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Jul 18, 2023

Défaillances des silos : histoires de cas et leçons apprises par le Dr John W. Carson

23 mars 2023 | Par Jenike & Johanson Sponsorisé par Les silos et les bacs tombent en panne à une fréquence bien plus élevée que presque tout autre équipement industriel. Parfois, l'échec n'implique qu'une distorsion

23 mars 2023 | Par Jenike et Johanson

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Les silos et les bacs tombent en panne à une fréquence bien plus élevée que presque tout autre équipement industriel. Parfois, la défaillance implique uniquement une distorsion ou une déformation qui, bien que inesthétique, ne présente aucun danger pour la sécurité ou le fonctionnement. Dans d’autres cas, la défaillance entraîne l’effondrement complet de la structure, entraînant une perte d’usage, voire la mort.

De nombreux cas de défaillance structurelle sont présentés qui illustrent les erreurs courantes ainsi que les limites de la conception.

Bien que les statistiques ne soient pas disponibles, des centaines de silos, bacs et trémies industriels et agricoles connaissent chaque année un certain degré de défaillance. [1-3] Parfois, l’échec prend la forme d’un effondrement structurel complet et dramatique. D’autres fois, l’échec n’est pas aussi dramatique ou aussi évident. Par exemple, des fissures peuvent se former dans un mur en béton ou des bosses dans une coque en acier, ces deux phénomènes pouvant sembler inoffensifs à l'observateur occasionnel. Il s’agit néanmoins de signaux de danger qui indiquent que des mesures correctives sont probablement nécessaires.

Le coût économique d’une défaillance d’un silo n’est jamais minime. Le propriétaire fait face aux coûts immédiats de la perte de production et des réparations, le personnel à proximité est exposé à un danger important, et le concepteur et le constructeur font face à d'éventuels litiges en raison de leur exposition en responsabilité.

Les principales causes de défaillance des silos sont dues à des défauts dans une ou plusieurs des quatre catégories suivantes : conception, construction, utilisation et maintenance. Chacun d’eux est exploré ci-dessous, avec des exemples et des enseignements tirés.

La conception de silos nécessite des connaissances spécialisées. Le concepteur doit d'abord établir les propriétés d'écoulement du matériau [4], puis prendre en compte des éléments tels que la géométrie du canal d'écoulement, le développement de l'écoulement et de la pression statique, ainsi que les effets dynamiques. Les problèmes tels que le ratholing et les vibrations auto-induites du silo doivent être évités, tout en garantissant un déchargement fiable au débit requis. Les charges non uniformes, les charges thermiques et les effets des détails de fabrication non standard doivent être pris en compte. Surtout, le concepteur doit savoir être prudent face à des informations incomplètes ou trompeuses, ou à des recommandations provenant de manuels, ou de personnes ayant le syndrome du « ça a toujours été fait ainsi ».

Fig. 1, Pressions non uniformes causées par le retrait excentrique

Après avoir établi les critères de conception, une conception compétente doit suivre. Ici, le concepteur doit avoir une pleine appréciation des combinaisons de charges, des chemins de charge, des effets primaires et secondaires sur les éléments structurels et de la flexibilité relative des éléments. [5,6] Une attention particulière doit être accordée à la manière dont les détails les plus critiques de la structure seront construits afin que toutes les exigences et l'intention de la conception soient réalisées.

Cinq des problèmes les plus courants que les concepteurs ignorent souvent sont décrits ci-dessous, accompagnés de quelques exemples de chacun.

C’est l’une des causes les plus courantes des problèmes structurels des silos, car elle est si souvent négligée. Cela se produit lorsque le point de soutirage de la trémie n'est pas situé sur la ligne médiane verticale d'un silo circulaire [7,8], et est particulièrement courant lors de l'utilisation de silos à trémies multiples dans lesquels seulement une ou deux des sorties de trémie sont utilisées à la fois. temps. Si le canal d'écoulement résultant croise la paroi du silo, des pressions non uniformes se développeront autour de la circonférence du silo, entraînant des moments de flexion horizontaux et verticaux. Voir Figure 1. De nombreux concepteurs de silos tiennent compte à tort de ces pressions non uniformes en augmentant uniquement la tension du cerceau. [9,10]

Quelques exemples:

Fig. 2, L'alimentateur à vis à pas constant a provoqué un retrait excentrique

Un silo de mélange utilisait 24 tubes externes pour extraire les granulés de plastique à différentes hauteurs des sections du cylindre et du cône. Des rides importantes se sont développées dans la section du cylindre au-dessus de plusieurs tubes. Les leçons à retenir ici sont :

Les poutres de support, les cônes inversés, les tubes de mélange et d'autres types d'éléments internes peuvent imposer des charges concentrées importantes et/ou des pressions non symétriques sur une paroi de silo, entraînant des contraintes de flexion inacceptables.