Les grandes roues sont des structures très complexes qui nécessitent une attention particulière lors de la conception et de la construction.
 
DES DÉTAILS DE CONCEPTION QUI ONT UN IMPACT SUR LA SÉCURITÉ DE GRANDES STRUCTURES
by Enrico Fabbri
 
Il est communément admis que la conception et la construction d’une grande roue sont assez simples. Cette opinion peut être en partie vraie lors de la construction d'une petite grande roue, mais ne l'est absolument pas pour les grosses roues. Dans cet article, nous examinerons les points critiques importants à prendre en compte sur les grandes roues fixes, c’est-à-dire ancrées au sol avec des fondations en béton.
 
FORCES AU TRAVAIL
Contrairement à de nombreuses autres attractions, les grandes roues peuvent être soumises à des charges de vents et de tremblements de terre considérables. Ces facteurs externes sont importants en raison de la grande surface exposée au vent et de la masse de la structure en rotation en ce qui concerne les séismes. Dans la plupart des cas, le dimensionnement de la structure dépend de ces facteurs plutôt que du calcul de la résistance à la fatigue de la structure au cours des opérations de routine.

Un bon concepteur doit donc déterminer de manière appropriée l’action du vent et des tremblements de terre et concevoir tous les détails structurels nécessaires pour répartir ces forces jusqu’aux fondations du manège. L'image ci-dessous montre un exemple de la manière dont une force agissant au sommet crée une contrainte sur l'ensemble de la structure, représentée par les différentes couleurs. Maintenant, essayez d'imaginer des vents forts ou des forces sismiques intenses agissant sur l'ensemble de la structure en rotation d'une grande roue, en la poussant contre elle et tous ses composants.

Ces efforts sont ensuite exercés sur l'essieu principal et donc sur les mâts qui supportent la grande roue. Un client qui achète une grande roue s'attend naturellement à ce que celle-ci puisse être utilisée pendant plusieurs décennies (environ 3) sans travaux de maintenance importants sur la structure. Nous savons que les coûts d’installation sont assez élevés et qu’il est donc fondamental que la conception de la structure et le calcul de la structure soient extrêmement précis: si, par exemple, au bout de 10 ans, on découvrait des défauts majeurs nécessitant le démontage de la structure, cela signifierait: désastre économique pour l'opérateur.

Par conséquent, une évaluation minutieuse des procédures de construction du fabricant et de l’expérience spécifique de la société d’ingénierie qui effectue les calculs de structure constitue la première étape vers l’obtention d’une attraction qui résistera à l’épreuve du temps. En particulier, les concepteurs du fabricant et le bureau d’études qui effectue les calculs de structure doivent utiliser un logiciel avancé qui indique de renforcer la structure uniquement lorsque cela est nécessaire et non plus, afin d’obtenir une structure à la fois résistante et légère, et en même temps. temps rationalisé et attrayant. Si la roue est installée entre des bâtiments très hauts pouvant créer de la turbulence et des tourbillons, l'action du vent peut être simulée à l'aide d'un logiciel spécial ou alternativement de modèles placés dans une soufflerie.
 
FONDATIONS
Les fondations constituent également un élément important qui n’est souvent pas pris en compte. Dans un article précédent (voir G & PI février 2016), j’avais déjà parlé de l’importance de la conception des fondations d’un manège. Veuillez vous reporter à cet article pour obtenir de plus amples informations. Dans ce cas, toutefois, l’ancrage des mâts de la grande roue aux fondations en béton est encore plus important. Celles-ci sont généralement ancrées aux plaques de base incorporées dans les fondations en béton à l'aide de boulons d'ancrage. Les mâts sont fixés au sommet de ces plaques, d'où commencent les problèmes.

Certains fabricants soudent les mâts directement sur les plaques sur site, d'autres utilisent des brides à boulons et d'autres des boulons d'ancrage ajustables. Tous ces systèmes conviennent à la réalisation de l’objectif, en précisant toutefois que: chaque soudure et boulon d’ancrage doivent toujours être visibles, même après le montage de la glissière, de manière à pouvoir effectuer des contrôles périodiques; chaque soudure doit être sans défaut et inspectée à l'aide d'essais non destructifs; un système est nécessaire pour mettre à niveau la structure de la roue et compenser les erreurs qui se produisent toujours au niveau des fondations en béton; l'organisme de certification qui inspecte la grande roue doit également inclure la certification des systèmes utilisés pour l'ancrer au sol. Un autre aspect important est que, lors d’un tremblement de terre, les fondations peuvent bouger les unes par rapport aux autres, ce qui provoque des contraintes supplémentaires sur la structure; les fondations doivent donc être convenablement jointes.
 
MASTS
Les mâts d'une grande roue représentent une partie relativement simple du point de vue de la construction; ils sont généralement fabriqués en acier tubulaire rond pour des raisons esthétiques. Plus la roue est grande, plus les mâts doivent avoir un diamètre important et, dans certains cas, doivent être spécialement fabriqués sur mesure. Les différents composants des mâts sont boulonnés ensemble, et il convient de rappeler ici qu’il est toujours préférable d’utiliser un grand nombre de petits boulons plutôt que quelques-uns de gros.

Plus le boulon est gros, plus il est difficile de le serrer au bon couple et donc de procéder à des contrôles périodiques. Les accessoires fixés aux mâts sont également importants, tels que les échelles de maintenance et les plates-formes utilisées pour accéder au système d’entraînement. Ces accessoires sont essentiels et doivent être conçus en tenant compte des réglementations locales et pas seulement des exigences générales de la norme EN-13814, car ce type de structure ressemble plus à un bâtiment qu’à une promenade foraine. En fait, dans certains cas, un éclairage de secours, un équipement de lutte contre l'incendie et des signaux de sécurité pour les opérateurs de maintenance sont nécessaires.
 
ESSIEU
L'essieu est la partie la plus importante d'une grande roue, car il supporte l'ensemble de la structure en rotation. Tout problème majeur lié à l'essieu peut nécessiter un démontage du véhicule, à un coût très élevé. Dans ce cas également, il convient de rappeler la valeur d'un bon concepteur et d'une excellente entreprise d'ingénierie pour atteindre l'objectif d'une longue durée de vie. Les premières décisions concernent le système utilisé pour la rotation de la roue.

Habituellement, les roulements sont utilisés, mais plus la roue est grande, plus ils doivent être grands et forts. Pour certains modèles, les roulements standard peuvent ne pas être facilement disponibles et, par conséquent, peuvent nécessiter une construction spéciale, ce qui signifie des délais de livraison beaucoup plus longs. Surtout lorsque le vent ou les forces sismiques sont assez importants, il peut être préférable d’utiliser de gros coussinets plutôt que des paliers. Celles-ci offrent en effet une plus grande surface de support que les roulements et par conséquent une durée de vie plus longue.

Le choix de la qualité du produit et de la durée de vie attendue est important, car il ne sera pas possible de démonter ces composants à des fins de maintenance. La structure de l’arbre doit être conçue en tenant compte de la possibilité de contrôler facilement et périodiquement la structure et le soudage, ainsi que tous les goupilles, boulons et goupilles de sécurité. Tous les composants de l’arbre doivent être conçus et calculés en tenant compte d’une durée de vie supérieure à celle spécifiée par les normes EN-13814 ou ISO-17842.

 

RAYONS ET FAISCEAUX
Même si les rayons et le rayon sont des pièces simples à construire pendant la production, ils n'en sont pas moins des éléments sensibles. Les éléments les plus importants qui sont souvent négligés sont le système de tension qui relie les rayons ensemble. Comme sur une grande roue, les forces du vent sont importantes (comme déjà mentionné dans la partie 1), ce qui provoque de petits mouvements répétés (vibrations) qui, à leur tour, affectent la durabilité de ces composants.

Par conséquent, il convient de surdimensionner ces pièces, de les concevoir de manière à ce que les forces puissent être transférées de manière appropriée et d’accorder la plus grande attention au soudage.
Sur toute la structure des rayons, il ne doit y avoir aucune partie où l'eau puisse s'accumuler, afin d'empêcher la formation de rouille. Ces aspects sont importants surtout pour le système de fixation sous tension et l’éclairage.
 
CHUTE D'OBJETS
La principale préoccupation de tout opérateur de grande roue est d’empêcher la chute d’objets susceptibles de blesser les opérateurs, les passagers ou le public à proximité. Cet aspect est important à la fois lors de l'assemblage, de l'exploitation et de la maintenance.
Tous les composants démontés pour quelque raison que ce soit doivent être équipés d'anneaux et de chaînes pour les sécuriser et les empêcher de tomber. Pas seulement des plaques et des couvercles, mais aussi des goupilles et des boulons de toutes tailles. En fait, il ne faut jamais oublier que même un petit objet qui tombe d'une grande hauteur peut représenter un risque pour la sécurité.
Cela concerne surtout le système de fixation de l'éclairage. Étant donné que l'éclairage est généralement fixé à la partie tournante de la roue, il est clair que cette dernière est également soumise à des contraintes dans le temps et que les goupilles de sécurité peuvent se briser, ce qui crée un risque important de chute d'objets.

Nous savons qu'il y a eu des cas dans lesquels des appareils d'éclairage se sont détachés des rayons, causant des blessures graves. Pour cette raison, même si la norme EN-13814 n’exige pas expressément une telle évaluation, une évaluation appropriée des risques doit également inclure ces aspects, en vue de déterminer les solutions les mieux adaptées.
Le système de fixation doit donc être double et indépendant afin d'éviter que la rupture d'un composant ne devienne un risque général pour la sécurité.
 
DES VOITURES
Les voitures sont un autre élément important en termes de sécurité. Nous pouvons commencer par examiner le système de fixation des voitures au faisceau circulaire. La solution la plus courante est un arbre qui supporte la voiture et qui est relié en haut aux deux poutres annulaires de la structure tournante. Cet arbre doit être conçu de manière à éviter toute empreinte structurelle et tout endroit susceptible de se briser; le processus de fixation des roulements ne doit pas trop réduire la section résistant à la charge et ne doit pas devenir fragile en raison d'un traitement mécanique inapproprié.

Peu d'accidents sont survenus concernant ces composants (je ne me souviens que d'un seul, en Argentine); Néanmoins, les nouveaux critères de conception, qui n’avaient jusqu’à présent été adoptés que par un très petit nombre de fabricants, recommandent l’ajout de plaques de support d’urgence pouvant soutenir l’arbre de la voiture, même en cas de rupture de l’articulation principale. C'est une idée très simple mais efficace qui a surtout un impact mineur sur les coûts de production globaux.
 Examinons maintenant les portes d’accès à la voiture de tourisme ou à la cabine. Celles-ci doivent toujours être ouvertes vers l’intérieur ou, alternativement, être construites de manière à ne jamais gêner aucune partie de la structure en rotation de la roue, ni lorsqu’elle est ouverte, ni pendant les mouvements d’ouverture et de fermeture. Lorsque les portes sont fermées, elles ne doivent pas pouvoir être ouvertes par les passagers et doivent comporter un double verrouillage (redondant). Une défaillance de l’un des composants des systèmes de fermeture ne doit pas permettre à la porte de s’ouvrir.

Pour les grandes roues, il est également judicieux de vérifier que les enfants ne peuvent pas accéder aux panneaux pouvant être ouverts sur la voiture, même les plus petits, afin d'éviter que les objets ne tombent des fenêtres et ne causent des blessures. Dans les roues de plus de 100 mètres de haut, certains pays ont également besoin d’un défibrillateur dans les voitures en cas de crise cardiaque, étant donné que le temps nécessaire à l’évacuation peut dépasser 30 minutes.
 
STATION
La conception du quai de la gare mérite également l’attention. Quand une voiture arrive à la gare et s’arrête, il y a un écart entre la même voiture et le quai. Si cela est trop volumineux, les passagers peuvent être exposés à des risques lors de leur embarquement / débarquement en passant entre la voiture et la plateforme. La conception de l'écart entre ces deux éléments est toujours un sujet de discussion majeur entre fabricants et organismes de certification en ce qui concerne les réglementations locales.
L'espace entre les voitures est une autre source de risque: les passagers risquent de manquer la voiture et de tomber du quai. Pour cette raison, des filets de sécurité devraient être placés sous la zone de transit des voitures.
 
SYSTÈME DE CONDUITE
Nous allons maintenant porter notre attention sur quelque chose que le public ne voit pas, mais qui est néanmoins très important: le système d’entraînement et tous les systèmes électriques nécessaires pour faire tourner une grande roue.
Chaque roue a plusieurs moteurs utilisés pour déplacer la structure en rotation; ceux-ci sont normalement installés des deux côtés de la structure. Le nombre total de réducteurs installés doit être tel que le système continue de fonctionner même en cas de défaillance d'un ou deux d'entre eux. Ils doivent également être faciles à inspecter via des plates-formes de travail et doivent pouvoir être déconnectés du système en quelques minutes.
Je me souviens qu’il ya plusieurs années, une grande roue d’Asie avait provoqué un incendie sur le tableau électrique principal, provoquant un arrêt d’urgence prolongé. Depuis cet incident, il est préférable d’installer deux panneaux de commande indépendants sur les grandes roues afin que l’un puisse toujours fonctionner correctement, même s’il ya un incendie sur l’autre. En outre, tous les panneaux électriques principaux doivent être équipés de capteurs de température, de détecteurs de fumée et de systèmes efficaces de lutte contre les incendies.
 
SYSTÈMES D'ÉVACUATION
Lorsque quelque chose ne se passe pas comme prévu, des alarmes sont activées sur le volant et une procédure doit être lancée pour évacuer les passagers. La procédure d'évacuation mise en œuvre dépendra de la gravité de la panne. Sur de grandes roues, cela devient encore plus important.
En termes simples, ces procédures peuvent être classées comme
∗Routine
∗Exceptionnel
∗Extreme.
La montée doit comporter un nombre suffisant de capteurs pour identifier le bon fonctionnement des composants de sécurité critiques.
Le terme «procédure d’évacuation de routine» fait référence à des fautes peu graves. Cette catégorie comprend également les défauts qui sont statistiquement répétitifs. Une panne de courant ordinaire est la panne la plus récurrente sur ce type d'attractions majeures, représentant plus de 30 à 40% de toutes les pannes (les systèmes électroniques détectent même les pannes de courant même très courtes). D'autres défauts courants peuvent affecter l'un des entraînements ou le système électronique qui l'entraîne.

Dans ces cas, le système de gestion doit progressivement mettre fin à l'attrait. Ceci est suivi d'une vérification de ce qui s'est passé et d'un redémarrage rapide et temporaire pour évacuer les passagers.
La «procédure d’évacuation exceptionnelle» fait référence à des fautes graves qui ne peuvent généralement + pas être réparées par un opérateur spécialisé dans la maintenance. L'attraction s'arrête toujours en toute sécurité, mais pour pouvoir la redémarrer, même temporairement, un technicien spécialisé doit travailler sur le manège, ce qui signifie qu'il sera hors service pendant une période prolongée.

Cette catégorie inclut généralement plusieurs défauts sur les unités d’entraînement ou les défauts sur le panneau électrique qui impliquent plusieurs sources d’alimentation. Pour ces raisons, chaque unité d'entraînement doit avoir sa propre unité d'alimentation et de contrôle distincte des autres. Dans ce cas, la conduite peut redémarrer temporairement, même si la vitesse est souvent inférieure à celle habituelle.
La «procédure d’évacuation extrême», enfin, couvre les événements déclenchés lorsque la ou les anomalies affectent le fonctionnement de l’attraction dans son ensemble, même temporairement. Pour les petites roues, le système d'évacuation de dernier recours est assez simple et exploite le poids des passagers pour pousser la partie la plus lourde vers le bas en raison de la gravité. À mesure que la hauteur du trajet augmente, les frictions dans le système empêchent la structure de tourner pour amener les voitures de tourisme vers le bas et, par conséquent, d'autres systèmes doivent être conçus pour évacuer les passagers.
Si vous êtes sur une grande roue à 150 mètres au-dessus du sol, qui s'est arrêtée et que le système de transmission ne fonctionne pas, comment descendez-vous? Vous êtes-vous déjà posé cette question? Il y a en fait une réponse. Les rayons de la partie tournante doivent être équipés d'échelles, de couloirs et de crochets de sécurité pour permettre aux grimpeurs professionnels d'accéder à toutes les voitures; il doit également y avoir un système manuel d'ouverture de porte de secours pour accéder à l'intérieur des voitures.

De la même manière que ce qui se passe lorsqu'un téléphérique de montagne s'arrête, les passagers seront harnachés avec des sangles de sécurité et un système de treuils contrôlés manuellement par des experts permettra aux passagers de descendre dans une position sûre à un niveau inférieur. Cette procédure prend évidemment beaucoup de temps, mais il n’existe actuellement aucune solution de rechange et aucune autre solution valable n’est disponible sur le marché.
 
CONCLUSIONS
J'espère avoir couvert de nombreuses questions relatives à la conception, au calcul et à la construction d'une grande roue. Si toutefois vous n'êtes toujours pas convaincu, je vous rappelle qu'une grande roue installée en Australie, conçue au Japon et fabriquée en Chine, mesurant 100 mètres de haut, a été démontée après seulement deux mois en raison de graves problèmes de soudure. Il a ensuite été repensé et reconstruit.

Encore une fois, de graves problèmes structurels ont été trouvés qui ont conduit à la démolition de l'attraction. Ce n’est que la troisième fois, après plusieurs années, qu’ils ont réellement réussi; Aujourd'hui, cette roue est pleinement opérationnelle, même si elle est à la vente en raison du nombre insuffisant de passagers.
Si cela ne suffisait pas, je peux aussi rappeler le cas d'une autre grande roue actuellement en construction dans un pays arabe. Les travaux d'installation sont arrêtés depuis un an et il semble qu'il y ait de sérieux problèmes de conception pouvant nécessiter la démolition de la partie construite à ce jour. Le secret de la construction de conceptions complexes est de disposer d’une bonne équipe de professionnels spécialisés et de vérifier que l’acheteur de l’attraction peut organiser une équipe de maintenance compétente et formée.

 

 

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Écrit par M. Enrico Fabbri enrico@fabbrirides.com
Article initialement publié dans le magazine Games Industry (Italie)
Date originale: Mars 2017

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