FOIRE AUX QUESTIONS

L'association Uni-Bell a toujours été au service des ingénieurs et des organismes de contrôle, normalisation et santé publique, en faisant preuve d'une intégrité irréprochable et par l'engagement de ressources importantes. Lorsque des questions en rapport avec la performance des produits de PVC sont soulevées, les compagnies membres, par l'entremise de leur association, y répondent rapidement et franchement. Ainsi, les concepteurs et installateurs de tuyaux et raccords en PVC ont pu avoir accès à des résultats de recherches importantes, en rapport avec la déflexion des conduites, l'effet de rayons UV, les branchements de services, la résistance aux pressions cycliques, la durabilité et la sécurité à long terme.

Cette Foire aux questions a pour but de favoriser le partage de l'information en rapport avec ces sujets d'intérêt pour les utilisateurs. Si vous souhaitez discuter plus longuement de ces questions et réponses, ou pour toute autre question, n'hésitez par à contacter les ingénieurs expérimentés de l'association. Des ingénieurs régionaux sont d'ailleurs assignés partout en Amérique du Nord, incluant le Canada et le Québec.

1. Quels sont les avantages reliés à l'utilisation des conduites en PVC à garniture d'étanchéité ?
2. Quelle est la durée de vie des tuyaux et raccords en PVC ?
3. Quels sont les effets des rayonnements UV sur les tuyaux en PVC ?
4. Quelle est la différence entre les termes DR et SDR ?
5. Qu'est-ce que la déflexion d'une conduite flexible et comment la calcule-t-on ?
6. Quelle est la profondeur d'enfouissement maximale permise pour les conduites en PVC ?
7. Quelle est la valeur du coefficient de Manning " n " pour les conduites en PVC ?
8. Quelle sont les recommandations de Uni-Bell en rapport avec l'orientation des cloches des tuyaux lors de l'installation ?
9. Quelle est la différence entre la classe pression (CP) et la pression d'opération (PO) ?
10. Comment distinguer les normes utilisées pour spécifier les différentes conduites en PVC ?
11. Est-ce que les conduites en PVC peuvent supporter une pression négative (vacuum) ? Si oui, quelle est la valeur maximale qu'elles peuvent supporter ?
12. Quelles sont les normes les plus fréquemment utilisées en relation avec les conduites en PVC pour l'aqueduc et pour l'égout ?

• Joints étanches:  Les tuyaux d'aqueduc et d'égout en PVC avec garniture d'étanchéité sont à toute fin pratique parfaitement étanches, ce qui facilite grandement les essais d'exfiltration à l'eau ou à l'air prévus après l'installation.

• Avantages à l'installation: Une installation simplifiée est un autre avantage des tuyaux en PVC à garniture d'étanchéité. Les joints à garniture s'insèrent facilement et profondément et la tuyauterie peut être remplie, mise à l'essai et en opération immédiatement après la fin de l'installation.
• Dilatation thermique: Les joints à garniture d'étanchéité possède une excellente tolérance pour accommoder la contraction et la dilatation thermique des réseaux de tuyauterie en PVC.

R: Le PVC est un matériau dont la durée de vie est impressionnante. Lors d'un récent sondage effectué auprès de gestionnaires de réseaux et de firmes de génie conseil par la fondation de recherche de l'American Water Works Association (AWWARF); ceux-ci ont mentionné la résistance à la corrosion, la longévité et la durabilité comme les principales raisons les amenant à choisir les tuyaux et les raccords en PVC pour leurs réseaux. Lorsque questionnés à savoir le classement qu'ils accordent aux tuyaux de PVC comparativement aux autres matériaux de tuyauterie en ce qui concerne la longévité, ceux-ci classent les tuyaux de PVC au premier rang. (Source : Moser, A.P. et Kellog, Kenneth G., " Evaluation of Polyvinyl Chloride (PVC) Pipe Performance " AWWA Research Foundation, Denver Colorado, 1994)

La bibliothèque de l'association Uni-Bell contient une quantité impressionnante d'articles scientifiques et techniques qui couvrent en détail le sujet de la longévité des systèmes de tuyauterie pour l'aqueduc et l'égout. Des copies de ces divers articles peuvent être obtenues gratuitement en contactant Uni-Bell. Après avoir lu ces documents, nous sommes convaincus que vous tirerez la même conclusion que nous, à savoir que cent ans constitue une estimation conservatrice de la durée de vie en service d'un système de tuyauterie en PVC adéquatement conçu et installé.

R: Dans le but de connaître les effets de rayonnements UV sur les tuyaux en PVC, les compagnies membres d'Uni-Bell ont procédé à une étude d'une durée de deux ans, à la fin des années 1970 à divers endroits des Etats-Unis et du Canada. Lors de cette étude, des longueurs de tuyaux en PVC ont été placées sur des supports horizontaux et disposées de manière à subir une exposition continue aux rayons du soleil. À intervalles réguliers durant l'étude, des échantillons ont été soumis à des essais pour évaluer les propriétés mécaniques des tuyaux, avec un accent particulier sur les côtés ayant subis le rayonnement le plus intense.

Les résultats de cette étude (publiée sous le titre UNI-TR-5 " The Effects of Ultraviolet Aging on PVC Pipe " ) montrent une réduction progressive de la résistance à l'impact des tuyaux. La valeur la plus faible obtenue après une exposition de deux ans était de 158 lbs-pi, ce qui équivaut à 75% de la valeur originale selon la norme ASTM. Cependant, cette valeur réduite excède la résistance à l'impact de la majorité des produits concurrents utilisés pour les réseaux d'égout. Ces résultats démontrent donc qu'une exposition prolongée aux rayonnements UV n'engendre pas de problèmes particuliers en rapport avec la manutention des produits en chantier.

Les résultats de l'étude montrent également que le module d'élasticité et la résistance à la tension ne sont aucunement affectés. Le fait que ces propriétés mécaniques ne soient aucunement affectées signifie que la résistance aux pressions et la capacité structurale des tuyaux de PVC demeurent inchangées. De plus, les effets des rayonnements UV cessent dès que l'exposition aux dits rayonnements est terminée.

Les effets des rayonnements UV peuvent être prévenus en intercalant une surface opaque entre les dits rayonnements et le tuyau, puisque ces rayonnements ne peuvent pénétrer la peinture ou les emballages. L'enfouissement des tuyaux offre une protection complète contre les rayonnements UV.

Lorsqu'une exposition aux rayonnements UV de plus de 2 ans est inévitable, les tuyaux en PVC devraient être couverts par une toile opaque permettant la circulation de l'air autour des tuyaux, ceci afin d'éviter une accumulation de chaleur excessive.

R: Les termes " dimension ratio " DR et " standard dimension ratio " SDR sont largement utilisés pour décrire les tuyaux en PVC et peuvent se traduire par l'expression rapport dimensionnel. Dans les deux cas, il s'agit du même rapport dimensionnel, lequel est obtenu en divisant le diamètre extérieur moyen d'un tuyau par son épaisseur minimale de paroi.

Les rapports dimensionnels DR et SDR ont été développés dans un but de simplification plutôt que de nécessité. En effet, ces rapports dimensionnels ont été établis dans le but de faciliter la spécification des systèmes de tuyauterie en thermoplastique au niveau international. Puisque ces rapports définissent une valeur constante du rapport entre le diamètre extérieur et l'épaisseur de paroi, ils permettent de spécifier facilement un produit dont les dimensions offriront des propriétés mécaniques constantes, peu importe la grosseur de la tuyauterie. En d'autres mots, pour un DR ou SDR donné, la résistance à la pression et la rigidité d'un tuyau demeurent constantes, peu importe son diamètre.

Malgré le fait que les termes DR et SDR soient dans les faits synonymes, il y a tout de même une légère distinction entre les deux. En effet, le rapport SDR réfère uniquement à une serie particulière de nombre, soient 51, 41, 32.5, 26, 21, etc… Cette série de " nombres préférés " est basée sur une progression géométrique développée par un ingénieur français nommé Charles Renard. On réfère d'ailleurs souvent à ces nombres en tant que " Nombres de Renard " .

Le rapport DR est entré en usage courant en 1975, suite à la publication de la norme AWWA C900, laquelle régit les conduites en PVC pour la pression de petit diamètre. AWWA souhaitait que les pressions désirées pour ces systèmes gouvernent le choix de l'épaisseur des tuyaux normalisés. Puisque les rapports dimensionnels ainsi générés (DR14, DR18 et DR25) ne se retrouvaient pas dans les nombres de Renard, alors AWWA a retiré le terme Standard de la désignation SDR.

Il est intéressant de noter que le produit le plus utilisé pour la construction de systèmes d'égout de petit diamètre en Amérique du Nord, soit le tuyau SDR 35 (ASTM D3034) semble contredire cette règle mentionnée précédemment. En effet, même si le nombre 35 ne fait pas partie des nombres de Renard, cette norme y réfère tout de même en tant que Standard Dimension Ratio. En fait, tous les rapports dimensionnels inclus dans la norme D3034 sont listés en tant que SDR, qu'ils fassent partie des nombres de Renard ou non. Cette norme fut rédigée en 1972, avant que le terme DR soit connu, et probablement que ASTM a permis que tous les rapports dimensionnels soient désignés SDR dans un but de simplification.

En bout de ligne, une chose est certaine, les deux termes sont interchangeables. SDR = DR = OD/e.

R: Une conduite flexible tire sa capacité de résister aux charges de sol de son inhérente flexibilité. Sous la charge de sol, la conduite subit une déflexion (réduction du diamètre dans la direction verticale), tirant ainsi profit de la résistance passive du sol de chaque côté de la conduite. Par la même occasion, la déflexion annulaire réduit grandement la charge de sol vertical que doit supporter la conduite, pour transférer cette charge au sol environnant par un mécanisme de voûte autour du tuyau. Des limites de déflexion ont été imposées tant par ASTM (7,5%) que AWWA (5%).

C'est l'équation Iowa Modifiée qui est utilisée pour prévoir la déflexion d'une conduite flexible.

Où:     D_L = Facteur de déflexion (déflexion lag factor) = 1.0 (valeur max)

           K   = Constante de remblai (Bedding constant) = 0.1 (cas typique)

           P    = Charge en prisme = poids du sol au-dessus de la conduite

           W' = Charge vive

           E    = Module d'élasticité = 400 000psi (valeur minimale pour le PVC)

           DR = Rapport dimensionnel (OD/e) (OD/t)

           E'   = Module de réaction du sol

Le dernier paramètre E' est requis pour prévoir la déflexion de la conduite. M Amster Howard, du United States Bureau of Reclamations, a compilé un tableau des valeurs moyennes de E' pour différents types de sols et de densités de compaction. Cette information est inscrite au tableau ci-haut.

Pour des explications plus complètes sur la déflexion des conduites flexibles, veuillez consulter la publication Uni-TR-1, Deflection : The Pipe/Soil Mechanism , dans notre section littérature.

Cliquez ici pour télécharger gratuitement le logiciel de calcul de la déflexion External Load Design Software.

R: La profondeur maximale d'enfouissement permise peut être calculée à partir de la limite de déflection permise, tel qu'expliqué au point précédent. Les produits manufacturés par les compagnies membre d'Uni-Bell ont été installés avec succès à des profondeurs de plus de 15 mètres (50 pi). Les tableaux suivants peuvent être utiles à titre de référence.

Cliquez ici pour obtenir les valeurs calculées de déflection après enfouissement des conduites de type AWWA C900 (%)

Cliquez ici pour obtenir les valeurs mesurées de déflection à long terme après enfouissement des conduites SDR 35 (rigidité 46psi) (%)

R: Les résultats d'essais et de mesure en condition réelles ont permis de conclure qu'une valeur " n " de 0.009 est conservatrice au moment de procéder à la conception d'un réseau gravitaire en pente minimale. Les raisons justifiant cette valeur sont décrites ci-après.

Dans le passé, il fut commun d'utiliser une seule valeur de " n " pour tout type de tuyau, probablement à des fins de simplification. Toutefois, aucune donnée scientifique ne justifie cette approche universelle avec une valeur " n " unique, laquelle empêche la conception et la construction de systèmes gravitaires optimisés. Il est donc essentiel de reconnaître que des matériaux différents possèdent des coefficients de Manning qui leur sont propres.

Afin de justifier cette approche renouvelée où chaque type de produit se verrait attribuer un coefficient " n " particulier, une importante recherche technique a été entreprise. Les publications des trente dernières années en relation avec les propriétés hydraulique des réseaux d'égout sanitaire ont été passées en revue. Cet effort a permis de tirer de très intéressantes conclusions.

Tout d'abord, aucune recherche scientifique et technique ne fait état d'une valeur " n " de 0.013 pour les tuyaux en PVC, que ce soit pour des réseaux existants ou lors d'essai en laboratoire. De plus, ces recherches ont démontré que les propriétés hydrauliques des conduites en PVC ne sont aucunement similaires à celles des conduites en béton, en grès ou en amiante-ciment. Tous les livres techniques de références dédiés à la conception des réseaux d'égout consacrent fort peu de leur contenu aux tuyaux en PVC. Le manuel de " Design and Construction of Sanitary and Storm Sewers " publié par l'American Society of Civil Engineers (ASCE) fait état d'une plage de valeurs " n " pour les conduites en " plastique " s'étalant de 0.011 à 0.0015. Toutefois, les auteurs n'apportent aucune justification pour appuyer ces recommandations.

En conclusion, il n'existe aucun appui scientifique ou justification technique pour appuyer l'utilisation d'une valeur " n " de 0.013 lors de la conception d'un réseau d'égout gravitaire avec des conduites en PVC.

La compilation et l'analyse des données scientifique mesurées à ce jour font état d'une moyenne arithmétique de 0.0088 pour la valeur " n " des tuyaux en PVC, avec un écart moyen de 0.0006. Une valeur " n " de 0.013 se situe donc à plus de 7 fois l'écart moyen de la valeur moyenne mesurée. Il est donc injustifié d'imposer une valeur "n " de 0.013 au moment de procéder à la conception d'un réseau gravitaire en PVC. Une valeur de 0.009 est beaucoup plus en accord avec la réalité.

R: L'association Uni-Bell recommande habituellement que la cloche des tuyaux soit installée dans le sens de la progression des travaux. Ceci dans le but de faciliter l'installation des tuyaux en insérant le bout mâle du tuyau suivant dans la cloche du tuyau précédent, plutôt que la procédure inverse qui peut s'avérer plus difficile. Cette façon de faire réduit également les risques que du matériel de remblai interfère avec la garniture d'étanchéité.

Toutefois, l'étanchéité exceptionnelle des raccords à garniture des tuyaux en PVC fait en sorte que l'orientation de la cloche par rapport au sens de l'écoulement n'aura aucun impact négatif sur la performance hydraulique du réseau de tuayuterie.

R: : Les compagnies membre de l'association Uni-Bell fabriquent trois types de produits très populaires, selon les exigences de trois normes différentes, soient ASTM D2241, AWWA C900 et AWWA C905. Selon la norme applicable, la philosophie de classe pression ou celle de pression d'opération s'applique. Voici une brève explication des différences entre ces philosophies :

AWWA C900utilise une approche basée sur la classe pression (CP) avec un facteur de sécurité de 2.5. La classe pression se définit par l'utilisation d'un facteur de sécurité de 2.5 par rapport à un facteur de 2.0 habituellement admis pour la plupart des exercices de conception. En plus de ce facteur de sécurité plus élevé que d'habitude ; une allocation pour coup de bélier équivalente à l'arrêt instantanée d'une colonne d'eau se déplaçant à 2 pi/sec (0.6m/s) est également retranchée pour chacune des classes de pression. Les raisons derrières cette approche de conception très particulière avait pour but d'offrir un produit spécifiquement conçu pour une utilisation dans des systèmes de distribution d'eau potable " bouclés ", la où la géométrie dudit système peut être difficile à établir clairement.

AWWA C905 utilise une approche basée sur la pression d'opération (PO) avec un facteur de sécurité de 2.0. Cette norme est prévue pour les systèmes d'alimentation en eau dont la géométrie est habituellement plus simple et où les coups de béliers peuvent être plus facilement calculés et contrôlés. Ceux-ci doivent d'ailleurs être considérés au moment de la conception.

ASTM D2241utilise également une approche basée sur la pression d'opération (PO) avec un facteur de sécurité de 2.0. Ici aussi, le calcul des coups de bélier est sous la responsabilité du concepteur.

En terminant, il peut être intéressant de noter que la norme ASTM D1785 pour les tuyaux de type Schedule (40, 80 & 120) utilise une approche de conception différente des trois normes citées plus haut. Ceci s'explique par le fait que les tuyaux régit par la norme précédente sont de type DR avec une capacité en pression indépendante de leur diamètre, alors que les tuyaux de type Schedule ont une capacité en pression différente selon le diamètre utilisé.

R: Dans le but de mieux comprendre les différences entre les normes utilisées pour procéder à la spécification des conduites en PVC, il importe de réviser leur contenu respectif. Les professionnels de l'association Uni-Bell sont à votre disposition pour répondre à vos questions sur ce sujet. Le tableau suivant est toutefois susceptible de vous aider à mieux comprendre ainsi qu'à vous servir de référence rapide.

Normes pour les tuyaux en PVC pressurisés :

Normes pour les tuyaux en PVC d'égout :

R: Oui, les conduites en PVC sont en mesure de supporter des pressions négatives (vacuum). Selon les recherches effectuées par le Dr. R.K. Watkins au Utah State University, une conduite en PVC remblayée de façon convenable dans le sol et opérant à des températures de service raisonnable, ne peut pas s'écraser sous l'effet d'une pression négative. En fait, des calculs ont démontré que même si la température d'opération est très élevée (100°F ou 38°C), la pression négative requise pour provoquer l'effondrement d'une conduite en PVC est supérieure à la pression atmosphérique. En d'autres termes, la conduite est en mesure de supporter un vide absolu.

Peu importe le matériau utilisé, la présence de pressions négatives doit être évitée le plus possible à l'intérieur d'un système de tuyauterie sous pression. Toutefois, dans l'éventualité où cela devrait survenir et en tenant compte des effets d'une pression négative sur l'ensemble du système de tuyauterie, alors les conduites en PVC possèdent la force requise pour supporter une telle pression.

R: Voici les normes les plus fréquemment utilisées avec lien vers le site Internet de l'organisme qui les gouverne :

Les normes applicables aux conduites en PVC pour les systèmes d'égout gravitaire sont les suivantes :

• ASTM D3034: Standard Specification for Type PSM Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Sewer Pipe and Fittings
• ASTM F679: Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Large-Diameter Plastic Gravity Sewer Pipe and Fittings
• ASTM F789: Standard Specifications for Type PS-46 and Type PS-115 Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Plastic Gravity Flow Sewer Pipe and Fittings
• ASTM F794: Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Profile Gravity Sewer Pipe and Fittings Based on Controlled Inside Diameter
• ASTM F949: Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Corrugated Sewer Pipe With a Smooth Interior and Fittings
• ASTM F1803: Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Closed Profile Gravity Pipe and Fittings Based on Controlled Inside Diameter

Les normes applicables aux conduites en PVC pour les réseaux d'aqueduc, d'alimentation en eau et les conduites de refoulement d'égout sont les suivantes :

• ASTM D2241: Standard Specification for Poly(Vinyl Chloride) (PVC) Pressure-Rated Pipe (SDR Series)
• AWWA C900: Standard for Polyvinyl Chloride (PVC) Pressure Pipe and Fabricated Fittings, 4 in. Through 12 in. (100 mm Through 300 mm), for Water Distribution
• AWWA C905: Standard for Polyvinyl Chloride (PVC) Pressure Pipe and Fabricated Fittings, 14 in. Through 48 in. (350 mm Through 1,200 mm), for Water Transmission and Distribution
• AWWA C909: Standard for Molecularly Oriented Polyvinyl Chloride (PVCO) Pressure Pipe, 4 in. Through 24 in. (100 mm Through 600 mm), for Water Distribution
• ASTM Standard Specification for F1483-05 Standard Specification for Oriented Poly(Vinyl Chloride), PVCO, Pressure Pipe, 4 in. Through 16 in. (100mm Through 400mm)