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Un pont haubané pour le métro d'Istanbul


A Istanbul, le pont de Haliç, 4ème pont franchissant l’estuaire de la Corne d’Or, vient d’être achevé. Ce pont, constitué de deux viaducs d’accès, d’un pont à haubans et d’un pont tournant a été élevé sur un site historique et permettra de prolonger une ligne de métro dans une ville souffrant de nombreux embouteillages.
 
Avec 13,6 millions d’habitants et une superficie de 5170 km² (50 fois Paris), la ville d’Istanbul est la plus importante de Turquie. Inscrite au patrimoine mondial de l’Unesco depuis 1985, elle est le principal pôle économique du pays et connait une croissance sans pareil. La partie historique occidentale de la ville est située de part et d’autre de l’estuaire de la Corne d’Or.  Long de 7,5 kilomètres et large de 750 mètres, ce dernier rejoint le Bosphore qui sépare l’Asie de l’Europe et relie la mer Noire à la mer de Marmara. Voie de passage et de commerce, le Bosphore est le 4ème passage le plus emprunté au monde, fréquenté jour et nuit par de nombreux cargos et porte-containers.

1.        Le pont de Haliç, contexte et genèse du projet

A – Le 4ème pont franchissant l’estuaire de la Corne d’Or


L’estuaire de la Corne d’Or était jusqu’à ce jour traversé par trois ponts, le pont de la Corne d'Or, le pont Atatürk et le pont de Galata. Depuis la mi-2013, il est traversé par un 4ème pont, le pont de Haliç. Situé entre les ponts de Galata et Atatürk et à proximité de la tour de Galata et de la mosquée de Soliman, cette nouvelle liaison associe un pont à haubans et une station de métro.


D’une longueur de 919 mètres, ce pont constituera la liaison entre deux tunnels de métro situés sur les rives opposées de l’estuaire. Il permettra de prolonger la ligne de métro M2 au-delà du terminus de Yenikapi, jusqu’à la place Taksim, et de faire ainsi passer la capacité de transport actuelle de  200 000 à environ 750 000 passagers par jour.

     
Le projet repose sur un concept original élaboré par Michel Virlogeux pour la ville d’Istanbul. La version finale et les dessins architecturaux et structuraux correspondants ont été réalisés respectivement par Hakan Kiran et Wiecon, et le contrat a été attribué au groupement formé de Astaldi et de Gülermak en décembre 2009.


B – Un ouvrage de 919 mètres de long


Le pont est constitué de trois parties principales, la plus importante étant le pont  à haubans de 387 mètres de long qui enjambe la Corne d’Or constitué  d’une travée centrale de 180 mètres de long et deux travées latérales de 90 mètres de long. Particularité de l’ouvrage : la présence d’une station de métro sur la travée principale. Un pont tournant d’une longueur de 120 mètres permet en outre d’assurer le trafic maritime sur la Corne d’Or. Les deux ponts sont flanqués de viaducs d’accès à chaque extrémité, assurant la liaison avec les tunnels. La structure haubanée comporte deux pylônes en acier de 65 mètres de haut, entre lesquels sont situées la plateforme et la toiture de la station de métro, sur la travée principale du pont.


C – Un projet modifié pour une meilleure intégration dans le paysage


Le pont de Haliç étant construit sur un site historique protégé, les travaux ont fait l’objet d’une attention toute particulière afin de préserver les vestiges archéologiques présents sur place. Ainsi, les 15 fondations des piles de viaduc ont été excavées manuellement et la terre prélevée a été lavée et tamisée afin de récupérer tout objet ayant une valeur historique. Des fouilles réalisées pendant la construction ont permis de mettre à jour de nombreux vestiges de l’époque byzantine. Une voûte, le mur d’une basilique et un cimetière ont ainsi été découverts au niveau des fondations des piles sur la rive du quartier d’Unkapani. Ces mises à jour ont entraîné des modifications dans la conception du bâtiment abritant la machinerie du pont tournant.
Enfin, la hauteur du sommet des pylônes a dû être modifiée deux fois au cours du projet, du fait de la localisation du pont dans une zone protégée inscrite au patrimoine mondial. La principale préoccupation de l’Unesco était de réduire au maximum l’impact visuel du pont et de préserver la vue sur la mosquée de Soliman. En novembre 2009, la ville d’Istanbul a demandé de réduire la hauteur des pylônes de 82 mètres à 65 mètres conduisant à baisser le niveau supérieur des câbles de 63 mètres à 55 mètres. Une seconde révision de cette hauteur, baissant le niveau supérieur des haubans à 47 mètres, a été ordonnée en juillet 2011 et il a fallu attendre février 2012 pour qu’elle  soit validée.


La conception des fondations sur pieux pour le pont à haubans et le pont tournant a également dû être revue pour tenir compte de la géologie du sol ; l’agrément de la nouvelle conception a été donné en juillet 2009 et un pieu-test a été installé en octobre de la même année.


2.        Description de l’ouvrage


La nouvelle structure permettant au métro d’enjamber la Corne d’Or est longue de 919 mètres. Elle est constituée de deux viaducs d’accès, d’un pont à haubans et d’un pont tournant.



Le pont à haubans d’une longueur de 387 mètres comprend deux travées latérales et une travée centrale de 180 mètres de long. Il est supporté par une nappe centrale de haubans ancrée sur deux pylônes métalliques. Ces pylônes sont eux-mêmes supportés par deux séries de neuf pieux métalliques d’un diamètre de 2,5 mètres, d’une longueur maximale de 75 mètres et partiellement renforcés par un remplissage béton. L’extrémité inférieure de ces tubes est foncée dans le substratum rocheux par l’intermédiaire d’une extension mixte en acier et béton d’un diamètre de 2,2 mètres. Une tête de pieux métallique située légèrement en dessous du niveau de la mer, à -0,5 mètres, réalise la jonction avec le pylône.

Le tablier est un caisson métallique orthotrope, large de 14,50 mètres et haut de 3,70 mètres. Deux passerelles piétonnes de 4,40 mètres de large sont suspendues sous ce caisson. L’ensemble, large de 28,650 mètres, donne un trait singulier et élégant à l’ouvrage.


Le pont à haubans permet de libérer un gabarit de passage de 13,80 mètres. Ce gabarit est suffisant pour la grande majorité des bateaux navigants sur la Corne d’ Or. Néanmoins, la présence notamment en amont d’un chantier naval, nécessite la traversée de navires de plus grande taille. Un pont tournant a donc été construit à l’extrémité Sud-ouest. Il permet, grâce à une rotation de 90° autour d’un axe vertical, de libérer un passage libre large de 50 mètres environ. Ce pont est constitué par une pile centrale, servant d’axe de rotation, et de deux travées en cantilever d’une longueur de 50 mètres et 70 mètres. Son tablier est également un caisson métallique orthotrope renforcé en extrados par des raidisseurs en acier à haute résistance. Les deux encorbellements étant libres lors de la rotation, un contrepoids placé en extrémité du fléau de 50 mètres équilibre le tablier. En configuration fermée, autorisant le passage du métro, les deux extrémités sont supportées sur des piles, le vérin de rotation est rétracté reportant ainsi la charge sur deux appuis à pot en tête de la pile de rotation P2-2.


Deux viaducs d’accès complètent l’ouvrage. Le viaduc d’accès Sud-est est constitué de cinq travées d’une longueur totale de 169 mètres. A l’autre extrémité, les sept travées du viaduc Nord-est enjambent sur 241 mètres des vestiges historiques ainsi préservés. Ces deux viaducs, élégants et élancés, sont constitués d’un tablier en béton précontraint. 172 câbles de 19 torons T15.7S ont été installés.


3.        Les haubans


La nappe de haubans supportant les travées principales de l’ouvrage comportent 36 haubans Freyssinet H2000 ultra compact d’unité 55 à 75. Les haubans sont de type MTP (Multi-Torons Parallèles), constitués de torons T15S – 1860 MPa galvanisés gainés cirés logés dans une gaine générale en PEHD. Ce procédé est développé et mis en œuvre par Freyssinet depuis plus de 30 ans.

Le toron utilisé est semi adhérent, breveté Freyssinet. Il assure une durabilité optimale par adhérence partielle du système de protection contre la corrosion. Il est composé de 7 fils galvanisés à chaud d’une section totale de 150 mm² et d’une classe de résistance de 1860 MPa, d’une cire micro-cristalline exclusive de type HPF (Haut Point de Fusion) complétant la protection contre la corrosion et permettant également d’éviter l’apparition de « fretting corrosion » et d’une gaine en polyéthylène haute densité extrudée sur le toron spécialement sélectionnée pour sa résistance et sa durabilité.

Chaque toron est individuellement ancré par un mors fatigue de procédé exclusif Freyssinet dans un bloc en acier à hautes limite élastique et résilience.



L’extrémité avant de l’ancrage est aussi équipée d’un dispositif de contrôle des contraintes de flexion dans les torons. Les ancrages inférieurs possèdent une course de réglage de 100 mm donnant des possibilités d’ajustement des haubans dans la vie de l’ouvrage. La protection anticorrosion des ancrages est assurée par une métallisation. Après mise en œuvre des torons, un capot en acier galvanisé et une injection à la cire permettent d’assurer la continuité de la protection anticorrosion des torons.


Une gaine générale de couleur gris clair assure des fonctions aérodynamiques, mécaniques et esthétiques. Cette gaine est munie d’une double spirale évitant l’apparition d’instabilités provoquée par l’action combinée de la pluie et du vent. Un système de type compact élaboré par Freyssinet a été installé sur l’ouvrage afin de diminuer significativement le diamètre des gaines.

La présence de piétons sur l’ouvrage, ainsi que les vibrations apportées par le freinage et l’accélération des rames de métro ont nécessité une attention particulière pour le choix des amortisseurs des haubans. Les haubans à haute résistance présentent un amortissement intrinsèque faible. Il était donc important d’équiper les haubans les plus longs (plus de 80 mètres) avec des amortisseurs réagissant efficacement indépendamment de l’amplitude de vibration.


Des amortisseurs Freyssinet de type IHD (Internal Hydraulic Damper) ont été sélectionnés suite à cette analyse.



Les amortisseurs de type hydraulique réagissent dès les faibles amplitudes de vibration, a contrario des amortisseurs par friction initialement spécifiés qui ont un effet fusible (déclenchement dès lors que la sollicitation provoquée par la vibration excède le frottement résistant). Le choix de la viscosité permet d’optimiser l’amortissement en fonction des caractéristiques propres des haubans. La durabilité des IHD  a été validée par des tests de fatigue à un million de cycle pour des amplitudes maxi de +/- 15 mm. Les quatre paires de haubans les plus longs de l’ouvrage ont été équipés lors de la construction d’amortisseurs IHD. Les quatre paires de haubans suivants sont pourvus de tube guide spécifique permettant une installation ultérieure aisée d’amortisseurs s’ils s’avéraient nécessaires.


Le système de haubans a été testé avec succès de manière intensive suivant les critères actuels les plus sévères. Conformément aux recommandations du PTI, des prototypes d’unité 75 torons ont subi deux millions de cycles avec une variation de 200 MPa et avec la présence d’une cale biaise de 10 mrad sous chaque ancrage. Un test de traction à 95 % de l’effort de rupture garanti a par la suite été effectué sur un prototype, un test d’étanchéité a été effectué sur un autre prototype. Ce test d’étanchéité consiste à plonger l’ancrage, ainsi que l’ensemble de ses composants, sous une hauteur de 3 mètres d’eau pendant 96 heures et de vérifier l’étanchéité complète de l’ancrage (aucune migration d’eau à l’intérieur de l’ancrage ou sur les torons). Des contrôles qualité intensifs sont réalisés pendant toutes les phases du projet : fabrication des différents composants, calcul des paramètres d’haubanage, installation des haubans. Par exemple, durant la phase d’installation, l’ensemble des paramètres d’haubanage sont enregistrés par l’automate Isotension et manuellement par les techniciens Freyssinet, donnant ainsi une traçabilité complète.


Le système de pose des haubans développé par Freyssinet depuis maintenant plusieurs années est léger, rapide et précis. L’originalité de ce système réside dans le fait qu’une fois la gaine en place, chaque toron est hissé puis tendu un à un en utilisant un système léger propre à Freyssinet : l’Isotension. Une cellule de force permet de mesurer l’effort dans le premier toron hissé, appelé toron de référence. Lors de la mise en tension des torons suivants (torons courants), un automate contrôle le vérin monotoron et applique un effort identique à celui mesuré dans le toron de référence. Ce procédé permet d’obtenir un effort identique dans l’ensemble des torons.


Les ancrages sont installés sur leur plaque d’appui et bridés temporairement. La gaine extérieure en PEHD est fabriquée en soudant bout à bout plusieurs gaines de longueur standard (soudure au miroir). En partie supérieure, un conduit court de diamètre supérieur permet la dilatation de la gaine générale sans introduire de contrainte. Un tube anti-vandalisme est vissé à l’extrémité inférieure du conduit. Pour chaque hauban, on utilise un toron de référence dont la longueur est marquée avec précision. Ce toron est enfilé dans la gaine préparée sur le tablier. La gaine est hissée à l’aide d’une potence légère en tête de pylône. Le toron de référence est ancré dans le pylône et sur le tablier. Il est tendu à un effort calculé pour obtenir en fin d’installation de tous les torons la valeur d’effort voulue dans le hauban. Les torons courants sont dévidés directement de la bobine par un système de treuillage en va et vient. Au fur et à mesure du hissage, les torons sont dénudés en extrémité pour permettre leur ancrage tout en garantissant que la zone dénudée reste dans l’encombrement du presse-étoupe. Ils sont tendus au fur et à mesure par le système Isotension. Après clavage de l’ouvrage et un contrôle général, les haubans sont retendus pour affiner parfaitement la géométrie de l’ouvrage.


L’installation des haubans Freyssinet MTP nécessite uniquement le levage de charge légère (les éléments les plus lourds étant les bobines de torons), évitant ainsi des coûts de grue. Ce système est une solution efficace aussi bien à des ouvrages de petite dimension, ne comportant pas toujours des moyens de levage lourd, qu’à des ouvrages exceptionnels (grande portée par exemple) en limitant les surcharges de construction.


4.        Les méthodes de construction


Les deux fléaux ont été érigés par encorbellements successifs.



Les piles, les voussoirs sur pile, ainsi que les pylônes ont été levés avec l’aide d’une grue sur barge. Les 17 voussoirs composant les 4 travées ont été hissés par l’intermédiaire de 4 portiques de levage. Les voussoirs fabriqués par un atelier en Turquie ont été acheminés par barge jusqu’au chantier après un court convoyage sur la mer de Marmara.


2 paires de portiques de levage ont été fabriquées pour la construction de l’ouvrage.



Chaque portique d’un poids propre de 80T environ a une capacité de 230 tonnes. Les portiques sont constitués de 2 cadres verticaux à treillis liaisonnés par des contreventements. Une poutre de translation s’appuie à l’extrémité de ces cadres et accueille 2 vérins de levage Hebetec de capacité 140 tonnes. Cette poutre de translation autorise un ajustement longitudinal de la position des vérins de levage et donc autorise un réglage précis et rapide de la position longitudinale et de l’orientation du voussoir en fin de levage. Les 2 palonniers connectés au voussoir à lever sont pourvus de 2 vérins d’ajustement de l’assiette du voussoir. Ces 3 dispositifs d’ajustement ont permis de régler les voussoirs suivant la position recherchée en s’accommodant des erreurs constructives (position du centre de gravité, etc.).

Lors du levage des voussoirs, le portique est bridé sur le voussoir précédant par l’intermédiaire de 8 barres de précontrainte Freyssibar Ø50. Ce brelage permet d’équilibrer les portiques pendant le levage mais également de reprendre l’ensemble des charges accidentelles (effet du vent par exemple). En configuration de déplacement, les portiques roulent sur 2 rails servant également de point d’accroche au dispositif anti-basculement.



Les fléaux des 2 pylônes ont été construits avec un demi-cycle de décalage permettant d’optimiser les ressources du chantier : les équipes de soudure travaillant sur les fléaux d’un pylône pendant que les équipes de levage et d’haubanage opéraient sur le second pylône. Les portiques de levage maintenaient la charge jusqu’à obtention du minimum de soudure défini par l’Ingénieur, permettant ainsi d’économiser le coût et le temps d’installation d’un bridage temporaire.  Afin d’éviter des grutages additionnels, les 2 passerelles piétonnes étaient assemblées sur les barges et levées en même temps que les voussoirs par les portiques de levage. Cette organisation a permis de réaliser des cycles complets en 18 jours. Le clavage de l’ouvrage a été effectué le 7 mars 2013.



Le très léger espace, de l’ordre de 30 mm, laissé pour le passage du voussoir de clavage, a été vériné afin de maintenir l’ouvrage dans sa configuration théorique pendant la réalisation des soudures de clavage.


Les intervenants
  • Maître d’ouvrage : Municipalité d’Istanbul
  • Architectes : Hakan Kiran / Michel Virlogeux
  • Entreprise générale : Astaldi-Gulermak JV
  • Sous-traitants principaux :
    Freyssinet (haubans, précontrainte, appuis, levage des voussoirs)
    Wiecon (études d’exécution)

    Waagner Biro (mécanisme pont tournant)


Article publié dans le n°900 de la revue TRAVAUX, paru en octobre 2013.



 

Vue générale de l'ouvrage

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