Études de cas pratique

EGC

Évaluation du Risque de Basculement d’une Grue

Évaluation du Risque de Basculement d’une Grue

Comprendre le Risque de Basculement d'une Grue

Les grues sont des engins de levage essentiels sur de nombreux chantiers. Cependant, leur utilisation comporte des risques significatifs, dont le plus grave est le basculement. Ce phénomène se produit lorsque le moment créé par la charge soulevée (moment de renversement) dépasse le moment de stabilité de la grue (créé par son propre poids et sa configuration). Une évaluation correcte de ces moments et du facteur de sécurité est impérative avant chaque opération de levage. Cette analyse prend en compte le poids de la charge, la portée (distance horizontale entre l'axe de rotation de la grue et la charge), le poids de la grue, la position de son centre de gravité, et la position de son axe de basculement (généralement les patins stabilisateurs les plus sollicités).

Données de l'étude

Une grue mobile est utilisée pour lever une charge sur un chantier.

Caractéristiques de la grue et de l'opération :

  • Masse de la grue (\(m_G\)) : \(50 \, \text{tonnes} = 50000 \, \text{kg}\)
  • Distance horizontale de l'axe de basculement (patins avant) au centre de gravité de la grue (\(d_G\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
  • Masse de la charge à lever (\(m_L\)) : \(10 \, \text{tonnes} = 10000 \, \text{kg}\)
  • Distance horizontale de l'axe de basculement (patins avant) au point d'application de la charge (\(d_L\)) : \(8.5 \, \text{m}\)
  • Accélération due à la gravité (\(g\)) : \(9.81 \, \text{m/s}^2\)
  • Facteur de sécurité minimum requis contre le basculement (\(FS_{\text{min}}\)) : \(1.5\)
Schéma de Stabilité d'une Grue Mobile
Stabilité de la Grue Grue C.G. Grue PG Axe Basculement A PL dG = 2.5m dL = 8.5m

Schéma des forces et distances pour l'analyse de stabilité.

Questions à traiter

  1. Calculer le poids de la grue (\(F_G\)) et le poids de la charge (\(F_L\)) en Newtons (N).
  2. Calculer le moment de renversement (\(M_R\)) créé par la charge par rapport à l'axe de basculement.
  3. Calculer le moment stabilisateur (\(M_S\)) créé par le poids de la grue par rapport à l'axe de basculement.
  4. Calculer le facteur de sécurité au basculement (\(FS\)).
  5. Conclure sur la stabilité de la grue pour cette opération de levage.

Correction : Évaluation du Risque de Basculement d’une Grue

Question 1 : Calcul des poids (\(F_G\) et \(F_L\))

Principe :

Le poids est une force, calculée en multipliant la masse par l'accélération due à la gravité (\(g\)). La masse est donnée en kilogrammes (kg), \(g\) en \(\text{m/s}^2\), et le poids résultant sera en Newtons (N). Il faut convertir les tonnes en kilogrammes (1 tonne = 1000 kg).

Formule(s) utilisée(s) :
\[F = m \times g\]
Données spécifiques :
  • Masse de la grue (\(m_G\)) : \(50000 \, \text{kg}\)
  • Masse de la charge (\(m_L\)) : \(10000 \, \text{kg}\)
  • Accélération due à la gravité (\(g\)) : \(9.81 \, \text{m/s}^2\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} F_G &= m_G \times g \\ &= 50000 \, \text{kg} \times 9.81 \, \text{m/s}^2 \\ &= 490500 \, \text{N} \\ \\ F_L &= m_L \times g \\ &= 10000 \, \text{kg} \times 9.81 \, \text{m/s}^2 \\ &= 98100 \, \text{N} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 :
  • Poids de la grue \(F_G = 490500 \, \text{N}\)
  • Poids de la charge \(F_L = 98100 \, \text{N}\)

Question 2 : Moment de renversement (\(M_R\))

Principe :

Le moment de renversement est la tendance de la charge à faire basculer la grue autour de son axe de basculement (ici, les patins avant). Il se calcule en multipliant la force due à la charge (\(F_L\)) par son bras de levier, qui est la distance horizontale (\(d_L\)) entre l'axe de basculement et le point d'application de la charge. Un moment est exprimé en Newton-mètres (Nm).

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_R = F_L \times d_L\]
Données spécifiques :
  • Poids de la charge (\(F_L\)) : \(98100 \, \text{N}\) (de Q1)
  • Distance de l'axe de basculement à la charge (\(d_L\)) : \(8.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_R &= 98100 \, \text{N} \times 8.5 \, \text{m} \\ &= 833850 \, \text{Nm} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le moment de renversement est de \(M_R = 833850 \, \text{Nm}\).

Question 3 : Moment stabilisateur (\(M_S\))

Principe :

Le moment stabilisateur est la tendance du poids propre de la grue à s'opposer au basculement. Il est calculé en multipliant le poids de la grue (\(F_G\)) par son bras de levier, qui est la distance horizontale (\(d_G\)) entre l'axe de basculement et le centre de gravité de la grue. Ce moment agit dans le sens inverse du moment de renversement.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_S = F_G \times d_G\]
Données spécifiques :
  • Poids de la grue (\(F_G\)) : \(490500 \, \text{N}\) (de Q1)
  • Distance de l'axe de basculement au C.G. de la grue (\(d_G\)) : \(2.5 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_S &= 490500 \, \text{N} \times 2.5 \, \text{m} \\ &= 1226250 \, \text{Nm} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le moment stabilisateur est de \(M_S = 1226250 \, \text{Nm}\).

Question 4 : Facteur de sécurité au basculement (\(FS\))

Principe :

Le facteur de sécurité au basculement est un ratio qui compare le moment stabilisateur au moment de renversement. Il indique la marge de sécurité de l'opération de levage. Un facteur de sécurité supérieur à 1 signifie que la grue est stable, mais les normes et les bonnes pratiques exigent un facteur de sécurité minimal (souvent 1.5, 1.67 ou plus selon les réglementations et les conditions).

Formule(s) utilisée(s) :
\[FS = \frac{M_S}{M_R}\]
Données spécifiques :
  • Moment stabilisateur (\(M_S\)) : \(1226250 \, \text{Nm}\) (de Q3)
  • Moment de renversement (\(M_R\)) : \(833850 \, \text{Nm}\) (de Q2)
Calcul :
\[ \begin{aligned} FS &= \frac{1226250 \, \text{Nm}}{833850 \, \text{Nm}} \\ &\approx 1.4706 \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le facteur de sécurité au basculement est d'environ \(FS \approx 1.47\).

Question 5 : Conclusion sur la stabilité

Principe :

Pour conclure si la grue est stable dans les conditions données, on compare le facteur de sécurité calculé (\(FS\)) au facteur de sécurité minimum requis (\(FS_{\text{min}}\)). Si \(FS \ge FS_{\text{min}}\), l'opération est considérée comme stable. Si \(FS < FS_{\text{min}}\), l'opération est considérée comme dangereuse et ne doit pas être effectuée sans modifications (réduire la charge, réduire la portée, augmenter le contrepoids, etc.).

Données spécifiques :
  • Facteur de sécurité calculé (\(FS\)) : \(\approx 1.47\) (de Q4)
  • Facteur de sécurité minimum requis (\(FS_{\text{min}}\)) : \(1.5\)
Comparaison :

Nous avons \(FS \approx 1.47\) et \(FS_{\text{min}} = 1.5\).
Puisque \(1.47 < 1.5\), le facteur de sécurité calculé est inférieur au minimum requis.

Résultat Question 5 : La grue n'est pas considérée comme stable dans ces conditions car le facteur de sécurité calculé (\(\approx 1.47\)) est inférieur au facteur de sécurité minimum requis de 1.5. L'opération de levage ne devrait pas être effectuée telle quelle.

Quiz Intermédiaire (Fin) : Si \(M_S = 1500 \, \text{kNm}\) et \(M_R = 1000 \, \text{kNm}\), et que \(FS_{min} = 1.4\), la grue est-elle stable ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Un moment de renversement est causé par :

2. Le facteur de sécurité au basculement compare :

3. Si \(M_S = 2000 \, \text{kNm}\) et \(M_R = 1000 \, \text{kNm}\), le facteur de sécurité FS est :

Glossaire

Grue Mobile
Engin de levage automoteur capable de se déplacer sur un chantier, utilisé pour soulever et déplacer des charges lourdes.
Axe de Basculement
Ligne imaginaire autour de laquelle la grue tendrait à pivoter si elle basculait. Pour une grue sur stabilisateurs (patins), cet axe passe généralement par les stabilisateurs les plus proches de la charge.
Moment (de force)
Grandeur physique représentant la capacité d'une force à faire tourner un objet autour d'un axe. Il est calculé par le produit de la force par la distance perpendiculaire de l'axe au point d'application de la force (bras de levier). Unité : Newton-mètre (Nm).
Moment de Renversement (\(M_R\))
Moment créé par la charge levée (et parfois par d'autres forces comme le vent sur la flèche et la charge) qui tend à faire basculer la grue.
Moment Stabilisateur (\(M_S\))
Moment créé par le poids propre de la grue (et de son contrepoids) qui s'oppose au basculement et tend à la maintenir stable.
Centre de Gravité (C.G.)
Point d'application théorique du poids total d'un objet.
Portée (Radius)
Distance horizontale entre l'axe de rotation vertical de la superstructure de la grue et le centre de gravité de la charge suspendue.
Facteur de Sécurité au Basculement (\(FS\))
Rapport entre le moment stabilisateur et le moment de renversement (\(FS = M_S / M_R\)). Il doit être supérieur à une valeur minimale définie par les normes pour garantir la sécurité.
Stabilisateurs (Patins)
Pieds extensibles d'une grue mobile qui augmentent sa base d'appui au sol et améliorent sa stabilité lors du levage.
Évaluation du Risque de Basculement d’une Grue - Exercice d'Application

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