Port House

La structure du pont du Port House d’Anvers, qui porte le volume en forme de diamant de Zaha Hadid au-dessus de l’ancienne caserne de pompiers rénovée, a été analysée dans Diamonds comme deux poutres-caissons reposant sur une fondation élastique temporaire représentant le système d’étaiement POLY utilisé pendant la construction. Stubeco a modélisé les appuis de la poutre inférieure comme des ressorts dont la raideur provenait de la compressibilité des éléments POLY, puis a recalculé ces raideurs de manière itérative à mesure que les broches basculantes étaient déverrouillées et que la poutre se tassait de 7 mm, libérant environ 80 % de la capacité portante initiale de la structure d’étaiement. Ce même modèle a ensuite servi à vérifier les quantités d’armature et les déformations en phase de construction, fluage et fissuration compris, et a confirmé qu’une grande partie de l’étaiement temporaire pouvait être retirée plus tôt que prévu.

Travailler sur le processus de construction

Le Port House d’Anvers, conçu par Zaha Hadid Architects et réalisé par Interbuild, est un bâtiment d’une tout autre échelle. Mais si le résultat est très marquant, il y a aussi beaucoup de choses fascinantes à raconter sur le processus de construction lui-même, en particulier sur le rôle et l’importance de l’analyse créative de la conception structurelle.

« Regardez la structure du pont qui soutient le volume en forme de diamant, et qui intègre ce volume à l’ancienne caserne de pompiers rénovée en dessous », explique Tom Molkens. « Pour réaliser un pont aussi léger que possible tout en offrant une résistance suffisante, la structure a été conçue comme un ensemble de deux poutres-caissons qui assurent conjointement la capacité portante requise. Stubeco a été sollicité pour rechercher des méthodes de construction créatives permettant d’éviter de devoir renforcer davantage la conception en raison d’exigences supplémentaires pendant le processus de construction. »

Une solution a été développée pour accroître la capacité portante en exploitant l’interaction entre la structure d’étaiement de 23 mètres de haut et les éléments de la structure du pont déjà capables de porter des charges structurelles pendant la phase de construction. Les possibilités du système d’étaiement POLY de démonter rapidement et facilement le coffrage du pont se sont révélées un élément crucial de cette approche. Les éléments d’étaiement POLY sont dotés d’une broche basculante qui peut être déverrouillée d’un simple coup de marteau. Le tube intérieur du système d’étaiement s’abaisse alors automatiquement de 7 millimètres par rapport au tube extérieur, réduisant ainsi la charge sur la structure d’étaiement et libérant une capacité portante supplémentaire.

Maîtriser la flexibilité et la résilience

Un modèle d’analyse structurelle 3D de la structure du pont a été construit à l’aide de Diamonds afin de valider et de vérifier la faisabilité de l’approche retenue. La poutre inférieure a été définie comme reposant sur une fondation élastique, afin de tenir compte du soutien quasi uniforme assuré par un grand nombre d’éléments POLY pendant la phase de construction. Les propriétés de cette fondation élastique ont été dérivées de la compressibilité des éléments POLY et des caractéristiques du sous-sol.

Dans un premier temps, le modèle d’analyse Diamonds a été utilisé pour calculer les réactions d’appui maximales dans la structure d’étaiement pendant le coulage de la poutre inférieure. Pour cette analyse des réactions d’appui, un module d’élasticité suffisamment bas a été utilisé pour tenir compte des propriétés du béton fraîchement coulé. Analyser ce qui se passe lors du déverrouillage des broches basculantes, 28 jours après le coulage du béton de la poutre inférieure et juste avant le début des travaux sur la poutre supérieure, s’est avéré bien plus complexe.

Pour évaluer l’impact du déverrouillage des broches basculantes, l’effet d’un tassement de 7 mm de la fondation élastique a d’abord été calculé. Outre le délestage de la structure d’étaiement, le déverrouillage des broches basculantes réduit également sa raideur. C’est pourquoi de nouvelles raideurs de ressort, plus faibles, ont dû être calculées de manière itérative (en tenant compte des déformations et tassements possibles des fondations), avant d’évaluer la capacité portante supplémentaire qui devient disponible dans la structure d’étaiement une fois les broches basculantes déverrouillées. Cette capacité excédentaire a été estimée à 80 % de la capacité portante initiale, ce qui s’est confirmé suffisant pour porter les charges supplémentaires pendant la phase de construction suivante.

Dans un second temps, les propriétés de la fondation élastique ont été ajustées dans le modèle d’analyse Diamonds, en supposant que le béton de la poutre inférieure avait atteint une résistance C30/37. Une charge correspondant au poids que la poutre inférieure devait porter pendant la construction de la superstructure a ensuite été ajoutée. Les calculs basés sur ce modèle ont confirmé que toutes les forces dans les éléments POLY restaient inférieures aux valeurs admissibles. Cependant, l’analyse ayant révélé que certaines déformations étaient inférieures au déplacement de 7 mm imposé par le déverrouillage des broches basculantes, une analyse itérative a été nécessaire pour n’activer, dans le modèle d’analyse, que les appuis où les déformations calculées dépassent une valeur de 7 mm. Cette analyse itérative n’a pas modifié la conclusion générale selon laquelle la capacité portante de la structure d’étaiement n’était globalement pas dépassée.

Réaliser un meilleur processus

« Déverrouiller toutes les broches basculantes prend évidemment un certain temps », explique Tom Molkens. « Pendant ce processus, la capacité portante de la poutre inférieure est activée progressivement et la poutre commence peu à peu à interagir avec la structure d’étaiement. Cette interaction libère la capacité portante supplémentaire des éléments POLY. Il faut évidemment aussi vérifier que la capacité portante maximale n’est jamais dépassée dans aucun des éléments POLY individuels pendant le déverrouillage progressif des broches basculantes. À cet égard, le modèle d’analyse 3D Diamonds a fourni toutes les informations nécessaires pour éliminer le risque de surcharge locale temporaire. Cette analyse nous a finalement permis de définir une approche dans laquelle les broches ont été déverrouillées depuis le centre du pont vers les deux piliers du pont. »

Le modèle Diamonds s’est également révélé une excellente base pour toute une série d’analyses supplémentaires. Celles-ci comprennent la vérification des quantités d’armature des poutres du pont et le calcul des déformations du pont pendant la phase de construction (en tenant compte à la fois du fluage et de la fissuration du béton). Finalement, les analyses ont également révélé qu’une partie importante de la structure d’étaiement pouvait être retirée plus tôt que prévu. Sans risquer des déformations excessivement importantes ni compromettre la stabilité du pont, des économies supplémentaires ont ainsi pu être réalisées pendant la phase de construction.

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