Avenir des routes

Ce que l'on prétend être le plus long au monde - et le tout premier au Royaume-Uni - glissement de pont en caisson sur une autoroute a fonctionné comme une horloge.

Trois mois après un glissement de pont record pour High Speed ​​2 (HS2) sur la M42 dans le Warwickshire, l'équipe impliquée a révélé les années de planification derrière sa livraison réussie.

En décembre, HS2 Ltd a célébré une première mondiale alors qu'une équipe d'environ 450 personnes, dirigée par son partenaire de construction dans les Midlands Balfour Beatty Vinci (BBV), a fait glisser le pont de 12 600 t sur 165 m sur l'autoroute M42 près de la sortie 9.

Les images impressionnantes du pont glissant en position sur l'autoroute ont été la vidéo la plus regardée de la BBC à un moment donné pendant les vacances de Noël. Son succès a été un triomphe technique qui pourrait conduire à une utilisation plus large de la méthode au Royaume-Uni.

C'était aussi une bonne nouvelle pour les automobilistes. L'équipe du projet a travaillé en étroite collaboration avec National Highways pour éliminer deux ans de réduction de la largeur des voies, des restrictions de vitesse et des fermetures nocturnes. Et l'opération s'est terminée un jour plus tôt que prévu.

"Le toboggan Marston Box est un excellent exemple de ce qui peut être réalisé lorsque nous travaillons en collaboration et en équipe", déclare le directeur de la construction de BBV, Sasan Ghavami, qui a supervisé le projet. "Cette énigme complexe et stimulante a été résolue grâce à la réunion de nombreuses équipes différentes."

Les toboggans en caisson ne sont pas rares au Royaume-Uni, mais se trouvent généralement au-dessus ou en dessous des voies ferrées.

Celui-ci, qui a eu lieu entre la veille de Noël et le lendemain de Noël, était le premier toboggan de ce type sur une autoroute au Royaume-Uni. Freyssinet, spécialiste du génie civil et des structures, qui a conçu le toboggan, estime qu'il a été le plus long du monde.

La diapositive impliquait de proposer une conception alternative pour le pont et signifiait que le concepteur de BBV Systra - dans le cadre de la joint-venture Mott MacDonald Systra Design - devait repenser la structure.

Systra a travaillé en étroite collaboration avec Freyssinet sur les interfaces entre les ouvrages temporaires et permanents pour garantir que le pont respecte sa durée de vie de conception de 120 ans.

À l'origine, le pont était conçu comme une structure de type pergola. L'alternative à la diapositive de boîte est issue d'un vaste exercice d'ingénierie de la valeur qui a eu lieu en 2018 après que BBV a reçu le lot de 2,5 milliards de livres sterling N1 et N2 sur la phase 1 de HS2.

La nouvelle conception du pont consiste en une boîte en béton à deux cellules, inclinée à un angle de 61 ° par rapport à l'autoroute, chaque cellule pouvant accueillir l'une des chaussées de l'autoroute.

La structure monolithique incorpore le tablier du pont et possède une base large et plate pour réduire la pression d'appui pendant et après l'opération de glissement.

Entre les deux cellules, le mur de séparation central forme la pile de support centrale du pont tandis que les murs extérieurs forment les piles de support extérieures.

"Nous examinions des idées, des méthodes de construction et de l'innovation - comment nous pourrions faire les choses mieux que la manière supposée au stade de la facture hybride [pour permettre à HS2 d'aller de l'avant]", se souvient Andy Baines, responsable des autoroutes de Systra au Royaume-Uni.

C'était un grand pas pour les autoroutes nationales d'accepter cette méthode de construction car l'opérateur routier ne l'avait jamais utilisée auparavant et une panne aurait pu entraîner la fermeture de la M42 pendant longtemps.

Il y avait aussi des raisons impérieuses pour lesquelles cela ressemblait à une bonne alternative, selon Baines.

Premièrement, c'était beaucoup plus sûr pour les travailleurs et les conducteurs, car beaucoup moins de travail avait lieu le long des voies d'autoroute sous tension.

Deuxièmement, il y aurait beaucoup moins de perturbations pour les usagers de la route. Plutôt que deux ans de largeurs de voies et de limites de vitesse réduites et trois mois de fermetures nocturnes, cette méthode n'a nécessité que deux fermetures de routes de 10 jours.

Comme toutes les meilleures solutions d'ingénierie, le système coulissant breveté de Freyssinet est simple dans son concept. La structure en caisson a été construite sur un radier de guidage en béton, une immense dalle temporaire qui s'étendait de l'endroit où la structure en caisson a été coulée jusqu'au bord de l'autoroute.

La dalle avait trois groupes de trois rainures coulées dedans. Ces rainures ont guidé la structure de la boîte lors de son levage sur l'autoroute. De la graisse et des feuilles de polyéthylène ont séparé la surface supérieure de la dalle de la surface inférieure de la boîte, tandis que de la bentonite a été ajoutée comme lubrifiant.

Des vérins ont été déployés pour pousser la structure à travers l'autoroute. Pour Marston Box, il y en avait neuf, chacun d'une capacité de 1 000 t. Chaque vérin était attaché à un câble passant dans la rainure sous la base de la structure en caisson et ancré à l'extrémité de l'autoroute de la structure. Le radeau a été empêché de glisser par plusieurs bêches de 1,7 m de profondeur - des poutres inclinées - coulées dans le sol à intervalles réguliers sur sa longueur.

Avant le glissement, la surface de l'autoroute avait été déchirée pour révéler une zone de sol amélioré préparée pour le glissement lors d'une précédente fermeture d'autoroute. Une fois que la boîte a atteint l'extrémité du radier de guidage, elle a glissé sur le sol compacté et à travers l'alignement de l'autoroute.

L'amélioration préalable du sol était nécessaire car le sol existant était trop instable pour le toboggan. L'excavation de matériaux à 3 m de profondeur était nécessaire. Un matériau de remplacement plus stable a ensuite été apporté et compacté.

La compréhension de la composition du sol, qui est un mudstone faible recouvert de dépôts fluviaux, était essentielle à la conception à long terme. L'un des premiers défis pour Systra était de créer un modèle géotechnique avec des informations de forage limitées - et sans aucun moyen d'insérer des forages à travers l'autoroute en direct.

Les leçons de la première fermeture ont permis d'apporter des améliorations pour la seconde. L'équipe des autoroutes de Systra, qui avait modélisé les flux de trafic et aidé BBV à planifier les fermetures de routes avec les conseils de comté du Staffordshire et du Warwickshire et les autoroutes nationales, a été en mesure de réduire les détournements et les fermetures pour libérer davantage de trafic lorsque la M42 a été fermée à Noël.

La coopération et la coordination entre toutes les parties prenantes ont été nécessaires pour exécuter le glissement, l'opération ayant duré 34,5 heures à une vitesse de 4,64 m/heure. "Il y a eu de nombreuses réunions et ateliers pour expliquer chaque aspect de la conception à National Highways, HS2 Ltd et BBV", explique Paul Mills, responsable de la conception chez Systra. "Nous devions nous assurer que tout était signé et assuré et que les bons consentements étaient en place. Et nous le faisions tous pour la première fois."

Hani Benkhellat, responsable de l'ingénierie chez Systra HS2, ajoute : "Cela a été un énorme travail d'équipe, avec des défis quotidiens."

Ce ne sera cependant pas la dernière fois. HS2 a prévu deux autres toboggans : un sur la voie ferrée entre Coventry et Leamington Spa cet été et un autre sur l'A46 à Kenilworth.

Vous aimez ce que vous avez lu ? Pour recevoir les newsletters quotidiennes et hebdomadaires de New Civil Engineer, cliquez ici.