Conception & Construction

Conceptions innovantes et techniques de construction relevant du domaine de l'offshore ont étés mises en œuvre pour construire ce pont à haubans à travées multiples. Il est à noter, entre autres, que la solution de fondations superficielles sur un sol renforcé, le tablier continu et entièrement suspendu sur toute la longueur du pont (2.252 m), le système d’amortissement sismique, les haubans équipés de dispositifs parasismiques spéciaux, les joints de dilatation qui peuvent absorber des déplacements vers dans toutes les directions par rapport à l’axe du pont.

Le leader de la conception et la construction était la société française Vinci en collaboration avec les plus grandes sociétés de construction grecques (Aktor , J&P et Athéna).

 

Cade de construction

Cade de constructionLe contexte dans lequel le pont a été construit présente plusieurs défis naturels qui font de cet ouvrage un projet suffisamment complexe, comme par exemple la largeur du  détroit qui s’élève à 2 500 m environ, les eaux profondes (jusqu'à 65 m) en association avec les sols meubles alluviales, la possibilité de forte activité sismique, les mouvements tectoniques et les vents particulièrement forts.

Les sols

Le profil morphologique du fond marin présente des pentes abruptes vers les deux côtes et un long plateau à environ 60 mètres sous le niveau de la mer. Aucun socle rocheux n’a été détecte lors d’une campagne de sondages effectuée jusqu’à 100 mètres au-dessous du fond marin. Selon les études géologiques, l'épaisseur des dépôts composés de couches épaisses d’argiles sans cohésion suffisante mêlé parfois à du limon ou du sable fin est supérieure à 500 mètres.

 

Les tremblements de terre et mouvements tectoniquesLes tremblements de terre et mouvements tectoniques

Le golfe de Corinthe et en particulier la côte Nord du Péloponnèse présentent un grand nombre de failles actives, comme celles de Xilokastro, Aegion, Eliki, Psathopirgos, Patras, etc., indiquées sur la carte.

Ces failles génèrent la majorité des tremblements de terre qui se produisent dans la région et sont le résultat des mouvements tectoniques entre la Grèce Centrale et le Péloponnèse, qui atteignent plusieurs millimètres par an.

L'analyse d'évaluation du risque sismique a démontré que des tremblements de terre en champ proche d'une magnitude jusqu'à 6,5 de l'échelle de Richter sont possibles. Sur la carte, les cercles et les carrés représentent les séismes historiques et instrumentés de magnitude supérieure à 5,5R.

Vents

En raison de la morphologie des montagnes environnantes, le détroit de Rion-Antirion est connu pour les vents fréquents et forts. La vitesse de référence du vent a été estimée à 30 m / sec (moyenne horaire, à la hauteur de 10 mètres, période de retour de 120 ans), à partir d'une grande base de données de mesures du vent.

 

Charges nominales

Les charges sismiques nominales sont définies sous forme de spectre de réponse au niveau du fond marin. L'accélération maximale du sol est égale à 0,48 g et l'accélération spectrale maximale est égale à 1,2 g pour des périodes entre 0,2 s et 1,0 s. Ce spectre est supposé correspondre à un tremblement de terre d’une période de retour de 2.000 ans, ou à 5% de probabilité de dépassement de la vie utile de 120 ans. Dans le schéma suivant le spectre pour la conception du pont est comparé à celui requis par le code de construction parasismique grec (EAK 2000).

Charges nominales

En tenant compte des mouvements tectoniques dans la région et les 120 ans de vie utile du pont, les normes contractuelles demandent que le pont puisse absorber des mouvements possibles de failles jusqu'à 2 m dans toutes les directions, horizontalement et/ou verticalement entre deux piles contiguës, combiné avec une inclinaison verticale des pylônes de 1/500.

La vitesse de référence du vent (moyenne horaire, à la hauteur de 10 mètres, période de retour de 120 ans) prise en considération était de 32 m/sec. Au niveau du tablier (57 mètres au-dessus du niveau de la mer), la vitesse de référence du vent (moyenne 10') est de 50 m/sec.

Les ponts flexibles, cependant, comme les ponts haubanés (par exemple le Rion-Antirion) et ponts suspendus sont enclins à des instabilités aérodynamiques. Les normes actuelles exigent que la stabilité aérodynamique de ponts flexibles à travée de plus de 200 mètres soit confirmée par des tests aérodynamiques. Pour le pont de Rion-Antirion, les normes demandaient que la vitesse critique du vent pour l’instabilité de flottement (flutter) doive être supérieure à 74 m/sec, et que la formation de tourbillons devrait rester limitée.

En outre, le pont doit être capable de résister à la collision d'un pétrolier de 180.000 tonnes naviguant à 16 nœuds. Cela correspond à une charge statique horizontale de 28.000 tonnes appliquée à une hauteur de 67 m de l’embase des piles (3 mètres au-dessus du niveau de la mer).

 

Conception

Dès le début il a été clair que la charge critique pour la plus grande partie de la structure est la combinaison de l’action sismique accidentelle. La combinaison critique d’action sismique accidentelle se compose du le tremblement de terre de référence pour la conception et du 50% des mouvements tectoniques.

Le choix a été fait après avoir examiné un large éventail de solutions possibles concernant aussi bien le type de pont suspendu (haubans contre pont suspendu) que le système de fondation.

En ce qui concerne les fondations, la capacité portante et les méthodes de constructions correspondantes étaient une préoccupation majeure dans ces conditions environnementales difficiles caractérisées par des conditions de sols de fondation meubles, des accélérations sismiques importantes et une grande profondeur d'eau. Des systèmes de fondation alternatifs ont été étudiés (comme les fondations sur pieux, les caissons noyés et la substitution des sols) ainsi que leurs avantages en ce qui concerne la rationalisation des coûts de construction, la faisabilité et la solidité technique. Cette analyse a démontré qu’une fondation superficielle était la solution la plus satisfaisante tant qu'il était possible de renforcer considérablement les 20 premiers mètres du fond marin. Pour y parvenir, des inclusions métalliques ont été utilisées. Bien que ces fondations ressemblent aux fondations sur pieux, ils ne se comportent pas du tout de la même façon: aucune liaison n’existe entre les inclusions et le caisson et celui-ci peut donc se soulever partiellement et même glisser lors d’un évènement sismique.

Une autre caractéristique unique de ce projet est son tablier haubané continu qui, en plus d'être le plus long du monde, est entièrement suspendu. Cela crée un système d'isolement efficace pour réduire de façon significative les forces sismiques appliqués sur le tablier et en même temps offrant la flexibilité nécessaire pour absorber les mouvements tectoniques possibles entre deux piles contigües. Dans le sens transversal, le tablier se comporte comme une balancelle et ses mouvements latéraux doivent être limités. Ce résultat est obtenu grâce à l'utilisation d'amortisseurs hydrauliques installés sur les pylônes (4) et les appuis (2) qui contrôlent les déplacements latéraux du tablier et des pylônes en absorbant la grande quantité d'énergie lors d'un événement sismique. Cependant, le tablier doit être maintenu en place sous les vents extrêmes pour éviter toute déformation inutile du système de dissipation. Pour cette raison, il est fixé à chaque pylône à l’aide d’un bras métallique horizontal (le bracon fusible) qui se rompt en cas de séisme violent, permettant alors aux amortisseurs d’entrer en action.

Le joint de dilatation a été conçu pour absorber des grands mouvements sans causer des dégâts (état limite de service (ELS)) et dégâts limités / contrôlées en cas du séisme de référence de la conception.

 

La description du Pont

La description du PontLe pont de Rion-Antirion, c’est:

  • le pont principal, à savoir un pont à haubans et à plusieurs travées, de 2 252 mètres de long ; longueur des travées : 286m-560m-560m-560m-286m
  • deux viaducs d’accès d’une portée de 392 mètres côté Rion (tablier mixte) et d’une portée de 239 mètres côté Antirion (poutres en appui simple précontraintes)

base de pylôneLa couche supérieure du sol marin sous les fondations est renforcée par des inclusions, qui sont des tubes d’acier creux de 2 mètres de diamètre et de 25 à 30 mètres de longueur, battus régulièrement à un intervalle de 7 mètres. Environ 110-200 tubes sont ainsi mis en place sous chaque pile. Une couche de gravier bien nivelée, d’une épaisseur de 3 mètres, les couvre. Les fondations (divisés en 32 compartiments) sont en bêton armé de 90 mètres de diamètre (appelées embases) reposant sur la couche de gravier.

Un cône dont le diamètre varie de 38 à 26 mètres forme la partie inférieure de la pile. Sur la partie supérieure de la pile il y a une structure octogonale (fût de pile) et une pyramide inversée d’une hauteur d’environ 15 mètres (chapiteau). Chaque pylône se compose d’une base carrée de 38 mètres de côté et de quatre jambes inclinées en béton armé d’une section de 4 mètres par 4, qui prennent naissance aux 4 coins du chapiteau et convergent dans la tête de pylône pour assurer la rigidité nécessaire et la résistance aux charges asymétriques et forces sismiques.

 

The stay cablesLes haubans sont disposés de façon inclinée, avec un ancrage inferieur sur les côtés du tablier et un ancrage supérieur sur la tête de pylône. Ils consistent en 43 à 73 torons parallèles galvanisés protégés d’une couche de poly-éthylène à haute densité (PEHD). Enfin, les torons sont enfilés dans une gaine en PEHD. Le système des haubans a été fourni par Freyssinet (Groupe VINCI) et est équipé de pièces spéciales pour adapter son comportement lors d’un évènement sismique fort. Il comprend des appareils qui enclenchent les cales si le hauban se relâche et des déviateurs en tube pour contrôler la courbure du câble lors des oscillations sismiques.

 

Le tablier a une largeur de 27,2 mètres et comporte

 

Le tablier a une largeur de 27,2 mètres et comporte, dans chaque direction, deux voies de circulation plus une bande d’arrêt d’urgence et un trottoir. C’est une structure mixte avec un cadre en acier comprenant deux poutres longitudinales de 2,2 mètres de haut de chaque côté et des poutres transversales espacées tous les 4 mètres. La dalle supérieure est en bêton armé. De nombreux tests ont été effectués dans la soufflerie du centre CSTB – Nantes afin de définir la géométrie idéale de la section du tablier et d’assurer que les exigences aérodynamiques sont remplies.  

 

La superstructure du tablierLa superstructure du tablier est continue et entièrement suspendue par des haubans sur sa longueur totale. Un unique, par sa taille, système de dissipation de l’énergie relie le tablier à la tête de chaque pylône et limite le mouvement transversal du tablier lors du séisme de référence, en absorbant ainsi l’énergie sismique. Le système parasismique se compose des butons-fusibles de mouvement transversal (d’une capacité de 10,5 MN et de 3,5 MN aux piles et les appuis respectivement) et amortisseurs visqueux (d’une capacité de 3,5 MN chacun) qui fonctionnent en parallèle et relient transversalement le tablier aux piles. Les butons-fusibles sont conçus comme des liens fixes qui protègent les éléments hydrauliques en absorbant les charges du vent. En cas de séisme, les butons de mouvement transversal se plastifient et les amortisseurs visqueux se libèrent pour absorber l’énergie libérée par le séisme. Les amortisseurs hydrauliques manufacturés par FIP-Industriale S.p.A peuvent s’accommoder des mouvements de -1650mm/+1850mm pour les pylônes et de -2600mm/+2600mm pour les appuis. Suite à un évènement sismique, la stabilisation du tablier peut être obtenue dans peu de temps en remplaçant les pièces des butons-fusibles.

Dans l’axe longitudinal, le tablier est libre à effectuer tous les mouvements thermiques et tectoniques nécessaires.Dans l’axe longitudinal, le tablier est libre à effectuer tous les mouvements thermiques et tectoniques nécessaires. C’est pour cette raison que les appuis sont des châssis métalliques pivotants (aux extrémités articulées) qui absorbent les grands mouvements du tablier de 2 252 mètres de long. Entre le pont principal et les viaducs d’accès, les joints de contraction-dilatation fournis par Maurer Söhne, peuvent absorber un mouvement longitudinal de 1,22 m (ouverture) et de 1,26 m (fermeture) en service et sont conçus pour un mouvement longitudinal maximal de 2,20 m (ouverture) et de 2,81 m (fermeture) et de +/- 2,50 m transversal en cas du séisme de référence.

En ce qui concerne les matériaux de construction, la plupart des éléments de pont sont des structures en béton armé. Les classes de béton varient principalement entre C45/55 et C60/75 et le grade d'acier pour les barres d'armature était de S500s. Pour les structures en béton précontraint (sur l’embase et la tête du pylône), la résistance à la rupture typique était de fpk = 1860MPa. La nef du tablier principal, le caisson de la tête de pylône et le châssis pivotant (aux appuis) sont faits d'acier S460 et/ou S355. Enfin, les torons  des haubans présentent une résistance à la rupture par traction garantie de FGUTS = 1770MPa.

 

Techniques de construction

Les techniques de construction et l’enchainement des travaux de construction pour les fondations sont celles souvent utilisées pour la construction de plates-formes offshore en béton :

  • construction des embases de fondation dans une cale sèche jusqu'à une hauteur de 15 m pour fournir la flottabilité suffisante,
  • remorquage et amarrage de ces embases dans une cale humide de profondeur suffisante,
  • construction de la partie conique des fondations dans la cale humide à flot maintenue en place par des chaînes, facilement accessible de la terre par des ponts flottants,
  • construction des fondations au fond marin en utilisant de l’équipement marin spécialisé,
  • remorquage et immersion des fondations à leur position finale.

Cependant, certaines caractéristiques de cet ouvrage ont fait que le processus de construction des fondations soit unique.

Techniques de constructionLa cale sèche de 200 m de long sur 100 m de large et 14 m de profondeur a été installée près du chantier, destinée à accueillir la construction simultanée des deux embases. Elle présente un système de fermeture original : la première embase se construisait derrière une enceinte, mais une fois remorquée en dehors de la cale, la deuxième embase dont la construction avait déjà commencé, flottait en avant et assurait la fermeture de la cale.

Le dragage, le battage des inclusions et la mise en place du lit de gravier sur le fond marin à 65 m était l’opération marine la plus délicate nécessitant des  procédures et du matériel spécifiques. La barge utilisée était  spécialement conçue inspirée du système de « pieds tendus » utilisé pour la première fois sur de l’équipement mobile. Ce système consiste à des chaînes verticales ancrées sur des contrepoids posés sur le fond marin. La tension sur ces chaînes fut réglée de façon à immobiliser la barge vis-à-vis des courants de la mer et les charges manutentionnées par la grue fixée sur la barge. En augmentant la tension sur les chaînes, la flottabilité de la barge permet le soulèvement des contrepoids d’ancrage et son déplacement à une nouvelle position.

Techniques de construction

Comme déjà évoqué, une fois toutes les embases terminées, elles ont été remorquées et immergées à leur position finale. Les compartiments crées dans les embases à rayons ont étés utilisés pour contrôler la compensation et l’immersion à ballastage dynamique. Par la suite, les embases des piles ont étés remplies d’eau afin d’accélérer les tassements importants (variant entre 0,1 et 0,2 m). Cette précontrainte a été maintenue également lors de la construction du fût et du chapiteau et a permis de corriger les tassements dynamiques possibles avant la construction des piles et de la superstructure du tablier.

Le tablier du pont principal a été érigé grâce à technique de l’encorbellement pour la mise en place des éléments préfabriqués du tablier d’une longueur de 12 m ainsi que de leur dalle béton. Chaque élément préfabriqué d’un poids total de 340 t était mis en place par une grue flottante (TAKLIFT 7). Le rythme de mise en place des éléments du tablier pouvait atteindre les 60 mètres par semaine.

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