CONSTRUCTION D’UN PONT EN BÉTON: Au-dessus et au-dessous de
À environ un mille au nord de l’arche de la passerelle de Saint-Louis, les équipes ont été occupées à construire un autre point de repère majeur pour la grande région de Saint-Louis.
Aux deux tiers de la hauteur de l’Arche, le nouveau pont à haubans du fleuve Mississippi entre St. Louis et le comté de St. Clair, Illinois., n’éclipsera en aucun cas le monument emblématique de la région. Mais, à sa manière, le nouveau pont aura un impact significatif sur les déplacements dans le Missouri et l’Illinois et à travers le cœur de l’Amérique.
Production en série
Fin 2009, le projet de travée principale a été attribué à une coentreprise de Massman Construction Co., Traylor Brothers Inc. et Alberici Constructors pour 229 millions de dollars. Ce projet comprenait un pont de 2 771 pieds avec une portée principale de 1 500 pieds et deux tours en forme de delta de 400 pieds de haut. Le nouveau pont nécessiterait environ 50 000 mètres cubes de béton. Une fois terminé, le nouveau pont sera la troisième plus longue travée à haubans aux États-Unis.
Près de deux ans après la construction du nouveau pont sur le fleuve Mississippi, les deux tours qui soutiennent la travée principale du pont à haubans sur le Mississippi atteignent à peine 175 pieds au-dessus de l’eau.
Les deux années précédentes ont été consacrées à la pose du béton nécessaire aux deux tours de 400 pieds, placées à 1 500 pieds les unes des autres sur les rives du Mississippi. Comme un iceberg, une grande partie du béton nécessaire pour soutenir ces tours massives est cachée sous la surface turbulente de l’eau, rarement, voire jamais, vue par les voyageurs fluviaux.
Chacune des deux tours se compose de six tours de 12 pi de diamètre. puits forés qui traversent environ 70 pieds de limon et de boue dans environ 20 pieds de calcaire. Un parcours d’étanchéité de 13 pieds de profondeur atteint le sommet du puits foré et sert de joint pour le batardeau massif. Les semelles de la tour, chacune d’une profondeur de 20 pieds, d’une largeur de 55 pieds et d’une longueur de 88 pieds, constituent le plus grand des emplacements de béton de masse du projet. La base de la tour, qui s’élève à environ 70 pieds au-dessus de la semelle jusqu’à la base du tablier du pont, se trouve au-dessus de la semelle massive.
Ces deux tours principales doivent non seulement supporter le poids du pont et le trafic interétatique attendu, mais aussi résister à d’éventuels tremblements de terre, collisions de péniches et vents violents qui sévissent le long du Mississippi. Pour rendre les tours suffisamment robustes pour répondre adéquatement à toutes ces exigences, les ingénieurs ont incorporé une énorme quantité d’acier d’armature dans les conceptions de fondation. Chaque fondation de tour contient plus de 1,9 million de livres d’acier d’armature – la plupart 21?4 po. de diamètre.
Cette toile d’acier d’armature très serrée a été surnommée la “cage à canari” par de nombreux ouvriers sur le projet, car l’acier était placé si près qu’un canari ne pouvait pas tenir entre les barres. La quantité d’acier a eu un impact significatif sur la détermination des quantités de béton pour la fondation.
“Normalement, vous n’incluez pas le volume de l’acier d’armature dans les fondations dans un coulage de béton car il est insignifiant. Dans le cas de ces fondations, l’acier d’armature équivalait à 100 m3 de béton en volume “, a déclaré Chris Kelly, inspecteur principal de la construction du ministère des Transports du Missouri (MoDOT) pour la travée principale.
Le transport et la pose de béton pour ces deux fondations ont également posé des défis. La première était la grande quantité de béton qui devait être coulée en même temps. Chaque coulée de fondation, la plus importante du projet, impliquait plus de 3 600 mètres cubes de béton. Chaque fondation devait être une coulée continue. La première coulée de fondation, pour la tour du côté de l’Illinois, a duré 43 heures. Les équipes ont commencé tôt le mardi matin et ont versé jusqu’au mercredi et jusqu’au jeudi matin. Comme les équipages ont appris la première coulée massive, la deuxième coulée, pour la tour du côté du Missouri, a pris près de 36 heures.
“Une fois que le déversement commence, vous êtes engagé et il n’y a pas de retour en arrière”, a déclaré Tom Tavernaro, ingénieur de projet au sein de la coentreprise.
Alors que les travailleurs se préparaient à ces déversements massifs, la planification était la clé du succès. Les ingénieurs ont tenu une réunion de planification préalable avec tout le personnel clé pour s’assurer que toutes les personnes impliquées comprenaient le plan de PEP et savaient comment faire face à toutes les éventualités potentielles.
Le béton de cette coulée massive a été fourni par une coentreprise de producteurs de béton locaux. Les deux entreprises ont fait de nombreux préparatifs pour cette coulée soutenue. Tout d’abord, ils ont fabriqué des lots d’essai pour s’assurer que le béton atteindrait la résistance à la compression minimale de 6 000 psi, tout en restant facile à pomper et à circuler en douceur autour de l’acier d’armature encombré. Le béton était fourni par deux usines – une de chaque côté du fleuve Mississippi. De cette façon, si l’accès d’une usine était bloqué par la circulation, le déversement pourrait se poursuivre sans heurts. Une troisième centrale était en attente en cas de panne dans l’une des deux centrales principales.
Tous les itinéraires pour les camions ont dû être planifiés pour éviter la circulation et les retards aux passages à niveau. Des chauffeurs de quart supplémentaires ont été amenés et des camions supplémentaires étaient en attente, si nécessaire. Tous les détails de la coulée massive, y compris l’endroit où les camions se sont retournés, où les échantillons ont été prélevés pour les tests et où les camions nettoyaient, ont été soigneusement planifiés pour éviter les retards.
La planification des imprévus a porté ses fruits pour la coulée de la tour de l’Illinois. Les camions circulaient régulièrement vers le projet, mais ont été bloqués par un train qui a traversé la chaussée à 2 heures du matin et s’est arrêté sur un passage à niveau critique. Bien qu’il y ait déjà une bonne quantité de béton sur place, c’est assez tôt dans le coulage que les équipes ont dû contacter le chemin de fer pour faire bouger le train. Comme c’était le cas, la file de camions de béton remplis qui attendaient pour se rendre à la coulée a reculé d’environ un demi-mille avant que le train ne puisse être éloigné du passage à niveau.
Le processus de coulée massive a également été soigneusement planifié. Deux camions-pompes à béton ont été positionnés sur la berge de la rivière, avec un camion-pompe de secours en cas de panne. Les équipes ont installé des passerelles temporaires pour maintenir le tuyau de canalisation lisse pour transporter le béton jusqu’aux tours. Une flèche de placement sur la tour a aidé les équipes à diriger le béton vers les fondations. Les ingénieurs ont déterminé un modèle de placement très spécifique pour s’assurer que tout le béton pouvait être placé sans joints froids. Ils ont déterminé qu’un taux de coulée minimum de 100 m3 par heure en couches d’environ 2 pi était nécessaire pour que la fondation entière soit un bloc de béton continu.
Pour assurer le bon écoulement du béton autour des quantités massives d’acier d’armature, les ingénieurs ont optimisé le mélange avec un mélange d’agrégats à quatre composants avec un fort affaissement. Ils ont ajouté un réducteur d’eau haut de gamme en polycarboxylate pour augmenter l’affaissement de 10 po. à 11 po. sans ségrégation agrégée.
“Vous n’obtenez qu’un seul coup pour bien faire le jeu et vous avez besoin d’un plan de match avec lequel tous les joueurs sont à bord”, a déclaré Tavernaro.
Protection thermique
Cette quantité massive de béton étant placée à un moment donné, une autre préoccupation majeure était le contrôle thermique du béton. Les ingénieurs voulaient éviter que l’extérieur du béton coule plus rapidement que l’intérieur. Pour éviter cela, ils devaient maintenir un différentiel de température inférieur à 40º.
L’équipe de conception a utilisé une attaque à trois volets pour prévenir la fissuration thermique. Le plan, développé par le groupe CTL de Skokie, Ill., incluait une limite de différence de température basée sur la performance qui établissait une courbe des différences de température admissibles entre le noyau et les surfaces extérieures, en fonction de la résistance du béton.
Tout d’abord, les ingénieurs ont utilisé un mélange de béton spécial qui générait moins de chaleur. Ils ont remplacé 70% du ciment du mélange par un laitier de haut fourneau granulé broyé, mélange peu utilisé. Le mélange de scories ayant une chaleur d’hydratation inférieure à celle du ciment, il limite la température maximale du béton. L’utilisation du laitier a créé ses propres défis, car de tels mélanges ont tendance à être moins stables. Les ingénieurs devaient s’assurer que les mélanges étaient cohérents, en particulier en tenant compte de l’entraînement de l’air et de la consistance de l’affaissement du mélange. Un mélange homogène est nécessaire pour assurer une résistance, une maniabilité et un débit constants. Les inspecteurs ont mené un plan de contrôle et d’assurance de la qualité très rigoureux, tant à l’usine que sur site, afin de s’assurer que le béton répondait à toutes les normes de qualité souhaitées.
Deuxièmement, l’équipe a utilisé des tubes de refroidissement pour réduire la chaleur au cœur des déversements. Les équipes ont placé des tubes en plastique tous les 5 pieds verticalement et horizontalement dans la coulée de masse. Un débit continu de près de 40º d’eau du fleuve Mississippi a été continuellement pompé à travers les tubes pour siphonner la chaleur de l’intérieur des déversements de masse. Une fois le béton suffisamment refroidi, les tubes ont été coupés pour être uniformes avec la fondation et remplis d’un mélange de coulis.
Enfin, les travailleurs ont enroulé de grandes couvertures thermiques autour des formes et des renforts saillants à la fin de chaque coulée. Ces couvertures thermiques empêchaient l’extérieur du béton de refroidir trop rapidement. Des capteurs intégrés dans le béton permettent aux ingénieurs de surveiller les gains de résistance du béton et la température actuelle. Cela a permis de s’assurer que le béton ne dépassait pas la limite de différence de température pendant la période de durcissement. Ces trois méthodes ont réussi à éliminer les fissures dans les fondations du nouveau pont.
Les travaux sous l’eau étant terminés et les défis de placer des quantités massives de béton derrière eux, les équipes travaillant sur le pont verront beaucoup de progrès au cours des prochaines années. Les travaux sur les tours dureront environ six mois, puis les travailleurs commenceront à connecter les poutres et les câbles nécessaires au tablier. Les travaux pour le projet se poursuivent dans les délais prévus et les équipes attendent avec impatience le début de 2014, lorsque le premier trafic traversera le nouveau pont — un projet qui complétera l’arche de la passerelle sur la ligne d’horizon de la ville de Saint-Louis. R& B
