Contrôle de conformité d'un toboggan aquatique pour piscine avec Ansys

A toute vitesse dans les virages

"C'est dingue ! Jonas, 13 ans, vient non seulement de remporter la course effrénée contre son copain Finn, mais il a également établi le record du jour. Nous sommes au parc aquatique "Palm Beach" de Steiner, où le double toboggan aquatique "Space Race" invite depuis peu à la compétition. Les tubes en plastique sinueux de 120 mètres de long sont appréciés par les baigneurs de tous âges et de tous poids, et sont également équipés pour les scénarios de charge les plus divers. C'est ce que confirme le contrôle prescrit par la législation en matière de construction, qui s'appuie également sur les résultats de simulation d'Ansys.

Le modèle de simulation du nouveau toboggan de compétition

Les dimensions du nouveau toboggan de compétition du parc aquatique Steiner près de Nuremberg, avec une hauteur de 12 mètres et une longueur de 120 mètres, sont impressionnantes. Ce qui ne se voit pas au premier coup d'œil, mais qui est exigé par le législateur pour une bonne raison : L'attraction est sûre. En effet, bien avant que le premier baigneur ne glisse à toute allure dans l'eau fraîche à travers les tubes sinueux, l'ensemble de l'installation a été soumis à des contrôles approfondis. Dès la phase de développement et de construction, le bureau de contrôle de la stabilité de Nuremberg de la LGA (Landesgewerbeanstalt Bayern) s'est penché en détail sur toutes les questions de stabilité de l'attraction. En raison de la grande quantité de plastique utilisée dans la construction du toboggan aquatique, c'est en outre le Dr. Ingo Kurzhöfer, expert reconnu et spécialiste des structures porteuses en plastique, et son groupe de travail qui se sont chargés de cette tâche.

Vérifier les états limites ultimes

Conformément aux dispositions techniques bavaroises en matière de construction (BayTB), aux preuves d'utilisabilité (homologations) existantes et à nos propres valeurs empiriques, des calculs comparatifs complexes ont été effectués et la construction du toboggan complexe avec ses différents éléments de construction a été surveillée par échantillonnage. Deux tubes en plastique séparés descendent à pic au début et se rejoignent dans la partie inférieure pour former une section de toboggan commune. Les tubes sont en plastique renforcé de fibres de verre (PRV) et des pylônes en acier servent de supports.

Kurzhöfer explique à ce sujet : "Notre tâche consistait entre autres à vérifier les états limites ultimes et l'aptitude au service de cette construction conformément aux normes et règlements concernés, en tenant compte non seulement des charges propres, des charges dues au vent et à la neige, mais aussi bien sûr des effets dus aux personnes qui glissent. Nous avons pu garantir cela grâce à une interaction entre la simulation, les essais de matériaux et la surveillance, aussi bien pendant la phase de construction. La résistance des hypothèses retenues sera également surveillée à l'avenir par des tiers indépendants pendant l'exploitation".

00:53 minCompetition atmosphere at Palm Beach

Pylône comme modèle de simulation en réseau — Partie d'un pylône comme modèle de simulation en réseau

Les planificateurs du toboggan aquatique avaient déjà pris soin de trouver un inspecteur agréé qui s'y connaissait bien en matière de plastique et de simulation. Un avantage supplémentaire lors de la vérification du toboggan était que tout venait d'une seule source, tant du côté de la planification que du côté de l'examinateur. Ainsi, les questions qui se posaient ont pu être résolues rapidement et clairement, sans devoir chercher longtemps les interlocuteurs responsables des différents éléments tels que les fondations, les pylônes et les éléments du toboggan afin de clarifier les détails.

La simulation permet de mettre en scène et d'expérimenter de manière agréable

"En tant qu'examinateur, nous devons tenir compte de nombreuses charges différentes sur les pylônes, en particulier lorsque les deux tubes du toboggan sont fixés aux pylônes en haut et en bas", explique le Dr Kurzhöfer. "Les positions de charge dépendent de la personne qui glisse et de l'endroit où elle se trouve, des forces centrifuges générées par les personnes qui glissent et de ce qui se passe lorsqu'un bouchon se forme dans l'un ou les deux tubes du toboggan. En outre, il faut bien sûr toujours tenir compte du poids propre ainsi que des charges d'eau, de vent et de neige. La simulation permet de mettre en scène les différents cas de charge et de les tester, par exemple à l'endroit où des bosses pourraient se former. En outre, on peut voir ce qui se passe si l'on modifie ici ou là les pylônes ou les suspensions de tubes".

Cas de charge extérieur-intérieur : charge d'eau et charge utile ainsi que déformation résultante

L'auditeur de construction expérimenté est certain que sans simulations, un tel contrôle est difficilement réalisable. Pour rester dans les délais, les responsables opteraient alors probablement, après quelques estimations approximatives, pour un surdimensionnement afin de toujours être du côté de la sécurité. Mais cela impliquerait davantage de matériel et des coûts plus élevés. De plus, les dimensions d'un tel toboggan double rendraient les essais beaucoup trop coûteux. Les concepteurs du toboggan aquatique ont également reconnu l'utilité de la simulation et l'ont utilisée pour concevoir et optimiser l'installation du toboggan et éviter les surdimensionnements.

Phase de construction du toboggan de compétition — Le toboggan de compétition pendant la phase de construction

Une tâche difficilement réalisable sans solutions de simulation

"Lors de notre contrôle de l'aptitude à l'emploi, il s'agit entre autres de critères de déformation, par exemple qu'il ne doit pas y avoir de pente lors de la descente", explique le Dr Kurzhöfer. "Nous vérifions également quels câbles de la suspension tubulaire sont soumis à quelle charge et où se produisent les contraintes les plus fortes, ou si les pics de tension doivent être absorbés par des modifications de construction. De même, il faut toujours garder à l'esprit les variations de température et les allongements, tout comme les processus de vieillissement. Ces études complexes nécessitent beaucoup de connaissances empiriques et ne sont guère réalisables aujourd'hui sans solutions de simulation, en tout cas pas dans les délais impartis".

Le contrôle du toboggan aquatique a duré au total un peu moins de six mois, en commençant en septembre 2021 par les fondations des pylônes en acier et toute la surveillance du chantier. Et dès février 2022, le toboggan a été achevé et bientôt mis en service. Les jeunes baigneurs, qui peuvent désormais profiter des joies de l'eau en compétition, se sont particulièrement réjouis de cette nouvelle attraction. L'entreprise de bains, qui a beaucoup souffert des fermetures de Corona les années précédentes, s'est également réjouie, à partir du printemps 2022, de chaque baigneur enthousiasmé par le toboggan de compétition.