Tensions et forces
Avant l’analyse des types de tensions et déformations auxquelles un tuyau enterré est soumis, les facteurs principaux doivent être identifiés.
- Forces de gravité : produites par des éléments de conception de canalisation, comme suit :
Le poids de la canalisation, qui dépend du DN, l’épaisseur de la paroi et le matériau.
Charges permanentes, en raison du poids des éléments de construction ou installations fixes que le tuyau doit supporter.
Charge due au poids du fluide transporté à travers la canalisation.
Pression hydraulique interne ou pression de travail.
- Forces du sol : générées par les conditions du sol, qui dépendent de l’installation de la canalisation, le type d’ancrage et le type de remplissage associé dû au degré de compactage et la nature du remplissage. Ces suppositions conduisent à des charges verticales et des tensions horizontales et latérales.
- Forces de surcharge : dépend principalement du trafic des véhicules au-dessus de la canalisation et du type de revêtement.
- Forces d’eau souterraine : pression hydrostatique générée par l’eau souterraine. De plus, en conditions extrêmes, les facteurs climatiques doivent être pris en compte (vent, neige, changements de température, etc.) ainsi que les facteurs sismiques et rhéologiques.
Comme résultat, les forces principales à prendre en compte dans un tuyau enterré en PVC-BO sont : la pression interne, les forces de champ et le trafic.2.
- Forces de gravité
Aussi bien les caractéristiques de la canalisation que ses conditions de travail remplissent un rôle important dans sa résistance et sa déformation.
- Forces du sol et de remplissage
Les caractéristiques du sol impliquées dans le calcul de la charge du sol sont les suivantes :
- Poids spécifique du remplissage, (y), en kN/m³. Quand les données de l’essai ne sont pas fournies, on recommande γ = 20 kN/m³.
- Angle de friction interne du remplissage (ρ), en degrés.
- Angle de friction entre le remplissage et les parois de la tranchée, (ρ’), en degrés.
- Coefficient de pression latérale du remplissage, K1 et K2.
Module de compression dans différents espaces de remplissage de la tranchée, E1, E2, E3 et E4, en N/mm2.
- E1 : Résistance du module de remplissage depuis la partie supérieure de la tranchée.
- E2 : Module de résilience du remplissage autour du tuyau, jusqu’à 30 cm au-dessus de la couronne du tuyau.
- E3 : Module de résilience du sol aux deux côtés de la tranchée.
- E4 : Module de résilience du sol sous la tranchée.
Quatre types de sols peuvent être pris en compte :
- Groupe 1 : Sols non cohésifs. Ce groupe comprend le gravier et le sable. La taille de particule ф ≤ 0,06 mm doit être inférieure à 5 %.
- Groupe 2 : Sols légèrement cohésifs. Ce groupe comprend des graviers légèrement argileux ou limoneux. La taille de la particule ф ≤ 0,06 mm doit être entre 5 % et 15 %.
- Groupe 3 : Sols mixtes cohésifs. Ce groupe comprend les sols argileux ou sableux, cohésifs et pierreux. La taille de la particule ф ≤ 0,06 mm doit être entre 15 % et 40 % et peu de sédiments plastiques.
- Groupe 4 : Sols cohésifs. Ce groupe comprend les argiles, les limons et les sols avec un mélange de composés organiques.
Selon les valeurs de l’angle de remplissage de friction interne (ρ), sans données d’essai, la norme UNE 53331 recommande les valeurs indiquées :
| Groupe de sol | Angle de friction interne, ρ |
| 1 | 35⁰ |
| 2 | 30⁰ |
| 3 | 25⁰ |
| 4 | 20⁰ |
Et depuis l’angle de remplissage de friction interne, ρ, on fixe l’angle de friction de remplissage avec les parois de la tranchée, ρ’, selon les hypothèses :
| Compactage | ρ’ |
| Le remplissage se compacte en couches tout le long de la hauteur de la tranchée | ρ |
| Couches de remplissage compactées sur le tuyau sans compacter le reste de la tranchée | 2/3 ρ |
| Remplissage de la tranchée avec compactage postérieur | 1/3 ρ |
| Tranchée rabattable, sans compactage postérieur au retrait de la table | 0 |
Les coefficients de poussée latérale de remplissage sont définis comme suit :
K1 : Coefficient de remplissage utilisé au-dessus de la génératrice supérieure de la canalisation.
K2 : Coefficient de remplissage utilisé autour de la canalisation jusqu’à la génératrice supérieure.
| Groupe de sol | K1 | K2 |
| 1 | 0,5 | 0,4 |
| 2 | 0,3 | |
| 3 | 0,2 | |
| 4 | 0,1 |
Le calcul du module de compression dans différents espaces de remplissage et la tranchée, on applique la méthode CBR (California Bearing Ratio), en utilisant une plaque ronde avec une surface de 700 cm2. Les valeurs Es, en N/mm2, sont exprimées par l’expression suivante :
Où :
Es : Module de compression, en N/mm2
R : Rayon de la plaque chargée, en mm.
: C’est la pente à l’origine de la courbe de charge (F) - base (y), obtenue dans les essais, en N/mm.
Si des essais ne sont pas réalisés, les valeurs de E1 et E2 peuvent être prises du tableau suivant, selon le degré de compactage précisé pour le remplissage et selon le type de sol.
Il est possible de prendre E1 = E2 quand le matériau et le compactage du remplissage dans les deux espaces sont les mêmes. Les valeurs de E3 et E4 doivent être choisies selon les conditions réelles du terrain de la tranchée. Si ces valeurs sont connues, on peut considérer que E3 = E2 et en installations sous terre-plein, on supposera que E1 = E2 = E3.
Pour des sols normaux, la valeur de E4 s’obtient selon le tableau suivant.
| Module de compression Es (N/mm2) | ||||||
| Groupe de sol | % Compactage normal du Proctor | |||||
| 85 | 90 | 92 | 96 | 97 | 100 | |
| 1 | 2.5 | 6 | 9 | 16 | 23 | 40 |
| 2 | 1.2 | 3 | 4 | 8 | 11 | 20 |
| 3 | 0.8 | 2 | 3 | 5 | 8 | 14 |
| 4 | 0.6 | 1.5 | 2 | 4 | 6 | 10 |
3. Forces de surcharge
Il y a certaines pressions verticales sur les canalisations qui peuvent être divisées de la manière suivante :
Surcharges concentrées : Celles-ci sont causées par les charges ponctuelles de trafic localisées dans les roues. Pour l’obtenir, on doit trouver la valeur de la charge concentrée, Pc, en kN :
| No | Symbole | Charge totale, (t) | Nbre. d’axes | a (m.) | b (m.) | Charge par roue (Pc) (kN) | |
| Avant | Arrière | ||||||
| 1 | LT 12 | 12 | 2 | 2 | 3 | 20 | 40 |
| 2 | HT 26 | 26 | 2 | 2 | 3 | 65 | 65 |
| 3 | HT 39 | 39 | 3 | 2 | 1,5 | 65 | 65 |
| 4 | HT 60 | 60 | 3 | 2 | 1,5 | 100 | 100 |
- mètres. Quand la canalisation est installée sous un espace asphalté, on utilise la hauteur équivalente, He.
4. Forces d’eau souterraine
Les forces d’eau souterraine dans une installation ont une extension plus basse que les forces détaillées plus haut. L’influence sur l’effort et la déformation dans une tranchée est moins importante en comparaison avec les autres paramètres d’installation.
Une remarque importante liée avec les forces de l’eau souterraine est la flottabilité de la canalisation en raison des forces hydrostatiques et d’élévation. Celles-ci requièrent que le poids du béton soit mesuré et installé pour s’opposer à cette force.
Résultats des cas d’étude
Influence des paramètres d’installation de la tranchée et la pente.
Il existe plusieurs facteurs externes qui pourraient être considérés pour valider les conditions d’installation de la canalisation. Les caractéristiques liées avec la pression de service, trafic et type de sol sont les facteurs ayant une plus grande influence.
| Paramètre | Résistance (pression) | Tension | Importance |
| H1 | + | + | • • |
| B1 | + | + | • |
| Pression de service | + | - | • • • • • |
| Trafic/Revêtement | + | + | • • • • |
| Niveau d’eau souterraine | + | + | • • |
| Alfa (2α) | + | - | • |
| Type de sol/Compactage | + | + | • • • • |
| Conception de la canalisation (DN, e et matériau) | + | + | • • • |
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