Voie de Contournement du Barrage Hoover, États-Unis

Au début des années 2000, le trafic sur l'autoroute US 93, qui traverse le barrage Hoover pour passer au-dessus du fleuve Colorado, était devenu non seulement une menace, mais aussi un sérieux fardeau économique. 

La route est le principal corridor commercial entre l'Arizona, le Nevada et l'Utah, ainsi que sur la route de l’Accord de libre-échange nord-américain (ALENA) entre le Mexique et le Canada. L'important trafic combiné avec les virages serrés de la route créait également une situation potentiellement dangereuse pour les visiteurs et les installations du barrage Hoover.

La voie de contournement du barrage Hoover, un projet de construction de 240 millions de $ et cinq ans, a été lancée en 2005 pour réduire le trafic et fournir un franchissement alternatif de la rivière près du barrage. Elle comprenait 6 km de route, huit ponts, des passages pour la faune, un pont de 579 m de long pont au-dessus du fleuve Colorado, ainsi que des améliorations pour les piétons et les visiteurs.

Le Défi 

Construire le pont techniquement le plus difficile en Amérique du Nord.

Le pont Mike O’ Callaghan-Pat Tillman Memorial Bridge terminé s’étend parallèlement au barrage Hoover sur le fleuve Colorado entre l'Arizona et le Nevada

La Solution 

La voie de contournement du barrage Hoover, un projet de construction de cinq ans achevé en octobre 2010, offre à présent un franchissement alternatif de la rivière près du barrage. Elle comprend 6 km de route, huit ponts, des passages pour la faune, un pont de 579 m de long pont au-dessus du fleuve Colorado, ainsi que des améliorations pour les piétons et les visiteurs.

Six Phases de Construction

Du fait de l’ampleur du projet, il a été divisé en six phases. L’équipement Putzmeister est arrivé sur site au cours des premières étapes de la phase de la voie d’accès de l'Arizona, laquelle  comprenait la construction d'une route qui s’étendait vers l'est, alors que la phase de la voie d’accès du Nevada était dirigée vers l'ouest. La jonction s’est effectuée au milieu au nouveau pont du fleuve Colorado, qui enjambe le Black Canyon à environ 457 m au sud du barrage Hoover.
  
La construction de la voie d’accès de l’Arizona de 21,5 millions de $ a commencé au début de 2003. Cette phase comprend une route à quatre voies de 12,9 km qui mène de la route Arizona US 93 au nouveau pont au-dessus du fleuve Colorado.

Des montagnes ont été littéralement déplacées pour faire place à la chaussée et au pont ; le terrain laissé était toutefois très raide et rocheux. Il arrivait fréquemment qu’une piste construite un jour pour un accès spécial soit déplacée le lendemain. De toute évidence, ces conditions étaient tout sauf idéales pour la traversée et l’installation de l'équipement de coulage de béton.

Les pompes à béton à flèche Putzmeister utilisées sur le chantier n'ont toutefois jamais faibli face au terrain hostile et ont travaillé sur site quatre jours par semaine sur une période de 14 mois. Les pompes, d’une porte de 32 à 58 mètres, ont été fournies par Quinn Concrete Pumping, Inc. (Quinn) de Las Vegas, Nevada – le sous-traitant exclusif chargé du pompage du béton pour la voie d’accès de l'Arizona.

Deux tiers du béton coulé ont été consacrés à la structure de grille, qui comprenait des canaux de dérivation souterrains pour le drainage de l'eau. L’ouvrage en béton le plus visible pouvait cependant être vu sur le pont du mont Sugarloaf, un long pont de 274 m de long qui enjambe un canyon sur le côté est du mont Sugarloaf. Le pont a nécessité huit jeux de colonnes, larges à la base et effilées vers le haut. Construit à la manière d'un jeu de marelle, le coffrage spécialement biseautée sautait de l’une à l'autre.
  

Coulage Sensible du Tablier du Pont

Bien que tous les coulages de béton étaient importants, la dernière coulée du tablier de pont était de loin la plus sensible. Pour l'observateur occasionnel, rien ne semblait inhabituel. Pour les équipes de construction expérimentées, un grand soin a été apporté afin de garantir que l’équipement de coulage du béton ne transperce pas le nouveau pont situé 43 m au-dessus du sol. « Le béton sur le pont était frais », fait remarquer Steve Heimark, directeur des opérations chez Quinn. « Par conséquent, au lieu de remonter jusqu’au bord de la dernière coulée du tablier et d’utiliser une pompe à flèche plus petite pour terminer la dernière section de 18,3 m x 30,5 m, nous avons estimé que nous devions exclure tout danger de l’équation ».

« Par conséquent, nous avons alerté les ingénieurs de l'entrepreneur général pour aider à calculer l'intégrité structurelle de l'une des colonnes du pont » poursuit Heimark. « Si elle est structurellement apte, elle constituerait une alternative plus sûre pour placer l’équipement de coulage de béton à son sommet ».

La colonne a été jugée capable de résister à la pression exercée lors du pompage du béton conjointement avec le poids combiné de 118 000 kg de deux camions de mélange prêt à l’emploi et d’une pompe à flèche 52Z-Meter. Avec le point d’installation révisé au sommet de la colonne du pont, la grande 52Z-Meter était à présent nécessaire pour plus de portée.

Bien que la nouvelle d’installation impliquait une pompe à flèche plus grande taille, deux camions de mélange prêt à l’emploi pouvaient à présent décharger simultanément dans la trémie de la pompe. Cela contrastait avec l’accueil d’un seul malaxeur à la fois du plan initial.

Étant particulièrement soucieux de la sécurité, Quinn a également placé des plaques de tranchée en acier de 1,5 mx 2,4 m)sous les stabilisateurs avant de la pompe à flèche pour une assurance supplémentaire en répartissant la charge sur une surface plus grande.

Quinn Isley, le propriétaire de Quinn Concrete Pumping, déclare : « Même le meilleur des mélanges de Vegas est le pire mélange presque partout ailleurs dans le pays, et les spécifications de mélange pour ce projet ne faisaient pas exception. Une combinaison brutale de granulats grossiers et de sable grossier s’est avérée impossible à pomper pour les pompes de la concurrence initialement envoyées sur le chantier.

Toutefois, lorsque notre pompe Putzmeister avec son tube en S à grande bouche est arrivée, elle a englouti le mélange dur sans problème ».

Positionnée à quelques pouces du bord d'une falaise montagneuse près du barrage Hoover, une pompe à flèche Putzmeister de 58 mètres a complètement déployé sa flèche de 57 m de long pour pomper du béton dans la trémie d'une autre pompe à flèche située dans une gorge au-dessous .

Paradoxalement, la machine qui se trouvait au-dessous – une Putzmeister de 42 mètres – a également été installée sur le bord d'une autre falaise, surplombant une rivière 274 m plus bas. Sa flèche a elle aussi déployée à sa portée maximale de 42 m pour pomper le béton jusqu'à sa destination finale.

Ensemble, ces « pompes au bord » ont été considérées comme la seule façon de couler efficacement le béton pour la construction d'une grande pile de pont. Et pas n’importe quelle pile. C’est celle qui constituera la fondation des colonnes verticales nécessaires pour soutenir l’arche spéciale du nouveau pont du fleuve Colorado, un lien vital du projet de voie de contournement du barrage Hoover.

Quinn a une nouvelle fois été sélectionné en tant que sous-traitant de pompage de béton pour la phase du pont du fleuve Colorado. Quinn, qui offre des services de pompage depuis 1998, a fourni les équipements Putzmeister et les opérateurs de pompe. De plus, ils ont fourni l'expertise et la créativité nécessaires pour orchestrer cet exploit difficile de coulage de béton, ainsi que beaucoup d'autres qui suivront.
 

La Pompe a Flèche a Béton Gagne du Terrain

Avant de pouvoir commencer le coulage de « pompe à pompe », une route temporaire a été spécialement construite pour la 42 afin qu’elle puisse descendre la pente raide et rocheuse.

Une plate-forme de 10,7 m x 15,2 m a en outre été spécialement nivelée à plat afin de garantir une base structurellement solide pour l’installation de la machine. Steve Heimark de Quinn remarque : « À l'origine, nous avons envisagé une 36 mètres pour son poids plus léger. Mais nous avons finalement opté pour une 42 mètres en raison de sa plus grande portée ». « Ce fut éprouvant pour les nerfs », ajoute Heimark, « lorsque cette grande pompe à flèche a dû descendre une pente de près de 45 degrés tout en étant attachée au câble d'une excavatrice sur chenilles.

« Nous comptions en permanence sur la résistance du câble pour ne pas laisser échapper la pompe, ce qui l’aurait envoyé en chute libre par-dessus le rebord et près de 400 mètres plus bas avant de se briser dans les eaux au fond. Heureusement, la machine est restée sur sa trajectoire. »

L'équipe a travaillé la nuit pour profiter des températures plus basses en été et éviter le trafic routier. Mais en raison de la nature de la coulée elle-même, il a tout de même fallu près de sept heures pour couler 290 m³ de béton.
 

Le Tube en S A Grande Bouche Engloutit le Mélange Dur 

Casino Ready Mix, Inc. a fourni le mélange Vegas dur à partir d'une centrale à béton installée à proximité du projet. Comme les camions de mélange prêt à l’emploi ne pouvaient pas descendre la pente extrême, ils ont déchargé dans la trémie de la pompe M58 située au-dessus du bord supérieur, qui, à son tour, l’a pompé jusqu’à la trémie de l'autre pompe à flèche située au-dessous.

Heimark déclare : « Sur d’autres chantiers en rapport avec le projet du barrage Hoover, l'entrepreneur général avait observé notre vanne S à grande bouche traiter des mélanges extrêmement durs que les autres ne pouvaient tout simplement pas pomper. Par conséquent, les performances de notre équipement ont été un facteur déterminant de notre sélection ».

Bien que le coulage sur la structure du pont constituait un défi, ce n’était pas le plus difficile ni le plus spécifique. Le propriétaire Quinn déclare : « Nous aurions à gérer quelques-uns des techniques de coulage de béton les plus inhabituelles et les plus innovantes jamais imaginées au cours des différentes étapes de ce projet de grande envergure ».

La construction du pont du fleuve Colorado de 114 millions de $, au cœur du projet de voie de contournement du barrage Hoover, compte un pont à arches de 579 m de long pendentif d’arc ouvert, dresse son arche à 274 m au-dessus du fleuve Colorado. La portée de 323 m des arches en béton jumelles est la plus longue en Amérique du Nord, la quatrième au monde, et atteindre environ 274 m de haut à son sommet.

L’entrepreneur général pour cette portion du projet, Obayashi/ PSM JV, n’avait pas la tâche facile. Le projet comprenait la préfabrication et l’édification des colonnes de la jambe jusqu'à 91 m de hauteur ; la construction des portées des arches en béton, dont les segments sont coulés sur place ; et l'installation des doubles haubans temporaires qui ont une portée de 762 m et une hauteur de 101 m pour soutenir les arches pendant la construction.

Une Approche Systémique Complète

« Nous avons tout de suite appelé Putzmeister pour discuter de ce projet compliqué et des solutions de coulage de béton qui seraient possibles », déclare Wes Pollnow, directeur de la construction de Obayashi/PSM JV. « Nous nous sommes sentis plus confiants à préparer ce projet en utilisant l'approche systémique complète de Putzmeister ».

Des informations détaillées étaient nécessaires pour effectuer des calculs précis qui permettraient d’accomplir le travail avec une sécurité et une efficacité maximales. Pollnow remarque : « Le système de coulage choisi pour optimiser le coulage du béton pour l'arche comprenant les flèches de distribution MX 32/36Z et MX 36/38Z ainsi que les pompes sur remorque BSA 2107 HP-E et BSA 2109 H-E ».
 

Surmonter les Extrêmes

Jeff St. John, chef de projet chez Obayashi/PSM JV, précise que Putzmeister a également aidé leur équipe à déterminer où et comment monter stratégiquement les flèches de distribution et positionner les pompes sur remorque pour toutes les portions de ce projet complexe.

« Pour la construction des arches jumelles, nous avons placé une pompe sur remorque près de la base des arches du Nevada et une autre sur le dessus du pied d'arche en Arizona », commente St. John. « Une flèche de distribution a également été placée des deux côtés, Nevada et Arizona, des arches jumelles. »

Les flèches de distribution séparées et leurs socles ont été transportés par l'intermédiaire d'une grue jusqu’à chacune des arches jumelles pour un montage sur leurs plates-formes spécialement conçues.

Une fois que les flèches de distribution et les pompes sur remorque étaient en position, elles étaient prêtes à entrer en action pour surmonter la chaleur encore problématique et couler le mélange de béton Nevada dur jusqu'à 85 m de haut et sur une portée de 162 m.
  
« Tous les mélanges de béton utilisés pour les arches étaient des mélanges de béton avancés qui utilisaient des granulats durs », indique St. John. « L'azote liquide a été largement utilisé pour le pré-refroidissement du béton afin de réduire la température atteinte par le béton au cours du durcissement. »

Pour les arches, un mélange de béton à haute résistance de 10.000 psi a été utilisé, et pour les colonnes et les chevêtres, un mélange à haute résistance de 6000 psi.

« Même avec la combinaison de la chaleur et du mélange dur, les pompes sur remorque ont été capables de maintenir facilement un débit de béton continu, à un rythme rapide, jusqu'aux flèches de distribution, de sorte qu'il ne risque pas de boucher le système de tuyauterie dans les conditions extrêmes », relève Pollnow. « De plus, les tubes en S sur les pompes n'ont eu aucun problème à engloutir les mélanges de béton difficiles. »

Les pompes sur remorque sont en mesure de produire un débit homogène, plus contrôlable du béton grâce à la technologie hydraulique à écoulement libre de chaque pompe. Les deux pompes disposent d’une régulation de volume entièrement réglable pour permettre le pompage très lent tout en conservant la pleine pression du béton.

Les débits des pompes étaient de l’ordre de 12 m³/h en raison des conditions environnementales exceptionnelles du site. Comme précédemment, la plus grande partie du béton a été coulée de nuit pour éviter la chaleur intense et éviter le trafic.
  
Pollnow ajoute : « Les pompes Putzmeister ont réellement apporté cette puissance supplémentaire dont nous avions besoin pour pousser le béton vers le haut et jusqu’à sa destination finale ; et en fait, les deux pompes sur remorque ont la capacité de pomper du béton jusqu'à 244 m de haut.

« De même, les capacités des flèches de distribution ont énormément aidé à atteindre le point de coulage précis du béton pour chaque segment des arches jumelles. Là aussi, du fait de l’installation non conventionnelle, nous avions réellement besoin de flèches fiables, et elles ne nous ont pas déçu. »

Les visiteurs du barrage Hoover ont assisté un spectacle inhabituel en avril 2010 quand une pompe à béton à flèche montée sur semi-remorque Putzmeister 52Z-Meter a survolé le fleuve Colorado au cours de la phase finale du projet historique du pont du fleuve Colorado.

La pompe à flèche, appartenant à Quinn, a été soigneusement placée au sommet du pont du fleuve Colorado partiellement construit en utilisant un système de téléphérique développé spécifiquement pour le projet de pont. La pompe à flèche a été utilisée pour couler le béton sur le tablier du pont enjambant près de 610 m et reliant les voies d’accès de l’Arizona et du Nevada au-dessus du Black Canyon. 

Chaque phase de construction a présenté des défis uniques – et la dernière étape n’a pas été différente.

En avril 2010, la majeure partie du pont était terminée : les éléments préfabriqués des colonnes de fondation avaient été posés, les arches jumelles en béton réunies, les poutres en acier étaient érigées et le tablier du pont extérieur ainsi que les barrières étaient déjà coulés. Il était temps de commencer à travailler sur les 11 coulages de tablier séparés ; chaque coulage aurait 26 m de large et environ 36 m de long. Ce ne serait pas une tâche facile, mais l'équipement Putzmeister était prêt à relever le défi.

Une Approche Systémique Complète

Depuis le début de 2005, l'entrepreneur général avait utilisé l'approche systémique complète de Putzmeister pour une assistance dans la sélection et le positionnement de l'équipement. Pour le prochain défi, il pourrait de nouveau compter sur l'expertise du fabricant.

Alan Woods, technicien terrain chez Putzmeister, dit : « L'entrepreneur général a travaillé en parfaite coopération avec nous et le sous-traitant chargé du pompage : afin de déterminer les calculs exacts, les équilibres, les points de prélèvement et les contrepoids appropriés pour faire en sorte que tout se passe en douceur et en toute sécurité. »
   
En raison de la grande surface couverte par le coulage de chaque tablier de pont, qui devait être coulé symétriquement des deux côtés, la décision a été prise d'utiliser la pompe à flèche 52Z-Meter montée sur semi-remorque de Quinn.

Avec l’impressionnante portée verticale de 52 m et horizontale de 48 m de la 52Z-Meter, la gestion des coulées du tablier de 37 m ne poserait aucun problème. Les défis se trouvaient plutôt ailleurs : faire voler la pompe à flèche jusque sur le tablier, pomper dans des endroits exigus, équilibrer les coulées du tablier sur le pont, et pomper du béton jusqu’à la 52Z.

Le transport de la pompe à flèche jusqu'au tablier a été géré avec une précision via le système de téléphérique qui avait été utilisé avec succès tout au long du projet pour livrer le matériel et l'équipement. Mais avant de pouvoir faire voler la pompe à flèche jusqu’au tablier, l'équipe a dû examiner les exigences en matière d'espace sur le pont.

Putzmeister a adopté une approche très novatrice pour résoudre ce problème. Pour économiser du poids en vol et réduire l'encombrement de la machine, la pompe de la flèche a été détachée du tracteur. La conception polyvalente de la pompe à flèche sur semi-remorque, avec un moteur diesel séparé, lui a permis d’être détachée facilement, de voler jusqu’au tablier du pont, puis d’être fixée à un contre-poids en béton spécialement conçu qui simulait le poids du tracteur et occupait moins de place.

« La 52Z a été essentiellement utilisée comme une flèche de distribution », dit Woods.

 Du fait que l'arche du pont doit être chargée de manière symétrique, la pompe à flèche et le contrepoids ont été installés au milieu du pont. Ensuite, pour garantir que tout resterait équilibré, une section du tablier a été coulée d’un côté de la pompe à flèche, puis une autre section du tablier de l'autre côté de la pompe à flèche. La flèche a ensuite été levée et tournée pour continuer la coulée de cette manière, en effectuant un va-et-vient pendant toute la coulée du tablier.

 Les coulées du tablier ont été effectuées avec un mélange dur de 4500 psi avec fibres pour aider à contrôler la fissuration sur le pont. Comme il s’agissait d’un mélange sec aussi difficile, l’utilisation d'une pompe sur remorque adaptée était cruciale.

 Un autre défi résidait dans la hauteur sur laquelle le béton devait être pompé. L'équipe a décidé d'utiliser la BSA 14000 de Quinn pour pomper sur la hauteur des 213 m  de conduite. Avec les pressions et les débits les plus élevés disponibles, la pompe sur remorque à hautes performances a facilement maintenu un débit continu du mélange dur et a facilité le pompage de béton sur longue distance.

« Nous avons tout d’abord pompé vers le haut dans la conduite et dans la trémie de la Putzmeister 52Z-Meter, qui a ensuite réalisé le pompage sur le reste du chemin », explique Pollnow. « La pompe sur remorque a réellement apporté la puissance dont nous avions besoin pour pousser le béton vers le haut et jusqu’à sa destination finale. Elle débitait une moyenne de 54 m³/h et a même atteint 76 m³/h à un endroit. La pompe sur remorque a produit un débit homogène, contrôlable du béton grâce à sa technologie hydraulique à écoulement libre.

« Tout au long du travail très technique, l'équipe n'a jamais rencontré de problème, même mineur, avec les pompes sur remorque à haute pression ou les flèches de distribution séparées ; et au-delà des performances fiables de l'équipement, tout le mérite en revient également à Quinn. « Quinn était sur place dès le début du projet de coulage de béton dans des situations difficiles », note St. John. « C’est une excellente équipe avec qui travailler, très fiable ».
 

Un Travail Bien Fait

L’achèvement du projet de voie de contournement du barrage Hoover, un exploit de génie civil réellement impressionnant, a mis en évidence l'expertise du personnel dans la conception d’un plan de coulage de béton très inhabituel mais efficace ; ainsi que la polyvalence et la fiabilité de l'équipement pour accomplir de nombreuses tâches de coulage en béton jamais tentées auparavant. Une cérémonie de célébration et de consécration a salué le succès du projet, et le trafic a commencé à utiliser la voie de contournement le 19 octobre 2010.

Les pompes Putzmeister ont été utilisées pour couler le béton pour la construction de la pile de pont qui a servi de base aux colonnes verticales

Le pont du fleuve Colorado fait partie du projet de voie de contournement du barrage Hoover. Le pont de 610 m de long est en cours de construction pour alléger le trafic sur la route nationale U.S. 93, qui traverse actuellement le barrage Hoover pour passer au-dessus du fleuve Colorado.

Lorsque les équipes ont commencé la phase finale du projet historique du pont du fleuve Colorado, une pompe à béton à flèche automotrice Putzmeister 52Z-Meter survole le fleuve Colorado à 274 m de hauteur pour le coulage du béton du tablier de circulation.

La majorité des opérations de coulage du béton ont eu lieu la nuit afin d'éviter le pompage dans la chaleur et avec une forte circulation

Avec l’impressionnante portée verticale de 52 m et horizontale de 48 m de la 52Z-Meter, la gestion des coulées du tablier de 37 m n’a posé aucun problème.

À Retenir Concernant le Béton :

• La voie de contournement du barrage Hoover a été ouverte à la circulation le 19 octobre 2010.
   
• Le pont du fleuve Colorado de 114 millions de $ est à présent nommé officiellement le pont Mike O'Callaghan - Pat Tillman Memorial Bridge.
   
• Les portées de 323 m des arches en béton jumelles du pont du fleuve Colorado sont les plus longues en Amérique du Nord et les quatrièmes dans le monde.
   
• Une pompe à béton à flèche montée sur semi-remorque Putzmeister 52Z-Meter a survolé le fleuve Colorado au cours de la phase finale du projet historique du pont du fleuve Colorado.

Partenaires Du 

Propriétaire/Développeur : 
Federal Highway Administration – Washington, D.C. ; Arizona, Department of Transportation – Phoenix, Arizona ; Nevada, Department of Transportation – Carson City, Nevada ; U.S., Bureau of Reclamation ; National Park Service ; Western Area, Power Administration – Lakewood, Colorado

Équipe de conception :
T.Y. Lin International – San Francisco, Californie ; HD, Engineering – Las Vegas, Nevada dont le siège social est à Omaha, Nebraska ; Sverdrup Civil, Inc.

Colorado River Bridge – Entrepreneur général, fournisseur de pompe à béton, fournisseur de mélange prêt à l’emploi : 
Obayashi/ PSM JV, une coentreprise d’Obayashi Corporation et de PSM Construction USA, Inc. – Boulder City, Nevada

Voie d’accès de l’Arizona – Entrepreneur général : 
Coentreprise de R.E. Monks Construction et Vastco Inc.--Fountain Hills, Arizona

Fournisseurs de mélange prêt à l’emploi jusqu’en 2007 : 
Casino Ready Mix, Inc. – Las Vegas, Nevada, Silver State Materials (fait à présent partie de CalPortland Company) – Las Vegas, Nevada

Sous-traitant chargé du pompage du béton : 
Quinn Concrete Pumping, Inc. – Las Vegas, Nevada