Pour les entrepreneurs chargés de réaliser un projet public massif et très médiatisé dans un environnement urbain très fréquenté, chaque jour et chaque dollar comptent. Purple Line Transit Constructors (PLTC), l’équipe dédiée à la construction d’un nouveau métro léger dans le Maryland pour Purple Line Transit Partners (PLTP), a économisé un temps précieux et de l’argent en engageant United Rentals pour fournir des solutions d’ingénierie et d’étayage pour les travaux souterrains critiques.

D’un coût de 5,6 milliards de dollars et d’une longueur de 25 kilomètres, le métro Purple Line reliera les différentes banlieues du Maryland entre elles et à Washington D.C. Bien que la ligne soit principalement en surface, elle comprendra deux stations souterraines et un tunnel; et c’est sur ces parties souterraines du projet que l’expertise de United Rentals en matière de tranchées et d’excavation fait la différence.

Faciliter l’excavation en sortant des sentiers battus

Sur le site de la station Bethesda, les entrepreneurs creusent et font exploser un puits de 50 mètres qui reliera la station à la Red Line du métro de Washington, située en dessous. À plusieurs kilomètres de là, les équipes creusent les entrées et les sorties du tunnel souterrain de 335 mètres sur Plymouth Street ainsi qu’un trou pour la station souterraine de Manchester Place qui reliera une extrémité du tunnel.

Traditionnellement, les entrepreneurs étayent ces excavations de grande envergure à l’aide de traverses en acier et de supports de tuyaux en acier qui doivent être soudés en place. Mais, c’est un processus chronophage (sans parler des risques potentiels). Les activités de construction de la Purple Line ayant déjà été retardées d’un an en raison de problèmes juridiques, PLTP cherchait des moyens d’accélérer le calendrier.

United Rentals a pu concevoir une solution meilleure et plus rapide : un système d’étayage hydraulique qui a réduit le temps d’étayage à la station Bethesda de deux tiers et a permis à l’entrepreneur d’économiser plus de 800 000 $ en main-d’œuvre.

« United Rentals nous a vraiment aidés à accélérer les travaux d’excavation », a déclaré Jeff Hammer, ingénieur de projet PLTC pour l’entrée sud de la station Bethesda. « Un système traditionnel nous aurait pris beaucoup plus de temps à souder, à fabriquer, à mettre en place, sans compter toutes les autres choses qu’un système d’étayage traditionnel exige. Le système United Rentals nous a permis d’excaver selon une méthode traditionnelle et de mettre en place l’étayage, les raidisseurs et les jambes de force très rapidement. »

Équipement unique

United Rentals a commencé à travailler avec PLTP une année entière avant l’envoi des premiers bons de commande pour le projet. Une fois que l’équipe de United Rentals a compris les défis auxquels l’entrepreneur serait confronté, elle a réalisé que les excavations nécessiteraient un soutien massif. Pour sortir des sentiers battus, l’entreprise a passé une commande de jambes de force hydrauliques de 150 et 250 tonnes, capables de supporter les charges très importantes sur les trois sites d’excavation.

« United Rentals est la seule entreprise de ce côté du monde à disposer de cet équipement de 250 tonnes », a déclaré Michael Barr, ingénieur commercial pour la région de sécurité des tranchées de United Rentals.

« Nous avons dû faire venir l’équipement ici, puis former notre personnel pour qu’il en connaisse les tenants et aboutissants. Ce fut un travail d’équipe, de nos conseillers en installation à nos ingénieurs, en passant par les employés de notre centre de Greensboro, en Caroline du Nord, qui ont reçu l’équipement et l’ont construit, testé et inspecté. »

Pour plus de sécurité, United Rentals a installé des axes de charge sur chaque jambe de force du puits de Bethesda afin que la charge sur chaque jambe de force puisse être surveillée en temps réel, en particulier pendant le dynamitage.

Ingénierie complexe

United Rentals a également fourni les plans d’ingénierie scellés et estampillés pour l’étayage hydraulique sur les trois sites d’excavation.

Le fait que les sites de construction soient situés dans des zones densément peuplées a ajouté aux nombreux défis à relever. Sur le site de Bethesda, par exemple, les ingénieurs ont dû tenir compte des surcharges générées par les immeubles de bureaux de 15 à 20 étages adjacents au puits et veiller à ce que le dynamitage n’ait pas d’incidence sur le fonctionnement de la Red Line en contrebas.

Pour le puits de 50 mètres, des jambes de force hydrauliques ont été placées tous les 5 à 5,5 mètres. Après l’installation et la mise sous pression des jambes de force hydrauliques, les équipes ont creusé depuis l’intérieur du trou jusqu’au niveau suivant. Un conseiller en installation de United Rentals était sur place pour s’assurer que l’étayage était installé conformément aux plans d’ingénierie.

À un niveau, l’étayage hydraulique n’aurait pas satisfait aux exigences de précharge, si bien que PLTC a utilisé un système d’étayage en acier soudé à la place. Le temps qu’il a fallu (trois semaines contre un jour ou deux pour installer les raidisseurs du système d’étayage hydraulique) a montré clairement combien de temps et d’argent le système de United Rentals avait permis d’économiser.

Maintenir l’intégrité de l’excavation

Les travaux sur le puits de la station Bethesda ont commencé en juin 2018; un an plus tard, PLTC avait creusé jusqu’à 30 mètres. À ce moment, les équipes de construction ont temporairement arrêté l’excavation pour installer, de bas en haut, les parois verticales en béton qui tapisseront le puits de façon permanente.

United Rentals retirera ses jambes de force hydrauliques à deux des cinq niveaux au fur et à mesure que les levées de béton seront coulées. « Nous remettrons ensuite en place certaines des jambes de force que nous avons retirées. Au lieu de reposer contre un raidisseur, elles reposeront sur les murs en béton fini », explique M. Barr. « Cela permettra de maintenir l’intégrité de l’excavation; le béton lui-même n’est pas suffisant pour fournir le même soutien que nos jambes de force. »

Pour éviter que la surface du béton fini ne se fissure, United Rentals a conçu une plaque d’extrémité spéciale en acier de 3 pieds carrés (0,3 m²) contre laquelle les jambes de force hydrauliques reposent.

Record battu

Les plus grandes jambes de force ont été utilisées pour étayer le puits de la station Manchester Place. Le puits ne mesurait que 17 à 18 mètres de profondeur, mais près de 30 mètres de large et 60 mètres de long. Cela en fait la plus grande excavation à support hydraulique d’Amérique du Nord.

« Ces jambes de force de 250 tonnes vont sortir de 45 mètres sans aucun type de support interne ni cheville d’attelage », a-t-il déclaré.

Mettre en place des jambes de force de 120 cm de diamètre est un véritable défi logistique. United Rentals a utilisé des rallonges de jambes de force coniques pour atteindre la largeur requise. « Nous avons dû déplacer une partie de la jambe de force, la positionner d’un côté, surélever l’autre côté, puis déplacer le vérin hydraulique avec une grue. Une fois que nous l’avons mis en place, nous avons boulonné le système à l’intérieur de l’excavation », a déclaré Barr.

Dans un an environ, lorsque le projet ne nécessitera plus l’étayage hydraulique, il sera relativement facile de retirer les jambes de force. « Il suffit d’entrer et de tourner la vanne pour libérer la pression. Il vaut mieux cela que de libérer la pression sur une poutre soudée, où un gars doit se tenir juste à côté des jambes de force et des raidisseurs pour les découper avec un chalumeau. Cela peut être très dangereux », a déclaré Barr.

Résolution rapide des problèmes

Un engagement à résoudre les problèmes et à fournir des solutions innovantes, ainsi que des décennies d’expérience dans la conception et l’ingénierie des excavations, ont permis à United Rentals d’aider le client à respecter les délais et le budget.

Par exemple, lorsque la précharge requise pour les jambes de force était plus importante que ce que PLTC avait prévu, United Rentals a utilisé ses ressources d’ingénierie et son équipe sur le terrain pour s’assurer que l’étayage hydraulique pouvait encore être utilisé. Les précharges étaient si élevées que United Rentals a remplacé l’huile hydraulique par de l’eau et de l’antigel qu’elle utilise généralement à l’intérieur des jambes de force pour obtenir des pressions adéquates.

Malgré les défis, « ils disposaient du bon équipement et ont résolu ces problèmes rapidement », a déclaré M. Hammer

« United Rentals s’est révélé être un bon partenaire sur une excavation très difficile », poursuit Hammer. « Leur système très flexible nous permet de réaliser des choses que nous ne pouvions envisager avec les systèmes traditionnels. L’installation était beaucoup plus rapide, leur support technique était excellent et la collaboration solide. »