DES

PONTS ET CHAUSSÉES

MÉMOIRES ET DOCUMENTS

RELATIFS

A L'ART DES CONSTRUCTIONS

ET AU SERVICE DE L'INGÉNIEUR.

N° 11

RAPPORT (1)

Adressé à S. Exc. le Ministre de l'agriculture, du commerce et des travaux publics par la commission chargée d'étudier les conditions spéciales d'épaisseur pour les tôles d'acier fondu employées dans la construction des chaudières à

vapeur.

ET COMPOSÉE DE

MM. COMBES ET LORIEUX, inspecteurs généraux des mines,

et

COUCHE, ingénieur en chef des mines, rapporteur.

MM. Jackson, Pétin et Gaudet ont présenté à l'exposition de 1855 une chaudière à vapeur cylindrique en tôle d'acier

(*) Publié par ordre du ministre, sur l'avis de la Commission centrale des machines à vapeur.

Annales des P. et Ch., 4o sér., 1re ann. 4o cah. MÉM.— TOME II,

35548

fondu, la première de ce genre qui ait été construite en France.

Après la clôture de l'exposition, MM. Jackson, Pétin et Gaudet offrirent à l'administration supérieure de mettre cette chaudière à sa disposition pour faire tels essais qu'elle jugerait convenables.

M. le ministre accepta cette offre, et, par décision du 13 mars 1856, sur l'avis de la Commission centrale des machines à vapeur, il chargea une commission spéciale de procéder à des expériences en vue d'apprécier la valeur de la nouvelle tôle et la réduction d'épaisseur qui pourrait lui être accordée pour la construction des parties cylindri– ques des générateurs.

La première chose à faire était de constater les propriétés mécaniques du métal. Mais il fallait aussi constater comment il résiste à l'action du feu et à l'action chimique des gaz; il fallait, en un mot, avant de songer à formuler un avis, avoir soumis la chaudière à un service très-prolongé.

La première série d'expériences dut comprendre en conséquence trois opérations distinctes :

1o Essai de la chaudière à une pression d'épreuve trèssupérieure à la pression réglementaire pour les tôles de fer, dans les mêmes conditions de diamètre et d'épaisseur;

2o Mesure des résistances à la rupture et des allongements de rupture de tôles d'acier de même nature que celles dont la chaudière était formée;

3° Installation de la chaudière dans un fourneau en maçonnerie et mise en service prolongé, dans les conditions normales, sous le contrôle de la Commission.

Il a été rendu compte de ces premiers essais dans un rapport dont nous reproduisons ici les principaux résultats pour rassembler tous les faits propres à éclairer la question.

1o Essai de la chaudière. · La chaudière a 1 mètre de diamètre intérieur, et la tôle o".006 d'épaisseur. Les rivets,

espacés de 0,03, de bord en bord des trous, ont oTM,016 de diamètre (section, 200 millimètres quarrés).

La formule e = 1.8 ( n − 1 ) d + 3 donne, en faisant d=1 et e=6, n = 2am.67, soit 2am.75.

L'épreuve devant être faite au triple de a pression effective, la tension absolue serait pour la tôle de fer, 3×1.75 +1=6atm.25.

On avait d'abord jugé convenable de soumettre le métal, seulement à une tension double de celle qui est exigée pour la tôle de fer; l'épreuve eût été faite alors à une tension absolue de 2×3×1.75+1=11am, 50. Mais les constructeurs ayant déclaré qu'ils avaient eux-mêmes poussé l'épreuve jusqu'à 17 atmosphères, il n'y avait pas de motifs pour s'arrêter au-dessous de cette limite.

L'épreuve a eu lieu, en présence de la Commission, le 27 juillet 1856. La chaudière, parfaitement étanche, était munie d'un manomètre élastique système Bourdon. La pression s'est élevée rapidement à 17 atmosphères et a été soutenue pendant quelque temps. On remarquait seulement deux ou trois fuites très-légères. L'effort correspondant, en pleine tôle et suivant les génératrices, était de 17.78 par millimètre quarré. Dans les lignes de joints suivant les génératrices, la section pleine étant réduite aux deux tiers, l'effort atteignait 20.67, abstraction faite de l'influence du frottement dû à la tension longitudinale des rivets, c'est-àdire en considérant ceux-ci comme des goupilles résistant transversalement.

2o Essai de tôles présentées comme exactement de même nature que celles de la chaudière. La Commission avait demandé aux constructeurs des pièces d'essai d'une tôle identique à celle dont la chaudière était formée.

Ces pièces, découpées suivant la forme ordinaire et exactement calibrées à la lime douce entre les deux renflements percés d'un trou circulaire, présentaient une section transversale de o".010 de largeur sur o".006 d'épaisseur.

Des traits équidistants et très-légers y avaient été ménagés pour permettre d'apprécier le degré d'uniformité des grands allongements. L'insuffisance de la longueur des échantillons ne permettait pas de mesurer ces allongements sous de faibles charges, inférieures à la limite d'élasticité. Cette observation eût d'ailleurs exigé l'emploi d'un cathétomètre, et l'installation de l'expérience faite en plein air, au moyen de la grue, dans l'usine de M. Cail, à Grenelle, ne se prêtait pas à ces essais de précision. Le coefficient d'élasticité n'a donc pu être mesuré, mais il le sera prochainement, comme nous le dirons plus bas.

Les constructeurs avaient annoncé des résistances de 80 kilogrammes; on voit qu'elles ont varié seulement de 46*.20 à 58 kilogrammes à peine. L'expérience faite par traction directe, en soutenant les charges au moyen de la manivelle manœuvrée avec beaucoup de précaution, présentait d'ailleurs sur ce point des garanties complètes d'exactitude. Interrogés sur les causes probables de cet énorme écart, les constructeurs l'attribuèrent naturellement au défaut d'identité entre les tôles essayées et celles de la chaudière; les premières, beaucoup plus douces, devaient être par suite beaucoup moins résistantes. Ceci se rattache à une opposition bien tranchée qui existerait entre les deux propriétés essentielles de la tôle d'acier fondu, la résistance et la ductilité. Les fabricants déclarent qu'ils sont tout à fait en mesure d'exalter l'une aux dépens de l'autre, et cela, à coup sûr, par des procédés de fabrication parfaitement nets. Nous reviendrons plus tard sur ce fait, qui constituerait d'ailleurs un argument en faveur du métal dont il s'agit, puisqu'on pourrait, dans chaque cas, approprier ses qualités aux exigences de sa destination. Nous nous bornerons à faire remarquer pour le moment que, si la résistance des tôles essayées était médiocre, leur ductilité était en effet très-remarquable, comme l'indiquent à la fois les allongements sous la charge à l'instant de la rupture, qui atteignaient 19 p. 100, et la réduction de la section de rupture, qui s'abaisse jusqu'à 31.7 p. 100 de la section initiale.

Résistance de la rivure. Une autre série d'expériences faites le 8 avril 1857, chez M. Gouin, a eu pour objet la mesure de la résistance de la rivure. La solidité limitée de l'appareil de suspension ne permettant pas de pousser les expériences jusqu'à la rupture d'un rivet qui eût exigé un effort de près de 10 000 kilogrammes, on a dû se contenter de mesurer la partie de cette résistance due à la tension longitudinale du rivet, résistance qui, au surplus, est seule