Le processus de conception et la préfabrication se combinent pour une construction rentable

 Par Richard Mulder

Le nouveau pont Third Crossing, d'une valeur de 180 millions de dollars, connu sous le nom de « Waaban Crossing », au-dessus de la rivière Cataraqui à Kingston, en Ontario, a été construit pour offrir une capacité de traversée supplémentaire, une connexion avec les approches est et ouest de la ville, des services d'urgence améliorés et de nouvelles pistes cyclables, piétonnes et de transport en commun.

Kingston est la première ville canadienne à utiliser un modèle de réalisation de projet intégré (RPI) pour la construction d'un pont. Ce modèle établit des objectifs communs entre les consultants en conception, l'équipe d'entrepreneurs et l'équipe du client – une collaboration qui partage les responsabilités et les risques financiers. La structure est composée de trois parties : le pont ouest, le pont principal et le pont est, qui supportent ensemble une autoroute à deux voies et une piste polyvalente de 4 mètres (13 pieds) de large le long du côté sud. Chaque partie possède sa propre configuration structurelle.

Le pont Ouest comporte 17 travées de poutres préfabriquées en béton précontraint (85 poutres au total) ; le pont Principal comporte trois travées de sections en acier ; et le pont Est comporte deux travées de poutres préfabriquées en béton précontraint (10 poutres au total). Chaque travée en béton préfabriqué comporte trois poutres NU 2400 (épaisseur de 2 400 mm) sous la partie à deux voies de l'autoroute et deux poutres NU 2425 sous la partie MUP. Le pont a une longueur d'environ 1,2 kilomètre (0,75 mile) : 900 mètres (2 953 pieds) pour les poutres préfabriquées, 815 mètres (2 674 pieds) pour le pont Ouest et 85 mètres (280 pieds) pour le pont Est. La navigation empruntera le chenal qui passe sous la travée du pont Principal.

Le pont a été conçu pour une durée de vie minimale de 100 ans, dépassant ainsi l'exigence de 75 ans du Code canadien de conception des ponts routiers. Afin d'obtenir une durée de vie plus longue, deux mélanges de béton ont été utilisés pour les poutres : un mélange standard pour les poutres intérieures et un mélange sur mesure avec un additif anticorrosion pour les poutres extérieures. Les poutres NU 2425 sont une section sur mesure et ont donc nécessité un coffrage sur mesure. Les poutres du pont Ouest comptent parmi les plus longues et les plus lourdes de l'Ontario, et les poutres NU 2425 sont probablement les plus hautes.

Un système de drainage traverse toute la longueur du pont, situé entre les poutres NU 2425 sous le MUP. Des supports coulés dans l'âme des poutres extérieures NU 2425 soutiennent le drainage. Par mesure de sécurité, des ferrures supplémentaires ont été coulées dans l'âme de toutes les poutres pour permettre l'installation de contreventements temporaires en bois sur place. Parmi les mesures d'échelle, on peut citer : la masse totale des poutres, environ 7 500 000 kilogrammes (7 500 tonnes, soit l'équivalent de 1 250 éléphants) ; un volume total de béton de 3 100 mètres cubes (109 475 pieds cubes), suffisant pour remplir une piscine et quart olympique ; et un total de 312 kilomètres (194 miles) de torons de 15,2 mm de diamètre. La masse totale des 1 695 panneaux de tablier en béton préfabriqué précontraint est d'environ 3 500 000 kilogrammes (3 500 tonnes), ce qui représente un volume total de béton de 1 400 mètres cubes (49 440 pieds cubes) et comprend 115 kilomètres (71 miles) de brins de 9,5 mm (0,4 po) de diamètre.

LA CONSTRUCTION
Pour soutenir le pont, des caissons ont été creusés dans le substrat rocheux à plus de 40 mètres de profondeur. La rivière s'est avérée trop peu profonde pour accueillir une barge de construction, mais trop profonde pour installer un chevalet complet de manière économique. L'équipe de conception et de construction a donc opté pour une combinaison de chaussée en pierre et de chevalet en acier, qui a servi de plateforme de travail pendant la construction.

Les grands projets s'accompagnent généralement de complications. Le troisième pont franchissant comprenait les points suivants :

• En raison des résistances de transfert élevées, des contrôles qualité et des essais supplémentaires ont été nécessaires. Des courbes de maturité du béton ont été élaborées pour le mélange et des cylindres supplémentaires ont été durcis afin de correspondre aux températures réelles des poutres et de déterminer précisément le moment où les résistances de transfert ont été atteintes, évitant ainsi toute perte de temps.
• La taille, la longueur et la masse des poutres ont compliqué leur manutention, leur transport et leur montage. La masse totale des poutres NU 2425 a nécessité des mises à niveau de l'installation et des travaux d'ingénierie supplémentaires pour garantir un levage en toute sécurité. Les grues et leurs câbles ont été modernisés, et des dispositifs de levage spéciaux (triangles de levage) ont été conçus pour supporter la masse de 83 tonnes. Les vents violents sur la rivière Cataraqui ont compliqué le montage des poutres, mais seuls quelques jours de montage ont été reportés en raison du vent.

Voici quelques-unes des difficultés que notre équipe a dû surmonter :

• La géométrie et les découpes difficiles des panneaux de pont ont nécessité des coffrages sur mesure, davantage de main-d'œuvre et des journées plus longues.
• La forte congestion de l'acier nécessaire aux extrémités pour gérer les forces de cisaillement élevées a fait de la consolidation du béton à ces points un défi lors du coulage.
• Tous les différents éléments de quincaillerie supplémentaires ajoutés ont augmenté le temps de travail.

Enfin, la rivière Cataraqui faisant partie du réseau du canal Rideau, protégé à titre de lieu historique national du Canada, de rivière du patrimoine canadien et de site du patrimoine mondial de l'UNESCO, la protection de l'environnement était particulièrement importante. À cet égard, cinq « écopassages » ont été aménagés dans la chaussée temporaire afin d'assurer le passage sécuritaire des poissons, des tortues et d'autres animaux sauvages. L'étroite collaboration mise en place dans le cadre du processus de conception intégrée a permis d'établir un calendrier de conception, de préfabrication et de construction rapide et rentable, commençant en avril 2020 et se terminant en décembre 2022, date de l'inauguration officielle du pont.

LES POUTRES NU
Développées à l'Université du Nebraska dans les années 1990, les poutres NU sont des poutres en I en béton précontraint, optimisées pour les ponts à deux travées et dotées d'une post-tension sur toute la longueur. Il peut s'agir de poutres précontraintes, de poutres post-contraintes ou d'une combinaison des deux techniques. Dans une poutre précontrainte, la semelle supérieure est renforcée par des armatures standard constituées d'une grille de base de barres transversales et longitudinales, et de quatre torons de précontrainte droits. Un maximum de 72 torons peut être intégré, dont 26 sont situés dans l'âme. Ces 26 torons peuvent être déviés selon les besoins de la conception.

La semelle inférieure est fortement renforcée par des torons droits de précontrainte. Les poutres NU peuvent être fabriquées dans des profondeurs allant de 1 200 mm à 2 800 mm, par incréments de 400 mm. Une poutre NU de 2 000 mm de profondeur est appelée NU 2000. (Avec l'aimable autorisation du Manuel de conception et de détail des ponts à poutres NU, 2018, par Alberta Transportation.)

 RICHARD MULDER EST CHEZ DECAST LTD.
 Photos Aerosnapper (smugmug.com)