Chevalet I

« Les projets de restauration sont toujours particuliers, et c’est certainement le cas pour la restauration du chevalement sur le site de be-MINE à Beringen », déclare Alexander Willems. « be-MINE est le nom du projet de réaménagement de l’ancienne mine de charbon de Beringen, qui a fermé ses portes en 1989. Dans le cadre de ce projet, une grande partie du site a déjà été transformée en « site d’expérience ». Par exemple, une ancienne crête de la mine sert de montagne d’aventure, et le bâtiment de ventilation de l’ancienne centrale électrique a été transformé en salle d’escalade.

Notre mission s’articule autour de deux questions

Deux chevalements sont présents sur le site be-MINE. Un tel chevalet est la structure construite au-dessus d’un puits de mine et était utilisé pour transporter les mineurs, le matériel et le charbon. Il se compose généralement de deux éléments: la structure de support et le faux carré.

La structure de support du chevalet I à côté de l’ancienne centrale électrique est un portique autoportant avec deux paires de pieds inclinés (les bigues) et une cabine dessus. Les bigues supportent non seulement les molettes (grandes poulies) installées dans la cabine, mais ils sont également responsables pour l’absorption de la composante horizontale de la force de traction dans les câbles.

Avant le début des travaux de restauration, le faux carré se trouvait entre les bigues, un cadre en acier qui prolongeait le puits de mine au-dessus du sol, pour ainsi dire, et qui permettait de guider la cabine d’ascenseur, les mécanismes de sécurité nécessaires et les étapes d’entretien. Bien que le faux carré soit relié à la structure porteuse au sommet, il n’avait vraisemblablement aucune fonction portante.

Dans le cadre de cette restauration, les questions suivantes nous ont été posées :

• Quelle est la contribution du faux carré à la stabilité globale du chevalement ? Peut-il être enlevé sans compromettre la stabilité ? Et quelle est la situation exacte pendant la mise en œuvre des travaux de restauration ?
• Dans ces conditions, est-il également possible d’installer un mur d’escalade extérieur sur l’un des bigues, dans le prolongement de la salle d’escalade existante de la centrale électrique voisine ?

Le chevalet restera-t-il debout après la démolition du faux carré ?

Afin d’évaluer si la structure de support du chevalet I resterait intacte après la démolition du faux carré, nous avons construit un modèle de calcul en 3D à l’aide du logiciel de calcul Diamonds. Outre les charges permanentes (y compris le poids des molettes et le plancher en acier de la cabine), la charge du vent sur cette structure autoportante joue un rôle particulièrement important. Les forces importantes que les bigues devaient supporter lorsque le puits de mine était encore en exploitation n’existent manifestement plus. Il semblait donc plausible que le faux carré puisse être démolie sans problème, mais cela devait bien sûr être confirmé par les calculs de Diamonds.

Ces calculs ont fourni les résultats nécessaires pour tous les profils d’acier de la structure porteuse pour toutes les vérifications des normes en termes de résistance et de stabilité. Il convient de noter que presque tous les profils du modèle de calcul ont été définis comme des profils UPN composites (pour les poteaux principaux et pour les poutres primaires et les diagonales) ou des aciers angulaires composites (pour les poutres secondaires et les diagonales).

Les calculs ont montré que le chevalement sans faux carré répondait effectivement à toutes les normes de contrôle requises. Les jambes de force principales et secondaires des bigues sont soumises aux charges les plus lourdes et affichent un taux d’utilisation de 90%.

En revanche, la déformation horizontale du chevalet sous l’action de la charge du vent a naturellement dû être prise en considération. La déformation maximale au sommet de la structure porteuse (à une hauteur de 56 mètres au-dessus du sol) reste certainement dans les limites des valeurs admissibles imposées par la norme. Mais ce qui rend le modèle de calcul vraiment intéressant, c’est la visualisation des déformations. Celle-ci montre en effet que la déformation horizontale est principalement concentrée dans la partie supérieure relativement lisse du chevalet. Cela montre clairement que la meilleure façon de réduire cette déformation est de rigidifier les coins supérieurs avec des sections diagonales.

Déformation horizontale de la structure porteuse du tréteau de l’arbre I sous l’action de la charge de vent maximale, calculée avec Diamonds

Comment planifier au mieux les travaux de restauration ?

En plus de vérifier la stabilité du chevalet, nous avons également utilisé Diamonds pour valider l’avancement du processus de restauration. Au cours de cette restauration, un échafaudage a été construit autour de la structure de support, qui à son tour s’est appuyée sur le chevalet. Localement, l’échafaudage a été temporairement recouvert d’une bâche aux endroits où les travaux de restauration ont eu lieu. La charge de vent associée devait évidemment être absorbée en toute sécurité par le chevalet.

Pour valider cela, nous avons effectué une série de calculs avec Diamonds en concertation avec l’entrepreneur des travaux de restauration. Le but de ces calculs était d’estimer les effets de la charge de vent en fonction du déroulement prévu des travaux de restauration. De cette manière, Diamonds a été utilisé pour soutenir la planification des travaux afin qu’à aucun moment la charge de vent supplémentaire sur les bâches ne présente un risque pour la stabilité du chevalet.

Est-il possible d’installer un mur d’escalade extérieur sur un des bigues?

Dans une dernière étape, une série de calculs a été effectuée pour étudier la stabilité globale du chevalet sous l’action de charges de vent supplémentaires lorsqu’un mur d’escalade extérieur a été installé sur un des bigues.

Visualisation du mur d’escalade extérieur sur la partie sud-ouest du puits buck I à Beringen (© Alpamayo)

Modèle d’analyse Diamonds de la structure porteuse du chevalet I à Beringen, avec vue détaillée du pied sud-ouest recouvert de panneaux grimpants résistants aux intempéries.

La présence de panneaux d’escalade résistants aux intempéries sur une hauteur relativement importante entraîne naturellement des charges de vent supplémentaires. Toutefois, compte tenu des résultats des calculs précédents pour le chevalet autoportant, on pouvait s’attendre à ce que cela n’ait pas d’impact substantiel sur la stabilité de la structure de support.

Les calculs effectués à l’aide du modèle de calcul 3D Diamonds l’ont pleinement confirmé. La convivialité de Diamonds est pour nous un complément naturel à notre propre approche pratique. Enfin, nous utilisons le logiciel de calcul de BuildSoft depuis près d’un quart de siècle. Cela ne dit-il pas tout? »