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Détérioration des silos-tours en béton
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IntroductionL'effondrement d'un silo-tour est habituellement un désastre! A la valeur de la structure elle-même, peuvent s'ajouter la valeur du gros des produits entreposés et le coût d'éventuels dommages aux bâtiments adjacents. Et c'est sans compter les risques de blessures ou de pertes de vie pour les personnes ou les animaux qui se trouveraient à proximité au moment de l'écroulement.
Figure 1. Les silos-tours en béton se détériorent s'ils sont soumis à des surcharges excessives et qu'ils sont mal entretenus. La cause première des effondrements de silos-tours est l'inattention à la détérioration qui peut se produire avec le temps. La plupart des problèmes de détérioration des silos-tours traditionnels sont dus aux ravages causés par les acides qui se forment en cours d'ensilage. Lorsqu'on entrepose des végétaux humides, le processus d'ensilage entraîne la production d'acides d'ensilage, principalement de l'acide lactique et de l'acide acétique. Ces acides réagissent avec le ciment Portland qui lie les agrégats; les parois se détériorent progressivement et leur résistance diminue de plus en plus. Dans des cas extrêmes, l'affaiblissement peut être tel que le béton ne remplit tout simplement plus son rôle. Ces mêmes acides attaquent aussi les éléments métalliques de la structure comme les frettes, les tiges d'armature et les ferrures. Si un silo n'est pas entretenu adéquatement, l'action progressive des acides peut conduire à une défaillance structurale.
Figure 2. Signes de détérioration qui se voient fréquemment. Ils sont attribuables à l'action des acides d'ensilage.
Figure 3. Les acides d'ensilage provoquent la détérioration de tous les types de silos-tours en béton, qu'il s'agisse de silos coulés en place ou de silos en membrures de béton préformées.
Figure 4. Du fait que les pressions horizontales s'accroissent avec l'augmentation de la taille du silo, les silos de grandes dimensions sont plus vulnérables à la détérioration par les acides. Les acides d'ensilage causent la détérioration de tous les types de silos en béton, qu'ils soient coulés en place ou faits de membrures préformées. La rapidité et la gravité de cette détérioration dépendent d'un certain nombre de facteurs, dont la taille du silo, la teneur en eau des produits ensilés et le degré de protection permanente du béton. La pression de l'ensilage influence considérablement la rapidité et l'ampleur de la détérioration par les acides. C'est dans le bas des silos que s'exerce la pression maximale. Plus le silo est gros, plus les pressions sont fortes. Voici ce qui se produit : a) la pression due au tassement de la masse ensilée exprime le liquide des plantes, lequel se répand librement (suintement); et b) sous l'effet des fortes pressions, le jus des plantes, qui renferme les acides, commence à s'infiltrer dans les pores du béton. En conséquence, les silos de grandes dimensions souffrent habituellement davantage de l'action des acides que les silos plus petits.
Figure 5. Plus la teneur en eau des produits ensilés est élevée, plus la production d'acides est grande. Plus la teneur en eau des produits ensilés est élevée, plus la fermentation est active et plus la production d'acides est grande. Les produits à plus forte teneur en eau accélèrent donc la détérioration du béton. Les matières entreposées dans un silo-tour créent des surcharges ou pressions verticale et horizontale. En général, la détérioration par les acides est liée aux surcharges verticales dans le cas des silos en membrures de béton préformées et aux surcharges horizontales dans le cas des silos coulés en place. Silos en membrures de béton préforméesL'action corrosive des acides d'ensilage diminue la capacité des membrures préformées de supporter la surcharge verticale due au frottement de l'ensilage sur la paroi. A mesure que la résistance de la surface interne de la paroi diminue, l'épaisseur réelle de béton qui supporte la surcharge verticale diminue elle aussi. Comme les silos en membrures de béton préformées ont des parois relativement minces au départ, toute corrosion affaiblit considérablement la paroi.
Figure 6. L'ensilage exerce des pressions verticale et horizontale sur les parois du silo. Le frottement s'exerçant sur la paroi crée une surcharge verticale plus importante à la base. La détérioration par les acides est d'autant plus grave qu'elle se produit à la base du silo, soit dans la partie de la paroi qui, justement, supporte la plus forte surcharge verticale. Dans un silo-tour à désensilage par le haut normal, les parois transmettent à la semelle, par l'effet du frottement, environ 50 % du poids de la masse ensilée. Or, il arrive que l'épaisseur réelle de la paroi diminue au point où cette dernière ne peut plus supporter la charge de compression. La paroi commence alors à céder.
Figure 7. La corrosion par les acides d'ensilage réduit l'épaisseur réelle des parois d'un silo en membrures de béton préformées. Les constructeurs de silos en membrures de béton préformées utilisent normalement la même épaisseur de membrures quelle que soit la taille du silo. Ainsi, en dépit d'un coefficient de sécurité assurant que la paroi supporte la surcharge verticale due au frottement, plus la taille du silo est grande, plus le coefficient de sécurité diminue et plus une défaillance attribuable à l'action des acides risque de se produire tôt. Silos coulés en placeBien que moins apparente, la détérioration par les acides est également préoccupante dans le cas des silos coulés en place. Même si les parois de ce type de silo sont souvent plus massives (épaisseur nominale de 15 cm), elles renferment un béton qui est souvent moins fort et moins dense, donc moins résistant à l'action des acides, que celui des membrures préformées. Les silos coulés en place tirent leur résistance aux pressions horizontales des tiges d'armature situées plus ou moins au centre de la paroi. Si on laisse les acides d'ensilage s'infiltrer dans les parois de béton, ils corrodent les tiges d'armature et en diminuent le diamètre réel. Il faut aussi penser que les tiges d'armature qui renforcent le silo viennent en sections qui se chevauchent et qu'elles sont retenues en place uniquement par le béton. La force des anneaux d'acier d'armature dépend donc de leur adhérence au béton dans lequel ils sont noyés. Une fois que les acides d'ensilage s'infiltrent dans le béton qui enrobe les tiges d'armature, une bonne partie de l'adhérence se perd. Tôt ou tard, celles-ci ne résisteront plus aux pressions horizontales et le silo s'effondrera. Prévention de la détérioration des silosConstructionIl y plusieurs façons de prévenir l'action des acides d'ensilage, ou à tout le moins d'en réduire la gravité. Premièrement, on ne devrait acheter qu'un silo de qualité, soit un silo dont les parois sont faites d'un béton de haute qualité. Un béton dense et fort offre déjà une bonne résistance à l'action des acides. Deuxièmement, dès le départ, on doit protéger de l'action des acides d'ensilage la surface intérieure des parois du silo en appliquant un revêtement résistant aux acides dans la partie inférieure du silo jusqu'à une hauteur correspondant au quart ou au tiers de la hauteur totale. Il faut appliquer, au besoin, une nouvelle couche de revêtement de façon à maintenir les parois étanches.
Figure 8. Les acides d'ensilage peuvent réduire la résistance des parois en membrures de béton préformées au point où la surcharge verticale imposée à la paroi provoque sa défaillance par écrasement. GestionContrôle de l'humidité : L'un des meilleurs moyens d'empêcher que les acides d'ensilage ne détériorent les silos en béton est de récolter les produits lorsque leur teneur en eau n'entraîne pas de suintement.
Figure 9. Dans les silos coulés en place, les acides d'ensilage peuvent réduire l'adhérence des armatures au béton qui les enrobe, d'où une augmentation des risques de défaillance causée par la poussée horizontale de l'ensilage.
Figure 10. On prévient la détérioration par les acides en protégeant, surtout la partie inférieure du silo, avec un revêtement résistant aux acides qu'on applique sur la surface intérieure des parois. Idéalement, les végétaux destinés à l'ensilage de plantes entières devraient être juste assez humides pour assurer une bonne fermentation sans l'être trop, de façon à éviter que le jus des plantes ne se répande librement. Afin de déterminer le moment où les plantes ont la teneur en eau souhaitée, on recommande fortement l'utilisation d'un bon doseur d'humidité, car une évaluation imprécise ouvre la voie à des problèmes.
Figure 11. L'ensilage de produits ayant une teneur en eau trop élevée cause des problèmes de suintement et accélère considérablement la détérioration des parois du silo. Exposition des parois : Vider le silo de toute matière ensilée une fois l'an, dans la mesure du possible, ou à tout le moins aux deux ans. On réduit ainsi la durée pendant laquelle la partie inférieure du silo se trouve en contact avec de l'ensilage mouillé. Il semble de plus y avoir des avantages sur le plan structural à laisser les parois intérieures s'assécher entre les remplissages.
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