Pression Pvc

Version 1.9

SOTICI 01 BP 178 ABIDJAN COTE D’IVOIRE

TUBES PVC PRESSION

DOCUMENTATION TECHNIQUE

1- PRESENTATION Les tubes PVC pression fabriqués par la SOTICI et destinés à l’adduction et branchement d’eau potable sont des tubes : • A coller : Dext 20 au Dext 50 • A joint ou à coller : Dext 63 au Dext 125 • Uniquement à joint : Dext 140 au Dext 315 Les tubes sont commercialisés en longueurs de 6 m ou 5.8 m hors tout pour livraison en conteneur 20 pieds. Ils sont de couleur gris foncé.

Longueurs Couleur Assemblage

6m ou 5.8m Gris foncé Collage Joint ‘AS’ ou ‘ANGER’ en EPDM

Assemblage par collage

SOTICI – Documentation technique des tubes PVC pression

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2- DIMENSIONS DES TUBES Epaisseurs Nominales (mm) Diamètre Extérieur (mm)

20 25 32 40 50 63 75 90 110 125 140 160 200 225 250 280 315 355 400 450 500 560 630

PN6

PN10

PN(1)

1 1.2 -

PN16

PN25

NF/ISO

NF(2)

DIN(3)

NF EN(4)

NF/ISO

NF

2.0 2.3 2.8 3.2/2.7 3.7/3.1 3.1 3.8 4.7 5.3 5.9 6.9 7.4 8.7 9.8 11.0 12.3 13.7 15.4

1.5 1.8 2.4* 2.4 3.0 3.6 4.3 5.3 6.0 6.1 6.2 7.7 8.6 9.6 10.7 12.1 13.6 15.3 17.2 19.1 21.4 24.1

1.5 1.8 1.9 2.4 3.0 3.6 4.3 5.3 6.0 6.7 7.7 9.6 10.8 11.9 13.4 15.0 -

1.6 1.9 2.4 3.0 3.6 4.3 4.2 4.8 5.4 6.2 7.7 8.6 9.6 10.7 12.1 13.6 15.3 17.2 19.1 21.4 24.1

1.5 1.9 2.4 3.0 3.7 4.7 5.5 6.6 8.1/6.6 7.4 8.3 9.5 11.9 13.4 14.8 16.6 18.7 21.1 23.7 26.7 -

2.3 2.8 3.6 4.5 5.6 -

Veuillez nous consulter pour PN8, PN12.5 & PN20 * Epaisseur pour une PN 12,5 bars (1) Hors norme (2) Selon la norme française NF T 54-016 (3) Selon la norme allemande DIN 8062 (4) Selon la nouvelle norme européenne NF EN ISO 1452-2 : 2010 en vigueur. Cette nouvelle norme européenne a le statut d’une norme française. Elle s’applique aux systèmes de canalisations pour l’alimentation en eau destinée à la consommation humaine, jusqu’à 45°C inclus.


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3- PROPRIETES PHYSIQUES DU TUBE PVC Le tube PVC pression possède les caractéristiques suivantes :

MASSE VOLUMIQUE

Kg/m3

1350-1460

RESISTANCE A LA TRACTION

MPA

≥ 45

%

≥ 80

MPA

≥ 3000

deg. C

≥ 80

mm/m/deg.C

≤ 0.07

ALLONGEMENT MODULE D’ELASTICITE POINT VICAT DILATATION LINEAIRE ALIMENTARITE RETRAIT LONGITUDINAL A 150°C

Qualité Alimentaire %

≤ 5

RESISTANCE A LA PRESSION INTERNE Sous la pression d’essai donnée dans le A 20°C tableau suivant, tenue minimale : 1h

Sous la tension d’essai donnée dans le tableau suivant, tenue minimale : 10h RESISTANCE A LA PRESSION INTERNE A 60°C Sous la tension d’essai donnée dans le tableau suivant, tenue minimale : 1000h


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4- PRESSION ET TENSION D’ESSAI Diamètre Extérieur (mm) 20 25

32

40

50

63

75

90

110

125

140

160

200 225 250 280 315

Pression nominale (bar) 16 25 10 16 25 10 16 25 10 16 25 10 16 25 6 10 16 6 10 16 6 10 16 6 10 16 6 10 16 6 10 16 6 10 16 6 10 16 10 16 6 10 16 10 16.0 6 10 16

Pression d’essai 1h à 20°C (bar) 65.4 103.0 41.2 65.4 103.0 41.2 65.4 103.0 41.2 65.4 103.0 41.2 65.4 103.0 25.7 41.2 65.4 25.7 41.2 65.4 25.7 41.2 65.4 25.7 (19.5*) 41.2 (33.0*) 65.4 (52.0*) 25.7 (19.5*) 41.2 (33.0*) 65.4 (52.0*) 25.7 (19.5*) 41.2 (33.0*) 33.0* 19.5 33.0 52.0 19.5 33.0 52.0 33.0 52.0 19.5 33.0 52.0 33.0 52.0 19.5 33.0 52.0


Tension d’essai 10h à 60°C (MPa)

Tension d’essai 1000h à 60°C (MPa)

13.7

10

13.7

10

13.7

10

13.7

10

13.7

10

13.7

12.5

13.7

12.5

13.7

12.5

13.7

12.5

13.7

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

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6 10 16 6 10 16 6 10 6 10 6 10

355

450 500 560 630

19.5 33.0 52.0 19.5 33.0 23.7 19.5 33.0 19.5 33.0 19.5 33.0

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

16.0

12.5

* pression d’essai selon la norme NF EN ou ISO

La pression interne (MPa) est calculée de la manière suivante :

Pe =

2 ⋅σ ⋅ e Dm − e

avec : e : épaisseur minimale du tube (mm) Dm : diamètre extérieur moyen du tube (mm) σ : contrainte de paroi (MPa)

La pression d’essai est calculée pour obtenir, dans la paroi d’un tube dont l’épaisseur est égale au minimum admis, une contrainte égale à 41,2 MPa.

AEP BOHICON - BENIN


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5- PRESSIONS MAXIMALES DE SERVICE La pression maximale de service (PMS) est directement reliée à la pression nominale (PN) et aux paramètres d’utilisation spécifiés dans le tableau ci-dessous :

Application Adduction gravitaire Conduite de l’eau destinée à l’alimentation humaine

Evacuation sous pression des eaux usées

Adduction par refoulement

Paramètres d’utilisation Type Action corrosive d’assemblage fluide véhiculé Collage ou bague S d’étanchéité Bague S d’étanchéité

Branchement

Collage

Distribution à l’intérieur des bâtiments

Collage ou bague d’étanchéité Collage ou bague d’étanchéité

refoulement

Bague d’étanchéité

Conduite de

S S S S L

liquides alimentaires, Refoulement eaux thermales et liquides industriels

S collage L

PMS en fonction de la PN TMS

PN 25

PN 16

PN 10

PN 6

≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 60°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 25°C ≤ 40°C ≤ 60°C ≤ 25°C ≤ 40°C

25 16 25 16 16 10 16 10 25 16 16 10 6 10 6 10 6 4 6 4

16 10 16 10 10 6 10 6 16 10 10 6 4 6 4 6 4 2.5 4 2.5

10 6 10 6 6 4 6 4 10 6 6 4 2.5 4 2.5 4 2.5 2.5 -

6 4 6 4 4 2.5 4 2.5 6 4 4 2.5 2.5 2.5 -

S : résistance satisfaisante L : résistance limitée SOTICI – Documentation technique des tubes PVC pression

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Pour de l’eau alimentaire jusqu’à 45°C, la pression de fonctionnement admissible est déterminée à partir de la pression nominale et d’un coefficient de détimbrage fT , de la façon suivante : [PFA] = fT *[PN] Ce coefficient de détimbrage est basé sur une expérience de longue durée et des résultats des essais. Il varie avec la température de l’eau selon le graphique ci-dessous : Exemple : Considérons un tube PVC de PN 12,5 à utiliser à 40°C, la pression de fonctionnement maximale admissible, à 40°C, en utilisation continue est de : 0,71 x 12,5 = 8,88 bar.


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6- PROPRIETES DU JOINT CAOUTCHOUC AS Le joint caoutchouc ‘AS’ en EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère) utilisé par la SOTICI pour les tubes PVC pression présente une double lèvre qui garantit l’étanchéité de la canalisation en pression et contre-pression. Ce joint possède une dureté de 60-80 Shore A et répond aux spécifications citées cidessous. « Les bagues d’étanchéité en caoutchouc pour des conduites de pression doivent répondre aux exigences spécifiées dans la norme internationale ISO 4633, à savoir une mobilité interne très élevée et externe très faible. Ces exigences seront respectivement satisfaites par vulcanisation et par renforcement. Ces deux procédés permettent d’accroître les propriétés mécaniques du caoutchouc (usure, résistance à la traction et à la rupture) et d’améliorer en même temps le module d’élasticité, l’hystérésis et le fluage. » L’EPDM résistent à l’action de nombreux acides et alcalis, aux esters, aux cétones, aux alcools et glycols. Ils sont tout particulièrement remarquables pour l’utilisation en présence de l’eau chaude et de la vapeur d’eau sous pression. Parmi les élastomères courants SBR, NBR, caoutchouc naturel et EPDM ; l’EPDM est incontestablement le meilleur pour l’application « joint d’étanchéité » de par sa bonne résistance à l’eau, aux acides et aux bases, son comportement est excellent à l’ozone, la chaleur, la lumière solaire et les basses températures. L’EPDM est également non toxique pour les conduites transportant l’eau potable.

Joint d’étanchéité AS Pour tubes pression

Schéma du joint AS

Les essais d’étanchéité effectués selon une périodicité bien déterminée (NF T 54-039) dans le laboratoire de la SOTICI permet de vérifier l’étanchéité de l’assemblage à une pression égale à 2,5 fois la pression nominale du tube sur une durée minimale égale à 1h. Aucune fuite ni déformation du tube ne doivent être observées durant la période d’essai.


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Initial

Après Après Après 1 an 3 ans 5 ans

Résistance à la rupture (kg/cm²)

203

210

212

208

Allongement (%)

560

490

380

390

Dureté Shore A

63

69

73

71

Propriétés mécaniques du caoutchouc EPDM

7- NORMALISATION Références normatives Tubes: NF EN ISO 1452-2 (2010) : systèmes de canalisations pour l’alimentation en eau destinée à la consommation humaine, jusqu’à 45°C inclus. NF T 54-016 : Eléments de canalisations en polychlorure de vinyle non plastifié pour la conduite de liquides avec pression. DIN 8061/8062 : Eléments de canalisations sous pression en polychlorure de vinyle non plastifié. ISO 4422 : Eléments de canalisations sous pression en PVC non plastifié. Références normatives joints: NF T 47-305 : Bagues d’étanchéité en caoutchouc pour joints de canalisations d’eau. (autres normes, nous consulter).

8- RESISTANCE CHIMIQUE Les tubes en PVC sont insensibles à toute forme de corrosion électro-chimique due aux terrains traversés car ils ne comportent aucun élément métallique. Lorsque la canalisation PVC transporte des fluides industriels, la résistance chimique du tuyau dépend de la nature du fluide véhiculé, de sa température ainsi que de sa concentration. Il est à noter qu’un même produit peut avoir des effets corrosifs très différents selon sa concentration et sa température. Les tubes en PVC conviennent pour la majorité des acides forts, solutions aqueuses (à l’exception des oxydants forts). Pour les produits chimiques tels que les esters, les aldéhydes, les cétones, veuillez nous consulter. Dans le cas d’adduction d’eau : Trois types d’eau attaquent les matériaux traditionnels: les eaux acides, les eaux peu minéralisées et les eaux déficitaires vis-à-vis de l’équilibre calco-carbonique. Aucune d’entre elles n’a d’effet sur le tube PVC pression


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9- RESISTANCE A L’ABRASION Le phénomène d'abrasion peut avoir 2 origines: -usure par rayures -usure par chocs. Cette usure est réduite si le matériau de surface est élastique. L'abrasion est un phénomène complexe qui dépend : -du type d'écoulement (laminaire, turbulent) -de la nature du fluide abrasif (concentration, dureté, granulométrie,...) -de la vitesse de l'écoulement -de la nature du tuyau. La présence de particules abrasives telles que sables et graviers au sein de la veine liquide, n’entraîne aucune usure de la paroi, même lorsqu’une forte pente de la conduite détermine une vitesse élevée de l’écoulement. Il n'existe pas de méthodes qui permettent de calculer l'usure d'un tuyau en fonction des flux de matériau transité ni de tests qui soient réellement représentatifs de la réalité. Les seuls tests existants sont des tests comparatifs entre différents matériaux. Le plus couramment utilisé est celui de l’Institut Technique de Darmstadt (RFA). Méthodologie de l'essai Un demi-tuyau DN 300 longueur 1 m est basculé autour de son axe à la fréquence de 22 cycles/min sur une angulation de +/- 22°. Le matériau abrasif utilisé est un mélange de sable et de gravier de granulométrie 0/30 mm. Le tuyau est ensuite rempli d'eau jusqu'au 2/3 de sa hauteur. Le tuyau est alors soumis à un nombre n de cycles d'oscillations compris entre 10 et 750000. L'abrasion est mesurée par une diminution d'épaisseur. Résultats Ce test à l'avantage d'être normalisé (norme DIN) et d'être reproductible. Il constate que les meilleurs résultats de résistance à l'abrasion sont obtenus avec les tubes en PVC. TEST D'USURE PAR ABRASION 10 Fonte ductile

9 8

ABRASION (mm)

7 Grès 6 5 Béton

4 3

PEHD 2 1 PVC 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

NOMBRE DE CYCLES * 50 000


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10- DIMENSIONNEMENT HYDRAULIQUE 10.1- Généralités Le calcul hydraulique est indispensable dans les réseaux ou dans les conduites d’adduction d’eau potable. Il permet de déterminer le diamètre de la canalisation et sa classe de pression. En général, le dimensionnement hydraulique devrait être effectué avant le dimensionnement mécanique. Dans les installations gravitaires, le choix du diamètre dépend : du débit minimum à transiter dans la canalisation de la pente de la canalisation. Dans les conduites de refoulement, nous devons prendre en compte le profil de pression le long de la canalisation afin de choisir la classe de pression qui conviendrait le mieux au projet. Le transport d’un liquide dans une canalisation occasionne des pertes d’énergie par frottement sur la paroi du tuyau, par le passage dans les courbes, par les ouvertures d’entrée et de sortie. La perte d’énergie la plus importante est produite par le frottement le long de la paroi du tuyau. Cette perte par frottement dépend notamment de la vitesse d’écoulement dans la canalisation.

h2

h1

z

La perte d’énergie, tant dans une canalisation sous pression que dans une canalisation à écoulement libre est exprimée comme une perte de hauteur de pression, donc en mètres de colonne d’eau.

h2

h1

z

CANALISATION SOUS PRESSION

CANALISATION A ECOULEMENT LIBRE

10.2- Paramètres D (m) : diamètre intérieur du tuyau L (m) : longueur de la canalisation Q (m3/s) : débit dans la canalisation v (m/s) : vitesse dans la canalisation Re : nombre de Reynolds ν (m2/s) : viscosité cinématique SOTICI – Documentation technique des tubes PVC pression

S ou F (m2) : section de la canalisation J (m/m) : pente de la canalisation λ : coefficient de résistance g (m/s2) : accélération de la pesanteur hw (m) : perte de charge dans la canalisation

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10.3- Calcul de débit, pertes de charge La formule la plus appropriée au calcul des tubes pression en PVC est celle de Prandtl-Colebrook:

k ⎤ ⎡ 2,51 = −2 ⋅ log ⎢ + ⎥ λ ⎣ Re ⋅ λ 3,71 ⋅ D ⎦

1

Partant de la pente ou de la perte de charge par unité de longueur

J =

hw L

et en combinant les formules suivantes, on obtient la vitesse d’écoulement :

⎛ 2,51 ⋅ν k ⎞⎟ + v = −2 ⋅ log⎜ ⋅ 2g ⋅ J ⋅ D ⎜ D ⋅ 2 g ⋅ J ⋅ D 3,71 ⋅ D ⎟ ⎝ ⎠ La quantité de liquide qui peut être transportée dans la canalisation à cette vitesse peut être calculée par :

Q=

π ⋅ D2 ⎡ 4

⎤ ⎛ 2,51 ⋅ ν k ⎞⎟ ⋅ ⎢− 2 ⋅ log⎜ + ⋅ 2g ⋅ J ⋅ D ⎥ ⎜ D ⋅ 2 g ⋅ J ⋅ D 3,71 ⋅ D ⎟ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎝ ⎠

Cette formule est valable pour les canalisations sous pression et celles à écoulement libre où la rugosité absolue du tube PVC est : k = 0,01 mm En utilisant cette formule, il faudra tenir compte de la température de l’eau parce que la viscosité cinématique en dépend : T (°C) ν.E-6 (m2/s)

0 1.78

10 1.31

20 1.01

40 0.66

60 0.48

80 0.37

100 0.27

En régime uniforme, dans le cas d’une conduite à écoulement libre, la pente de la perte de charge J est approximativement égale à la pente i de la canalisation : i ≈ J.

10.4- Perte de charge totale dans une canalisation La perte de charge totale ht dans une canalisation est la somme de : la perte à l’entrée hi les pertes par frottement dans la canalisation hw les pertes dans les courbes hb les pertes par changement brusque de section transversale hd les pertes dues aux vannes et clapets hα


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Perte à l’entrée

Pertes par frottement dans la canalisation

hi = (1 + λi ) ⋅

hw = λ ⋅

avec λi dépendant de la pièce d’entrée :

2

v 2g

entrée à angle aigu : 0,35 - 0,45 entrée biseautée : 0,25 entrée arrondie : 0,06 - 0,08

L v2 ⋅ D 2g

Utilisation du diagramme de Moody.

v2 hb = λb ⋅ 2g Pour les courbes collées ou joints coudés :

Pertes dans les courbe

λb ≈ sin 2

ϕ 2

+ 2 sin 4

ϕ 2

Pour les coudes pliés : 3, 5 ⎡ ⎛D⎞ ⎤ ϕ λb = ⎢0,131 + 0,159⎜⎜ ⎟⎟ ⎥ ⋅ ⎢⎣ ⎝ Rb ⎠ ⎥⎦ 180

ϕ

Elargissement brusque :

hd

Perte par changement brusque de section transversale

F2

(v − v )2 = 1 2

F1

2g

Retrécissememt brusque : 2 v2 ⎡ χ ⎛ 1 ⎞ ⎤ hd = 2 ⋅ ⎢ 2 + ⎜ 2 − 1⎟ ⎥ 2 g ⎢⎣α ⎠ ⎥⎦ ⎝α S avec : α = 0 ; χ = 0,05 - 0,08 S2

S1

S0 S2

Q

Q V1

V2

Pertes aux vannes et aux clapets

hα = λα ⋅

v2 2g

Les pertes dépendent du genre d’appareils et doivent être données par le fabriquant. Si la surface traversée atteint 40 à 60% de la section du tuyau, λα peut être pris égal à 0,5.

Pertes à la sortie

hu = λu ⋅

v2 2g

en cas de sortie à l’air : λu = 0 en cas de sortie dans l’eau : λu = 1


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10.5- Coups de bélier Choix de la PN

Le tube PVC ne présente pas d’état de fatigue pour une surpression pouvant atteindre 20% de sa pression maximale de service (PMS).

p + ∆p ≤ 1,2 ⋅ PMS

Il convient donc que la conduite soit dimensionnée de manière à résister aux éventuelles surpressions et dépressions maximales qui peuvent se produire dans la canalisation.

Calcul de la célérité des ondes

c=

9900 d⎞ ⎛ ⎜ 48,3 + K ⋅ ⎟ e⎠ ⎝

avec : c : célérité (m/s) d : diamètre intérieur du tube (mm) K : dépend de la nature de la conduite, KPVC = 33 e : épaisseur de la paroi du tube (mm) Les tubes en PVC ont un excellent comportement aux coups de bélier (célérité de l'onde largement inférieure à celle des canalisations métalliques) et aux phénomènes de variations de pression pulsatoires.

Calcul de la dépression ou surpression maximale Dans le cas des tubes en PVC, on adopte la formule suivante pour déterminer la variation de pression dans un écoulement transitoire :

∆P = 0,866 ⋅

c ⋅ V0 (m CE) g

Cette formule reste valable dans le cas d’une conduite gravitaire avec fermeture linéaire d’une vanne. g : accélération (m/s2) V0 : vitesse initiale (m/s)


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11- CONTROLES ET ESSAIS FINALS DES TUBES 11.1- Contrôles dimensionnels

Caractéristique

Instrument de mesure

Epaisseurs (En) En mini En maxi

Micromètre

Diamètre moyen

Circomètre

Diamètre qcq (Dm) Mini Maxi

Pied à coulisse

Longueur tube (Lt)

Décamètre

Longueur emboîture à coller (Le) Diamètre intérieur emboîture à coller

Exigences

Selon les normes : NF T 54-016 DIN 8062 NF EN 1452

Réglet

Pied à coulisse


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11.2- Les essais effectués sur les tubes pression Caractéristique

Caractéristique en traction à 23°C

Spécifications -Moyenne des contraintes maximales R ≥ 45 Mpa -Moyenne des allongements à la rupture ≥ 80%

Pas de casse durant la Essai de résistance à la période d’essai de 1H sous pression interne à 20°C une contrainte à court terme circonférentielle de 42 MPa

Essai d’étanchéité des assemblages à 20°C à court terme

Pas de fuite ni gonflement ni éclatement ne doivent ne doivent se présenter au bout de 1 H sous une pression d’essai de :

Méthode d’essai

Moyen

NF EN 638

Machine d’essai de traction

NF EN 921 (eau dans eau)

Machine d’essai de pression

NF EN 921 (eau dans eau)

Machine d’essai de pression

NF EN 727

Machine d’essai VICAT

4,2x[PN] pour Dn ≤ 90 mm 3,36x[PN] pour Dn>90 mm Détermination de la température de ramollissement VICAT (VST)

≥ 80 °C

Evasement à froid à 20°C

Pas de fissuration pour un évasement ≥ 30% du diamètre nominal extérieur

NF T 54-020

Presse Hydraulique

Essai de retrait longitudinal après recuit à 150 °C

Maximum 5% Le tube ne doit présenter aucune bulle ni craquelure

NF EN 743

Bain d’éthylène glycol

Degré de gélification à 15°C

Pas d’attaque à un point quelconque de la surface de l’éprouvette d’essai

NF EN 580

Bain de dichlorométhane

Résistance aux chocs par la méthode du cadran

Les éprouvettes doivent avoir un pourcentage réel de rupture (TIR) ≤ 10% lorsqu’ils sont soumis à des chocs extérieurs par des percuteurs normalisés

NF EN 744

Machine d’essai de choc dans une chambre froide à 0°C

Essai d’assemblage des tubes avec emboîture à joint AS

Pas de difficulté d’emboîtement à l’aide d’une barre à mine

-

-


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