2.7 STRUCTURES SECONDAIRES
2.7.1. POTEAUX
Ils sont utilisés pour supporter des tuyauteries, peu nombreuses, en extérieur ( par exemple entre deux bâtiments ). Ils sont généralement réalisés à partir de profilé IHE du commerce, encastrés à la base sur un massif en béton armé et munis d'une barre transversale supportant les tuyauteries.
Efforts dans les boulons d'ancrage : Fv =
Les boulons d'ancrage pourront être, selon les efforts appliqués, des chevilles chimiques ( ex. HVA-HIS de Hilti ) ou des boulons d'ancrage à crochet pour des efforts plus importants.
Parfois les montants peuvent être réalisés en caisson. Cette solution est esthétique, mais coûteuse sans compter qu'il est difficile de vérifier la corrosion interne et encore moins y remédier facilement. Attention à la disposition des goussets, jamais au milieu d'un côté du caisson sauf si une plaque renfort est interposée ( Fig 3-45 ).
2.7.2 CATENAIRES
Lorsqu'il faut soutenir une ou plusieurs conduites en extérieur, il n'est pas toujours économique d'installer des poteaux tous les 5 à 6 m. On peut, sous certaines conditions, réaliser une suspension du type " Caténaires " constituée d'un ou 2 câbles ou tirants fixés aux 2 extrémités sur des poteaux éloignés. Des pendards fixés aux câbles ou tirants soutiendront les tuyauteries. Les efforts gravitaires seront transmis aux poteaux sur lesquels seront fixés les câbles.
Les poteaux intermédiaires sont équilibrés naturellement pour autant que l'espace entre ces poteaux soit identique, ces poteaux ne recevront donc que des charges verticales de compression. Ce n'est pas le cas des poteaux d'extrémité qui seront donc conçus et calculés en conséquence. ( pylône de stabilité, massif d'ancrage, .... ). Attention toutefois, les suspensions caténaires ne sont guère stables au vent latéral, le projeteur devra veiller à réaliser des guidages au droit des poteaux.
Exemple de calculs
Soit une tuyauterie dn 100 ( f 114,3 x 3,6 ) non calorifugée et véhiculant un liquide de masse volumique assimilée à de l'eau ( 1000 kg/m3 ), doit traverser une route. La distance entre les poteaux de soutient est de 25 m. Déterminer la section des tirants, sachant que son allongement unitaire A = Dl / L = 0,0002 et que la flèche de la courbe est de 4 m. On adoptera pour le tirant un poids par mètre linéaire de 3 daN.
Le tableau FIG 3-32 précise qu'un tube dn 100 peut avoir une portée de 5,6 m pour une flèche de 1/1000e de la portée ( t < 400°C ). Nous adopterons dans ce cas 5 divisions égales de 5 m. On sait qu'un fil souple suspendu d'une manière lâche, en 2 points, suit une courbe particulière appelée " Chaînette " . Toutefois, dans les calculs, on lui substitue la parabole qui est une courbe peu différente de cette chaînette mais plus simple à calculer.
Equation de la parabole: y =
D'où la flèche yf - yo =
D'où le paramètre a =
Pour X = 5 + 2,5 = 7,5 m y = 19,53 +
D'où tan a =
tan b=
Le poids de notre conduite tiré du tableau FIG 3-31, contenant de l'eau est de 18,83 daN/m soit 19 daN/m, auquel nous ajouterons les 3 daN/m représentant la charge des tirants ( valeur approximative mais suffisante pour ce calcul ). recherchons les efforts dans les tirants au moyen de la règle du parallélogramme des forces ( rappel: Mécanique générale - statique ).
F"1 = F'1 =
Θ = 180° - ( β + γ )
Sin γ =
γ = 12° 26'
θ = 180° - ( 62° 31' + 12° 26' ) = 105° 03'
F2 = 457
L'allongement unitaire tiré de la loi de Hoocke : A =
( daN/mm² ) st = 0,0002 x 20 000 = 4 daN/mm2 ( 4 hbar ) < 7 La charge maxi sur les tirants est de 498 daN. Section du tirant =
Remarques:
- Il y a toujours lieu de prévoir des tendeurs qui faciliteront le montage et le réglage d'ensemble.
- Attention, cette tuyauterie sera instable par vent latéral, pour y remédier on peut adopter la disposition représentée à la FIG 3-48, ci-dessous.
- Dans le cas de plusieurs tuyauteries disposées dans un même plan ( nappe ), on placera 2 caténaires en parallèle. Toutefois, les tirants supérieurs devront être écartés afin d'améliorer la stabilité et dans certains cas, il sera prévu des contreventements.
2.7.3 PIPES RACKS ( passerelles à tuyauteries )
Ce sont des structures destinées à supporter des nappes importantes de tuyauteries reliant les unités de production dans les usines chimiques ou pétrochimiques. Elles sont généralement réalisées en acier, rarement en béton et offrent l'avantage de libérer la surface au sol pouvant ainsi, être utilisée pour l'implantation d'équipements ou laisser le libre passage à des engins de manutention . Ces structures sont souvent de type hyperstatique en forme de poutre VIERENDEEL afin de ne pas gêner le passage possible des tuyauteries, par des diagonales, sur les parois latérales et horizontales. Toutefois, il faut savoir que cette technique donne une masse d'acier plus importante que dans le cas des structures isostatiques et donc un coût de réalisation plus élevé.
Les pieds de portique peuvent être encastrés ou rotulés. Sans entrer dans trop de détails, signalons que dans le cas de terrains meubles, il est préférable d'utiliser des rotules '' type charpente'' ne provoquant pas de moments au massif Fig 3-50. La structure sera un peu plus lourde ( profils plus importants ). Le calcul des pipes racks devra tenir compte :
- Du poids des tuyauteries
- De l'effet du vent ( NBN B03.002.1 ou Eurocode )
- De l'effet de la neige ( NBN B51.001 ou Eurocode )
- Du frottement des patins ( en général f = 0,3 acier/acier )
- Des effets dus aux ancrages des tuyauteries sur ces structures ( suivant notes de calculs ).
Nous pourrons voir lors de la quatrième partie de cet ouvrage réservée au dessin technique des tuyauteries, comment localiser celles-ci sur pipes racks.
La fig 3-51 donne une indication des charges à adopter sur un rack principal afin de permettre son calcul RDM.
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