Les essais de qualification des isolateurs à noyau de plomb

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8 Novembre 2016

Catégorie : Appareils d'appui, Isolation parasismique  -  Publié par : Émilie Hudon

Canam-ponts vient tout juste de compléter la fourniture d’isolateurs parasismiques pour deux ponts d’étagement se trouvant à l’intersection des autoroutes Félix-Leclerc (autoroute 40) et Laurentienne (autoroute 73), à Québec, au Québec. Dans le cadre de ce projet, deux bretelles ont subi une réfection tandis que deux ponts d’étagement ont été démolis et reconstruits. Les structures ont été conçues par un consortium formé de BPR et EXP et le projet a été réalisé par EBC Construction inc., pour le compte du ministère des Transports du Québec.

Canam-ponts a fourni divers produits Goodco Z-Tech pour ce projet : pour toutes les structures, de nouveaux joints de dilatation et pour les deux structures qui ont été reconstruites, 36 appareils d’appui en élastomère fretté avec éléments glissants ont installés aux culées. Aux piles, Goodco Z-Tech a fourni 18 isolateurs parasismiques.

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Isolateurs à noyau de plomb avec leurs barres-guide restreignant le mouvement dans la direction transversale installés sous les poutres d’un des ponts isolés.

Sélection d’un type d’isolateur

Pour l’isolation sismique de ces ponts, des isolateurs à élastomère avec noyau de plomb ont été choisis. Ce type d’isolateur offre un bon équilibre entre coûts et l’amortissement. De plus, comme tous les composants sont vulcanisés à l’intérieur du caoutchouc, ils ne nécessitent aucun entretien particulier en plus de celui prévu pour les appuis à élastomère fretté.

Essais de qualification et de qualité

Contrairement aux appuis dits « traditionnels », tous les isolateurs utilisés dans une structure doivent subir des essais. Ces essais se divisent en deux catégories : les essais de qualification et les essais de qualité. Les essais de qualification servent à confirmer que les caractéristiques prévues sont rencontrées à différentes températures d’opération. Les essais de qualité, quant à eux, servent à s’assurer que les isolateurs ont tous un comportement similaire et qu’ils ne présentent pas de défauts de fabrication. Les essais de qualification sont complétés sur deux prototypes pleine-grandeur pour chaque modèle d’isolateur utilisé. Il est donc recommandé d’utiliser un seul type d’isolateur par structure afin de réduire les coûts et délais des essais de qualification. Comme les isolateurs à noyau de plomb peuvent être combinés à des appuis en élastomère fretté traditionnels sous un même pont, les coûts et délais associés aux essais sont également réduits en limitant au maximum le nombre d’isolateurs utilisés.

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La presse verticale qui a été utilisée pour compléter les essais de qualification et de qualité a une capacité maximale de 12 MN en compression. Les essais ont été effectués par un laboratoire indépendant.

Protocole d’essais

Pour ce projet, les essais de qualification ont été complétés suivant le protocole proposé par le concepteur. Le protocole d’essais, très exigeant, était un hybride entre les essais exigés par le code canadien sur le calcul des ponts routiers CAN/CSA S6-06 et la nouvelle version S6-14. Les essais ont été complétés pour trois températures, tel qu’exigé par le nouveau code S6-14, soit à 20°C, à -30°C (température minimale de service) et à -8°C (température minimale concomitante de service). Les essais aux deux températures plus élevées (20°C et -8°C) devaient aller jusqu’à 125 % du déplacement sismique prévu.

De plus, des essais de vérification sismique ont été complétés sur les deux prototypes à la demande du protocole, exigence qui se trouvait dans le code S6-06, mais qui ne se trouve pas dans le nouveau code S6-14. Les essais à basse température pour chaque projet sont une exigence particulière du code canadien de conception de ponts. Comme les codes de conception américain et européen n’ont pas de tels essais sur des prototypes pleine grandeur, les connaissances d’un manufacturier local tel que Goodco Z-Tech deviennent d’autant plus importantes pour s’assurer de respecter les limites prescrites. 

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Un des prototypes entre sa sortie du congélateur et le début des essais à -30°C. On peut voir le givre se former sur la surface du caoutchouc en raison de la différence de température.

En ce qui concerne les essais à basse température, les prototypes sont conditionnés pour la période demandée dans le protocole des essais (72 heures, dans ce cas). Ensuite, les isolateurs sont sortis du congélateur, installés sous la presse, et testés, le tout, en moins de 30 minutes afin de ne pas réchauffer outre mesure les isolateurs et fausser les résultats. On peut voir le givre se former sur les isolateurs entre le moment où ils sont enlevés du congélateur et le début des essais.

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Un des prototypes dans l’usine de Groupe Canam à Laval. L’isolateur doit être bien positionné sur la plaque de transfert pour pouvoir boulonner les 22 boulons.

Le protocole des essais exigeait également d’attendre que la température du noyau de plomb ne dépasse pas 25°C au début de certains cycles d’essais à 20°C. En effet, en se plastifiant, le noyau de plomb dissipe énormément d’énergie, ce qui augmente sa température. Comme la limite élastique du plomb dépend de sa température, effectuer tous les cycles d’essais à 20°C sans pause fausserait les résultats. Afin de répondre à cette demande, un thermocouple placé contre le noyau de plomb a permis de suivre la température du noyau de plomb en temps réel. Le même thermocouple nous a également permis de déterminer le temps de refroidissement de l’isolateur lors de son conditionnement à basse température.

Une fois les essais de qualification acceptés par le concepteur et le surveillant, les essais de qualité ont été complétés sur les isolateurs de production. Ils ont ensuite pu être installés sous les poutres du pont.

Pour toute question au sujet de cet article, contactez-nous.

Équipe du projet

Propriétaire : Ministère des Transports du Québec

Entrepreneur général : EBC inc.

Firme d’ingénierie : consortium formé de BPR et EXP

Fabricant des poutres d’acier : TecFab

Appareils d’appui, isolateurs sismiques et joints de dilatation : Goodco Z-Tech, un produit de Canam-ponts

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