Types de grues à tour, composants et montage

Introduction au chapitre

Ce chapitre couvre l'ensemble des connaissances requises pour l'examen Sceau rouge concernant les grues à tour : leurs classifications, leurs composants structurels, leurs systèmes mécaniques et électriques, ainsi que les procédures de montage, de démontage et de stabilisation. Vous devez maîtriser ces notions non seulement pour réussir l'examen, mais aussi pour appliquer les règles de sécurité en chantier. La grue à tour est l'équipement de levage le plus répandu sur les grands chantiers de construction au Canada, et sa mauvaise manipulation est à l'origine d'accidents graves, souvent mortels.

Classification des grues à tour

Grues à montage par éléments (ou à gréement traditionnel)

Ce type de grue est assemblé pièce par pièce à l'aide d'une grue mobile auxiliaire. La flèche (ou potence) est généralement horizontale et soutenue par des tirants. La tour est constituée de sections modulaires en treillis métallique, assemblées par boulons ou goupilles. Ces grues offrent une grande capacité de levage et une hauteur sous crochet importante, mais leur installation est longue et coûteuse.

Grues à montage automatique (ou à relevage rapide)

Ces grues sont équipées d'un système hydraulique intégré permettant de s'ériger elles-mêmes sans grue auxiliaire. Elles sont souvent montées sur une base en béton ou sur des rails. Le mécanisme de relevage utilise un vérin hydraulique pour soulever la partie supérieure de la tour, permettant l'insertion de nouvelles sections par le bas (procédé dit « par le dessous »). Ce type de grue est privilégié sur les chantiers urbains où l'espace est restreint.

Grues à flèche relevable (ou à flèche inclinable)

La flèche est articulée à la base et peut être inclinée à l'aide d'un câble de relevage. Ce design permet de réduire l'encombrement en hauteur lors du montage et de travailler dans des zones où la hauteur libre est limitée. La capacité de levage diminue lorsque l'angle d'inclinaison augmente.

Grues à flèche horizontale (ou à flèche en tête)

C'est le type le plus courant. La flèche est maintenue horizontalement par des tirants fixés à une tournette (ou couronne d'orientation). Le chariot (ou charriot) se déplace le long de la flèche pour positionner la charge. La capacité de levage est maximale lorsque le chariot est près de la tour et diminue à mesure qu'il s'éloigne (voir tableau des capacités).

Tableau comparatif des types de grues

Type	Montage	Flèche	Capacité typique	Utilisation principale
À éléments	Grue mobile auxiliaire	Horizontale ou relevable	5 à 50 tonnes	Grands chantiers, hauteurs élevées
À montage automatique	Hydraulique intégré	Horizontale	2 à 12 tonnes	Chantiers urbains, espaces restreints
À flèche relevable	Grue mobile ou auto	Inclinable	3 à 20 tonnes	Zones à hauteur limitée
À flèche horizontale	Grue mobile ou auto	Horizontale	5 à 40 tonnes	Usage général, grande portée

Composants principaux d'une grue à tour

La tour (ou mât)

La tour est la structure verticale qui supporte la flèche et la charge. Elle est composée de sections de treillis en acier, généralement de forme triangulaire ou carrée. Chaque section mesure typiquement entre 2,5 m et 6 m de longueur. Les sections sont reliées par des boulons haute résistance ou des goupilles. La tour doit être parfaitement verticale ; un écart de verticalité supérieur à 1/500 de la hauteur est inacceptable selon les normes du fabricant.

La flèche (ou potence)

La flèche est la structure horizontale qui supporte le chariot et la charge. Elle est fixée à la partie supérieure de la tour par une tournette qui permet sa rotation. La flèche est maintenue horizontale par des tirants (câbles ou barres) reliés à un sommet (ou tête de flèche). La longueur de la flèche varie de 30 m à 80 m selon les modèles.

La contre-flèche

La contre-flèche est située à l'opposé de la flèche. Elle supporte le contrepoids, le treuil de levage et parfois le mécanisme d'orientation. Son rôle est d'équilibrer le moment de renversement créé par la charge. Le contrepoids est constitué de blocs de béton ou de fonte, dont le poids total peut atteindre 20 tonnes ou plus.

La tournette (ou couronne d'orientation)

La tournette est un roulement à billes ou à rouleaux de grand diamètre, situé entre la tour et la partie supérieure (flèche + contre-flèche). Elle permet la rotation de la flèche sur 360°. Un moteur d'orientation entraîne un pignon qui engrène sur la couronne dentée. La vitesse de rotation est généralement de 0,5 à 1,0 tour par minute.

Le chariot (ou charriot)

Le chariot est un dispositif mobile qui se déplace le long de la flèche. Il supporte la poulie de renvoi et le crochet. Le déplacement est commandé par un câble de chariot actionné par un treuil dédié. La position du chariot détermine le rayon de travail et donc la capacité de levage.

Le crochet et la poulie

Le crochet est fixé à un moufle (ensemble de poulies) qui multiplie la force du câble de levage. Le nombre de brins de câble dans le moufle détermine la capacité maximale. Par exemple, un moufle à 2 brins offre la moitié de la capacité d'un moufle à 4 brins, mais double la vitesse de levage.

Le treuil de levage

Le treuil est installé sur la contre-flèche. Il est composé d'un tambour, d'un moteur électrique, d'un réducteur et d'un frein. Le câble de levage s'enroule sur le tambour et passe par des poulies jusqu'au moufle. Le frein doit être capable de retenir 125 % de la charge maximale nominale.

Le contrepoids

Le contrepoids est essentiel pour la stabilité. Il est calculé pour équilibrer le moment de renversement maximal dû à la charge et au vent. Le poids total du contrepoids est spécifié par le fabricant et ne doit jamais être modifié sans autorisation écrite.

Les dispositifs de sécurité

Limiteur de charge (ou limiteur de moment) : dispositif mécanique ou électronique qui arrête le levage lorsque la charge dépasse la capacité nominale pour le rayon donné.

Limiteur de moment de renversement : surveille le moment combiné de la charge et du vent.

Fin de course de levage : arrête le crochet en position haute ou basse.

Fin de course de chariot : arrête le chariot aux extrémités de la flèche.

Anémomètre : mesure la vitesse du vent ; déclenche une alarme et arrête les opérations au-delà de la limite (généralement 72 km/h, mais variable selon le fabricant).

Interrupteur de fin de course de rotation : empêche la rotation excessive du câble (pour éviter le torsionnage).

Fondations et ancrages

Types de fondations

La grue à tour doit être solidement ancrée au sol. Trois types de fondations sont couramment utilisés :

46.Fondation en béton coulé : un massif en béton armé, généralement de 4 m × 4 m × 1,5 m, dans lequel sont scellés des boulons d'ancrage (tiges filetées). La grue est boulonnée sur ces tiges.

47.Fondation sur rails : la grue est montée sur des rails posés sur des traverses en béton. Ce système permet de déplacer la grue horizontalement, mais nécessite un sol parfaitement nivelé.

48.Fondation sur pieux : utilisée lorsque le sol est de mauvaise qualité. Des pieux en béton ou en acier sont enfoncés jusqu'à une couche portante, puis une semelle en béton est coulée par-dessus.

Calcul de la pression au sol

La pression exercée par la grue sur le sol ne doit pas dépasser la capacité portante du sol. La pression maximale est calculée comme suit :

P = (Poids total de la grue + Charge maximale + Contrepoids) / Surface de contact

La surface de contact est la base de la tour ou la surface des semelles. Pour une fondation en béton, la surface est celle du massif. La capacité portante typique d'un sol compacté est de 150 à 300 kPa. Un sol argileux peut n'offrir que 50 à 100 kPa.

Ancrages intermédiaires (ou haubanage)

Lorsque la hauteur libre de la tour dépasse une certaine valeur (généralement 40 à 50 m), il est nécessaire d'ancrer la tour au bâtiment en construction. Ces ancrages sont des cadres en acier fixés à la tour et reliés à la structure du bâtiment par des tirants. La distance maximale entre deux ancrages est spécifiée par le fabricant, typiquement 20 à 30 m.

Montage et démontage

Procédure de montage d'une grue à éléments

58.Préparation du site : nivellement du sol, vérification de la capacité portante, installation de la fondation.

59.Assemblage de la base : pose des premières sections de tour sur les boulons d'ancrage.

60.Levage de la tournette et de la partie supérieure : à l'aide d'une grue mobile, on assemble la tournette, le sommet, la flèche et la contre-flèche au sol, puis on lève l'ensemble.

61.Fixation de la flèche et de la contre-flèche : une fois la partie supérieure en place, on fixe les tirants et on installe le contrepoids.

62.Vérifications : contrôle de la verticalité, serrage des boulons au couple spécifié, test des limiteurs, essai de levage à vide puis en charge.

Procédure de montage d'une grue à montage automatique

64.Installation de la base : la base est posée sur la fondation.

65.Assemblage initial : quelques sections de tour sont installées, puis la partie supérieure (tournette, flèche, contre-flèche) est assemblée au sol.

66.Relevage hydraulique : le vérin hydraulique soulève la partie supérieure, créant un espace pour insérer une nouvelle section de tour par le bas.

67.Insertion des sections : les sections sont insérées une à une, boulonnées, puis le vérin est repositionné.

68.Ancrages : lorsque la hauteur maximale libre est atteinte, des ancrages sont fixés au bâtiment.

Démontage

Le démontage suit la procédure inverse. Il est impératif de :

Retirer le contrepoids progressivement, en respectant l'ordre prescrit par le fabricant.

Descendre la flèche au sol à l'aide de la grue auxiliaire.

Dévisser les boulons avec précaution, en commençant par les sections supérieures.

Vérifier que le vent ne dépasse pas la limite autorisée (généralement 30 km/h pour le démontage).

Conditions météorologiques

Le montage et le démontage sont interdits lorsque la vitesse du vent dépasse 30 km/h (ou la valeur spécifiée par le fabricant, souvent 40 km/h). En service, la grue peut fonctionner jusqu'à 72 km/h, mais les opérations doivent cesser au-delà de cette limite. Au-delà de 100 km/h, la grue doit être mise en « girouette » (rotation libre) pour minimiser la prise au vent.

Calculs de capacité et de stabilité

Moment de renversement

Le moment de renversement est le produit de la charge par la distance horizontale entre le centre de la tour et le point de suspension de la charge. Il s'exprime en kN·m (kilonewton-mètre).

M = Charge (kN) × Rayon (m)

Le moment de renversement maximal admissible est spécifié par le fabricant. Il ne doit jamais être dépassé, même à vide avec un vent fort.

Capacité nominale en fonction du rayon

La capacité nominale d'une grue à tour est donnée par une courbe de charge (ou tableau de charges). Cette courbe indique la charge maximale admissible pour chaque rayon de travail. Par exemple :

Rayon (m)	Capacité (t)
10	12,0
20	6,5
30	4,0
40	2,8
50	2,0

La capacité diminue avec le rayon car le moment de renversement augmente. La charge maximale est toujours limitée par le plus restrictif des trois facteurs : la résistance de la flèche, la résistance du câble, ou le moment de renversement.

Calcul de la hauteur sous crochet

La hauteur sous crochet est la distance verticale entre le sol (ou le niveau de référence) et le point le plus bas du crochet en position haute. Elle dépend de la hauteur de la tour, de la position du chariot et de la longueur du moufle.

H = Hauteur de la tour + Hauteur de la flèche − Longueur du moufle

Effet du vent sur la capacité

Le vent exerce une force horizontale sur la charge et sur la flèche. Cette force crée un moment supplémentaire qui s'ajoute au moment de renversement. La capacité de levage doit donc être réduite par temps venteux. La réduction est généralement de 10 % pour un vent de 30 km/h, de 20 % pour 45 km/h, et de 50 % pour 60 km/h. Au-delà de 72 km/h, le levage est interdit.

Normes et codes applicables

Code canadien de l'électricité, Chapitre V (C22.1-21)

Ce code régit l'installation électrique des grues. Les règles principales sont :

Règle 8-200 : les conducteurs d'alimentation doivent être protégés contre les surintensités.

Règle 36-100 : les équipements de levage doivent être mis à la terre conformément aux exigences de mise à la terre.

Règle 36-102 : les conducteurs souples (câbles d'alimentation) doivent être de type approuvé pour usage industriel.

CSA Z248-17 – Code sur les grues à tour

Cette norme est la référence principale pour la conception, l'installation, l'inspection et l'utilisation des grues à tour au Canada. Elle spécifie :

Les exigences de conception et de fabrication (section 4).

Les exigences d'installation et de montage (section 6).

Les exigences d'inspection et d'entretien (section 8).

Les exigences de formation des opérateurs (section 10).

CSA B149.1 – Code sur le gaz naturel et le propane

Cette norme s'applique si la grue utilise un moteur au gaz ou au propane (rare pour les grues à tour, mais possible pour les grues mobiles auxiliaires). Les règles 5.1 à 5.5 traitent de l'installation des réservoirs et des conduites.

Règlement canadien sur la santé et la sécurité au travail (RCSST)

Le RCSST, en vertu du Code canadien du travail, impose des exigences générales pour les travaux de levage. Les articles 14.1 à 14.10 traitent spécifiquement des grues et des palans.

Inspection et entretien

Inspection quotidienne

Avant chaque utilisation, l'opérateur doit vérifier :

L'état du câble de levage (usure, corrosion, brins cassés).

L'état des crochets (déformation, fissures).

Le fonctionnement des limiteurs et des fins de course.

Le niveau d'huile du réducteur et du système hydraulique.

L'état des boulons de la tour (serrage visible).

Le fonctionnement de l'anémomètre.

Inspection périodique

Une inspection approfondie doit être effectuée par une personne qualifiée :

Mensuelle : vérification des soudures, des connexions électriques, des freins.

Trimestrielle : contrôle de la verticalité de la tour, mesure de l'usure des poulies.

Annuelle : inspection complète par un ingénieur, essai de charge à 110 % de la capacité nominale.

Registres

Toutes les inspections doivent être consignées dans un registre. Ce registre doit être conservé pendant au moins 5 ans et être disponible sur demande.

Pièges à éviter

Confondre capacité maximale et capacité au rayon maximal : la capacité maximale est toujours au rayon minimal (près de la tour). Ne jamais utiliser la capacité maximale pour un rayon éloigné.

Oublier le vent : le vent réduit la capacité. Ne pas négliger la réduction de capacité par vent modéré.

Ignorer la verticalité : une tour inclinée de plus de 1/500 est dangereuse. Vérifier avec un théodolite après chaque rehaussement.

Modifier le contrepoids : ne jamais ajouter ou retirer du contrepoids sans l'accord écrit du fabricant.

Utiliser un câble endommagé : un câble avec plus de 6 brins cassés sur une longueur de 8 diamètres doit être remplacé.

Dépasser la hauteur libre sans ancrage : la hauteur maximale sans ancrage est spécifiée par le fabricant. La dépasser entraîne un risque de flambement.

Confondre les normes : le Code canadien de l'électricité s'applique aux installations électriques, la CSA Z248 aux grues à tour. Ne pas les mélanger.

Oublier le frein de vent : par vent fort, la grue doit être mise en girouette. Ne pas laisser la flèche bloquée face au vent.

Résumé

Les grues à tour se classent en quatre types : à éléments, à montage automatique, à flèche relevable et à flèche horizontale.

Les composants principaux sont : la tour, la flèche, la contre-flèche, la tournette, le chariot, le crochet, le treuil et le contrepoids.

La stabilité est assurée par le contrepoids et la fondation. Le moment de renversement ne doit jamais dépasser la valeur admissible.

La capacité de levage diminue avec le rayon et avec la vitesse du vent.

Le montage nécessite une grue auxiliaire (pour les grues à éléments) ou un système hydraulique intégré (pour les grues à montage automatique).

Les ancrages intermédiaires sont obligatoires au-delà de la hauteur libre maximale.

Les normes applicables sont la CSA Z248-17, le Code canadien de l'électricité (Chapitre V) et le RCSST.

Les inspections quotidiennes et périodiques sont obligatoires et doivent être consignées.

Le vent limite les opérations : 30 km/h pour le montage/démontage, 72 km/h pour le service, 100 km/h pour la mise en girouette.

Questions d'auto-évaluation

149.Quelle est la différence principale entre une grue à montage par éléments et une grue à montage automatique ?

150.Quel est le rôle de la contre-flèche ?

151.Comment calcule-t-on le moment de renversement ?

152.Quelle est la procédure de montage d'une grue à montage automatique ?

153.Quelles sont les limites de vent pour le montage, le service et la mise en girouette ?

154.Que doit-on vérifier lors d'une inspection quotidienne ?

155.Quelle norme canadienne régit la conception et l'utilisation des grues à tour ?

156.Pourquoi la capacité de levage diminue-t-elle avec le rayon ?

157.Qu'est-ce qu'un ancrage intermédiaire et quand est-il nécessaire ?

158.Quelle est la règle du Code canadien de l'électricité concernant la mise à la terre des équipements de levage ?

Ce chapitre vous prépare aux questions de l'examen Sceau rouge sur les types de grues à tour, leurs composants et leur montage. Révisez les tableaux, les formules et les normes jusqu'à ce que vous puissiez les réciter sans hésitation.

Types de grues à tour, composants et montage