Les contraintes environnementales
Trois événements d'importance majeure devaient être pris en compte par les concepteurs :
- Le choc d'un pétrolier de 180 000 tonnes heurtant une pile à une vitesse de 16 nœuds (8,2 m/s ou 30 km/h). Les premières contraintes sont donc celle d'un effort horizontal de 480 MN (millions de newtons) à 70 mètres au-dessus du niveau de fondation ce qui correspond à un effort horizontal de la même intensité au niveau des fondation couplé avec un moment de renversement de 34 000 MN.m.
- Un événement sismique de magnitude 7 sur l'échelle de Richter, correspondant à un événement de période de retour de 2000 ans, situé à 8 5 km du site. La contrainte à prendre en compte est ici une accélération maximale du sol de 0,5 g avec un plateau d'accélération à 1,2 g entre 0,2 s et 1,1 s.
- Un mouvement tectonique. La péninsule s'éloigne du continent de l'ordre de 8 mm/an. La dernière contrainte à prendre en compte est donc la possibilité d'occurrence d'un déplacement tectonique différentiel de 2 m dans n'importe quelle direction et entre deux piles adjacentes.
La contrainte des sols meubles
De manière schématique les ponts sont construits soit sur des fondations profondes ancrées dans le sous-sol rocheux, soit sur des fondations superficielles reposant sur le fond.
La fosse du golfe de Corinthe est remplie de sols meubles (argile, limon, sables fins) et la roche, dont la profondeur est estimée à plus de 500 mètres, est inaccessible. Ainsi les fondations profondes ne pouvaient être retenues. L’hypothèse de caissons enterrés a également été étudiée, mais ceux-ci présentaient des difficultés de mise en œuvre en raison de la présence d'une couche de gravier à la surface du sol pouvant créer des difficultés de pénétration du caisson..
Enfin des fondations superficielles n’étaient guère plus envisageables du fait de la faible capacité portante des sols du fonds marin et des tassements élevés qui s’en seraient suivis. En outre sous l'effet de fortes pressions, certains sables peuvent entrer en liquéfaction, c'est-à-dire de passer de l'état de grains solides à l'état de plastique, voire liquide. Il était donc nécessaire de les renforcer.
La solution retenue
Il est néanmoins apparu que la solution résidait dans la construction de fondations superficielles accompagnées par une amélioration des caractéristiques mécaniques des sols pour assurer un comportement sismique satisfaisant de la fondation et limiter les tassements à des valeurs acceptables pour la superstructure.
La solution retenue fut finalement de fonder chacun des quatre énormes piliers sur un ensemble de 200 inclusions rigides fichées dans le sol meuble. Ces inclusions sont constituées de 200 tubes d'acier creux de deux mètres de diamètre et de 25 à 30 mètres de long. Ils sont recouverts d'un tapis de gravier de 2,75 mètres d'épaisseur, capable de supporter les embases des pylônes de 90 mètres de diamètre et 13 mètres de hauteur.
Les piles ne sont pas liées aux tubes de renforcement du sol car en cas de fort séisme, le tout aurait pu basculer. Le tapis de gravier fait effet de fusible ou de coussin, la semelle peut glisser dessus horizontalement. Il sert aussi à répartir les efforts et prévenir les effets de succion. En cas de séisme ou de bouleversement du fond, sa plasticité et son élasticité assurent une absorption des mouvements et une adaptation gravitaire.
La modélisation des fondations
Une telle solution n'ayant jamais été adoptée, de nouveaux outils de dimensionnement et une validation approfondie devaient être mis en place. Un processus en trois étapes a été mis en œuvre :
- Le développement d'outils de dimensionnement spécifiques basés sur la théorie du calcul à la rupture (Salençon, 1983) pour évaluer la capacité ultime du système de fondation et définir la disposition des inclusions : longueur et espacement (Pecker et Salençon, 1999),
- Vérification expérimentale des outils de conception par des essais sur modèle réduit en centrifugeuse (Pecker et Garnier, 1999),
- Vérification du schéma final par des analyses non linéaires en éléments finis, en 2 ou 3 dimensions.
Les trois approches ont donné des résultats similaires à ±15 % l'une de l'autre, ce qui a contribué à conforter la validité du principe de fondation et les analyses effectuées.
Construction des inclusions
Le dragage du fond de la mer, le battage des inclusions, la mise en place et le nivellement de la couche de gravier, par des profondeurs d'eau atteignant 65 m, ont nécessité un équipement et des procédures spéciaux.
Une barge à pieds tendus, concept connu pour les plateformes offshore, a été utilisée pour la première fois pour un équipement mobile. La stabilité est assurée par l'ancrage vertical en tension de corps morts posés en fond de mer. La tension dans ces lignes d'ancrage verticales sont ajustées pour conférer la stabilité requise à la barge vis à vis de la houle et des courants ainsi que des charges manutentionnées par la grue fixée sur le pont. En augmentant la traction dans les lignes d'ancrage, la flottabilité de la barge permet le soulèvement des corps morts et son déplacement à une nouvelle position.
