Construction du Pont Flottant le Plus Long du Monde

Le nouveau pont flottant Evergreen Point, qui porte la Route Nationale 520 (SR 520), est le pont flottant le plus long du monde, s’étendant sur 7 708,5 pieds à travers le lac Washington à Seattle, dans l’État de Washington. Ouvert à la circulation en avril 2016, le pont remplace l’ancien pont flottant SR 520, qui avait été achevé en 1963 et avait atteint la fin de sa durée de vie utile. Le nouveau pont a été construit en place, à côté et juste au nord de l’ancien pont. La construction du pont a nécessité un processus hautement coordonné pour s’assurer que le franc-bord des pontons et les contraintes de béton dans les pontons étaient maintenus dans des limites acceptables tout au long de la construction.

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Vue aérienne de la superstructure de grande hauteur du pont flottant Evergreen Point State Route (SR) 520 en construction.

Ponts flottants de l’État de Washington

Les ponts flottants sont une partie importante de l’infrastructure de l’État de Washington depuis 1940, lorsque le premier pont flottant a été construit sur le lac Washington. Washington accueille actuellement quatre des cinq plus longs ponts flottants du monde; le pont William A. Bugge qui traverse le canal Hood (6 521 pieds) et trois ponts qui traversent le lac Washington: le pont Lacey V. Murrow I-90 (6 620 pieds), le pont Homer M. Hadley I-90 (5 811 pieds) et le nouveau pont flottant SR 520 (7 708,5 pieds). Le quatrième pont flottant le plus long est le pont du port de Demerara (6 074 pieds) à Georgetown, en Guyane.

Le pont flottant original sur le lac Washington est l’idée originale d’Homer M. Hadley, un ingénieur de Seattle du début du 20e siècle et homonyme de l’un des deux ponts I-90. Son grand projet de ponton flottant en béton sur le lac Washington proviendrait de son expérience dans la conception de barges pendant la Première Guerre mondiale. En raison de la profondeur du lac Washington, de plus de 200 pieds à certains endroits, et de sols très mous constitués d’épais dépôts de cendres volcaniques, les ponts traditionnels se sont révélés trop coûteux à construire.

Configuration du pont

Le nouveau pont flottant SR520 est unique en ce sens que toute la chaussée est surélevée au-dessus des pontons sur toute la longueur du pont. D’autres ponts flottants du lac Washington utilisent le pont supérieur du ponton comme surface de conduite sur une majorité de la longueur. L’avantage de la chaussée surélevée est double. Tout d’abord, il maintient les véhicules au-dessus des embruns et des éclaboussures du lac qui se produisent lors de grandes tempêtes. Deuxièmement, il fournit un couloir de maintenance sous la chaussée surélevée qui permet au personnel de maintenance d’accéder aux pontons.

Le pont compte actuellement six voies réservées aux véhicules et une piste cyclable et piétonne de 14 pieds de large du côté nord. Il a également été pré-conçu pour un élargissement futur qui permettrait l’ajout de deux lignes de train léger sur rail au centre.

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Élévation du pont flottant.

Une dalle de superstructure en béton préfabriqué, segmentaire et nervurée, post-tendue dans deux directions, appelée « faible hauteur », constitue le centre de 5 580 pieds de la structure surélevée. Aux extrémités est et ouest du pont flottant, la structure surélevée fait une transition vers le haut afin d’obtenir des dégagements de navigation acceptables aux structures d’approche. Cette partie de la structure surélevée est appelée « gratte-ciel » et est composée de poutres préfabriquées précontraintes avec un tablier coulé sur place supporté par des traverses et des colonnes coulées sur place. Le pont flottant est flanqué de travées de transition en poutre en I en acier de 190 pieds de long qui relient la structure flottante aux structures terrestres fixes. Les travées de transition et leurs connexions sont conçues pour s’adapter à tous les mouvements différentiels de six degrés qui peuvent se produire entre le pont flottant et les approches fixes.

Pontons et ballast

L’épine dorsale et la partie flottante du pont sont les pontons eux-mêmes, des structures en caisson en béton cellulaire. Ils ont été construits hors du lac à Tacoma, dans l’État de Washington, et à Aberdeen, dans l’État de Washington, et remorqués jusqu’au lac Washington pour être assemblés. Un total de 77 pontons en béton sont assemblés pour compléter le pont flottant. Il existe trois types de pontons: deux pontons transversaux, qui sont ajoutés aux extrémités du pont pour une stabilité et une flottabilité supplémentaires; 21 pontons longitudinaux, qui constituent la colonne vertébrale du pont; et 44 pontons de stabilité supplémentaires (SSP), qui sont post-tendus aux pontons longitudinaux pour fournir une stabilité et une flottabilité supplémentaires. Chaque ponton longitudinal mesure 360 pieds de long sur 75 pieds de large et environ 28 pieds de profondeur. Une fois lestés jusqu’à leur « franc-bord » de conception de 7 pieds, les pontons tirent 21 pieds d’eau. La largeur des pontons était limitée par l’ouverture claire de 80 pieds du Hiram M. Écluses de Chittenden à Ballard, dans l’État de Washington, par lesquelles les pontons doivent passer à la fin de leur voyage océanique sur la côte de Washington depuis Aberdeen.

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Section transversale du pont flottant.

Le pont flottant est essentiellement une structure flottante amarrée en permanence qui est supportée latéralement dans le sens longitudinal et transversal par des câbles d’ancrage de 3,125 pouces de diamètre. Il y a un total de 50 câbles d’ancrage transversaux espacés environ tous les 360 pieds et huit câbles d’ancrage longitudinaux qui sont connectés près des deux extrémités du pont. Les câbles d’ancrage s’étendent jusqu’à 800 pieds et sont fixés à des structures d’ancrage spécialement construites au fond du lac. Les câbles d’ancrage ont une précontrainte de 60 tonnes pour améliorer leur rigidité.

Le ballast est un composant essentiel du pont flottant qui a permis à l’entrepreneur de maintenir l’assiette des pontons, ou de soulever et d’abaisser les pontons au besoin pendant les différentes étapes de la construction. Le ballast d’eau, qui peut être facilement pompé dans et hors des pontons, a été utilisé comme ballast temporaire pendant la construction. Lorsque les pontons sont réunis pour être assemblés, les pontons adjacents sont lestés à moins d’un demi-pouce l’un de l’autre. Une série de vérins et de treuils sont utilisés pour tirer les pontons ensemble et aligner les clés de cisaillement de sorte que de grandes tiges de post-tension de 20 pieds de long par 3,5 pouces de diamètre, également appelées boulons, peuvent être installées. Il y a un total de 80 boulons répartis uniformément autour du périmètre à chaque joint longitudinal. De plus, le ballast doit être retiré en continu pendant la construction de la structure surélevée pour maintenir les pontons garnis dans les tolérances admissibles tout en évitant les contraintes de blocage dans les pontons ou la structure surélevée. À la fin de la construction du pont flottant, tout le ballast d’eau a été retiré et remplacé par du ballast de gravier permanent. Il convient de noter que le pont a été conçu de sorte qu’une quantité suffisante de ballast permanent « de réserve » soit disponible pour un élargissement futur pour accueillir le train léger sur rail. La configuration élargie utiliserait la flottabilité du ballast de réserve et nécessiterait l’ajout de 26 SSP supplémentaires sur toute la longueur du pont pour compenser le poids supplémentaire.

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Vue en plan des pontons.

Philosophie de conception des ponts flottants

Contrairement aux ponts terrestres traditionnels de l’État de Washington, qui sont généralement contrôlés par des charges sismiques, les ponts flottants sont régis par les forces du vent et des vagues. Le pont flottant a été conçu pour résister à une tempête de 100 ans, définie comme une tempête ayant des vents de 98 mph et des vagues de 6 pieds. Les pontons, qui sont des structures entièrement post-tendues, sont conçus pour une contrainte de tension nulle dans les pontons dans des conditions de service avec des critères rigoureux de contrôle des fissures pour les combinaisons de charges extrêmes. Lors de l’événement extrême des 100 ans, le renforcement de la coque du ponton est conçu pour rester bien dans la plage élastique. La structure surélevée a été conçue pour s’adapter aux déviations imposées par les pontons et aux accélérations associées à l’événement orageux de 100 ans.

 Figure 5

Vue aérienne du pont principal et du ponton de radeau BCD.

Mise en scène et analyse de la construction

L’assemblage du pont flottant a nécessité un effort hautement planifié, coordonné et chorégraphié pour permettre de multiples activités de construction sur toute la longueur du pont. Par exemple, pendant que les pontons O et P étaient joints, des poutres transversales et des colonnes étaient coulées sur les pontons S et T et des poutres étaient également posées sur les pontons U et V. Cette orchestration des activités de construction nécessitait une coordination minutieuse entre l’entrepreneur, l’architecte naval du projet et l’ingénieur en structure du projet.

Les critères de franc-bord du projet exigeaient que la différence de franc-bord entre les côtés opposés des pontons, et le long de la longueur des pontons sur une distance de 360 pieds, soit inférieure à 2 pouces en tout temps pendant la construction. Plus de 1 500 étapes de construction uniques ont été analysées dans le cadre du processus de préparation de la construction afin de s’assurer que les critères de franc-bord et de contrainte étaient maintenus tout au long de la construction. Parfois, les charges analysées dépassaient les exigences de franc-bord du contrat, et les pontons étaient pré-lestés pour 50% de la charge de construction déséquilibrée pour rester dans les tolérances de franc-bord du projet.

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Placer le béton de la ligne principale au radeau BCD. Avec l’aimable autorisation de KGM.

Un modèle analytique du pont flottant utilisant un logiciel d’ingénierie structurelle disponible dans le commerce a été développé pour effectuer l’analyse de l’étape de construction. Pour le chargement vertical et en torsion, le pont flottant a été analysé comme une poutre continue sur une fondation élastique à l’aide de ressorts de support en roulis, en tangage et verticaux situés le long de l’axe longitudinal du pont pour représenter la rigidité de la fondation, dans ce cas en fonction de la densité de l’eau. Au fur et à mesure que le pont est construit, le centre de masse a tendance à augmenter en hauteur à mesure que le ballast est retiré de l’intérieur des pontons et de la structure surélevée construite au-dessus. Étant donné que la rigidité en roulis d’un ponton est fonction à la fois de la zone du plan d’eau et du centre de masse, les ressorts de fondation ont été mis à jour tout au long du processus de construction par étapes. La sortie de contrainte du modèle d’étagement de la construction a été utilisée pour vérifier les contraintes du pont flottant pour chacune des 1 500 étapes de construction analysées.

Les données de chargement détaillées de l’entrepreneur et de l’architecte naval étaient nécessaires pour l’analyse des étapes de construction. Tout d’abord, les activités de travail pour chaque étape de construction ont été élaborées et définies par l’entrepreneur. Ces étapes ont ensuite été analysées par l’architecte naval qui a élaboré un plan d’ajustement du ballast pour équilibrer les charges de construction dans les exigences du franc-bord du contrat. Par exemple, lorsqu’une série de colonnes ou de traverses ont été coulées, une activité correspondante visant à retirer une quantité proportionnelle de ballast d’eau était nécessaire pour maintenir l’assiette du pont. Une fois les activités de construction et les exigences de lestage définies, l’ingénieur en structure a utilisé le modèle structurel pour vérifier les contraintes dans les pontons et la structure surélevée.

Pontons B-D Construction de la structure surélevée

L’assemblage des pontons et la construction de la structure surélevée ont progressé à partir des extrémités est et ouest du pont. Les trois derniers pontons, les pontons B à D, ont été posés en juillet 2015, ce qui a achevé l’assemblage de l’ensemble de la chaîne du ponton. L’un des plus grands défis du projet de pont flottant a été de trouver un moyen de fournir et de maintenir l’accès des véhicules aux matériaux de la terre au pont. L’objectif de l’entrepreneur était de transformer un « projet marin en projet terrestre ». Par exemple, la capacité de conduire des camions de béton à un endroit de coulée plutôt que d’avoir à remorquer une barge chargée de camions de béton est un moyen beaucoup plus efficace et économique de livrer du béton.

L’extrémité est du pont flottant était plus accessible que l’extrémité ouest en raison de sa proximité avec la rive. Un pont temporaire et plusieurs barges ont été reliés pour former un chevalet d’accès au début afin de relier le ponton le plus à l’est, le ponton W, à la terre ferme. Une fois que les structures d’approche fixes est et les travées de transition ont été reliées, l’accès s’est déplacé du chevalet à la chaussée finie à l’extrémité est. À l’extrémité ouest du pont, le ponton A, qui est situé plus loin du rivage que le ponton W, n’était pas facilement accessible depuis la terre ferme. Pour obtenir un « accès terrestre » pour la partie ouest du pont, une chaîne de trois pontons, composée de pontons B, C et D (connu sous le nom de « radeau BCD »), a été construite puis amarrée à côté des pontons R, S et T à l’extrémité est du pont. La superstructure a été construite sur des pontons B, C et D alors qu’elle était temporairement amarrée à cet endroit. En plus d’améliorer l’accès, cela a permis à toutes les activités de construction de se dérouler simultanément.

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Chevalet d’accès terre-eau.

Une série d’ailes marines de type Yokohama de 8 pieds de diamètre, de bornes existantes et de lignes d’amarrage ont été utilisées pour fixer le radeau BCD à la chaîne principale. Une petite rampe d’accès a été construite entre les deux structures. Une fois le radeau amarré, les véhicules de construction et les équipages ont pu conduire directement de la terre sur le radeau. Les coulées de béton pour la structure surélevée de la tour ouest sur le radeau BCD ont été effectuées en plaçant des camions-pompes et des camions de béton sur la partie de la tour est située sur les pontons R, S et T. Les colonnes et les traverses ont été coulées en entraînant des camions-pompes et des camions de béton du rivage directement sur le radeau BCD. Les ponts ont été coulés avec un camion-pompe de 61 mètres monté sur la superstructure de la ligne principale. Une rallonge de tuyau de trémie de 100 pieds de long a été raccordée à l’extrémité de la décharge du camion-pompe et supportée dans les airs par une grue de 400 tonnes. La construction de la structure surélevée du radeau BCD a été achevée en juillet 2015. Le radeau entier a été poussé comme une seule unité, comme un grand navire de 1 000 pieds de long, à l’extrémité ouest du pont où il a été rejoint au ponton E et finalement au Ponton A le plus à l’ouest.

L’inauguration du nouveau pont flottant SR 520 Evergreen Point a été un événement historique auquel ont assisté plus de 50 000 personnes les 2 et 3 avril 2016. Le pont a été officiellement ouvert à la circulation automobile le 11 avril 2016. Actuellement, l’ancien pont flottant SR520 a été mis hors service et est en train d’être retiré du lac. Les anciens pontons ont été vendus et seront réutilisés dans le monde entier pour l’expansion portuaire, les installations de déchargement maritime, les marinas, une étape flottante en mer et des projets de construction de brise-lames.▪

Fait amusant

Le pont a été officiellement reconnu en avril 2016 par le Guinness World Records comme le pont flottant le plus long du monde.

Équipe de projet

Propriétaire et Concepteur de pontons: Département des Transports de Washington

Concepteur principal et Ingénieurs civils / structurels: KPFF Consulting Engineers, Seattle, WA, et BergerABAM, Federal Way, WA

Concepteur / constructeur: KGM, une coentreprise comprenant Kiewit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal Way, WA et Manson Construction Co., Seattle, WA

Architecte naval: Elliot Bay Design Group

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