Surveillance de «The Bow»

Vicki Speed, rédactrice indépendante,
pour le compte de Leica Geosytems,
Collaboration spéciale

«The Bow» est le plus grand immeuble de bureaux de Calgary et le plus haut immeuble du Canada, hors de Toronto. Pendant la construction d’un gratte-ciel aussi complexe que The Bow, la structure a tendance à perdre momentanément sa verticalité car la construction s’incline, se contracte et se dilate. Pour garantir la fonctionnalité de ces plans si complexes et si innovants, MMM Geomatics, Ledcor Construction et le fabricant de charpente d’acier, Supreme-Walters Joint Venture ont mis en place un innovant réseau de contrôle «neutre» du bâtiment qui combine des technologies de pointe, des avancées méthodologiques en matière de géomatique et des procédures rigoureuses de contrôle et d’assurance de la qualité afin de fournir des données précises en temps réel.

En amont de la construction, MMM, avec l’aide d’un fournisseur de matériel topographique expérimenté, Spatial Technologies Inc., a sélectionné le matériel adéquat pour créer un réseau de contrôle horizontal et vertical complet de l’immeuble, permettant une implantation précise pour les levés, sur la structure et à proximité.

Le premier niveau de contrôle horizontal consistait en 3 stations de contrôle externe de la structure. Ces stations de référence étaient installées sur des infrastructures solides comme des culées de ponts situées à proximité, et situées à une distance adéquate de tout développement afin d’obtenir une stabilité maximale des repères. Le premier contrôle horizontal du projet a été mis en place en combinant la technique d’observation GPS traditionnelle et une observation GPS statique.

Réponse en temps réel
Deux stations GPS de référence qui fonctionnent en continu ont également été choisies pour faire office de repères pour le contrôle de la structure extérieure. Les stations GPS diffusaient en continu des données RTK et elles enregistraient la phase GPS brute et les données du code en vue des applications de post traitement de précision.
MMM a également installé un réseau de contrôle externe du toit, composé de 12 prismes professionnels Leica Geosystems à 360°, d’embases et de supports situés sur les constructions existantes à proximité du chantier. Des antennes GPS ont été installées au-dessus des prismes pour les observations GPS statiques de ces repères de contrôle. Tous les trois mois, MMM exécutait un relevé GPS statique complet qui exigeait l’occupation simultanée de tous les prismes du toit et de tous les repères de contrôle de la structure. En outre, des observations classiques des angles, des distances et des niveaux ont été combinées aux différences de positions GPS pour l’ajustement du réseau.

Après chaque levé, le réseau était réajusté et les éventuelles mises à jour statistiquement significatives des coordonnées étaient publiées.

Enfin, MMM a mis en place un système de contrôle du sol à chaque niveau de la structure comme si elle était construite.

Le système de contrôle du sol comprenant une série de 6 stations de référence horizontales, utilisées ultérieurement pour toutes les implantations au sol, notamment pour les éléments de construction comme l’ossature de l’atrium, les bords de dalles, les murs rideaux, les cages d’ascenseurs et les quadrillages du projet. Ces stations étaient installées sur la surface en béton du rez-de-chaussée, puis transférées verticalement à chaque étage à l’aide de plombs laser et validées par un levé complet et par un contrôle de la qualité des données à l’aide de la compensation par les moindres carrés.

Pour toutes les implantations précises du chantier, MMM a sélectionné deux Leica TCRP1201 et une station totale motorisée TS30 d’une précision de 13 mm. La Leica TS30 était utilisée pour les applications où une précision rigoureuse était requise, notamment pour l’implantation des points de contrôle pour les étages, utilisés ultérieurement par tous les corps de métiers. Les points de contrôle mis en place tenaient lieu de première référence horizontale pour toutes les implantations ultérieures par tous les corps de métiers intervenant dans la tour.

Déplacement et déviation
La technique la plus innovante employée pour ce projet était peut-être l’utilisation d’un réseau d’inclinomètres Leica Nivel220 pour détecter et corriger toutes les déviations par rapport à l’aplomb, du fait de forces naturelles ou induites par l’homme.

Parmi les forces naturelles susceptibles d’affecter la structure, on trouve le vent, qui crée une résistance de la part de la construction, et le soleil, qui entraîner des variations dues à la température dans l’acier et dans le béton. Des forces artificielles, provoquées par le tassement différentiel de la dalle du radier et par les chargements des grues, ont déséquilibré les charges de la structure. La période des mouvements du bâtiment était variable et elle combinait le court terme, la journée et la saison.

Des géomètres ont déjà utilisé des inclinomètres pour certains des projets de gratte-ciels les plus innovants et les plus complexes du monde. MMM a collaboré étroitement avec Spatial Technologies Inc., ainsi qu’avec d’autres experts de Leica Geosystems, pour évaluer et tester la technologie du Leica Nivel et pour organiser de courtes formations pour les géomètres lorsqu’elles étaient nécessaires, en vue de son utilisation sur le projet «The Bow».

L’inclinomètre Leica Nivel220 est un capteur d’inclinaison de haute précision à deux axes, avec une résolution de 0,001 milliradian. L’instrument fonctionne selon un principe opto-électronique pour mesurer précisément l’inclinaison et la température en temps réel. Il permet également l’enregistrement des données en continu. L’inclinaison est mesurée par rapport à l’horizontale vraie, sur les deux axes orthogonaux.

L’équipe de géomètres de MMM surveillait, validait et comparait les déviations du bâtiment obtenues grâce à l’inclinomètre, à celles des outils de mesure traditionnels, depuis des contrôles externes fixes.

Des défis grandissants
Une surveillance continue de la structure, à l’aide des prismes situés sur le toit et du réseau de référence, indiquait que le mouvement du bâtiment devenait de plus en plus important à partir du niveau 36 de la tour. Lorsque le déplacement du bâtiment dépassait les 20 mm dans n’importe quelle direction, les procédures d’implantation standard étaient modifiées afin de tenir compte du mouvement.

Pour déterminer l’aplomb des colonnes au-delà du niveau 36, des techniques GPS RTK (Real Time Kinematic) ont été employées. Le blocage du signal et les trajets multiples, dus aux immeubles voisins, sont un facteur limitant et une importante source d’erreurs. À mesure que «The Bow» gagnait en hauteur, ces effets étaient diminués car l’immeuble dépassait tous les bâtiments avoisinants. En général, l’implantation à l’aide du GPS RTK s’est révélée efficace et précise.

La structure déviant continuellement de l’aplomb du fait des forces naturelles et induites par l’homme, il était nécessaire de tenir compte du déplacement et de le corriger. Les observations indiquaient que les déviations de l’immeuble par rapport à l’aplomb dépassaient les 50 mm à certains moments. Le réseau d’inclinomètres permettait de corriger cette déviation.

Les procédures de levées GPS utilisées pour positionner les colonnes en acier comprenaient l’occupation du centre de chaque colonne, pour une durée d’observation RTK nominale de 2 minutes. Le déplacement structurel par rapport à la position neutre du bâtiment était déterminé simultanément, à l’aide du réseau d’inclinomètres. Les déplacements déterminés à l’aide des inclinomètres pendant chaque occupation GPS de 2 minutes étaient ensuite appliqués aux positions GPS pour déterminer les mouvements réels de chaque colonne, et ainsi tenir compte des déviations de la structure par rapport à la verticale.

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