Grubentalbrücke

Situation de départ pour la planification

Le pont de Grubental fait partie des ponts ferroviaires particuliers de la nouvelle ligne à grande vitesse Nuremberg- Erfurt–Halle–Leipzig–Berlin (projet de transport de l'unité allemande 8 - VDE 8), qui ont été construits selon un nouveau type de construction, intégrale ou semi-intégrale. Le pont de la vallée de la Grube témoigne une fois de plus de la volonté de la Deutsche Bahn AG de réaliser des progrès et des innovations technologiques en construisant des ponts d'un nouveau type, tout en accordant une attention particulière à la conception de ces ouvrages. Le pont de la vallée de la Grube, conçu comme un pont en arc, est situé sur le tronçon 8.1 de la ligne et traverse la vallée encaissée de la Grube à une hauteur d'environ 35 mètres au-dessus du fond de la vallée sur une longueur totale de 215 mètres, au milieu de la forêt de Thuringe, à la suite du tunnel de Goldberg de 1,1 kilomètre, à environ cinq kilomètres à l'ouest de la commune de Goldisthal. S'écartant du projet de l'Office, qui prévoyait un pont en arc avec une superstructure superposée selon la planification cadre des ponts de vallée de la DB, le pont de Grubental a été conçu et réalisé comme proposition spéciale sous la forme d'un ouvrage de pont semi-intégral avec une liaison monolithique entre les piliers ou l'arc et la superstructure.

Conception et structure porteuse

La conception de la proposition spéciale a été fortement motivée par l'intention de créer un pont ferroviaire moderne robuste, durable et nécessitant peu d'entretien en réalisant le pont de la vallée de la Grue en béton semi-intégral. Lors de l'élaboration du projet, on s'est en outre efforcé de réaliser un ouvrage plus filigrane avec une meilleure visibilité dans le sens de la vallée, dans le cadre des conditions limites fixées entre autres par le projet officiel approuvé, grâce à une construction intégrale sous la forme d'une liaison monolithique entre l'infrastructure et la superstructure et d'une superstructure sans joints entre les culées. La structure semi-intégrale du pont du projet d'exécution se caractérise par un arc à deux articulations, semblable à un ouvrage d'art, tendu sur plus de 90 mètres avec une zone de crête prononcée. Cela permet d'obtenir des portées de superstructure continues à peu près identiques et de supprimer les poteaux de l'arc. L'arc massif relié de manière rigide à la superstructure représente, du point de vue de la construction, une solution idéale pour absorber les forces longitudinales élevées, car celles-ci peuvent être transmises au sol de fondation par la voie la plus directe possible, sans passer par des éléments mécaniques vieillissants et sensibles à l'usure. L'arc en tant que point fixe largement immobile au milieu du pont et la construction sans appuis permettent, en particulier dans des conditions de taille ou d'échelle comme celles du pont de Grubental, de réaliser des sections de piliers et d'arcs très minces, faciles à fabriquer et ne nécessitant pas d'accessibilité. En particulier, l'abandon des piliers de séparation massifs sur les combattants du projet officiel a permis d'attribuer une force d'expression visuelle nettement plus grande à l'arc, élément essentiel du pont, grâce aux piliers beaucoup plus minces.

La superstructure sans joints est constituée d'un tablier précontraint à deux niveaux d'une hauteur constante de 2,40 mètres, avec des rainures vers les disques des piles et le sommet de l'arc. La section de la poutre en plaques représente une méthode de construction très économique pour les rapports de portée prévus en raison de l'absence de coffrage intérieur nécessaire d'un caisson creux. Les portées de la superstructure sont constantes, 25 mètres et 24 mètres dans les travées d'extrémité, et correspondent aux portées des travées latérales du projet de l'Office. L'arc en forme d'ouvrage d'art est composé de deux jambes d'arc massives d'une épaisseur d'environ 1,70 mètre de chaque côté au niveau des chevêtres, qui se rejoignent juste en dessous du sommet à une épaisseur d'environ 3,30 mètres et sont reliées de manière monolithique au sommet de l'arc réalisé en section pleine. Les piliers de séparation et les élévations sur l'arc du projet de l'office exigeaient entre autres aussi une plus grande rigidité à la torsion de l'arc pour éviter les forces d'appui décollantes sur les piliers de séparation en cas de trafic à voie unique.

Grâce à l'encastrement en torsion de la poutre en plaques à deux nervures dans les disques des piles de la culée et à l'abandon des surélévations sur les pieds d'arc du projet officiel, les pieds d'arc de la proposition spéciale ont pu être réalisés de manière nettement plus mince et en construction massive économique. En outre, l'absence d'élévations sur les pieds d'arc a permis d'établir une ligne de soutien presque droite ‚‘ce qui a permis en outre de dissoudre les pieds d'arc dans le sens transversal et de les écarter légèrement. Les disques de piliers massifs ont une largeur uniforme de 5,90 mètres au niveau du bord inférieur de la superstructure et s'élargissent dans le sens transversal avec un rapport de 1:70 vers le bas jusqu'à une largeur d'environ 6,40 mètres (piliers de combat). Pour tenir compte de la construction intégrale, les piliers ont été réalisés avec des épaisseurs différentes, allant de 60 cm (axe 120) à 90 centimètres (piliers de combattants), afin d'assurer une souplesse correspondante pour les contraintes, par exemple en raison d'effets thermiques constants.

Les culées ont été réduites par rapport à l'étude cadre et sont réalisées sous forme de culées en caisson avec un banc d'appui avancé et accessible. Au niveau des culées, la superstructure, par ailleurs sans joints, est articulée sous les poutres transversales d'extrémité et peut se déplacer dans le sens longitudinal, des appuis glissants à calottes Maurer d'une durée de vie très élevée ayant été prévus en raison du couple de glissement MSM-MSA. Toutes les infrastructures ont été fondées à plat dans la roche (schiste argileux peu fissuré), ce qui a permis d'obtenir de bonnes conditions pour une construction intégrale.

Particularités de la planification

La construction semi-intégrale implique une série de particularités lors de la planification et de l'autorisation. On peut citer en priorité la prise en compte de l'interaction avec le sol de fondation, la réalisation des zones de nœuds monolithiques, le calcul de la tension des rails, le calcul dynamique ainsi que les vérifications contre la fatigue des piliers raccordés de manière monolithique. Des modèles spatiaux de treillis ont été élaborés pour les zones de discontinuité des nœuds de la tête de pile et de la superstructure, ainsi que pour les raccords des pieds d'arc. Afin de s'assurer que les phénomènes de résonance puissent être exclus, un calcul dynamique a été effectué dans la plage de vitesse de 160 km/h à 360 km/h (GZT) par pas de 5 km/h. La mise en œuvre de la nouvelle méthode de construction a nécessité plusieurs autorisations internes à l'entreprise (UiG) de la DB AG, ainsi qu'une autorisation au cas par cas (ZiE) de l'Office fédéral des chemins de fer (EBA) pour l'ensemble du pont. Sur la base d'une planification détaillée, tous les justificatifs ont été remplis conformément à la réglementation et les autorisations correspondantes ont été accordées.

Procédure de construction

Le pont a été construit selon des méthodes de construction conventionnelles et éprouvées. Les disques de piliers ont pu être bétonnés simplement avec des coffrages grimpants, malgré des teneurs en armature plus élevées. La construction de la superstructure a été réalisée par travées sur des échafaudages porteurs stationnaires. La superstructure a été bétonnée par travée à partir des culées vers l'arc. Les travées de la superstructure directement adjacentes au sommet de l'arc ont été bétonnées simultanément, car les échafaudages porteurs ou le coffrage ont été posés sur les pieds de l'arc du côté de l'arc, ce qui a permis d'éviter des sollicitations défavorables des pieds de l'arc (charge de bétonnage unilatérale). Le bétonnage des pieds d'arc, qui ont été bétonnés sans coffrage de couverture avec une pente d'environ 60° ; mérite une attention particulière. L'expérience de l'entreprise de construction Züblin du pont de la vallée de Seidewitz a pu être utilisée avec succès en ce qui concerne la formulation du béton et le procédé de bétonnage.

Une autre particularité lors de la construction a été le retrait de la superstructure, juste avant le bétonnage des travées de fermeture sur les arcs. Le retrait des superstructures avant la fermeture des brèches a permis d'imprimer des moments de flexion dans les têtes et les pieds de piles raccordés de manière monolithique, qui sont de même valeur pour les piles extérieures critiques aux instants t=0 et t=&infin ; mais de signe différent. De cette manière, les moments de flexion de dimensionnement dans les nœuds tête de pilier-superstructure ou aux pieds de pilier ont pu être réduits à la moitié des valeurs sans retrait.

Innovation

Pour la DB AG, la construction de ponts intégraux pour le trafic à grande vitesse signifie un abandon fondamental des principes de conception dépassés pour les ponts de vallée issus de la planification cadre de la DB. En même temps, avec le Grubentalbrücke, la DB AG renoue avec la grande tradition des viaducs ferroviaires historiques sans joints ni appuis et met en œuvre, avec la construction semi-intégrale, des concepts de conception et de dimensionnement modernes et innovants dans la construction de ponts. Le pont de la vallée de la Grube fait ainsi partie de la série de projets pilotes d'ouvrages intégraux ou semi-intégraux de la DB AG qui sont achevés ou encore en cours de réalisation (par ex. le pont de la vallée de l'Unstrut, le pont de la vallée de la Gänse, le pont de la vallée de la Scherkonde et le pont de la vallée de l'Aurach).

Economie et durabilité

Les superstructures et les piles du pont de Grubental ont été conçues exclusivement comme des sections pleines. Cela permet une fabrication très simple et efficace de ces éléments de structure. En raison des conditions de serrage améliorées pour les piliers monolithiques raccordés (environ 50 % du moment de flexion d'un pilier en porte-à-faux), la réalisation des fondations superficielles a pu être optimisée. Grâce à ses sections pleines, l'ouvrage est extrêmement robuste et ne nécessite pratiquement aucun entretien. Cette robustesse, associée à la réduction du nombre d'appuis et de joints, permet d'envisager des coûts d'entretien moindres pour ce type d'ouvrage. L'ouvrage est durable car, en raison de sa robustesse, on s'attend à ce que sa durée de vie soit nettement plus longue que celle des ouvrages conventionnels.

Le pont est achevé. Il reste à installer la voie sur dalle, comme prévu environ 3 ans après l'achèvement de la superstructure, afin de permettre à une grande partie des déformations dues au fluage et au retrait de s'estomper.

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