Grand Canyon Skywalk

Peach Springs, Arizona

Prévoir et contrôler la dynamique structurale induite par les piétons garantit le plaisir des yeux

Le Grand Canyon Skywalk de la Nation Hualapai offre un point de vue unique donnant sur une des plus grandes et plus connues merveilles naturelles de l’Amérique du Nord. Le pont à poutre cantilever en forme de fer à cheval consiste en une passerelle de verre de 3 mètres de large et de 6.35 centimètres d'épaisseur, délimité par des murs de verre de 4,5 pieds de haut, le tout supporté par deux poutres en caisson d'acier en forme de U. Située sur la bordure ouest du canyon, la passerelle dépasse l'Eagle Point de 21 mètres et offre aux visiteurs une vue spectaculaire sur le canyon autour, ainsi que sur le fleuve Colorado, à quelques 1 220 mètres en dessous.

Photos

  • Le défi

    Dès le début du projet, il était évident qu'il ne serait pas simple de concevoir la structure du Grand Canyon Skywalk. Lochsa Engineering devait s’assurer que la structure n'était pas sujette à des vibrations excessives, et même potentiellement catastrophiques, causées par le vent et les piétons. Notre tâche consistait à examiner attentivement ces risques et, en collaboration avec Lochsa, élaborer des solutions. 

  • Notre approche

    Conseils préliminaires en matière de conception

    À partir d'une analyse avec documentation préliminaire de la conception initiale, nous avons déterminé que le galop (une forme de vibrations induites par le vent qui peuvent être catastrophiques) était un problème potentiel, et que les vibrations induites par les piétons pouvaient également causer de l’inconfort aux visiteurs et imposer une charge importante sur la structure. Lochsa Engineering a collaboré avec nous afin d'optimiser sa conception et réduire les risques de galop. Toutefois, notre analyse a révélé que les vibrations provoquées par les piétons étaient toujours un risque qui justifiait une étude approfondie.

    Analyse dynamique complète

    Ensuite, nous avons effectué une analyse dynamique complète afin de prévoir la réponse structurelle de la passerelle aux activités des visiteurs. Notre objectif était de faire en sorte que les diverses activités piétonnières sur la passerelle (sauter, courir, marcher, etc.) n'entraîneraient pas un mouvement excessif causé par la résonance avec les fréquences naturelles de la structure. Nous devions décrire les forces imposées sur la structure par cette activité et nous voulions aussi nous assurer que le mouvement de la structure ne rendrait pas les usagers mal à l’aise.

    Nous nous sommes fondés sur divers codes nord-américains et européens ainsi que sur des directives de conception dans le but de déterminer les limites acceptables du mouvement structurel. Étant donné que les visiteurs qui marchent sur la passerelle sont en mesure de voir le canyon en dessous à travers le plancher de verre, il fallait aussi tenir compte du fait que cela accroîtrait leur sensibilité au mouvement. Nous avons analysé plusieurs scénarios avec différentes densités de chargement sur toute la zone de 644 mètres carrés de la passerelle dans le but d'expliquer les différentes charges dynamiques associées à la marche, à la course et à d'autres activités. Il fallait aussi prendre en considération l’espace disponible, puisque moins de personnes sont susceptibles de courir ou de sauter lorsque la congestion augmente. 

    Notre analyse a permis de déterminer que le pont serait sécuritaire s’il était conçu pour des charges associées à son utilisation piétonne, notamment un scénario comprenant un groupe de personnes essayant intentionnellement de faire vibrer la passerelle en courant, en sautant ou en piétinant. Lors d'une utilisation normale avec seulement quelques piétons, le mouvement de la passerelle ne rendrait pas les gens inconfortables. Cependant, nous avons également découvert qu’il y avait un risque que les petits groupes de deux ou trois personnes qui courent et sautent puissent faire passer le mouvement à la catégorie inconfortable. 

    Amortisseurs dynamiques accordés

    Nous avons établi que l’ajout d’amortissement supplémentaire à la structure atténuerait le risque d’inconfort dû au mouvement causé par les piétons. Cela éliminerait également la nécessité de recourir à des essais en soufflerie afin de vérifier si le galop pouvait être une source de préoccupation. En comprenant cela, le propriétaire et l’équipe de conception du Skywalk ont choisi d’adopter une approche prudente en incluant un système d’amortissement dynamique accordé. 

    Nous avons conçu trois unités d'amortisseur dynamique accordé pour le Skywalk en vue d'atténuer les risques de mouvements inconfortables. Conçu sur mesure afin d'être intégré aux poutres-caissons de la structure, le système d'amortissement a permis de réaliser un plancher de verre qui procure une vision optimale du canyon en dessous et qui s’intègre sans compromettre l'allure étonnante de la passerelle.

  • Le résultat

    Depuis son ouverture, le Grand Canyon Skywalk est rapidement devenu une destination incontournable. Le plateau ouest du Grand Canyon recevait auparavant un peu moins de 75 000 visiteurs par an. Cependant, depuis l’ouverture du Skywalk, ce nombre est passé à plus de 1 million en 2015. 

    Nous sommes fiers de notre collaboration technique avec Lochsa Engineering sur ce projet unique, que CNN a qualifié d’une des plus grandes réalisations techniques de l’humanité.