Poussée hydraulique et verrouillage

Les forces de poussée hydraulique

Des forces de poussée hydraulique apparaissent aux changements de direction, aux réductions de diamètre (coudes, tés, cônes) et aux extrémités d’une canalisation véhiculant un fluide sous pression. Elles peuvent être élevées et doivent être équilibrées par des dispositifs de verrouillage appropriés, ou par des massifs de butée.

Des forces de poussée hydraulique apparaissent dans une canalisation sous pression :

• A chaque changement de direction (coudes, tés),
• Aux variations de diamètre (cônes),
• Aux  extrêmités (plaques pleines).

Ces forces de poussée locales doivent être équilibrées, afin d’éviter que le joint ne se déboîte :
– soit en utilisant des joints verrouillés,
– soit en construisant des massifs en béton.

Le tableau ci-dessous donne les forces de poussée pour une pression de 1 bar. (Pour des pressions différentes, multiplier par la valeur en bar de la pression d’essai sur chantier).

Les risques liés aux forces de poussée hydraulique ?

Les forces de poussée hydraulique peuvent conduire à un déboîtage des conduites lorsqu’elles ne sont pas compensées par des massifs de butée en béton ou des dispositifs de verrouillage.

Plus de liberté dans la conception des réseaux

Vers la disparition des massifs de butée en béton

Les technologies de verrouillage remplacent de plus en plus les massifs de butée en béton. En effet, ces massifs, lourds et encombrants, présentent de nombreux inconvénients  :

• Emprise des chantiers

Plus le diamètre des canalisations augmente, plus les dimensions des massifs sont importantes. Cela peut  engendrer de réels problèmes d’encombrement des sous-sols où de nombreux réseaux (gaz, assainissement, télécommunication, réseaux câblés,…) doivent se partager un espace limité.

• Durée d’ouverture des tranchées

Les règles de l’art en matière de béton prescrivent un délai de murissement de 28 jours avant de pouvoir y prendre appui. Dans les faits, même si ce délai est raccourci, il représente une contrainte forte et n’est plus acceptable en milieu urbain.

• Risques de déstabilisation à long terme

L’origine de ces risques peut être soit naturelle, avec des terrains de faible  homogénéité ou accidentés, soit provoquée par des décaissements à proximité pour réintervention sur d’autres réseaux, notamment en milieu urbain. Ces phénomènes affectent la stabilité, donc la pérennité des ouvrages en béton et peuvent faire redouter d’éventuels déboîtements.

• Héritage difficile à gérer

Lorsqu’il faudra réintervenir sur la conduite, ou dans un futur plus lointain démanteler la conduite en fin de vie, de lourds travaux de destruction devront être engagés.

Une approche moderne de l’adduction d’eau grâce aux technologies de verrouillage

L’utilisation des technologies de verrouillage progresse très vite dans la plupart des pays, et ce à un niveau mondial. En effet, ces technologies présentent des avantages significatifs :

• Faible encombrement dans le sol

L’espace occupé par les canalisations munies de dispositif  de verrouillage est identique à celui des canalisations non verrouillées. Cela laisse des espaces suffisants aux autres réseaux. De plus, cela contribue  à la réduction des volumes de matériaux d’excavation.

• Limitation des contraintes logistiques

Il n’est pas toujours aisé, pour des raisons d’accessibilité, de coût, etc, de disposer de plusieurs m³ de béton pour réaliser des massifs de butée. Cela limite la rotation des camions qui impose souvent en pratique les cadences de pose. Les dispositifs de verrouillage sont légers et faciles à transporter au lieu de pose, que ce soit en ville ou à la campagne, en montagne ou dans les déserts les plus reculés.

• Rapidité de mise en œuvre et de mise en service

Les verrouillages sont très rapides à mettre en œuvre, notamment les systèmes STANDARD Vi et EXPRESS Vi. De plus, immédiatement après leur montage, ils peuvent encaisser une épreuve hydraulique.

• Stabilité et durabilité éprouvées

Le fonctionnement des verrouillages associe la résistance intrinsèque au déboîtage des jonctions verrouillées à un frottement avec le sol. Les préconisations de PAM en matière de longueur à verrouiller permettent de tenir compte de la nature du sol, ainsi que des risques de travaux autour des conduites. Les systèmes de verrouillage disposent de protection contre la corrosion du même niveau que celle des tuyaux et raccords.

• Démontage possible

Le démontage des canalisations demeure toujours possible, sans avoir à entreprendre de lourds et longs travaux de génie civil, en utilisant les outils fournis par PAM.

Une plus grande souplesse pour réceptionner les réseaux

Aujourd’hui avec les dispositifs de verrouillage, la pose et la réception des chantiers sont accélérées avec un niveau de fiabilité inégalé :

• Plus besoin d’attendre la prise du béton

Dès la mise en place des verrouillages, les conduites sont prêtes à être éprouvées en pression.

• Remplacement des butées d’essai

Il n’est plus nécessaire de réaliser des butées d’essais pour tester individuellement les segments de canalisation, notamment en utilisant les raccords Bride-Emboitement EXPRESS Vi.

• Possibilité de tester des segments plus courts

Il devient possible de tester des tronçons de réseaux plus courts ce qui facilite la recherche et la résolution d’éventuels problèmes toujours possibles et permet de reboucher rapidement les tranchées.
Les dispositifs de verrouillage de PAM peuvent être testés jusqu’à leur PEA (Pression d’Epreuve Admissible) durant les essais de réception.

Des solutions de verrouillages pour les poses les plus exigeantes

La palette de solutions de verrouillage permet de s’adapter au mieux aux cas de pose les plus délicats :

• Pose en fourreau, passage de route, tunnels, ponts,
• Forage dirigé ou remplacement place pour place (UNIVERSAL Ve),
• Pose en montagne, notamment avec les solutions de verrouillage UNIVERSAL adoptées par la gamme ALPINAL, mais également pour les micro-centrales hydroélectriques, etc.
• Pose en terrains peu cohérents, en immersion, etc.

Verrouillage et développement durable

• économie de matière, quelques kg de joint remplacent plusieurs tonnes de béton
• économie de place grâce à des dispositifs compacts
• économie de transport (déblais, béton)
• gain de temps
• plus besoin de bois de coffrage pour les massifs en béton

Sur quelle longueur faut-il verrouiller les canalisations ?

Le principe de la technique consiste à verrouiller les joints sur une longueur suffisante de part et d’autre d’une zone de poussée hydraulique, un coude par exemple, afin de mobiliser les forces de frottement sol/tuyau permettant d’équilibrer la force de poussée.
Le calcul de la longueur à verrouiller est indépendant du système de verrouillage utilisé et dépend de la pression d’essai et du diamètre de la conduite.

La longueur à verrouiller peut être affectée d’un coefficient de sécurité qui est fonction :

• des soins de pose
• de la qualité et du compactage du remblai
• de l’incertitude sur les caractéristiques physiques du remblai

Dans le cas d’un terrain de tenue mécanique moyenne, constitué de gravier ou de sables limoneux, avec un angle de frottement interne de 30°, pour un tuyau revêtu de zinc ou de zinalium avec un bouche pore et un coefficient de sécurité de 1,2 et pour une pression d’épreuve de 10 bar, les longueurs à verrouiller sont indiquées dans le tableau ci-dessus.

Il convient, le cas échéant, de tenir compte de la présence partielle ou non de la nappe phréatique en corrigeant le poids du tuyau plein par la poussée d’Archimède correspondante.

Les massifs de butée en béton

L’utilisation de massifs de butée en béton est également une technique destinée à reprendre les efforts de poussée hydraulique d’une canalisation à emboîtement sous pression. Son utilisation est maintenant en fort recul.

Principe

Différents types de massifs en béton peuvent être  conçus selon la configuration de la canalisation, la résistance et la nature du sol, la présence ou non de nappe phréatique. Le massif reprend les efforts dus à une poussée hydraulique :
– soit par frottement sur le sol (massif poids),
– soit par appui  sur le terrain en place (massif butée).

En pratique, les massifs béton sont calculés en tenant compte des forces de frottement et de la résistance d’appui sur le terrain.
Lorsqu’il existe des contraintes d’encombrement ou si la mauvaise tenue des terrains interdit la construction de massifs en béton, il est possible d’utiliser les techniques de verrouillage des joints proposées par PAM.

Dimensionnement

Les volumes de béton proposés dans les tableaux ci–après ont été calculés en prenant en compte à la fois le frottement sur le sol et l’appui  sur le terrain en place, pour des caractéristiques de terrains couramment rencontrés. Si des fouilles ultérieures doivent  être exécutées au voisinage immédiat des massifs mobilisant la butée des terres, il convient de réduire la pression dans la canalisation pendant les travaux.