Protection contre l’emballement du pieu

Lors des opérations de battage en mer, de grands pieux en acier sont descendus dans un châssis de guidage, puis enfoncés dans le fond marin à l’aide d’un marteau hydraulique. La résistance du sol supporte le poids du pieu pendant le battage. Toutefois, si la pointe du pieu rencontre une couche faible ou meuble, telle que du sable lâche ou de l’argile molle, la résistance peut chuter soudainement et le pieu accélère vers le bas sous l’effet de la gravité.

Cette chute libre est appelée emballement du pieu. Le pieu peut chuter de plusieurs mètres en quelques secondes et, lorsqu’il atteint une couche plus dure ou la fin de la zone meuble, il décélère violemment. Le choc qui en résulte est transmis au marteau, au châssis de guidage, au câble de grue, puis à la flèche de grue et à la structure du navire.

Sans protection, un arrêt rigide peut porter la charge au crochet bien au-delà du poids statique ; dans le cas de présélection modélisé par ND avec arrêt bloqué, le facteur dépassait 3, exposant le système à une surcharge de la grue, à l’endommagement du câble et à la détérioration des équipements de battage. La gravité dépend du cas : elle est déterminée par le pieu, le marteau, le sol et les conditions aux limites des apparaux.

A amortisseur de grue est installé dans le système de levage de la grue, généralement en ligne entre le crochet et la charge, afin d’absorber l’énergie d’un emballement du pieu. Il fonctionne selon le même principe de ressort à gaz qu’un compensateur passif de pilonnement, mais il est spécialement conçu pour les charges de forte énergie et de courte durée caractéristiques des emballements du pieu.

Lors d’un emballement du pieu, l’augmentation soudaine de la vitesse du câble provoque une course rapide de l’amortisseur, comprimant sa charge de gaz et absorbant l’énergie cinétique du pieu en chute. Tant que l’amortisseur reste dans son enveloppe force–course, la grue ne subit au maximum que la force de résistance de l’amortisseur, soit une fraction du pic d’une liaison rigide. L’arrivée en butée annule cette limitation ; c’est précisément l’objet de la vérification de course.

Les principaux paramètres de conception sont :

• Capacité énergétique — Doit absorber l’énergie d’arrêt attribuée à l’amortisseur par le modèle couplé, y compris le travail effectué pendant la course d’arrêt, sans épuiser la course utile.
• Effort maximal — Effort de résistance maximal pendant la course, qui détermine la charge maximale sur la grue.
• Course utile — Doit couvrir le déplacement relatif dans l’amortisseur pour le cas d’arrêt dimensionnant, avec une marge avant la butée ; il ne s’agit pas nécessairement de la profondeur de pénétration du pieu dans le sol.

Pour plus d’informations sur le bilan énergétique de l’absorption des chocs, consultez notre page sur l’absorption des chocs de grue.

Norwegian Dynamics POLARIS est un amortisseur léger spécialement conçu pour les opérations de grue, notamment la protection contre l’emballement du pieu. Avec des capacités de 75 à 4,000 tonnes et des courses de 1.0 à 8.0 mètres, POLARIS couvre la plage de service généralement requise lors des campagnes de battage en mer.

Les principales caractéristiques de POLARIS sont :

• Construction légère — Réduit l’incidence sur la courbe de charge, préservant la capacité de levage pour la charge utile.
• Absorption rapide de l’énergie — Ressort à gaz réglé et caractéristiques d’ amortissement optimisées pour les charges de courte durée et de forte énergie des emballements du pieu.
• Conception simple et robuste — Aucun dispositif électronique, capteur ou alimentation externe. Fonctionne de manière fiable dans l’environnement marin sévère.

Le risque d’emballement du pieu est évalué pendant la phase de conception d’une opération de battage à partir de données géotechniques. Les sondages de sol et les essais de pénétration au cône (CPT) permettent de repérer les couches faibles susceptibles de provoquer un emballement. La distance et la vitesse attendues sont ensuite calculées en fonction du poids du pieu, du profil de résistance du sol et de l’énergie du marteau.

Ces calculs déterminent les spécifications de l’amortisseur : capacité énergétique, effort maximal et course. L’amortisseur doit être dimensionné pour le scénario crédible d’emballement du pieu le plus défavorable et non uniquement pour le cas attendu, car les conséquences d’un sous-dimensionnement sont graves.

La protection contre l’emballement du pieu concerne également l’installation de parcs éoliens, où les monopieux sont battus dans des fonds marins dont les conditions de sol peuvent varier. POLARIS convient à cette application, car il associe une protection efficace à la construction légère nécessaire aux opérations de grue de grande capacité. Voir également levage rapide pour les techniques connexes qui améliorent l’efficacité des campagnes d’installation répétitives.