Les structures du quai du Terminal Marine Elizabeth modernisées et approfondies en utilisant les palplanches en acier d'ArcelorMittal

Information détaillée

Terminal Marine Elizabeth : un port des années ‘70 sur son chemin vers la modernité

Le Port Elizabeth est situé près de l’aéroport de Newark International et est à quelques pas de New York City. Les autorités portuaires de New York et du New Jersey ont récemment décidé de rénover la structure du quai du terminal marin Elizabeth, âgée de 30 ans, pour pouvoir y accueillir la nouvelle génération des navires porte-conteneurs. Une remise en état en 5 phases des structures du quai a été prévue pour les postes des quais de 82 à 98 afin d’augmenter les charges de grutage et de mouillage ainsi que la profondeur des eaux le long du quai. L’autre élément vital consistait à équiper le quai de grues sur une largeur pouvant aller jusqu’à 18 conteneurs, permettant ainsi de gérer la génération des navires Super Post-Panamax. En parallèle au projet de rénovation du terminal, le corps d’ingénieurs de l’armée a prévu des opérations de dragage pour approfondir le lit du port de 15,2 m afin pouvoir accueillir les navires porte-conteneurs les plus modernes.

Le programme de redéveloppement du terminal a coûté 650 millions de dollars et a été divisé en 5 phases pour garantir que la construction ne perturbe pas les opérations parallèles relatives aux conteneurs sur les quais existants. Environ 350 m de quai ont été rénovés pendant chaque phase, qui duré de 9 à 12 mois. Le projet a été lancé en janvier 2002 et les travaux ont été terminés en 2009.

Phases de la modernisation et exigences géotechniques, sismiques et relatives à la stabilité

Le projet comprenait les points suivants

• Pose d'une palplanche mixte HZ / AZ  à la paroi du quai pour augmenter la profondeur de l'eau à -15,2 m
• Enlèvement des poutres de support actuelles des rails de la grue et l’installation de nouveaux piliers et de nouvelles poutres destinés à gérer la charge croissante des grues
• Remplacement du système de défense existant par un nouveau système capable de résister à l'énergie d’accostage des navires de 150 000 DWT.
• Rénovation des systèmes électriques existant pour faire face à la demande croissante des grues

La modernisation du quai de 1830 mètres est un exemple typique d’une solution efficace pour approfondir un terminal. Les structures de quai ont été construites au début des années 1970 pour effectuer les opérations de transports générales. Avec l’arrivée des transports par conteneurs, le terminal a été équipé de grues pour conteneurs. Le quai et les grues ont pu desservir les navires porte-conteneurs Panamax avec un tirant d’eau de 12,2 mètres. La partie  principale des quai 82 à 98 coexiste parfaitement avec la section transversale de Port Elizabeth/Port Newark : une large plateforme basse de 15,2 mètres consistant en une dalle de tablier en béton supportée par des piliers de bois. Les tirants attachés à un système de corps-mort assurent la stabilité latérale de la structure de quai. Les poutres des rails de la grue sont supportées par des piliers de bois et d’acier.

La première étape dans la conception de la rénovation du quai et l’analyse du quai existant ont montré que tous les éléments de la structure existante étaient en bon état. Le bureau d’études désigné pour le projet, Han Padron Associates, a décidé qu’une nouvelle construction alliée aux structures de quai existantes était la solution optimale pour une amélioration la plus économique.

Les délais de construction ont été réduits de manière conséquente et ont davantage porté sur l’amélioration de la structure plutôt que sur la démolition complète du quai et un remplacement de celui-ci. La conception a prévu également de nouveaux piliers de support pour les rails de la grue. L’avantage des piliers de paroi étanche choisis était leur capacité à retenir l’élévation existant des conduites de boues sous le quai, tout en permettant le dragage de la zone en face du mur de soutènement à la profondeur souhaitée. 

Puisque les exigences de conception sismique ne faisaient pas partie des codes de construction à l’époque où le quai avait été construit, une analyse sismique a été exécutée pour garantir la conformité de la structure rénovée avec les codes existants. Une fois la stabilité du quai évaluée aux conditions statiques et sismiques de charge, les concepteurs ont choisi un système de rideau mixte HZ/AZ le long du quai comme solution la plus efficace. Plusieurs éléments d’amélioration du quai dépendaient de la charge sismique, y compris la dimension des pieux mixtes HZ et des boulons d’ancrage.

L’évaluation des rénovations structurelles dépendait des conditions géotechniques. Le profil géologique général du site était un remblai hydraulique sur une boue meuble et tendre superposée à du sable dense et du gravier reposant sur un lit de grès et un substrat argileux.

La principale préoccupation concernant la stabilité globale après les travaux de dragage prévus était un cercle glissant de défaillance. Les analyses de la pente de stabilité ont déterminé que les profils type HZ King devaient être entraînées dans les couches denses de sable et de gravier afin d'obtenir une stabilité suffisante. L’ancrage des profils HZ King à travers ces couches denses a également abouti à la conception optimale de la paroi avec une pression passive maximale sur le mur.

Travaux de manutention et palplanches mixte en acier HZ-AZ

Pour transformer le terminal depuis les années 1970 en un terminal pour conteneurs d’une technologie de pointe et afin d’accueillir les navires de 6 600 tonnes, un rideau de palplanches mixtes a été installé le long du quai grâce à des profils HZ 575 et des palplanches intermédiaires AZ 18.

Le rideau en palplanches a permis le dragage du lit de port à -15,2 mètres tout en maintenant la stabilité de la pente sous la plateforme de soutènement. Les analyses de sols et statique ont montré qu’il était nécessaire d’ancrer le haut des profils. Les profils HZ ont été ancrés dans le couronnement de mur pour réduire le mouvement de flexion, les déformations et la profondeur d’ancrage des profils par rapport à une solution de porte-à-faux.

Une grue a soulevé les profila king amenées par une péniche et les ont abaissées dans la conduite. Le gabarit a été équipé de boucliers en néoprène pour protéger le système de revêtement des profils. Un marteau vibratoire a d'abord conduit les profils HZ jusqu'à leur profondeur; ensuite un marteau d'impact  les a conduits à la profondeur prévue dans la conception. Étant donné que la conception exigeait que les profils king soient attachés au mur de quai existant, la tête des profils restait à 2 m au-dessus de la ligne de flottaison. La conduite sous-marine n'était donc pas nécessaire pour l'installation des profils HZ. En outre, les profils king ont été utilisés comme support pour le système de garde-boue  mixte et le système de panneaux qui fournit l'écart nécessaire entre le mur du navire et les parois.

Les profils king ont également servi de cadre de guidage pour l'installation des palplanches intermédiaires. L'entreprise des travaux ne voulait pas submerger le marteau vibratoire et a donc opté pour une poutre spéciale qui a transmis l'énergie de vibration de l'équipement d'installation aux profils AZ tout au long des travaux en profondeur. Les profils AZ sous-marins empêchent l'érosion du sol  dues  par aux turbulences causées par les navires.

Des projets semblables à au projet d'approfondissement des quais décrit ci-dessus ont été réalisés dans de nombreux ports partout dans le monde. De nombreux ports à conteneurs maritimes étant en exploitation aujourd'hui ont été construits pour accueillir des navires de taille Panamax (projeté jusqu'à 12 m). Afin de rester compétitifs, les ports sont maintenant obligés d'accueillir les navires Post-Panamax. Les murs de quai construits dans les années 1970 doivent donc être modernisés pour recevoir ces grands navires. Une solution très rapide et rentable pour la rénovation des quais existant consiste à installer des murs de palplanches stabilisés devant le quai existant pour permettre ces approfondissements.