Trattenbachbrücke

Le pont ferroviaire sur le Trattenbach est une nouveauté pour le génie civil moderne. Il s'agit d'un ouvrage intégral avec des culées encastrées de manière monolithique. Grâce à ce type de réalisation, le pont peut être très mince et s'intègre bien dans la vallée des gorges du Trattenbach. Les charges dues au trafic, en particulier les charges horizontales, sont supportées de manière très économique grâce au système choisi. Le pont est le premier ouvrage ferroviaire en Autriche à avoir été entièrement calculé selon les Eurocodes et vérifié par un monitoring avec charge d'essai avant la remise au trafic.

Les chemins de fer fédéraux autrichiens prévoient des économies d'au moins 15% sur l'ensemble du cycle de vie par rapport aux types de construction conventionnels qui ne prévoient pas de construction en forme de cadre.

Définition du problème

La ligne ferroviaire électrifiée à voie unique reliant Linz à Selzthal passe à Spittal am Phyrn au-dessus de l'entaille de la vallée du Trattenbach. L'ancienne structure porteuse était constituée d'arcs maçonnés avec du béton damé. Le champ de la rivière était franchi au moyen d'un treillis métallique à circulation directe d'une portée de 40 mètres. L'état du pont, vieux de plus d'un siècle, nécessitait une reconstruction complète.

Dans ce cadre, plusieurs variantes du nouveau pont ont été conçues dans le cadre d'une planification préliminaire. Les variantes élaborées étaient :

• Un cadre monolithique en béton armé avec des culées intégrées sur quatre travées
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• Un pont mixte sur trois travées
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• Un pont à trois travées avec poutres en ventre de poisson comme structure porteuse mixte dans la travée de la rivière
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• Un pont en béton précontraint à poutre continue à quatre travées

Lors d'une évaluation des variantes, qui a pris en compte non seulement les coûts de construction mais aussi les coûts pendant la durée d'utilisation, le cadre en béton armé sur quatre travées s'est avéré être la solution la plus exigeante sur le plan de la conception et en même temps la plus économique sur le cycle de vie.

La construction du pont a été facilitée par le fait que le tracé a été amélioré par la nouvelle construction. Le rayon de 250 m de l'existant a été augmenté à 270 m pour la nouvelle construction. Le nouveau pont a pu être construit à côté du pont existant.

Description du système porteur

Le choix du maître d'ouvrage de la variante du pont s'est porté sur la construction à cadre monolithique. Cette construction a été réalisée pour la première fois sur le réseau des chemins de fer fédéraux autrichiens avec une longueur totale de 100 mètres. Du côté du maître d'ouvrage, cette décision a permis d'explorer un terrain inconnu.

Les principales raisons de cette décision étaient la faible charge d'entretien à laquelle on peut s'attendre avec un ouvrage à cadre et la construction massive en superstructure qui réduit considérablement les immissions sonores des habitations proches.

Les piles du pont, tout comme les culées, s'encastrent de manière monolithique dans la superstructure. Les piliers sont fondés sur deux rangées de pieux forés (diamètre 1,50 m). Les culées sont également fondées en profondeur. Le grand avantage de cette construction réside dans le fait qu'elle permet de supporter avantageusement les charges de freinage élevées dues au trafic ferroviaire. Dans les systèmes de poutres continues qui reposent sur des appuis, les forces horizontales sont transmises aux culées relativement rigides par le biais des fixations longitudinales. Cela nécessite des constructions de retenue coûteuses, mais aussi des constructions de fondation onéreuses. Grâce à la conception monolithique, les forces de freinage du train sont réparties uniformément sur les culées et les piles, car l'encastrement de l'infrastructure dans la superstructure produit un effet de chevalet très rigide. Les forces horizontales pourraient être supportées de manière très économique. Cela est clairement illustré par la figure de déformation de la figure 1.

Figure 1 : Pont cadre avec culées encastrées monolithiques sous charge de freinage

Le pont a été le premier ouvrage réalisé pour les chemins de fer autrichiens à être calculé selon les Eurocodes, nouvellement introduits à l'époque. Pour la vérification des déformations et des contraintes de fatigue, il a été nécessaire d'utiliser des voûtes vers les piliers et les culées. Les corniches ont été étagées de manière harmonieuse sur la hauteur de la pile. A la transition avec la zone du barrage, une dalle de remorquage est disposée, reposant sur une cale en béton maigre. Cette construction empêche les tassements et compense les mouvements horizontaux dus à la température et aux charges de freinage. La déformation calculée à la jonction avec le remblai a été limitée à 5 mm.

Pour s'assurer des hypothèses dans les justificatifs de stabilité, le maître d'ouvrage a effectué une charge d'essai avec des mesures de déformation. Quatre locomotives diesel d'un poids de 88t chacune ont été utilisées pour les mesures. Les déformations et les tassements calculés ont été comparés aux valeurs mesurées avec des charges statiques, des passages dynamiques et des freinages. Il en est résulté des valeurs mesurées nettement inférieures, de l'ordre de 1/10 à 1/5 maximum par rapport aux valeurs théoriques (voir à ce sujet la figure 2).

Figure 2 : Extrait du rapport de résultats des mesures de déformation lors de la mise en charge d'essai

Choix des matériaux de construction

Le pont est construit avec quatre travées au-dessus de l'entaille relativement étroite de la vallée et les portées sont relativement petites avec un maximum de 29,00 m dans la travée centrale. Le choix du matériau s'est porté sur du béton armé simple pour ces conditions de bord. Un pont en béton armé peut être réalisé avec des élancements de 29,00/1,30 = 22 et 29,00/2,55 = 11 sous la limitation de déformation nécessaire. Pour le pont du Trattenbach, une précontrainte du béton augmenterait les courses de déformation horizontales et nécessiterait donc des extensions de rail supplémentaires.

Les matériaux de construction suivants ont été utilisés:

• Superstructure : C35/45
• Contreforts : C30/37
• Piliers : C35/45
• Poutre de tête de pieu : C30/37
• Pieux forés : C30/37
• Acier d'armature : BST 550, à haute ductilité

Explications sur la conception

La vallée douce et relativement étroite du Trattenbach est traversée par la voie ferrée qui sort d'un tunnel en formant un arc. Le rayon confère une certaine tension à la vallée qui s'élargit. Le rétrécissement de la vallée est compensé par des portées variables. Pour le pont-cadre, les portées sont de 16,50+22,00+29,00+21,50 = 89 m. Le rapport entre la largeur de l'ouverture entre les structures et la hauteur libre dans la travée est presque identique pour toutes les travées, ce qui permet au pont de s'intégrer de manière très homogène dans l'encaissement de la vallée. Le champ d'écoulement est souligné par la plus grande portée. Un décalage horizontal de 5 cm entre le bord inférieur de la superstructure et le bord supérieur des piliers dans le sens transversal donne un effet optique de continuité de la superstructure sur toute la longueur du pont. Deux variantes ont été étudiées pour la conception (voir figure 3). Des voûtes droites à deux niveaux et une voûte en forme de rayon de cercle. En raison de la forme plus claire et de la fabrication plus simple des voûtes, le pont-cadre a été réalisé avec des voûtes droites.

Figure 3 : Visualisation des variantes avec des corniches polygonales (en haut) et des corniches radiales (en bas)

Rapport explicatif de SSF Ingenieure AG pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015