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« Analyse et interprétation des résuLtats expérimentaux de la base de silos mét

« Analyse et interprétation des résuLtats expérimentaux de la base de silos métalliques de Chartres. A. KHELIL ET J.C. ROTCH LEMTA UA 875 CNRS GRRS IUTLEMONTET 54600 VILLERS LES NANCY RESUME: Cette étude, effectuée en collaboration avec le CITICM s'inscrit dans le cadre de la « Mission silos» qui a pour objectif l'établissement d'une 10uvelle norme. Le dimensionnement d'un silo nécessite une bonne connaissance des actions de la matière ensilée et des modalités de vidange. Nous présen- :ons dans cette étude l'analyse des mesures de oression sur les parois de silos en vraie grandeur de Chartres. Ces mesures sont obtenues durant les ifférentes phases d'ensilage (remplissage, idange centrées et excentrées). Les silos testés sont à fonds plats, de section carrée ou circulaire avec des parois verticales lisses ou ondulées. L'action de la matière ensilée sur les parois est mesurée au moyen de capteurs spéciaux, donnant 'eux composantes d'effort: la pression horizontale e: le frottement. Les résultats de mesure sont omparés aux calculs théoriques établis par les ormes DIN 87, et la nouvelle norme P22-630. - Introduction Depuis la théorie de Janssen (1895) de nom- ::;reux chercheurs se sont intéressés au problème ::::ela poussée dans les silos, diverses propositions ::::esolutions ont été élaborées. Dans la littérature, 21 relève très peu d'expérimentation sur silos en . 'aie grandeur Par contre les essais sur des "lodèles réduits de silos sont nombreux et consti- :cJent souvent un support de comparaison avec les :~éories de calcul et les normes. Les mesures rap- portées dans cet article sont obtenus sur les silos en vraie grandeur de la base expérimentale de Chartres. Les efforts de pression sont obtenues au moyen de capteurs spéciaux (1) mesurant simulta- nément l'effort horizontal (normal à la paroi) et l'effort de frottement (tangentiel à la paroi). Ces mesures sont réalisés en remplissage, en vidange centrée et en vidange excentrée. Le coefficient de pression ainsi que le coefficient de frottement sont déterminés à partir des mesures des capteurs de parois. Des capteurs sont également disposés au fond de chaque cellule pour mesurer la pression verticale sur la base. Les résultats de ces capteurs de fond sont comparés à ceux issus du calcul par la prise en compte du frottement et du poids de la matière ensilée. , Enfin nous comparons les variations de pres- sions mesurées en fonction de la profondeur avec les résultats donnés par la Norme DIN 87 et la nouvelle norme P22630. Il Description de la base expérimentale de Chartres La base comporte 4 cellules de divers types, permettant d'examiner l'influence des différents paramètres sur les pressions exercées par la matière ensilée (1) Les caractéristiques principales des cellules sont montrées dans le tableau 1 Tableau 1 : caractéristiques principales des cellules 123 - Cellules A B C 0 carrée rectangulaire circulaire circulairetrapézoidale trapézoidale ondulée lisse 6,42x16 2,25x6,42x 8x12,5 6x7,5 1,605 0,833 2 1,5 centrée/ centrée/ centrée/ centrée/ excentrée excentrée excentrée III Fonctionnement de la base expérimentale En phase d'essais, soit en opération de rem- plissage, soit en opération de vidange, la matière ensilée sera transférée d'un silo à un autre. - En phase de mesure lors du remplissage, la matière ensilée sera extraite d'une cellule pleine et acheminée après pesage dans la cellule d'essais - En phase de mesure lors de la vidange, la matière ensilée dans la cellule d'essai sera vidangée, pesée et stockée dans une cellule rece- veuse. L'action de la matière ensilée sur les parois est mesurée au moyen de capteurs spéciaux, don- nant deux composantes d'effort de pression: la pression horizontale Tx et le frottement t le tableau 2 donne la position de ces capteurs sur les parois des cellules A, Cet D. Tableau 2 • position des capteurs de paroi Cellule "A" [1A] : 5,8 m [2A] 8,2m [3A] : 9,8 m [4A] 11,4 m [SA] 13,4m [10]: 2,38· m [20] 3,50 m [3D] : 4,61 m [40] 5,73 m [5D] 6,85m [1 C]: 0,487 [2C]: 1,63 m [3C] :2,7 m [4C]: 3,9m [SC]: 5,07 m [GC]: 7,3m [8C): 8,4m [9C]: 9,6m [1OC] :10,7m [11 C]: 11 ,9'm ,.~ >'m. IV Expérimentation Les mesures sont obtenues au cours de plu- sieurs cycles de remplissage et de vidange. Toutes les manipulations sont exécutées à partir d'une centrale de commande regroupant les appareiis de mesure et autorisant le contrôle à partir d'un tableau synoptique général La scrutation des voies de mesure se fait simultanément avec le remplis- sage de la cellule et les résultats sont stockés dans des fichiers sur cjisquettes. La vidange se fait après une nuit ou pluSieurs jours de stockage pour per- mettre à la matière de se tasser. La mesure se fait simultanément avec la vidange. La matière utilisée pour tous les essais est le blé de poids volumique 835 daN/m3 et d'angle de frottement interne 28. 124 - Mode d'écoulement observé au cours de la vidange Le mode d'écoulement de la matière durant la vidange joue 'un rôle essentiel sur la distribution des pressions sur les parois. La vidange de la cellule « D» s'effectue en cheminée; la matière s'écoule par une cheminée centrale. La matière ne glisse pas en masse sur la paroi. Dans la cellule « C » (un peu plus élancée qve la cellule « D ») la cheminéé d'écoulement est moins bien marquée que dans la cellule « D ». Quant à la cellule « A » la vidange se fait en semi-masse : la partie supérieure fonctionne en écoulement en masse et la partie inférieure fonctionne en écoulement en cheminée. V Analyse des résultats V·1 Cellule « 0 » V·1·1 Remplissage La figure (1) représente les courbes donnant les contraintes horizontales en fonction de la pro- fondeur pour des variations de 10 % de hauteur d'ensilage. Les différents points représentent les valeurs des contraintes mesurées par chaque cap- teur de paroi à la profondeur z correspondante. Nous constatons que les courbes expérimentales ont une allure générale assez régulière L'évolution des mesures ponctuelles capteur par capteur en cours de remplissage est progressive avec un accroissement régulier des valeurs, donnant lieu à une série de traits parallèles 2000 c:;;- E -- Z Ils "C- .! Ils - r:: 1000 0 N ~ 0 .s::. r:: ..2 III III ~ CL 0 2 3 4 5 6 7 [lI 50% • 60% • 70% 0 80% • 90% c 100% Figure (1) variation de la contrainte horizontale en fonction de la profondeur. V·1·2 Vidange Les figures (2) (3) représentent les varia,tions des contraintes horizontales et de frottement au cours de la vidange pour les différents capteurs de paroi. On constate qu'au début de la vidange les contraintes n'augmentent que légérement par rap- port à celles obtenues à la fin du remplissage. Cette augmentation se fait sentir différement sur la hau- 2500 2000 N E -- 1500 Z lU ~ )( 1000 lU E .2l ltl 500 o teur de la cellule. En effet le capteur (5D) situé dans la partie basse de la cellule, indique une très faible augmentation. La différence relativement faible entre les contraintes mesurées au remplissage et celles mesurées à la vidange est due essentielle- ment à l'élancement faible de la cellule. I:!I capteur[1 D] • capteur[2D] • capteur[3D] o capteur[4D] • capteur[5D] o 1 0 20 30 40 50 % de vidange figure (2) : variation de la contrainte horizontale durant la vidange centrée V·1·3 Coefficient de pression Le coefficient de pression est l'un des para- mètres essentiels intervenant dans les formules de calcul des pressions Il est déterminé à partir des mesures des capteurs de parois. La contrainte ver- ticale est également déduite des mesures de frot- tement et du poids de la matière ensilée. Les valeurs de en remplissage et vidange centrée sont consignées dans le tableau 3 Tableau 3 : valeurs de À en remplissage et vidange centrée Capteur Remplissaae vidanae 0,420,652 .- 0,4310,597 0,3950,608 0,436o 582 0.386o 482 126 - La figure (4) montre qu'au remplissage est pratiquement constant et qu'à la vidange il varie en fonction de la profondeur. Cette variation se fait notamment sentir sur la partie supérieure et près du fond de la cellule. 0,8 0,6 0,4 0,2 B • iii remplissage • vidange ---- 3 4 5 6 7 z (m) figure ( 4 ) : Coefficient de pression en fonction de la profondeur V·1·4 Contrainte verticale sur le fond de la cellule Les capteurs de fonds de cellule mesurent directement la contrainte verticale, il est par con- séquent possible de faire la comparaison avec la contrainte verticale sur le fond déduite des mesures de capteurs de parois et du poids de la matière ensilée. I_etableau (4) fait apparaitre cette comparaison. La différence relative maximale ne dépasse pas 9 %. L'ensemble des mesures de parois et de fond permet de retrouver le poids de la matière ensilée à 8 % près Ce résultat est très sptisfaisant car le calcul de la contrainte verticale est liée à des incertitudes sur la répartition du frot- tement sur toute la paroi. Contrainte verticale (daN/m2) Remplissaqe vidange 4401 4065 4781 4362 7,95 uploads/Voyage/83-101.pdf