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Extension du port: solution optimisée grâce à l'équipe de conception de palplanches en acier d'ArcelorMittal

Visakhapatnam est le seul port du pays à avoir dépassé la capacité des 50 millions de tonnes en 2004-2005, mais avec une faible croissance de 5%. Le gouvernement indien envisage d’augmenter la capacité de traitement du fret du port à 70 millions de tonnes métriques. L’expansion mettra en œuvre l’approfondissement du port extérieur, permettant ainsi aux plus gros navires d’accéder au port. Le port de Visakhapatnam a récemment construit et aménagé 22 postes d'amarrage, dont deux postes à minerai à la fine pointe de la technologie, un terminal pétrolier offshore, un poste de stockage de GPL et un terminal à conteneurs, ainsi que quatre nouveaux postes d'amarrage polyvalents. Parmi ces nouvelles constructions, le poste d'amarrage WQ-7 dans le bras nord étendu du port intérieur a été achevé en avril 2005 avec 2 350 tonnes métriques de palplanches d'acier. Le nouveau poste d'amarrage peut recevoir des navires jusqu'à 45 000 TPL.

Plusieurs forages exploratoires ont été réalisés pour étudier les caractéristiques des couches de sol du site qui ont été incorporées dans la conception du mur de palplanches. Le résultat du forage peut être repris comme suit: remplir le matériau recouvrant une couche de sable limoneux fin qui atteint une profondeur de six mètres. Au-dessous, une argile cohésive de densité moyenne recouvrant une roche altérée très dense avec des valeurs de SPT supérieures à 50 a été rencontrée. Les niveaux de marée dans la zone portuaire varient entre MHWN = +1,49 m et MLWS = +0,09 m. Les charges dues aux hautes vagues n'ont pas été prises en compte puisque le site proposé est bien protégé de la haute mer.

L’équipe de conception d’ArcelorMittal a réalisé une conception préliminaire basée sur les informations fournies par le propriétaire. Selon ces calculs de conception, les moments de flexion maximum se produiront à 5,5 m au-dessous du niveau de l’eau: 1 570 kNm / m pour le cas normal et 1 620 kNm / m pour le cas sismique. Les forces résultantes se situent bien au-dessus du moment maximal de résistance à la conception des murs de palplanches classiques, raison pour laquelle le système de murs combinés suivant a été choisi pour la construction du poste de mouillage WQ-7:

    192 palplanches  HZ 975 A – 14, S 430 GP, L = 25.5 m
    191 palplanches intermédiaires AZ 18, S 320 GP, L = 20.0 m
    275 pieux d'ancrage AZ 18, S 320 GP, L = 10.8 m

Le rideau de palplanches HZ 975 A - 14 / AZ 18 1 790 mm, un module de 8 170 cm³ / m et un poids de 225 kg / m². Les pieux ont été conçus en acier S 430 GP à haute résistance (limite d'élasticité minimale: 430 N / mm², résistance minimale à la traction: 510 N / mm², allongement minimum: 19%). L'acier à haute résistance réduit au minimum les coûts de matériel et de transport. Le module de section des HZ King était adapté aux moments de flexion maximum en ajoutant des sections RH à leurs mariées.
Ainsi le concepteur a pu choisir une solution plus légère et renforcer localement les piles principales.

Des économies complémentaires ont été obtenues en termes de nuances et de longueur pour les piles intermédiaires AZ18.

Les pieux en acier S 430 GP ont la composition chimique suivante (% max): C = 0,27%, Mn = 1,70%, Si = 0,60%, P = 0,05%, S = 0,05%, N = 0,011%

Le mur de quai en palplanches avant a été attaché sur une distance de 23 m à un mur d’ancrage AZ 18. Le moment de flexion du mur d'ancrage est en moyenne de 230 kNm. La distance entre les tirants correspond à la largeur du système de mur combiné. Chaque tirant de 100 mm de diamètre est soumis à une traction de 1 074 kN.

Le mur de quai: étapes de construction

• Conduite du mur de palplanches avant principal (travaux terrestres)
• Conduite d'un mur de palplanches d'ancrage (travaux terrestres)
• Installation de tirants en acier reliant les deux murs
• Remblayage et coulage de la superstructure en béton armé
• Dragage à -12 m devant le mur de palplanches principal
• Connexion du nouveau poste à la structure existante
• Installation de la chaussée, drainage avec ponceau et éclairage électrique.

Installation des palplanches

Les palplanches en acier ont été installées on-shore à l'aide d'un marteau vibratoire à fréquence standard. Les marteaux vibrants réduisent la friction entre le sol et les tas en appliquant des vibrations verticales à la palplanche. Les vibrations sont provoquées par des masses excentriques rotatives disposées par paires pour éliminer les vibrations horizontales. Les composants verticaux restants s'additionnent et la force centrifuge liquéfie temporairement le sol au voisinage de la palplanche. Le poids du pieu et du marteau crée suffisamment de force vers le bas pour l'installation du rideau de palplanches. De préférence, deux pinces à commande hydraulique assurent une fixation sûre et une transmission correcte du mouvement oscillant au pieu. Trois paramètres techniques (moment excentrique, force centrifuge et fréquence) sont généralement utilisés pour décrire les marteaux vibrants. La fréquence correspond au nombre de tours des masses tournantes par minute. Le moment excentrique est équivalent au produit de la masse des masses en rotation [kg] et de la distance [m] entre l'axe de rotation et le centre de gravité des poids tournants.

La force centrifuge générée (unité: kN) dépend du moment excentrique et de la fréquence. De tels marteaux sont particulièrement recommandés dans les sols non cohésifs saturés d'eau pour l'entraînement de pieux à la fois au-dessus et sous l'eau. Le choix du marteau vibratoire dépend de la section transversale et du poids du pieu, de la profondeur de pénétration et des caractéristiques du sol. Un PTC 60HD (marteau vibrant robuste) a été choisi pour installer le rideau de palplanches au poste d'amarrage WQ-7. La machine présente une fréquence de 1 650 tr / min, un moment excentrique de 60 kgm et une force centrifuge maximale de 1 830 kN. L’entrepreneur, Afcons, a opté pour deux grues sur chenilles avec des puissances de levage respectives de 40 et 70 tonnes afin de manipuler le marteau vibrant de sept tonnes, les palplanches et le gabarit. Au-delà du point de refus potentiel du marteau vibrant, les palplanches ont été poussées au niveau de conception à l’aide d’un marteau diesel.

Les grumes de trois forages réalisés sur le site de conduite ont révélé la présence de roches altérées à une altitude de -20,5 m. Comme les pieux devaient être conduits à trois mètres au-delà de la tête, un marteau à percussion était essentiel pour atteindre la profondeur de conception. Les plans d’agencement pour la construction du modèle de conduite ont été fournis par l’équipe technique d’ArcelorMittal. Les travaux de soudure nécessaires ont été exécutés par un sous-traitant indien nommé par l’entrepreneur principal Afcons.

Le gabarit a été nivelé à l'aide d'un théodolite. L'assistance technique sur le chantier pour permettre l'installation du mur combiné a été fournie gratuitement par ArcelorMittal. Les structures de quai ont été conçues pour une durée de vie de 50 ans. Par conséquent, des pertes de corrosion de 4 mm au niveau de la zone d'immersion permanente côté eau et de 1 mm côté terre ont été prises en compte pour le choix de la section de palplanches en acier. Un système de protection cathodique à courant imposé garantit la durée de vie requise.

Port de Visakhapatnam - aspects historiques

Au début des années 1920, le gouvernement indien décida de construire un port à Visakhapatnam, sur la côte est de l'Inde, afin de fournir un débouché direct pour les produits minéraux et autres produits des provinces centrales. Le port dessert un vaste arrière-pays en l'absence de tout autre port maritime entre Madras et Calcutta. En 1933, un important programme de dragage du marais près de la ville de Visakhapatnam a été achevé pour former un port abrité.

Le port a été construit à l'origine comme port de commerce unique pour les exportations de minerai de manganèse, avec seulement trois postes à quai d'une capacité de manutention combinée de 0,3 million de tonnes. Une caractéristique inhabituelle du port sont les anciens navires "Janus" et "Welledson" qui étaient remplis de pierres puis coulés vers le sud du chenal d’entrée pour former un brise-lames.

Environ 90% du commerce extérieur de l’Inde passe par l’un des ports situés le long de son littoral de 6000 km. Onze grands ports - Calcutta, Chennai (Madras), Cochin, Haldia, Kandla, Mangalore, Mormugao, Mumbai (Bombay), Paradip, Tuticorin et Visakhapatnam - sont gérés par les trusts portuaires contrôlés par le gouvernement. Ensemble, ils traitent environ 230 millions de tonnes de fret par an. Un plan de développement a été achevé pour augmenter la capacité de 170 millions de tonnes supplémentaires.