Les silos – 6.1 Cas particuliers : généralités des grands excentrements et grands excentrements au remplissage

Le présent article est la première partie du sixième article dans une série sur les silos en général et plus particulièrement les silos métalliques. Après les cinq premiers articles d’introduction générale, de la présentation des éléments principaux et de la géométrie, puis les différents comportements, caractéristiques et actions de la matière ensilée, on regardera les généralités concernant les grands excentrements, ainsi que l’impact de grand excentrement au remplissage sur la structure.

On utilisera de préférence les termes des Eurocodes :

• NF EN 1991-4 :2006 – Actions sur les structures – Silos et réservoirs
• NF EN 1993-4-1 :2007+A1 – Calcul des structures en acier – Silos

Pour rappel, nous avons publié sur métalétech :

• Les silos #1 – Introduction générale
• Les silos #2 – Les éléments principaux
• Les silos #3 – La géométrie
• Les silos # 4 – 4.1 Comportements de la matière ensilée (1/3)
• Les silos #4 – 4.2 Comportements de la matière ensilée (2/3)
• Les silos – 4.3 Comportements de la matière ensilée (3/3)
• Les silos # 5 – Interactions entre structure et matière ensilée

Généralités

La méconnaissance des augmentations et redistributions des charges suite à des excentricités, et leur impact sur le comportement de structure, peut être une cause de sinistre.

De manière générale :

• les silos circulaires sont plus sensibles que les silos rectangulaires,
• les actions à la vidange sont plus impactant que celles au remplissage.

Rappel des définitions :

La limite pour un grand excentrement (remplissage et vidange) est définie avec e > 0,25 d_c.

• Pour le remplissage : e = e_t = la distance entre l’axe centrale verticale du silo et le sommet du talus de la matière, ou e = e_f = la distance entre l’axe centrale verticale du silo et le point de chute le plus bas de la matière.
• Pour la vidange : e = e_o = la distance entre l’axe centrale verticale du silo et l’axe de l’orifice de vidange pour la vidange

À noter que pour un silo rectangulaire, il faut définir les excentricités dans les deux directions :

Grande excentricité au remplissage : e_f > 0,25 d_c

Une grande excentricité au remplissage concerne uniquement les silos peu élancés ou à élancement intermédiaire. Pour les silos élancés, on considère que l’impact du « déséquilibre » de l’action de la matière ensilée est négligeable.

L’Eurocode donne une méthode uniquement pour les silos circulaires. On considère que l’asymétrie des contraintes horizontales p_h induit des forces verticales supplémentaires dans la paroi :

• On calcule les contraintes de frottement pw et l’effort résultant dans la paroi nzSk pour le cas de remplissage central, considérant la hauteur maximale ;
• On ajoute un effort vertical supplémentaire dans la paroi, dû au « déséquilibre » de p_h.

Pour les silos rectangulaires, une formule équivalente représentant le même effet sera fournie ultérieurement.

Excentricité au remplissage maximal : ef = 0,25 dc

Une situation particulière se produit quand la matière percute la paroi lors du remplissage.

Ici encore, il n’y a pas d’indication sur le traitement dans l’Eurocode : l’impact sur le comportement de la structure est trop variable selon la matière ensilée, la vitesse de remplissage, la paroi, etc.

En principe, on applique simplement la même méthode que précédemment pour la détermination des sollicitations.

Il convient néanmoins de se poser la question sur tout autre impact éventuel sur le comportement de la matière et donc sur la structure. A titre d’exemple, on tire ici l’attention sur un effet de polissage de la paroi dans le temps, qui peut modifier localement les contraintes de frottement p_w, voire le comportement à la vidange (possibilité de tuyau d’écoulement).

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Hannah Boehm, chef de projets au service études – CTICM