Isolation parasismique de la base d’un pont

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2 Septembre 2014

Catégorie : Appareils d'appui, Isolation parasismique  -  Publié par : Parinaz Pakniat

En 2013, Canam-ponts a fourni des composants de charpente métallique pour la reconstruction d’un pont d’étagement dans le cadre du projet de réaménagement de l’échangeur des autoroutes 20 et 73 à Lévis, au Québec. Ce pont courbe mesurant 317 mètres de longueur est supporté par cinq piles chevauchant les deux autoroutes et chacune des portées du tablier comporte six poutres d’acier. La structure a été conçue par un consortium formé de CIMA+ et Dessau et le projet a été réalisé par Roxboro Excavation inc., pour le compte du ministère des Transports du Québec. Canam-ponts a fourni 24 appareils d’appuis à élastomère confinés (de type pot) Goodco Z-Tech, installés à chacune des culées ainsi qu’à chacune des piles extérieures, de même que 18 appuis parasismiques fabriqués par Goodco Z-Tech en collaboration avec mageba, un fournisseur spécialisé en isolation sismique. Ces appuis parasismiques, installés à la pile centrale et aux deux piles intermédiaires, servent à découpler les mouvements du sol et des piles aux mouvements de la superstructure.

Les appuis parasismiques installés sur le pont d’étagement de l’échangeur des autoroutes 20 et 73 sont des appuis en élastomère frettés avec noyau de plomb permettant le mouvement dans une seule direction horizontale. Le mouvement dans la direction transversale est restreint par des barres-guides soudées aux plaques supérieures et inférieures. Afin de permettre le mouvement dans la direction longitudinale, ces mêmes barres-guides sont munies d’une interface de glissement à faible coefficient de friction.

Isolateur
Les appuis parasismiques ont été fabriqués par Goodco Z-Tech en collaboration avec mageba.
Figure-1
Construction du pont
Figure-2
Nouvelle bretelle de l’échangeur des autoroutes 20 et 73 pendant la construction, avec le coffrage servant à la coulée du tablier de béton.
Figure-3-FR
Appui en élastomère fretté à noyau de plomb en cours de fabrication.

En service, les charges verticales sont transférées de la superstructure vers les piles par la compression des appuis parasismiques tandis que les charges et mouvements horizontaux sont transférés par sa déformation en cisaillement. La présence du noyau de plomb augmente la force caractéristique du système (Qd : force horizontale devant être appliquée à l’appui avant qu’un déplacement se produise). Pour un même déplacement du sol en raison d’un séisme, les forces horizontales transmises à la superstructure sont réduites grâce à la présence du noyau de plomb, permettant un amortissement des charges et par conséquent, un découplage des piles et de la superstructure.

Courbe de force-déplacement d’un appui en élastomère fretté avec noyau de plomb pendant un essai à la température ambiante effectué selon l’article 4.10.11.2 c) ii) de la norme CAN/CSA-S6-06.

En hiver, le caoutchouc et le plomb deviennent plus rigides. Le module de cisaillement du caoutchouc (G) et la résistance ultime à la traction du plomb (Fu) augmentent. Pour un même déplacement, la charge horizontale transférée à la structure augmente à mesure que la température baisse. Pour ce projet, la limite stricte imposée aux résultats d’essais de qualification sur des échantillons pleine grandeur à basse température (−30⁰C) était une exigence technique particulière. Des essais de qualification à température ambiante (entre 15 et 25⁰C) et à basse température ont donc été effectués. Leurs résultats préliminaires indiquaient que l’augmentation en rigidité de l’appui parasismique à basse température était plus grande que la limite prévue. Par contre, les résultats des essais à température ambiante étaient tous satisfaisants.

Figure-5-FR
Congélateur utilisé pour réduire la température des appuis parasismiques en préparation aux essais de qualification à basse température.

Afin de pallier cette trop grande augmentation de la rigidité de l’élastomère par temps froid, différentes recettes de caoutchouc ont été élaborées. En effet, tel qu’avec les différents types d’acier de construction, des modifications aux proportions des composants du caoutchouc changent la performance du matériel. Ces nouveaux mélanges ont été testés afin de déterminer lequel offrait la meilleure performance selon les critères de conception. Les essais à température ambiante et à basse température ont été répétés sur des échantillons de grandeur nature et se sont finalement avérés satisfaisants. Les essais de qualification et de qualité étant maintenant tous dans les limites acceptables, les appuis parasismiques ont alors été installés à la pile centrale et aux piles intermédiaires, selon l’échéancier de la coulée du tablier en béton.

Essai de qualification

Visionnez un essai de qualification effectué selon la norme CAN/CSA-S6-06, article 4.10.11.2. Deux tests à 100 % du déplacement sont montrés, suivis des cycles à 25 %, 50 %, 75 %, 100% et 125 % du déplacement maximal. À la fin, un cycle de 100 % du déplacement maximal est présenté.

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Le nouveau pont d’étagement de l’échangeur des autoroutes 20 et 73 a été ouvert à la circulation en septembre 2013.

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