Remplacement des appuis du viaduc de Weyermannshaus
Dans la région de Berne, le quartier d’Ausserholligen est revalorisé dans le cadre de deux grands projets : l’augmentation des capacités de l’infrastructure ferroviaire de Berne Ouest par les CFF et le pôle de développement d’Ausserholligen porté par la Ville de Berne. La nouvelle gare de Bern Europaplatz Nord et son nouveau passage inférieur pour piétons, ainsi que la requalification des espaces publics sous le viaduc, font partie de ce projet urbain.
Sous le viaduc autoroutier, un espace public sera aménagé avec des liaisons piétonnes et cyclables ainsi que des surfaces dédiées aux loisirs, au sport, à la culture et aux activités de quartier. Pour permettre cet aménagement, le terrain situé sous le viaduc sera abaissé d’environ 2 à 4 mètres.
Le viaduc, construit entre 1974 et 1977, est composé de poutres-caissons précontraintes (portées de 26,5 à 38 m) ainsi que de traverses massives précontraintes au-dessus des appuis. Dans le cadre du projet, ces appuis sont remplacés par étapes durant les travaux.
À cette fin, le viaduc est soulevé au moyen d’un système provisoire de reprise en sous-œuvre constitué de poutres-caissons métalliques soudées reposant sur des tours d’étaiement, associé à des vérins hydrauliques. Les appuis existants sont ainsi déchargés puis démolis. De nouveaux appuis, plus hauts, sont ensuite réalisés afin de permettre l’abaissement du terrain sous l’ouvrage.
Une phase de construction temporaire particulièrement critique doit alors être prise en compte : l’appui ponctuel est supprimé et la traverse ne repose plus que sur les âmes de la poutre-caisson, qui agissent comme des appuis linéaires. Parallèlement, l’importante force de précontrainte dans la traverse continue de s’exercer. Cette situation transitoire a nécessité une vérification locale approfondie de la structure.
Situation initiale et phase de construction
Le tablier du viaduc est constitué d’un caisson creux précontraint présentant des portées d’environ 26,5 à 38 mètres. Au droit de chaque appui se trouve, à l’intérieur du caisson, une traverse massive en béton précontraint transversalement, qui transmet en situation existante les charges du tablier vers l’appui par l’intermédiaire d’un appareil d’appui ponctuel central. Dans le cadre du remplacement des appareils d’appui, le tablier est soulevé à l’aide de tours d’étaiement et de vérins hydrauliques. Pour des raisons constructives, les vérins ne peuvent être positionnés que sous les deux âmes du caisson.
Dans cette phase de travaux, l’appui ponctuel central est entièrement supprimé, tandis que les charges linéaires initialement transmises par le tablier sont réduites, voire supprimées.
La traverse se retrouve ainsi temporairement « suspendue » dans le tablier et est maintenue essentiellement par la précontrainte transversale existante et par le transfert des efforts vers les âmes du caisson.
Cette situation transitoire diffère fondamentalement du système statique d’origine et nécessite par conséquent une vérification structurelle spécifique.
Défis techniques : une phase de construction inhabituelle avec inversion du flux des efforts
Dans la situation existante, les charges linéaires sont transmises latéralement par la traverse aux appuis. Durant les travaux, les appuis sont supprimés temporairement. Il subsiste alors principalement la force de précontrainte (6 câbles représentant au total environ 13 000 kN) ainsi qu’un système d’appui modifié.
Cette nouvelle configuration entraîne une inversion du flux des efforts : les zones comprimées et tendues s’inversent, ce qui influence notamment le comportement de l’ouvrage vis-à-vis des efforts tranchants et des moments fléchissants.
Informations détaillées sur l’ouvrage existant, mais analyse complexe
Les plans d’armature et de précontrainte de l’ouvrage étaient disponibles, mais uniquement sous la forme de documents d’archives numérisés de grande taille. Pour réaliser les vérifications nécessaires, il a fallu reproduire de manière réaliste les réservations, le tracé des armatures et le système de précontrainte.
L’ouvrage existant ainsi que la phase transitoire des travaux ont donc été modélisés dans IDEA StatiCa afin de permettre une analyse conforme aux conditions réelles.
IDEA StatiCa est un logiciel spécialisé destiné à l’ingénierie des structures. Il permet le dimensionnement et la vérification de structures en acier et en béton armé, ainsi que l’analyse des problèmes de stabilité. Grâce à cet outil, des ouvrages complexes et des détails constructifs peuvent être modélisés, calculés et optimisés conformément aux normes en vigueur.
Résultats et solutions
Modèle 2D détaillé de la traverse
La géométrie de l’élément a été entièrement reproduite, y compris les ouvertures existantes qui influencent localement le flux des efforts. Sur la base des plans de l’ouvrage existant, les armatures présentes ont pu être modélisées explicitement. Les armatures horizontales et verticales ainsi que les étriers ont été représentés individuellement et pris en compte dans l’analyse.
La précontrainte transversale a également été intégrée au modèle. L’introduction des efforts de précontrainte a été représentée par une modélisation simplifiée de la diffusion des charges sous forme de cône, complétée par l’armature locale de la zone d’ancrage, notamment les armatures hélicoïdales existantes.
Comparaison qualitative et quantitative : état existant vs phase de travaux
L’analyse du flux des efforts a permis de mettre clairement en évidence le changement fondamental du système structurel durant la phase de travaux. Celui-ci se traduit notamment par la formation d’un arc de compression dans la partie supérieure de la traverse et d’un tirant dans sa partie inférieure, conséquence directe de la suppression temporaire de l’appui ponctuel central.
En complément, les contraintes dans le béton ainsi que dans les armatures ont été analysées afin d’identifier et d’évaluer les pics de compression locaux et les sollicitations accrues en traction. Sur cette base, la vérification de la capacité portante pour la phase de travaux a été réalisée.
Les augmentations de sollicitations dans certains étriers, notamment dans les zones soumises aux forces de déviation et à proximité des ouvertures, se sont révélées déterminantes. Grâce au logiciel, ces zones ont pu être étudiées en détail et les concentrations locales de contraintes mises en évidence.
Les effets locaux autour des ouvertures ou au niveau des étriers sont particulièrement difficiles à reproduire par des méthodes analytiques ou des approches simplifiées.
Travaux exécutés avec succès
L’exécution des travaux a débuté en janvier 2025. Après différents travaux préparatoires, les fondations sur pieux destinées à l’installation de l’étaiement ont été réalisées. Le montage des tours d’étaiement et des poutres métalliques a ensuite été effectué. Le viaduc a alors pu être soulevé au moyen de vérins hydrauliques afin de décharger les appuis existants.
La démolition de la partie supérieure des appuis existants a été réalisée à l’aide d’un procédé à l’eau sous haute pression (hydrodémolition). Les pieux forés, les fondations ainsi que les nouveaux appuis, plus longs, ont ensuite pu être exécutés avec succès.
Source du texte: Ingware AG