Utilisation du principe du relèvement de la limite élastique des aciers
par écrouissage et vieillissement artificiel à la construction des conduites forcées
et économie en résultant*
T h e raising of elastic limit of steels by strain hardening and artificial ageing
Its application to the construction of penstocks Resulting savings
PAR G. F E E R A N D
P l i É S I D E N T - D I B E C T E U T t G É N É R A L D E L A S O C I É T É D A U P H I N O I S E D ' É T U D E S E T D E M O N T A G E S - G R E N O B L E
Vécrouissage et le vieillissement artificiel des aciers utilisés à l'échelle industrielle dans la construction des conduites forcées relèvent considérablement la limite élastique initiale des aciers utilisés, sans pour cela les rendre fragiles, el permettent de réaliser des économies importantes de métal et de finances tout en améliorant la qualité des produits.
C'est ainsi que, tout en maintenant l'utili- sation des tuyaux auto-frettés bien connus, la tendance actuelle, en France, pour les conduites forcées de hautes chutes à grande puissance, est d'utiliser les tuyaux surpressés, les tuyaux sur- pressés auto-frettés et les tuyaux auto-frettés
surpressés, traités, dont le principe de l'écrouis- sage par traction, suivi d'un traitement ther- mique de vieillissement artificiel, est à la base de leur fabrication.
Si, par rapport aux procédés utilisés jusqu'à présent, on peut ainsi réaliser, à coefficient de sécurité égal, de sensibles économies sur les poids et les prix, les procédés de construction de ces systèmes de tuyaux, obtenus par pression hydraulique appliquée au dernier stade de leur fabrication, permettent de vérifier le coefficient de sécurité théorique en lui donnant une valeur réelle et contrôlée, an moins égale.
The strain hardening and the artificial ageing of the steels used in the industrial range in the construction of the penstocks are considerably raising the initial elastic limit of the used steels, without giving them brittle for that, and are allowing to realize important savings of metal and money, and in the same time to improve the quality of the products.
Thus, keeping the use of the well-known self- bended pipes, the actual inclination, in France, for the high power high head penstocks, is in using the over-pressured pipes, the over- pressured self-bended pipes, and the treated self-bended over-pressured pipes, the principle of the strain hardening by tension followed with a heat treatment of artificial ageing of which is the base of their manufacture.
If, as lo the process used till now, perceptible savings over the weights and the prices may be so realized, with an equal factor of safely, the processes of construction of these systems of pipes, obtained by hydraulic pressure applied at the last stage of their manufacture, are allowing of checking the theoretical factor of safety, giving at the. same a real and controlled value, at least equal.
T U Y A U X S U R P R E S S É S
1. P r i n c i p e e t r é a l i s a t i o n d u s u r p r e s s a g e . L e s TUYAUX A U T O - F R E T T É S , a i n s i q u e les TUYAUX S U R P R E S S É S , s o n t de p l u s en p l u s u t i l i -
* C o m m u n i c a t i o n a u 4" C o n g r è s I n t e r n a t i o n a l d e s F a - b r i c a t i o n s M é c a n i q u e s , à S t o c k h o l m (4-10 j u i n 1 9 5 2 ) .
ses s u r les c o n d u i t e s f o r c é e s a l i m e n t a n t les u s i n e s h y d r o - é l e c t r i q u e s m o d e r n e s de g r a n d e p u i s s a n c e f o n c t i o n n a n t s o u s d e h a u t e s c h u t e s et l ' o n e n v i s a g e m a i n t e n a n t , l o r s q u ' i l s ' a g i t d e t r è s h a u t e s c h u t e s , d ' u t i l i s e r l e u r s d é r i v é s : les
« t u y a u x s u r p r e s s é s a u t o - f r e t t é s » et les
« t u y a u x a u t o - f r e t t é s s u r p r e s s é s ».
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1953022
{Cliche Bouchayer et Viallct. Grrnob'ic.) CONDUITE FORCÉE DU POUCET.
C h u t e : 460 m . — D i a m è t r e m o y e n : 2,600 m. — P u i s s a n c e : 160.000 c h .
L a c o n s t r u c t i o n d e s « t u y a u x s u r p r e s s é s » e s t b a s é e s u r le principe bien connu du relèvement de la limite élastique d'un acier par écrouissage sous traction à froid.
D ' u n e m a n i è r e g é n é r a l e , l ' é c r o u i s s a g e se t r a - d u i t p a r u n e a u g m e n t a t i o n d e l a c h a r g e de r u p - t u r e et p a r u n e é l é v a t i o n p l u s g r a n d e e n c o r e d e l a l i m i t e é l a s t i q u e . Cette o p é r a t i o n e s t p a r t i c u - l i è r e m e n t a v a n t a g e u s e , p u i s q u ' e l l e p e r m e t d ' é l e - v e r l a c h a r g e u t i l e d ' u n e p i è c e s a n s r e n d r e p o u r c e l a s o n e m p l o i d a n g e r e u x , c a r u n a c i e r é c r o u i p a r t r a c t i o n n e d e v i e n t n i c a s s a n t , n i f r a g i l e , n i h é t é r o g è n e , a i n s i q u e l ' o n t d é m o n t r é les n o m - b r e u s e s e x p é r i e n c e s f a i t e s à ce s u j e t . A u c o n - t r a i r e , si l ' o n c o m p a r e d e u x a c i e r s d e m ê m e t y p e ( a u c a r b o n e p a r e x e m p l e ) et d e m ê m e l i m i t e é l a s t i q u e , l ' u n n o r m a l i s é d e n u a n c e p l u s d u r e q u e l ' a u t r e , d o n t l a l i m i t e é l a s t i q u e a été r e l e v é e p a r é c r o u i s s a g e , o n c o n s t a t e d a n s ce d e r n i e r u n e r e s i l i e n c e et u n a l l o n g e m e n t s u p é r i e u r s à c e u x d u p r e m i e r .
L o i n d e r e d o u t e r l ' é c r o u i s s a g e , o n l ' u t i l i s e s y s t é m a t i q u e m e n t , d a n s b e a u c o u p d e c a s , p o u r a m é l i o r e r les p r o p r i é t é s m é c a n i q u e s d e s m é t a u x , p a r e x e m p l e d a n s le b é t o n a r m é a v e c d e s r o n d s d ' a c i e r f r a c t i o n n é s b i e n a u - d e s s u s d e l e u r l i m i t e é l a s t i q u e et p a r f o i s m ê m e j u s q u ' à l a s t r i c t i o n .
L ' u t i l i s a t i o n d e c e t t e p r o p r i é t é e t s o n a p p l i c a - t i o n à l a c o n s t r u c t i o n d e t u y a u x d e s t i n é s à s u p - p o r t e r d e s p r e s s i o n s i n t é r i e u r e s élevées a d o n n é n a i s s a n c e a u x « t u y a u x s u r p r e s s é s ».
L e u r m o d e de c o n s t r u c t i o n e s t le s u i v a n t : O n é t a b l i t u n m o u l e en d e u x p i è c e s ou d a v a n - t a g e , d o n t les d i m e n s i o n s i n t é r i e u r e s c o r r e s p o n - d e n t a u x d i m e n s i o n s e x t é r i e u r e s à d o n n e r en définitive a u t u y a u , p u i s o n c o n s t r u i t p a r les m o y e n s u s u e l s u n « t u y a u s o u d é » d o n t les d i m e n s i o n s e x t é r i e u r e s s o n t s e n s i b l e m e n t i n f é - r i e u r e s a u x d i m e n s i o n s i n t é r i e u r e s d u m o u l e . O n p l a c e le t u y a u à l ' i n t é r i e u r d u m o u l e et on le s o u m e t , s u i v a n t le p r o c e s s u s u t i l i s é à l a f a b r i - c a t i o n d e s « t u y a u x a u t o - f r e t t é s », à u n e p r e s - s i o n h y d r a u l i q u e i n t é r i e u r e c r o i s s a n t e .
S o u s l'effet d e c e t t e p r e s s i o n , le t u y a u se d i l a t e j u s q u ' à p r e n d r e c o n t a c t a v e c l a s u r f a c e i n t é - r i e u r e d u m o u l e a p r è s q u e l a l i m i t e é l a s t i q u e d e l ' a c i e r d u t u y a u soit a t t e i n t e , p u i s d é p a s s é e . L a p r e s s i o n o b t e n u e à ce m o m e n t e s t d i t e « p r e s - s i o n d e s u r p r e s s a g e » ; elle e s t m a i n t e n u e u n e m i n u t e a u m o i n s , p u i s r a m e n é e à la « p r e s s i o n de m a r c h e » e n v u e d e p r o c é d e r a u x vérifica- t i o n s n é c e s s a i r e s . L a p r e s s i o n e s t e n s u i t e r e m o n - t é e j u s q u ' à o b t e n i r d e n o u v e a u l a « p r e s s i o n d e s u r p r e s s a g e », q u i e s t m a i n t e n u e p e n d a n t a u m o i n s 5 m i n u t e s .
L ' o p é r a t i o n d e s u r p r e s s a g e e s t a l o r s t e r m i -
n é e ; elle c o n s t i t u e e n m ê m e t e m p s ce q u e l'on a p p e l l e l ' é p r e u v e h y d r a u l i q u e e n u s i n e s .
L e t u y a u a i n s i o b t e n u e s t n a n t i d ' u n e l i m i t e é l a s t i q u e p l u s élevée q u e c e l l e q u ' i l p o s s é d a i t a v a n t l ' o p é r a t i o n . L e r a p p o r t e n t r e les l i m i t e s é l a s t i q u e s finale e t i n i t i a l e e s t d ' a u t a n t p l u s g r a n d q u e l a différence e n t r e les d i m e n s i o n s d u m o u l e e t d u t u y a u à s o n o r i g i n e e s t e l l e - m ê m e p l u s g r a n d e . O n a a i n s i f a b r i q u é u n é l é m e n t d e c o n d u i t e c a p a b l e d e s u p p o r t e r e n s e r v i c e n o r - m a l , à coefficient d e s é c u r i t é égal, u n e p r e s s i o n i n t é r i e u r e s u p é r i e u r e à celle q u ' i l p o u v a i t s u p - p o r t e r d a n s s o n é t a t i n i t i a l . L e t u y a u a i n s i o b t e n u se t r o u v e , d u f a i t m ê m e d e s a f a b r i c a - tion, é p r o u v é j u s q u ' à l a l i m i t e é l a s t i q u e défini- tive, et m u n i d ' u n coefficient d e s é c u r i t é r é e l et c o n t r ô l é a u m o i n s égal a u coefficient d e s é c u r i t é t h é o r i q u e d ' é t a b l i s s e m e n t p a r a i l l e u r s défini p a r le r a p p o r t P/p où :
P = p r e s s i o n d e s u r p r e s s a g e p = p r e s s i o n d e m a r c h e
2 . — L ' i n t é r ê t d u s u r p r e s s a g e .
L'intérêt économique et pratique d e s « t u y a u x s u r p r e s s é s » e s t é v i d e n t . M a i s p r e n o n s u n e x e m - p l e et c o n s t a t o n s d ' a b o r d q u ' u n e t ô l e d ' a c i e r d o n - n a n t E = 34 k g / m m2 à s o n é t a t i n i t i a l , d o n n e E — 50 k g / m m2 a p r è s u n a l l o n g e m e n t d e 5 % . C o m p a r o n s e n s u i t e d e s t u y a u x c o n s t r u i t s p o u r s u p p o r t e r u n e m ê m e p r e s s i o n a v e c u n m ê m e coefficient d e s é c u r i t é . E n a p p e l a n t K le p o i d s d ' u n t u y a u n o r m a l , le p o i d s d ' u n t u y a u s u r p r e s s é à 5 % s e r a 0,68 K. Si, d ' a u t r e p a r t , c o m m e c e l a e s t l a r è g l e e n F r a n c e p o u r l e s c o n - d u i t e s f o r c é e s , o n a c a l c u l é les é p a i s s e u r s en p a r t a n t d ' u n coefficient d e s é c u r i t é 2,5 p a r r a p - p o r t à l a l i m i t e é l a s t i q u e , s o u s l'effet d e l a p r e s - s i o n d e m a r c h e , o n a p p l i q u e a u x « t u y a u x s u r - p r e s s é s », l o r s d e l e u r f a b r i c a t i o n , u n e p r e s s i o n d e s u r p r e s s a g e q u i s e r a a u m i n i m u m d e 2,5 fois l a p r e s s i o n d e m a r c h e , et cela c o n s t i t u e en m ê m e t e m p s u n e é p r e u v e finale à 2,5 fois la p r e s s i o n d e m a r c h e .
L e s « t u y a u x s u r p r e s s é s » se c o n s t r u i s e n t en F r a n c e , d e p u i s 1 9 3 7 , a v e c d e s t ô l e s e n a c i e r d e m i - d u r s u p é r i e u r s o u d a b l e , e t s e m i - i n o x y d a - b l e a u Cr-Cu, r é p o n d a n t à l a s p é c i f i c a t i o n « C o n - for E » d u c a h i e r d e s c h a r g e s de l a Société H y d r o t e c h n i q u e d e F r a n c e , r é g i s s a n t e n F r a n c e les r è g l e s d e l ' a r t p o u r l a f a b r i c a t i o n et le m o n - t a g e d e s c o n d u i t e s f o r c é e s e n m é t a l .
L e s c a r a c t é r i s t i q u e s d e c e t a c i e r s o n t i n d i - q u é e s a u x t a b l e a u x I et IT c i - d e s s o u s :
MAI 1 9 5 3 L A H O U I L L E B L A N C H E 2 3 7
T A B L E A U I T A B L E A U I I
[ C a r a c t é r i s t i q u e s c h i m i q u e s . . . .
C a r b o n e ^ 0,22
\ S o u f r e + p h o s p h o r e ^ 0,07 ] S i l i c i u m s g 0,25
\ M a n g a n è s e = 0 , 9 0 e n v ( C h r o m e = 0,40 e n v C u i v r e = 0,50 e n v
| C a r a c t é r i s t i q u e s m é c a - n i q u e s g a r a n t i e s p a r l e f o u r n i s s e u r . . .
E t a t i n i t i a l ( n o r m a l i s é ) : R J> 54 k g / n i m 2 F.-^>. 34 k g / m m 2 A ^ 20 % K U F ^ 6 k g m / c m 2 P l i a g e à b r a n c h e s p a r a l l è l e s | s u r 2 é p a i s s e u r s .
A p r è s é c r o u i s s a g e à 5 % : R ^> 61 k g / m m 2
E ^ 5 0 k g / m m 2 A ^ 15 % K U F ^ 4 k g m / c m 2 A p r è s é c r o u i s s a g e à 5 % e t | |
v i e i l l i s s e m e n t a r t i f i c i e l à 250 p e n d a n t u n e h e u r e :
R J> 67 k g / m m 2 E ^ 61 k g / m m 2 A J > 12 % K U F > 4 k g m / c m 2
. , . . . , . R > 5 4 k g / m m 2 ; E > 3 4 k g / m m 2 C a r a c t é r i s é e s m e c a - ^ j j j . 6 k gm /cm f e n p l e l n i
n i q u e s g a r a n t i e s s u r , SQU^me et dans les zones d e| l s o u d u r e b r u t e ou) tr£msition. p]iage à hranches| | r e c u i t e a 6 o 0 ° j llêles sur 3 é p a i s s e u r s .
VARIATIONS DE J.A RESILIENCE E S FONCTION DE L'ÉCHO UTSSAQE ET DE LA TEMPÉRATURE
ÉTAT DE LA TOLE
K U F k g m / c m 2 ÉTAT DE LA TOLE
+ 20» 0° — 30°
N o r m a l i s é 9 8 5,5
A p r è s é c r o u i s s a g e à 5 % 8 6,5 4 A p r è s é c r o u i s s a g e à 5 % e t t r a i -
t e m e n t t h e r m i q u e à 2 5 0 " p e n -
7,5 6 3,5
L a l i m i t e é l a s t i q u e o b t e n u e p a r s u r p r e s s a g e p e u t e n c o r e ê t r e élevée s e n s i b l e m e n t p a r u n t r a i - t e m e n t t h e r m i q u e d e v i e i l l i s s e m e n t artificiel à 250° p e n d a n t u n e h e u r e , a i n s i q u e le m o n t r e n t les t a b l e a u x .
P o u r f a i r e r e s s o r t i r les économies q u e p e r - m e t t e n t de r é a l i s e r l ' e m p l o i d e s tuyaux surpres- sés p a r r a p p o r t a u x t u y a u x s o u d é s n o r m a u x , n o u s a v o n s é t a b l i l a c o m p a r a i s o n e n t r e d e u x t u y a u x d e 0 1,400 m , l o n g u e u r 9,000 m , é t a b l i s p o u r s u p p o r t e r u n e p r e s s i o n n o r m a l e m a x i m u m de m a r c h e d e 4 5 5 m , s o i t 45,5 k g / c m2, a v e c u n coefficient de s é c u r i t é c --- 2,5 p a r r a p p o r t à E . L ' u n e s t u n t u y a u s o u d é n o r m a l e n a c i e r a u Cr-Cu à 54 k g , l i m i t e é l a s t i q u e E = 34 k g / m m2 a p r è s n o r m a l i s a t i o n .
•Si
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F I G . 1. — CARACTÉRISTIQUES DU TUYAU D'ESSAI T S . 5 4 . S p 4 . T, s o u m i s à u n s u r p r e s s a g e d e 4 % , p u i s t r a i t é à 2 5 0 ° p e n d a n t u n e h e u r e .
P r e s s i o n d e c o n s t r u c t i o n 100 k g / c m 2 P r e s s i o n d e m a r c h e , 40 k g / c m ?
C o e f f i c i e n t d e s é c u r i t é g a r a n t i 2,5
L e p o i d s d e ce t u y a u est d e 7.640 k g . Son p r i x est d e l ' o r d r e d e 1.100.000 f r a n c s .
L ' a u t r e e s t u n t u y a u d e m ê m e s c a r a c t é r i s t i - q u e s i n i t i a l e s q u e le p r é c é d e n t , m a i s s u r p r e s s é à 5 % , p u i s t r a i t é à 250" p e n d a n t u n e h e u r e ,
l i m i t e é l a s t i q u e élevée à E = 61 k g / m m2 p a r s u r p r e s s a g e et t r a i t e m e n t .
L e p o i d s de ce t u y a u e s t de 4.430 k g . S o n p r i x est de l ' o r d r e de 770.000 f r a n c s .
4 430
Rapport des poids -—~-.-;r- = 0,5c Rapport des prix
7.640 770.000
1.100.000 = 0,70
P a r m i les v é r i f i c a t i o n s effectuées s u r p r o t o - t y p e , c i t o n s à t i t r e d ' e x e m p l e l e s e s s a i s f a i t s s u r u n t u y a u d o n t o n t r o u v e r a les c a r a c t é r i s t i q u e s s u r les figures 1 et 2.
Ce t u y a u est c o n s t i t u é de tôles d ' a c i e r a u Cr- Cu à 54 k g s u r p r e s s é e s à 4 % , p u i s t r a i t é e s à 250" p e n d a n t u n e h e u r e .
L e s p r e m i è r e s d é f o r m a t i o n s p e r m a n e n t e s d e l a p a r o i se s o n t p r o d u i t e s à la p r e s s i o n d e 67 k g / c m2; la l i m i t e é l a s t i q u e de la t ô l e é t a i t , à l ' é t a t n o r m a l i s é , d e 35 k g / m m2.
L e s p r e m i e r s c o n t a c t s d e l a p a r o i e t d e s b a g u e s d e c a l i b r a g e o n t été o b t e n u s à la p r e s - s i o n d e 95 k g / c m2 (90 k g / c m2 p r é v u s ) ; l a l i m i t e é l a s t i q u e e s t a i n s i d e v e n u e : 52,7 k g / m m2.
L a p r e s s i o n a é t é p o r t é e à 100 k g / c m2 p o u r d o n n e r a u t u y a u u n c a l i b r a g e c o n v e n a b l e .
L ' a l l o n g e m e n t e x t é r i e u r m o y e n o b t e n u e s t d e 3,88 % .
L ' é p a i s s e u r a d i m i n u é de 1,9 % .
FIG. 2 . — TUYAU D'ESSAI ( ' T S . 5 4 . S p 4 . T ) , a v a n t e t a p r è s l ' é p r e u v e d e s u r p r e s s a g e .
T u y a u s u r p r e s s é à 4 % D i a m è t r e i n t é r i e u r i n i t i a l 1.361 m m D i a m è t r e i n t é r i e u r final 1.415 mm A l l o n g e m e n t d i a m é t r a l 54 mm
L a d i m i n u t i o n r e l a t i v e de l o n g u e u r r a p p o r t é e à l ' a u g m e n t a t i o n r e l a t i v e de d i a m è t r e d o n n e le coefficient : 0,497.
A p r è s s u r p r e s s a g e , le t u y a u a été d é c o u p é en c i n q v i r o l e s :
, U n e v i r o l e c o m p o r t a n t u n e s o u d u r e de r o n - d e a u a été r é s e r v é e p o u r d e s e s s a i s u l t é r i e u r s . L e s q u a t r e a u t r e s v i r o l e s o n t été a s s e m b l é e s p a r t r o i s s o u d u r e s :
u n e s o u d u r e m a i n a t e l i e r , u n e s o u d u r e de m o n t a g e , u n e s o u d u r e u n i o n m e l t .
L e t u y a u a i n s i c o n s t i t u é a é t é e n s u i t e t r a i t é à 2 5 0 " , u n e h e u r e , p u i s s o u m i s à u n e é p r e u v e à 100 k g / c m2. L e s m e s u r e s f a i t e s a u m o y e n d e j a u g e s à fil r é s i s t a n t o n t i n d i q u é u n e d é f o r m a - t i o n r e l a t i v e p e r m a n e n t e a u p l u s é g a l e à u n m i l - l i è m e :
0,00036 s u r la s o u d u r e m a i n a t e l i e r , 0,00040 s u r la s o u d u r e de m o n t a g e , 0,001 s u r l a s o u d u r e u n i o n m e l t .
D e s m e s u r e s d e d é v e l o p p e m e n t f a i t e s a u d é c a - m è t r e , de c h a q u e côté d e s s o u d u r e s , o n t d o n n é l e s a l l o n g e m e n t s s u i v a n t s :
0,00044 s u r l a s o u d u r e m a i n a t e l i e r , 0,00044 s u r la s o u d u r e d e m o n t a g e , 0,00077 s u r la s o u d u r e u n i o n m e l t , c o m p a r a b l e s à c e u x d o n n é s p a r l e s j a u g e s .
Ces a l l o n g e m e n t s r e s t e n t n e t t e m e n t i n f é r i e u r s à l a l i m i t e é l a s t i q u e a p p a r e n t e définie p a r l ' a l l o n g e m e n t 0,002.
E n d e h o r s d u v o i s i n a g e i m m é d i a t d e s s o u d u - r e s , i l n ' y e u t a u c u n e d é f o r m a t i o n p e r m a n e n t e .
P o u r u n coefficient d e s é c u r i t é de 2,5 r é e l e t vérifié a u x é p r e u v e s finales, ce t u y a u e s t d o n c
M A I 1 9 5 3 L A H O U I L L E 3 3 L Â J N L H L 2 3 9
{Cliché Photopress. Grenoble.) CONDUITE FORCÉE D'AUSSOIS.
Chute : 875 m . — D i a m è t r e m o y e n : 1,650 m , — P u i s s a n c e : 125.000 çh,
s u s c e p t i b l e de f o n c t i o n n e r s o u s u n e p r e s s i o n de s e r v i c e d e 40 k g / c m2 et d e 50 k g / c m2 si le coef- ficient d e s é c u r i t é e s t r é d u i t à 2.
3 . :— N o r m a l i s a t i o n d e s t e n s i o n s i n t e r n e s .
P a r d é f i n i t i o n , les t u y a u x s u r p r e s s é s c o m p o r - t e n t u n avantage très important s o u s l ' a n g l e de l a normalisation des tensions internes s o u s l'effet d e s c h a r g e s e x t é r i e u r e s , n o t a m m e n t poul- ies t e n s i o n s c o n s é c u t i v e s a u x s o u d u r e s , c o m m e n o u s a l l o n s le v o i r .
P o u r o b t e n i r u n t u y a u « s u r p r e s s é », o n p a r t e n effet d ' u n t u y a u s o u d é « n o r m a l ». L e s t e n - s i o n s i n t e r n e s p r o v o q u é e s a u v o i s i n a g e d e s s o u - d u r e s n é c e s s i t e n t e n g é n é r a l u n r e c u i t à 650° C a p r è s s o u d u r e ; m a i s ce r e c u i t n ' e s t p a s t o u - j o u r s p o s s i b l e à f a i r e , soit q u e les p i è c e s s o n t t r o p m i n c e s p o u r s u p p o r t e r c e t t e o p é r a t i o n s a n s d é f o r m a t i o n , s o i t q u e l e u r s d i m e n s i o n s n e le p e r m e t t e n t p a s . O n n ' e s t j a m a i s c e r t a i n , d ' a u - t r e p a r t , q u e ce r e c u i t , s o u v e n t t r è s d é l i c a t à effectuer, d o n n e les r é s u l t a t s a t t e n d u s .
O r , o n s a i t q u e les t e n s i o n s r é s i d u e l l e s a p p l i - q u é e s d a n s l e s p i è c e s a p r è s s o u d u r e p e u v e n t a t t e i n d r e d e s v a l e u r s v o i s i n e s d e l a l i m i t e d ' é l a s - t i c i t é . O n a p u s e d e m a n d e r si F a c t i o n d e s for- c e s e x t é r i e u r e s ( c h a r g e s e t s u r c h a r g e s ) , se c o m - p o s a n t a v e c les t e n s i o n s i n t e r n e s , n e p o r t e r a i t p a s la f a t i g u e t o t a l e d e c e s p i è c e s à u n e v a l e u r i n a d m i s s i b l e .
L e d o c t e u r i n g é n i e u r K O M M E R E L L e n A l l e m a - g n e , M r . G . F I S C H a u x E t a t s - U n i s n o t a m m e n t , o n t m o n t r é , e n r a i s o n n a n t s u r le d i a g r a m m e d e s c o n t r a i n t e s e n f o n c t i o n d e l ' a l l o n g e m e n t , q u e p a r e i l l e s c r a i n t e s n ' é t a i e n t p a s f o n d é e s .
D e s e s s a i s s u r é p r o u v e t t e s a y a n t p o u r b u t d e r é d u i r e s y s t é m a t i q u e m e n t les t e n s i o n s i n t e r n e s d ' u n a s s e m b l a g e s o u d é , avec m e s u r e s c o m p a r a - t i v e s d e s f o r c e s e x t é r i e u r e s e t d e s efforts i n t e r - n e s , o n t été effectués p a r M. F A U C O N N I E R , d e l a C o m p a g n i e d u M é t r o p o l i t a i n de P a r i s , à l ' o c c a - s i o n d u r e n f o r c e m e n t d u p o n t d ' A u s t e r l i t / . Ceux-ci o n t c o n f i r m é e n t i è r e m e n t l ' h y p o t h è s e d e la n o r m a l i s a t i o n d e s t e n s i o n s s u i v a n t u n p r o - c e s s u s d o n t il e s t r a p p e l é s o m m a i r e m e n t ci- a p r è s les p o i n t s p r i n c i p a u x .
Il s ' a g i s s a i t e n d é f i n i t i v e d e s a v o i r c o m m e n t les c o n t r a i n t e s d u e s a u x f o r c e s e x t é r i e u r e s , a p p l i q u é e s à u n e n s e m b l e s o u d é , se c o m p o s e n t a v e c les t e n s i o n s d u e s a u x r e t r a i t s d e s o u d u r e ( t e n s i o n s i n t e r n e s ) . L e s t e n s i o n s et les d é f o r m a - t i o n s c o r r e s p o n d a n t e s s o n t d ' a i l l e u r s liées e n t r e elles, a v e c c e t t e différence q u e , d a n s l e p r e m i e r c a s , l a d é f o r m a t i o n s u b i e e s t la c o n s é q u e n c e d e l a f a t i g u e ou effort u n i t a i r e ( f o r c e / s e c t i o n ) r é s u l t a n t d e s c h a r g e s a p p l i q u é e s , t a n d i s q u e , d a n s l e d e u x i è m e c a s , le r e t r a i t se t r a d u i t p a r
u n a l l o n g e m e n t u n i t a i r e ( r e t r a i t / l o n g u e u r e x t e n - sible) p r o v o q u a n t u n e f a t i g u e d é t e r m i n é e .
L a t e n s i o n i n t e r n e r é s u l t a n t d ' u n e d é f o r m a - l i o n c o n t r a r i é e d o i t l o g i q u e m e n t d i s p a r a î t r e si l ' o n p r o v o q u e a r t i f i c i e l l e m e n t u n e d é f o r m a t i o n p e r m a n e n t e é g a l e o u s u p é r i e u r e à celle q u i a é t é e m p ê c h é e . Il s u f f i r a d o n c d e p r o c é d e r à u n é t i - r a g e s u f f i s a n t p r o d u i s a n t u n e d é f o r m a t i o n p e r - m a n e n t e égale a u r e t r a i t c o n t r a r i é p o u r o b t e n i r , à l a d é t e n t e , l a s u p p r e s s i o n de t o u t e t e n s i o n i n t e r n e d u e a u r e t r a i t ( c e l a n e s ' a p p l i q u e p a s s e u l e m e n t a u x t e n s i o n s i n t e r n e s p r o v e n a n t d e s r e t r a i t s de s o u d u r e , m a i s é g a l e m e n t à t o u t e s t e n s i o n s i n t e r n e s p r o d u i t e s p a r u n e c a u s e q u e l - c o n q u e ) .
L e s a c i e r s q u i se p r ê t e r o n t le m i e u x à u n e t e l l e o p é r a t i o n s e r o n t é v i d e m m e n t d e s a c i e r s p r é s e n t a n t u n e p é r i o d e p l a s t i q u e a u m o i n s égale k 1 % d ' a l l o n g e m e n t s a n s a u g m e n t a t i o n d e s c h a r g e s . L e s r e t r a i t s , e n effet, d é p a s s e n t r a r e m e n t ce chiffre; u n f a i b l e a l l o n g e m e n t p e r - m a n e n t s u r l a l i g n e d u p a l i e r p l a s t i q u e suffira d o n c à c o m p e n s e r c e s r e t r a i t s .
Ce p r o c e s s u s t h é o r i q u e d e l a n o r m a l i s a t i o n o u é c o u l e m e n t d e s t e n s i o n s s o u s l'effet d e s for- c e s e x t é r i e u r e s a é t é e x p é r i m e n t a l e m e n t vérifié.
L e s m e s u r e s effectuées ( m é t r o p o l i t a i n ) o n t e n t i è r e m e n t c o n f i r m é les c o n s i d é r a t i o n s t h é o r i - q u e s . O n a é t é a m e n é à c o n c l u r e d e s e s s a i s effec- t u é s q u e le p r o c e s s u s d e r é d u c t i o n d e s t e n s i o n s i n t e r n e s s o u s l ' a c t i o n d ' u n e f o r c e e x t é r i e u r e e s t g é n é r a l e t q u ' i l s ' a p p l i q u e d ' a u t a n t m i e u x q u e la p é r i o d e p l a s t i q u e s a n s a u g m e n t a t i o n d e s c h a r - g e s e s t p l u s l o n g u e .
T o u t a s s e m b l a g e s o u d é , l a i s s a n t s u b s i s t e r l o c a l e m e n t d e s t e n s i o n s i n t e r n e s , m ê m e i m p o r - t a n t e s , et s o u m i s à d e s c h a r g e s e x t é r i e u r e s ( s u r - c h a r g e s r o u l a n t e s p a r e x e m p l e ) , ne. c o m p o r t e r a p l u s , a p r è s d é t e n t e , q u e d e s t e n s i o n s i n t e r n e s r é d u i t e s , les z o n e s f a t i g u é e s a y a n t s u b i u n a l l o n - g e m e n t p e r m a n e n t c o m p e n s a t e u r d u r e t r a i t . F i n a l e m e n t , les t e n s i o n s s e r o n t d i s t r i b u é e s d a n s l ' a s s e m b l a g e d e f a ç o n h o m o g è n e .
E n p a r t i c u l i e r , d a n s l e c a s d u v i a d u c d ' A u s - t e r l i t z , c o n s t r u i t e n a c i e r e x t r a - d o u x , la p r é - s e n c e p o s s i b l e d e t e n s i o n s i n t e r n e s l o c a l e s en c e r t a i n s p o i n t s d e l ' a s s e m b l a g e n e p r é s e n t e a u c u n i n c o n v é n i e n t q u a n t à l a b o n n e t e n u e d e l ' o u v r a g e et à l'efficacité d e s o n r e n f o r c e m e n t . E n m a t i è r e d e c o n d u i t e s f o r c é e s , l e s s u r c h a r - ges r o u l a n t e s s o n t r e m p l a c é e s p a r d e s s u r p r e s - s i o n s a p p l i q u é e s a u m o m e n t d e s e s s a i s h y d r a u - l i q u e s d e s t u y a u x e n u s i n e s , f a i t s s y s t é m a t i q u e - m e n t s o u s u n e f a t i g u e s u p é r i e u r e à l a l i m i t e é l a s t i q u e p o u r les t u y a u x a u t o - f r e t t é s et s u r - p r e s s é s . D a n s c e s c o n d i t i o n s , l e s t e n s i o n s r é s i - d u e l l e s q u i p e u v e n t s u b s i s t e r s o n t f a i b l e s s u r l e s t u y a u x a u t o - f r e t t é s - s i m p l e s ( é c r o u i s s a g e ^ 1 % ) e t i n s i g n i f i a n t e s p o u r l e s t u y a u x s u r p r e s s é s ( é c r o u i s s a g e > 1 % , d e 2 à 5 % e n g é n é r a l ) .
MAI 1 9 5 3 L A H O U I L L E B L A N C H E 2 4 1
I L — A P P L I C A T I O N D U S U R P R E S S A G E A U X T U Y A U X A U T O - F R E T T É S
P o u r définir les t u y a u x « surpressés auto-fret- tés », il f a u t t o u t d ' a b o r d r a p p e l e r ce q u e s o n t l e s « t u y a u x a u t o - f r e t t é s » q u i , d e p u i s 1925, o n t é q u i p é t o u t e s les h a u t e s c h u t e s f r a n ç a i s e s à g r a n d e p u i s s a n c e , p l u s a n c i e n s et p l u s c o n n u s q u e les « t u y a u x s u r p r e s s é s ».
L e s « t u y a u x a u t o - f r e t t é s » s o n t c o n s t i t u é s d ' u n t u y a u s o u d é f o r m a n t p a r o i et d e f r e t t e s r i g i d e s e n a c i e r l a m i n é s a n s s o u d u r e , t r a i t é ( t r e m p e e t r e v e n u ) , à l i m i t e é l a s t i q u e élevée
(70-105 k g / m m2) ou d e f r e t t e s s o u p l e s e n fils d ' a c i e r c â b l é s à l i m i t e é l a s t i q u e t r è s élevée (150 k g / m m2) .
L e t u y a u - p a r o i e s t c o n s t r u i t a v e c u n d i a m è t r e e x t é r i e u r l é g è r e m e n t i n f é r i e u r a u d i a m è t r e i n t é - r i e u r d e s f r e t t e s , d e f a ç o n q u e celles-ci s e p l a - c e n t à f r o i d s a n s difficulté.
L e s f r e t t e s é t a n t p l a c é e s s u r le t u y a u à u n é c a r t e m e n t c o n v e n a b l e , l ' e n s e m b l e e s t i n t r o d u i t e n t r e les p l a t e a u x d ' u n e p r e s s e h y d r a u l i q u e
1800
1500
900
Pression maximum de marche : 1440,60 m
Pression statique maximum : 1252, 70m
-Pression maximum de marche : 1167,70 m
ZOOO
1500
Cote de I usine ; 902m Usine
FIG. 3, — CONDUITES FORCÉES DE L'USINE DE PBAGNÈBES. — Graphique des pressions.
L'usine de Pragnères (France, Hautes-Pyrénées) peut être alimentée soit par la conduite forcée d e Cestrède sous u n e chute brute de 922,70 m, soit par celle de Cap-de- Long sous 1.252,70 m. Le collecteur commun aux deux conduites et la s t a t i o n d e pompage différentiel permettent d'utiliser l e s apports du bassin supérieur d u G a v e d e Pau a u
remplissage des réservoirs de Cap-de-Long.
1000
-i 900
d ' é p r e u v e . A p r è s e x é c u t i o n a u x d e u x e x t r é m i t é s d e s j o i n t s d ' é t a n c h é i t é n é c e s s a i r e s , o n m e t p r o - g r e s s i v e m e n t le t u y a u e n p r e s s i o n j u s q u ' à a t t e i n d r e e t g é n é r a l e m e n t d é p a s s e r le d o u b l e d e l a p r e s s i o n d e m a r c h e ( p r e s s i o n s t a t i q u e -\- s u r - p r e s s i o n ) . Cette p r e s s i o n m a x i m u m e s t a p p e l é e
« p r e s s i o n de f r e t t a g e ».
S o u s l'effet de l a p r e s s i o n c r o i s s a n t e , l a p a r o i s ' a l l o n g e , c o m m e n c e d ' a b o r d p a r p l a q u e r c o n t r e l e s f r e t t e s e t d é t e r m i n e d a n s celles-ci d e s t e n - s i o n s t e l l e s q u ' u n e fois l ' o p é r a t i o n t e r m i n é e et l a p r e s s i o n r a m e n é e à z é r o , les f r e t t e s s o n t t e n - d u e s e t l a p a r o i c o m p r i m é e . L a p r é c o n t r a i n t e a i n s i o b t e n u e e s t a n a l o g u e à celle q u e l ' o n o b t i e n t a v e c d e s f r e t t e s p o s é e s à c h a u d , c o m m e cela se p r o d u i t s u r les t u y a u x d i t s « f r e t t e s à c h a u d ».
U n « tuyau surpressé auto-fretté » c o m p r e n d u n t u y a u - p a r o i c o n s t i t u é d ' u n « t u y a u s u r - p r e s s é », c o m m e d é c r i t p r é c é d e m m e n t . L e t u y a u - p a r o i p e u t ê t r e s u r p r e s s é a u p r é a l a b l e , p u i s a u t o - f r e t t é e n s u i t e , o u b i e n s u r p r e s s é a u c o u r s d e l ' o p é r a t i o n d ' a u t o - f r e t t a g e . D a n s ce c a s , les f r e t t e s r e m p l a c e n t le m o u l e de s u r p r e s s a g e et il suffit de p r é v o i r , c o m m e j e u i n i t i a l e n t r e le t u y a u - p a r o i e t l e s f r e t t e s , c e l u i n é c e s s a i r e à l ' o b t e n t i o n d u s u r p r e s s a g e d é s i r é .
L e s t u y a u x « auto-frettés surpressés » s o n t d e s t u y a u x « a u t o - f r e t t é s » s i m p l e s à f r e t t e s r i g i d e s ou d e s t u y a u x « surpressés auto-fret- tés » à f r e t t e s r i g i d e s d o n t la p a r o i e t les f r e t t e s s o n t s i m u l t a n é m e n t s u r p r e s s é e s .
A i n s i q u e p o u r les t u y a u x s u r p r e s s é s s i m p l e s , on p l a c e u n m o u l e de m ê m e n a t u r e a u t o u r d e l ' e n s e m b l e t e l q u e le j e u e n t r e l ' e x t é r i e u r d e s f r e t t e s et l ' i n t é r i e u r d u m o u l e a i t la v a l e u r d é s i - r é e .
L a n o u v e a u t é d u s y s t è m e e s t q u e j u s q u ' a l o r s o n a v a i t s y s t é m a t i q u e m e n t é v i t é d ' a t t e i n d r e l a l i m i t e é l a s t i q u e d e s f r e t t e s a u c o u r s d e s o p é r a - t i o n s d ' a u t o - f r e t t a g e , a l o r s q u e m a i n t e n a n t o n p r o c è d e s y s t é m a t i q u e m e n t à l ' é c r o u i s s a g e d e s f r e t t e s p a r t r a c t i o n à f r o i d .
C'est d e p u i s 1 9 5 1 , a p r è s les m i s e s a u p o i n t n é c e s s a i r e s , q u e l ' o n a c o m m e n c é e n F r a n c e l a f a b r i c a t i o n d e s t u y a u x « s u r p r e s s é s a u t o - f r e t - tés » et d e s « t u y a u x a u t o - f r e t t é s s u r p r e s s é s » à l'échelle i n d u s t r i e l l e . L a p r e m i è r e c o n d u i t e a i n s i c o n s t r u i t e s e r a celle d e C e s t r è d e , a c t u e l l e m e n t e n f a b r i c a t i o n .
L ' u s i n e de P r a g n è r e s - F r a n c e ( H a u t e s - P y r é - n é e s ) (fig. 3) p e u t ê t r e a l i m e n t é e soit p a r la c o n d u i t e de C e s t r è d e s o u s u n e c h u t e b r u t e d e 992,70 in, soit p a r celle de C a p d e L o n g s o u s 1.252,70 m . L e c o l l e c t e u r c o m m u n a u x d e u x c o n d u i t e s e t l a s t a t i o n d e p o m p a g e différen- tiel d e C a p d e L o n g p e r m e t t e n t d ' u t i l i s e r les a p p o r t s d u b a s s i n s u p é r i e u r d u Gave de P a u a u r e m p l i s s a g e d e s r é s e r v o i r s d e Cap d e L o n g .
L a c o n d u i t e d e C e s t r è d e a v a i t é t é c o n ç u e p o u r f o n c t i o n n e r s o u s l a p r e s s i o n d e m a r c h e m a x i - m u m de 1.061,10 m (922,70 + 15 % d e s u r p r e s - s i o n ) .
L e m a r c h é i m p o s a i t d e s t ô l e s a u c h r o m e - c u i - v r e à 54 k g et d e s f r e t t e s à 100 k g / m m2. L a m i s e a u p o i n t c o n s t r u c t i v e d e s p o m p e s f u t a c h e v é e a p r è s l a m i s e e n e x é c u t i o n d e l a c o n d u i t e . E l l e m o n t r a q u e c e t t e d e r n i è r e a u r a i t à s u p p o r t e r d e s s u r p r e s s i o n s s e n s i b l e m e n t s u p é r i e u r e s à l a s u r p r e s s i o n u n i f o r m e de c a l c u l d e 15 % . Il d e v e - n a i t d o n c n é c e s s a i r e , soit d e d o t e r l a s t a t i o n d e p o m p a g e d ' u n a m é n a g e m e n t s p é c i a l a v e c c h e - m i n é e d ' é q u i l i b r e d é v e r s a n t e , soit d e r e n f o r c e r l a c o n d u i t e de C e s t r è d e e t l u i p e r m e t t r e d e s u p - p o r t e r à l a p a r t i e i n f é r i e u r e u n e p r e s s i o n d e m a r c h e d e 1.167,70 m .
L a p r e m i è r e s o l u t i o n é t a i t c o m p l i q u é e , c o û - t e u s e , d ' u n e efficacité d o u t e u s e et e n t r a î n a i t u n s u p p l é m e n t de t r a v a u x de g é n i e civil i m p o r t a n t à e x é c u t e r a u - d e s s u s d e la cote 1.700, e n t e r r a i n t r è s a c c i d e n t é .
L a s e c o n d e é t a i t i m p o s s i b l e s a n s c h a n g e r l a s p é c i f i c a t i o n d e l a f o u r n i t u r e , d o n t les c o m m a n - d e s é t a i e n t p a s s é e s . Il f a l l a i t d o n c t r o u v e r u n e s o l u t i o n q u i n ' a m è n e a u c u n e m o d i f i c a t i o n d a n s l e s c o m m a n d e s d e m a t é r i e l d é j à f a i t e s , n i d a n s le coefficient d e s é c u r i t é p a r r a p p o r t à l a l i m i t e é l a s t i q u e d e s m a t é r i a u x p r i s égal à 2,5.
C'est le p r o c é d é d e s u r p r e s s a g e q u i d o n n a la s o l u t i o n d u p r o b l è m e .
C'est a i n s i q u ' e n f a i s a n t v a r i e r le d e g r é de s u r - p r e s s a g e j u s q u ' à 2 % p o u r les t ô l e s ( l i m i t e é l a s - t i q u e p o r t é e d e 34 à 4 3 k g / m m2) et 1 % p o u r l e s f r e t t e s ( l i m i t e é l a s t i q u e p o r t é e d e 70 à 78 k g / m m2) , o n p o u r r a f a i r e s u p p o r t e r à l a c o n - d u i t e d e C e s t r è d e , e n c o n s e r v a n t le coefficient d e s é c u r i t é 2,5, u n e c h a r g e s e n s i b l e m e n t s u p é r i e u r e à celle p r é v u e à l ' o r i g i n e .
L e s n u a n c e s d ' a c i e r u t i l i s é e s p o u r les f r e t t e s à l a f a b r i c a t i o n d e s t u y a u x « a u t o - f r e t t é s s u r - p r e s s é s » et l e u r s c a r a c t é r i s t i q u e s s o n t i n d i - q u é e s a u x t a b l e a u x I I I , IV, V e t V I c i - a p r è s .
C o m m e p o u r les t u y a u x s i m p l e m e n t s u r p r e s - sés, l a limite élastique de l a t ô l e et d e s f r e t t e s p e u t e n c o r e ê t r e élevée sensiblement p a r u n t r a i - t e m e n t t h e r m i q u e de vieillissement artificiel à 250° p e n d a n t u n e h e u r e , a i n s i q u e le m o n t r e n t les t a b l e a u x .
A i n s i q u e c e l a a été f a i t p o u r les t u y a u x s i m - p l e m e n t s u r p r e s s é s , et e n v u e d e f a i r e r e s s o r t i r les é c o n o m i e s q u e p e r m e t t e n t de r é a l i s e r l ' e m - p l o i d e s t u y a u x « a u t o - f r e t t é s s u r p r e s s é s » p a r r a p p o r t a u x t u y a u x s i m p l e m e n t « a u t o - f r e t t é s », n o u s a v o n s é t a b l i l a c o m p a r a i s o n s u i v a n t e e n t r e d e u x t u y a u x 0 --- 1,400 m , l o n g u e u r 9,00 m , a y a n t à s u p p o r t e r u n e p r e s s i o n n o r m a l e d e m a r - c h e d e 455 m , soit 45,5 k g / c m2 a v e c c = 2,5 p a r r a p p o r t à E .
Le premier simplement auto-fretté e s t c o n s t i -
MAI 1 9 5 3 L A H O U I L L E B L A N C H E 2 4 3
CONDUITE FORCÉE DU P O S T I L L O N .
C h u t e : 1.450 m. — D i a m è t r e m o y e n : 1 m . — P u i s s a n c e : 5 4 . 0 0 0 c h .
TABLEAU I I I TABLEAU V NUANCE D'ACIER AU CARBONE UTILISÉE POUR LA FABRICATION
DES FRETTES MONOBLOC LAMINÉES (TREMPÉES E T REVENUES) SUIVANT LA SPÉCIFICATION « CONFOR F » .
F R E T T E S MONOBLOC LAMINÉES EN ACIER AU Cr-Ni (TREMPÉES ET REVENUES) « CONFOR G ».
Analyse c h i m i q u e . .
.Carbone 0,56 env.
\ Manganèse 1,20 env, 'Silicium 0,30 e n v . j Chrome 0,25 env,
Soufre + phosphore <C 0,07 env
[Caractéristiques méca- niques garanties par le fournisseur
Etat initial :
R 90 k g / m m 2 E ;>. 70 k g / m m 2 AJ> 8 % KUF J > 4 kgm/cm2 Après écrouissage à 2 % :
R J> 95 k g / m m 2 K > . 85 k g / m m 2 A % 7 % KUF ^ 4 kgm/cm2 Après écrouissage à 2 % suivi
d'un vieillissement artificiel pendant une heure :
R > 100 kg/inm.2.
E 100 k g / m m 2 A ^ 6 % KUF 5» 3 kgm/cm2
Analyse c h i m i q u e . . .
! Carbone 0,31 env,
| Manganèse 0,60 e n v , 1 Silicium 0,3 env, i Chrome 0,65 env.
f Nickel 2,80 env, Soufre + phosphore «g 0,07
Caractéristiques méca- J niques garanties par<^
le fournisseur . . .
Etat initial :
R J > 115 k g / m m 2 105 k g / m m 2 A J> 6 % KUF ^ 5 k g m / c m 2 Après écrouissage à 2 % :
Il 2» 120 k g / m m 2 E ^ 115 k g / m m 2 A 5 % KUF J> 5 k g m / c m 2 'Après écrouissage à 2 % suivil
d'un vieillissement artificiel!
à 250° pendant une heure : R ^ 130 k g / m m 2 E^> 130 k g / m m 2 A J > 4 % KUF > 4 k g m / c m 2
TABLEAU I V
VARIATIONS DE LA RESILIENCE EN FONCTION DE L'ÉCROUISSAGE ET DE LA TEMPÉRATURE DE L'ACIER « CONFOR F » .
TABLEAU V I
VARIATION DE LA RESILIENCE EN FONCTION DE L'ÉCROUISSAQE ET DE LA TEMPÉRATURE DE L'ACIER « CONFOR G » .
ÉTAT DES FRETTES
KUF kgm/cni2 ÉTAT DES FRETTES
+ 18° 0° — 1 8 ° — 50° KUF kgm/cm2
+ 18°
ÉTAT DES FRETTES
Etat initial (trempées et + 18° 0° — 18° — 50°
Etat initial (trempées et + 18° 0° — 18° — 50°
5,7 5,35 5 4,3
Etat initial 5,7 5,35 5,35 5 Après écrouissage à 2 % . . 5,9 5 4,65 3,65
5,35 Après écrouissage à 2 % . . 5,35 4,65 4,65 4,65 Après écrouissage à 2 %
Après écrouissage à 2 % . .
suivi d'un vieillissement Après écrouissage à 2 %
artificiel à 250° pendant et vieillissement artificiel
5,35 4,65 4,65 3,65 à 250° pendant une heure 4 4 4 4
t u é d e t ô l e s e n a c i e r a u C r - C u à 54 k g , l i m i t e é l a s t i q u e E = 34 k g / m m2 a p r è s n o r m a l i s a t i o n , e t d e f r e t t e s e n a c i e r a u c a r b o n e t r a i t é e s , l i m i t e é l a s t i q u e E = 70 k g / m m2 a p r è s t r e m p e e t r e v e n u .
L e p o i d s d e ce t u y a u e s t d e 4 . 7 0 0 k g . S o n p r i x e s t d e l ' o r d r e d e 8 2 0 . 0 0 0 f r .
Le second, d e m ê m e s c a r a c t é r i s t i q u e s i n i t i a - l e s q u e le p r e m i e r , m a i s d o n t la p a r o i a é t é s u r - p r e s s é e à 5 % e t les f r e t t e s à 2 % , le t o u t e n s u i t e traité à 250" pendant une heure.
L i m i t e é l a s t i q u e d e l a t ô l e é l e v é e à 61 k g / m m2.
L i m i t e é l a s t i q u e d e s f r e t t e s é l e v é e à 100 k g / m m2.
L e p o i d s d e ce t u y a u e s t d e 3.400 k g . S o n p r i x e s t d e l ' o r d r e d e 7 2 0 . 0 0 0 f r .
Rapport des poids.
Rapport des prix.
3.400 4.700 7 2 0 . 0 0 0 8 2 0 . 0 0 0
= 0,72
= 0,88
P a r m i l e s v é r i f i c a t i o n s e f f e c t u é e s s u r p r o t o - t y p e , c i t o n s l e s e s s a i s f a i t s s u r u n t u y a u d o n t
MAI 1 9 5 3 L A H O U I L L E B L A N C H E 2 4 5
o n t r o u v e r a les c a r a c t é r i s t i q u e s a u x figures 4 e t 5.
L e t u y a u d o n t il s ' a g i t e s t c o n s t i t u é d e t ô l e s d ' a c i e r a u Cr-Cu à E = 34 s u r p r e s s é e s à 4 % et de f r e t t e s a u c a r b o n e t r e m p é e s et r e v e n u e s à E = 70 s u r p r e s s é e s à 2 % , le t o u t t r a i t é à 250°
u n e h e u r e .
L a p r e m i è r e o p é r a t i o n d e f a b r i c a t i o n a é t é le frettagc à 175 kg/cm2 a p r è s a l l o n g e m e n t d e la t ô l e à 2 % e n v i r o n s a n s d é f o r m a t i o n d e s f r e t t e s .
L a d e r n i è r e o p é r a t i o n a été u n surpressage à 350 kg/cm2. A p r è s celle-ci, on a m e s u r é les a l l o n g e m e n t s s u i v a n t s :
2,02 % p o u r les f r e t t e s , 4,64 % p o u r la p a r o i .
sa
•Si -el
Longueur - S, 920 36 divisions de 160 - 5,760
IJi n É »9 à Bi m m'm m en t
37 frettes 80x35
m m m ta va m m. m.m. m m m m m m m m m m ypj m m EL.
80
X2X,
S
8
F I G . 4. — CARACTÉRISTIQUES DU TUYAU PROTOTYPE AUTO-FRETTÉ ( T A F . 5 4 . S p 4 / 9 0 . S p 2 . T ) , soumis à une épreuve de surpressage.
Tuyau auto-fretté; tôle à 54 kg, surpressé à 4 %; frettes à 90 kg, surpressées à 2 %; traité.
Pression de construction 306 kg/cm Pression de marche , 122,5 kg/cmP
Coefficient de sécurité garanti 2,5
FIG. 5. — Tuyau d'essai ( T A F . 5 4 . S p 4 / 9 0 . S p 2 . T ) avant et après l'épreuve de surpressage.
TUYAU surpressé à 4%
Diamètre intérieur initial. 1.396 mm Diamètre intérieur final . . 1.454 mm Allongement diamétral . . . . 58 mm
FRETTES surpressées à 2 % Diamètre intérieur initial. 1.450 mm Diamètre intérieur final . . 1.480 mm Allongement diamétral . . . 30 mm
L e s p r e m i e r s a l l o n g e m e n t s d e l ' e n v e l o p p e o n t été p e r ç u s à la p r e s s i o n d e 67 k g / c m2; l a l i m i t e é l a s t i q u e de l a t ô l e est, à ce m o m e n t , de 35,8 k g / m m2.
L e collage d e la p a r o i a u x f r e t t e s a d é b u t é e n t r e les p r e s s i o n s de 80 e t 85 k g / c m2; les l i m i - t e s é l a s t i q u e s c o r r e s p o n d a n t e s s o n t r e s p e c t i v e - m e n t 44,3-47,2 k g / m m2.
L e p r e m i e r c o n t a c t d e s f r e t t e s d u t u y a u a v e c l e s f r e t t e s - c a l i b r e a été o b t e n u à 305 k g / c m2, L a t ô l e a y a n t a l o r s u n a l l o n g e m e n t s u p é r i e u r à 4 % , o n p e u t fixer s a l i m i t e é l a s t i q u e à 52 k g / m m2, q u i c o r r e s p o n d à l a p r e s s i o n d e 93 k g / c m2.
L a l i m i t e é l a s t i q u e d e s f r e t t e s a p r è s a l l o n g e - m e n t d e 2 % , d é d u i t e de ce q u i p r é c è d e , e s t a u m i n i m u m d e 85 k g / m m2.
A p r è s ces o p é r a t i o n s , le t u y a u a é t é t r a i t é à 250° u n e h e u r e , p u i s é p r o u v é à 320 k g / c m2. D e s m e s u r e s f a i t e s a v a n t et a p r è s é p r e u v e , o n
a d é d u i t l ' a l l o n g e m e n t d e s s o u d u r e s : 0,17 % ; l a p a r o i e n t r e f r e t t e s et les f r e t t e s o n t s u b i u n a l l o n g e m e n t m a x i m u m d e 0,04 %. Ces d é f o r m a - t i o n s s o n t i n f é r i e u r e s à l a l i m i t e é l a s t i q u e a p p a - r e n t e 0,2 % e t l a p r e s s i o n 2,5 P c o r r e s p o n d b i e n à 320 k g / c m2.
La pression de marche « P » pourrait être prise à 128 kg/cm2 ( 122,5 kg/cm8 prévue), con- tre 83,5 kg/cm2 pour un tuyau auto-fretté de mêmes dimensions.
III. — L E S R É P E R C U S S I O N S M É C A N I Q U E S D U S U R P R E S S A G E
1. — F r a g i l i t é . — C a p a c i t é d u t r a v a i l d e r u p t u r e .
L e s chiffres m e n t i o n n é s p r é c é d e m m e n t s o n t s u f f i s a m m e n t é l o q u e n t s p o u r a d m e t t r e q u e les t u y a u x « s u r p r e s s é s », « s u r p r e s s é s a u t o - f r e t - t é s » et « a u t o - f r e t t é s s u r p r e s s é s » s o n t exempts de fragilité à t o u t e s t e m p é r a t u r e s .
R e m a r q u o n s e n p a s s a n t q u ' i l s ' a g i t ici d e c o n d u i t e s f o r c é e s d a n s l e s q u e l l e s , l o r s q u ' e l l e s s o n t e n s e r v i c e n o r m a l , la t e m p é r a t u r e d e l ' e a u v é h i c u l é e n e s a u r a i t ê t r e i n f é r i e u r e à 0° C.
D e s t e m p é r a t u r e s i n f é r i e u r e s n e p e u v e n t se c o n s t a t e r s u r les c o n d u i t e s q u e t o u t à f a i t e x c e p -
t i o n n e l l e m e n t , l o r s q u ' e l l e s s o n t v i d e s a u m o m e n t de t r è s g r a n d s f r o i d s .
L e s m a r g e s d ' a l l o n g e m e n t s u b s i s t a n t a p r è s é c r o u i s s a g e et a p r è s t r a i t e m e n t d e v i e i l l i s s e m e n t artificiel s o n t i m p o r t a n t e s p o u r l ' a c i e r d u t u y a u p r o p r e m e n t d i t , d o n c l a c a p a c i t é de t r a v a i l d e r u p t u r e e s t e l l e - m ê m e i m p o r t a n t e . M a i s , poul- ies f r e t t e s , la l i m i t e é l a s t i q u e E se r a p p r o c h a n t d e l a , c h a r g e de r u p t u r e R, l a c a p a c i t é d e t r a - vail d e r u p t u r e e s t f a i b l e . Si, c o m m e cela a r r i v e f r é q u e m m e n t d a n s C e r t a i n s o u v r a g e s m é t a l l i - q u e s , il s u r v e n a i t , e n u n p o i n t d e s f r e t t e s , u n e t e n s i o n d é p a s s a n t l a l i m i t e é l a s t i q u e , u n e f i s s u r e i n t e r n e p o u r r a i t d o n c s'y p r o d u i r e , a l o r s q u e , si (R — E ) a v a i t été d u m ê m e o r d r e q u e p o u r la p a r o i , il y a u r a i t eu là accommodation p a r déformation rémanente.
P o u r les p a r t i e s d ' u n o u v r a g e t r a v a i l l a n t d a n s d e s d i r e c t i o n s v a r i é e s et p a r f o i s i n c o n n u e s , c e t t e o b j e c t i o n e s t v a l a b l e . A u s s i le s u r p r e s s a g e est-il e m p l o y é u n i q u e m e n t p o u r les é l é m e n t s n o r m a u x d ' u n e c o n d u i t e forcée, à l ' e x c l u s i o n d e s p i è c e s s p é c i a l e s t e l l e s q u e c u l o t t e s d e d i s t r i b u t i o n ou b i f u r c a t i o n s . L à , c h a q u e é l é m e n t e s t a n c r é ou r e p o s e s u r d e s b e r c e a u x d e f o r m e a p p r o p r i é e . L e s s e u l e s c o n t r a i n t e s p o u v a n t s'y p r o d u i r e s o n t , p o u r le t u y a u :
— Celles p r o v e n a n t d e la flexion l o n g i t u d i n a l e e n t r e a p p u i s et d e s efforts d e c i s a i l l e m e n t a u b o r d de c h a q u e a p p u i ;
— Celles p r o v e n a n t d e l a p r e s s i o n d e m a r c h e e t d e s c o u p s d e b é l i e r e x c e p t i o n n e l s e t a c c i d e n t e l s ;
— Celles p r o v e n a n t d e d é p r e s s i o n i n t e r n e a c c i - d e n t e l l e ;
E t p o u r les f r e t t e s :
— Celles p r o v e n a n t d e la p r e s s i o n d e m a r c h e e t d e s c o u p s d e b é l i e r e x c e p t i o n n e l s e t a c c i - d e n t e l s .
L e c i s a i l l e m e n t p r o v e n a n t d e s a p p u i s se c a l - c u l e p a r d e s f o r m u l e s c o n n u e s d e p u i s l o n g - t e m p s . L e s t e n s i o n s r é s u l t a n t d e l a flexion e n t r e a p p u i s s o n t u n p e u s p é c i a l e s p o u r les p o u t r e s c r e u s e s ; d e p u i s les t r a v a u x d e M. l ' I n g é n i e u r d u G é n i e m a r i t i m e T H U L O U P , e n 1928, o n s a i t les c a l c u l e r .
L a f o r m e et l ' a m p l e u r d e s a p p u i s , a i n s i que- l e u r s i n t e r v a l l e s , s o n t d o n c d é t e r m i n é s d e f a ç o n t e l l e q u e ces c o n t r a i n t e s s o i e n t t r è s f a i b l e s ; l a d i m i n u t i o n d e (R — E ) n ' a d o n c a u c u n i n c o n - v é n i e n t à cet é g a r d .
L'épreuve hydraulique de contrôle étant pous- sée jusqu'à la limite élastique réelle, soit deux fois et demie au moins la pression normale de marche, majorée des surpressions pouvant résul- ter des ondes de fermeture ou d'ouverture (coups de bélier normaux), il en résulte que les con- traintes provenant de la pression interne n'attein- dront jamais la limite élastique E.
(R — E ) n ' a d o n c p a s n o n p l u s à i n t e r v e n i r p o u r les t e n s i o n s p r o v e n a n t d e la p r e s s i o n .
V i s - à - v i s d e s coups de bélier e x c e p t i o n n e l s et a c c i d e n t e l s , o n e s t m i e u x a r m é e n c o r e q u e poul- ies c o n d u i t e s n o n s u r p r e s s é e s , d ' a b o r d d u fait q u e les t u y a u x n o n s u r p r e s s é s s o n t é p r o u v é s à 80 % s e u l e m e n t d e l e u r l i m i t e é l a s t i q u e , e n s u i t e p a r c e q u e les s u r p r e s s i o n s p r o v e n a n t de f e r m e - t u r e s i n s t a n t a n é e s d e s d i s t r i b u t e u r s ( a c c i d e n t s ) s o n t m o i n d r e s p o u r les c o n d u i t e s s u r p r e s s é e s q u e p o u r les a u t r e s . E n effet, l a d i l a t a t i o n d e s t u y a u x s u r p r e s s é s é t a n t , d u f a i t d e l e u r m o i n - d r e é p a i s s e u r , p l u s g r a n d e q u e celle d e s t u y a u x
MAI 1 9 5 3 L A H O U I L L E B L A N C H E 2 4 7
o r d i n a i r e s , s o u s l'effet d ' u n e a u g m e n t a t i o n de p r e s s i o n d é t e r m i n é e , il s ' e n s u i t u n e diminution de la valeur de la célérité, d o n c d u c o u p d e b é l i e r (voir a n n e x e 1 ) .
U n e e x p é r i e n c e d e p l u s d e q u a r a n t e a n n é e s ' e n m a t i è r e d e c o n d u i t e s f o r c é e s n o u s p e r m e t d ' a f f i r m e r q u ' e n c o u r s d ' e x p l o i t a t i o n les p r e s - s i o n s a c c i d e n t e l l e s e x c e p t i o n n e l l e s q u i p e u v e n t s e m a n i f e s t e r a u c o u r s d e l a v i e d ' u n e c o n d u i t e f o r c é e n ' a t t e i g n e n t j a m a i s , e n a u c u n p o i n t , le d o u b l e d e l a p r e s s i o n m a x i m u m n o r m a l e d e m a r c h e ( p r e s s i o n s t a t i q u e -f- s u r p r e s s i o n m a x i - m u m n o r m a l e ) .
C'est d ' a i l l e u r s p o u r q u o i o n a é t a b l i et m i s e n p r a t i q u e , e n F r a n c e , d e p u i s 1918, la « R è g l e d ' O r » s u i v a n t e :
« La condition nécessaire et indispensable à la stabilité d'une conduite forcée est que les élé- ments la constituant subissent, aux usines du constructeur, une épreuve hydraulique au moins égale au double de la pression maximum nor- male de marche (pression statique -\- coup de bélier maximum normal). »
E n fait, d e p u i s 1918, il n ' a é t é e n r e g i s t r é a u c u n a c c i d e n t s u r les c o n d u i t e s a y a n t s u b i d e t e l l e s é p r e u v e s , a l o r s q u ' a v a n t 1918, e t m ê m e a p r è s , d e s r u p t u r e s d e c o n d u i t e s , d o n t c e r t a i n e s s e s o n t t r a n s f o r m é e s e n c a t a s t r o p h e s , o n t é t é e n r e g i s t r é e s s u r d e s c o n d u i t e s f o r c é e s d o n t l e s é l é m e n t s a v a i e n t été é p r o u v é s s e u l e m e n t à 50 % a u - d e s s u s d e la p r e s s i o n d e m a r c h e .
E n ce q u i c o n c e r n e les d é p r e s s i o n s i n t e r n e s , o n d é m o n t r e , p a r le c a l c u l , q u ' u n e c o n d u i t e s u r - p r e s s é e r é s i s t e m i e u x a u x d é p r e s s i o n s q u e l a m ê m e c o n d u i t e à l ' é t a t o r d i n a i r e et q u ' u n t u y a u o r d i n a i r e s o u m i s à u n e p r e s s i o n e x t é r i e u r e s ' é c r a s e b i e n a v a n t q u e le m ê m e t u y a u s u r p r e s s é flambe ( v o i r a n n e x e 2 ) .
2 . — E c r o u i s s a g e e t v i e i l l i s s e m e n t . O n p o u r r a i t a u s s i o b j e c t e r q u e t o u t é c r o u i s - s a g e e s t u n e c a u s e d e v i e i l l i s s e m e n t , m a i s , d a n s les t u y a u x s u r p r e s s é s , le t r a i t e m e n t d e v i e i l l i s s e - m e n t artificiel c o n s t i t u e , a u c o n t r a i r e , u n e a m é - l i o r a t i o n .
Si le t e r m e « v i e i l l i s s e m e n t » p e u t ê t r e p r i s
I V . —
N o u s n e v o u d r i o n s p a s t e r m i n e r c e t t e p a r t i e d e n o t r e c o m m u n i c a t i o n s a n s p a r l e r d e la t e n u e d e s t u y a u x a u t o - f r e t t é s à l ' o c c a s i o n d ' a c c i d e n t s s u r v e n u s a v a n t l e u r m o n t a g e et q u i m o n t r e n t l e u r a p t i t u d e à s u p p o r t e r , s a n s r u p t u r e , les c h o c s les p l u s v i o l e n t s a m e n a n t d e p r o f o n d e s
d a n s u n s e n s p é j o r a t i f l o r s q u ' i l s ' a g i t d e s f a b r i - c a t i o n s a n c i e n n e s de c o n d u i t e s f o r c é e s e n a c i e r s e x t r a - d o u x ( t u y a u x r i v é s et t u y a u x s o u d é s a u g a z à l ' e a u ) , il n e s a u r a i t ê t r e p r i s d a n s ce s e n s l o r s q u ' i l s ' a g i t d e la f a b r i c a t i o n d e s c o n d u i t e s f o r c é e s m o d e r n e s u t i l i s a n t , g r â c e à l a s o u d u r e é l e c t r i q u e , d e s a c i e r s b e a u c o u p m o i n s f r a g i l e s a p r è s v i e i l l i s s e m e n t , et a fortiori d e l a f a b r i c a - t i o n d e s c o n d u i t e s s u r p r e s s é e s , o ù l ' o n u t i l i s e d e s a c i e r s p a r f a i t e m e n t r é s i l i a n t s à t o u t e s t e m - p é r a t u r e s .
M a i s e n c o r e f a u d r a i t - i l s ' e n t e n d r e s u r les c o n s é q u e n c e s d ' u n é c r o u i s s a g e s u r u n a c i e r v i e i l l i s s a b l e et voir l ' u s a g e a u q u e l il e s t d e s t i n é . L ' é c r o u i s s a g e e s t é v i d e m m e n t à p r o h i b e r l o r s - q u ' i l s ' a g i t d ' a p p a r e i l s f o n c t i o n n a n t s o u s t e m p é - r a t u r e s élevées ( c h a u d i è r e s à v a p e u r p a r e x e m - p l e ) , m a i s p o u r d e s a p p a r e i l s d e s t i n é s à f o n c - t i o n n e r a u x t e m p é r a t u r e s h u m a i n e s (c'est le c a s d e s c o n d u i t e s f o r c é e s ) , il e n e s t d i f f é r e m m e n t . N o u s n ' a v o n s j a m a i s e n t e n d u d i r e q u e d e s r o n d s à b é t o n é c r o u i s j u s q u ' à l a s t r i c t i o n a i e n t é t é l a c a u s e d ' a c c i d e n t s s u r les o u v r a g e s où ils s o n t e m p l o y é s .
A u c u n e r u p t u r e de c o n d u i t e s r i v é e s ( n o u s e n a v o n s p e r s o n n e l l e m e n t i n s t a l l é il y a q u a r a n t e - c i n q a n s q u i se p o r t e n t t o u j o u r s b i e n ) n ' e s t , d e m ê m e , i m p u t a b l e a u v i e i l l i s s e m e n t , et c e p e n - d a n t c e r t a i n e s d e c e s c o n d u i t e s d e f o r t e s é p a i s - s e u r s s o n t f o r t e m e n t é c r o u i e s , d u f a i t d e l e u r c i n t r a g e à f r o i d et d u r i v e t a g e n o n s u i v i s d e r e c u i t .
O n p o u r r a i t d i r e a u s s i q u e le g a i n o b t e n u p a r s u r p r e s s a g e , s u r la l i m i t e é l a s t i q u e , e s t f a c t i c e , c a r o n i g n o r e si, p a r s u i t e d e s v a r i a t i o n s d e l a t e m p é r a t u r e a m b i a n t e , a i n s i q u e d e s v i b r a t i o n s , c e t t e l i m i t e é l a s t i q u e n ' a u r a p a s t e n d a n c e à r e v e - n i r à sa v a l e u r p r i m i t i v e .
L e s p r e m i e r s t u y a u x s u r p r e s s é s n ' o n t a c t u e l l e - m e n t q u e q u a t o r z e a n n é e s d ' e x i s t e n c e , et en l ' a b s e n c e d e r é f é r e n c e s d e p l u s l o n g u e d u r é e , n o u s p o u v o n s d i r e q u e , m e t t a n t à profit les r é s u l - t a t s d ' e s s a i s a n c i e n s f a i t s d a n s l a m a r i n e f r a n - ç a i s e , d o n t le b u t é t a i t d ' é l e v e r l a l i m i t e é l a s t i - q u e d e s c a n o n s a u m o y e n d e c y c l e s t h e r m i q u e s c o m p r e n a n t c h a c u n u n é c r o u i s s a g e p a r t r a c t i o n , n o u s o b t e n o n s d e s t u y a u x s u r p r e s s é s t r a i t é s t h e r m i q u e m e n t d o n t l a n o u v e l l e l i m i t e é l a s t i q u e e s t a b s o l u m e n t s t a b i l i s é e .
d é f o r m a t i o n s p e r m a n e n t e s t a n t s u r le t u y a u p r o - p r e m e n t d i t q u e s u r les f r e t t e s . E n effet, en c o u r s d e s t o c k a g e o u de t r a n s p o r t , c e r t a i n s t u y a u x o n t e u à s u b i r d e s c h o c s t r è s v i o l e n t s , p a r s u i t e d ' é b o u l e m e n t o u d e c h u t e , s a n s p o u r cela, et m a l g r é les i m p o r t a n t e s d é f o r m a t i o n s U N E É P R E U V E E X C E P T I O N N E L L E : L ' A C C I D E N T D E L A C O N D U I T E D ' I Z O U R T
