Le TLR d’Eglinton : comment avoir un impact important avec une empreinte carbone réduite

Le train léger sur rail d’Eglinton Crosstown fait partie du plan de transport régional de Metrolinx, The Big Move, et est l’un des premiers projets de transport en commun à grande échelle pour la région de Toronto, en Ontario, au Canada. L’ECLRT offrira un transport en commun rapide, fiable et confortable le long de l’avenue Eglinton, ce qui contribuera à réduire la congestion tout en intégrant les services de transport en commun.

Depuis janvier 2014, une coentreprise connue sous le nom de Crosslinx Transit Solutions Constructors (CTSC) et composée d’EllisDon Corporation, du Groupe Aecon Inc., d’ACS – Dragados et du Groupe SNC Lavalin Inc., est responsable de la conception et de la construction du projet. Une fois terminé, l’ECLRT reliera l’est et l’ouest de Toronto avec 25 stations le long d’un itinéraire dédié, ce qui aidera les usagers à traverser la ville 60% plus rapidement qu’en autobus ou en voiture.

Le projet achevé contribuera à réduire les émissions importantes de gaz à effet de serre (GES) en retirant les voitures de la route et en réduisant le besoin d’autobus diesel. De plus, le projet a permis de réduire davantage les émissions de GES pendant le processus de construction. Le projet a nécessité plus de 500 000 m³ (654 000 vg³) de béton (l’équivalent d’environ 200 piscines olympiques) dans les 25 stations et arrêts, les voies, les signaux, le système de communication, ainsi qu’une installation d’entretien et d’entreposage. Le béton, dont le ciment est responsable de 8% des émissions mondiales de GES, a une empreinte carbone importante. Par conséquent, la réduction des émissions du béton du projet offre un potentiel de réduction important des émissions de GES.

Le CTSC a investi dans des recherches précieuses pour identifier les possibilités d’optimisation des mélanges de béton afin de maximiser la durabilité à long terme des emplacements massifs tout en réduisant les émissions de carbone. L’utilisation d’un matériau cimentaire supplémentaire à haut volume (HVSCM) combinée à la technologie de pointe des capteurs de béton (technologie EXACT) a aidé l’équipe à atteindre les objectifs de résilience et de réduction des émissions. ‍

Augmentation de la quantité permise de MCS

Les spécifications du projet d’ECLRT comprenaient des exigences strictes en matière de température maximale et de différences de température maximales afin de minimiser la fissuration thermique des éléments structurels. Le CTSC a demandé à l’équipe des sciences de la construction d’EllisDon d’examiner les spécifications et de fournir un plan de contrôle thermique pour le projet. L’un des principaux mandats du plan était d’augmenter la quantité de matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) autorisés, ce qui réduirait la chaleur libérée pendant le processus d’hydratation en réduisant la teneur en ciment Portland. L’équipe de la coentreprise a investi dans des essais complets pour évaluer le MCS, dans ce cas le ciment laitier, à des niveaux de remplacement allant de 10 à 80% afin de comprendre les impacts sur la durabilité et la performance de la diminution de la teneur en ciment. Les résultats de l’étude, combinés aux données de l’Europe et d’autres administrations, ont montré que la MCS à une valeur de remplacement de 70% était optimale.

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La quantité importante de béton massif employée sur l’ECLRT a nécessité une attention particulière pour gérer la chaleur générée pendant le processus de durcissement. Les codes et les normes définissent les éléments en béton massif comme tout élément d’au moins 1 m (3,3 pi) d’épaisseur ou soumis à des contraintes thermiques importantes, comme les murs et les dalles finis de nombreuses stations, comme le montre la figure 2. Plusieurs placements de béton massif à la station de TLR Eglinton. Tous les mélanges de béton massif contiennent généralement un certain pourcentage de MCS pour aider à réduire la chaleur pendant le processus de durcissement. Jusqu’à récemment, cela était souvent limité à moins de 50% des MCS; il est typique que les spécifications de projets similaires à l’ECLRT respectent encore cette limite. Cependant, en raison du volume des éléments de masse pour l’ECLRT, l’augmentation de la MCS était essentielle pour gérer la chaleur interne gagnée pendant l’hydratation et le durcissement. La collaboration entre le CTSC, les fournisseurs de béton et Metrolinx a été nécessaire pour permettre l’utilisation d’un volume accru de MCS à des volumes considérés comme élevés.

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Surveillance et séchage des matchs

Tout au long du processus, le CTSC a utilisé la technologie EXACT (Fig. 3. Un équipement de surveillance de la température a été installé peu de temps avant la mise en place du béton) pour surveiller les emplacements de béton en masse, en veillant à ce que les emplacements demeurent dans les limites spécifiées pour la température maximale et la différence de température maximale. Les équipes de projet ont pu accéder à des données critiques en ligne 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, pour prendre des décisions éclairées en matière de contrôle thermique (par exemple, ajouter ou retirer des couvertures thermiques ou fournir de la chaleur supplémentaire au béton placé pendant qu’il durcit), ce qui a permis de renouveler les éléments les plus efficaces.

Les capteurs de température d’EXACT sont également utilisés pour surveiller la résistance en place à l’aide de calculs de maturité ainsi qu’en communiquant avec des boîtes de durcissement à distance avec des cylindres d’essai de résistance. Dans cette dernière application, le système permet aux bouteilles de subir les mêmes températures que celles résultant de la chaleur d’hydratation des placements de béton massif. Par conséquent, les équipes de projet peuvent observer et surveiller les températures plus élevées du béton à un âge précoce et s’appuyer en toute confiance sur des forces hautement représentatives pour faire avancer les activités critiques, telles que l’enlèvement du coffrage ou le chargement des éléments. Cela offre aux entrepreneurs plus de contrôle sur les délais de durcissement et de renforcement, ce qui permet une utilisation optimale des matériaux tout en respectant les exigences de performance sans les coûts supplémentaires liés à l’application de chaleur supplémentaire pendant le durcissement. ‍

Avantages de l’utilisation de HVSCM

Les MCS sont couramment utilisés dans les mélanges de béton pour tout, des murs de fondation aux tabliers de pont. Les mélanges dont les niveaux de remplacement du ciment sont supérieurs à 40% sont considérés comme des CMHV. L’utilisation de HVSCM permet non seulement d’obtenir un béton plus durable et moins sensible aux compromis liés à la température pendant l’hydratation, mais aussi beaucoup plus pour l’environnement car il réduit considérablement l’intensité des émissions de GES du béton.

Comme pour tous les matériaux, l’intensité des émissions de GES de tout mélange de béton dépend de l’intensité des émissions de chaque constituant. Les estimations d’émissions présentées dans le présent article pour les mélanges HVSCM utilisés à l’ECLRT par rapport aux mélanges de remplacement à faible MCS sont fondées sur les pratiques exemplaires actuelles et les taux d’émissions moyens de l’industrie pour les composants en béton, tels que publiés dans le rapport de déclaration environnementale de produit (DEP) de l’Association canadienne du béton prêt à l’emploi (ACRCM). (Insérer la figure 4 : Réductions des émissions de CO₂ pour divers contenus en MCS dans les mélanges de béton. Les valeurs calculées sont basées sur l’outil ZGF ACV et la DEP moyenne de l’industrie de l’ACRC (Remarque : 1 kg/m² = 0,06 lb/pi²))

En utilisant 70% de MCS (ciment de laitier), CTSC a été en mesure d’éliminer près de 130 000 tonnes (143 300 t) de CO₂e par rapport à l’utilisation d’un mélange avec du ciment seulement. Bien que tous les mélanges de béton massif contiennent un certain pourcentage de MCS pour aider au contrôle de la température, l’impact de l’augmentation du volume de MCS est tout de même important. Pour mettre en contexte, les réductions d’émissions réalisées ici sont à peu près de la même ampleur que le retrait de plus de 28 000 véhicules de tourisme de la route pendant un an. ‍

Économies environnementales avec HVSCM

Alors que le Canada cherche à atteindre des objectifs ambitieux de réduction des émissions, il est essentiel de trouver des moyens de réduire les émissions dans le béton que nous utilisons pour construire nos villes et nos systèmes de soutien. L’industrie investit dans l’amélioration des processus, y compris de nouvelles technologies, pour parvenir à un matériau zéro émission. Entre-temps, l’utilisation de HVSCM et d’outils de surveillance précis peut aider à réaliser des réductions progressives significatives.

Les autorités d’approvisionnement de tous les ordres de gouvernement devraient se concentrer sur des spécifications axées sur le rendement qui décrivent la durabilité, l’intégrité structurelle et les limites du PRP tout en encourageant l’innovation. Cela encouragera l’adoption par le marché d’outils qui assureront le respect des exigences de rendement tout en réduisant les émissions de GES.

Au cours de la prochaine décennie, les gouvernements américain et canadien s’apprêtent à investir près de trois quarts de billion de dollars dans de grands projets d’infrastructure comparables à la portée et à l’ampleur de l’ECLRT. Si ces projets utilisent le HVSCM, les avantages environnementaux qui en résulteront seront stupéfiants – les économies de carbone estimées à peu près équivalentes au retrait d’environ 1,7 million de véhicules de tourisme de la route pendant une année entière! L’adoption de HVSCM dans les grands projets d’infrastructure à l’échelle mondiale permettra d’offrir une infrastructure plus robuste au monde entier à une fraction du coût environnemental, tout en améliorant les caractéristiques de performance.