De nouveaux sommets atteints dans le pompage du béton

Dec 16, 2023

En avril 2008, un nouveau record mondial de hauteur de 606 m pour le pompage de béton a été établi sur la tour Burj Dubai à Dubaï. Bryan Orchard examine la technologie de pompe péristaltique ou à piston haute pression derrière ce niveau de performance et la contribution qu'elle peut apporter à la dernière génération de projets de construction de grande hauteur.

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En novembre 2007, un nouveau record mondial de hauteur de 601 m pour le pompage de béton a été établi par une pompe à béton à très haute pression Putzmeister 14000 SHP D exploitée par Unimix sur la tour Burj Dubai à Dubaï. Cependant, ce record ne durera pas très longtemps puisqu'il a été battu en avril 2008 lorsque la même entreprise utilisant la même pompe a atteint une hauteur de 606 m.

Il n'y a pas si longtemps, la construction d'immeubles de grande hauteur impliquait que le béton soit soulevé dans des seaux par des grues. Ce n'était peut-être pas le processus le plus efficace, mais il a été rapide et efficace. Cependant, le monde entre maintenant dans une toute nouvelle ère de construction de gratte-ciel, avec la tour Burj Dubai de 160 étages à une hauteur de 700 m établissant une nouvelle référence (Figure 1). Cette révolution a eu un impact positif sur les fabricants de pompes à béton, qui ont réagi en repoussant les barrières de leur technologie.

Dans tout le Moyen-Orient et les États du Golfe, les investissements dans de nouvelles propriétés de grande hauteur semblent illimités. Rien qu'en Arabie saoudite, il a été signalé que le nombre de projets de grande hauteur prévus dans le royaume était passé à 22 au premier trimestre de 2008. Avec un intérêt direct évident dans de tels projets, Saudi Readymix Concrete travaille au développement de des mélanges de béton spéciaux à haute résistance pour les gratte-ciel et utilise des techniques de pompage avancées pour atteindre des hauteurs jusque-là inconnues dans le Royaume.

"Certains de nos projets actuels contiennent jusqu'à 20 ou 30 tours, et nous nous attendons à ce que le nombre et la taille de ces projets augmentent au cours des prochaines années", commente Fadi Mujahed, directeur du marketing et du développement commercial de Saudi Readymix (Figure 2). Prenant note du succès rencontré par Unimix en travaillant avec Putzmeister sur la tour Burj Dubai, Saudi Readymix a récemment investi dans quatre nouvelles pompes à béton stationnaires BSA 14000 HP D de Putzmeister.

Tel est son intérêt pour le pompage du béton, Saudi Readymix a créé une division spéciale de pompage du béton, qui a organisé plus tôt cette année plusieurs séminaires axés sur les problèmes spécifiques liés au sujet avec des communications présentées par les fabricants de pompes allemands Schwing et Putzmeister.

Selon Putzmeister Concrete Pumps GmbH, il faut faire la distinction entre l'état de fonctionnement de la pompe (démarrage, pompage, opération normale de transport, vidange et nettoyage de la conduite, dysfonctionnements, etc.) et l'état de fonctionnement du béton. Le type de pompe à béton, à piston ou péristaltique (tube pressé) et le type de vannes utilisées pour la pompe à piston (tronc ou tuyau en « S ») n'ont aucune influence sur la qualité ou le caractère du béton frais à l'intérieur de la pompe.

Le béton ne peut être poussé dans la conduite de refoulement que s'il a été préalablement aspiré d'une trémie, ceci étant réalisé en augmentant le volume de l'espace de convoyage, c'est-à-dire le volume des cylindres de refoulement, de la pompe afin que le béton remplisse l'espace de convoyage jusqu'à son niveau optimal. En diminuant le volume de l'espace de convoyage, le béton est expulsé dans la conduite de livraison et déplace toute la colonne de béton dans la conduite de livraison.

En y regardant de plus près, on peut voir que l'action d'aspiration pousse également, augmentant ainsi le volume dans l'espace de transport, ce qui se traduit par un niveau de pression inférieur à la pression atmosphérique. Cela pousse le béton hors de la trémie dans l'espace de transport à une pression maximale de 1 bar, mais uniquement en l'absence d'un «pont d'air» continu entre l'espace de transport et l'atmosphère.

Le faible niveau de pression pour l'aspiration et le remplissage nécessite le niveau le plus bas possible de résistance à l'écoulement et à la déformation du béton. L'agitateur dans la trémie et sa forme géométrique y contribuent largement. L'agitateur permet non seulement au béton de s'écouler librement pendant les pauses dans l'action de transport, mais déplace et pousse également le béton pendant l'aspiration à un débit régulier et contrôlé dans l'ouverture d'aspiration. Le taux de remplissage de l'espace de convoyage est essentiel à l'efficacité de la pompe.

Pour des conductions d'aspiration optimales, les ouvertures d'aspiration et le diamètre de la zone de transport doivent être maintenus aussi constants et aussi grands que possible. Cela entraîne également les différences essentielles entre les pompes à piston et les pompes péristaltiques. Les pompes à piston aspirent le béton à travers de grandes sections et réduisent la section lors de l'expulsion du béton, la taille de la sortie dépendant du volume du cylindre, du nombre de coups de piston par minute et de la puissance du moteur. Les pompes péristaltiques sont limitées à environ 30 bars en ce qui concerne leur pression de refoulement et les performances de refoulement sont limitées par les performances d'aspiration.

Lorsque le béton est pressé hors des cylindres de refoulement d'une pompe à piston dans la conduite de refoulement, il subit une réduction de section transversale au diamètre de la conduite de refoulement pendant et après avoir traversé la vanne. Il en résulte une augmentation de la vitesse ainsi qu'une augmentation correspondante de la couche limite par volume d'unité. Pour réduire la résistance de convoyage associée, la réduction de section s'effectue en continu le plus possible sur une section suffisamment longue. Cette réduction de la section à l'intérieur ou immédiatement en aval de la pompe permet également un test de pompabilité du béton.

L'augmentation de la section transversale de la conduite a une influence directe sur le débit, le comportement à l'usure, la demande de pression et la durée pendant laquelle le béton reste dans la canalisation – à débit horaire identique. Par rapport à la conduite de refoulement de 125 mm, la section pour le diamètre de 150 mm augmente d'environ 44 %. Il en résulte une réduction de pression d'environ 25 % et l'usure diminue également en conséquence.

Cependant, à mesure que le débit diminue, la durée pendant laquelle le béton reste dans la ligne augmente. Ce temps d'écoulement plus long doit être pris en compte lors de l'élaboration du concept de bétonnage. Avec une hauteur de structure supposée de 580 m, la période pendant laquelle le béton reste dans la conduite de livraison de 150 mm est d'environ 35 minutes et s'ajoute à cela la charge nettement plus élevée sur la vanne d'arrêt en raison des colonnes en béton beaucoup plus lourdes dans le doubler.

Pour les pompes à piston, il est très important que l'espace de refoulement soit vidé aussi complètement que possible à chaque coup de pompe. En effet, en tant que volume mort, il peut rester dans l'espace de refoulement, principalement sur le piston de refoulement, au moins jusqu'au prochain nettoyage de la pompe. Si ce volume mort durcit ou durcit, il y a de fortes chances que cela entraîne la destruction des joints, du piston de refoulement et du cylindre de refoulement à l'intérieur de la paroi.

Une bonne dose de confiance dans le savoir-faire et la fiabilité du partenaire était nécessaire lorsqu'Unimix - responsable de la production et de la livraison du béton au Burj Dubai - a décidé de confier à Putzmeister AG la fourniture et l'installation des pompes et des systèmes de flèche (Figure 3 ).

Pour le projet Burj Dubai, Putzmeister a pris l'initiative de développer une pompe à béton à très haute pression particulière, le modèle BSA 14000 SHP-D, qui a été conçue pour la pression de refoulement extrême prévue. Auparavant, Putzmeister avait constaté par des essais de pompage que les pompes à béton et les canalisations étaient adaptées à des hauteurs de refoulement allant jusqu'à 570 m avec un débit de pompe d'environ 30 m3/h.

Les pompes à très haute pression BSA 14000 SHP-D ont été développées dans l'usine de Putzmeister Aichtal, le châssis et la trémie ayant été renforcés pour pouvoir résister aux forces énormes. Le tube de transfert S et les appuis du tube de transfert S ont également été réglés par rapport aux pressions attendues. Pour éviter la contamination du fluide hydraulique par de l'eau ou des particules de saleté dès le départ, le BSA 14000 SHP-D dispose également d'un système de filtrage particulièrement efficace. De manière significative, les ingénieurs de Putzmeister ont modifié l'hydraulique d'entraînement afin que le rapport de translation entre la pression hydraulique et la pression du béton soit inférieur à i = 1 avec un fonctionnement côté piston. En raison de ce rapport hydraulique, des pressions de béton supérieures à 400 bars (max/théorie) seraient possibles avec les pompes de grande hauteur. En raison des demandes attendues pour le projet Burj Dubai, la pression de refoulement du système de pompage était limitée.

Sur site, Unimix a combiné deux de ces pompes à super haute pression BSA 14000 SHP-D et la pompe à béton haute pression « normale » BSA 14000 HP-D de la phase de test pour former une station de pompage. Les machines étaient situées à environ 70 m du centre de la tour du bâtiment. Les pompes à très haute pression étaient entraînées par un moteur diesel Caterpillar standard de 470 kW, qui est également intégré dans d'autres pompes à béton BSA.

Développer un pompage de béton efficace pour la hauteur de livraison spectaculaire du Burj Dubaï n'était qu'une des nombreuses tâches des ingénieurs de Putzmeister. Un défi particulier était le système de conduite de refoulement, son comportement à l'usure et sa résistance à la compression, ainsi que le routage et le montage de la conduite dans la structure. Putzmeister a déposé plusieurs brevets à ce sujet.

À la demande de la direction du site, des conduites de pompage de 150 mm (6 po) de diamètre intérieur, installées sur la quasi-totalité de la hauteur de refoulement, ont été sélectionnées pour le pompage des bétons particulièrement résistants. Ce n'est que dans les 10 étages supérieurs que les conduites d'alimentation normales Putzmeister ZX (DN 125) ont été installées en raison d'une manipulation plus facile. Dans cet agencement, ils pourraient fonctionner avec des pressions allant jusqu'à 130 bars.

Lors des dernières opérations de pompage, une pression de béton de 200 bars a été mesurée sur la pompe à béton sur remorque Putzmeister 14000 SHP D avec tube de transfert S d'un débit de 28 m3/h. Au cours de leurs 32 mois de fonctionnement, les trois unités haute performance Putzmeister ont pompé environ 165 000 m3 de béton à haute résistance. Il s'agit exclusivement de bétons de classe de qualité C50 pour les planchers ainsi que C60 et C80 pour les murs du noyau central.

Avec un dénivelé de 606 m, le béton a mis environ 40 minutes entre le remplissage de la trémie et son déchargement de la ligne de livraison. Le volume de béton dans la ligne (diamètre nominal 150 jusqu'à 550 m de hauteur, après ce DN 125) s'élevait à environ 11 m3 avec cette hauteur d'installation. Cela équivaut à un poids de plus de 26 tonnes sur la pompe à béton Putzmeister après chaque course de piston lorsque le tube de transfert S est commuté. Cette hauteur de pompe extrême a été possible grâce à la coopération entre l'équipe dirigée par Samsung, l'opérateur de la machine Unimix, l'agent Putzmeister local German Gulf Enterprises, ainsi que la société mère Putzmeister en Allemagne.