Drains et matériaux de drainage

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 principalement fabriques de polyéthylène en Amérique du Nord et en PVC en Europe.
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).
11.2 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.
11.2.1 Les normes
Au Québec, les drains agricoles en polyéthylène sont régis par les normes suivantes du Bureau
de normalisation du Québec :
BNQ 3624--115/1985
Tuyaux annelés flexibles et raccord en thermoplastique pour le
drainage des sols (BNQ, 1985a).
DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE
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BNQ 3624--001/1984
Tuyauteries en matière plastique -- Définitions, désignations et
dimensions (BNQ, 1984a).
BNQ 3624--060/1981
Tuyaux en plastique -- Méthode d’essai. de résistance à la déformation (BNQ, 1981a).
BNQ 3624--070/198l
Tuyaux en plastique -- Méthode d’essai de résistance aux chocs
(BNQ, 1981b).
BNQ 3805--885/1984
Plastiques -- Détermination de la teneur en noir de carbone des
compositions de plastiques oléfiniques (BNQ, 1984b).
BNQ 3805--887/1985
Plastiques -- Évaluation de la dispersion du noir de carbone dans
des compositions de polyéthylène -- Méthode par microscopie
(BNQ, 1985b).
BNQ 3840--001/1980
Plastiques -- Symboles de désignation (BNQ, 198).
BNQ 3840--030/1984
Plastiques -- Polyéthylènes haute densité pour tuyauteries sans
pression (BNQ, 1984c).
BNQ 3840--035/1984
Plastiques -- Polypropylènes copolymères pour tuyauteries sans
pression (BNQ, 1984d).
11.2.2 Les caractéristiques géométriques
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 nominaux fabriqués au Québec sont 75 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm et 300 mm. Le
diamètre intérieur moyen doit être compris entre le diamètre nominal moins 2 mm et 105 % 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
de manière nette et à angle droit.
11.2.3 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
et 2,0 mm, tandis que l’aire totale de perforation doit être d’au moins 32 cm2 par mètre de tube.
DRAINS EN POLYÉTHYLÈNE
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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’eau et ce, tant sur la surface interne que sur la surface externe.
11.2.4 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
résulte en fonction de la déformation. Si la rupture se produit, la charge de rupture ainsi que la
déformation correspondante sont notées. L’essai est arrêté lorsque l’éprouvette a atteint une
déformation de 15 % de son diamètre intérieur. Les dimensions de l’échantillon (305 mm ± 5
mm) et le conditionnement sont décrits dans la norme (BNQ, 1985a).
DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE
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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).
Les valeurs de rigidité sont calculées pour des déformations de 5 % et 10 % par rapport au diamètre intérieur moyen par la formule suivante :
R=
Ff
[11.1]
Lo ∆ %
R = Rigidité (KN/m2)
F = Charge (KN)
Lo = Longueur de l’éprouvette (m)
∆% = Déformation à 5 % ou 10 % (m)
∆ 5% =
D in
20
∆ 10% =
D in
10
Din = Diamètre intérieur du drain
Les valeurs à retenir sont les plus basses obtenues parmi les trois éprouvettes. Le valeurs de
rigidité minimales sont respectivement 180 kPa et 140 kPa pour des déformations de 5 % et
10 %.
DRAINS EN POLYÉTHYLÈNE
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11.2.5 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 pendant 10 minutes, le tuyau est redressé à la main.
L’éprouvette est examinée sur toute sa longueur pendant le courbage et après son redressement
et ne doit présenter ni fente, ni fissure, ni rupture.
11.2.6 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
diamètre intérieur nominal du tube et ensuite par une charge d’essai de 0,90 N/mm fois le diamètre 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
et la moyenne ne doit pas dépasser 10%.
11.2.7 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’essai de résistance (figure ) aux chocs consiste à faire tomber un poids de 1 kg de type B
(BNQ, 1981b) en chute libre d’une hauteur de 1,0 m sur une éprouvette découpée dans le tuyau
à soumettre à l’essai, et à constater s’il y a ou non fissuration ou autres dommages. L’essai est
réalisé sur dix éprouvettes de 200 mm ± 5 mm conditionnées à 0°C pendant 24 heures et les dix
éprouvettes ne doivent présenter ni fente, ni fissure après avoir été soumis à l’essai.
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DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE
Figure 11.3 Schéma de l’appareil utilisé lors de l’essai de résistance aux chocs (BNQ,
1981b).
11.2.8 La résistance des joints à la séparation
Les tubes de plastique sont habituellement vendus en longueur de 6 m ou en rouleau de plus de
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. Les joints doivent être capables de se plier et de passer au travers de la machine d’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
BIBLIOGRAPHIE
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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, 1980. Plastiques -- Symboles de désignation. BNQ 3840--001 , Bureau de normalisation
du Québec, Québec.
BNQ, 1981a. Tuyaux en plastique -- Méthode d’essai. de résistance à la déformation. BNQ
3624--060--885. Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1981b. Tuyaux en plastique -- Méthode d’essai de résistance aux chocs. BNQ
3624--070. Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1984a. Tuyauteries en matière plastique -- Définitions, désignations et dimensions.
BNQ 3624--001. Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1984b. Plastiques -- Détermination de la teneur en noir de carbone des compositions de
plastiques oléfiniques. BNQ 3805--885. Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1984c. Plastiques -- Polyéthylènes haute densité pour tuyauteries sans pression. BNQ
3840--030, Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1984d. Plastiques -- Polypropylènes copolymères pour tuyauteries sans pression. BNQ
3840--035, Bureau de normalisation du Québec, Québec.
BNQ, 1985a. Tuyaux annelés flexibles et raccord en thermoplastique pour le drainage des
sols. BNQ 3624--115. 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 3805--887. Bureau de normalisation du Québec, Québec.
Sagard S. M., G. F. Mitchell et J. O. Hurd (éd.). 1990. Structural performance of flexible pipes.
Proceedings of the first national conference on flexible pipes. A. A. Balkema, Rotterdam.
190
DRAINS ET MATÉRIAUX DE DRAINAGE