dimensionnement, la formule de base utilisée
pour déterminer les épaisseurs des tubes est la formule de G.LAME
:
P* D
e=
Avec :
e : Epaisseur du tube, en mm
P : Pression à l'intérieur du tube, en Mpa D :
Diamètre extérieur du tube, en mm a :
Contrainte en Mpa
|
|
|
|
Diplôme d'Ingénieur des techniques des T.P. Koffi
Assômôly Emerson August kouassi, INPHB, 2013 Page 42
Exemple d'application
Soit à calculer l'épaisseur d'un tube, dont les
données sont les suivantes : D=200 mm; PN=16 bars; ?=8.0Mpa; C=1.25;
MRS=10Mpa (PE 100)
On obtient alors e = 18.2 mm
Les tuyaux sur le marché sont
généralement de deux types soit le tuyau flexible et le tuyau
rigide. L'American Water Works Association (AWWA) a classifié les types
de conduites selon le comportement lors des interactions avec le sol
(déformation) avant dommage permanent à la structure comme suit
:
Tableau 6 : types de conduites
? Actions du tuyau
Les tuyaux flexibles sont fabriqués de
matériaux plastiques ou métalliques. Les deux matériaux
ont des caractéristiques mécaniques très
différentes. Le métal présente des
propriétés élastiques pendant que le
plastique présente des propriétés
viscoélastiques où l'influence du temps se manifeste.
Cette différence est la clé pour la compréhension du tuyau
annelé en PE-HD.
Suite à des études américaines et
européennes, il est fallacieux de prétendre que les
caractéristiques des matériaux viscoélastiques peuvent
être analysées en utilisant les mêmes techniques
utilisées pour les matériaux élastiques. Une des
idées fausses les plus communes entourant les plastiques, plus
particulièrement le polyéthylène, est qu'ils perdent de la
force avec du temps. Cette idée provient de l'application des
critères de comportement élastiques à un matériel
viscoélastique. Quand un tuyau annelé en PE-HD est
compressé en laboratoire, les résultats de la courbe de l'effort
versus la contrainte indiquent un module d'élasticité initial
élevé qui commence presque immédiatement à
décroître.
Le module d'élasticité est
généralement mentionné pour les matériaux
viscoélastiques, il est le rapport entre le changement des niveaux
d'effort et de contrainte. Ce concept n'est pas significatif pour le
polyéthylène car des études ont permis d'établir
les valeurs de module d'élasticité à
court terme (rapide) de 758 MPa et à long terme de 152
MPa respectivement. Pour une telle différence, les résultats de
conception seraient très différents. Cette question a
été la base de plusieurs projets de recherche pour gagner plus de
compréhension.
? Interactions du tuyau
Les tuyaux flexibles sont généralement
définis comme des conduites acceptant une déflexion sans dommage
structural. Cette déflexion ou déformation leur permettent
d'épouser la forme de l'enveloppe extérieure, la charge verticale
est ainsi transférée en majeure partie à l'enveloppe
extérieure qui est le remblai et le sol.
Le PE-HD fait partie des principaux matériaux des
tuyaux flexibles ( tel que le Chlorure de Polyvinyle (CPV), l'acier (TTOG) et
l'aluminium ) qui tirent profit de leur capacité de se déplacer
ou se guider, sous des charges sans dommages structuraux.
Diplôme d'Ingénieur des techniques des T.P. Koffi
Assômôly Emerson August kouassi, INPHB, 2013 Page 43
Les tuyaux rigides tel que le béton
armé ou non armé, ont une tolérance minime à la
déflexion, avant d'atteindre la limite de fissuration permise. À
titre d'exemple, la figure ci-dessous présente la différence de
comportement ultime à la charge des tuyaux flexibles et rigides.
En effet, on part d'une disposition transitoire qui permet au
tuyau annelé en polyéthylène de
progresser vers une disposition accentuée, où l'engrenage devient
de manière permanente ; et arrivé à ce stade, le risque
des dépressions sur le sol support sont minimisés presqu'à
100%.
A l'inverse pour la buse en
béton, le béton épouse dès le
départ, une disposition qui ne subit pas de dépression.
Cependant, une pression est exercée sur le sol support qui affecte tout
le dispositif, créant une déformation de la structure de la
route.
Figure 10 : intéraction tubes flexibles /
tubes rigides
On déduit donc que l'utilisation du
Polyéthylène entraîne une excellente stabilité du
système après un temps de latence. Tandis que la buse
béton ne fera qu'exercer de fortes charges sur le sol support, et
à un temps donné il peut avoir risque d'affaissement.
Les tuyaux flexibles et rigides exigent un
remblayage approprié, bien que l'interaction du tuyau et du remblai
diffère. Ainsi, le tuyau flexible travaille avec le remblai, la charge
est ainsi transférée et portée par le remblai. Quant au
tuyau rigide, la charge est transférée par la paroi à
l'assise. Pour les deux types de matériaux, le choix du bon
matériel de remblai est très important pour permettre ce
transfert de charge.
Le tuyau flexible offre des avantages structuraux
significatifs au concepteur de projet. Dans beaucoup de situations,
un tuyau flexible correctement installé peut être
enterré beaucoup plus profondément qu'un tuyau rigide
installé d'une façon similaire, en raison de l'interaction tuyau
/ remblai. Ainsi, un tuyau rigide est souvent plus fort que le
matériel de remblai l'entourant entraînant qu'il doit soutenir les
charges du sol bien au-dessus de la charge de prisme au-dessus du tuyau.
Réciproquement, un tuyau flexible n'est pas aussi fort que le remblai
l'entourant, forçant ainsi une mobilisation de l'enveloppe du remblai
environnant pour supporter la charge morte et la charge vive.
Diplôme d'Ingénieur des techniques des T.P. Koffi
Assômôly Emerson August kouassi, INPHB, 2013 Page 44
Figure 11 : Charges appliquées aux tubes
flexibleset aux tubes rigides
L'interaction du tuyau flexible et du remblai est si efficace
à maximiser les caractéristiques structurales du tuyau qu'elle
permet au tuyau d'être installée dans des installations
très profondes, beaucoup de fois supérieur à la couverture
permise pour le tuyau rigide pour une installation identique.
| 
