Drains et matériaux de drainage

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1 CHAPITRE 11 Drains et matériaux de drainage 11.1 INTRODUCTION Les drains agricoles peuvent être fabriqués avec différent matériaux tels que la terre cuite, le ciment et plus récemment en matières thermoplastiques comme le polyéthylène, le PVC (polychlorure de vinyle) et le polypropylène. Aujourd hui, les drains sont presque exclusivement fabriqués de thermoplastiques. Pour des raisons historiques, les drains sont principalementfabriquesdepolyéthylèneenamériquedunordetenpvceneurope. Ce chapitre présente sommairement les caractéristiques des drains de polyéthylène fabriqués en Amérique du Nord en considérant les normes québécoise du Bureau de normalisation du Québec(BNQ, 1985a) DRAINS EN POLYÉTHYLÈNE Les tuyaux en polyéthylène ondulé pour le drainage agricole sont fabriqués avec du polyéthylène haute densité(> 0,941) auquel du noir de carbone(minimum 2%) est généralement ajouté pour le rendre résistant aux rayons ultra-violets du soleil Les normes Au Québec, les drains agricoles en polyéthylène sont régis par les normes suivantes du Bureau de normalisation du Québec: BNQ /1985 Tuyaux annelés flexibles et raccord en thermoplastique pour le drainage des sols(bnq, 1985a).

2 184 DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE BNQ /1984 BNQ /1981 BNQ /198l BNQ /1984 BNQ /1985 Tuyauteries en matière plastique - Définitions, désignations et dimensions(bnq, 1984a). Tuyaux en plastique - Méthode d essai. de résistance à la déformation(bnq, 1981a). Tuyaux en plastique - Méthode d essai de résistance aux chocs (BNQ, 1981b). Plastiques - Détermination de la teneur en noir de carbone des compositions de plastiques oléfiniques(bnq, 1984b). Plastiques- Évaluation de la dispersion du noir de carbone dans des compositions de polyéthylène - Méthode par microscopie (BNQ, 1985b). BNQ /1980 Plastiques - Symboles de désignation(bnq, 198). BNQ /1984 BNQ / Les caractéristiques géométriques Plastiques - Polyéthylènes haute densité pour tuyauteries sans pression(bnq, 1984c). Plastiques - Polypropylènes copolymères pour tuyauteries sans pression(bnq, 1984d). La figure 11.1 présentent les principales caractéristiques géométriques des tuyaux de drainage ondulés. Les ondulations ont pour objectif d augmenter la rigidité du tuyau pour un minimum de matière plastique utilisée. Les filets sont soient parallèles ou hélicoïdaux. Les tuyaux sont généralement caractérisés par leur diamètre intérieur nominal. Les diamètres intérieurs nominauxfabriquésauquébecsont75mm,100mm,150mm,200mm,250mmet300mm.le diamètreintérieurmoyendoitêtrecomprisentrelediamètrenominalmoins2mmet105%du diamètre nominal. Une ovalisation inférieure à 10% du diamètre extérieur est tolérée. La longueur minimale des bobines de tuyaux doit respecter la longueur nominale. Les tubes et les raccords doivent être homogènes et exempts de craquelures, piqûres, bulles, matières étrangères ou autres défauts visibles à l oeil nu. De plus, ils doivent être aussi uniformes que possible quant à leur couleur et leur épaisseur. Leurs extrémités doivent être coupées demanièrenetteetàangledroit Les perforations Les perforations(figure 11.1) qui peuvent être sous forme de fentes ou d ouvertures circulaires, doivent être uniformément réparties le long et autour de l axe du tuyau, et disposées en trois rangées au moins(bnq, 1985a). Les perforations sont généralement situées dans le fond des ondulations. L axe mineur(le diamètre des perforations lorsque circulaires) doit être compris entre 0,5 mm et2,0mm,tandisquel airetotaledeperforationdoitêtred aumoins32cm 2 parmètredetube.

3 DRAINS EN POLYÉTHYLÈNE 185 Détails d une perforation Figure 11.1 Formes et dimensions d un drain annelée(adapté de BNQ, 1985a). Les perforations doivent être dépourvues de bavures susceptibles de restreindre le passage de l eauetce,tantsurlasurfaceinternequesurlasurfaceexterne La rigidité Lorsqu ils sont installés, les tubes en plastique se déforment sous le poids du sol se trouvant au dessus. Malgré une résistance due au support latéral du sol qui l entoure, le tube doit avoir une résistance qui se mesure par l essai de rigidité. Cet essai(figure 11.2) consiste à presser une éprouvette de tuyau placée entre deux plateaux parallèles qui se rapprochent à vitesse constante, et à mesurer l effort de compression qui en résulteenfonctiondeladéformation. Silaruptureseproduit,lachargederuptureainsiquela déformation correspondante sont notées. L essai est arrêté lorsque l éprouvette a atteint une déformationde15%desondiamètreintérieur. Lesdimensionsdel échantillon(305mm±5 mm) et le conditionnement sont décrits dans la norme(bnq, 1985a).

4 186 DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE Charge Indicateur de charge Indicateur de déformation Piston de la presse Éprouvette Plateaux parallèle Figure 11.2 Schéma de l appareil pour mesurer la rigidité des tuyaux(adapté de BNQ, 1981a). Lesvaleursderigiditésontcalculéespourdesdéformationsde5%et10%parrapportaudiamètre intérieur moyen par la formule suivante: R = F f Lo % [11.1] R=Rigidité(KN/m 2 ) F=Charge(KN) Lo = Longueur de l éprouvette(m) % =Déformationà5%ou10%(m) 5% = D in 20 10% = D in 10 D in =Diamètreintérieurdudrain Les valeurs à retenir sont les plus basses obtenues parmi les trois éprouvettes. Le valeurs de rigiditéminimalessontrespectivement180kpaet140kpapourdesdéformationsde5%et 10 %.

5 DRAINS EN POLYÉTHYLÈNE La résistance à la flexion à basse température Les tubes destinés au drainage ne sont pas toujours installés dans les conditions idéales pour le polyéthylène. Les tuyaux peuvent être installés dans des conditions froides(< 0 C) où le polyéthylène est fragile. Cet essai consiste à courber à 180, une éprouvette de tube préalablement conditionnée à 0 C pendant 24 heures, autour d un mandrin cylindrique, puis à vérifier son état. Le mandrin a un rayon égal à trois fois le diamètre nominal intérieur du tube. Après être maintenu courbé pendant10minutes,letuyauestredresséàlamain. L éprouvette est examinée sur toute sa longueur pendant le courbage et après son redressement etnedoitprésenternifente,nifissure,nirupture La résistance à l allongement Pendant le déroulement des tubes et leur installation au champ, les tuyaux sont soumis à des tensions axiales qui peuvent l amener à s étirer et entraîner une réduction de leur rigidité. L essai d allongement est effectué dans le but de prévenir ces risques. Le principe est de suspendre verticalement une éprouvette de 1,5 m de longueur chargée d abord par une charge initiale(aussi appelée charge de redressement) de 0,18 N/mm fois le diamètreintérieurnominaldutubeetensuiteparunecharged essaide0,90n/mmfoislediamètre intérieur nominal du tube. Au bout de 3 minutes, le pourcentage d allongement entre deux repères préalablement fixés est mesuré. L allongement est mesuré sur trois éprouvettes etlamoyennenedoitpasdépasser10% La résistance aux chocs Durant le déchargement des tubes de plastique de leur remorque, sur le site de construction, ils peuvent subir des chutes accidentellement. L énergie résultant de cet impact doit être absorbée sans causer des dommages aux tubes. Cette capacité d absorption des effets de chocs est quantifiée par l essai de résistance aux chocs, qui est effectué dans toutes les normes nord américaines. L essaiderésistance(figure)auxchocsconsisteàfairetomberunpoidsde1kgdetypeb (BNQ,1981b)enchutelibred unehauteurde1,0msuruneéprouvettedécoupéedansletuyau àsoumettreàl essai,etàconstaters ilyaounonfissurationouautresdommages. L essaiest réalisésurdixéprouvettesde200mm±5mmconditionnéesà0 Cpendant24heuresetlesdix éprouvettes ne doivent présenter ni fente, ni fissure après avoir été soumis à l essai.

6 188 DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE Figure 11.3 Schéma de l appareil utilisé lors de l essai de résistance aux chocs(bnq, 1981b) La résistance des joints à la séparation Lestubesdeplastiquesonthabituellementvendusenlongueurde6mouenrouleaudeplusde 1200 m, dépendamment du manufacturier et du client. De ce fait, des attaches sont nécessaires pour assurer la continuité de l installation ou pour remplacer une portion de conduite endommagée.lesjointsdoiventêtrecapablesdeseplieretdepasserautraversdelamachined installation sans s endommager ou se séparer de la conduite. L essai de résistance des joints à la séparation, permet de mesurer la performance du couplage sous une charge. Le principe consiste à vérifier l état d assemblage du tube suspendu verticalement sous une charge de redressement et sous une charge de traction appliquées suivant

7 BIBLIOGRAPHIE 189 l axe. Le résultat est satisfaisant si aucune séparation ne survient. Cet essai utilise les mêmes charges et le même mode opératoire de l essai de résistance à l allongement(bnq, 1985a). BIBLIOGRAPHIE BNQ, Plastiques- Symboles de désignation. BNQ , Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1981a. Tuyaux en plastique - Méthode d essai. de résistance à la déformation. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1981b. Tuyaux en plastique - Méthode d essai de résistance aux chocs. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1984a. Tuyauteries en matière plastique - Définitions, désignations et dimensions. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1984b. Plastiques - Détermination de la teneur en noir de carbone des compositions de plastiques oléfiniques. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1984c. Plastiques - Polyéthylènes haute densité pour tuyauteries sans pression. BNQ , Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1984d. Plastiques - Polypropylènes copolymères pour tuyauteries sans pression. BNQ , Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1985a. Tuyaux annelés flexibles et raccord en thermoplastique pour le drainage des sols. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. BNQ, 1985b. Plastiques - Évaluation de la dispersion du noir de carbone dans des compositions de polyéthylène - Méthode par microscopie. BNQ Bureau de normalisation du Québec, Québec. Sagard S. M., G. F. Mitchell et J. O. Hurd(éd.) Structural performance of flexible pipes. Proceedings of the first national conference on flexible pipes. A. A. Balkema, Rotterdam.

8 190 DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE