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Levage – Pourquoi les câbles en filaments synthétiques présentent une meilleure résistance

16 novembre 2020
<span>Levage</span> – Pourquoi les câbles en filaments synthétiques présentent une meilleure résistance

Les filaments synthétiques sont disponibles sur le marché depuis plusieurs années . Leur utilisation comme éléments porteurs dans les câbles de grue est pourtant encore peu répandue alors qu’ils affichent des capacités de charges supérieures à celle des fils en acier.

Légende : Comparés aux câbles en acier et à diamètre extérieur identique, les câbles en fibres à haute résistance offrent des forces de rupture comparables et des économies en poids de jusqu’à 80%.

Neuf années ont été nécessaires a Liebherr et à Teufelberger pour mettre au point, dans le cadre d’un partenariat, le câble de levage à haute résistance soLITE®. Objectif : promouvoir, l´utilisation du câbles en fibres à haute résistance (CFHR) sur des grues à la place de câbles en acier, en démontrant ses avantages.  Le câble de synthèse se distingue par son faible poids et sa manipulation facilitée lors du montage (pose et mouflage). Jusqu’à dix couches peuvent être enroulées sur les tambours. En outre, ce câble est antigiratoire et atteint une durée de vie bien plus grande que les câbles en acier comparables avec les facteurs de sécurité d’usage aujourd’hui dans le secteur grues. Les éléments caractéristiques de ce câble en fibres à résistance élevée permettent de déterminer fiablement l’état de dépose et ainsi une utilisation sécurisée sur différents types de grues.

Comparaison de câbles en fibres et de câbles en acier pour applications grues

A diamètre extérieur identique, les câbles en fibres à haute résistance offrent des forces de rupture comparables et des économies en poids de jusqu’à 80%. Grâce au poids propre inférieur, l’utilisation d’un câble en fibres synthétiques comme câble de levage sur une grue se traduit par un gain direct en termes de couple de charge et de charge utile maximale. La comparaison des courbes de charge croissante montre le gain qu’offre le passage à un câble en fibres à l’exemple des grues à tour 340 EC-B 12 et 370 EC-B 12 Fibre. À ossature métallique identique, le 370 EC-B 12 Fibre atteint un gain de charge utile de 0,4 t.

Propriété d’usage

Les études menées par les deux partenaires ont permis de valider le niveau de performance de l’innovation et d’en démontrer l’adéquation avec les exigences propres au opérations de levage, qu’il s’agisse du rapport acceptable entre diamètre et force de rupture, la grue et ses composants étant conçus pour une charge utile maximale définie et de l’endurance, comparable aux cycles de flexion.  Les  méthodes établies existant pour déterminer le besoin de dépose de câbles en acier, le développement du câble en fibres devait dès le départ exclure une réduction de la durée de vie par rapport aux câbles en acier. Parmi les autres propriétés d’usage,  le bon enroulement multicouche (le câble en acier et le tambour à enroulement multicouche est un système de levage finement ajusté), et la géométrie du tambour, surtout son rainurage, et les tolérances de diamètre du câble doivent être parfaitement adaptées les unes sur les autres. Explication : c’est la seule façon d’éviter une usure démesurée par suite d’erreurs d’enroulement en cas d’enroulement multicouche.

Les câbles en acier utilisés comme câbles de levage sont généralement de type câble à torons ronds, leur propriété anti-giratoire est essentielle.

Contrairement aux câbles en acier, qui disposent d’un couple très faible dans la plage de charge prévue, les câbles en fibres présentent une moindre rigidité en torsion du fait du matériau des fibres, ce qui impose une construction soignée afin d’exclure tout risque de basculement du moufle à crochet. Pour pouvoir être utilisés sur une grue, les câbles en fibres doit par conséquent être dotés d’une terminaison qui satisfait au minimum aux exigences de sécurité valables pour les câbles en acier.
Les câbles en acier sont très résistants aux intempéries. Toutes les fibres polymères à haute résistance connues sont moins résistantes aux UV que les fils en acier et varient en outre les unes par rapport aux autres en matière de résistance aux intempéries. Afin d’obtenir la résistance requise pour l’utilisation comme câble de levage sur une grue, il se peut qu’il soit nécessaire de doter les câbles en fibres d’imprégnations et/ou de caractéristiques (par ex. chemise de protection) adaptées aux fibres utilisées et à la structure du câble.
Plus de 100 différents prototypes de câble de levage avec plus de 85 000 m de longueur de câble ont été développés dans le cadre du projet. Ils ont été testés et soumis à des sollicitations de service réelles sur des bancs d’essai spécialement construits à cet effet au site Liebherr à Biberach. Les câbles en fibres ont ainsi pu être amplement testés avant leur mise en œuvre sur des appareils de terrain.


En complément aux machines classiques d’essai de flexion de câbles (10 à 250 kN), un banc d’essai pour câbles de grue a été mis en place sur le site de l’usine à Biberach pour des charges d’essai de jusqu’à 45 t et une hauteur de levage de 42 m.

Les câbles utilisés pour les essais sur le terrain ont démontré les propriétés souhaitées. De leur côté, les exploitants ont souligné la qualité de l’enroulement et le maniement facile.  Côté durabilité, le câble en fibres testé pendant environ 16 mois de service ne présente aucune détérioration significative de la chemise de protection.  La réduction de durée de vie atteinte à la fin de période d’essais était d’environ 7% (calculée par rapport à la rupture du câble). Selon la directive FEM 5.024,  ce câble doit être déposé après une réduction maximale de 40% de la durée de vie en rupture. Par conséquent, ce câble a « consommé » seulement  18% de sa durée de vie et dispose d’une durée de vie résiduelle de 82%. En extrapolation à la gamme des applications réalisées jusqu’à présent, il en résulterait, pour ce câble, une durée de vie utile d’environ 7,6 années.

Le câble en fibres « soLITE » présenté a été mis au point tout spécialement pour les applications de levage avec tambours à enroulement multicouche. Il se distingue par une grande résistance aux sollicitations de fatigue en flexion alternée.

Bilan

Les câbles en fibres à haute résistance offrent un grand potentiel pour des applications de levage au moyen des grues. L’utilisation de matériaux très résistants permet d’atteindre, avec des diamètres comparables, la même capacité de charge. Il en résulte un avantage direct en termes de poids par rapport aux câbles en acier. La réduction de poids permet de travailler avec des flèches plus longues et avec de plus grandes charges. L’augmentation de la charge s’applique en outre sur toute la plage de charge (portée). La durée de vie environ quatre fois plus longue du câble se traduit par une réduction sensible des intervalles de maintenance et le changement de câble est nettement plus facile. Étant donné que le câble en fibres n’a pas besoin d’être graissé ou lubrifié, la grue reste exempte d’encrassements dus à la graisse du câble.
Toute transmission à câble fait l’objet de différents mécanismes d’usure qui doivent pouvoir être reconnus par des mécanismes de détection appropriés. Pour cette raison, le câble en fibres a été conçu en type de construction à noyau et chemise. Le besoin de dépose est signalé visuellement par la chemise de protection du noyau porteur. Le degré d’usure successif apparaît par étapes jusqu’à indiquer le besoin de dépose. Vu que l’usure se limite à la chemise de protection, la détermination du besoin de dépose s’effectue sans perte de sécurité et de capacité de charge.

J-N.O