Boulon en U et collier de serrage pour tuyau : dimensionnement, chemin de charge et informations à indiquer sur le schéma

Le coût d'un boulon en U est inférieur à celui du transport. C'est là l'origine de la plupart des problèmes qu'il engendre.

On dirait une tige coudée avec deux écrous. Rien ne fait penser à une conception technique. Du coup, on l'achète comme on achète une rondelle : à la taille, à l'œil, ou en fonction du dernier projet utilisé.

Ensuite, des rainures apparaissent sur le tuyau à l'endroit où le collier de serrage était fixé. Ou bien le collier se desserre après une saison. Ou encore, une branche se fissure au niveau du filetage sur une conduite qui a fonctionné sans problème pendant deux ans.

Ce guide explique comment choisir un assemblage de boulon en U et de collier de serrage pour éviter tout problème. Il aborde les dimensions essentielles, le chemin de charge auquel la pièce est soumise, les causes de fissures, les revêtements résistants aux intempéries et la question du serrage, souvent négligée.

Cela se termine par les champs de comparaison qui permettent de rendre deux devis comparables. Remplissez-les et vous comparez le même produit. Laissez-les vides et vous comparez deux prix pour deux choses différentes.

Un conseil à retenir : le collier de serrage le moins cher est celui qui permet au tuyau de bouger silencieusement pendant deux ans.

Quatre parties, un mot du catalogue

Le terme « collier de serrage » désigne au moins quatre produits aux fonctions différentes. Les acheteurs l'emploient indifféremment pour tous. Les fournisseurs, quant à eux, citent le produit le plus proche de leur destination.

Un étrier en U simple est une tige coudée munie de deux branches filetées. Il sert à plaquer le tuyau contre un support. Un étrier en U à revêtement en caoutchouc est identique, mais une doublure est collée ou glissée sur la selle, de sorte que l'acier n'entre jamais en contact avec le revêtement du tuyau. Un collier de selle est une pièce profilée munie d'une sangle ou d'une plaque supérieure. Un collier de colonne montante maintient le tuyau vertical en le serrant sous une bride ou un collier de soudure ; il ne le plaque pas directement contre une surface.

Ces quatre éléments n'ont ni chemin de charge, ni mode de défaillance, ni prix communs. Le choix entre eux constitue la première véritable décision à prendre lors de la définition du cahier des charges, et il précède la question de la taille.

Relisez la troisième colonne. Un boulon en U sert à maintenir le tuyau en place, et non à le retenir. Il empêche le tuyau de se soulever de son support et résiste à un léger glissement par friction. Il ne protège pas le tuyau contre la dilatation thermique. Si le dessin nécessite un point fixe, il s'agit d'une pièce différente.

Cette distinction se perd dans le jargon des catalogues. Un acheteur qui cherche un étrier en U et un collier de serrage pour fixer une conduite sous tension a souvent besoin d'une attache, d'un guide ou d'un collier de serrage pour colonne montante. L'étrier en U est installé malgré tout, car c'est celui qui est arrivé en premier. Et ensuite, on le met en cause.

Une commande de boulons en U et de colliers de serrage qui commence par une indication de type se termine généralement bien. Celle qui commence par une indication de taille, en revanche, se termine rarement bien.

Le diamètre extérieur du tuyau est la seule dimension avec laquelle la pince entre en contact.

DN50 n'est pas une dimension à laquelle on peut se référer pour commander un boulon en U. Il s'agit d'une norme, un nombre rond choisi par commodité. Le collier de serrage est en contact avec la surface extérieure et doit être conçu en fonction de cette surface.

La première question à poser est donc celle du diamètre extérieur mesuré. Pas celle de la dimension nominale. Pas celle de l'épaisseur. Pas celle de « 2 pouces ».

Mesurez le diamètre du tuyau à l'aide d'un mètre ruban ou d'un pied à coulisse. Si le tuyau est de gros diamètre, enroulez une bande de papier autour, marquez le chevauchement, posez la bande à plat et divisez la mesure par pi. Cette astuce permet d'obtenir une mesure au dixième de millimètre près sans mètre ruban, et elle fonctionne même sur un tuyau déjà isolé.

Pour l'acier et la fonte ductile, les diamètres nominaux (DN) et nominaux standard (NPS) sont suffisamment proches pour être prévisibles. Les diamètres DN50 et NPS 2 correspondent tous deux à 60,3 mm. Les diamètres DN100 et NPS 4 correspondent tous deux à 114,3 mm. L'épaisseur de paroi varie selon le diamètre nominal, mais n'affecte en rien le diamètre extérieur.

C'est à ce dernier point que les tuyaux à paroi mince se déforment. Un tuyau DN50 de forte section possède une paroi rigide. Le même tuyau DN50 de section mince a une paroi qu'un installateur déterminé peut ovaliser à l'aide d'une clé. Le collier de serrage ne fait pas la différence. Le tuyau, lui, la perçoit.

D'autres matériaux dérogent complètement à cette règle. Les tuyaux en polyéthylène sont souvent étiquetés par leur diamètre extérieur en millimètres ; ainsi, un tuyau PE DN50 peut mesurer près de 50 mm. Les tubes en cuivre sont étiquetés par une taille nominale qui ne correspond plus à leur diamètre extérieur pour les grandes dimensions. Les tubes en acier inoxydable peuvent être vendus avec un diamètre extérieur ISO qui ne correspond à aucune valeur répertoriée dans le tableau des tubes en acier.

C’est pourquoi l’expression « boulon en U DN50 » devrait mettre fin à toute conversation. Elle désigne un alésage. Or, le collier de serrage nécessite une circonférence.

La dernière colonne indique une plage de valeurs initiale, et non une règle absolue. Les dimensions déterminantes sont la largeur intérieure et le diamètre des montants, qui proviennent d'une norme ou de votre dessin.

La norme DIN 3570 sert de référence à la plupart des catalogues européens de boulons en U. Elle définit la largeur intérieure, la hauteur intérieure, la longueur du filetage et le diamètre des ailes en fonction du diamètre extérieur du tuyau. Si un fournisseur indique « DIN 3570 pour 60,3 mm », il est conseillé de vérifier. En revanche, s'il indique « boulon en U de 2 pouces », il est important d'avoir des questions.

La longueur du fil et la longueur de la jambe sont des décisions distinctes

Deux nombres sont souvent confondus. La longueur de la tige correspond à sa hauteur maximale. La longueur du filetage correspond à la portion de cette tige sur laquelle repose le filetage.

Il vous faut suffisamment de filetage pour l'écrou, la rondelle, l'épaisseur du support et quelques millimètres de filetage apparent. Pas plus. Un excédent de filetage est source de corrosion et fragilise la jambe.

Calculez l'épaisseur des éléments à rebours à partir de la structure. Tenez compte de l'épaisseur de la bride ou du profilé. Ajoutez une rondelle, un écrou et une rondelle élastique si le plan le prévoit. Ce total, plus deux ou trois filets apparents, constitue votre minimum. Comparez ensuite cette valeur à la longueur de patte indiquée dans le catalogue.

La plupart des problèmes rencontrés sur le terrain, du type « ça ne rentre pas », ne sont pas liés à la largeur. Ils sont dus à une patte trop courte de 10 mm, car la profondeur du canal n'a pas été prise en compte dans le dimensionnement de l'empilement.

L'autre extrême est tout aussi fréquent. Un câble de 200 mm acheté pour un empilage de 60 mm laisse 140 mm de fil exposé aux intempéries. Ce fil constitue un point de fatigue, une zone de corrosion et un risque d'accrochage. De plus, cela ressemble à une erreur, car c'en est une.

Un filetage court et bien choisi maintient l'écrou près du support et limite la flexion de la jambe. Cela ne coûte rien. Il suffit de le mentionner sur le plan.

Boulons en U galvanisés et colliers de serrage pour tuyaux disponibles en plusieurs diamètres. La largeur intérieure, la longueur des pattes et la longueur du filetage sont indiquées par trois valeurs distinctes, dont une seule correspond au diamètre du tuyau.

Le chemin de charge va du tuyau à la structure.

Tracez le chemin de charge avant de choisir une pince. Il commence à la paroi du tuyau et se termine à l'élément qui supporte l'acier.

Paroi du tuyau. Doublure ou selle. Pieds en U. Écrous reposant sur le support. Acier de support. Puis la structure située derrière.

Chacun de ces éléments représente un point de rupture potentiel. Un revêtement qui se déplace. Un pied qui s'appuie sur le bord d'un trou plutôt que sur une surface plane. Un support qui n'a jamais été conçu pour supporter une charge ponctuelle.

Deux directions de charge sont importantes. La charge verticale descendante correspond à la gravité plus le poids transporté par le câble ; la pince transmet cette charge au support par l’intermédiaire d’un roulement et du frottement. La charge latérale correspond aux mouvements, vibrations, coups de bélier et au vent lors d’une utilisation en extérieur.

Le boulon en U se comporte bien dans la première situation, mais mal dans la seconde. Son adhérence au tuyau provient du frottement entre deux points de contact et la surface du tuyau. Ces deux points de contact représentent une petite surface. Si la surface change, l'adhérence change également.

Un tuyau peint et un tuyau nu ne se comportent pas de la même manière dans un même collier de serrage. La peinture forme une couche à faible friction qui s'use par fluage. Un collier serré sur de la peinture perd sa précontrainte à mesure que le film s'amincit.

Lorsque le support est en béton plutôt qu'en acier, le processus se poursuit par une fixation. Un ancrage en béton coulé ou foré prend alors le relais, et ses propres règles s'appliquent. La distance au bord, l'encastrement et le nettoyage du trou déterminent si le collier supportera la charge pour laquelle il a été dimensionné. Un boulon en U parfaitement ajusté sur un ancrage mal fixé équivaut à un collier mal fixé, même avec une documentation complète.

Les mouvements des tuyaux méritent une attention particulière. Un tuyau transportant de l'eau chaude se dilate, tandis qu'un tuyau transportant de l'eau glacée se contracte. Si le collier de serrage peut coulisser, le tuyau se déplace le long du support et use les deux surfaces. S'il ne peut pas coulisser, le mouvement se répercute sur la paroi du tuyau ou sur le support.

La norme MSS SP-58 traite des supports et des suspensions de tuyauterie en tant que famille de produits, y compris les matériaux et la fabrication. Elle constitue la référence pour la quincaillerie de support autour du collier de serrage. Elle ne remplace pas une analyse des contraintes du projet, et aucun fournisseur ne devrait prétendre le contraire.

Un tuyau est fixé à un support en acier. La charge se répartit comme suit : paroi du tuyau, revêtement, pattes, écrous, support. Le moindre espace dans cette chaîne est à l’origine du mouvement.

Les boulons en U se fissurent à la base du filetage, et non au niveau du cintrage.

Tout le monde s'attend à ce que le pli cède. Or, cela n'arrive quasiment jamais. Le pli est plus épais et présente un rayon de courbure important. Le fond du filetage possède la section la plus réduite de la pièce et une géométrie qui change brusquement précisément là où la contrainte s'exerce.

Trois éléments se rejoignent à ce point. Le pied du filetage forme une encoche. Le premier filet engagé supporte une charge supérieure à celle des filets suivants. Enfin, la branche est soumise à une flexion, et non à une tension pure, car les deux branches sont tirées l'une vers l'autre et le tuyau exerce une force de réaction.

Ajoutez des vibrations et vous obtenez une machine à fatigue qui se met en marche à chaque démarrage de la pompe.

La rupture débute généralement à l'intérieur de la jambe, au niveau du premier ou du deuxième filet engagé, et se propage sur toute la section au fil des mois. La surface de rupture présente une zone lisse et une zone rugueuse. La zone lisse correspond à la partie qui s'est endommagée lentement. La zone rugueuse correspond au dernier tour de l'écrou.

Ce qui influence les probabilités est peu ragoûtant. Roulez le fil au lieu de le couper : le roulage maintient le fil dans le sens du contour et maintient la surface en compression. Gardez l’écrou près du support pour que la portée non contreventée reste courte. Serrez les deux pattes uniformément. Utilisez une rondelle qui ne se déforme pas.

La nuance d'acier est importante, mais ne remplace pas la géométrie. La norme ASTM A307 décrit une nuance de boulon en acier au carbone à usage général, largement utilisée pour le serrage courant. La norme ASTM A193 couvre les boulons haute résistance et haute température, la nuance B7 étant la plus connue des acheteurs. La norme ASTM A563 décrit les écrous et leurs nuances, soit la moitié de l'assemblage souvent négligée.

Une mise en garde s'impose : un boulon en U plus rigide ne répare pas un collier de serrage qui se resserre dans un tuyau souple. Il ne fait que déplacer le problème de la tige au tuyau.

Revêtement : lisez le fil de discussion, pas l’emballage.

La galvanisation à chaud selon les normes ISO 10684 ou ASTM F2329 forme une couche de zinc-fer épaisse, résistante et hostile au filetage. Le revêtement n'est pas uniforme ; il s'accumule sur les bords et les angles. Sur un filetage, la crête absorbe plus de zinc que le fond.

C'est pourquoi les boulons en U galvanisés sont généralement livrés avec des écrous surdimensionnés ou avec un filetage légèrement sous-dimensionné avant le revêtement. L'assemblage doit pouvoir tourner après le zingage. Un acheteur qui spécifie « galvanisé à chaud » sans le savoir recevra un jour un collier dont les écrous seront impossibles à visser.

Passez votre ongle le long du filetage d'un échantillon. Un revêtement grumeleux indique un assemblage rigide. Un revêtement fin, notamment sur un chantier côtier, indique le problème inverse.

Pour les applications extérieures et côtières, le choix se porte généralement entre la galvanisation à chaud, le zingage à chaud et l'inox. La galvanisation à chaud offre le meilleur rapport zinc/prix et la plus grande longévité pour les pièces épaisses. Le zingage à chaud forme une couche fine et uniforme qui préserve le filetage. L'inox, quant à lui, élimine le problème du revêtement, mais peut entraîner un grippage, c'est-à-dire le blocage des écrous et des boulons lors du montage.

L'acier inoxydable crée également un couple galvanique. Un boulon en U en acier inoxydable fixé sur un support galvanisé, en milieu humide, transforme le support en anode. Le boulon résiste, mais pas le support.

L'épaisseur du revêtement influe également sur le fonctionnement de la clé dynamométrique, car le coefficient de frottement d'un filetage galvanisé à sec diffère de celui d'un filetage plaqué. L'explication complète se trouve dans notre note sur les fixations galvanisées à chaud ; elle s'applique aussi bien aux colliers de serrage qu'aux boulons de structure.

Selle doublée de caoutchouc ou simple

La doublure remplit quatre fonctions, mais les acheteurs n'en retiennent généralement qu'une seule.

Il protège le revêtement du tuyau. Il répartit le contact sur un arc plutôt que sur deux lignes. Il amortit les vibrations. Et il sépare deux métaux différents, ce qui empêche la formation d'une pile galvanique au point de contact.

Ce procédé introduit également un matériau qui se déforme par fluage. Les revêtements en caoutchouc et en élastomère se compriment sous la charge et continuent de se comprimer pendant des semaines. Un collier de serrage correctement serré lundi se desserre au bout de trois semaines, alors que les écrous n'ont pas bougé. Seul le revêtement s'est déformé.

Ce comportement n'est pas un défaut. C'est la raison pour laquelle un collier de serrage doublé nécessite souvent un resserrage après la mise en service de la conduite. Mentionnez cette étape dans les instructions d'installation, sinon le technicien constatera une fuite ou un bruit parasite.

Le choix du matériau est plus important que ne le laissent entendre la plupart des spécifications. L'EPDM résiste bien aux intempéries et à l'eau chaude. Le nitrile résiste à l'huile. Le néoprène se situe entre les deux. Aucun de ces matériaux ne supporte longtemps une exposition à la chaleur, à l'huile et aux intempéries.

La question suivante est de savoir si la membrane est collée ou non. Une membrane collée ne peut pas se perdre sur le chantier. Une membrane non collée est plus facile à remplacer, mais aussi plus facile à mal installer.

Pour les tuyaux à paroi mince, le choix devient crucial sur le plan structurel. En cas de faible charge, un simple boulon en U fortement serré déformera le tuyau avant même d'être enclenché. Une gaine répartit cette charge et offre une certaine marge de sécurité. Elle n'augmente pas l'épaisseur de la paroi et aucune gaine ne peut corriger un collier de serrage trop serré.

Serrage : force de serrage contre la déformation du tuyau

Voici le point délicat. Un boulon en U n'a pas de valeur de précharge spécifiée, contrairement à un boulon de structure. Il s'agit d'un tube à comprimer, et ce tube est l'élément le plus mou de l'assemblage.

Le serrage doit donc trouver un juste milieu : une force suffisante pour maintenir le tuyau en place sans le déformer. C’est là que le choix du boulon en U et du collier de serrage prend tout son sens sur le terrain.

La méthode importe plus que le nombre de serrages. Serrez les deux écrous à la main jusqu'à ce que le collier se mette en place. Serrez ensuite par petits incréments, en alternant les branches, et en veillant à ce que l'écart se réduise uniformément. Si le collier est serré d'un seul côté en premier, il se désaxera et le tuyau se retrouvera chargé sur une seule branche au lieu de deux.

Utilisez une clé dynamométrique sur les deux pattes, et non une clé à cliquet et votre propre jugement. Une clé dynamométrique s'arrête à la valeur que vous avez définie. Cette valeur doit provenir du fournisseur de colliers, du fournisseur de tuyaux ou du cahier des charges du projet, et doit figurer sur le plan comme une note d'installation, et non comme une simple supposition.

Pendant le serrage, observez le tuyau, pas la clé. Un tuyau rond qui commence à s'ovaliser est déjà trop serré. Une chemise qui déborde sous le collier est trop comprimée. Dans les deux cas, arrêtez-vous.

L'état du filetage influe sur le couple appliqué. Un filetage galvanisé à chaud et sec absorbe une plus grande partie de l'effort par frottement, réduisant ainsi la force de serrage. À couple égal, un filetage lubrifié permet un serrage plus important, ce qui peut entraîner l'écrasement d'un tuyau par un opérateur trop prudent suivant une mauvaise méthode de serrage. Cette relation, décrite dans la section « Couple de serrage et force de serrage des boulons » , s'applique aussi bien à une tige coudée qu'à un boulon de structure.

Serrage d'un boulon en U à l'aide d'une clé dynamométrique ; la chemise est visible sous le collier. Serrage des deux branches par petits incréments, avec un coup d'œil sur le tuyau entre chaque passage.

Les champs de dessin qui rendent deux devis comparables

Un schéma de fixation ne comportant qu'une indication de diamètre de tuyau donne lieu à des devis incomparables. Un fournisseur propose le prix d'un simple boulon en U, tandis qu'un autre propose un ensemble complet avec visserie galvanisée. Les deux prix sont conformes au schéma.

Remplissez les champs ci-dessous et toute ambiguïté disparaîtra. Cela ne prend que dix minutes et vous épargnera bien des disputes.

Un échantillon vaut mieux qu'un paragraphe. Avant la production, demandez un collier de serrage aux dimensions et au revêtement exacts. Mesurez le diamètre intérieur avec un pied à coulisse. Vissez un écrou à la main. Testez-le sur un morceau de tuyau. Ce contrôle de cinq minutes est plus révélateur qu'un certificat.

Notre propre modèle de demande de devis suit la même logique pour les fixations en général, et il fonctionne sans modification pour les colliers de serrage : comment rédiger une demande de devis personnalisée pour les fixations .

Questions que se posent les acheteurs à propos des boulons en U et des colliers de serrage

Puis-je commander un boulon en U uniquement en fonction de sa taille DN ?

Le diamètre nominal (DN) n'est pas une dimension à respecter lors de la fabrication. Le collier de serrage étant en contact avec la surface extérieure, seul le diamètre extérieur est pertinent. Mesurez le tuyau et indiquez cette valeur dans votre demande.

Comment mesurer le diamètre d'un tuyau sur place ?

Utilisez un pied à coulisse sur le tuyau nu, ou enroulez une bande de papier autour, marquez le chevauchement et divisez la longueur à plat par pi. Retirez l'isolant en un seul point plutôt que d'estimer la longueur à chaque étape.

Pourquoi les écrous de mon boulon en U ne se vissent-ils pas ?

Il s'agit généralement de l'épaisseur du revêtement sur le filetage, ou d'un filetage qui n'a jamais été surtaraudé après galvanisation à chaud. Les résidus de sablage peuvent également avoir le même effet. Vérifiez un échantillon manuellement avant l'expédition, et non après réception.

Dois-je utiliser une pince à collier doublée de caoutchouc ou une pince simple ?

Utilisez une gaine lorsque le tuyau est revêtu, en plastique, à paroi mince ou sujet aux vibrations. Utilisez de l'acier nu sur les tuyaux à paroi épaisse non revêtus lorsqu'une large surface d'appui n'est pas nécessaire. Les colliers gainés se desserrent avec le temps ; prévoyez donc un resserrage après la mise en service.

À quel point un boulon en U doit-il être serré ?

Suffisamment pour empêcher tout mouvement, sans toutefois déformer le tuyau. Serrez les deux branches par petits incréments à l'aide d'une clé dynamométrique, en respectant la valeur de couple prescrite pour ce collier et ce tuyau. Surveillez l'ovalisation du tuyau pendant l'opération.

Galvanisé ou inox pour une utilisation en bord de mer ?

La galvanisation à chaud selon les normes ISO 10684 ou ASTM F2329 est généralement privilégiée pour les colliers de serrage en acier au carbone destinés à une utilisation extérieure. L'acier inoxydable offre une meilleure résistance à l'air salin, mais il peut se gripper lors du montage et créer un couple galvanique avec un support galvanisé. Choisissez un collier de serrage adapté à la surface sur laquelle il est en contact.

Quelle est la différence entre un boulon en U et un collier de selle ?

Un étrier en U maintient le tuyau en place en deux points de contact et son maintien axial repose sur le frottement. Un collier de serrage maintient le tuyau sur un support profilé avec une surface d'appui définie. Ce dernier est préférable pour les tuyaux isolés et les grands diamètres.

Les questions se répètent car les erreurs se répètent. Un assemblage de boulon en U et de collier de serrage lâche pour des raisons banales : diamètre inadéquat, branche trop courte, revêtement trop épais pour l’écrou, chemise comprimée après la mise en service, collier de serrage tiré sur une branche jusqu’à déformer le tuyau.

Aucun de ces problèmes n'est matériel. Il s'agit toujours d'informations manquantes.

Les pièces sont simples, et c'est précisément pourquoi personne ne les spécifie. La commande indique la taille, le fournisseur devine le reste, et le site s'en charge. Généralement, ça fonctionne… pendant un certain temps.

Dix champs sur un dessin permettent de fixer la plupart des informations. Diamètre extérieur. Épaisseur de paroi. Type. Filetage et longueur des pattes. Nuance. Revêtement et sa norme. Matériau de la doublure. Couple de serrage. Environnement. Preuves.

JingleFix fournit des colliers de serrage, des fixations et des pièces usinées depuis Ningbo, avec une personnalisation basée sur des plans et des échantillons. Douze ans d'expérience à l'export. Nous préférons connaître la nature et le tracé de la canalisation plutôt que de proposer une dimension et d'espérer.

Veuillez nous communiquer les dimensions du tuyau et les détails du support. Nous vous indiquerons les éléments manquants avant d'établir un devis. Vous pouvez commencer par consulter notre gamme de colliers de serrage et de boulons en U , ou nous envoyer directement le schéma.