Corporation de Gestion de la Voie Maritime du Saint-Laurent · PDF file– Laboratoire de Béton Expert en Essai Non-Destructif ... Validation des résultats -Essais non destructifs

Corporation de Gestion de la Voie Maritime du Saint-Laurent

École d’été sur l’entretien, le monitoring et l’inspection des ouvrages en béton

Université Laval, Québec

22 juin 2011

Corporation de Gestion de la Voie Maritime du Saint-Laurent

Programme De Suivi et De Réhabilitation De Quatre Écluses Affectées Par La

Réaction Alcali-Granulat

Plan de la présentation

IntroductionMise en situationProgramme d’entretienProgramme d’instrumentationProgramme d’inspectionÉtude pré-ingénierieProgramme de Réhabilitation

NIAGARA REGION(1936)

MAISONNEUVEREGION (1959)

INTRODUCTION

St-Lambert Beauharnois

Côte Ste-Catherine

Mise En Situation Monolite typique

Galerie des câbles

Chambre des machines

Aqueduct

Mise en Situation Section Typique d’une Écluse

Porte

Poutrelles deVannage

Vanne

Mise en SituationCoinçement des Poutrelles de Vannage

Mise en SituationCulée des Ponts

Mise en Situation Désalignement des Portes

Mise en Situation Problèmes Visuels



Mise en Situation Diagnostic

Identifié au début des années 80 Problèmes d’opération des équipements

mécaniques Relevés d’arpentage Signes visuels dus au gonflement de la

réaction alcali aggregats Test en laboratoire sur le potentiel de

réactivité des granulats de béton

QU’EST CE QUE LA RAG?

Réaction Chimique

– Granulats réactif

– Haut Taux d’Alcali dans le ciment

– Haut Taux d’Humidité

Test - Agrégats

Écluses de Beauharnois – Utilisation des matériaux excavés– Formation de Grès de Postdam – Testé réactive (highly)

Écluses St-Lambert & Côte Ste-Catherine – Calcaire de carrière locale– Testé très réactive à St-Lambert et réactif à

Côte Ste-Catherine

Test en laboratoire

Programme d’entretienAjustements Mécaniques

– Réalignement des Vanne and Portes

Modifications Structurales– Reconstruction des enclaves– Reconstruction des couvercles de béton

InjectionsConfinement

Programme d’entretienRéalignement de arbre de levier de la vanne

Programme d’EntretienRéalignement des arbres de leviers de la

vanne Taintor

Programme d’entretienRéalignement des arbres de levier de la

vanne Taintor

Programme d’entretienAlignement des lisses des vanne Taintor

Réalignement des portes d’écluse

–Programme d’entretien

Programme d’entretienRéalignement des blocs contact de la porte

Programme d’entretienRéalignement des blocs contact de la porte

Programme d’entretien

Ajustement mécanique

Modification structurale

Reconstruction des enclaves des poutrelles de vannage


Programme d’entretienConfinement et renforcement des contre-

poids des ponts levants


Ajustements mécaniquesModifications Structurale

Injection des fissures

Programme d’Entretien Injection des fissures


$0

$1 000 000

$2 000 000

$3 000 000

$4 000 000

$5 000 000

$6 000 000

$7 000 000

1985-1990

1990-1995

1995-2000

2000-2005

2005-2010

CivilMechanicalRegional

Pendule Inversée

Programme d’instrumentation

Pendule Inversée

Pendule Inversée

Résultats des pendules inversées


Pendule Inversée

Extensomètre de Surface

Extensomètre de surface



Pendule inversée

Extensomètre de Surface Fissuromètre

Fissuromètre

Fissuromètre


Pendule Inversée


Extensomètre de profondeur

Fissuromètre




Pendule Inversée

Arpentage



Fissuromètre

Programme d’instrumentation -Arpentage

– Largeur du sas d’éclusage

– Verticalité des murs

– Planéité des portes, des bras, des arbres de pignon

de porte

– Largeur des enclaves pour batardeau et pour

vannes

– Verticalité des tours de pont levants


$0

$50 000

$100 000

$150 000

$200 000

$250 000

$300 000

Écluse 1 Écluse 2 Écluse 3 Écluse 4

Coût Annuel de prise de mesure: $70 000

Étude Pré-ingénierie

Expert modélisation numérique– Hydro-Québec

Expert Géologie/Pétrographie– NRCAN

Expert en matériau– Laboratoire de Béton

Expert en Essai Non-Destructif– Université Sherbrooke

Expert en Instrumentation

Étude Pré-IngénierieObjectif

Pour PRÉDIRE les déplacements structuraux, contraintes et dommages résultants de la réaction alcali granulats (RAG)

Pour ÉVALUER l’efficacité des différentes mesures correctives

Étude Pré-Ingénierie Modélisation

Modèle dévelopé par Hydro-Québec

Inclus la moitié d’une écluse pour simuler le confinement latérale

Raffinement du modèle pour des monolithes spécific et pour chacune des écluses

Étude Pré-Ingénierie Modélisation Résultats initiaux

Étendue des dommages– Distribution de l’indice d’intensi

de dommage ß– ß 1.0 = État Fissuré

Étude Pré-Ingénierie Modélisation

1999

2009

Étude Pré-IngénierieModélisation

Sommes-nous en sécurité– Estimation de l’étendue

des dommages– Stabilité

Seront-nous sécuritaire à long terme– Extrapolation des

dommages dans le futur.

Étude Pré-ingénierieRésultats de l’étude paramétrique

Paramètre Paramètre à l’origine

Variance du Paramètre

Variance % Ratios DX (%)

Module d’ Elasticité (E)

21Gpa 14GPa -33 3 28Gpa +33 2

Coefficient de Poisson ()

0,2 0,15 -25 2 0,25 +25 2

Résistance en Compression (fc’)

27Mpa 15Mpa -44 5 40MPa +48 4

Ratio Armature d’acier ()

7,88% 5,76% -27 1 10,00% +27 1

Taux d’Expansion Volumétrique ()

0,005775 @ 0,01155

0,00289 @ 0,00578 -50 45 0,00866 @ 0,01732 +50 60

Années équivalentes de RAG

20 années equiv. 24 années equiv. +12 13 26 années equiv. +24 27

Étude Pré-Ingénierie

100 95 90 85 100 95 90 85 100 95 90 85 100 95 90 85Spratt Contrôle (VM1) 10 11 * * 38 27 * 3 92 59 * 29 0,129% 87 68 0.044Calcaire St-Jean 5-56 (VM2) 31 * * * 71 * * * 77 84 * * 0,096% * * *Calcaire St-Jean 5-20 (VM3) 41 34 * * 50 44 * 3 117 59 * 15 0,103% 123 83 8Grès Postdam 5-56 (VM4) 6 * * * 19 * * * 27 10 * * 0,180% 42 * 0Grès Postdam 5-20 (VM5) 34 39 * * 45 38 13 * 95 34 1 * 0,076% 212 51 0

TEMPÉRATURE AMBIANTE (OC) / HUMIDITÉ (%)Type de pierre 5 15 23 38

Résultat d’expansion après 104 semaines .04% to .12% consideré réactif, > .12% très actif

–Étude sur le taux d’expansion sous différents taux d’humidité et températures - NRCAN et Laboratoire de Béton

Étude Pré-IngénierieOptimization du Modèle

L’étude sur le taux d’expansion en fonction de l’humidité et de la température a permis d’appliquer des facteur de conversion aux taux utilisé antérieurement,

le modèle a ainsi été séparé en trois zones distinctes correspondant a différent taux d’expansion pour réfléter les comportements de la RAG pour les conditions existantes.

Autre amélioration, introduction de l’acier d’armature dans le modèle mathématique

Les résultats de 2002 indiquent que les simulations de 1999 étaient très conservatrices. Le raffinement du modèle augmente le degré de précision et montre le taux actuel d’endommagement dû aux gonflements être moindre qu’originalement.

Étude Pré-IngénierieComparaison des simulations

Étude Pré-ingénierie Résultats de la modélisation

Optimiser le plan d’action.– Impact sur l’inaction des

mesures correctives pourrait limiter l’entrée des navire de dimension maximale dans la Voie maritime en saison hivernale

Étude Pré-IngénierieProcessus de validation

Stratégies – Corrélation avec les mesures de terrain– Test Non Destructive

Étude de Pré-IngénierieValidation par corrélation avec mesure de

terrain

Déplacement Mesuré Résultats 2002 résultats 1999Transverse 59,2 66,6 71,1Vertical 78,0 80,4 86,4Transverse 35,6 39,4 43,5Vertical 62,8 62,1 140,0

St-Lambert monolith 1SSt-Lambert monolith 7N

Étude Pré-IngénierieValidation des résultats -Essais non destructifs

Par Université de Sherbrooke

Backfill

Étude de Pré-IngénierieComparaison des indices de dommages

2005 Sonic Tomography

Étude Pré-IngénierieValidation de la modélisation

Étude Pré-IngénierieConclusion

La modélisation nous a permis de vérifier la stabilité structurale et suivant un tremblement de terre des monolithes présentement et à long terme.

L’écluse de St-Lambert manifeste la plus forte expansion. Avec le rétricissement du sas de l’écluse à un taux d’environ 3mm par année et avec une demande croissante de prolonger la saison de navigation, les problèmes opérationnels deviennent l’élément déclencheur pour les travaux de réhabilitation.

Programme de réhabilitationMaisonneuve Region AAR concrete growth projections - Without project

St-Lambert Lock ( Lock 1 )Lock width at coping

Comments Costs to maintain (all in 2005 $ value) Other Considerations

2005 79' - 9''

Lock width in critical zone for 78 footers, frequent difficulties for passage and extraneous efforts to de-ice lock walls

Our records show greater transit difficulties than in past years for the last 2 weeks of operation

2008 79' - 8''


Allocation for gate, valve, ice flushing gates, ship arresters and bridge lock adjustments and realignments, based on past history, is approximately $1,500,000. for years 2006-2008

2013 ( Projected ) 79' - 7''



2018 ( Projected ) 79' - 6''



2023 ( Projected ) 79' - 5''

Starting with 2019 season, 78 footers can no longer navigate in ice conditions

Broad estimate for rock anchors is approximately $7,000,000 per lock, over minimum of 3 years installation, between 2018 and 2023

2028 ( Projected ) 79' - 4''

Starting with 2019 season, 78 footers can no longer navigate in ice conditions

Assumption: Critical zone for passage of 78 footers in ice condition is 79' - 6'' to 79' - 9" ( 78' + 6'' of ice buffer on either side + another 6 to 9 '' clearance on tie up side for operation ??)

Programme de Réhabilitation

Redonner la largeur originale

Modifier les équipements mécaniques pour permettre une meilleure tolérances aux mouvements du béton et ainsi réduire les contraintes et prévenir l’usure prématuré des équipments mécaniques

Programme de réhabilitation Défi à considérer:

– Performance à long terme (Considérant l’expansion du béton toujours présente)

– Modifications des ancrages pour les différentes composantes mécanique

– Construction en période hivernale ( 2 mois maximum environ)

PROGRAMME DE RÉHABILITATIONPHASE PROJET PILOTE

Plan d’action

Année Actions Proposées Chaque année Acquisition de données et monitoring

2010-2012 Pré-ingénierie & Ébauche de solutions (mécanique et civil) pour réparations

2011-2012 Revue des pairs des solutions possibles et de la méthodologie de construction. Conception des deux monolithes (projet pilote)

2011-2012 (hiver) Réparation de deux monolithes typique (projet pilote) à l’écluse de Côte Ste-Catherine ou Beauharnois

2012-2014 Conception Écluse de St-Lambert 2013-2018 Exécution des travaux – Écluse de St-Lambert 2015-2022 Conception Écluses de Beauharnois 2019-2026 Exécution des travaux – Écluses Beauharnois 2023-2025 Conception Écluse de Côte Ste-Catherine 2026-2029 Exécution des travaux – Écluse Côte Ste Catherine

PROGRAMME DE RÉHABILITATION

PHASE PROJET PILOTE

Analyse de risque Conception des deux solutions retenues lors

de l’analyse de risque Appel d’Offre pour projet de construction Réhabilitation des monolithes (Phase Projet

Pilote) Évaluation du Projet Pilote Retour sur l’approche technique de la

réfection des écluses atteintes de la RAG


Analyse de risque

Revue Critique des documents de modélisation et de mesures

Panel d’experts/spécialistes pour formuler les solutions de réfection possibles

Analyse de risques encourus de chacune des solutions possibles


Analyse de risque

Panel d’experts/spécialistes pour formuler les meilleures solutions possibles– Réaction Alcali Granulat– Méthodes de construction– Matériaux– Mécanique lourde– Réhabilitation– Opérations VMSL– Ingénieurs VMSL


Analyse de risque

Deux réunions de remue-méninges

Entrevues avec les différents intervenants de la CGVMSL pour identifier les risques SPÉCIFIQUES au projet de la RAG

Analyse des solutions retenues

Documents

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