Conversion des silos-tours en béton pour le stockage du grain sec: partie A

Agdex :	732
Date de publication :	12/96
Commande no.	96-192
Dernière révision :	12/96
Situation :
Rédacteur :	H.E. Bellman - Service du génie rural/MAAARO; P. S. Plue - Service du génie rural/MAAARO

Table des matières

1. Introduction
2. État du silo
3. Résistance structurale
4. Contrôle de l'humidité
5. Silos à cellules multiples

Introduction

Les silos-tours ouverts en béton, construits à l'origine pour l'ensilage, peuvent être transformés pour y faire l'entreposage de grain sec, à la condition de tenir compte de certains critères importants. Ces critères incluent l'évaluation de l'état actuel du silo, le renforcement de la résistance structurale, le contrôle parfait de l'humidité, ainsi que l'installation d'un système de ventilation et de mécanismes de remplissage et de vidange adéquats.

Figure 1. Silo-tour en béton traditionnel transformé pour le stockage du grain sec.

Figure 2. Éléments à considérer dans la conversion d'un silo à fourrages en cellule à grains secs.

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État du silo

Pour qu'un silo à fourrages puisse être utilisé pour l'entreposage du grain sec, il doit être de structure solide et ne présenter aucune marque de détérioration majeure ou de surcharge. On ne devrait pas utliser pour l'entreposage du grain sec les silos dont les fondations ou les parois ont été fortement endommagées par les acides de fourrages ou montrent des signes de surcharge.

Si la surface intérieure d'un silo présente des signes de corrosion par piqûres, elle doit d'abord être nettoyée à fond, puis être recouverte d'un revêtement adéquat à base de ciment pour lui redonner son aspect lisse original. Enfin, les portes et les cadres endommagés doivent être réparés pour éviter toute fuite d'air durant la ventilation.

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Résistance structurale

Le silo de béton construit pour l'ensilage, qu'il s'agisse d'un silo coulé sur place ou d'un silo en plaques de béton, doit habituellement subir quelques modifications avant de recevoir le grain sec, afin de pouvoir supporter la pression additionnelle créée par le grain sec. Il y a, à cet égard, deux types de pressions dont il faut tenir compte, soit la pression horizontale exercée sur les parois et la charge verticale supportée par les parois sous l'effet de la friction; le mur doit pouvoir résister à ces deux contraintes.

Pression horizontale

La pression horizontale créée par le grain sec diffère quelque peu de celle exercée par l'ensilage. Ainsi, dans la partie supérieure du silo, la pression exercée par le grain sec au repos est habituellement supérieure à celle de l'ensilage; cette différence diminue toutefois à mesure que l'on progresse vers la partie inférieure du silo et, dans les silos de plus grand diamètre, la pression du grain y est en fait moindre que celle du fourrage (figure 3). Il faut donc renforcer la structure du silo, si celui-ci doit être transformé pour le stockage du grain sec; l'omission de ce facteur a été la cause de plusieurs échecs par le passé.

Figure 3. Comparaison de la pression latérale exercée sur la paroi d'un silo (de 16 pi de diamètre) par l'ensilage et le grain sec, au repos et durant la vidange.

Un silo transformé est habituellement considéré comme une « cellule profonde », en raison du rapport qui existe entre la profondeur du grain et le diamètre du silo. La pression horizontale du grain dans ces silos varie selon les circonstances. Dans les silos à fond plat (recommandé pour les silos transformés), la pression horizontale créée durant la vidange est habituellement légèrement supérieure à celle observée durant le remplissage et lorsque le grain est au repos (figure 3). L'importance de cette augmentation dépend du rapport entre la hauteur et le diamètre, de la rugosité de la paroi et de l'emplacement de l'ouverture de vidange.

C'est l'acier périphérique qui confère au silo en béton sa résistance dans le plan horizontal; cet acier peut être sous forme de barres d'armature intégrées dans le mur -- dans le cas des silos coulés sur place -- ou de cerceaux extérieurs, sur les silos en plaques préfabriquées. Cependant, quel que soit le type de silo, la seule façon pratique d'augmenter la résistance d'une structure déjà existante est d'y ajouter des cerceaux d'acier externes.

Il convient de consulter une personne qualifiée dans la conception des silos, pour connaître les recommandations relatives au nombre de cerceaux à ajouter, à leur espacement et à leur emplacement. Cette aide peut être disponible auprès du fabricant du silo ou de son constructeur, d'un ingénieur-conseil ou d'un ingénieur rural du Ministère de l'Agriculture et de l'Alimentation de l'Ontario.

Il est également possible d'utiliser un silo existant, sans avoir à y ajouter de cerceaux supplémentaires; dans un tel cas, le silo ne doit être rempli qu'à une profondeur qui peut être supportée en toute sécurité par l'armature en place. Ces profondeurs maximales sont indiquées au tableau 1; ces valeurs sont basées sur l'hypothèse voulant qu'aucune détérioration n'ait affaibli la structure du silo.

* Les grains secs incluent l'orge, le maïs, l'avoine, le soya et le blé.

** Les profondeurs indiquées sont basées sur un silo bien entretenu dont l'armature d'acier est conforme aux normes établies pour un silo neuf.

Un des problèmes qui se posent au moment de déterminer le nombre de cerceaux à ajouter est d'estimer la résistance actuelle du silo. Il est relativement facile d'estimer cette résistance pour les silos en plaques de béton, car tous les cerceaux sont situés à l'extérieur et peuvent, par le fait même, être facilement vérifiés. Il suffit alors de comparer la résistance de la structure à celle requise pour supporter la pression des grains, puis de combler le déficit. L'ajout de cerceaux peut également être indiqué lorsque les cerceaux existants montrent des signes de détérioration par la rouille.

Par contre, dans un silo coulé sur place, l'armature d'acier est enfouie à l'intérieur de la paroi et, à moins d'obtenir une copie exacte du plan d'armature du constructeur, il est difficile de déterminer la résistance réelle de la paroi. Cependant, si le silo a) n'a servi qu'à l'entreposage de fourrages, b) qu'il a régulièrement été rempli à capacité et c) que l'armature ne montre aucun signe de surcharge (aucune fissuration verticale importante dans la paroi), il est alors raisonnable de prétendre que l'armature se rapproche des normes minimales pour l'ensilage. Dans un tel cas, l'armature supplémentaire requise correspondra à la différence entre la résistance conférée par l'armature en place et la résistance requise pour l'entreposage du grain.

Certains silos coulés sur place présentent une ouverture de porte continue, qui va de haut en bas. L'armature de chaque côté de la porte y est reliée par une tige simple espacée à intervalles réguliers qui correspondent aux joints entre les portes. Dans de telles structures, la résistance réelle peut être limitée par la dimension et la résistance de ces tiges et c'est là un élément dont il faut tenir compte au moment de déterminer le nombre de cerceaux supplémentaires requis pour l'entreposage de grain sec.

Si le silo est inutilisé depuis un certain temps, il convient de faire une évaluation prudente de l'armature et d'y attribuer une valeur inférieure à sa résistance réelle. Il en va de même si la surface intérieure du silo montre d'importants signes d'attaque par les acides. Le problème, dans ce dernier cas, vient de ce que les acides ont pu réduire la résistance de l'armature ou son adhérence (cette adhérence est essentielle pour que les collets rabattus des bagues d'acier maintiennent les sections ensemble).

Pression verticale

Une proportion considérable du poids du grain contenu dans le silo est transférée à la fondation, sous l'effet de la friction du grain sur la paroi du silo. La proportion du poids total du grain, qui est ainsi transférée au sol d'appui par les parois et la fondation, est plus grande dans un silo haut et étroit que dans une structure courte et large. En général, lorsque la hauteur du grain atteint de 2,5 à 3 fois le diamètre du silo, le poids de tout grain additionnel sera supporté presque entièrement par la paroi (l'augmentation de la charge sur le plancher devient alors faible, voire nulle). Aussi, avant de transformer un silo, il importe d'évaluer avec soin la capacité des parois de résister à cette friction verticale, afin de prévenir tout problème d'écrasement.

Un silo de béton qui a été utilisé pour les fourrages peut avoir subi une certaine corrosion par les acides. Cette détérioration réduit l'épaisseur effective de la paroi et diminue par le fait même sa résistance et donc sa capacité de charge verticale. Aussi est-il essentiel de procéder à une évaluation attentive de la résistance de la paroi avant toute conversion, étant donné que la surface susceptible d'être détériorée se trouve habituellement dans le bas du silo, là où la charge verticale est la plus forte. La profondeur de grain qui peut être entreposé en toute sécurité dans un silo transformé peut donc être limitée par la résistance de la paroi (dans le plan vertical).

Le problème de la résistance des parois à la charge verticale se pose encore plus dans le cas des silos en plaques de béton préfabriquées, car ces plaques ne mesurent souvent pas plus de 2,5 po d'épaisseur. Cependant, la capacité de charge verticale doit aussi faire partie de l'évaluation structurale des parois des silos coulés sur place, étant donné que ces parois a) peuvent perdre une bonne partie de leur épaisseur effective sous l'effet des acides et b) que le béton original n'est peut-être pas aussi résistant que celui utilisé pour les plaques.

Enfin, au moment d'évaluer un silo existant en vue de sa transformation éventuelle, il importe d'évaluer les fondations existantes et de voir si leurs dimensions sont suffisantes pour supporter la charge additionnelle qui pourrait être imposée par le grain sec.

Pressions horizontales et verticales combinées

Les cerceaux sur les silos en plaques de béton doivent être espacés de manière à fournir un soutien suffisant aux plaques pour prévenir tout flambage vers l'extérieur, sous l'effet combiné des charges verticale et horizontale. La distance sécuritaire maximale entre les cerceaux dépend non seulement de la dimension du silo et de la profondeur du grain au-dessus du point en question, mais aussi de l'épaisseur effective des plaques elles-mêmes. Dans le cas de silos plus vieux dont les plaques ont été détériorées par les acides du fourrage, l'épaisseur effective peut être beaucoup moindre que l'épaisseur originale. La détermination de la résistance de la paroi et donc de l'espacement maximal sécuritaire des cerceaux doit être faite par une personne compétente.

Ajout de cerceaux

Certaines précautions s'imposent lors de l'ajout de cerceaux sur un silo. S'il est possible que le silo soit un jour réutilisé pour l'ensilage, les cerceaux supplémentaires doivent être placés de manière à ne pas nuire à l'ouverture des portes. On peut pour ce faire a) placer les cerceaux supplémentaires aux seuils ou aux joints entre les portes successives ou b) utiliser des barres d'écartement munies de tiges de bonnes dimensions en travers des seuils de porte ou aux joints entre celles-ci.

Sur les silos en plaques, il ne faut pas fixer de cerceaux additionnels sur les barres d'écartement, avant que celles-ci aient été vérifiées par le fabricant du silo ou toute autre personne compétente (la barre d'écartement n'a peut-être pas été conçue pour supporter la charge additionnelle). Par ailleurs, si la barre d'écartement n'a pas les trous nécessaires pour recevoir les cerceaux supplémentaires, il ne faut pas en percer d'autres, car ceci pourrait l'affaiblir. Il faut éviter également de faire passer les cerceaux au-dessus des barres d'écartement ou des cadres de porte, ce qui aurait pour effet de tenir les cerceaux éloignés des plaques (le manque de support pourrait alors faire craquer certaines plaques). Si le silo ne doit servir à l'avenir qu'au stockage du grain sec, les cerceaux supplémentaires peuvent, au besoin, être installés en travers des portes, pour conférer une plus grande résistance à la paroi. Enfin, au moment d'installer les cerceaux supplémentaires sur un silo en plaques de béton, resserrer les cerceaux existants afin de s'assurer que la paroi est bien serrée et qu'elle est supportée uniformément sur toute sa hauteur.

Il est parfois nécessaire de pratiquer de nouvelles ouvertures dans la paroi d'un silo, près de la base, pour y installer le ventilateur ou la vis de vidange. Le cas échéant, prendre soin de remplacer tout cerceau ou armature qui aurait été déplacé ou coupé durant l'installation et d'aménager des barres d'écartement adéquates autour de l'ouverture.

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Contrôle de l'humidité

Lors de la transformation d'un silo à fourrages en vue du stockage du grain, il est absolument essentiel que le silo soit rendu étanche à l'humidité pour éviter toute réhumidification du grain (ce qui provoquerait l'échauffement et la détérioration du grain). Une telle imperméabilisation est requise au niveau du toit, de la paroi et du plancher.

Toit et paroi

Tous les silos à grains doivent être équipés d'un toit imperméable. Il faut donc faire une inspection soignée du toit et procéder à toute réparation nécessaire. Cette inspection du silo doit être faite après une pluie battante pour voir si de l'eau y a pénétré; s'il y a des signes d'humidité, il faudra imperméabiliser la paroi. La meilleure façon de le faire est de pulvériser un revêtement imperméable sur la surface extérieure, qui empêche le passage des liquides mais laisse passer la vapeur d'eau.

Plancher

Il est habituellement nécessaire d'aménager un nouveau plancher de béton dans le silo transformé. S'il faut relever le niveau du plancher, utiliser un gravier fin ou un sable bien compacté avec un pare-humidité de polyéthylène de 6 mils. Le plancher doit être construit à au moins 12 pouces au-dessus du niveau du sol. Un plancher de béton de 6 pouces d'épaisseur, avec un treillis métallique pour prévenir les déplacements en cas de fissuration, est habituellement suffisant; il faut également s'assurer que le plancher peut recevoir les dispositifs de vidange et de ventilation. La vis de vidange doit être à une hauteur telle qu'il ne sera pas nécessaire de creuser dans le sol pour recevoir l'équipement (ce qui pourrait créer des problèmes d'eau).

L'aménagement d'un plancher en forme de trémie n'est généralement pas recommandé dans un silo transformé. En effet, l'installation d'une trémie qui s'étend au-dessus du niveau du sol exercera des pressions horizontales additionnelles très fortes sur la section inférieure de la paroi qui supporte la trémie, tandis que les trémies sous le niveau du sol causent souvent des problèmes d'humidité. La formulation de recommandations concernant le renforcement d'une paroi existante en vue d'accommoder un plancher-trémie déborde le propos de la présente fiche technique; pour obtenir des informations à ce sujet, il convient de s'adresser à une personne compétente dans la conception d'entrepôts à grain. Notons en terminant qu'il est difficile de fabriquer un plancher-trémie en béton qui ait une pente suffisante pour se vider par gravité et qu'il est également difficile d'y installer un système de ventilation adéquat.

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Silos à cellules multiples

Diviser un silo existant en plusieurs cellules est une tâche difficile qui ne devrait être tentée qu'après consultation d'une personne compétente en la matière.

Une fiche technique complémentaire distincte, intitulée Conversion des silos-tours en béton pour le stockage du grain sec -- Partie B, commande n^o 96-194, fournit des renseignements supplémentaires sur la ventilation, le remplissage et la vidange d'un silo, ainsi que le maintien de la qualité du grain.

Liens connexes

• Conversion des silos-tours en béton pour le stockage du grain sec -- Partie B

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