Où disparaît la capacité du tableau lorsque la mer est en mouvement, et comment maintenir la charge maximale près du plancher.
Tableau de charges de grue
Ce que présente un tableau de charges de grue offshore et comment le chargement dynamique réduit la capacité indiquée. Présente la vitesse relative, le facteur dynamique et un exemple de calcul jusqu’à la charge utile autorisée.
Par Peter Wang, COO · · Révisé en · 11 min de lecture
Un tableau de charges de grue indique la charge maximale d’utilisation sûre (SWL) qu’une grue peut lever à différents rayons, longueurs de flèche et angles. En offshore, la capacité disponible du tableau doit être vérifiée au regard du chargement dynamique, car le crochet, la charge utile, le pont et la surface de la mer peuvent tous se déplacer les uns par rapport aux autres.
Le facteur de charge dynamique (ψ), souvent étudié avec le DAF, est le multiplicateur que la règle applicable impose à la charge suspendue statique totale à la référence du tableau lors de la vérification. Les deux sont liés, mais ne sont pas interchangeables : un DAF est un rapport de réponse mesuré ou calculé pour un canal de charge donné, tandis que ψ suit les règles propres au tableau. Un facteur de 1.5 signifie que la grue et l’élingage doivent supporter une charge supérieure de 50% à la référence de charge suspendue statique indiquée.
Origine de la charge supplémentaire
Les réductions de capacité les plus importantes proviennent généralement de la vitesse relative et des variations soudaines de tension :
- Décollage depuis un navire ravitailleur ou une barge – le crochet de la grue et le pont de chargement peuvent se déplacer dans des directions opposées. Si le crochet monte tandis que le pont ou le conteneur descend, l’élingue peut passer presque instantanément de l’état détendu à la pleine charge. Cette charge de choc peut largement dépasser la charge utile statique.
- Traversées de la zone de déferlement – la flottabilité, la traînée, la masse ajoutée et la vitesse des particules de vague évoluent rapidement lorsque la charge utile traverse la surface libre. Il en résulte une charge au crochet variable et un facteur dynamique plus élevé.
- Élasticité de la grue et du câble – la grue, le câble, les élingues et la charge utile se comportent comme un système masse-ressort ; un mouvement rapide ou une mauvaise synchronisation peut donc amplifier la tension maximale.
- Décollage, dépose et accrochage – des événements brefs peuvent déterminer la charge maximale au crochet même lorsque l’état de mer moyen paraît acceptable.
Le facteur de charge dynamique regroupe ces effets en une valeur unique appliquée au tableau de charges de la grue.
Comment lire un tableau de charges de grue offshore
Un tableau offshore est une grille : le rayon de levage est indiqué verticalement, l’état de mer horizontalement et la charge suspendue brute autorisée dans les cellules. Sa lecture comporte quatre étapes :
| Rayon de levage | Capacité — plancher ψ 1.30 | Hs ≤ 2.0 m — ψ ≈ 1.5 | Hs ≤ 2.5 m — ψ ≈ 1.7 | Hs ≤ 3.0 m — ψ ≈ 1.95 |
|---|---|---|---|---|
| 12 m | 10.0 t | 8.7 t | 7.6 t | 6.7 t |
| 16 m | 8.4 t | 7.3 t | 6.4 t | 5.6 t |
| 20 m | 6.9 t | 6.0 t | 5.3 t — intersection détaillée dans les étapes ci-dessous | 4.6 t |
| 24 m | 5.6 t | 4.9 t | 4.3 t | 3.7 t |
- Repérez la ligne correspondant au rayon. Utilisez le rayon de travail au point le plus défavorable de la trajectoire de levage : le rayon augmente lorsque la flèche s’abaisse et la capacité diminue en conséquence.
- Sélectionnez la colonne d’état de mer. Prenez la hauteur significative des vagues Hs prévue pour l’opération et arrondissez à la bande supérieure du tableau : entre deux colonnes, la plus défavorable s’applique.
- Lisez l’intersection. Cette cellule indique la charge suspendue brute autorisée pour le cas considéré, et non la charge nette. Soustrayez le crochet, le mouflage, l’élingage, le palonnier, les équipements sous crochet et les autres tares suspendues pour obtenir la charge utile nette autorisée.
- Vérifiez la base de calcul. Le passage d’une colonne à l’autre correspond à un facteur dynamique fixe ψ intégré à ce tableau indicatif. Si ψ est calculé à partir de la masse suspendue effective totale, résolvez conjointement le facteur et cette masse concentrée, comme indiqué ci-dessous. L’ article sur le DAF explique l’origine du facteur et comment la compensation le réduit.
Comment calculer la vitesse relative ?
Pour les levages depuis un pont, les règles de classification estiment couramment la vitesse relative comme suit :
v_r =\frac{1}{2}v_L + \sqrt{v_c^2+v_d^2}Où v_r est la vitesse relative, v_L est la vitesse de levage de la grue, v_c est la vitesse verticale de la tête de grue due au mouvement du navire, et v_d est la vitesse verticale du pont ou de la charge utile due au mouvement des vagues.
Nous estimons v_c et v_d à partir des données de réponse du navire, des mouvements mesurés, des données météo-océaniques ou d’une simulation temporelle. Lorsque les données sont limitées, des valeurs prudentes définies par les règles peuvent être utilisées.
Comment calculer le facteur dynamique et la charge suspendue brute autorisée ?
Pour un système conventionnel de grue et d’élingage, un facteur dynamique peut être estimé à partir de la vitesse relative, de la rigidité et de la masse concentrée suspendue effective totale à la référence du tableau :
\psi(m) =1 + \frac{v_r}{g} \sqrt{\frac{k}{m}}Ici, v_r est la vitesse relative, g est l’accélération de la pesanteur, k est la rigidité effective de la grue et du câble, et m est la masse de la charge utile. De nombreuses vérifications offshore appliquent également un facteur minimal fixé par la règle et la catégorie de levage.
Prenons le cas de calcul utilisé ci-dessous : v_r=1.25\,\mathrm{m/s}, k=400\,\mathrm{kN/m}, une cellule de tableau de 10 t et un facteur minimal de 1.30. Pour une masse concentrée suspendue effective totale initiale de 10 t :
\psi(10)=1+\frac{1.25}{9.81}\sqrt{\frac{400\,000}{10\,000}}=1.8059Il existe deux branches de calcul distinctes :
- Facteur externe indépendant de la masse. Si ψ = 1.8 est une valeur fixe provenant d’une table réglementaire ou d’une analyse, la règle du rapport donne 10(1.30/1.8)=7.2\,\mathrm{t}. La carte comparative et la Figure 1 ci-dessous illustrent cette branche à facteur fixe.
- Formule de vitesse dépendant de la masse. Si ψ provient de l’équation ci-dessus, il augmente lorsque la masse suspendue effective totale diminue. Avec m exprimé en tonnes, \psi(m)=1+2.54842/\sqrt{m}, et la charge dynamique autorisée est de 10(1.30)=13\,\mathrm{t}. Par conséquent :
Arrondie pour la communication technique, la charge suspendue brute autorisée couplée est de 6.50 t at ψ ≈ 2.00 — soit environ 35% de moins que la cellule de 10 t du tableau. Il ne s’agit pas de la charge nette : soustrayez le crochet, le mouflage, l’élingage, le palonnier, les équipements sous crochet et les autres tares suspendues. Avant d’appliquer la règle simple du rapport, vérifiez si le facteur est indépendant de la masse.
La réduction des charges de choc par amortissement, ou du mouvement relatif entre le crochet et la charge utile par compensation de pilonnement, peut rapprocher le levage du facteur minimal et réduire le déclassement.
Comparaison à facteur fixe (indépendant de la masse)
La carte et la courbe ci-dessous présentent la branche distincte de la règle du rapport, où ψ est une valeur externe fixe qui ne varie pas avec la charge utile. Il s’agit d’une comparaison simplifiée, et non d’un tableau de charges POLARIS certifié ni du résultat couplé ψ(m) ci-dessus.
Règle du rapport indépendante de la masse : charge suspendue brute autorisée = capacité du tableau × 1.30 / ψ fixe. Si un amortisseur de grue POLARIS maintient la charge maximale près du facteur minimal, la même cellule du tableau peut rester bien plus proche de sa capacité totale.
Comment réduire le déclassement du tableau de charges
La question pratique ne porte pas seulement sur la valeur du facteur dynamique, mais aussi sur sa cause. Des cas de charge différents nécessitent des équipements différents.
- Charges de choc et prise sur pont : utilisez un amortisseur de grue POLARIS. L’amortisseur ajoute une course et un amortissement contrôlés entre la grue et la charge utile ; un écart ponctuel de vitesse (prise sur pont, choc, surcharge) est ainsi absorbé avant de devenir une charge maximale au crochet. Il lui faut du temps pour se réarmer entre les événements ; lorsque les cycles de détente et de choc se répètent dans la zone de déferlement, la compensation de pilonnement est l’outil approprié.
- Traversées de la zone de déferlement et levages sous-marins : utilisez la compensation passive de pilonnement pour réduire le mouvement relatif entre le crochet et la charge utile. RIGEL et CYGNUS couvrent les cas passifs simples ; ANTARES est utilisé pour les levages sous-marins complexes ou en plusieurs étapes, avec variation de la flottabilité.
- Compensation active de pilonnement en surface : utilisez la compensation active de pilonnement lorsque le mouvement résiduel doit être réduit au minimum. En pratique, elle est réservée aux rares cas où les performances justifient le coût et la complexité ; pour la plupart des cas de tableau de charges, un compensateur passif adaptatif tel que ANTARES comble une grande partie de l’écart sans alimentation externe.
- Mesures opérationnelles : utilisez une vitesse de hissage maîtrisée, prévoyez un décollage progressif, évitez la reprise de contact et les états de mer résonants, et utilisez des fenêtres météorologiques adaptées. L’équipement réduit la charge maximale, mais la procédure de levage définit toujours les conditions initiales.
Pour une première sélection du produit, utilisez le guide de sélection des compensateurs de pilonnement. Pour une étude complète, transmettez le rayon de la grue, la SWL, la vitesse de levage, la charge utile, l’état de mer, la période des vagues et la séquence de levage.
Normes et classification
Les tableaux de charges des grues pour les opérations offshore sont régis par DNV-ST-0378, DNV-RP-N202, API 2C et EN 13852. Les produits Norwegian Dynamics sont conçus et classés conformément à DNV-ST-0378, le cas échéant.
Tableaux de charges de grue — questions fréquentes
Qu’est-ce qu’un tableau de charges de grue ?
Pourquoi les tableaux de charges des grues offshore sont-ils déclassés ?
Quel facteur dynamique s’applique à un levage offshore ?
Comment calculer la charge suspendue autorisée à partir du tableau de charges ?
Comment réduire le déclassement du tableau de charges ?
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Ce qu’un levage mesure réellement, avec et sans compensation passive, d’après les simulations temporelles de Norwegian Dynamics. Ce document ne reproduit aucune norme : sa valeur réside dans les figures, qu’aucune norme ne publie.
