Pont de Mettlach

Définition du problème

La rénovation du pont suspendu de Mettlach était nécessaire car le tablier en béton présentait des dommages massifs et des ruptures de câbles ont été trouvées sur un câble porteur. Le pont devait être allégé afin d'augmenter la capacité de charge des câbles porteurs et d'obtenir une classification de BKL 30/30 à 60/30. La mesure de réhabilitation comprenait deux sections de construction.

Dans la première section, la chaussée en béton a été remplacée par le système innovant SPS (panneau composite acier-plastique). Cette mesure a permis de réduire le poids de la chaussée de 500 tonnes à 200 tonnes. Dans la deuxième tranche de travaux, les trottoirs et la protection contre la corrosion ont été rénovés. A cette occasion, des fissures ont été constatées dans la structure primaire pendant l'exécution des travaux. Ces fissures représentaient un risque pour une utilisation ultérieure du pont. Pour cette raison, les membrures et les raccords d'âme des poutres principales ont été successivement remplacés par de nouvelles constructions. Les poutres transversales ont été renforcées à l'aide de structures de renfort boulonnées.

Comme le pont constitue une liaison principale entre le centre-ville de Mettlach et le quartier de Keuchingen, tous les travaux ont dû être effectués sans interrompre la circulation routière, piétonne et fluviale.

Description de la structure porteuse principale

Le pont de Mettlach est un pont suspendu à deux voies d'une portée de 108 m avec des trottoirs suspendus de chaque côté. La structure primaire est composée de deux câbles porteurs avec 12 suspentes chacun, de deux poutres principales et de 51 poutres transversales. La conception initiale de la structure porteuse principale était divisée en 12 segments avec des zones de jonction rivetées. Le tablier existant, composé d'un système composite en béton armé, a été remplacé par 104 panneaux de tablier en système composite acier-plastique (SPS). Le trottoir en aval a été élargi de 1,5 m et accueille désormais également une piste cyclable.

Le choix des matériaux de construction

Le tablier mixte acier-béton de 24 cm d'épaisseur a été remplacé par un système de panneaux sandwich (SPS) de seulement 4,5 cm d'épaisseur, combinant des panneaux d'acier et une âme en élastomère. Le revêtement du pont est constitué de deux couches d'asphalte coulé. Les trottoirs sont une construction purement métallique avec un revêtement RHD. Tous les renforcements et les nouvelles constructions sont en acier S355J2.

Explication de la conception

1. Le tablier SPS réaménagé dans la première phase de construction se compose de 104 panneaux. Ceux-ci sont vissés aux poutres transversales existantes par l'intermédiaire d'une élévation conçue comme une "articulation à barres élastiques". Le nouveau type de construction SPS a été approuvé pour l'application à Mettlach via une ZiE.
2. Pour la remise en état de la structure principale (remplacement de l'ensemble des membrures supérieures et inférieures, voir ci-dessus), une structure soudée plus rigide, composée de membrures de 60 mm avec des bouts de tôles d'âme de 20 mm, a été intégrée dans les poutres principales composées d'une combinaison de profilés laminés et de tôles. Environ 50 tonnes de l'ancienne construction S235 ont été remplacées par 120 tonnes de la nouvelle construction S355J2. De plus, les poutres transversales et les consoles en porte-à-faux ont été renforcées par des renforts d'âme supplémentaires, des agrafes de console pour alléger le stock et des renforts d'angle.

Une prestation d'ingénierie particulière

Dans le cadre de la réalisation de l'assainissement de la structure porteuse, un concept de montage a été développé, dans lequel les éléments de la structure porteuse principale, composée du tablier porteur et des membrures de la poutre principale, ont été retirés pièce par pièce, remplacés temporairement, puis remplacés par une nouvelle structure. L'ensemble de l'intervention s'est déroulée sans interruption du trafic. Les solutions développées rapidement devaient tenir compte du comportement porteur particulier du pont suspendu de Mettlach en termes de compatibilité de tension et de forme. Malgré la liberté de construction fortement limitée, l'assainissement supplémentaire et coûteux de la structure porteuse a pu être intégré dans les travaux de rénovation des trottoirs et de la protection contre la corrosion.

Quels sont les effets positifs de cette prestation d'ingénierie particulière?

La construction innovante de la chaussée et la technologie de montage utilisée ont permis de réduire au minimum les perturbations dans cette infrastructure importante pour la région. En outre, la rénovation réussie s'accompagne d'une réduction du poids de la chaussée de 500 tonnes à 200 tonnes. Grâce à cela, la classe du pont a pu être augmentée à BKL 60/30, ce qui a permis de supprimer la restriction qui existait jusqu'à présent pour le trafic lourd. La rénovation du pont de la Sarre à Mettlach est un bon exemple de construction durable. La construction, classée monument historique, a pu être adaptée aux conditions de circulation actuelles.

Réparation des membrures supérieures

La remise en état des membrures supérieures d'une poutre principale a été effectuée en 12 sections, chaque section devant être montée en continu et non en parallèle pour des raisons statiques. Pour détacher une section, il fallait installer deux constructions auxiliaires agissant différemment. D'une part, une sangle de remplacement qui prend temporairement le relais de la sangle supérieure et confère de la rigidité au système, et d'autre part, une décharge de la barre de traction qui soulage temporairement la barre de suspension afin de pouvoir libérer le point de suspension inférieur. La décharge de la barre de traction était assurée par 4 barres de traction précontraintes, reliées à la structure porteuse par une traverse supérieure et inférieure.

Après le démontage réussi de l'ancienne sangle et le montage et le soudage de la nouvelle sangle, la construction auxiliaire a été mise en œuvre en deux étapes. Le hauban auxiliaire a été déchargé et installé lors de la prochaine étape de construction. La sangle de remplacement devait rester dans la zone de jonction ouverte entre l'ancienne et la nouvelle sangle jusqu'à ce que la sangle suivante soit installée et soudée. La ceinture de remplacement a ainsi été démontée au fur et à mesure dans la zone de la nouvelle ceinture mise en place et déplacée dans la zone de l'ancienne ceinture.

Remise en état des ceintures inférieures

La technologie utilisée pour la remise en état des membrures supérieures n'a pas pu être appliquée à la membrure inférieure, car les traverses reliées à la poutre principale seraient entrées en collision avec la membrure de remplacement dans cette zone. En outre, la sollicitation de la membrure inférieure est différente. Ici, il fallait absorber les forces de traction au lieu des forces de compression. C'est pourquoi un système de tirants précontraints a été utilisé à cet endroit et monté temporairement sous la membrure inférieure à l'aide de consoles. Les barres de traction reposaient sur des bascules doubles, de sorte que les 4 barres de traction étaient sollicitées de manière égale. Pour le déplacement des sections, les consoles ont été court-circuitées par des éclisses soudées après le soudage de la nouvelle membrure, afin de garantir la capacité de charge dans la zone de jonction ouverte.

L'ensemble des travaux sur la face inférieure a été réalisé à partir d'un échafaudage suspendu mobile spécialement conçu à cet effet. La surface de travail de l'échafaudage représente un parallélogramme dont l'angle d'inclinaison est de 55 gon. Cela correspond à l'angle d'intersection entre l'axe du pont et celui de la rivière Sarre et était nécessaire pour maintenir le trafic fluvial.

Autres mesures de renforcement

En plus des poutres principales, les poutres transversales de la zone de raccordement ont dû être renforcées pour satisfaire à la capacité de charge pour BKL 60/30 et aux détails pertinents pour la fatigue qui n'étaient pas encore connus en 1951 lors de la construction de l'ouvrage. Pour ce faire, des crampons d'effort tranchant ont été partiellement montés dans les âmes. De plus, les zones d'angle ont été renforcées par des consoles. Pour le trottoir et la piste cyclable élargis du côté aval, une construction d'agrafes a été développée, qui introduit complètement les moments de flexion dans les consoles latérales et peut absorber complètement les moments de flexion supplémentaires et les forces transversales provenant de la piste cyclable complétée et les introduire dans la structure porteuse principale.

Rapport explicatif de Eiffel Deutschland Stahltechnologie GmbH pour la soumission au Ulrich Finsterwalder Ingenieurbaupreis 2015