Renforcement des goussets du pont Honoré-Mercier

RÉSUMÉ

Une inspection à la superstructure amont du pont Honoré-Mercier, reliant Montréal à la Rive-Sud, a révélé une détérioration prématurée de neuf goussets. Face à l’urgence de la situation, le propriétaire de l’ouvrage a ordonné la fermeture de la structure amont du pont Honoré-Mercier à toute circulation automobile.

L’entrepreneur général Mohawk Bridge Consortium (MBC), mandaté par le propriétaire de l’ouvrage, a fait appel à CegertecWorleyParsons pour l’assister dans la recherche d’une solution pour réaliser les travaux de réparation. En étroite collaboration avec MBC et son sous-traitant, Parmétal, l’équipe de CegertecWorleyParsons a développé une méthode simple, sécuritaire et rapide qui a permis de renforcer les neuf goussets dans un délai record d’à peine un mois et demi, ce qui représente une économie de temps de 65 % comparativement à la méthode traditionnelle envisagée initialement et de redonner au pont sa pleine capacité à supporter les quelque 80 000 véhicules qui l’empruntent chaque jour.

La méthode développée permet de juxtaposer de nouveaux goussets aux goussets existants sans jamais désolidariser l’assemblage. Cette méthode rapide permet d’éviter l’installation d’un système coûteux de reprise et de transfert de charges, nécessaire si les goussets existants sont remplacés.

Dès le début du processus de conception, l’entrepreneur a été impliqué dans l’élaboration des étapes afin d’évaluer la faisabilité de la méthode et de la raffiner en fonction des conditions de chantier et des délais de fabrication des éléments. Cette approche a engendré un gain de temps considérable au chantier puisque les problèmes potentiels étaient cernés et gérés avant la réalisation des travaux.

Bien que basées sur une prémisse relativement simple de conserver les goussets existants, l’élaboration et la mise en application de cette méthode novatrice a nécessité la collaboration de tous les intervenants du projet, et ce, dès le début de la conception. Cette collaboration est la pierre angulaire de la réussite de ce projet.

Introduction

Le pont Honoré-Mercier, qui a été construit entre 1932 et 1934, traverse le fleuve Saint-Laurent et la voie maritime du Saint-Laurent, entre l’île de Montréal et le territoire Mohawk de Kahnawake, sur la Rive-Sud. En 1963, un second pont en aval du premier a été construit pour répondre à l’augmentation du volume de circulation. Le pont Honoré-Mercier comporte quatre voies de circulation, soit deux dans chaque direction.

Une inspection suivie d’une évaluation de la capacité de la structure du pont amont a révélé en 2011 que les goussets de neuf noeuds de la corde inférieure des poutres triangulées présentaient une capacité déficiente due à une détérioration prématurée. À la lumière de ces résultats, le mardi 14 juin 2011, le ministère des Transports du Québec (MTQ) a annoncé la fermeture immédiate de cette voie pour des raisons de sécurité.

Étant donné que 80 000 véhicules franchissent quotidiennement le pont Honoré-Mercier, la fermeture de deux voies créa une surcharge importante du transit sur les autres voies d’accès du réseau. De ce fait, le MTQ a demandé à l’entrepreneur responsable des travaux, Mohawk Bridge Consortium (MBC), que les travaux de remplacement des goussets déficients soient terminés le 5 septembre 2011 afin de rouvrir les voies de circulation pour la rentrée des classes.

Géométrie

La structure de la rampe amont du pont Honoré-Mercier est constituée de poutres triangulées avec tablier supérieur. Une poutre triangulée est une poutre dont les membrures supérieures et inférieures (cordes) sont reliées par des membrures diagonales et des membrures verticales (montants). Les goussets servent à connecter les membrures diagonales et les montants aux cordes supérieures et inférieures de la poutre triangulée. Tous les efforts présents dans les membrures diagonales et les montants dus au poids propre de la structure et à la surcharge routière transitent par ces goussets.

Le remplacement de gousset nécessite la désolidarisation complète des membrures connectées à cette dernière. Avant d’entreprendre des travaux de remplacement d’un gousset, il faut mettre en place un système élaboré (étaiement) temporaire de transfert et de reprise des efforts. Le remplacement des goussets du pont Honoré-Mercier a d’ailleurs été réalisé avec succès à l’aide d’un système d’étaiement temporaire en 2005, 20061 et 2011.

Les neuf nœuds pour lesquels une intervention était requise à l’été 2011 se présentaient selon cinq configurations complètement différentes. Par conséquent, si le recours à un système d’étaiement temporaire avait été retenu, la conception, la fabrication et la mise en oeuvre de cinq systèmes élaborés d’étaiement auraient été nécessaires. Bien que cette solution soit techniquement irréprochable, elle ne permettait pas de satisfaire l’échéancier imposé. Il fallait donc opter pour une nouvelle approche qui permettait de respecter des critères de durabilité et de résistance équivalents à la solution qui avait fait ses preuves.

Un tour d’horizon

Le Cedar Street Truss Bridge à Peronia en Illinois, construit en 1932, est constitué de poutres triangulées et d’un tablier supérieur similaire à la rampe amont du pont Honoré-Mercier. Lors d’une inspection de la structure, le Illinois Department of Transportation (IDOT) a découvert la présence de goussets détériorés.

La solution retenue par le IDOT pour corriger la situation consistait au renforcement des assemblages par l’ajout de nouveaux goussets à l’extérieur des nœuds2. Pour permettre l’insertion du nouveau gousset sur la face intérieure du nœud, les contreventements latéraux qui interféraient avec le nouveau gousset devaient être raccourcis. Ensuite, tous les rivets présents au niveau des goussets existants étaient remplacés par de nouveaux boulons maintenus en place de façon permanente par un écrou serré à bloc. Une fois tous les rivets remplacés par des boulons, le nouveau gousset était inséré et ensuite fixé à l’aide d’écrous serrés à bloc. Enfin, les contreventements latéraux étaient reconnectés au nœud renforcé.

Étant donné la configuration quelque peu différente des membrures dont sont composées les poutres triangulées de la rampe amont du pont Honoré-Mercier, l’approche adoptée par le IDOT pour la réparation des goussets déficients du Cedar Street Truss Bridge n’a pu être retenue. En effet, la corde inférieure et certaines diagonales du pont Honoré-Mercier sont composées de profilés en « C » placés dos à dos à une distance d’environ 340 mm. La présence à l’extérieur du nœud des cornières constituantes du profilé en « C » empêche la juxtaposition d’un nouveau gousset en renfort des goussets déficients.

Eurêka!

La collaboration entre CegertecWorleyParsons et l’équipe de MBC a débuté à la mi-juillet 2011. Le temps était compté, il ne restait plus que sept semaines avant la date butoir. Il fallait réinventer les façons de travailler. Pour rentabiliser le temps, la clé de la réussite résidait dans la connaissance fine du travail à réaliser pour chacun des goussets. L’approche terrain a donc été privilégiée. Les réunions entre les trois parties constituantes de l’équipe de projet, MBC, CegertecWorleyParsons et Parmétal, le fournisseur d’acier, se sont déroulées juchées dans la structure.

Le mot d’ordre lors des rencontres d’équipe : trouver une solution en dehors des cadres habituels (think outside the box), un procédé plus simple, plus rapide que ce qui était connu et qui avait préalablement été mis en oeuvre. Après quatre séances de remue-méninges, une esquisse de solution a pris forme. Restait à en valider la faisabilité. D’esquisse, la solution a commencé à revêtir sa forme définitive.

De façon générale, la solution novatrice élaborée de concert avec MBC et Parmétal consistait à renforcer les goussets par l’ajout de nouveaux goussets par l’intérieur des poutres triangulées. Toutefois, pour créer l’espace nécessaire à l’insertion des nouveaux goussets par l’intérieur, le cœur des montants et de certaines diagonales devait être découpé. Avant de procéder à cette chirurgie d’un jour, les montants et les membrures diagonales devaient préalablement être renforcés par l’extérieur du nœud. Tout au long des travaux, le maintien de la connexion entre les membrures de la poutre triangulée et les goussets existants a été assuré par la mise en place d’une combinaison de tiges d’assemblage et de boulons spécialement conçus pour ces travaux. Voici par étape, l’approche développée :

1. Renforcement des membrures verticales (ou diagonales) par ajout de cornières à l’extérieur du gousset existant;
2. Découpage de la membrure verticale (ou diagonale) existante;
3. Remplacement des boulons existants des goussets par une combinaison de boulons spéciaux et de tige d’alignement (figure 4);
4. Mise en place des nouvelles plaques de cale et du gousset (figures 5 et 6) ;
5. Remplacement des tiges d’alignement et des boulons spéciaux par des boulons permanents;
6. Reconstruction de l’intérieur de la membrure verticale découpée à l’étape 2 (figure 7).

Tour de force

Six semaines restaient entre le moment où la solution a pris forme et la réouverture de la structure prévue. Un travail contre la montre s’amorçait; à l’intérieur de ce délai, il fallait procéder aux relevés complémentaires sur le terrain, à la conception détaillée, aux travaux préparatoires sur le chantier, à la préparation des dessins d’atelier, à la fabrication et à la galvanisation des nouveaux éléments d’acier ainsi qu’à la mise en oeuvre sur le terrain.

Statistiques

• Durée de la conception détaillée et de la mise en plan : 17 jours
• Nombre de feuillets de plan produits : 66
• Nombre de rivets remplacés par des boulons temporaires : plus de 2 700
• Éléments d’acier fabriqués et galvanisés : plus de 270
• Boulons spéciaux : plus de 300
• Tiges d’assemblage : plus de 2 200
• Boulons temporaires : plus de 2 700
• Boulons permanents : plus de 3 000

Pour ajouter un niveau de difficulté, cet intense travail a eu lieu pendant la période de l’année durant laquelle la moitié du Québec est en vacances. Cela a obligé l’équipe de projet à déplacer les vacances de certains membres de son personnel et faire preuve de doigté auprès des fournisseurs afin que la chaîne de production soit alimentée en continu.

Conclusion

Devant une telle situation d’urgence, les acteurs en présence, Mohawk Bridge Consortium, Parmétal et CegertecWorleyParsons, ont fait preuve d’innovation. D’entrée de jeu, la méthode appliquée comportait un lot de difficultés techniques et organisationnelles tel que cela laissait planer des doutes sur la possibilité de satisfaire l’exigence du calendrier imposé.

La qualité de la communication entre les partenaires a joué un rôle déterminant dans l’articulation du plan de travail de chacun et dans la façon dont les transmissions étaient assurées.

La compréhension des tenants et aboutissants et du rôle de chacun des partenaires ainsi que de ceux de leur personnel, jumelé à une volonté inébranlable et sans faille tout au long du projet, a créé l’effet de synergie menant à la livraison comme prévu le 5 septembre 2011.

Ce projet illustre éloquemment que, lorsque l’entrepreneur, le fournisseur et l’ingénieur-conseil travaillent main dans la main, de grandes innovations peuvent naître de cette collaboration dans un espace-temps limité.

Remerciements

Mohawk Bridge Consortium, ministère des Transports du Québec, Les Ponts Jacques Cartier et Champlain Incorporée, Parmétal, Dessau et BCA

Références

1. SALAS, M., DIONNE, G., LEMAY, C., et MAILHOT, G. (2006) Remplacement de gousset sur un pont à poutres triangulées, 13e Colloque sur la progression de la recherche québécoise sur les ouvrages d’art, Université Laval.

2. ANDERSON, R.E. (2010) Gusset plate retrofit in Illinois.