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J
DIM360 (Ver 1.5 21 Nov 2005) - 1100000/0 1710000/0
0875636
DEMANDE DE BREVET EUROPEEN
A1
19981104
EP
98401060.3
19980430
19980818
fr
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9705470
19970502
FR
19981104
199845
19981104
199845
6
6E 04C 5/10 A
de
Vorspannkabel und Spannkanal dafür
en
Prestressing cable and duct element therefor
fr
Câble de précontrainte, et élément de gaine pour un tel câble
5
FREYSSINET INTERNATIONAL (STUP)
00274932
BEP980045/BLo/E
(STUP), FREYSSINET INTERNATIONAL
10 rue Paul Dautier
F-78140 Velizy Villacoublay
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Loisel, Bertrand
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Un élément de gaine (35) est prévu pour s'étendre dans une portion (9) de l'ouvrage précontraint dans une partie haute d'un trajet sinueux suivi par le câble de précontrainte. Cet élément comporte un canal d'évent (41) parallèle à la cavité tubulaire (20) recevant les torons du câble et de section sensiblement plus petite que la cavité tubulaire. Ce canal d'évent est agencé de façon qu'après mise en place de l'élément de gaine (35) dans ladite portion de l'ouvrage, le canal d'évent soit positionné au-dessus de la cavité tubulaire et communique avec la cavité tubulaire dans une région de l'élément de gaine située à l'intérieur de ladite portion de l'ouvrage, et avec l'extérieur de la gaine dans une région de l'élément de gaine située à l'extérieur de ladite portion de l'ouvrage. Utilisation notamment dans le domaine de la précontrainte extérieure démontable.
La présente invention concerne le domaine des câbles de précontrainte pour ouvrages de construction.
Elle se rapporte plus particulièrement aux câbles constitués d'un ensemble de torons, dont la mise en tension exerce la précontrainte, logés dans une gaine tubulaire remplie d'un matériau de protection. La gaine est habituellement en matière plastique telle qu'un polyéthylène haute densité (PEHD). Le matériau protecteur est typiquement un coulis de ciment.
Les câbles de précontrainte des ouvrages de construction ont fréquemment un trajet de forme sinueuse comportant des points hauts et des points bas, l'effort de précontrainte exercé par le câble étant dirigé vers le bas au voisinage des points hauts et vice-versa.
Lors de l'injection des gaines de ces câbles avec le coulis de ciment, l'air présent dans la gaine, de l'eau qui se sépare du coulis de ciment par décantation ou filtration, et du coulis « pauvre », c'est-à-dire dont la décantation ou la filtration a extrait les constituants les plus lourds, sont évacués au niveau des points hauts à l'aide de dispositifs appelés évents. Ces évents sont constitués généralement d'une coquille en matière plastique fixée de façon étanche à la gaine et d'un tube, faisant corps ou fixé à cette coquille, qui permet de canaliser le coulis, l'eau et l'air hors du matériau constitutif de l'ouvrage (le plus souvent du béton).
Lorsque les gaines des câbles sont entièrement noyées dans la structure, cette technique est appelée précontrainte intérieure au béton. Dans ce cas, il est facile de placer des évents aux points hauts lors du coulage du béton et de les équiper de tubes suffisamment longs pour assurer l'évacuation de l'air, de l'eau et du coulis pauvre.
La présente invention relève plutôt de la technique de la précontrainte extérieure, dans laquelle les gaines des câbles, dans les tronçons rectilignes de leur tracé, sont placées à l'extérieur de la structure. Elles traversent néanmoins l'ouvrage dans des massifs afin de reprendre les efforts exercés par le câble et de les transmettre à la structure. Les points hauts et bas du câble sont alors situés dans des entretoises déviatrices.
Dans le cas particulier de la précontrainte extérieure démontable, les gaines des câbles traversent ces entretoises en passant dans des tubes coffrants métalliques, cintrés et noyés dans le béton. Le câble peut alors être démonté en vue de son remplacement, en le sectionnant dans des zones accessibles et en le dégageant des entretoises et des ancrages.
L'espace existant entre le tube coffrant et le tube PEHD étant petit (typiquement de 10 à 20 mm de différence de diamètre) et courbe, il est impossible de placer un évent conventionnel et d'assurer ainsi le remplissage correct de la gaine. Il est donc courant de retrouver des vides aux points hauts, du fait de l'impossibilité d'éliminer correctement l'air et l'eau de filtration. Afin de pallier le manque d'évent de point haut, on peut procéder à des réinjections de coulis par des orifices placés de part et d'autre du point haut. Mais une telle technique est complexe et délicate, et ne donne pas toujours entièrement satisfaction. La mise en place d'un évent depuis le haut de la structure, à travers le béton du hourdis supérieur et le tube coffrant, apparaîtrait une opération complexe et délicate pour installer une précontrainte extérieure démontable sur un ouvrage neuf en cours de construction, et serait d'ailleurs impossible à réaliser dans le cas du renforcement d'un ouvrage préexistant.
Un but de la présente invention est de faciliter l'évacuation des composants indésirables du matériau de remplissage de la gaine au niveau des points hauts d'un câble de précontrainte extérieure.
L'invention propose à cette fin un élément de gaine tel que défini dans la revendication 1, ainsi qu'un câble de précontrainte tel que défini dans la revendication 9. Des modes de réalisation préférés sont énoncés dans les revendications 2 à 8 et 10 à 14.
L'air, l'eau et/ou le coulis pauvre peuvent ainsi être captés dans la première région, où la mise en place d'un évent conventionnel peut être délicate, et évacués dans la seconde région, qui est accessible de l'extérieur.
Le point le plus haut du câble sera normalement inclus dans ladite première région, encore que cette région pourrait être quelque peu décalée par rapport à ce point le plus haut, notamment vers l'aval relativement à la direction d'injection du coulis.
Un avantage de l'invention est que la première région, dans laquelle l'air, l'eau et/ou le coulis pauvre sont extraits de la gaine lors de l'injection, peut s'étendre sur une certaine longueur de l'élément de gaine, au lieu d'être ponctuelle comme dans le cas des évents conventionnels. Ceci assure une évacuation plus efficace.
L'invention est applicable dans le domaine de la précontrainte extérieure non démontable (le béton de l'ouvrage étant coulé autour de la gaine sur une partie de la longueur de l'élément). Elle facilite alors la mise en place des évents, notamment lorsque la constitution de l'ouvrage est telle qu'il est difficile de prévoir le passage d'un tube vers le haut de la structure.
L'invention est applicable de manière encore plus avantageuse dans le domaine de la précontrainte extérieure démontable. L'évent faisant corps avec l'élément de gaine permet la démontabilité du câble après le durcissement du coulis. Il peut être utilisé aussi bien dans le cas des ouvrages neufs que dans celui des renforcements d'ouvrages préexistants.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma de principe illustrant un exemple de précontrainte extérieure ;
- la figure 2 est un schéma en coupe longitudinale d'un élément de gaine selon l'invention installé dans une entretoise déviatrice ;
- les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale de l'élément de gaine de la figure 2 suivant les plans III-III et IV-IV indiqués sur la figure 2 ;
- la figure 5 est un schéma analogue à celui de la figure 2 montrant un autre élément de gaine selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue en coupe transversale de cet autre élément suivant le plan VI-VI indiqué sur la figure 5 ;
- la figure 7 est un schéma analogue à celui des figures 2 et 5 montrant une autre réalisation d'une gaine d'un câble de précontrainte selon l'invention ; et
- les figures 8 et 9 sont des vues en coupe transversale de la gaine de la figure 7 suivant les plans VIII-VIII et IX-IX indiqués sur la figure 7.
Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 1, l'ouvrage précontraint 7 est un pont en béton dont le tablier prend appui sur des piles 8, 9. Un câble de précontrainte 10, dont les torons sont ancrés à leurs extrémités au moyen de dispositifs d'ancrage classiques 11, est utilisé pour exercer un effort de précontrainte sur le pont 7. Ce câble 10 suit, entre les dispositifs d'ancrage 11 supportés par les piles d'extrémité 8, un trajet sinueux en ligne brisée dont les portions rectilignes sont accessibles depuis l'extérieur. Dans l'exemple considéré, ce trajet sinueux comporte un point haut central, où le câble 10 traverse un déviateur prévu dans une pile centrale 9, et deux points hauts d'extrémité, où le câble 10 traverse des déviateurs respectivement adjacents aux dispositifs d'ancrage 11. Entre la pile centrale 9 et chacune des piles d'extrémité 8, le trajet du câble 10 présente un point bas où il est guidé dans une entretoise déviatrice prévue dans une pile intermédiaire 9a.
La gaine du câble 10 consiste en un tube en matière plastique, par exemple en PEHD, qui se compose d'éléments successifs qui, de façon classique, sont soudés bout à bout ou raccordés à l'aide de manchons chauffants.
Les figures 2 à 4 montrent un élément de gaine 15 selon l'invention utilisé dans une partie haute du trajet sinueux du câble, au niveau de la pile centrale 9. Un agencement semblable est prévu dans les parties hautes du câble situées au niveau des piles d'extrémité 8. A ce niveau, l'utilisation d'un élément de gaine selon l'invention assure une bonne protection des torons au voisinage des ancrages, qui peuvent être des points sensibles.
Dans le cas d'une application à la précontrainte extérieure démontable, un tube coffrant cintré en acier 16 a été noyé dans le béton de la pile 9. Si l'invention était mise en oeuvre pour renforcer un ouvrage préexistant, le tube coffrant 16, plutôt que d'être noyé directement dans le béton de la pile 9, pourrait l'être dans un bloc en béton rapporté sur cette pile 9 au moment d'effectuer le renforcement. Le tube coffrant 16 a un diamètre supérieur à celui de la gaine du câble 10. Dans l'exemple considéré, où le câble 10 comporte dix-neuf torons 17 de diamètre 15,2 mm ou 15,7 mm logés dans une gaine de diamètre extérieur 110 mm, on peut par exemple utiliser un tube coffrant 16 de diamètre intérieur 128 mm.
Dans l'exemple de réalisation des figures 2 à 4, l'élément de gaine 15 a une section circulaire sur toute sa longueur. A l'intérieur de cette section circulaire se trouvent d'une part une cavité tubulaire 20 occupant la majeure partie de la section et destinée à recevoir les torons 17, et d'autre part un canal d'évent 21. La section du canal d'évent 21 est sensiblement plus petite que celle de la cavité tubulaire 20 (elle est par exemple de 200 à 500 mm^2).
Lorsque l'élément de gaine 15 est installé dans le tube coffrant 16, le canal d'évent 21 est situé au-dessus de la cavité tubulaire 20, c'est-à-dire sur le côté extérieur de la courbure de l'élément 15.
Le canal d'évent 21 s'étend sur une partie seulement de la longueur de l'élément de gaine 15. A l'une de ses extrémités, il est pourvu d'une ouverture 22 (figure 4) qui le fait communiquer avec l'extérieur de la gaine. Un embout taraudé 23 est soudé autour de cette ouverture 22 pour permettre le raccordement d'un tube évent fileté 24.
L'élément de gaine 15 est engagé dans le tube coffrant 16 par son extrémité opposée à l'embout 23, cet embout 23 restant à l'extérieur dans la position définitive de l'élément de gaine 15, comme le montre la figure 2. Dans cette position, le canal d'évent 21 s'étend au-delà du point le plus haut du passage du câble à travers la pile 9 relativement à la position de l'embout 23. Dans une région s'étendant de part et d'autre du point le plus haut sur une longueur L1, L2, la paroi 26 séparant le canal d'évent 21 de la cavité tubulaire 20 de l'élément de gaine comporte des orifices 25 qui font communiquer le canal d'évent 21 avec la cavité tubulaire 20. Ces orifices 25, dont la section est par exemple de l'ordre de 12 mm, sont distribués sur la longueur L1+L2 de cette région. Cette longueur totale L1+L2 est de préférence d'au moins 50 cm. De préférence encore, la longueur L1, L2 de cette région de chaque côté du point le plus haut est d'au moins 50 cm. Les orifices 25 sont par exemple disposés en quinconce le long de région L1+L2, de façon que certains d'entre eux (schématisés par des traits interrompus sur la figure 3) soient proches de la jonction entre la paroi séparatrice 26 et la paroi cylindrique de la cavité tubulaire 20.
Après avoir assemblé les éléments de gaine successifs, y avoir enfilé les torons 17 et avoir mis en tension et ancré ces torons 17, on procède à l'injection du coulis de ciment dans la gaine pour remplir l'espace laissé libre par les torons.
Dans une première phase, le coulis est injecté par l'une des extrémités de la gaine, ou par l'un des points bas de son trajet sinueux. Dans cette phase, le tube évent 24 est ouvert pour laisser s'évacuer l'air se trouvant à l'intérieur de la gaine. Il pourrait également être obturé, notamment s'il est utilisé un coulis thixotrope. La décantation du coulis et sa filtration au travers des interstices internes des torons 17 provoquent la formation de poches d'eau et de coulis pauvre au niveau des points hauts de la gaine. Une fois qu'il s'est écoulé un temps de l'ordre d'une demi-heure à deux heures après cette première phase d'injection, on procède à deux réinjections successives de coulis par deux orifices non représentés, prévus dans la gaine de part et d'autre de la pile 9. Lors de ces deux réinjections, le tube évent 24 est ouvert. La première est effectuée depuis l'orifice situé vers l'aval de la pile 9 relativement à la direction de l'injection effectuée dans la première phase. Pendant cette première réinjection, le tube évent 24 rejette de l'eau, du coulis pauvre et éventuellement de l'air qui a pu subsister dans l'élément de gaine en raison de turbulences pouvant survenir lors de la première injection en aval du point le plus haut. Lors de la seconde réinjection, effectuée depuis le côté opposé, l'eau et le coulis pauvre pouvant subsister dans la gaine sont à leur tour évacués par le canal 21 et le tube évent 24.
L'élément de gaine 15 a pour avantage que la captation des composants à évacuer n'est pas ponctuelle, mais répartie sur la longueur L1+L2.
Comme le montre la figure 2, la paroi 26 séparant le canal d'évent 21 de la cavité tubulaire 20 se raccorde doucement, avec une incidence rasante, à la paroi cylindrique de la cavité tubulaire 20 aux deux extrémités du canal d'évent 21. Ceci évite que les extrémités du canal 21 forment des obstacles à l'enfilage des torons 17 à l'intérieur de la cavité tubulaire 20.
Dans le mode de réalisation illustré par les figures 2 à 4, la cavité tubulaire 20 de l'élément de gaine a une section circulaire qui inclut la section du canal d'évent 21. Pour réaliser un tel élément de gaine, une possibilité est de souder entre elles deux pièces de formes générales tubulaires obtenues à partir de deux tubes en matière plastique. L'une de ces pièces 32 constitue la majeure partie de l'élément de gaine 15. Elle correspond à un tube présentant une entaille longitudinale réalisée en découpant une première bande 27 qui constituera la paroi supérieure du canal d'évent 21. L'ouverture 22 est percée à une extrémité de cette bande 27, et l'embout 23 est soudé, en 28, autour de cette ouverture 22 sur la face extérieure de la bande 27. L'autre tube en matière plastique est découpé pour en dégager une seconde bande qui constituera la paroi inférieure 26 du canal d'évent 21, le séparant de la cavité tubulaire 20. Les orifices 25 sont percés dans cette seconde bande 26, dont les bords longitudinaux sont ensuite soudés en 30, sur la face intérieure de la première bande 27. La première bande 27 ainsi complétée par la formation du canal d'évent 21 est finalement ressoudée, en 31, sur le tube d'où elle provient.
Comme il est usuel en chaudronnerie plastique, les soudures 28, 30, 31 peuvent être effectuées en déposant une baguette de PEHD fondu à l'aide d'un pistolet à air chaud.
L'élément de gaine 35 représenté sur les figures 5 et 6 diffère de celui précédemment décrit par la constitution de son canal d'évent 41. Ce canal d'évent 41 est réalisé à partir d'une pièce tubulaire en PEHD 47 dont la section est de forme générale circulaire. Cette pièce 47, qui présente les orifices 25 distribués sur le côté intérieur de sa courbure, est soudée sur une autre pièce 52 obtenue comme précédemment en pratiquant une entaille longitudinale sur un tube en matière plastique. La pièce 47 formant le canal d'évent 21 est fixée, à l'aide de deux cordons de soudure diamétralement opposés 51 sur les bords de l'entaille de la pièce 52. Ainsi, comme le montre la figure 6, la section du canal d'évent 41 dépasse quelque peu de la section circulaire de la cavité tubulaire 20. Comme la section du canal d'évent 41 est réduite, on peut faire en sorte que ce dépassement ne gêne pas l'introduction de l'élément de gaine 35 dans le tube coffrant 16.
Du côté de son extrémité libre 44, pourvue de moyens d'obturation non représentés, le canal d'évent 41 se sépare tangentiellement de la paroi de la cavité tubulaire 20, comme le montre la partie droite de la figure 5.
Dans le mode de réalisation des figures 7 à 9, l'élément de gaine 55 présentant le canal d'évent 61 est réalisé par extrusion, ce qui en minimise le coût de revient. Le canal d'évent 61 est formé sur toute la longueur de l'élément 55 à l'intérieur de la cavité tubulaire cylindrique 20 recevant les torons 17. A l'intérieur du tube coffrant 16, cet élément de gaine 55 est relié à un autre élément de gaine 54, dépourvu de canal d'évent. Cet autre élément 54, également extrudé, présente simplement la cavité tubulaire cylindrique de même diamètre que l'élément 55.
La jonction 56 entre les éléments de gaine 54 et 55 est située approximativement au niveau du point le plus haut du trajet du câble dans la portion 9 de l'ouvrage comportant le tube coffrant 16 (figure 7), de manière à assurer la captation des composants séparés du coulis à ce point le plus haut. Avant de souder entre eux les deux éléments, la paroi interne du canal d'évent 61 est biseautée à l'extrémité de l'élément 55 pour éviter que son extrémité 57 fasse obstacle à l'introduction des torons 17. L'autre extrémité du canal d'évent 61 est obturée, et biseautée également avant de réaliser sa jonction avec l'élément de gaine adjacent.
Pour réaliser la communication du canal d'évent 61 avec l'extérieur de la gaine en dehors du tube coffrant 16, on perce un orifice 62 dans la paroi de l'élément 55 comme le montrent les figures 7 et 9. Cet orifice 62 est par exemple taraudé pour permettre le montage d'un tube évent fileté non représenté. On a une certaine liberté quant à l'endroit où percer l'orifice 62 le long de l'élément 55. Il est souhaitable de le percer aussi près que possible de la sortie du tube 16, mais on peut également choisir un endroit plus commode pour l'opérateur.
1. Elément de gaine pour un câble de précontrainte (10) à installer suivant un trajet sinueux sur un ouvrage de construction (7), le câble comportant, à l'intérieur de la gaine, des torons (17) tendus pour précontraindre l'ouvrage et un matériau de remplissage de la gaine et de protection des torons, ledit élément de gaine (15; 35; 55) étant prévu pour traverser au moins en partie une portion (8,9) de l'ouvrage dans une partie haute dudit trajet sinueux, caractérisé en ce qu'il comporte un canal d'évent (21; 41; 61) parallèle à la cavité tubulaire (20) recevant les torons et de section sensiblement plus petite que ladite cavité tubulaire, et en ce que le canal d'évent est agencé de façon qu'après mise en place de l'élément de gaine dans ladite portion de l'ouvrage, le canal d'évent soit positionné au-dessus de la cavité tubulaire et communique avec la cavité tubulaire dans une première région de l'élément de gaine située à l'intérieur de ladite portion de l'ouvrage et avec l'extérieur de la gaine dans une seconde région de l'élément de gaine située à l'extérieur de ladite portion de l'ouvrage.
2. Elément de gaine selon la revendication 1, dans lequel ladite première région de l'élément de gaine, où le canal d'évent (21; 41) communique avec ladite cavité tubulaire (20), s'étend sur une longueur (L1+L2) d'au moins 50 cm.
3. Elément de gaine selon la revendication 2, dans lequel la longueur (L1, L2) de ladite première région est d'au moins 50 cm de part et d'autre du point le plus haut de ladite partie haute du trajet sinueux du câble.
4. Elément de gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le canal d'évent (21; 41) est séparé de ladite cavité tubulaire par une paroi (26) pourvue d'orifices (25) distribués le long de ladite première région de l'élément de gaine (15; 35).
5. Elément de gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, réalisé par soudage de première et seconde pièces en matière plastique de formes générales tubulaires, la première pièce (26,27; 47) correspondant à la paroi du canal d'évent (21; 41) et la seconde pièce (32; 52) correspondant à la paroi de ladite cavité tubulaire (20) avec une entaille longitudinale aux bords de laquelle est soudée la première pièce.
6. Elément de gaine selon la revendication 5, dans lequel ladite première pièce (47) a une section sensiblement circulaire.
7. Elément de gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la cavité tubulaire (20) a une section circulaire qui inclut la section du canal d'évent (21).
8. Elément de gaine selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le canal d'évent (21; 41; 61) est séparé de ladite cavité tubulaire (20) par une paroi (26) qui, à ses deux extrémités, se raccorde doucement à la paroi de la cavité tubulaire de manière à ne pas faire obstacle à l'enfilage des torons (17).
9. Câble de précontrainte (10) installé suivant un trajet sinueux sur un ouvrage de construction (7) et comportant une gaine formée d'éléments de gaine assemblés bout à bout et, à l'intérieur de la gaine, des torons (17) tendus pour précontraindre l'ouvrage et un matériau de remplissage de la gaine et de protection des torons, la gaine traversant au moins une portion (8,9) de l'ouvrage dans une partie haute dudit trajet sinueux, caractérisé en ce qu'un élément (15; 35; 55) de la gaine, traversant au moins en partie ladite portion (8,9) de l'ouvrage, comporte un canal d'évent (21; 41; 61) parallèle à la cavité tubulaire (20) recevant les torons et de section sensiblement plus petite que ladite cavité tubulaire, et en ce que le canal d'évent est positionné au-dessus de la cavité tubulaire et communique avec la cavité tubulaire dans une première région dudit élément de gaine située à l'intérieur de ladite portion de l'ouvrage et avec l'extérieur de la gaine dans une seconde région dudit élément de gaine située à l'extérieur de ladite portion de l'ouvrage.
10. Câble de précontrainte selon la revendication 9, dans lequel le canal d'évent (21; 41; 61) est séparé de ladite cavité tubulaire (20) par une paroi (26) qui, à ses deux extrémités, se raccorde doucement à la paroi de la cavité tubulaire de manière à ne pas faire obstacle à l'enfilage des torons (17).
11. Câble de précontrainte selon la revendication 9 ou 10, dans lequel ledit élément de gaine (15; 35) est réalisé par soudage de première et seconde pièces en matière plastique de formes générales tubulaires, la première pièce (26,27; 47) correspondant à la paroi du canal d'évent (21; 41) et la seconde pièce (32; 52) correspondant à la paroi de ladite cavité tubulaire (20) avec une entaille longitudinale aux bords de laquelle est soudée la première pièce.
12. Câble de précontrainte selon la revendication 9 ou 10, dans lequel la cavité tubulaire (20) a une section circulaire qui inclut la section du canal d'évent (21).
13. Câble de précontrainte selon la revendication 9 ou 10, dans lequel ledit élément de gaine (55) est réalisé par extrusion, le canal d'évent (61) étant formé à l'intérieur de la cavité tubulaire (20) de forme générale cylindrique sur sensiblement toute la longueur dudit élément, dans lequel ledit élément de gaine pourvu du canal d'évent est relié à un autre élément de gaine (54) présentant une cavité tubulaire de forme générale cylindrique de même diamètre mais dépourvu de canal d'évent, la jonction (56) entre ces deux éléments de gaine étant située dans ladite portion (8,9) de l'ouvrage au voisinage du point le plus haut du trajet sinueux du câble dans ladite portion.
14. Câble de précontrainte selon la revendication 13, dans lequel la communication du canal d'évent (61) avec l'extérieur de la gaine dans la seconde région dudit élément de gaine (55) s'effectue à travers un orifice (62) taraudé dans une paroi dudit élément de gaine.