Pont ferroviaire sur l'autoroute A 4

Le viaduc ferroviaire de la ligne de la vallée de la Rur Düren &ndash ; Linnich sur l'autoroute BAB 4 Cologne &ndash ; Aix-la-Chapelle dans le district de Düren, a été remplacé par un nouvel ouvrage. La nouvelle construction a été rendue nécessaire par l'élargissement à six voies de l'autoroute BAB 4 entre les échangeurs de Düren et l'échangeur de Kerpen et par le déplacement du tracé qui en résulte du fait de l'extension de l'exploitation de lignite à ciel ouvert de Hambach.

Des contraintes importantes liées au tracé de la ligne et aux directives de l'exploitant ferroviaire ont conduit à l'aspect prévu du pont. Il fallait choisir une construction sans support central, d'une part pour exclure un choc de véhicules, d'autre part pour contrer les contraintes dues aux différents tassements par un support statique déterminé en cas de montée inégale de la nappe phréatique attendue à l'avenir après l'excavation de la mine de lignite à ciel ouvert de Hambach. Grâce aux gradients définis de l'autoroute BAB 4 et de la voie ferrée, une hauteur de construction maximale sous la voie de seulement 0,50 m est possible. Il n'a pas été possible de relever le niveau de la voie ferrée en raison des modifications qu'il aurait fallu apporter aux points d'arrêt voisins. L'ouvrage est conçu conformément au rapport technique DIN 101 pour la charge du modèle de charge UIC 71. Selon la norme DIN 4149:2005-04, l'ouvrage est situé dans la zone sismique 3, avec la charge sismique la plus forte dans le domaine d'application de la norme. L'ouvrage est conçu pour résister à cette sollicitation sismique.

La hauteur de construction disponible entre le bord supérieur du profil d'espace libre au-dessus de l'autoroute BAB 4 et la hauteur du gradient de la voie ferrée de la vallée de la Rur n'était que de 0,50 m après déduction de l'assise de la voie. La seule structure de chaussée envisageable était un bac en béton précontraint. Afin de rendre les parois de l'auge transparentes, celles-ci ont été réalisées au-dessus du lit de la voie sous la forme d'un arc en barres auquel l'auge en béton précontraint a été suspendue. La limitation de hauteur du fond de l'auge permettait un écartement extérieur maximal de 5,35 m afin de respecter les contraintes de flexion dans le sens transversal de la superstructure. Cela n'aurait pas permis de respecter le gabarit de 5,00 m de large, nécessaire notamment au niveau du pont en raison des transports de marchandises hors gabarit nécessaires. Au lieu de cela, deux constructions d'arcs en barres inclinées de 17° ; vers l'extérieur ont été disposées sur les bords de l'auge. Les arcs en acier sont constitués de profilés creux rectangulaires soudés de 500 x 450 mm avec des barres de suspension en acier plat de 35 x 250 mm, qui ont été disposées à une distance de 2,00 mètres. L'inclinaison choisie pour les arcs permet d'obtenir le gabarit nécessaire sur la superstructure. Les arcs en barres ont été encastrés dans des traverses d'extrémité en acier afin de les empêcher de basculer au niveau des appuis d'extrémité. Ces traverses d'extrémité sont fabriquées à partir de caissons creux rectangulaires soudés à plusieurs cellules de 1540 x 500 mm. Le guidage des câbles de précontrainte se fait à travers le caisson creux qui a été raidi par des tubes à paroi épaisse.

L'auge en béton armé supportant le tablier, avec un radier de 0,50 m et des côtés d'auge d'une épaisseur de 0,50 m également, a été précontrainte entre les poutres transversales d'extrémité et suspendue aux barres de suspension. Dans la zone de transition entre l'arc des barres et la section transversale de l'auge, les côtés de l'auge et l'arc sont élargis à une largeur de 1,00 m afin d'offrir un espace suffisant pour l'ancrage nécessaire de la précontrainte. La largeur intérieure du pont est de 2 x 18,25 m selon la décision d'approbation des plans. Malgré la pente en plan de 92 gon, l'ouvrage est construit comme une traversée à angle droit afin d'exclure un décalage des arcs dans le sens longitudinal. Il en résulte une largeur intérieure de 37,80 m et une portée de 38,80 m.

La structure de l'auge de la chaussée a été fabriquée en béton armé précontraint. La surface latérale de l'auge, qui est au même niveau que la structure métallique dans la zone des combattants de l'arc, est coffrée en plaques lisses afin de donner un aspect uniforme. Le reste de la structure en béton armé de la superstructure aura une structure de planches rugueuses.

La voie reçoit un appui sur la superstructure dans le lit de ballast. Des nattes sous ballast ont été disposées pour réduire les émissions sonores.

L'auge en béton précontraint a été réalisée en béton C 45/55. Les précontraintes ont été fabriquées en acier 1570 / 1770, l'armature en acier BSt 500 S(B), la structure métallique en acier S355ML pour l'arc et la traverse d'extrémité et S 235 JR pour les autres éléments de la structure. L'arc en barre et les barres de suspension ont été peints en bleu 5010. Des deux côtés de la construction en auge, un chemin de service avec une largeur de trottoir de 0,80 m et un chemin de câbles sont disposés à l'intérieur du porte-à-faux sous la construction en arc inclinée. La structure en porte-à-faux est constituée de profilés en acier espacés des suspensions en arc, la surface de roulement a été fabriquée en plaques de PRV.

Les extrémités latérales de la superstructure sont constituées de garde-corps composés d'une construction de poteaux et de mains courantes avec un remplissage de câbles. La hauteur de la main courante au-dessus du trottoir est de 1,00 m

Le garde-corps a été réalisé en acier de type S 235 JR G2 avec un système de protection contre la corrosion selon ZTV-KOR-Stahlbauten et une peinture de finition de couleur gris clair 7035. La main courante est fabriquée en acier 1.4571, la surface est brossée.

En raison de l'importance des forces d'appui et des déplacements existants, des appuis de déformation ont été choisis comme solution économique, durable et facile à entretenir. Les forces de freinage, de vent et les forces latérales sont reprises par un appui fixe et un appui transversal sur les culées par des constructions de butée.

Un remplacement de tous les appuis est possible.

Comme toutes les dilatations et tous les déplacements peuvent se propager à partir de la culée nord en raison de l'appui de la superstructure, des joints de chaussée sont prévus aux deux extrémités du pont, qui ont été formés selon le type T-40 selon S-FGK 22 pour une course de dilatation de 57 mm maximum. Le pont a reçu une étanchéité composée d'une bande de bitume soudée avec une couche de béton de protection de 55 mm d'épaisseur. Au cours des travaux de construction de la voie, le lit de ballast et la voie sont construits sur le pont.

L'ensemble de la structure en acier a reçu une protection anticorrosion selon ZTV-Kor Stahlbauten. L'ensemble de la surface en béton armé des culées et de la superstructure a été pourvu d'un traitement hydrophobe (système OS-A) selon ZTV-ING partie 3 alinéa 4 (8) pour la protection contre l'attaque par les sels de déverglaçage, car l'ouvrage sera mis en circulation immédiatement après son achèvement.

Les culées ont été construites comme des structures en béton armé en forme de caisson, composées d'une dalle de fondation, du mur de la culée avec des compléments latéraux pour recevoir les murs des chambres, et des murs des ailes. Afin d'obtenir une transition continue entre la section transversale de l'auge et le remblai, les murs d'aile ont été placés en plan dans la position latérale de l'auge. Les voies de service font saillie jusqu'à l'extrémité arrière des murs d'aile et sont amenées en position de remblai par des compléments d'aile latéraux. Les culées et les murs d'aile ont été réalisés en béton armé de classe de résistance C 30/37. L'armature utilisée est un fer à béton de type BSt 500 S (B). Toutes les surfaces visibles ont reçu une structure de planches rugueuses. Les fondations plates sous les culées sont constituées, pour chaque côté de la culée, d'une dalle de fondation en béton C35/45 d'une épaisseur de 0,80 m, d'une largeur de 6,40 m et d'une longueur de 8,40 m côté nord et de 8,70 m côté sud.

Le chantier a été réalisé sans interrompre la circulation sur l'autoroute BAB 4. Seuls le montage de la structure en arc et l'installation et le démontage de l'échafaudage de formation nécessiteront des fermetures complètes de l'autoroute BAB 4 pendant une courte période.

Rapport explicatif pour la soumission au Ingenieurbaupreis 2013 du bureau d'ingénieurs Dipl.-Ing. Lorenz Cornelissen