Osthafenbrücke

Définition de la tâche

Avec le pont de l'Osthafen, la ville de Francfort construit, après presque 20 ans, une nouvelle traversée de son artère vitale, le Main. L'ouvrage s'inscrit dans le contexte d'un programme de développement urbain dans le cadre duquel les anciennes installations industrielles et portuaires de l'Ostend de Francfort sont réaménagées et préparées à une utilisation moderne. Le nouveau pont constitue un lien urbain important pour la gestion future du trafic. Avec le nouveau plan général de circulation et l'implantation de la Banque centrale européenne dans l'Ostend de Francfort sur le site de l'ancienne Großmarkthalle, la ville de Francfort a lancé en été 2006 un concours de réalisation interdisciplinaire pour le "Nouveau pont sur le Main Est et la rampe d'accès Honsellbrücke".

Le pont devait répondre à une situation de porte, puisqu'il s'agit, en venant de l'est, du premier pont intra-urbain. D'autres exigences importantes concernant les dimensions intérieures et l'absence d'éblouissement ont été définies par la voie navigable très fréquentée. En outre, il fallait trouver une construction durable, pérenne et adaptée à l'urbanisme, qui offre également des solutions pour la circulation intensive des piétons et des cyclistes. La construction du nouveau pont a été complétée par la transformation en rampe de la route surélevée qui traverse les aires de stockage du charbon.

Description de la construction

Le projet de pont du concours de réalisation interdisciplinaire a été marqué par l'intégration de l'ouvrage dans l'environnement existant. D'une part, les constructions historiques en arc du pont Honsell au-dessus de l'entrée du port et de sa route surélevée en avant-pays avec des voûtes en béton, du pont ferroviaire Deutschherren voisin, sans oublier le toit en coque de la halle du marché de gros alsacien, ont été interprétées de manière moderne et développées techniquement. D'autre part, une importance considérable a été accordée à l'aménagement des espaces libres et des liaisons de chemins, en particulier dans la zone sud de la Mainpromenade, semblable à un parc, qui constitue une liaison attrayante entre les rives du Main. La possibilité de découvrir les nouveaux espaces de détente sur le Molenkopf ainsi que dans et autour des voûtes des rues hautes sur la rive nord du Main a également joué un rôle central. Un aspect tout à fait essentiel à cet égard était par exemple l'acceptation d'une portée du pont plus importante d'environ 20 m au profit d'une promenade sur le Main sans piliers et donc sans vue.

Après une étude intensive de variantes, la structure porteuse principale du pont du port Est a été conçue comme une poutre de Langer, non pas avec les suspensions verticales et parallèles habituelles pour ce type d'ouvrage, mais avec des suspensions obliques, simplement croisées, constituées de câbles avec des chapes des deux côtés. L'arc en barres avec de telles diagonales croisées combine les avantages essentiels d'une structure de lignes de soutien avec ceux d'une structure en treillis, ce qui permet de concevoir une poutre de renforcement beaucoup plus mince. En outre, la multitude de câbles relativement fins a permis de créer des niveaux de câbles visuellement marquants - en particulier pour les passants - qui intensifient encore l'expérience de la structure porteuse supérieure. Des câbles entièrement fermés avec des chapes formées des deux côtés ont été utilisés, ce qui rend les forces dans la structure porteuse plus visibles que les assemblages soudés courants. Les caissons creux des arcs, légèrement inclinés vers l'intérieur et rigidifiés transversalement par seulement trois membrures architecturales, ainsi que les poutres de renfort, les traverses et les trottoirs et pistes cyclables avec tabliers orthotropes accrochés de part et d'autre en dehors des niveaux de câbles, ont été conçus en acier de construction S 355 J2 +N ou S 355 K2 +N. Pour la construction en acier, on a utilisé sans exception des caissons creux - ce qui était dû à des aspects esthétiques, mais aussi à la problématique des pigeons en centre-ville. Grâce à la subdivision des poutres de renfort en 2 sections partielles chacune, des lames d'air d'environ 1,40 m de large apparaissent sous les niveaux de câbles entre la chaussée et les trottoirs et pistes cyclables, ce qui renforce encore l'impression de légèreté du pont et constitue une qualité essentielle en termes de conception.

Le tablier à trois voies a été conçu comme un tablier mixte ; d'une part pour garantir, grâce à son poids, la tension nécessaire dans les câbles, même en cas de charges asymétriques, et d'autre part pour obtenir les avantages économiques par rapport au tablier orthotrope, très coûteux à fabriquer. Enfin, le poids total à déplacer est réduit pour l'opération de mise à flot, car la dalle n'est bétonnée qu'en position finale et ne doit pas être mise à flot en même temps que la dalle orthotrope.

La portée de l'ouvrage est de 175 m, le poids de l'acier de construction s'élève à environ 2 300 t et 96 câbles de suspension sont utilisés au total. La largeur entre les garde-corps extérieurs est de 23,85 m, qui comprennent des trottoirs et des pistes cyclables de 4,10 m de large de chaque côté du pont.

Pour la conception de la vue diurne du pont, la couleur anthracite a été choisie pour souligner de manière contrastée la structure porteuse. De nuit, en revanche, les éléments conceptuels essentiels devaient être des câbles filigranes éclairés et une fine bande lumineuse visible à la hauteur du tablier du pont, les arcs en acier qui dominent habituellement disparaissant en grande partie dans l'obscurité.

Le choix des matériaux de construction

Le principal matériau de construction de la superstructure était l'acier de qualité S 355 J2 +N ou S 355 K2 +N. Les câbles ont été réalisés en S 1770/1550 sous forme de section de câble entièrement fermée avec des chapes en acier moulé. La construction composite représente une construction très durable, car elle offre de bonnes possibilités de renforcement et d'extension, ainsi qu'une recyclabilité totale. Les émissions de CO2 du transport de l'acier depuis l'aciérie jusqu'au chantier ont été intégrées comme critère d'évaluation dans l'adjudication. Le transport de l'acier par voie ferroviaire et fluviale a été un résultat positif sur le plan écologique. Les soubassements massifs ont été recouverts de grès à l'instar de la plupart des autres ponts de Francfort.

Une prestation d'ingénierie particulière

Le type de construction d'un pont en arc à barres avec des suspensions à câbles entièrement fermées avec des chapes n'était jusqu'à présent pas réglementé en Allemagne pour les ponts routiers et nécessitait donc une approbation au cas par cas. De plus, la normalisation des câbles entièrement fermés se trouvait, au moment de la planification, à un stade dépassé par l'évolution technique. Par conséquent, les câbles ont fait l'objet d'une attention particulière lors de la conception. En plus des analyses dynamiques des câbles, des essais de câbles ont démontré que le groupe d'entailles 150 était meilleur que l'estimation conservatrice du groupe d'entailles 112 dans le rapport technique DIN 103. Cela a permis de choisir des diamètres de câble inférieurs à 70 mm pour la vérification de la fatigue, ce qui a évité de devoir vérifier les oscillations transversales induites par la pluie et le vent. Des câbles entièrement clos en S 1570/1770 de 62 mm de diamètre ont été utilisés. Afin d'améliorer le comportement vibratoire et d'éviter d'endommager la protection anticorrosion par un contact mutuel des câbles résultant de cas de charge asymétriques théoriques, des constructions de liaison ont été développées aux points de croisement des câbles.

Pour les chapes, il fallait utiliser comme matériau de l'acier moulé tenace à froid selon la fiche technique acier-fer SEW 685, conformément aux conditions techniques de livraison pour les câbles de pont entièrement clos. Il n'existe cependant aucun fournisseur de câbles renommé qui fasse fabriquer les chapes selon cette fiche technique. En accord avec l'Office fédéral des routes, il a été possible d'utiliser pour les fourches de scellement le matériau GS 18NiCrMo3-6 selon la fiche technique acier-fer SEW 520. Ce matériau répond également aux valeurs de résilience requises et a entre-temps été intégré dans la normalisation.

La protection anticorrosion des câbles a d'abord été prévue selon la norme RKS-Seile, édition 1983. Après des discussions avec l'Office fédéral des routes, les projets de la ZTVING partie 4, section 5 "Protection anticorrosion des câbles de pont" et de la TL/TP-KOR-VSS ont servi de base à la planification du pont sur le Main Est et ont ainsi été adaptés à l'état de la technique. Il en a été de même pour la réalisation des câbles selon les projets de la ZTV-ING partie 4, section 4 "Câbles de pont" et TL/TP VVS au lieu des TL Câbles encore en vigueur dans l'édition de 1994.

L'installation d'équipements de conduite fixes pour l'inspection des ouvrages selon la norme DIN 1076 n'étant pas justifiable sur le plan économique, les effets d'un appareil de surveillance mobile des ponts, y compris les exigences géométriques nécessaires lors de l'installation de l'appareil, ont été pris en compte dans la conception. Pour cela, il a fallu prévoir l'installation de l'appareil sur les trottoirs et pistes cyclables extérieurs, car il n'était pas possible de passer à travers le plan des câbles.

Un élément essentiel du projet du concours résidait dans l'éclairage de l'ouvrage, qui devait s'intégrer dans l'ensemble de l'éclairage des rives du Main. L'idée du concours était d'obtenir l'effet "cordes claires et arc sombre" en vue lointaine. Au cours de la planification, un essai d'éclairage a été réalisé sur un pont similaire et la meilleure mise en œuvre possible du concept a été testée et optimisée avec des sources lumineuses alternatives. Les points lumineux de l'éclairage public ont été encastrés dans le caisson creux des arches en acier afin d'éviter tout effet d'éblouissement sur les bateliers et les véhicules traversant le pont.

Le projet du concours prévoyait des caniveaux continus sur les bords du pont pour le drainage de la surface des trottoirs et des pistes cyclables inclinés vers l'extérieur au profit d'un tablier de pont élancé. Ce détail architectural a nécessité un examen plus approfondi dans le projet, car il n'existe pas de systèmes de caniveaux de drainage prêts à l'emploi pour l'installation dans une plaque d'acier orthotrope, comme par exemple dans la construction routière. Le résultat a été une grille en fonte du commerce avec des entretoises longitudinales, qui a été complétée par une construction d'huisserie personnalisée et un caniveau en tôle d'acier inoxydable. Il fallait ici tenir compte de la liaison constructive entre le caisson creux de la corniche, qui porte le garde-corps, et le reste de la structure porteuse du pont, en tenant compte de l'élément de séparation que constitue le caniveau de drainage. La liaison a été réalisée par des tôles situées sous les grilles de caniveau dans la zone des traverses encochées et des serrures de grille, afin de garantir à la fois la transmission du moment de flexion provenant du garde-corps et la liaison (horizontale) résistant au cisaillement entre la poutre de rive et le reste de la structure porteuse.

Le pont du port de l'Est montre que des concours interdisciplinaires pour des ponts situés dans un environnement urbain important peuvent donner naissance à des ouvrages à la fois bien conçus et marquants du point de vue de la conception structurelle, qui favorisent la culture architecturale en Allemagne et ont une influence positive durable sur l'image de nos villes.

Rapport explicatif de Grontmij GmbH pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015