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ZORKANI Mohammed Dpartement dHydraulique

E.H.T.P.Chapitre 4 : Amarrage dun navire

4-1

Chapitre 4 Amarrage dun navire son poste quai

La locution amarrage dsigne lopration dans laquelle les amarresdun navire sont disposes de sorte quelles lui assurent une tenue poste en toute scurit durant les oprations de dchargement &chargement. Les figures suivantes montrent schmatiquement lesdivers configurations des amarres pour assurer la stabilit du navire son poste quai : Les ondes infra - gravits (de priodes fondamentalement entre 25 &300s) engagent des oscillations de grandes priodes 1 10mm (ondesde seiches portuaires). Si la priode naturelle du navire correspond unmode portuaire rsonnant et si en plus le navire accoste proche dunnud des mouvements abusifs du navire ont lieu : ce qui empche lacharge ou la dcharge du navire pendant plusieurs jours (ce qui pose unproblme de gestion du port en question et perte conomique norme).Un navire qui accoste un quai peut tre dcrit par le mouvement dunsystme mcanique un degr de libert: les rponses & les excitationssont supposes linaires (forces dues au changements de positions etde vitesses). La force dexcitation est celle de Drag que leau enmouvement exerce autour du navire. On admettant que le mouvementdu navire est indpendant des autres direction et que le frottement estngligeable pour les basses frquences du mouvement du navire. Lapriode naturelle solution de lquation du pendule non amortie est :

tot

vs k

M2 pi= o

=vM masse virtuelle du navire [la somme de la masse (M) effective dunavire < y compris la charge (marchandises...) > ou dplacement dunavire et la masse ajoute ( /M ) due aux effets des forces dinertie deleau entrane par le navire] : /v MMM +=L'quation de mouvement du navire de masse M est :

( ) RFtdVdMM s/ =+

o (Vs) est la vitesse du navire par rapport l'eau, (F) la force motricersultante et (R) force rsistante au mouvement du navire et /M lamasse ajoute (car une certaine masse d'eau est galement mise par lenavire en mouvement ). On a pour un navire accost :

M%15M / M15,1Mv =



4-2

Le systme dattache dun navire accost est constitu de plusieurscbles ou cordes ; mais seul ceux sous tension sont considr pourcalculer le coefficient de raideur ( totk ) donn par :

=n

nnntot cossinkk o

=n langle que la ligne de corde fait avec la perpendiculaire aunavire dans le plan horizontal.

=n langle que la ligne de corde fait avec lamarre et le navire dansle plan vertical.

Pour un cble (ou une corde) dans lequel le flchissement estngligeable et les dflexions sont faibles le coefficient de raideur

individuel est donn par lexpression : n

nnk

l

= o

=n la tension axile (ou la charge) du cble numro n.= nl lallongement du cble.

nk dpend du type de matriau utilis pour concevoir le cble et de sonvieillissement (dpendant de sa frquence dusage et es conditions delenvironnement naturel, qui sont responsable dune perte dlasticit ducble : effet de plasticit). Voici des donnes obtenues par des mesuressur des cbles commerciaux :

=n pourcentage dlongation n

n100l

l

n



4-3

Traversier avant Amarre en belle

Garde montante avantGarde montante arrire

Traversier arrire

Pointe arrire

Empche le navirede scarter du quai

Empche le navire descarter du quai

Etant donnquun navireest solide il

possde donc6 degrs de

libert

Gardes montantes Traversiers Amarres de pointe

La longueur dune corde est dtermine entre le bollard terre et le treuil du navire.

TREUIL

BOLLAR

D

VUE EN PLAN

Pour un amarrage sr le long dun quai un navire est toujours tenu par 6 amarres :3 lavant et 3 larrire

1 et 6 : pointes AV et AR (tendant empcher le navire de reculer ou d'avancer)2 et 5 : traversiers AV et AR (les traversiers empchent le navire de scarter du quai).3 et 4 : gardes montantes AV et AR (tendant empcher le navire d'avancer ou de reculer)

Amarre de point AV

Traversier AV Traversier AR

Gardes montantes Amarre de point AR

Axe longitudinal du navire

dfonce



4-4

Les conditions dun bon amarrage sont : Lamarrage doit tre symtrique : les amarres devront tre

disposes autant que possible symtriquement par rapport aunavire et au poste daccostage.

Les amarres qui remplissent les mmes fonctions devrontquasiment avoir la mme longueur (mesure entre le treuil dunavire et le point damarrage) et les mmes caractristiques.

Un amarrage doit tre homogne (cohrent) cest dire demanire approche la condition de rupture doit se retrouver enmme temps sur les divers amarres sollicites, pour viter quetout leffort ne porte sur lamarre la plus tendue qui cassera ainsi.

Les angles longitudinaux forms par les amarres et la muraillesdu navire doivent tre les plus faibles possible (10 15constituent un idal)

Les angles verticaux entre les amarres et le quai doivent sipossible tre de lordre de 25 pour les traversier s et gardesmontantes.

Ordre de grandeurs des angles forms par les amarres

Les diffrentes types damarre prsentent un fonctionnement diffrent enstatique et en dynamique. Sa complexit structurelle se manifeste endynamique par des boucles dhystrsis (hystrsis est un retard de leffetsur la cause : comportement lasto plasticit ce qui dun point de vurhologique rsulte du fait que le matriau subit une perte de mmoire sousleffet des contraintes importantes de lnergie mcanique et convertie enchaleur do un chauffement du cble) et des rformations rmanentesvariables avec la priode et lamplitude.

25

25

ANGLES VERTICAUX Ligne deau

1515 1515

Axe transversal de symtrie

Axe longitudinal de symtrie du navire

ANGLES LONGITUDINAUX



4-5

Rappel en Mcanique des Milieux Continus : MMCEtude des cordes peu dformables : voir Ch01 de mon cours MMC

Soit une prouvette sollicite par une machine attraction qui imprime cette prouvette une dilatation linaire :

0

0100l

ll = pourcentage dlongation

Lallongement se fait temprature constante et lintensit (F) de (Fr )augmente lentement.Soit ( 0S ) la section initiale de la corde (cble).

La dformation rsiduelle OB diminue dans le temps. Llasticit est dite complte sil ny a pas de dformation permanente. Llasticit est dite idale ou parfaite lorsquil ny a pas de dformation

rsiduelle : quelle que soit la vitesse de charge et de dcharge doncon a un phnomne rversible.

Dans le cas de /AA il y a une dformation permanente et /OB estappele la dformation plastique (elle est irrversible), bien que lecycle /// LBA est un cycle dhistrysise.

On peut dfinir la rsistance dun matriau (RDM) comme le rapport dela charge de rupture la section : ce rapport est une contrainte. Modlisation approche de leffet hystrsis dun cble artificiel :En premire approximation on peut simuler une amarre par des courbeslinaires qui passent par lorigine comme suit :

/A /LL

/BO B

==0S

Fcontrainte

Dilatation linaire

Seuil de plasticit

Diagramme decharge

Diagrammede dcharge

(Irrversibilit)dformation

plastique

Diagramme dedcharge

Dformation rsiduelle

A

/Adedchargeon

%

Fr

Fr

0S

0l

CABLEDiffrents types damarres :

Cbles dacier Cordages en fibres textiles Cordage en fibres artificielles



4-6

Une corde (cble) est caractrise par son coefficient de raideur (k) :

l

ldd = (loi de Hooke) :ll

=

= oS

Fk ll

=

= o

rup

ruprup S

Fk

la longueur rmanente (ou rsiduelle) est :

255,0 rupres

ll

Rappel: Formalisme et donnes numriques sur la dilatation des solidesLe coefficient () de dilatation cubique est : T temprature

FTV

V1

o (F) tension applique au cble ( la corde)

Le coefficient de dilatation linaire est :

FT1

ll

do =

ll

FT

( )T1o += llDans un solide isotrope le coefficient de dilatation cubique est gal 3fois le coefficient de dilatation linaire , on a donc :

= 3 avec ( ) ( )T31VT1VV oo ++=Donnes numriques du coefficient de dilatation linaire :

Zn : 24.10-6 deg-1 Al : 18.10-6 deg-1 Ag : 17.10-6 deg-1Cu : 14.10-6 deg-1 Laiton : 20.10-6 deg-1 Fe : 09.10-6 deg-1Acier : 10.10-6 deg-1 Pt : 09.10-6 deg-1 Verre : 08.10-6 deg-1

On utilise souvent des amarresdacier pour la fixation

longitudinale et en polypropylnepour la fixation quai des navires

porte conteneurs.

o Module lastique de Young

Fr

Simplification de la courbe de fonctionnement dune amarre

255,0 rup

l2rupl

orrup lll = o0 100llll

==

oSFcontrainte =

N

rupcritique = RuptureContrainte limite (rupture)

r55,0 =F leffort de tension sur lamarreSo section statique de lamarre

ol longueur statique la lamarrel longueur dynamique de lamarre

Dformation rsiduelle

Marche Nominal

55% de la contrainte(force) de rupture

( )ccoc 1SS critiquecordeladeSection l==RestrictionRelation contrainte dformation

ou permanente

ComportementElastique

l=



4-7

Signalons que la dilatation des solides provient de lanharmonicit desvibrations et que () est essentiellement positif pour un solide. Voiciquelques indications temprature ordinaire : diamant : 2.10 - 6deg - 1 ; quartz : 34.10-6 ; silice :1,5.10 - 6 ; CO2 : 850.10 - 6 ; glace : 1150.10 - 6 ....N.B. : En ralit si le matriau (du tube) est soumis souvent unetension (F) il faut en tenir compte par le billet du module de Young dumatriau ( ) de fabrication du cble :

( );...F,Tll = dFF

dTT

dTF

+

=

lll

Les 2 drives partielles introduites se dduisent du coefficient dedilatation linaire () et du module dYOUNG ( ) de la substance defabrication du cble.Rappelons que le module dYOUNG moyen scrit :

=

=

=

SFF

SSF

TF

T

T

o'd

0L

provoquelaquitubedulongueurladerelativeiationvartionsecdeunitpartentionladeiationvar

itelim lll

l

l

l

Par suite :

dFS

dTd

+= lll finalement : ( ) dTSdSdF

= l

l

Notons que si le coefficient de dilatation linaire est nul (soit un effet dedilatation thermique ngligeable : dformation isotherme) on retrouve laloi de Hooke valable pour les faibles longations du cble : l

ldSdF

=

c'est - - dire : dx que teldx = oo lll , o ol est la longueur du cble au repos. Donnes numriques du module dYoung de quelques matriaux :

Mpas200000dyne/cm102 212nickel =210

acier Kg/m102 -29-24

eaum1015,2g.cm1007,2

Mpas2758YPVC Mpas90000Yfonte ....

dFld

l

SF



4-8

Les caractristiques des amarres en acier et en polypropylne sont :Matriau Acier Polypropylne

Force de rupture 61 97( )ruprurell 0,03 0,44Poids mtallique ( )mKg 5,5 2,4

menl

tonsenF

50

100

150

1 2 3 4

FR = 122

FN = 67

2,65Cble en acier

N

R

0,8 1,5

menl

tonsenF

50

150

200

4 8 12 16

FR = 194

FN = 107

2,65Cble en polypropylne

N

R

14,5

22

ASSISE EN PIERRES

Toutvenant

REMBLAI

- 12 m

4,5 m

- 16 mRoches de 3

QUAI EN BLOCS de LANCIEN PORT DE TANGER

ENROCHEMENT DE

10 100Kg filtreIl faut tudier la

stabilit monolithique : Au glissement Au reversement Au poinonnement



4-9

Voici un ordre de grandeur des tensions damarrage :Espacement des Bollards est de 20m

dplacement Traction par ligne deBOLLARD en Tonne

002 000010 000020 000100 000200 000

010030060100150

& voici galement la charge de rupture :Tonnage du navire

en TonneDiamtre descbles en mm

Charge de Ruptureen Tonne

01 00002 00003 00004 00005 00007 50010 00015 00020 00025 00030 00035 00040 000

18202224263032364044485256

021024028037046057069083097112138160184

Amarrage

Accostage

PIVOTEMENT GLISSEMENT

ENROCHEMENTSREMBLAI

ORDINAIRE

PORTIQUE, GRUE ....

GRAND GLISSAMENT

SOUS PRESSION

Bollarddamarrage

Bollard&

dfonce



4-10

ACCOSTAGEACCOSTAGEACCOSTAGEACCOSTAGE

) - Pr dimensionnement : .1) Efforts appliqus :

25 30 t/ml sur les quais 200 300 t/ml sur les ducs dAlbe

.2) Energie absorbe par les dfenses :1,5 5t par milliers de tonnes de port en lourd

) Notions Thoriques : = n + e

n = nergie navire (daccostage du navire) = 2VgD

21

e = nergie eau = 22 VBg03,1

4h

21 pi

o

=D Dplacement = (Port en lourd + Port vide) =h tirant deau =B Largeur du navire =V Vitesse dapproche du navire de louvrage daccostage

Vitesse (V) dapproche en (m/s)Conditions

mtorologiquesApproche



4-11

C3 caractrise le type de coque :

C2 = 1 pour un coque rigide C2 = 0,9 0,95 pour un quai plein

La dformation () de la dfense est donne par :D = = ( n + e) 2

1 FD

Ducs dAlbeUne duc dAlbe (ou Dolphin) consiste en des pilotis (poteaux enbois, tubes dacier, blocs de ciment...) ancrs dans le sol dubassin sur lequel un navire peut amarrer :

QUAIS SUR PIEUXLes structures sur pieux sont utilises dans de nombreux typesdouvrage allant des appontements avec ducs dAlbe aux quaiscontinues. Ils sont adapts la construction des appontements nencessitant pas de soutnement.Ces ouvrages comportent plusieurs files de pieux fonces dans le soldont lespacement est de lordre de 5 8m. une file de pieux doit tre enparticulier prvue au droit des voies de roulement des portiques. Cespieux ont rle de reporter les charges verticales dans les couchesprofondes du sol de bonne qualit. Ils sont gnralement constitus de

Tubes mtalliques

Dfonce daccostage

SOL

1507 - 1582

Gnral ethommedtat

espagnol

Ferdinand Alvarez de Tolde (Duc dAlbe)

Eau



4-12

tubes dacier qui sont ventuellement remplis de bton aprs fonagepour faire transiter des efforts normaux importants.Pour reprendre les invitables efforts horizontaux lis lexploitation duquai (navires, portiques,...) un soutnement avant ou arrire peut servler invitable et ncessaire et certains pieux peuvent tre inclins.

PHE

PBE

Rideaux

QUAI SEMI OUVERT

PHE

QUAI OUVERT

CORROSION des PIEUXProtection par un revtement

en peinture (EPOXY)

CORROSION

anmm1,0

anmm2,01,0de

anmm1,0enterre

dans leau

hors eau



4-13

PHE

QUAI OUVERT ETALEMENT ARRIERE

QUAI FERME



4-14

APPENTEMENT : plan gnral

COUPE A A :

TIRANTS

PIEUX

APPONTEMENT

PASSERELLE1567

+11

000

-12

Pieux 914 600

A

NAVIRE de 85000 tpl

NAVIRE de 85000 tpl

A

Pile central

VUE EN PLAN c d Horizontale

Coupe (A A ) : transversale



4-15

Appontement MthanierNavires dit GLN quips de cuves cryogniques pour le transport de

mthane ( 162o)

Ouvrages d'accostage sur sol de bonne portanceLorsque le sol de fondation offre une bonne rsistance (sols rocheux,galets, sable compact), les quais sont raliss sous forme d'ouvragesmassifs capables de rsister aux efforts horizontaux (vers la terre,causs par l'accostage des navires et vers le bassin, provoqus par lapousse des remblais et l'amarrage des navires) et aux efforts verticauxdus leur poids propre.

Mthanier (ou ptrolier)

Chemin d'accs

Chemin des conduites

Sea - line(conduite flexible)

Rservoir

pompes

Flotteur

Dfenses

Site Internet Plante TP :Ministre de lEcologie, delnergie, du Dveloppementdurable et de l'Amnagementdu territoire FRANCE



4-16

Ouvrages d'accostage sur sol de faible portanceLes diffrents systmes mis en uvre quand le terrain naturel n'offre pasde bonne qualit :



4-17

Extension extrieure du port du Havre (FRANCE) : 2000Le quai extrieurconcerne quatre

nouveaux postes quais en eau

profonde, pourune longueur

totale de 1602 m.VUE en COUPE duNOUVEAU QUAI



4-18

Gaz Naturel LiqufiNavire Transporteur de GNL Mthanier : Ce navire a

une longueur hors tout = 277mune largueur = 43,40m

Quantit maximale quil transport = 134230 m3 de GNL (-163C)Vitesse maximale de croisire = 19,5 nuds

Dures de chargement ou de dchargement au terminal gazier 12 hIl contient 4 cuves

Le GNL est peu prs deux fois plus lger que leau.N.B. : (-161C) sous une pression dune atmosphre le mthane se liqufie.

Mthanier algrien

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