Les tuyaux annelés en PE-HD, sous chargement
prolongé, ont la propriété de pouvoir relaxer les
contraintes induites par les charges qui lui sont transmises.
Cette caractéristique est importante car elle
contribue à une meilleure durabilité puisqu'un minimum de risque
de bris structural induit est possible comparativement à l'effet des
charges sur une conduite rigide qui risque de créer un bris structural.
Cet effet permet aux conduites en thermoplastiques, la possibilité
d'installation sous une hauteur de remblai supérieure. Ainsi, puisque
normalement la capacité de relaxation de contrainte du PE-HD est
supérieure aux taux d'augmentation de la résistance du remblai et
que celui-ci peut reprendre les charges au même rythme que la structure
du tuyau se détend, la déflection ne constitue pas le
critère limitatif de conception.
La performance du tuyau, lorsque soumis à la charge du
sol et aux charges routières, dépend essentiellement du support
de l'enveloppe, soit le type de remblai et le degré de compactage.
Ainsi des études effectuées par Howard et
Janson en 1990 confirme l'étude de Watkins et Reeve de 1982, à
l'effet que pour un sol mal compacté, la déflexion finale du
tuyau après deux à trois ans, est plus une fonction du changement
de rigidité du sol que de la relaxation du matériel du tuyau;
cela représente ainsi un argument additionnel pour le choix d'un remblai
approprié au type de sol environnant et une compaction appropriée
de l'enveloppe de remblai. L'industrie du tuyau reconnaît qu'une bonne
conception du remblai est la clé de la performance des conduites
flexibles et aussi des conduites de types rigides et semi-rigides où il
faut tenir compte de critères spécifiques de remblai.
Travail structural *
Figure 12 : Déformation d'un tuyau
flexible
Avant toute application de charge extérieures, il est
admis que la conduite présente un défaut de forme initial par
rapport à la forme circulaire parfaite. Lorsque le tuyau flexible est
soumis à une pression verticale, le sol autour du tuyau est
compressé et la forme circulaire du tuyau devient une ellipse avec un
accroissement horizontal du diamètre de Ax et une diminution verticale
du diamètre de Ay (figure). Ces déformations sont souhaitables
jusqu'à un certain point au-delà duquel le système tuyau /
sol ne peut plus accomplir la tâche pour laquelle il a été
conçu. La déflexion verticale est généralement
limitée à 7% pour un tuyau flexible. Ce défaut de forme
représente les tolérances de fabrication et les effets
éventuels du poids propre du tuyau
La déformation du tuyau est liée en partie
à sa rigidité et à son enveloppe. Le premier facteur est
déterminé par sa propre structure sans support et le second
facteur est lié à la relation tuyau / sol.
Les charges extérieures appliquées sur le tuyau
de diamètre extérieur De avant déformation sont
les suivantes :
- La pression verticale pv1,
supposée unifiorme, s'exerçant au niveau de la
génératrice supérieure du tuyau ; elle correspond à
la résultante des actions engendrées par la pression des terres
de remblai pr et des chagres de surface pe (
constituées de charges d'exploitation routières per, permanates
pep ou de chantier pec) ;
- La pression d'appui verticale q'
s'exerçant sur l'arc d'appuis conventionnel 2á ;
- La pression horizontale ph,
supposée uniforme ;par simplification, sa valeur correspond à la
pression s'exerçant au niveau des reins du tuyau : ph=k2.pv, le
coefficient k2 dépend des caractéristiques du sol et de son
niveau de compactage.
- la pression hydrostatique
extérieure due à la présence éventuelle d'une nappe
phréatique : répartie uniformement autour de la canalisation, par
souci de simplification, la valeur retenue pour cette presion est celle
correspondant à la hauteur d'eau au-dessus des reins de la
canalisation.
Tuyau non supporté
Pour un tuyau non supporté ou non remblayé, la
rigidité structurale est liée à la force
géométrique de celui-ci, soit son moment d'inertie ( I ), par
unité de longueur de section transversale de tuyau. Cette force
couplée à la nature de l'extrémité et des
contraintes intermédiaires, détermine la mesure et le
caractère de la réponse interne d'un corps aux forces
appliquées.
La rigidité (R) est la relation entre le
déplacement ou la déflexion (ô) relié à
l'application d'une force (F) par unité de longueur de tuyau. Bien que
non réaliste du facteur viscoélastique et de la
géométrie des tuyaux annelés en PE-HD, elle permet une
approximation sécuritaire du calcul de capacité structurale d'une
conduite en tranchée. Cette méthode est
généralement la plus répandue.
L'équation du calcul de rigidité se
définit comme suit : Avec :
L = longueur de l'échantillon ô =
déformation
R = rigidité P = force
Diplôme d'Ingénieur des techniques des T.P. Koffi
Assômôly Emerson August kouassi, INPHB, 2013 Page 45
*réf : catalogue SOLENO sur les tuyyaux flexibles en
PEHD
Ce qui est important de sortir en ce moment est la relation
du moment d'inertie (I) dans le calcul de capacité structurale d'une
conduite en tranchée. Ainsi, la déformation (ô I I I) est
liée au travail de la structure (rigidité du matériel et
rigidité géométrique) du tuyau et de la charge.
Ainsi, un tuyau annelé en PE-HD tire profit de sa
forme de paroi extérieure et intérieure (double paroi seulement),
pour maximiser sa résistance, donc sa rigidité, mais dans un
même temps de sa structure de type flexible pour tirer profit de son
enveloppe de sol pour éviter un bris lors de mouvements ou vibrations.
Ce principe se retrouve dans d'autres applications telle que les nids
d'abeilles, dans le domaine de l'aéronautique et de l'automobile, de
performance et l'emballage de carton.
Tuyau en remblai
La flexibilité des tuyaux enterrés est un
attribut désiré. Comme indiqué précédemment,
le tuyau flexible se relie au sol voisin établissant ainsi un ensemble
structure / tuyau, devenant la clé principale d'une conception
réussie. Un tuyau enterré et l'enveloppe adjacente de sol
supporteront la charge morte et la charge vive selon un principe fondamental
d'analyse structurale : les éléments les plus raides attireront
la plus grande proportion de charge partagée que ceux qui sont plus
flexibles. Ce principe est illustré, et représente l'effet de
prise de charge du sol autour d'un tuyau de types flexibles correctement
remblayé et compacté. Pour le tuyau flexible en thermoplastique,
le sol est plus rigide créant un support latéral diminuant la
possibilité de déflection et permettant de ce fait le
développement des butées de sol, une condition nécessaire
pour la formation d'une arche structurale sur le tuyau.
Une deuxième condition nécessaire à la
création de l'arche est réalisée quand la
résistance au cisaillement (inter-granulaire) du sol correctement
compacté sur une certaine distance au-dessus du tuyau est
mobilisée pour maintenir sa géométrie. La charge directe
sur la couronne du tuyau est la partie entre la couronne et de l'arche de sol.
Cette charge de l'arche est moindre que la charge de prisme. En effet, le
prisme rectangulaire de sol s'étendant du dessus de la surface du tuyau
jusqu'au-dessus du remblai, avec une base exactement égale à la
largeur des dimensions externes du tuyau. En contre partie, un tuyau rigide par
sa structure incorpore à la charge du prisme une colonne de charge qui
lui donne un prisme triangulaire, entraînant une charge
supérieure.
