Quasi-static numerical modelling of ore cargo during shipping

Since 2005, there have been increases in the rate of ore carriers casualties and crew fatalities. These incidents have preoccupied international organizations and many research laboratories which have mobilised to identify the causes and seek the solutions. The liquefaction of the loaded ore is considered to be the major cause of the capsizing and sinking of ore carriers, but the mechanisms that lead to these incidents still remain uncertain. This study presents an analysis of the ore cargo stability and examines the stress distribution by means of a quasi-static numerical model. Afterwards, an assessment of the shear ratio variation, in terms of the hold inclination is established, in order to prevent sliding failure of an ore cargo. According to this research, at hold inclination of 15°, the maximum shear ratio is less than 0.2 in all areas of the ore cargo, except under the residual slopes and at the surface. Therefore, these parts are assumed to be the most vulnerable areas to the hold inclination under static loading. This paper presents a first approach of a work that will be further developed to elaborate a dynamic model that can reproduce the ore carrier motions while shipping and the behavior of the cargo in the hold. The final objective of this study is to help ship owners better understand how to prevent the ore carriers from capsizing during shipping and also provide the International Maritime Organisation with a new test to predict the liquefaction potential of the loaded ore.

Depuis 2005, il y a eu une augmentation du taux des accidents de minéraliers avec des décès de l’équipage. Ces incidents préoccupent les instances internationales ainsi que de nombreuses laboratoires de recherche qui se sont mobilisé afin d'identifier les causes et chercher les solutions. La liquéfaction du minerai chargé est jugée comme cause majeure du chavirage et nauffrage des minéraliers, mais les mécanismes conduisant à ces incidents restent encore incertains. Cette étude présente une analyse de la stabilité de la cargaison et examine la distribution des contraintes dans cette dernière au moyen d’un modèle numérique quasi-statique. Ensuite, une évaluation de la variation du taux de cisaillement en termes de l’inclinaison de la cale est menée afin de définir les conditions d'instabilité mécanique des talus de la cargaison. Selon cette recherche, dans une cale inclinée à 15°, le ratio de cisaillement maximal est inférieur à 0,2 dans la totalité de la cargaison, sauf au niveau des talus résiduels et la surface sommitale. Par conséquent, ces parties sont considérées les zones les plus vulnérables à l’inclinaison de la cale sous chargement statique. Cet article présente une première approche du travail qui sera approfondie progressivement jusqu'à l'élaboration d'un modèle dynamique permettant de reproduire les mouvements d'un minéralier ainsi que le comportement de la cargaison dans la cale. L'objectif finale de cette thèse est d'aider les propriétaires des minéraliers à mieux comprendre comment prévenir le chavirage des minéraliers au cours du transport maritime et également fournir à l’organisation maritime internationale un nouveau essai pour prédire le potentiel de liquéfaction du minerai chargé.