LA HOUILLE B L A N C H E
ÉDITIONS B. A R T H A U D , Succ
rde J. RE Y, GRENOBLE
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GRENOBLE
C O M I T É D E D I R E C T I O N S C I E N T I F I Q U E
BARBILLION, Professeur titulaire d'Electrotechnique à la Faculté des Sciences de l'Université de Grenoble.
CAMICHEL, Directeur de l'Institut Electrotechnique de Toulouse.
CHALUMEAU, Ingénieur en c h e f de la ville de Lyon.
DARRIEUS, Ingénieur des Arts et Manufactures.
DUVAL, Directeur des Services électriques de la Société Générale d'En- treprises.
FLUSIN, Directeur de l'Institut d'Electrochimie et d'Eiectrométallurgie de Grenoble.
GENISSIEU, Ingénieur en c h e f au Ministère des Travaux Publics.
GRIGNARD, Membre de l'Institut, Doyen de la Faculté des Sciences Directeur de l'Ecole de Chimie Industrielle de l'Université de Lyon.
M A U D U I T , Directeur de l'Institut Electrotechnique et de Mécaniqne appli- quée à Nancy.
MERCIER, Administrateur-Délégué de l'Union d'Electricité.
DE PAMPELONNE, Inspecteur général du Génie Rural.
P A R O D I , Directeur honoraire des Services d'Electrification de la Compa- gnie des Chemins de fer d'Orléans.
P E P Y , Professeur a la Faculté de Droit de Grenoble.
P A G N O N , Ingénieur I. E. G , Secrétaire général.
SOMMAIRE
H Y D R A U L I Q U E . — C h u t e du P o r t i l l o n . E s s a i s e f f e c t u é s sur t u y a u x a u t o - f r e t t é s , p a r G. FERRAND, I n g é n i e u r A . e t M. — L a s i m i l i t u d e des b a r r a g e s m o b i l e s . E x p é r i e n c e s d e l ' u s i n e d e l a G e n t i l l e , par MM. C. CAMICHEL, L. ESCANDE e t E . CHAUSSE.
ÉLECTRICITÉ. — L e r é s e a u de Marseille de la C o m p a g n i e Générale F r a n ç a i s e d e T r a m w a y s (suite et fin), p a r L. BARBILLION, P r o f e s s e u r à la F a c u l t é d e s S c i e n c e s d e l'LTniversité d e Grenoble. — I n a u g u r a t i o n des i n s t a l l a t i o n s d'essais à t r o i s m i l l i o n s de v o l t s du L a b o - ratoire A m p è r e . — Congrès i n t e r n a t i o n a l d ' E l e c t r i c i t é , Paris 1 9 3 2 .
DOCUMENTATION. — I N F O R M A T I O N S .
LÉGISLATION. — Le Mois Fiscal. — E n t r e p r i s e s a y a n t leur siège en F r a n c e e t p o s s é d a n t des é t a b l i s s e m e n t s hors de F r a n c e . — D é t e r - m i n a t i o n du b é n é f i c e i m p o s a b l e , p a r R o g e r e t J a c q u e s LEFEBVRE.
B I B L I O G R A P H I E .
H Y D R A U L I Q U E
Chute du Portillon - Essais effectués sur tuyaux auto-frettés
par G. F E R R A N D , Ingénieur A, et M.
La Compagnie d'Electricité Industrielle procède dans la h a u l e vallée du Lys, a u c œ u r des P y r é n é e s , d a n s la région de L u d i o n , à l'aménagement d ' u n e c h u l e d'eau dite du Portillon en béné
ficiant d'une différence de niveau de plus de 1.400 mètres.
Celte chute sera la plus h a u t e de F r a n c e b a t t a n t le record actuel
lement détenu p a r celle de L a Bissorte (1.150 mètres).
La conduite forcée destinée à a m e n e r l'eau sous pression a u x turbines constitue l'ouvrage le plus i m p o r t a n t de cette remar
quable installation e t l'on conçoit ( é t a n t donné la pression con
sidérable e x i s t a n t à la base de c e t t e conduite) q u e la C. E . I.
se soit entourée de toutes les g a r a n t i e s possibles a v a n t sa réali
sation. Elle a dans ce b u t procédé à des essais préalables sur les
quels nous donnerons plus loin des renseignements complets.
Caractéristiques de la conduite forcée. —• L e niveau m a x i m u m de retenue est à la cote 2562.
L'axe d u collecteur à la cote 1148.
La chute s t a t i q u e m a x i m u m est de 1.414 m è t r e s .
Si l ' o n tient compte de la surpression r é s u l t a n t d u fonction
n e m e n t des turbines, c'est u n e pression de 155 kilos p a r c m2 que les t u y a u x de la p a r t i e inférieure sont amenés à s u p p o r t e r en m a r c h e normale.
L a conduite est composée de différents tronçons de d i a m è t r e intérieur décroissant de :1m. 200 à 0 ni. 850 (1 m . 200, 1 m. 100,
1 m 000, 0 m. 950, 0 m. 900 et 0 m. 850) ; sa longueur déve
loppée est de 2.640 mètres.
Les Etablissements Bouchayer et Viallet de Grenoble consul
tés p o u r l'exécution de la conduite forcée o n t prévu d ' e n cons
t r u i r e la moitié supérieure (0 1 m. 200, 1 m. 100 e t 1 m. 00)en t u y a u x soudés et la moitié inférieure (6 950, 900 et 850) en t u y a u x auto-frettés (brevets G. F e r r a n d ) (1).
(1) On trouvera des r e n s e i g n e m e n t s c o m p l e t s s u r ce s y s t è m e d e t u y a u x dans la b r o c h u r e é d i t é e e n 1932 par la S o c i é t é D a u p h i n o i s e d'Etudes et de Montages : Tuyaux aulo- freliés pour conduites forcées.
Frellage par extension de la paroi à froid.
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1933010
Les tuyaux auto-frettés. — Il est bon de rappeler en quelques lignes c o m m e n t sont constitués et fabriqués ces t u y a u x .
Ils sont constitués d ' u n tube ordinaire soudé (paroi) d o n t l'épaisseur est généralement le q u a r t de l'épaisseur q u ' a u r a i t un t u y a u ordinaire, et d ' a n n e a u x de renfort (frettes) régulière
m e n t espacés sur le t u b e .
Les frettes sont des a n n e a u x à section rectangulaire laminés sans soudure en acier à h a u t e résistance t r a i t é .
Le t u y a u -paroi est construit avec un d i a m è t r e extérieur légè
r e m e n t inférieur au d i a m è t r e intérieur des frettes, de façon que celles-ci se placent à froid sans difficulté.
Les frettes é t a n t placées sur le t u y a u avec u n é c a r t e m e n t conve
nable, l'ensemble est 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 presse h y d r a u l i q u e d'épreuve. Après exécution a u x d e u x extrémités des j o i n t s d'étanchéité nécessaires, on s o u m e t progressivement le t u y a u à u n e pression j u s q u ' à a t t e i n d r e e t parfois dépasser le double de la pression de m a r c h e (pression s t a t i q u e plus sur
pression). Cette pression m a x i m u m est appelée « pression de frettage ».
Sous l'effet de c e t t e pression croissante, la paroi s'allonge, commence d'abord p a r plaquer contre les frettes et détermine ensuite dans celles-ci des tensions telles q u ' u n e fois l'opération terminée et la pression ramenée à 0, les frettes sont encore ten
dues et d é t e r m i n e n t sur la paroi un serrage analogue au serrage que p r o d u i r a i t sur le t u y a u la contraction des frettes posées à chaud.
Lorsque « la pression de frettage » est a t t e i n t e , on la main
t i e n t p e n d a n t u n e m i n u t e ; on laisse ensuite t o m b e r la pression j u s q u ' à la pression de m a r c h e . On fait, à ce m o m e n t , les véri
fications et mesures nécessaires e t on examine en particulier si la paroi s'est bien comportée p e n d a n t sa déformation. On r e m o n t e alors la pression j u s q u ' à obtenir à n o u v e a u « la pression de" frettage » que l'on m a i n t i e n t p e n d a n t cinq m i n u t e s a u moins.
Le frettage du t u y a u est alors t e r m i n é e t les essais de pression effectués en m ê m e t e m p s .
A u cours de la fabrication il est possible de s'assurer que les différents efforts dans la m a t i è r e correspondent bien a u x calculs"
e t dans ce b u t on procède, sur un certain n o m b r e de t u y a u x , au contrôle, à l'aide de tensomètres Huggenberger, des tensions dans les frettes sous l'effet de la pression de frettage, de la pression de m a r c h e e t de la pression 0 e t l'on corrige, s'il y a lieu, la pres
sion de frettage calculée de telle façon que les conditions t h é oriques soient réalisées.
P e n d a n t c e t t e opération, la limite élastique du m é t a l de la paroi est dépassée. (Il e s t connu q u ' a p r è s avoir dépassé sa limite.
d'élasticité, le métal obtient u n allongement p e r m a n e n t après la suppression de la charge et reçoit une nouvelle limite d'élas
ticité égale, à la fatigue m a x i m u m supportée).
Les frettes, par contre, ne s o n t soumises q u ' à des allongements élastiques.
L a fabrication p r o p r e m e n t dite des t u y a u x auto-frettés cons
t i t u e une véritable épreuve du t u y a u avec une pression qui est a u moins le double de la pression m a x i m u m de m a r c h e (pression s t a t i q u e -f surpression).
L a g a r a n t i e qui en résulte est donc t r è s i m p o r t a n t e . Au p o i n t de vue théorique, ce système est i d e n t i q u e au sys
t è m e de t u y a u x avec frettes posées à chaud, il n ' y a que le mode de fabrication qui diffère, mais alors q u e le frettage à chaud c o n d u i t obligatoirement à l'adoption de frettes constituées
p a r un m é t a l s i m p l e m e n t recuit, le s y s t è m e de t u y a u x auto- frettés p e r m e t l'emploi de frettes en acier traité à h a u t e résis
t a n c e .
Le r é s u l t a t p r a t i q u e est q u e l'on o b t i e n t des économies de m é t a l considérables. C'est ainsi q u e si l'on fait la comparaison d u poids des trois systèmes a c t u e l l e m e n t employés :
T u y a u x soudés ordinaires poids G . T u y a u x frettes à chaud poids GR et t u y a u x auto-frettés poids G2. lés relations sont les s u i v a n t e s :
G = 2 G2. GX= 1,5 G2.
O u t r e les économies de poids de m é t a l qui r é s u l t e n t de l'emploi des t u y a u x auto-frettés, il y a lieu de considérer que la résis
t a n c e principale de ces t u y a u x est donnée p a r les frettes qui, é t a n t en acier t r a i t é , sont d ' u n e q u a l i t é très supérieure a u x qua
lités que l'on p e u t obtenir avec des aciers simplement recuits.
Les déformations p e r m a n e n t e s que subissent les t u b e s cons
t i t u a n t les t u y a u x auto-frettés sont de l'ordre de 1 %, ce qui esl e x t r ê m e m e n t peu p o u r un acier qui possède un allongement de 30 % .
Quel est donc en résumé l ' é t a t des m a t é r i a u x composant un t u y a u ainsi c o n s t r u i t ?
Les frettes n ' o n t subi a u c u n c h a n g e m e n t d a n s leurs carac
téristiques mécaniques initiales. L a paroi se t r o u v e constituée p a r u n m é t a l a y a n t subi u n allongement p e r m a n e n t de l'ordre de 1 % e t s a limite élastique, qui, se t r o u v e alors parfaitement définie, est relevée à 23 kilos p a r m m2 environ. L a n a t u r e de la tole employée est telle que l'écrouissage obtenu est sans influence sur les propriétés du m é t a l . Ainsi, les essais dans les laboratoires des différents pays ont m o n t r é que la résistance à la traction a u n e légère t e n d a n c e à a u g m e n t a t i o n , la limite élastique prend la valeur q u e nous avons indiquée et la résilience n ' a presque p a s été diminuée du fait q u e la surface r e p r é s e n t a t i v e du travail de la tôle p o u r un allongement p e r m a n e n t de 1 % représente u n e fraction e x t r ê m e m e n t faible par r a p p o r t à la surface repré
s e n t a t i v e du t r a v a i l d o n t est capable la tôle j u s q u ' à la striction.
E S S A I S EFFECTUÉS A G R E N O B L E ET A ZURICH, SUR LES T U Y A U X AUTO-FRETTÉS
D a n s le b u t de se r e n d r e c o m p t e si le s y s t è m e proposé par les E t a b l i s s e m e n t s B o u c h a y e r et Viallet é t a i t bien a p t e à fournir t o u t e s les garanties nécessitées p a r u n e c h u t e de c e t t e impor
t a n c e , la Compagnie d'Electricité Industrielle a chargé le Labo
r a t o i r e fédéral d'essai des m é t a u x de Zurich sous la h a u t e direc
tion de l'éminent professeur R o s de procéder a u x essais néces
saires.
Il a donc été d e m a n d é a u x E t a b l i s s e m e n t s B o u c h a y e r et Viallet de construire deux t u y a u x . L ' u n , repère A c o r r e s p o n d a n t à la p a r t i e de la conduite s u p p o r t a n t la plus forte pression (155 kilos p a r c m2) ; l ' a u t r e repère D c o r r e s p o n d a n t a u x t u y a u x auto- frettés situés à la jonction avec les t u y a u x soudés. (Pression*
m a r c h e 75 kilos par c m2) .
D ' a u t r e s éléments, tels q u e tôles planes, coquilles, v i l * e t frettes ont également été mis à la disposition du Laboratoire fédéral de Zurich pour que divers essais puissent ê t r e entrepi*
sur les m a t é r i a u x destinés à la fabrication des t u y a u x .
PROGRAMME D E S ESSAIS
Les essais o n t été effectués s u i v a n t un p r o g r a m m e arrêté le 9 janvier 1931.
A) Les essais exécutés sur les m a l é r i a u x destinés à la fabri
cation des t u y a u x d e v a i e n t p e r m e t t r e de d é t e r m i n e r la résis
tance et les déformations en plein m é t a l et dans les soudures à
Tuyau k_
№1 n ri m n r n i-i i-i r-i r-i n n
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aoi/durp a I fin
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Zt trous de 66 pourbges Filfitm
3-1 de 6 0 X 3 8 0
fîession de marche » 1556 m Pression de Frettâo,» - 3 l l 2 w
la livraison ; ils d e v a i e n t fournir en o u t r e les renseignements sur les possibilités d ' a l t é r a t i o n par suite de déformations à froid et de trempes accidentelles.
Ils devaient p e r m e t t r e également de contrôler une affirma
tion donnée par les E t a b l i s s e m e n t s B o u c h a y e r et Viallet pour répondre à une objection formulée par la Compa
gnie d'Electricité industrielle concernant le dépas
sement de la limite d'élasticité de la tôle.
e t les mesures correspondantes devaient p e r m e t t r e de d é t e r m i n e r les tensions internes et de serrage de la virole auto-frettée é t a n t donné q u e le calcul des t u y a u x se base essentiellement sur le degré de serrage. Si l'on suppose les frettes enlevées de la virole, la différence e n t r e le r a y o n intérieur des fret! es et le r a y o n extérieur de la virole à l ' é t a t libre de tensions représente le « degré de serrage ».
D) Lors de l'essai à la pression intérieure, exécuté à Zurich, sur le t u y a u auto-fretté repère A et poussé j u s q u ' à r u p t u r e , on a mesuié les déformations des diamètres des frettes et de la virole, les déformations locales langentielles et longitudinales à différents endroits du t u y a u et le raccourcissement du t u y a u . L'ensemble de ces déformations fournissant la preuve expérimentale du calcul établi p o u r les t u y a u x i r e t t é s .
Après le d é b u t des grandes déformations et j u s q u ' à la r u p t u r e du t u y a u , on a continué de mesurer les variations de la circonférence de deux frettes e t de deux p a n n e a u x de la virole.
Les pressions, correspondant au d é b u t des g r a n des déformations et à la r u p t u r e , d e v a n t confir
mer les résultats de calculs pratiques, qui p e r m e t t e n t d'évaluer la sécurité de service des conduites forcées, en p a r t a n t des r é s u l t a t s des essais mécaniques des m a t é r i a u x destinés à la fabrication des t u y a u x .
Le t u y a u auto-fretté repère D a subi à Grenoble les essais de pression intérieure poussés j u s q u ' à r u p t u r e .
Résultats des essais. — L e compte, r e n d u des essais effectués p a r le L a b o r a t o i r e fédéral de Zurich comporte un v o l u m i n e u x dossier qui dépasse p a r son a m p l e u r le cadre de cet a r t i c l e . N o u s en d o n n o n s néanmoins ci-dessous u n résumé p e r m e t t a n t de s e r e n d r e c o m p t e des résultats obtenus.
Les Etablissements B o u c h a y e r e t Viallet pré
tendaient en effet que l'écrouissage de la tôle de l'ordre de 1 % o b t e n u a u cours de la f a b r i cation des t u y a u x auto-frettés é t a i t sans influ
ence sur la b o n n e t e n u e des pièces en cours d'exploitation ; ils affirmaient m ê m e q u ' e n m a tière de construction on opère p a r principe le cintrage des tôles à froid qui ne sont pas recuites après cette opération, l'écrouissage en r é s u l t a n t obtenu par flexion d e v a n t présenter des incon
vénients plus sérieux q u e l'écrouissage par simple traction p r o v e n a n t du frettage.
Us indiquaient é g a l e m e n t q u e l'expérience avait démontré que t o u t e s les conduites rivées installées depuis de nombreuses années dans t o u s les pays, la p l u p a r t des chaudières à v a p e u r ou réservoirs de chaudronneries constitués p a r des tôles cintrées à froid fonctionnent sans aléas.
Tuyau D,
90. ffi il ?
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4 ,
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deeox 380. Pression de marche . 756m.
fì-ession dg Frettale s15l2m.
B) Les essais exécutés lors de la fabrication
des tuyaux à Grenoble d e v a i e n t d o n n e r des indications sur le serrage obtenu par le procédé d'auto-frettage ainsi que sur la répartition des tensions du t u y a u auto-fretté sous l'effet de la pression intérieure, et . p e r m e t t r e de vérifier l'exactitude des calculs fournis par les E t a b l i s s e m e n t s Bouchayer e t Viallet.
C) Les essais de s e c t i o n n e m e n t sur u n e virole auto-frettée
A — E S S A I S MÉCANIQUES DESTINÉS A LA FABRICATION D E S
D E S MATERIAUX T U Y A U X AUTO-FRETTÉS
a) Tôle d'une virole. — L a tôle utilisée pour la fabrication des t u y a u x (e = 19 mm.) est un acier d o u x Siemens-Martin, d o n t la composition chimique est la s u i v a n t e :
C 0 , 0 6 % Si 0,0 %
P 0,02 %
S 0 , 0 1 % Mn 0 , 4 3 % L ' e x a m e n microscopique et macroscopique de la t e x t u r e du
m é t a l ne donne lieu à a u c u n e observation.
Les qualités de résistance des éprouvettes prélevées dans la virole sont les m ê m e s dans le sens transversal et longitudinal, e t se r é s u m e n t comme s u i t :
Conditions imposées au foui nisseur
de tôles
24
38 X 35 K g / m m5 11 3 / —
33 X 30 % 17 X 7 K g r . m / c m2 100
Il résulte de ces chiffres que le m é t a l de l a - t ô l e présente à l ' é t a t de livraison une t é n a c i t é satisfaisante. Mais la tôle subit une déformation à froid lors de la fabrication des t u y a u x ; pour cette raison on a étudié les possibilités d'altération par suite du vieillissement. P o u r réaliser le vieillissement, les éprouvettes o n t été exposées, après déformation à froid, à une t e m p é r a t u r e de 250° C p e n d a n t 72 heures. Déformation à froid des
éprouvettes de t r a c t i o n : dressage, puis allongement de 5 % ; éprouvettes de pliage : pliage de 12° (y. = 50 ~ — 7 ^ ; éprouvettes de- résilience : pliage de 2° environ.
Les r é s u l t a t s des essais mécaniques d o n n e n t les valeurs moyen
nes suivantes :
Résistance à la t r a c t i o n k g / m m2 44 11 3 —
Allongement sur ( / F en % . 24
Résilience en m k g / c m2 7
Chiffre de pliage 100 L'acier est susceptible de vieillissement, comme il é t a i t à pré
voir, mais il y a lieu de r e m a r q u e r que la résilience conserve encore une b o n n e , v a l e u r .
b) Soudure. — Les qualités mécaniques à la livraison des éprouvettes prélevées à l'endroit de la soudure, sont les suivantes (valeurs moyennes) :
T ô l e p l a n e r e c u i t e
Coquille recuite et cint ée
à froid
V i r o l e r e c u i t e
Virole auto-frettée recuite avant auto-frettage L i m i t e d'écoulement :
1 8 , 2 "22,5 2 3 , 0 24,4 R é s i s t a n c e à la traction ;
33,2 3 5 , 2 37,1 35,3 11 3 y—
A l l o n g e m e n t sur—^- y F
e n % 2 6 , 0 14,5 27,7 25,1
R é s i l i e n c e en m k g / c m2. . 7 , 9 1,7 9 , 5 11,0
100 100 25
Les chiffres ci-dessus m o n t r e n t q u e les effets de l'écrouissage sont b e a u c o u p plus sensibles sur une tôle cinLrée à froid que sur
Une virole auto-frettée, ce qui confirme les assertions donnée p a r les E t a b l i s s e m e n t s B o u c h a y e r e t Viallet et d o n t il a été parlé p r é c é d e m m e n t .
Ils m o n t r e n t également q u e l'auto-frettage n ' a p a s d'influence sur la q u a l i t é d u m é t a l en ce sens q u ' u n e virole soudée auto- frettée conserve sans d i m i n u t i o n les caractéristiques qu'elle pos
sédait a v a n t cette, opération, ce q u i r e v i e n t à dire q u e le tube c o n s t i t u a n t la paroi d ' u n e conduite auto-frettée se trouve en cours d'exploitation d a n s les m ê m e s conditions d ' a p t i t u d e s à assurer le service qui lui est d e m a n d é q u ' u n e c o n d u i t e soudée ordinaire.
c) Frettes. — L ' a n a l y s e chimique du m é t a l des frettes du t u y a u repère A (acier a u carbone t r a i t é ) est la s u i v a n t e :
C 0,48 % Si 0,43 %
P 0 , 0 2 5 % S 0,03 %
Mn 0,73 %
Les chiffres c a r a c t é r i s a n t la résistance m é c a n i q u e des frettes après revenu, c'est-à-dire à l ' é t a t dans lequel elles se trouvent lors de la fabrication des t u y a u x , p r é s e n t e n t les valeurs suivantes:
Conditions imposées au fournisseur
de nettes
A l l o n g e m e n t s u r f%2 VF en % 12
"X 60 X 90
I
X 8 %L ' a n a l y s e chimique des frettes du t u y a u repère D (acier au Cr Ni t r a i t é ) est la s u i v a n t e :
C 0 , 5 2 5 % Mn 0,42 %
Cr 0,63 %
Ni 0 , 4 9 5 % Si 0 , 2 5 5 % S 0,03 %
P 0 , 0 1 5 % Les chiffres c a r a c t é r i s a n t la résistance mécanique de ces frettes
o a t les valeurs oi-dessous :
Conditions imposées au fournisseur
de frettes
115 X 95
Résistance à la traction k g / m m2 119 X 115
. . . . 6,7 X 6
R é s i l i e n c e e n m k g / c m2 5 , 6 X 5 R é s i l i e n c e e n m k g / c m2
B . — M E S U R E S EXÉCUTÉES LORS D E LA FABRICATION D E S T U Y A U X AUTO-FRETTÉS
Les mesures de précision effectuées lors de la fabrication des t u y a u x o n t permis de d é t e r m i n e r les efforts réels dans la paroi . t d a n s les frettes et de les c o m p a r e r d ' u n e p a r t a v e c ceux résul
t a n t du calcul pratique utilisé p a r les E t a b l i s s e m e n t s Bon-
chayer et Viallet p o u r les besoins de la p r a t i q u e c o u r a n t e et d'autre p a r t avec ceux r é s u l t a n t du calcul exact établi p a r M. le Professeur R o s .
Les tableaux ci-dessous r é s u m e n t les observations corres
pondantes :
I. — TUYAU REPÈRE A
F a t i g u e s e n k g / c m2
Calcul pratique (dimensions théoriques)
Calcul ixact (fibre exUr.
et dimensions réelles
Résultat des mesures avec E = 2100000 10
m = T
Fatigue t a n g e n t i e l l e d e s frettes sous la p r e s s i o n de fretlage
+ 4.120 + 3.850 + 3.720 Fatigue t a n g e n t i e l l e des frettes
sous la pression de marche
+ 2.485 + 2.340 + 2.175 Fatigue t a n g e n t i e l l e des frettes
sous la pression n u l l e (serrage) + 850 + 950 + 925 Fatigue t a n g e n t i e l l e de la paroi
sous la p r e s s i o n de marche . + 665 4 - 875 + 815 Fatigue tangentielle de la paroi
sous la pression n u l l e — 970 — 990 — 1.055 II. T e Y AU REPÈRE D
Fatigues en k g / c m2
Fatigue t a n g e n t i e l l e des frettes sous la pression de frettage 150 K g / c m2
Fatigue t a n g e n t i e l l e des frettes sous la p r e s s i o n d e marche 75 K g / c m2
Fatigue des frettes sous la p r e s s i o n nulle (serrage)
Fatigue t a n g e n t i e l l e de la paroi sous la pression de marche Fatigue t a n g e n t i e l l e de la paroi
sous la pression n u l l e
Calcul pratique (dimensions
théoriques)
+ 5 . 2 8 0
+ 3 . 4 9 5 4 - 1,710 4 - 515 - 1.270
Calcul exact (fibre extérieu- re et dimen- sions reelles)
4 - 5.140
4 - 3 . 3 8 0 4 - i . " 9 0 4 - 795 - 1.880
Résultat des mesures avec I = 2 100 000
m = — 1«
3
4 - 4.960
4 - 3 . 2 6 0 4 - 1.750 4 - 740
— 1 290
Les fatigues m a x i m u m s imposées sous la pression de marche étaient les s u i v a n t e s :
Frettes Paroi
Tuyau 2 . 4 0 0 900
Tuyau repère B 3 . 5 0 0 900
C. T E N S I O N S D E SERRAGE ET TENSIONS INTERNES SUR L E T U \ A U AUTO-FRETTÊ REPÈRE A
Les déformations c o r r e s p o n d a n t a u x tensions de serrage et aux tensions internes o n t é t é mesurées lors d u sectionnement successif de la virole e t des frettes.
^ Les mesures o n t été effectuées d a n s les étapes suivantes de l'essai :
a) h la. livraison.
b) Après s e c t i o n n e m e n t de la virole.
c) F r e t t e enlevée.
d) Après s e c t i o n n e m e n t de la frette.
M. le Professeur R o s a calculé le serrage t h é o r i q u e en appli
q u a n t le calcul exact qu'il a établi et en p a r t a n t des bases sui
v a n t e s :
Module d'élasticité r é s u l t a n t des essais mécaniques : tôle E m o y e n = 2 . 0 0 0 t / c m2
frette E m o y e n = 2 . 0 3 5 t / c m2
L i m i t e a p p a r e n t e d'élasticité du m é t a l de la paroi : 2 . 3 8 0 k g / c m2.
L e degré de serrage t o t a l t h é o r i q u e ainsi t r o u v é est de : 0,0440 cm, soit 1/1000.
T u y a u auto-fretté repère A
S e c t i o n n e m e n t d'un é l é m e n t et m e s u r e s pour d é t e r m i n e r le degré de serrage
L e degré de serrage r é s u l t a n t des mesures effectuées lors des essais est de :
0,045 cm
q u i coïncide sensiblement avec le degré de serrage calculé.
D . E S S A I S A LA PRESSION INTÉRIEURE
Les essais o n t été exécutés à Zurich sur le t u y a u repère A, les 12 mai, 6 j u i n et 29 juillet 1932 (essai de r u p t u r e ) en présence des r e p r é s e n t a n t s de :
L'Omnium Lyonnais, Paris,
La Compagnie d'Electricité Industrielle, Paris, La Banque pour Entreprises Electriques, Zurich, e t les Etablissements Bouchayer et Viallet, Grenoble,
e t à Grenoble, le 18 m a r s 1932 sur le t u y a u repère D (essai d e r u p t u r e ) .
I. — E S S A I J U S Q U ' A U D É B U T D E S GRANDES DÉFORMATIONS D a n s le b u t de vérifier les calculs établis pour les t u y a u x fret- tés, on a m e s u i é sous l'effet de la pression intérieure les diffé
r e n t e s déformai ions d u t u y a u repère A.
Le calcul valable pour le domaine de p r o p o r t i o n n a l i t é p a r t de l ' é q u a t i o n différentielle des déformations radiales d ' u n élé-
Dëformation de la paroi à 8 mm. du bord de la frette :
£ a %0 = 0,00520 p
Allongement longitudinal de la paroi, au milieu entre deux freltes : + 0,00140 p + 0,00047 p Effet de la flexion l o n g i t u d i n a l e :
Effet de la pression i n t é r i e u r e longit. : 1
— de l'allongement circon-
m f é r e n t i e l :
Dispositif cT essai
f - i c p r - i r - i r - i r - i n r - i r - i r - i
L i u l I u u u i J L j l I
PPEjlSinM
0,00160 p Allongement r é s u l t a n t :
E« % 0 = + 0.00027 P
Allongement longitudinal local :
A u n e distance de 19 m m . du bord de la frette : Effet de la flexion longitu
d i n a l e : + 0,00058 p Effet de la pression intérieu
r e longitudinale : + 0,00047 p
\
— de l'allongement circon-
m férentiel : — 0,00155 p
Allongement r é s u l t a n t r
=5 % 0 — 0,00050 p
m e n t longitudinal de la paroi. Les déformations de la paroi sont influencées sensiblement p a r la déformation des f r e l t e s dans le sens l o n g i t u d i n a l d u t u y a u p a r suite des efforts secondaires de flexion e t (le cisaillement.
Le procédé d e frettage ne p e u t causer q u e des déformations1 plastiques négligeables.
Le procédé d'auto-frettage p r o d u i t p r a t i q u e m e n t des efforts identiques au serrage p r o v o q u é p a r le frettage à c h a u d . La même t h é o r i e est valable pour les d e u x cas!
L e serrage n'influence p a s les déformations du t u y a u provo
quées p a r une pression intérieure.
L ' é q u a t i o n qui exprime l'égalité des déformations des frettes et d e la paroi fournit P en fonction de l a pression intérieure ps e t raid ainsi possible la d é t e r m i n a t i o n des déformations d u t u y a u Les r é s u l t a t s des calculs sont les s u i v a n t s :
P / c m ' P / c m '
Raccourcissement total du tuyau : Effet des tensions t a n g e n -
tielles : — 0,0029 p Effet de la pression i n t e r n e
longitudinale sur l'an
neau de f e r m e t u r e : + 0,0010 p ' Raccourcissement r é s u l t a n t :
A / (mm.) = — 0,0019 p Les déformations locales e t totales sus-mentionnées' permet
t e n t d'établir les relations p o u r le calcul d e s sollicitations réelles.
+ t t t
I I I j p K g / c m5 Déformation des frettes :
A rx = 22,7 . 1 0 -5 . p
(radiale e t tangentielle locale) ex ° /M = 0,0046 p Déformation- de la paroi, au milieu entre- deux freltes
A r2 = 23,8 . 1 0 -5 . p
r a d i a l e et tangentielle locale) e2 ° /0 0 = 0,00535 p
T e n s i o n s en k g / m m2 I
Pression Fibres Calcul Résultats de mesura
at. extérieures pratique (dimensions
théoriques)
exact (dimensions
réelles)
basés sur les 1 déformationsj radiales totales
Tens 'ons tangentu dies
0 frette + 8 . 5 + 8 , 5 + 9,25
(serrage) paroi — 9.7 — 9 , 1 5 - 10,55
0 — 155 frette + 16,35 + 15,00 - f '13,50
p r e s s i o n de
m a r c h e (asuls) paroi + 16,35 + 17,90 + 18,00 155 frette + 2 i , 8 5 + 2 3 , 5 0 + 22,75 p r e s s i o n d e
marche (tolale) paroi + 6,65 + «,"5 + 7,45 Tensions longitudinales
0
(serrage) paroi ±! 3 , 8 ± 2,55
0 — 155 p r e s s i o n de m a r c h e (SBUIB)
paroi ± 7 , 4 ± 4,40
155 p r e s s i o n de m a r c h e (totale)
paroi ± 1 1 , 2 ± 6 , 9 5
au bord du pan- neau (section dangereuse révé- lée par le calcul
pratique)
au m i l i e u , entre 2 frettes ( s e c t i o n dangereuse, r é v é l é e par le calcul
e x a c t )
I L — E S S A I S D E RUPTURE
Après le d é b u l des grandes déformations on a continué les mesures de la circonférence des frettcs e t de la virole.
T u y a u auto-fretté repère A
Mesure des d é f o r m a t i o n s au c o u r s des e s s a i s à la pression intérieure
Sens iangentiel :
n = 11,54 p — 915 k g / c m2 (côté extérieur) j t = 10,36 p —• 975 k g / c m2 (côté intérieur) Sens longitudinal :
en = — 1,75 p — 255 k g / c m2 (côté extérieur) cri = + 3.85 p + 255 k g / c m2 (côté intérieur) La détermination des limites d'écoulement et de r u p t u r e est basée sur la théorie de Mohr-Guest.
Les grandes déformations de la tôle d é b u t e n t à la pres
sion de frettage p = 310 at. Les frettes ne présentent p a s u n e limite d'écoulement n e t t e .
P o u r la d é t e r m i n a t i o n de la pression de r u p t u r e , on a essayé de généraliser la théorie des t u y a u x frettés, en t e n a n t c o m p t e des déformations plastiques, par l'utili
sation des coefficients de déformation totale. Le calcul qui en résulte n'est pas exact et ne fournit q u ' u n e b o n n e a p p r o x i m a t i o n ; la solution exacte conduirait à des calculs e x t r ê m e m e n t compliqués.
Si l'on établit la condition de r u p t u r e pour la soudure de la virole en considérant la résistance m i n i m u m obte
nue p a r les essais de la soudure, il en résulte la pression de rupture :
p = 585 al.
Les principaux r é s u l t a t s de l'essai sont les s u i v a n t s :
Repore fression correspondant au
Pression
correspondant â. Pression de rupture Pression de rupture déduite du calcul des début des grandes l'écoulement „ , atteinte pratique
en atmosphères Tuyaux déformations
en atmosnhéres
des frettes 1
en atmospheres en atmosphères en atmosphères pratique ' A 310 480 à 530 610 (petite fissure
à l'endroit de la
605 610 (petite fissure
à l'endroit de la s o u d u r e de la pa- roi e n t r e d e u x frettes)
D 290 (rupture d'une
l'rette a v e c g o n - flement de la pa- roi sans fissure)
280
Lors de la r u p t u r e de la soudure, les frettes ne s o n t pas loin de leur résistance m a x i m u m , car le calcul d o n n e - c o m m e pression de rupture des frettes :
p = 620 at.
L e calcul p r a t i q u e des E t a b l i s s e m e n t s Bouchayer et Vial- let, s'est confirmé comme base p r a t i q u e satisfaisante pour l'esti
m a t i o n de la pression de r u p t u r e . Ce calcul indique pour la pres
sion de r u p t u r e du t u y a u auto-fretté, repère A : p = 605 at.,
et pour le t u y a u repère D, essayé à Grenoble : p = 280 at.
Les résultats de ces essais de r u p t u r e sont remar
quables par la concordance du coefficient de sécurité réel avec celui que l'on désirait réaliser.
Résultats des calculs. — E n se b a s a n t sur la détermi
nation des efforts de serrage, on a déterminé les ten
sions de serrage s u i v a n t e s ':
Frettes : <n = + 850 à + 950 k g / c m2 (tangentiel) Virole : at = — 990 à — 1050 k g / c m2 (tangentiel)
= ± 255 k g / c m2 (flexion longitudinale).
Ces efforts se superposent a u x tensions p r o d u i t e s pa- a pression intérieure, q u e l'on p e u t déduire des déforr nations indiquées p r é c é d e m m e n t . E n considérant flcore l'influence de la flexion longitudinale e t de la cession longitudinale sur l ' a n n e a u de fermeture, on
m v e aux termes s u i v a n t s p o u r les tensions les plus («portantes :
Frettes : <rt = 9,75 p + 850 k g / c m2 (côté extérieur) at = 10,50 p + 950 k g / c m2 ( c ô t é i n t é r i e u r )
P("oi : au milieu, e n t r e deux frettes ; T u y a u auto fretté repère A
Après r u p t u r e à la p r e s s i o n de 610 a t m o s p h è r e s
R É S U M É ET CONCLUSIONS
On t r o u v e r a reproduit, ci-dessous et in extenso le résumé et les conclusions du r a p p o r t présenté à la Compagnie d'Electricité industrielle à Paris par M. le Professeur Ros, directeur du L a b o -
« Les calculs statiques des Etablissements Bouchayer et Vial-
« let rendent de précieux services à la pratique.
« La labelle suivante permet de comparer les résultats théoriques
« calculés aux chiffres des tensions déduites des mesures de défor-
•> mations locales.
Détails de la ruptui
1 . U l t i ) d o n i l e
te î e p i i e \ il de l.i ]>,ii(
raloire fédéral d'essai des m a t é r i a u x à Zurich sur les r é s u l t a t s des essais.
« 1° La qualité technique des matériaux employés tôle à feu
« en acier Siemens-Martin (j3z ~ 38 k g / m m2) pour les tuyaux
« et acier e x t r a - d u r t r a i t é (HZ -~ 94 k g / m m2) pour les frettes
« est irréprochable. La résistance ainsi que la capacité de
« déformation statique et dynamique ne donnent lieu à aucune
« observation.
« 2° La résistance de la soudure à la t r a c t i o n . ( ß H Z 3(3)
« est supérieure à 90 % de la résistance de la tôle soudée ;
« elle est suffisante cl de bonne qualité, mais pourrait être
« encore améliorée en te qui concerne la pureté et le traitement
« thermique.
« II est indispensable de diminuer Veffet du vieillissement en
« élevant la resilience de la soudure des tuyaux auto-frettés, ce
« qui est possible par le choix de la qualité et un trai-
« lement approprié des tôles à feu.
« 3° Le procédé de fabrication satisfait aux exigences
« de l'exploitation à la condition qu'il soit constam-
« ment contrôlé par un ingénieur.
« L'espace libre total entre les ,frettes et le tuyau A
« doit pas dépasser 1 0 ° /0 0 du diamètre D et l'allongement
« spécifique maximum des tôles à feu, correspondant à la
« fin de la limite apparente d'élasticité \ne devrait pas être
« inférieur ô 15 % o .
« 4° Les résultats des mesures des déformations
« intégrales et locales exécutées lors de la fabrication des
« tuyaux, ainsi que sur les tuyaux auto-frettés sous la
« pression interne allant jusqu'au double de la pres-
« sion de marche, démontrent une concordance très
« satisfaisante avec les valeurs correspondantes de la
« théorie exacte.
« Cette théorie permet d'évaluer la distance juste et éco-
« nomique des frettes dans le sens longitudinal des tuyaux
T u y a u auto-fretté repère D
Détails de la rupture — R u p t u r e d'une frette Gonflement de la paroi sans fissure
« et de calculer les sollicitations réelles du tuyau et des frettes n.t ., , , . Tuyau auto-fretté repère A
. ... , ' Détails de la rupture — L é g è r e fissure entre les frettes 7 et 8 sur la pai™
« avec une suffisante exactitude. à rendroit de l a soudure
COMPARAISON DES TENSIONS MESURÉES ET CALCULÉES
—
T e n s i o n s en k g . / m m2Pression F i b i e s Calcul Résultats de mesure
at. e x t é r i e u r e s approximatif ( D i m e n s i o n s théoriques)
exact (Dimensions
réelles)
basés sur les déformations radiales totales
Tens 'ons langenlit dies
0 f r e t t e + 8 , 5 + 8 , 5 + 9,25
( s e r r a g e ) p a r o i — 9,7 — 9 , 1 5 — 10,55 0 - 155 f r e t t e + 16,35 + 15,00 + 13,50 p r e s s i o n d e
m a r c h e «seuls) p a r o i + 16,35 + 17,90 4 - 18,00 l i 5 f r e t t e + 2 4 . 8 5 4 - 2 3 , 5 0 4 - 2 2 , 7 5 p r e s s i o n d e
m a r c h e (totale) p a r o i + 6 , 6 5 + 8,75 + 7,45 Tensions longitudinales
0
( s e r r a g e ) p a r o i ± 3 , 8 ± 2,55 0 — 155
p r e s s i o n d e m a r c h e (seule)
p a r o i ± 7,4 ± 4 , 4 0
155 p r e s s i o n d e m a r c h e (totale)
p a r o i ± 11,2 ± 6,95
au bord du pan- neau (section dangereuse révé- lée par le calcul
approximatif)
a u m i l i e u , e n t r e 2 f r e t t e s ( s e c t i o n d a n g e r e u s e , r é v é l é e p a r l e c a l c u l
e x a c t )
« 5° Le serrage des t u y a u x auto-frettés, soit la différence des
« diamètres du tuyau et des frettes après avoir enlevé les frettes
« du tuyau, de ~ 1 % o par rapport au diamètre du tuyau, doit
!< être considéré comme suffisant. Il assure une bonne liaison de :< contact entre les tuyaux et les frettes.
« 6° Le degré de sécurité correspondant à la pression de mar- ( che ne doit pas être inférieur, à 2 par rapport à la limite appa- i rente d'élasticité des tôles à feu ; à 4 par rapport à la rupture i du tuyau auto-fretté.
« Pour la détermination du premier degré de sécurité, la théo- rie exacte peut être consultée ; pour le second degré de sécurité,
D e g r é de sécurité P a r rapport à la limite
apparente d'élasticité Par rapport à la c h a r g e de rupture
T u y a u A. 311,2 a t m _ _ „
155,6 atm 610 - 3 9
155,6 6,y
T u y a u D . . 151,2 atm _ „, 75,6 atm
290 7 " 5 7 6 -á'8
« 7° Le cahier des charges définitif pour la fourniture de la
« conduite forcée de l'usine du Portillon doit se baser sur le projet
« du 23 j u i n 1931, en tenant compte des remarques faites à ce
« projet par la Banque pour Entreprises électriques, le 10 juil-
« let 1931, et tout en considérant le desiderata sous 2°) et 3°) du
« présent résumé.
« 8° Les dispositions constructives, soit la faible épaisseur
« de tôles en acier doux et la distance réduite des frettes. en acier
« de haute résistance sont exactes et garantissent la sécurité indis-
« pensable. » Zurich, le 20 Octobre
Laboratoire fédéral d'essais des matériaux a n n e x é à l'Ecole P o l y t e c h n i q u e F é d é r a l e . Le Directeur, R O S
A u sujet des observations contenues dans les conclusions de M. le Professeur Ros, sous les-paragraphes 2° et 3°, il y a lieu de faire les r e m a r q u e s suivantes :
2° Les tôles utilisées pour les t u y a u x d'essai sont de la n u a n c e c o u r a m m e n t utilisée en F r a n c e pour la construction des conduites forcées soudées a u gaz à l'eau.
Le desiderata exprimé p a r M. le Professeur R o s HP. doit p a s ê t r e considéré comme spécialement applicable a u x s o n d u i t e s auto-frettées mais d ' u n e façon générale à t o u t e s les conduites soudées (voir A, p a r a g r a p h e soudure).
3° La fabrication des t u y a u x auto-frettés q u i se fait en F r a n c e a u x E t a b l i s s e m e n t s B o u c h a y e r e t Viallet est effectivement c o n s t a m m e n t contrôlée par u n ingénieur c o m m e il est de règle dans ces établissements pour la fabrication délicate des conduites forcées et le jeu de 1/100 indiqué p a r M. le Professeur Ros, comme une l i m i t e m a x i m u m , correspond e x a c t e m e n t à la tolérance fixée p a r les normes de la fabrication des t u y a u x auto-frettés.
T u y a u auto-fretté repère D - Après rupture à la p r e s s i o n de 290 a t m o s p h è n
« seuls les essais de rupture sont déterminants, vu la rêparli-
« tion très compliquée des efforts internes dans le domaine de
« la plasticité.
« Les deux tuyaux soumis aux essais ont satisfait à ces exigences :
