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La Technique Française du Béton / The French Technology of Concrete

Nouveau port roulier de Tanger/ Tangiers new RoRo terminal Christophe Costa, Stéphane Besnard, Philippe Autuori, Yves Rialland

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NOUVEAU PORT ROULIER DE TANGER

TANGIERS NEW RORO TERMINAL

Christophe COSTA, Stéphane BESNARD

Philippe AUTUORI, Yves RIALLAND

BOUYGUES TRAVAUX PUBLICS


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1. INTRODUCTION

Le port roulier de Tanger s’inscrit dans le cadre du projet royal de développement économique du Nord Marocain avec la création d’infrastructures modernes complètes (ports en eaux profondes, autoroutes, voie ferrée, réseaux électriques et d’eau, zones d’activitéslogistiques). La construction du complexe portuaire de Tanger Méditerranée comprend à termes deux ports à conteneurs, Tanger Med I et II, d’une capacité totale de 8 millions de conteneurs, ainsi que d’un terminalroulier, apte à traiter 3 millions de passagers annuels équivalent à celui de Tanger Ville actuellement en activité.

Fig1 : Plan masse de l’ensemble des trois terminaux Tangiers three terminals final scheme

Après la mise en service du port de Tanger Med I en 2006 (voir article paru dans cette revue pour le congrès de la fib à Naples), les autorités marocaines ont confié en avril 2007 au même groupement d’entreprises Bouygues TP, SAIPEM et BYMARO la conception et la réalisation de ce terminal RoRo pour un montant de 155 M€. Les travaux seront terminés en décembre 2009 pour une mise en service au printemps 2010.

2. PRÉSENTATION DU PROJET

2.1. Aménagement général

Le port RoRo représentera une emprise sur la mer de plus de 40 ha de plateformes logistiques, incluant une gare maritime, une zone de stockage de vrac, une zone pour hydrocarbures et une station de traitement des eaux pluviales.

1. INTRODUCTION

The new Tangiers Roro terminal is part of the Northern Morocco development scheme. Modern infrastructures such as deepwater harbours, motorways, a new railway, power and water networks are being built to operate major logistical facilities. On the long term, the Tangiers harbour will include two containers terminals with an 8 million units/year capacity and a RoRo terminal for a yearly traffic of 3 million passengers, equivalent to the existing one in Tangiers city.

Fig2 : Casting in situ of the Jarlan chambers

Construction des chambres Jarlan After the completion of Tangiers Med I in 2006 (See the paper for the fib congress of 2006), the Moroccan authorities awarded a 155 M€ contract for the Design and Built of the RoRo terminal in April 2007 to the same Joint Venture, Bouygues TP, SAIPEM and BYMARO. The completion date is December 2009, the first ferries will dock in spring 2010.

2. PROJECT DESCRIPTION

2.1.General Layout

The new terminal will comprise 40 ha of reclaimed land for several logistical facilities: a passenger terminal , an oil products handling area, a general cargo area and a water treatment plant.



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Il est délimité par deux digues conçues pour résister aux houles centennales du détroit de Gibraltar. La position particulière du port situé dans le détroit combine les houles d’Est de Méditerranée et d’Ouest de l’Atlantique. La digue principale est dimensionnée pour les houles d’Ouest, soit un Hs de 9 m environ. Sa longueur est de 1200 m, avec 500 m composés d’un noyau en tout venant et recouverte d’une carapace en Accropodes™ et enrochements, et 700 m composés de 23 caissons quadrilobés en béton armé et remplis de sable. La digue secondaire quant à elle est dimensionnée pour les houles d’Est, soit un Hs de 6 m. Sa longueur est de 1200 m également, mais est uniquement composée d’un noyau en tout venant et recouverte d’une carapace en Accropodes™ et enrochements. La validation de la conception des digues vis-à-vis des houles de projet a été faite sur la base d’essais sur maquettes comme pour le projet de Tanger Med I. A l’intérieur du port roulier, huit postes sont équipés de bollards de 100 t et défenses de 250 t pour accueillir des navires de 60 à 200 m de long. Ils sont constitués de quais en blocs de béton non armé remplis de béton, fondés à -9.00 ou -12.00 m. Les postes sont complétés par des appontements, structures associant des pieux BA chemisés avec des chevêtres, poutres et dalles préfabriqués. Ces appontements sont de 120 à 140 m de long suivant les postes et 10 m de largeur. Des ducs d’Albe en charpente métallique prolongent les postes pour une longueur totale de 160 à 200 m.

Two breakwaters designed for 100 yrp waves of the Gibraltar strait will protect the terminal. Eastern waves from the Mediterranean sea and western waves from the Atlantic require a special care. The main breakwater, 1200 m long, is designed for 9 m high 100 yrp waves.It is subdivided in two sections: a 500 m rubblemound section with a quarry run core and protected by Accropodes™ and rock layers and a 700 m long section made of 23 reinforced concrete 4 cells caissons filled with sand. The secondary breakwater is designed for easterly 6 m high 100 yrp waves. It is also a 1200 m long rubblemound with a quarry run core and a protection made with Accropodes™ and rocks. The design has been validated as per Tangiers Med I project, by hydraulic tests carried out in a wave flume. Within the terminal, 8 berths are fitted with 100 t bollards and 250 t fenders to dock 60 to 200 m long vessels. The berths are made of precast unreinforced infilled concrete blocks, founded at levels -9.00 or -12.00 .In addition gangways, 120 to 140 m long,10 m wide, made of a combination of cased piles, pr ecast beams and slabs provide a lateral access to the ships. Dolphins complete the berths for a 160 m to 200 m length

Fig 3 : Plan Masse du Terminal RoRo / RoRo terminal plan view

Digue secondaire

Dig

ue p

rinci

pale


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2.2 Règlements et hypothèses de calculs Les règlements marocains reposent sur les règlements français classiques du BAEL, fascicule 62 titre V, AFPS90 et CM66 pour ne citer que les plus importants. Les principales hypothèses pour la conception sont les suivantes :

• Durée de vie des ouvrages : 100 ans • 6 postes à -9 mzH et 2 postes à -12 mzH • Armatures de limite élastique 500 MPa • Aciers structurels des pieux et duc d’albe

métallique en S355JR • Béton à haute performance 50 MPa minimum • Protection cathodique préventive sur toutes

les structures en béton armé exposées à la mer selon la norme EN 12696.

Les principaux cas de charges sont :

• Digues et caissons quadrilobés : houles centennales d’Est et d’Ouest

• Appontements : accostage (effort horizontal de 250 T) et amarrage (effort horizontal de 100 T) des navires, charges de service équivalent au système B du fascicule 61 titre II.

• Séisme de 0.24g.

2.3 Les caissons quadrilobés Les caissons sont directement dérivés de ceux utilisés pour la construction de Tanger Med I. Les principes de conception et de construction sont similaires. Ce sont des ouvrages poids en béton armé remplis de sable et d’eau de mer. Leurs dimensions sont 28x28x27 m environ, pour une quantité unitaire 2600 m3 de béton et 540 t d’armatures par caisson. Ils sont fondés sur une assise en tout venant 1/500 kg réalisée par clapage et écrêtage. Une couche de 1/150 mm (50 cm d’épaisseur minimum) permet de niveler plus finement l’assise et une dernière couche de ballast 40/60 mm (50 cm d’épaisseur minimum) reçoit le radier des caissons. La hauteur des assises des caissons varie entre 1 et 6 m reposant sur un substratum rocheux à faible pendage. Le radier des caissons est fondé à -17 mzH,

• Epaisseur du radier : 600 mm • Epaisseur des voiles : 500 mm • Epaisseur de la dalle niveau +4.50 :700 mm

La partie supérieure des caissons est constituée par deux chambres de type Jarlan, dont les voiles ont une épaisseur de 500 mm et une hauteur de 5 m. Le dimensionnement des caissons est en fissuration très préjudiciable conformément au BAEL. Les caissons ont été préfabriqués dans le port de Tanger Med I alors en activité. Une partie est réalisée à terre, comprenant le radier et une hauteur de 12 m de voiles. Les voiles sont réalisés par coffrage glissant.

2.2. Design standards and criteria

The moroccan standards are based on the French ones such as the well known BAEL, Fascicule 62 titre V, AFPS90 and CM66 The main criteria for Design are:

• Design life : 100 years • 6 berths at level -9.00 + 2 berths at level -

12.00 • Rebar: yield stress 500 MPa • For piles casings and dolphins: steel grade

S355JR • Concrete grade: 50 MPa • RC concrete design: SLS highly detrimental • Cathodic protection for all RC structures

exposed to sea action designed as per EN 12696

The main loadings considered for the Design are:

• Breakwaters: 100 yrp waves from west and east

• Gangways: horizontal berthing and mooring loads, 250 t and 100 t respectively; vertical loads as per fascicule 61 titre II

• Seismic: 0.24g 2.3. The 4 cells caissons These caissons are directly derived from the ones developed for Tangiers Med I. The principles used for design and construct are similar. The caissons are gravity based structures filled with sand and sea water. The dimensions are 28x28x27 m approx. Concrete quantity is 2600 m3 and 540 t of rebar for each caisson. They are founded on an underwater mound , height varies from 1 to 6 m, topped by 3 layers:

• A 1/500 kg layer dumped from barges • A 500 mm thick levelling layer made of 1/150

mm rocks • A top 500 mm thick levelling layer made of

40/60 mm ballast The caissons are founded at level -17.00.

• Bottom slab: 600 mm thick • Walls: 500 mm thick • Top slab at level +4.50: 700 mm thick

The top chamber is a two cells Jarlan type structure with walls 5 m high and 500 mm thick.The caissons have been cast in the Tangiers Med I harbour under operation. A first part is cast on shore, the bottom slab and the first 12 m high walls.For the walls a sliding form has been used.



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Fig 4: Préfabrication à terre des caissons quadrilobés 4 cells caissons casting on shore

Après quelques jours de maturation du béton, l’ouvrage est ripé sur un ber et mis en flottaison avec son coffrage glissant. Une fois à quai, le caisson est complété jusqu’à sa cote en sous-face de dalle côté port et cote finale avec voiles Jarlan côté mer.

Fig 6 : Finition des caissons en flottaison Floating caissons finishes

Ensuite, les caissons sont équipés d’inserts pour permettre leur remorquage et échouage en place. Une fois échoué en les remplissant d’eau de mer, le remplissage est complété en sable (15 000 m3 par caisson environ). La dalle supérieure vient fermer le caisson et supporte le voile arrière qui termine l’ouvrage à +10 mzH. Le choix d’une telle conception présente l’avantage de diminuer les quantités de tout venant et d’enrochements nécessaires pour constituer la digue.

Fig 8 : Comparaison digue à talus / digue à caissons Rubble mound and caissons comparison

Fig 5: Yard view / Vue du yard

After a few days, the caisson is translated and floated to finish the top structures with the sliding formwork up to the top slab level portside and the Jarlan walls seaside.

Fig 7: Jarlan chambers concreting Bétonnnage des chambres Jarlan

Thereafter, the caissons are fitted with all the cast in pieces necessary for towing and placing. For placing the caissons are temporary filled with sea water for stability purpose. Then 15,000 m3 of sand are pumped before concreting the top slab and the in situ casting of the rear wall at level +10.00. With such a breakwater design, the quarry run and rock fill quantities necessary to constitute the breakwater are minimal.

Fig 9 : The floating device / Le ber de mise à l’eau


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En effet, les quantités de tout venant et d’enrochements proviennent toutes de carrières environnantes. Notamment la carrière de Haft Labnat a été ouverte pour fournir la grande majorité des quantités de matériaux pour les corps de digue de Tanger Med I puis du port roulier. Le fait d’employer des caissons en béton armé au lieu d’un corps de digue classique permet une économie de matériaux de tout venant et d’enrochements de plus de 2 millions de m3 dans le cas des 700 m de digue principale. Les caissons permettent également la réutilisation du sable issu du dragage du port de Tanger Med I, soit près de 300 000 m3. Enfin, l’emprise des caissons est réduite par rapport à celle d’un corps de digue classique ce qui contribue à la création d’un bassin en eau profonde avec le minimum d’emprunt sur la mer libre. L’utilisation de caissons en béton armé a donc clairement réduit l’empreinte environnementale du projet.

2.4 Les appontements Les appontements sont constitués d’un tablier en béton armé préfabriqué reposant sur des pieux en béton armé et chemisés.

Les appontements sont dimensionnés en fissuration très préjudiciable (modèle aux éléments finis ROBOT) et équipés d’une protection cathodique à titre préventif sur toute la partie inférieure exposée à la mer.

L’espacement des pieux est une maille de 14x7 m. Ils sont ancrés de 6 m dans le substratum rocheux.

Le substratum rocheux est principalement représenté par des strates d’argilite, de siltite et grès de manière très chahutée.

Les pieux sont couronnés deux par deux par un chevêtre préfabriqué en béton armé que l’on vient remplir de béton pour réaliser le clavage des pieux. Les chevêtres clavés peuvent recevoir alors trois dalles BA en π préfabriquées par travée. Les dalles en π sont ensuite clavées sur les chevêtres et complétées par un hourdis en place.

Fig 10 : Réalisation des appontements sur pieux Gangways constrution

All the materials for the project are coming from nearby quarries, especially the Haft Labnat quarry which has been developed to supply the vast majority of all materials for both Tangiers Med I and the RoRo terminal. Such a breakwater with an underwater mound and top RC caissons does represent a total 2 million m3 saving for the quarry run and rocks, just for the 700 m long main breakwater. Also, more than 300,000 m3 of dredged sand within theTangiers Med I harbour has been reused as fill material. The footprint of the breakwater which is minimal compared to a standard rubblemound does allow for a deepwater harbour with a minimum reclaimed land. Clearly, the environmental impact has been reduced with such a solution. 2.4. The gangway The gangways are a RC prefabricated deck laid down on RC cased piles. They are designed with a FEM model and fitted as a preventive measure with a cathodic protection for all surfaces exposed to sea action. The pattern for the piles is a 14 x 7 m grid. The piles are 6 m anchored in the rocky substratum.The substratum itself is a mix of hardened clay and silts heavily rearranged. The piles are crowned by a prefabricated cross beam which is filled with concrete once placed on top of the piles. Then the deck made of 3 π shaped precast RC beams for each span is installed on top of the cross beams. An in situ top slab is then poured to complete the full structure.

Fig 11 : Gangways 3D view Vue 3D des appontements



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Des bossages latéraux complètent le dispositif pour recevoir les bollards et défenses nécessaires au lamanage des navires.

Fig 12 : Réalisation du poste 7 Berth 7 construction

Les pieux, la pose et le bétonnage des chevêtres et bipoutres se font entièrement par moyens maritimes.

2.5 La protection cathodique La particularité du projet de Tanger RoRo est de concevoir à titre préventif une protection cathodique pour tous les ouvrages en béton armé exposé à la mer. Concrètement, les caissons et les appontements sont conçus avec une protection cathodique par courant imposé, les pieux avec une protection cathodique par anodes sacrificielles. Le dimensionnement de la protection cathodique par courant imposé est conforme à la norme EN 12696. Chaque ouvrage est découpé en zone de prévention en fonction de son exposition à l’agression des ions Cl-. Ainsi, de manière générale, il existe trois zones d’exposition :

• la zone immergée jusqu’à 0.0 mzH • la zone de marnage de 0.0 mzH à +2.0 mzH • la zone d’éclaboussures au-delà de 2.0 mzH.

Le courant est distribué par zone d’exposition (immergée, marnage, éclaboussures) de manière indépendante par l’intermédiaire d’un câblage en câbles HMWPE de section 10 à 50 mm². Les anodes sont tubulaires (type LIDA) dans les zones immergées et rubans (type ELGARD 85) dans les autres zones. Les anodes tubulaires sont fixées sur les parois extérieures des caissons et ont une durée de vie de 15 ans. Les anodes-rubans sont noyées dans l’enrobage des armatures, espacées de 30 cm et sur tout le pourtour des parois exposées à la mer ; elles ont une durée de vie de 100 ans. Le courant émis par les anodes protège les armatures reliées électriquement entre elles et connectées à des sorties négatives sur le transformateur-redresseur.

Alongside the gangways, cast in pieces are fitted to install the bollards and the fenders necessary for the vessels mooring.

Fig 13 : Cross beam placing Pose d’un chevêtre

All these activities are carried out off shore from pontoons or barges

2.5 The cathodic protection

As a proactive and preventive measure, the client has decided to implement a cathodic protection for all the RC structures exposed to sea action. In practice, for the piles a protection based on sacrificial anodes is set up, and for the gangways and the caissons, an imposed current technique is used. The design is in line with EN 12696. Each structure is sub-divided in protection areas depending on the exposure to Chloride action. 3 types have been identified:

• The permanently immersed zone up to level 0.00

• The alternate dry/wet zone from level 0.00 to +2.00

• The splash zone above level +2.00 The current is distributed independently to each area through 10 to 50 mm² HMWPE cables .In the immersed zones the anodes are tubular (LIDA type) and for the other zones ribbons (ELGARD 85 type ) are used. The design life for the immersed anodes is 15 years. They are fixed on the external side of the walls. For the cast in ribbons, spaced every 300 mm, the design life is 100 years. The current coming from the anodes does protect the rebar electrically connected. Each area does require a current proportional to the rebar surface, generally 5-20 Amps / 15 V. The power of the transformers is 5 kVA.


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Chaque zone nécessite un courant de protection proportionnel aux surfaces des armatures à protéger, en moyenne de l’ordre de 5-20 A / 15 V. La puissance des transformateurs est de l’ordre de 5 kVA. L’utilisation du courant imposé permet de mieux ajuster la demande en courant suivant l’exposition réelle des structures à la corrosion. Le principe repose sur un système de monitoring qui mesure tout au long de la vie de l’ouvrage les différences de potentiel entre les armatures et les anodes. Lorsque les critères de la norme EN 12696 ne sont plus respectés, le courantest réajusté pour permettre à la protection cathodique de fonctionner correctement. Le système est régulé ainsi pendant toute la durée de vie de l’ouvrage. Le monitoring est réalisé par un logiciel type SeDAC qui est intégré dans les armoires des transformateurs-redresseurs. L’interface est gérée par un ordinateur PC classique relié à chaque transformateur-redresseur. La digue à caissons est répartie en 6 transformateurs-redresseurs. Chaque appontement possède son propre transformateur-redresseur.

3. CONCLUSION

Le projet se termine fin décembre 2009. Les appontements sont en cours de finition. Les digues de protection sont terminées. Les premiers ferries doivent débarquer courant printemps 2010. A l’horizon 2014, le port roulier viendra s’inclure dans le projet global du port de Tanger Med II plus à l’Ouest. Il a permis d’une part de réutiliser des installations de chantier de Tanger Med I, quai de fabrication des caissons, le ber et la carrière, c’est le côté répétitif du projet. En même temps il a pu capitaliser sur un premier retour d’expérience et développer de nouvelles procédures spécifiques telles que la protection cathodique des appontements.

4. PRINCIPALES QUANTITÉS

• Caissons quadrilobés : o Béton : 60 000 m3 o Armatures : 15 000 T

• Appontements : o Béton : 6 000 m3 o Armatures : 1 000 T o Charpentes métalliques : 500 T o Pieux métalliques : 2 000 T

• Quais RoRo : o Béton (non armé) : 20 000 m3

• Digues de protection : o AccropodesTM : 70 000 m3 o Tout venant 1/500 kg : 900 000 m3 o Enrochements : 200 000 m3

The use of an imposed current does allow a better control of power demand depending on the actual exposure to corrosion. During the structure life, the potential differences between the rebar and the anodes are permanently monitored. If the EN 12696 criteria are not met, the current is adjusted to let the cathodic protection operate properly. The monitoring is based on a SeDAC software installed in the transformers cabinets and interfaced through a computer. The caissons are subdivided in 6 sections, each with its own transformer. Each berth is equipped with its own single transformer.

3. CONCLUSION

The project is completed in December 2009. The breakwaters are fully finished, some finishing works are still ongoing for the berths. In the spring of year 2010, the first ferries will dock in the new terminal. Around 2014, the RoRo terminal wil be included in the future Tangiers Med II project located on the western side.

Fig 14 : RoRo terminal in November 2009 Le port RoRo en novembre 2009

The experience gained with the Tangiers Med I + the site installations ( the yard, the floating device, the quarry) has been widely used for the new RoRo terminal. This is the repetitive side of the project. But on the other hand, some new specific procedures such as the cathodic protection have been developed and tested.

4. MAIN QUANTITIES

• 4 cells caissons : o Concrete : 60 000 m3 o Rebar : 15 000 T

• Gangways : o Concrete : 6 000 m3 o Rebar : 1 000 T o Steel structures : 500 T o Steel piles : 2 000 T

• Quays RoRo : o Concrete (unreinforced) : 20 000 m3

• Breakwaters : o AccropodesTM : 70 000 m3 o Quarry run 1/500 kg : 900 000 m3 o Rocks : 200 000 m3

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