Pont du Détroit de Tacoma, Seattle, Washington, États-Unis

Franchir un écart n’est jamais facile, surtout quand vous vous attelez à la tâche gigantesque de la construction d'un des plus grands ponts suspendus aux États-Unis. 

La construction d'un pont au-dessus du canal de Puget Sound, d'une largeur de 1,6 km, était devenue d'une importance capitale, car il devenait difficile pour la structure actuelle de faire face à l’énorme augmentation du trafic. Conçu initialement pour 60.000 véhicules par jour, le pont du détroit de Tacoma accueillait maintenant plus de 90.000 véhicules par jour. Il était devenu nécessaire d’avoir un pont plus récent, plus résistant et plus grand pont pour relier la partie continentale de Washington à la péninsule olympique.
 

Le Défi 

• Il est connu que le sud de Seattle est une zone sismiquement active. Les vents violents, l’amplitude des marées de 4 m et les courants de sept nœuds sont venus se rajouter aux défis, rendant la construction difficile.
   
• Alors que la construction du pont était d'une importance capitale, les préoccupations environnementales concernant le déversement de béton dans l'eau étaient tout aussi importantes.

Le pont du détroit de Tacoma terminé à Seattle

La Solution 

La situation au sud de Seattle, Washington, présente des défis importants, car le détroit de Tacoma est situé dans une zone sismiquement active, avec pour complications supplémentaires des vents violents, des amplitudes de marée de 4 m et des courants de sept nœuds.

Le premier pont suspendu par câble a été construit avant la Seconde Guerre mondiale. Ce fut cependant un échec, il avait été surnommé « Galloping Gertie » en raison de la façon dont il se balançait dans le vent. Le pont s’est effondré environ quatre mois après son ouverture en 1940.

 En conséquence, son remplacement a été un pont en acier aérodynamiquement plus solide et il est aujourd'hui le cinquième plus grand pont suspendu aux États-Unis. Toutefois, depuis l'ouverture du pont en 1950, le volume du trafic a grimpé en flèche à plus de 90.000 véhicules par jour – 30.000 de plus que le maximum pour lequel il avait été conçu. Il était donc devenu primordial de construire un autre pont afin de réduire la charge de trafic.

Le nouveau pont du détroit de Tacoma, construit en 2007, a une longueur totale de 1645 m, 853 m dans la portée principale. Construit directement parallèle au pont actuel, il offre aujourd'hui trois voies de circulation vers l’est, des accotements des deux côtés et une piste cyclable/piétonne séparée. Pendant ce temps, le pont actuel a été reconfiguré pour transporter trois voies de circulation en direction ouest.

Bien que les voies centrales des deux ponts soient seulement espacées de 60 m, les deux structures ne se ressemblent pas. Les tours du pont existant sont vertes et en acier.

Les tours du nouveau pont ont un revêtement gris avec un enduit d'étanchéité pigmenté et sont construites en béton armé. En effet, avec les technologies actuelles, le béton est beaucoup plus pratique que l'acier en tant que support économique et nécessitant nettement moins d’entretien.

Après avoir terminé la conception, la première tâche majeure a consisté à construire deux des plus grands caissons jamais construit, qui forment la fondation pour les piles de 155 m de hauteur.

Chaque caisson – équivalent à un bâtiment sous-marin de 20 étages – contient 29.000 m³ de béton et pourra supporter le poids d'un deuxième tablier (route ou rail léger) dans l’avenir.

 Des propositions sur la manière de bétonner efficacement les caissons ont été présentées à la société Tacoma Narrows Constructors, une coentreprise de Bechtel et Kiewit Pacific.

 Les spécialistes des produits de Putzmeister America et Putzmeister en Allemagne ont mis au point un plan stratégique pour le projet.

Tout d'abord, le plan technique a permis le pompage du béton depuis la terre plutôt que le transport du béton sur une barge. Par conséquent, les camions de mélange prêt à l’emploi pourraient facilement décharger directement dans la trémie d'une pompe à béton depuis la rive.

Le béton voyagerait par une conduite de distribution de cinq pouces le long du pont actuel jusqu'à ce qu'il soit nécessaire de descendre de 50 m et de le transférer vers une barge de pompage.

À cet endroit, une rampe maintiendrait le système de distribution, qui se compose de deux tuyaux en acier tressé Putzmeister de cinq pouces pour résister à la marée.

Ensuite, l’utilisation de la conduite avancée ZX de Putzmeister a permis de répondre aux préoccupations environnementales concernant le déversement de béton dans l’eau. La conduite de distribution ZX et les raccords sont étanches et conçus pour des pressions extrêmement élevées.

Bill Carbeau, responsable du secteur Telebelt® et Produits spécialisés chez Putzmeister America, a déclaré : « La conduite ZX et raccords ont été conçus à l'origine par Putzmeister pour une utilisation dans les usines de traitement des eaux usées où il est essentiel d'éviter les fuites. Cette technologie a cependant été employée avec succès dans cette application et elle a prouvé être parfaitement exempte de fuites et ne poser aucun problème ».

Un troisième facteur dans le choix du plan était la conception de l’équipement de pompage. Les pompes sur remorque Putzmeister BSA 14000 HP E proposées étaient les seules machines qui offraient la combinaison à la fois de volume élevé et de haute pression nécessaire pour le pompage du béton sur le chantier. Les machines sont équipées d’un entraînement à double moteur électrique et ont été capables de débiter jusqu’à 99m3/h. Leur pression maximale est de 220 bar.

Enfin, aucun contrepoids n’était nécessaire sur les flèches de distribution, même avec les plus grands modèles sélectionnés pour leur portée étendue. L'absence de contrepoids a été un facteur important pour maintenir le centre de gravité le plus bas possible sur la barge.

Par conséquent, avec une portée horizontale de 38 m, ce sont les flèches de distribution Putzmeister MXG 38-4 qui ont été sélectionnées. Elles ont été jugées à la fois assez longues pour un coulage efficace du béton et assez hautes pour dégager les barres d'armature au-dessus de la coulée.

Construction des Caissons

Une fois que la stratégie Putzmeister a été sélectionnée, le développement des deux caissons nécessaires pouvait démarrer. Des moules en acier de 19 m de hauteur ont été construits sur le site du port de Tacoma, à proximité, au sommet d'un bord d’attaque qui est la base d'un caisson. Les bords inférieurs de cette structure sont coniques, de sorte qu'ils coupent à travers le lit marin à mesure que le caisson est abaissé en position.

Finalement, la BSA 14000 HP E a pompé le béton dans ses parois, ce qui a amorcé la formation d'un caisson. Du fait du poids, la structure a chuté de 9 m sous la surface de l'eau comme prévu. Les deux caissons ont été préparés initialement de cette manière.

En Juillet 2004, trois remorqueurs ont remorqué le premier caisson sur le site de construction à 18 km de distance. La théorie était d’attendre la marée montante pour amener le caisson depuis le port et la marée descendante pour gérer la manœuvre finale.

Mais rien n'est simple lorsque la structure remorquée pèse 15 240 tonnes. À ce point de sa phase de développement, le caisson était pour l’essentiel une boîte haute de sept étages, 40 m de long, 24 m de largeur, 24 m de haut – et en partie submergée.

Les jours suivants, la structure a été précisément manœuvrée dans sa position. Avec seulement une petite marge d'erreur autorisée, les plongeurs ont utilisé le GPS pour localiser et ainsi aider à sécuriser le caisson avec des câbles aux ancres prépositionnées ensouillées dans le fond du détroit de Tacoma. Plus tard, en août, le deuxième caisson a gagné sa destination finale et a été manipulé de la même manière.

Au cours des quelques mois qui ont suivi, les deux structures – en grande partie creuses et flottant chacune sur 15 dômes d'air en acier – ont progressivement coulé à mesure qu’une série de murs en béton armé de 3 m ont été ajoutés au sommet de chaque caisson. Deux flèches de distribution MXG 38-4 avaient en charge le coulage simultané du béton ; et chacun avait la capacité de couvrir la zone de l’autre en tant que mesure de secours – même si cela n'a pas été nécessaire car aucun problème technique n’a été rencontré. Le débit moyen était de 54 m³ par heure avec des pressions de ligne allant jusqu'à 138 bar.

Les plus grandes flèches de distribution ont nécessité des versions plus grandes des pylônes modulaires standard de l'entreprise. Bill Carbeau a noté, « Deux pylônes autoportants de 12 m ont été boulonnés à une seule barge flottante, où il était nécessaire d'inonder les chambres afin d’obtenir une élévation de zéro degré avec une bande n’excédant pas plus ou moins trois degrés . C’était pour compenser les charges imposées par les deux flèches, qui étaient montées côte à côte sur le même côté de la barge ».

Depuis la terre, le béton a été pompé par deux pompes à béton stationnaires BSA 14000 HP E, chacune utilisant une conduite de distribution ZX de 457 m pour atteindre un caisson. Pendant ce temps, les flèches de distribution coulaient une moyenne de 917 m³ de béton par jour.

La barge a ensuite été déplacée vers le caisson de l'autre côté du Puget Sound en vue de pomper la semaine suivante. Pour pomper l'autre caisson, deux pompes sur remorque BSA ont à présent été installées de l'autre côté du pont en utilisant une conduite de distribution de 670 m.

Dans l'ensemble, cette approche en bascule a permis d’édifier les caissons de 64 m de haut de manière simultanée. Une fois le travail terminé, le bord d’attaque a été scellé avec du béton et a éventuellement traversé environ 46 m d'eau et 18 m de fond marin pour atteindre des bases solides.
  
L’équipe n'a jamais rencontré de problème, même mineur, avec les pompes sur remorque à haute pression ou les flèches de distribution séparées lors de ce travail très technique.

Construction des Piles

La construction des piles a commencé en septembre 2004. Du fait du parfait déroulement du pompage des caissons, les équipements Putzmeister ont également été utilisés pour pomper les piles.

Par conséquent, avant d'être démontée, l’installation de la flèche de distribution existante a été utilisée pour couler le béton jusqu’à la hauteur maximale que pouvaient atteindre les machines – 21 m de plus au-dessus des caissons.

Les mêmes pompes à béton stationnaires Putzmeister BSA 14000 ont été installées sous les deux extrémités du nouveau pont, là aussi en utilisant un total de 1127 m de tuyau ZX pour distribuer le béton, mais cette fois dans un godet.

Le godet, à son tour, a coulé le béton dans les moules de la tour, qui pouvait seulement tenir un maximum de 18 m³/h.

Après avoir atteint les contrefiches, une pompe à béton stationnaire BSA 14000 a pompé le béton jusqu’au sommet des contrefiches de 42 m de hauteur, tandis qu'une grue à tour apportait son aide en maintenant la conduite.

Un système de coffrage à béton appelés « cages d'oiseaux » a été utilisé pour construire chaque pied des tours creuses par incréments de 5 m. Avec chaque caisson et une pile presque aussi grande que la Seattle’s Space Needle, il aura fallu un total de 12.232 m³ de béton.

Le mélange de béton pour les piles mérite d’être souligné. Il est à la fois solide et dense pour empêcher les embruns et la pluie acide de pénétrer dans l'ossature en acier des piles, et il contient des plastifiants et des cendres volantes. Les spécifications de la tour de pont demandent généralement un mélange à 483 bar, mais ce mélange est plus proche de 758 bar.

Ancrages des Câbles

Des transporteurs Telebelt placent le béton pour ancrer les câbles de suspension. « Les transporteurs à bande Putzmeister sur camion sont une solution idéale, car ils peuvent acheminer les plus grands granulats rapidement et sans risque d’obstruction », fait remarquer Carbeau. « Les deux câbles ont consommé 19.878 m³ du béton ».

Le nouveau pont du détroit de Tacoma a ouvert en 2007. Les mises à niveau du pont existant ont été terminées en 2008. Le coût global du projet est évalué à environ 849 millions de dollars.

Le projet a consommé au total plus de 194 .962 m³ de béton.
 

L’équipement Putzmeister a été utilisé pour la construction de la pile ainsi que pour les câbles d’ancrage

À Retenir Concernant le Béton 

• Le pont du Détroit de Tacoma est le cinquième plus long pont suspendu aux États-Unis.
   
• Le pont du Détroit de Tacoma original, surnommé le « Galloping Gertie », Le pont s’est effondré quatre mois seulement après son ouverture en 1940.
   
• L'ensemble du projet a coûté environ 849 millions de $ et a consommé plus de 194.962 m³ de béton.
   
• Les piles ont été construites en utilisant un mélange de béton spécial, qui est à la fois résistant et dense. Il empêche les embruns et la pluie acide de pénétrer dans l'ossature en acier des piles.

Partenaires du Projet

Entrepreneur général : Tacoma Narrows Constructors – une coentreprise de Bechtel et Kiewit Pacific
Fournisseur de béton : Glacier Sand and Gravel – Tacoma, WA
Distributeur agréé : Northwest Concrete Pumps and Systems, Inc. – Seattle, WA
Sous-traitant chargé du pompage : Ralph’s Concrete Pumping – Seattle, WA
Équipement de coulage de béton pour caissons et piles : 2 flèches de distribution stationnaires Putzmeister MXG 38-4 ; 2 pylônes autoportants de 40 ft PM ; et 3 pompes à béton stationnaires BSA 14000 HP E
Équipement de coulage de béton pour les ancrages : Transporteurs Telebelt TB 105 et TB 130 
Équipement de coulage de béton pour les murs de retenue et les passages supérieurs du pont : Pompes à flèche à béton Putzmeister – différentes tailles