Comment les silos en béton armé de grande capacité sont-ils conçus et construits ?

Un silo n’est pas seulement une grande cuve en béton armé dans laquelle on remplit des matériaux. Le poids et le comportement d’écoulement du produit stocké peuvent générer des efforts horizontaux très élevés sur les parois du silo. Lors du remplissage et du vidage, la direction et la répartition de ces efforts peuvent également changer.

Pour cette raison, dans la construction d’un silo, non seulement la capacité de stockage, mais aussi les propriétés du produit, le système de vidage, la conception des parois, la disposition des armatures et la méthode d’exécution sont importants. En particulier pour les silos hauts et de grand diamètre, le projet en béton armé et l’application du coffrage glissant doivent être considérés ensemble.

Un silo en béton armé correctement conçu et exécuté offre une longue durée de service, de faibles besoins de maintenance et une capacité de stockage élevée. Le résultat d’une mauvaise exécution peut ne pas se limiter à la structure en béton armé ; il peut affecter directement la ligne de production et le fonctionnement de l’usine.

Quelles charges les parois du silo supportent-elles ?

Le matériau à l’intérieur d’un silo n’est pas un liquide. Par conséquent, la pression sur les parois ne peut pas être déterminée simplement par un calcul hydrostatique de base fondé uniquement sur la hauteur de remplissage.

La masse volumique, la structure granulaire, le taux d’humidité, le frottement contre la paroi et le mode d’écoulement du ciment, de la farine crue, du clinker, des cendres volantes, du gypse, des céréales ou du charbon diffèrent les uns des autres. La pression générée pendant le remplissage peut également ne pas être la même que celle du vidage.

En particulier en cas de vidage excentré ou d’écoulement irrégulier, des efforts plus élevés peuvent apparaître d’un côté du silo que de l’autre. Le voûtage du matériau à l’intérieur puis sa mise en mouvement soudaine peuvent aussi apporter des effets supplémentaires sur la structure.

C’est pourquoi, dans la conception d’un silo, on ne considère pas seulement les états « silo plein » et « silo vide ». Les effets du remplissage, du vidage, des différents modes d’écoulement, de la température, du séisme et du vent sont évalués ensemble.

Dans les silos multicellulaires, des cas de chargement tels qu’une cellule voisine pleine tandis qu’une autre est vide deviennent également particulièrement importants. Les voiles intérieurs séparant les cellules doivent reprendre ces différences de pression en toute sécurité.

Comment le matériau stocké influence-t-il la conception du silo ?

Le premier facteur qui détermine la forme d’un silo est ce qui sera stocké à l’intérieur.

Les silos à farine crue sont généralement des structures plus étroites et plus hautes. Le besoin d’homogénéisation, le système d’aération et la géométrie du bunker intérieur deviennent déterminants dans la conception de l’ouvrage.

Les silos à clinker, en revanche, peuvent être construits avec des diamètres très importants parce qu’ils peuvent atteindre de très grandes capacités. Dans les projets où le diamètre atteint 60–70 mètres, les efforts dans les parois, le système de précontrainte, la toiture de grande portée, les galeries de vidage et la logistique de chantier doivent tous être résolus ensemble.

Alors que l’écoulement du matériau, l’étanchéité et le contrôle des poussières passent au premier plan dans les silos à ciment, à cendres volantes et à gypse, d’autres conditions d’exploitation telles que l’humidité, l’aération, l’hygiène et la sécurité contre les explosions deviennent importantes dans les silos à céréales.

Dans certaines installations, un silo multicellulaire est préféré à un seul grand volume. Ainsi, différents produits ou différents lots d’un même produit peuvent être stockés dans des compartiments séparés au sein d’une seule enveloppe structurelle.

Pourquoi le béton armé se distingue-t-il pour les silos de grande capacité ?

Il n’existe pas de limite de capacité unique valable pour chaque besoin de stockage. Toutefois, à mesure que la capacité, le diamètre et la hauteur augmentent, les silos en béton armé deviennent une option plus solide sur les plans technique et économique.

Les principaux avantages des silos en béton armé sont les suivants :

• Ils forment une enveloppe solide et rigide face aux fortes pressions horizontales.
• Ils peuvent être adaptés à de grands diamètres et à de grandes capacités.
• Ils résistent au feu et aux effets de l’environnement extérieur.
• Avec un béton approprié, un enrobage, des détails constructifs et une maintenance régulière, ils offrent une longue durée de service et un faible coût sur le cycle de vie.
• Ils permettent des solutions de stockage multicellulaires ou à géométrie spéciale.

Pour obtenir ces avantages, le contrôle de la fissuration de l’enveloppe en béton armé, la continuité des armatures et les détails des joints doivent être correctement résolus ; les revêtements de protection nécessaires doivent être définis selon les conditions du projet.

La pression horizontale est-elle reprise par les armatures ou par la précontrainte ?

Lorsqu’un silo circulaire est rempli, la pression horizontale du matériau crée des efforts de traction circonférentiels dans la paroi du silo. En termes simples, la structure cherche à se dilater sous l’effet de la pression interne.

Dans une conception traditionnelle en béton armé, ces efforts peuvent être repris par une forte quantité d’armatures horizontales. À mesure que le diamètre du silo et la pression créée par le matériau stocké augmentent, la quantité d’armatures nécessaire augmente également. Il faut non seulement calculer les armatures, mais aussi pouvoir les mettre en place sur la plateforme de coffrage glissant dans le bon ordre et avec les bons détails de recouvrement.

Dans les silos de grand diamètre et de grande capacité, la précontrainte peut également constituer une solution efficace. Les câbles de précontrainte donnent à l’avance une compression circonférentielle à la paroi du silo. Ainsi, l’effet de traction qui sera créé par le matériau stocké est équilibré, le contrôle de la fissuration est amélioré et le besoin en armatures conventionnelles peut être rendu plus efficace.

Tous les silos n’ont pas à être précontraints. La décision doit être prise en fonction du diamètre, des efforts dans les parois, des portées, des limites de fissuration et de la comparaison économique.

Comment la précontrainte et le coffrage glissant sont-ils appliqués ensemble ?

La précontrainte n’est pas une opération indépendante ajoutée à la structure après l’achèvement du coffrage glissant. Une partie importante du système est préparée avec la coque en béton armé pendant la montée du coffrage glissant.

Les gaines de câbles, les zones d’ancrage, les plaques d’ancrage, les pièces incorporées et les contreforts de précontrainte peuvent être réalisés pendant l’opération de coffrage glissant. Selon le système utilisé, la mise en place des câbles peut être effectuée pendant la poursuite du coffrage glissant ou après l’achèvement de la coque.

L’opération de mise en tension est réalisée une fois que le béton a atteint la résistance requise. Les forces de mise en tension et les allongements des câbles sont mesurés et comparés aux valeurs du projet ; ensuite, les opérations nécessaires d’injection et de protection sont achevées.

SİBA possède une expérience dans la planification et l’exécution conjointes des travaux de coffrage glissant et de précontrainte. Ici, la réussite dépend moins de la connaissance séparée des deux systèmes que de la capacité à les mener ensemble dans le bon ordre et avec précision.

L’épaisseur des parois du silo peut-elle être modifiée ?

Dans les silos, la coque principale de stockage est le plus souvent à diamètre constant, et l’épaisseur de la paroi se poursuit sans changement sur une longue section. Toutefois, en raison du niveau du bunker, de grandes ouvertures ou de fortes sollicitations locales, une paroi plus épaisse peut être nécessaire dans la partie inférieure.

Dans ce cas, le système de coffrage glissant peut être resserré à la cote définie pour passer à une coque principale plus mince. Selon le projet, il est possible de passer en quelques jours d’une paroi inférieure au niveau de 80–100 centimètres à une épaisseur de coque principale comprise entre 30–50 centimètres.

Comment gagner en vitesse dans les silos répétitifs ?

Les silos répétés côte à côte ou au sein d’une même installation comptent parmi les applications dans lesquelles le coffrage glissant est le plus performant.

Si une quantité suffisante de systèmes de coffrage glissant, d’équipements hydrauliques et d’équipes expérimentées est affectée au projet, différents groupes de silos peuvent être élevés à des dates rapprochées ou simultanément. Ainsi, le programme de production ne dépend pas du démontage d’un seul jeu de coffrage puis de son transfert successif vers les autres silos.

L’un des exemples concrets de cette approche est le projet Adoçim Samsun Liman Siloları réalisé par SİBA. Dans ce projet, qui comprenait quatre silos en béton armé de 20 mètres de diamètre et 45 mètres de hauteur chacun, trois jeux de coffrage glissant ont été utilisés simultanément et les coques des silos ont été élevées en parallèle.

Le vaste parc d’équipements de coffrage glissant de SİBA lui permet de mettre en service plusieurs systèmes au cours de la même période dans les projets de silos répétitifs ou multicellulaires. Cependant, la vitesse ne vient pas seulement du nombre d’équipements ; la capacité du coffrage, l’expérience des équipes, la préparation des armatures, la production du béton, le plan de grue, l’organisation des postes et l’équipement de secours doivent être gérés ensemble. Ainsi, le planning du projet peut être établi non pas selon la circulation d’un seul jeu de coffrage, mais selon le délai de livraison visé.

Silo à clinker de Baştaş : coque en béton armé de 67,8 mètres de diamètre

Le silo à clinker de Baştaş, réalisé par SİBA pour l’usine Vicat Baştaş Çimento à Ankara, a une capacité de stockage de 150.000 tons et un diamètre de 67,8 mètres.

L’aspect marquant du projet est le très grand diamètre du silo. L’élévation au coffrage glissant de la coque en béton armé d’environ 68 mètres de diamètre exige une grande capacité de coffrage, une organisation ininterrompue du béton et des armatures, ainsi qu’un contrôle précis des niveaux.

Ce projet est l’une des références importantes de SİBA montrant que le coffrage glissant est une solution efficace non seulement pour les structures hautes, mais aussi pour les silos de très grand diamètre et de grande capacité.

Norm Cement Bakou : silo multicellulaire à six cellules d’une capacité de 14.500 m³

Le projet de silo multicellulaire Norm Cement Bakou, réalisé par SİBA en Azerbaïdjan, a une capacité de 14.500 m³ et six cellules indépendantes.

Dans le projet, après l’achèvement du niveau du bunker, les voiles intérieurs des cellules et les parois extérieures du silo ont été élevés ensemble dans la même opération de coffrage glissant. Ainsi, la grande coque en béton armé formant six cellules de stockage distinctes a été achevée avec une seule organisation de production.

Dans ce type de structures multicellulaires, la progression simultanée des voiles intérieurs et extérieurs exige un système de coffrage glissant de grand volume, une bonne répartition des charges hydrauliques et une organisation ininterrompue des armatures.

La qualité d’exécution affecte directement l’exploitation de l’usine

Des armatures manquantes ou défectueuses dans la coque du silo, un recouvrement incorrect, un enrobage insuffisant, une surface de béton dégradée ou une pièce incorporée mal positionnée peuvent entraîner de graves problèmes une fois l’ouvrage mis en service.

Sous une forte pression horizontale, les fissures peuvent s’agrandir, l’étanchéité peut être altérée et la protection des armatures contre la corrosion peut s’affaiblir. Des déformations affectant le dispositif de vidage ou des problèmes au niveau des raccordements du bunker peuvent également perturber le fonctionnement de l’installation.

Pour effectuer des réparations complètes dans un grand silo, il faut souvent vider le produit et arrêter la ligne de production concernée. Dans ce cas, le coût peut aller bien au-delà du coût de réparation du béton armé et se transformer en perte de production pour l’usine.

La vraie valeur n’est pas de trouver une solution une fois le problème survenu, mais d’empêcher que le problème n’apparaisse grâce à une conception et une exécution correctes.

Pour cette raison, un projet de silo doit être mené par des équipes expérimentées qui comprennent ensemble la conception en béton armé, l’écoulement des matériaux, le coffrage glissant, les armatures et, le cas échéant, le système de précontrainte.

Questions fréquemment posées

Pourquoi utilise-t-on une grande quantité d’armatures dans les parois des silos ?

La pression horizontale du matériau stocké crée de grands efforts de traction circonférentiels dans les parois des silos circulaires. Ces efforts sont repris par les armatures horizontales, la précontrainte ou l’utilisation combinée des deux systèmes.

Chaque grand silo doit-il être réalisé en précontraint ?

Non. La décision de précontrainte est prise en fonction du diamètre du silo, de la charge de stockage, des portées, du besoin de contrôle de la fissuration et de la comparaison économique. Elle peut offrir des avantages importants dans les silos de grand diamètre et de grande capacité.

Quelles dimensions peuvent avoir les silos en béton armé ?

Les silos en béton armé peuvent être réalisés, selon le projet, avec des diamètres allant approximativement de 6–8 mètres à 80–100 mètres. Leur hauteur peut commencer à 15–20 mètres et atteindre 100 mètres, voire des niveaux plus élevés.

Quels produits peuvent être stockés dans des silos en béton armé ?

Les silos en béton armé peuvent être utilisés pour le stockage du ciment, de la farine crue, du clinker, des cendres volantes, du gypse, des céréales, du charbon, des engrais et de matériaux en vrac similaires. La géométrie du silo et ses systèmes intérieurs sont déterminés en fonction des propriétés du produit à stocker.

L’épaisseur des parois du silo peut-elle être modifiée pendant le coffrage glissant ?

Oui. Le système de coffrage peut être resserré à une certaine cote pour passer de la partie inférieure plus épaisse à la coque principale plus mince du silo en quelques jours.