Des pendules coulissants protègent le toit ondulé d'une aérogare

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La nouvelle aérogare principale de l'aéroport international de Portland reçoit une isolation sismique spéciale

Dans le cadre d'un projet de plusieurs années, l'aéroport international de Portland (PDX) dans l'Oregon, aux États-Unis, va agrandir son terminal principal, le rénover et le rendre plus résistant aux séismes. Les bâtiments existants ne sont pas conçus pour répondre aux nouvelles normes en vigueur et à la force des séismes. Le nouveau toit en bois, d'une surface d'environ 32 500 m², sera visuellement marquant. Le toit, conçu par ZGF Architects et KPFF Consulting Engineers, a la forme d'arcs et de vagues. Le toit repose sur 34 colonnes en Y en acier remplies de béton, d'une hauteur d'environ 16,2 m et espacées d'une bonne trentaine de mètres.

Au-delà de l'aspect visuel, l'isolation sismique de la beauté en bois représentait un défi. Il s'agissait, lors du calcul de l'isolation sismique, de couvrir tous les cas de charge possibles en fonctionnement et en cas de séisme.

Conformément à la réglementation, la structure a été analysée pour le cas MCER (Risk-Targeted Maximum Considered Earthquake), qui correspond approximativement au séisme maximal envisageable à Portland dans 2 500 ans. En outre, la structure a également été analysée pour le risque sismique déterministe d'un séisme de magnitude 9,0 dans la zone de subduction de Cascadia, située à environ 100 km à l'ouest de Portland. Il en est résulté au final des déplacements importants du toit de ±406 à ±572 mm.

Ces énormes déplacements sont absorbés par des appuis dits SIP®-D, voir détails ci-dessous. La conception des appuis a été élaborée en étroite collaboration entre KPFF Consulting Engineers et MAURER Munich.

SIP®-D : Double appuis à pendule coulissant

SIP® est l'abréviation de Sliding Isolation Pendulum (appuis à pendule coulissant). Ils ont quatre fonctions :

• Ils isolent ou séparent le toit de l’aérogare des colonnes et permettent des mouvements horizontaux dans toutes les directions.
• Ils limitent les mouvements sismiques par frottement interne, en transformant l'énergie cinétique en chaleur.
• Ils recentrent le toit dans sa position initiale après un tremblement de terre, car ils possèdent des surfaces de glissement concaves.
• Ils transmettent des charges verticales allant jusqu'à 4 115 kN.

Le "D" (double) signale que les appuis ont deux surfaces concaves (au lieu d'une) entre lesquelles glisse un palet. La raison en est que les grands déplacements horizontaux dus aux séismes nécessiteraient de très grands appuis. Avec les appuis Double, le déplacement est réparti uniformément sur deux surfaces concaves, ce qui réduit le diamètre d'environ un tiers. Les appuis SIP®-D peuvent donc être construits plus petits, ce qui correspondait aux exigences des architectes.

Matériau de glissement haute performance MSM

"En somme, il ne s'agissait cependant pas seulement du type de construction de nos appuis. Les exigences en matière de mouvements et de charges dans un espace très restreint ne pouvaient être satisfaites qu'avec notre matériau de glissement haute performance MSM®", rapporte Mark Kaczinski, MAURER USA.

MSM® est l'abréviation de MAURER Sliding Material (matériau de glissement). Contrairement aux alternatives comme le PTFE, il ne contient pas de PFAS. Le MSM® a en outre une durée de vie bien plus longue (plus de 50 ans) et une résistance à la pression deux fois supérieure. Il en résulte que les appuis peuvent être construits plus petits. Les plus grands ont un diamètre maximal de seulement 1.000 mm.

Au total, 68 de ces doubles appuis lisses pendulaires de MAURER sont placés sur les deux dents de chaque colonne en Y. Les appuis ont été conçus pour résister aux charges sismiques les plus extrêmes. C'est pourquoi un programme d'essai complet a été mené.

Plusieurs séries de tests dans des laboratoires d'essai spécialisés

Des prototypes grandeur nature des quatre types de appuis ont été fabriqués et testés dynamiquement et statiquement à EUCENTRE (Pavie).

Afin de simuler des conditions sismiques réelles, les appuis ont été testés à des vitesses allant jusqu'à 1 m/s et jusqu'à ±380 mm de déplacement avec une charge maximale de 420 tonnes. Pour relever un défi encore plus grand, la moitié des prototypes ont été testés à nouveau au SISMALAB (Crispiano) afin de s'assurer que les tests de production ultérieurs fournissent également des résultats valides. Ces tests ont permis de simuler plus de trois tremblements de terre maximum. "Même avec ces exigences élevées, les appuis n'ont montré aucun signe d'usure ou de dommage", rapporte Kaczinski.

La combinaison d'un processus de conception robuste et de la performance des appuis SIP®-D garantira la sécurité des passagers et réduira considérablement les dommages causés aux bâtiments lors des pires tremblements de terre, permettant ainsi à l'aéroport de reprendre ses activités sans longue interruption.

La première phase de construction de la nouvelle aérogare du PDX devrait être ouverte en août 2024. L'achèvement complet est prévu pour fin 2025.

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