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Brücken

Ponts

Bridges

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IntroductionPièce maîtresse du Projet Poya quivise à relier les quartiers duSchönberg et du Palatinat afin dedésengorger le centre-ville de Fri-bourg, le pont de la Poya franchitla vallée de la Sarine, au-dessusde la STEP, à une hauteur d’envi-ron 70 m. Au Nord, l’ouvragepénètre dans un versant boisé etescarpé, jusqu’au tunnel de Pala-

tinat. Au Sud, l’ouvrage s’incurveet s’élargit pour rejoindre le car-refour Schönberg.La conception de l’ouvrage et sonanalyse structurale constituent lepremier défi technique majeur duprojet. Sa réalisation dans un ver-sant de stabilité précaire côtéPalatinat et le recours à des mé-thodes de construction novatricesconstituent le deuxième enjeuprincipal du projet.La portée centrale de 196 m con-

stitue le nouveau record de por-tée en Suisse.

HistoriqueLe groupement d’ingénieurs GIPPa remporté le concours de projetdu Pont de la Poya, organisé parla Ville de Fribourg, en 1989, il y aplus de 24 ans. Un premier projetd’ouvrage est déposé en 1991 surle tracé du concours de projet. Undeuxième projet d’ouvrage est éla-

IntroductionThe centre-piece of the Poya pro-

ject, which connects the suburbsof Schönberg and Palatinat inorder to ease traffic congestion inthe centre of the town of Fri-bourg, is the Poya bridge crossingthe Sarine valley above the waste-water treatment plant at a heightof about 70 m. To the north thestructure penetrates into a side of

the valley that is wooded andsteep up to the Palatinat tunnel.To the south the structure curvesand widens to connect with theSchönberg junction.The design of the structure andits structural analysis form thefirst major challenge of the pro-

ject. To achieve this in the case ofa hillside with precarious stabilityon the Palatinat side and the re-course to innovative methods ofconstruction is the second major

challenge of the project.The central span of 196 m is a newrecord for a span in Switzerland.

HistoryIn 1989, the GIPP joint venture ofengineers won the competitionfor the Poya bridge project orga-nised by the town of Fribourg,more than 24 years ago. An initi-al design for the structure wassubmitted in 1991 as the competi-

boré en 2008 sur un tracé sensi-blement modifié, sous la directiondu Service des ponts et chausséesdu canton de Fribourg.Les travaux ont débuté en autom-ne 2009; l’achèvement du gros-œuvre a été réalisé en automne2013.

GéologieLe toit de la molasse saine, essen-

tiellement gréseuse et de bonnecapacité portante, affleure sousl’ensemble de l’ouvrage, à uneprofondeur comprise entre 0 et16 m. Côté Palatinat, la molassesaine est recouverte d’alluvionsinterglaciaires et de moraine ainsique d’éboulis de pente et de mo-lasse altérée. Des alluvions inter-glaciaires, fluvioglaciaires et gla-ciolacustres ainsi que des éboulisde pente et de la molasse altéréesont présents côté Schönberg.

Le fond de la vallée est recouvertpar des alluvions de la Sarine etdes remblais. Les couches superfi-cielles des versants inclinés pré-sentent une stabilité précaire,aussi bien côté Palatinat que côtéSchönberg.

Conception générale del’ouvrageD’une longueur totale de 851,6 m,l’ouvrage avec tablier en structure

Le Pont de la PoyaThe Poya bridge

Bernard Houriet, Pierre Gorgé, Sylvain Plumey, Aldo Bisetti, Jean-François Gnaegi

Fig. 1

Coupe longitudinale de l’ouvrage et profil géologique.

Longitudinal section of the structure and geological profile.

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tion for the project. A second

design for the structure was pre-pared in 2008 as the project pro-gressed in a way that was signifi-cantly modified under the directi-on of the Highways and BridgesDepartment of Canton Fribourg.Work started in the autumn of2009, and this large project wascompleted in 2013.

GeologyThe upper part of the sound mo-lasse, essentially sandstone with a

good load-carrying capacity, risesalmost to ground level under thewhole structure, at a depth ofbetween 0 and 16 m. On the Pa-latinat side the sound molasse iscovered with interglacial alluvialdeposits as well as some boulderscree and some altered molasse.Interglacial alluvial, fluvioglacialand glaciolacustrine deposits aswell as some boulder scree andsome weathered molasse are pre-

sent on the Schönberg side.The bottom of the valley is cover-ed by alluvial deposits from theSarine river with some outcropp-ing rocks. The surface layers of theinclined sides have a precariousstability, both on the Palatinatside and on the Schönberg side.

General design of thestructureWith a total length of 851.6 m thecivil engineering structure with abridge deck made of a mixedsteel-concrete design includes thefollowing three distinct parts(Fig.1):

mixte acier-béton comprend les

trois parties distinctes suivantes(Fig. 1):− Le viaduc d’accès Palatinat de

252,6 m de longueur, essentiel-lement réalisé par lancementpréalable de l’ossature métalli-que.

− Le viaduc d’accès Schönberg de231 m de longueur, réalisé parpose conventionnelle de l’ossa-ture métallique.

− L’ouvrage haubané central de368 m de longueur, muni d’une

suspension latérale en semi-harpe, réalisé par encorbelle-ment haubané.

TablierL’ensemble du tablier est conçu enossature mixte acier-béton avecdes entretoises métalliques deforme trapézoïdale de 1,05 m dehauteur maximale, espacées de6,0 m. Deux poutres maîtressescomposées soudées à âme pleine

de 2,05 m de hauteur sont adop-tées dans les viaducs d’accès (Fig.2). La hauteur des deux poutresmaîtresses est réduite linéaire-ment de 2,05 m à 1,05 m au droitdes piles 5 et 8 adjacentes à lazone haubanée. Deux poutres la-térales composées soudées à âmepleine inclinée complètent l’ossa-ture métallique en grille de pou-tre dans la zone haubanée (Fig.3).

Système statiqueLe système statique de l’ouvrageest flottant sur 851,6 m de lon-gueur en phase d’exploitation. Le

− The 252.6 m long Palatinat ac-

cess viaduct was basically con-structed by previously launch-ing the steel framework.

− The 231 m long Schönbergaccess viaduct was basicallyconstructed by conventionaluse of falsework.

− The 368 m long central cable-stayed structure of the semi-harp type, also providing late-ral bracing.

Bridge deckThe bridge deck was designed asa composite steel-concrete unitwith steel crossbrackets of trape-zoidal shape 1.05 m maximumheight, spaced at 6.0 m. Two maingirders welded with a plain web2.05 m high were used in theaccess viaducts (Fig. 2). The heightof the two main girders is reduc -ed linearly from 2.05 m to 1.05 mfrom piers 5 and 8 adjacent to thecable-stayed zone. Two lateral

girders welded with an inclinedweb complete the steel deck gril-lage in the cable-stayed zone(Fig.3).

Structural systemThe structural system is a floatingsystem over a length of 851.6 m inthe operational phase. The bridgefloor is provisionally supported atthe two abutments in the longitu-dinal direction during the erecti-on phases. Pylons 6 and 7 are con-nected monolithically to thebridge deck and ensure the longi-tudinal stability of the structurewhen it is in use. The flexible piers

Fig. 2

Tablier, section transversale des viaducs d’accès.

Bridge floor, transverse section of the access viaducts.

Fig. 3

Tablier, section transversale de la zone haubanée.

Bridge floor, transverse section of the cable-stayed zone.

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tablier est bloqué provisoirement

aux deux culées dans le sens lon-gitudinal pendant les phases demontage. Les mâts 6 et 7 sont liésmonolithiquement au tablier etassurent la stabilité longitudinalede l’ouvrage en phase d’exploita-

3, 4, 5 and 8 are connected longi-

tudinally to the bridge deck; allthe piers are connected transver-sely to the bridge floor by one ofthe two bearings. Two pot bear -ings free to move in all directionsand one bearing for longitudinal

tion. Les piles souples 3, 4, 5 et 8

sont connectées longitudinale-ment au tablier; toutes les pilessont liées transversalement autablier par l’un des deux appuis.Deux appuis pots mobiles en toussens et un appui de guidage lon-

Fig. 4

Mâts, étude de variantes.

Pylons, study of the variants.

béquilles supé-

rieures inclinées

béquilles infé-

rieures inclinées

fût vertical

Fig. 5

Mât 6, coupe longitudinale, élévation et sections transversales.

Pylon 6, longitudinal section, elevations and transverse sections.

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guiding are provided at abut-ments 0 and 13.

BracingThe bracing (cable-stays) of eachcantilever beam section consists oftwo lateral planes in semi-harps of

2 x 7 cables (bracing in umbrella).The 7 cables are made up of 2 x 31,3 x 37, and 2 x 55 strands of150mm2 of nominal section pro-vided with an individual tripleprotection against corrosion:− The strands are formed of 7

galvanised wires.− The strands are fitted with an

individual protective sheathmade of high density polyethy-lene.

− The wires are protected by waxinside the individual sheath.The strands are installed indivi-dually and tension is appliedusing the so-called “isotensionprocedure”, which enables a uni-form tension to be obtained in allthe strands of the same cable.This design drastically reduces thelifting requirement necessary andsimplifies both the fitting of thecables and their possible replace-ment in the maintenance schedu-

le of the structure.The fixed anchoring of the cablesis situated at the level of thebridge floor. The mobile anchor-age and the tensioning are achiev-ed in the pylons, inside the steelframework accessible from thebridge deck.

FoundationsPiers 2 to 5 and 8 are founded inthe sound molasse by means of 2

shafts with a full section of 2.4 mnominal diameter. Piers 6 and 7are also founded in the sound

gitudinal sont prévus aux culées 0et 13.

HaubanageLe haubanage de chaque fléauest constitué de deux nappes laté-rales en semi-harpes de 2 x 7 hau-

bans (haubanage en parapluie).Les 7 haubans sont constitués de2 x 31, 3 x 37 et 2 x 55 torons de150 mm2 de section nominalepourvus d’une triple protectionindividuelle contre la corrosion:− Les torons sont constitués de 7

fils galvanisés.− Les torons sont munis d’une

gaine de protection individuelleen polyéthylène à haute densité.

− Les fils sont protégés par une

cire à l’intérieur de la gaine in-dividuelle.Les torons sont mis en place indi-viduellement et mis en tensionselon le procédé d’isotension quipermet d’obtenir une tension uni-forme dans tous les torons d’unmême hauban. Ce concept réduitdrastiquement les moyens de le-vage nécessaires et simplifie aussibien le montage des haubans queleur remplacement éventuel, dansle cadre du plan d’entretien de

l’ouvrage.L’ancrage fixe des haubans estsitué au niveau du tablier. L’an-crage mobile et la mise en tensionsont réalisés dans les mâts, à l’in-térieur d’une ossature métalliqueaccessible depuis le tablier.

FondationsLes piles 2 à 5 et 8 sont fondéesdans la molasse saine au moyende 2 puits de section pleine de

2,4 m de diamètre nominal. Lesmâts 6 et 7 sont également fon-dés dans la molasse saine à l’aide

molasse with the aid of 12 drivensteel tube piles of 1.5 m nominaldiameter. Piers 1 and 9 to 12 aswell as the abutments are foun-ded on unconsolidated groundon foundation slabs.

PylonsThe structural and architecturaldesign of the pylons was the sub-

ject of a detailed analysis, suppor-ted by numerous variants (Fig. 4).The idea of the bridge deck pass-ing through a pylon with a dia-mond (lozenge) shape, which wasthe symbol of the solution regis-tered during the competition forthe project in 1989, was retainedwith the following adaptations:

− The shapes have been improv-ed and simplified by the remo-val of the majority of the groo-ves initially planned.

− The use of an enlarged verticalshaft of hexagonal shape en-abled the transition and thecohesion between the verticalshaft of great height and theupper lozenge to be improved(Fig. 5).

Models for calculation andstructural analysisThe overall structural analysis inthe assembly and operationalphases has been done with the aidof a computational model with3D frame members (Fig. 6). Thestructural behaviour of the bridgedeck, the steel construction andthe anchorages was assessed us-ing global and local shell models(Fig. 7 and 8). The structural de -sign of the pylons is dictated by

the loading in the operationalphase. Some stabilisation measu-res are required in the erectionphase to resist the loading duringerection due to the wind and tothe asymmetric concreting of therunning surface (Figs. 9 and 10).

Erection procedure, pro-gress of the workExcavations and foundationsThe important excavation on thePalatinat side as well as the exca-vations of piers 2 to 5 and 8 wascarried out in the sloping groundwith precarious stability by meansof walls anchored and pinned.

OwnerState of Fribourg, Bridges andHighways DepartmentAgentsProject: GIPP by GVH Tramelan SADLT: MPP by GVH Tramelan SAContractorsImplenia Constructions SA, Grisoni-Zaugg SA, Routes Modernes SASub-contractorsZM SA (steel construction), FreyssinetSA (cables and prestressing), MagebaSA (bearings and expansion joints)

Maître d’ouvrageEtat de Fribourg, Service des ponts etchausséesMandatairesProjet: GIPP par GVH Tramelan SADLT: MPP par GVH Tramelan SAEntreprisesImplenia Constructions SA, Grisoni-Zaugg SA, Routes Modernes SASous-traitantsZM SA (construction métallique),Freyssinet SA (haubans et précon-trainte), Mageba SA (appuis et jointsde chaussée)

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de 12 pieux forés tubés de 1,5 mde diamètre nominal. Les piles 1et 9 à 12 ainsi que les culées sont

fondées en terrain meuble sur se-melles superficielles.

MâtsLa conception structurale et archi-tecturale des mâts a fait l’objetd’une analyse détaillée, étayéepar de nombreuses variantes (Fig.4). Le concept de franchissementdu tablier au travers d’un mât enforme de losange, qui constituaitle symbole de la solution déposéelors du concours de projet de1989, a été conservé avec lesadaptations suivantes:− Les formes ont été épurées et

simplifiées par la suppression

The excavation of pylon 6 wasalso done with the help of a pin-ned wall; an enclosure of water-

tight sheet piles was required forthe excavation of pylon 7 situatedon the bank of the Sarine.

Piers and pylonsThe vertical shaft of hollow hexa-gonal section of the piers andpylons was executed by means ofclimbing formwork with steps ofbetween 3.3 and 4.2 m. The headof the piers of triangular shapeand the upper part of the pylonsof diamond shape necessitatedsome special shoring and stabili-sation measures (Fig. 11).The vertical reinforcement of thepiers and the pylons was basically

de la plupart des rainures ini-tialement prévues.

− Le recours à un fût verticalélargi de forme hexagonale apermis d’améliorer la transitionet la cohérence entre le fût ver-tical de grande hauteur et le

losange supérieur (Fig. 5).

Modèles de calcul et analyse structuraleL’analyse structurale globale enphases de montage et d’exploita-tion a été menée à l’aide d’unmodèle barres 3D (Fig. 6). Le com-portement structural du tablier,de l’ossature métallique et desancrages a été évalué au moyende modèles coques globaux et

locaux (Fig. 7 et 8).La conception structurale des mâtsest dictée par les sollicitations enphase d’exploitation. Des mesuresde stabilisation sont requises enphase de montage pour couvrirles sollicitations au montage duesau vent et au bétonnage asymé-trique de la dalle de roulement(Fig. 9 et 10).

Procédé de montage,déroulement des travauxFouilles et fondationsL’importante fouille Palatinat ainsique les fouilles des piles 2 à 5 et 8ont été réalisées dans des versantsde stabilité précaire au moyen deparois ancrées et clouées.La fouille du mât 6 a égalementété réalisée à l’aide d’une paroiclouée; une enceinte de palplan-ches étanche a été requise pour lafouille du mât 7 situé sur la bergede la Sarine.

Piles et mâtsLe fût vertical de section hexago-nale creuse des piles et des mâts aété réalisé aux moyen de coffra-ges grimpants avec des étapescomprises entre 3,3 et 4,2 m. Latête des piles de forme triangulai-re et la partie supérieure des mâtsen forme de losange ont nécessitédes mesures d’étayage et de sta-bilisation particulières (Fig. 11).L’armature verticale des piles etdes mâts a été essentiellementconçue à l’aide de cages préfabri-quées munies d’étriers fermés.L’entretoise des mâts est pourvue

Fig. 7

Haubans, ancrages fixes, analyse des contraintes.

Cables, fixed anchorages, analysis of the stresses.

Fig. 8

Haubans, ancrages mobiles, analyse des contraintes.

Cables, mobile anchorages, analysis of the stresses.

Fig. 6

Modèle de calcul barres 3D (logiciel Statik5).

Model of 3D calculation with frame members (Statik5 software).

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designed with the help of prefa-bricated cages fitted with closedstirrups. The crosspiece of thepylons is provided with a lightparabolic prestress exerted by 16cables of 19, T15 strands.

Access viaductThe launching of the rectangularsteel framework on the Palatinatside was carried out without pro-visional bracing of the slenderpiers 3 to 5, by means of a noseend fitted with a lifting device torest on the piers (Fig. 12).

d’une précontrainte légèrementparabolique constituée de 16câbles de 19 torons T15.

Viaduc d’accèsLe lancement de la zone rectili-

gne de l’ossature métallique côtéPalatinat a été réalisé sans hauba-nage provisoire des piles élancées3 à 5, au moyen d’un avant-becmuni d’un dispositif de relevagepour accoster les piles (Fig. 12).Côté Schönberg, l’ossature métal-lique a été posée à l’aide de gruesmobiles et d’appuis provisoires

On the Schönberg side, the false-work was placed with the help ofmobile cranes and provisionalbearings fixed at the top of thepiers.The concreting of the running

surface was carried out in steps of12 m in a single phase on the Pa-latinat side and in two phases onthe Schönberg side.

Cable-stayed zoneThe assembly of a step 12 m longof the braced corbel was brokendown into the following phases:

Fig. 10

Stabilisation diagonale provisoire du fléau 7.

Provisional diagonal stabilisation of beam 7.

Fig. 9

Stabilisation verticale provisoire du fléau 6.

Provisional vertical stabilisation of beam 6.

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fixés en tête des piles. Le béton-nage de la dalle de roulement aété réalisé par étapes de 12 m enune seule phase côté Palatinat eten deux phases côté Schönberg.

Zone haubanéeLe montage d’une étape type de12 m de longueur de l’encorbelle-ment haubané a été dissociéselon les phases suivantes:− Pose asymétrique (par rapport

au mât) d’une étape d’ossature

métallique.− Montage et première mise en

tension asymétriques des 4 hau-bans.

− Bétonnage asymétrique de ladalle de roulement.

− Eventuellement deuxième miseen tension des haubans.

− Déplacement des outils (plate-forme de travail et poutre delancement de l’ossature métal-lique).

L’évolution prévisionnelle des flè-ches a été comparée à l’évolutioneffective au terme de chaquephase; des mesures correctivesont été prises si les écarts étaientsignificatifs. Le montage des deuxfléaux était dicté par le souci desuivre au mieux la nivelette théo-rique finale de l’ouvrage avec lastructure du tablier. Après la posedu revêtement, une flèche d’envi-ron –30 cm a été obtenue en tra-vée principale.Une troisième mise en tension deshaubans a permis ensuite d’impo-ser une contreflèche finale d’envi-ron +20 cm lors du réglage final.

− Placed asymmetrically (withrespect to the pylon) of a con-creting step with the aid of tra-velling formwork.

− Fitting and first application inasymmetric tension of the 4 ca-bles.

− Asymmetric concreting of therunning surface.

− Possible second application oftension in the cables.

− Transfer of the equipment(working platform and launch

beam of the steel framework).The predicted change in the fle-xural deflection was compared tothe effective long-term change ineach phase; some corrective mea-sures were taken if the deviationswere significant. The casting ofthe two beams was dictated bythe problem of monitoring atleast the final theoretical level ofthe structure with the bridgedeck. After placing the road sur-

face, a deflection of about 30 cmwas obtained in the main span.A third placing with the cables intension then imposed a final cam-ber of about +20 cm during thefinal levelling.

Cost of the structureThe final cost of the structure,without the Palatinat excavationand noise protection, reached thefollowing values:– Total cost (excluding tax):

55.4 million Swiss francs– Bridge floor area:16,940 m2

– Mean specific cost (excludingtax): 3,270 Swiss francs/m2.

Coût de l’ouvrageLe coût final de l’ouvrage, sans lafouille Palatinat et la couvertureantibruit Palatinat, atteint lesvaleurs suivantes:– coût total (HT): 55,4 mio. CHF– aire du tablier: 16940 m2

– coût spécifique moyen (HT):3270 CHF/m2.

Auteurs/Authors

Bernard HourietDr ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFZ SIA

Pierre Gorgéing. civil dipl. EPFZ SIA

Sylvain PlumeyDr ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFL SIA

Aldo Bisettiing. civil dipl. EPFZ SIA

Jean-François Gnaegiing. civil dipl. EPFZ SIA

GVH Tramelan SACH-2720 Tramelan

[email protected]

Fig. 12

Ossature métallique Palatinat mise en œuvre par lancement.

Palatinat side: steel framework for the balanced cantilever

method.

Fig. 11

Montage des mâts 6 et 7.

Assembly of pylons 6 and 7.

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EinleitungDer bestehende im, Zuge derAnlage des Stausees 1935/36erstellte Steinbachviadukt ent-spricht den heutigen Anforderun-gen nicht mehr und verursachteinen hohen Unterhaltsaufwand.Um eine optimale Lösung für denin technischer und gestalterischerHinsicht anspruchsvollen Ersatz-

neubau zu finden, wurde 2006/07ein zweistufiger Projektwettbe-werb durchgeführt, aus dem dasin diesem Beitrag beschriebeneProjekt ALBA als Siegerprojekthervorging.

SituationDer neue Steinbachviadukt über-quert den Sihlsee unmittelbaroberwasserseitig des bestehen-den Viadukts. Der insgesamt13,00 m breite Überbau verläuft

bei hohem Seespiegel nur wenigüber dem Wasser. Die Fahrbahnist im Aufriss leicht überhöht, miteinem Freibord – bei Normalkotedes Sees – von ca. 2,70 m an denBrückenenden und ca. 4,40 m inSeemitte. Die nutzbare Brücken-breite von 11,60 m ist mit einerLeitschranke in eine Verkehrs-

IntroductionThe existing Steinbach Viaduct,built at the time of the Sihlseereservoir construction, is no lon-ger adequate to cope withtoday's requirements and invol-ves high maintenance costs. Inorder to find the best possiblesolution for the technically andaesthetically challenging task of

replacing the bridge, a two-stagedesign competition took place in2006/07. The project ALBA wasthe winning design. The projectdetails are presented here.

SituationThe new Steinbach Viaduct cros-ses the Sihlsee reservoir immedia-tely upstream of the existing via-duct. The superstructure, with anoverall width of 13.00 m, is only

just above above the waterline at

high reservoir levels. The deck isslightly curved in elevation, withvertical clearances – at normalwater level – of about 2.70 m atthe abutments and 4.40 m in themiddle of the lake, The net deckwidth of 11.60 m is split up bymeans of a crash barrier into twotraffic lanes with an integrated

fläche (2 Fahrstreifen, 1 Radstrei-fen) und einen abgetrenntenRad-/Gehweg aufgeteilt.Die weithin sichtbare Querung desSees in geringer Höhe und dieLage im Naherholungsgebiet stel-len hohe Ansprüche an dasErscheinungsbild. Die neueBrücke soll schlicht sein und sichharmonisch in die prägnante

Landschaft einfügen.Der Baugrund ist schlecht tragfä-hig und sehr weich, mit setzungs-empfindlichen Seeablagerungenbis in über 100 m Tiefe. Zudem tre-ten weiträumige Konsolidations-setzungen infolge des nahenSchuttkegels des Steinbachs auf.Dem Fundationskonzept kommtdaher eine entscheidende Rollezu. Grundsätzlich ist eine mög-lichst leichte Brücke anzustreben,ohne jedoch die Robustheit und

Dauerhaftigkeit des Bauwerks zubeeinträchtigen.Um den Betrieb des Kraftwerksnicht einzuschränken, darf dieBrücke den Pegelstand des Seesnicht beeinflussen und muss mitsaisonalen Wasserspiegelschwan-kungen bis zu 8 m erstellt werden.Zudem sind temporäre Schüttun-

Ersatz Steinbachviadukt – neue Brücke über den SihlseeReplacement of Steinbach Viaduct – new bridge over theSihlsee Reservoir

Walter Kaufmann

Fig. 1

Übersichtsfoto im Winter 2013.

Overview in the winter of 2013.

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bike lane and a dedicated lanefor pedestrians and bicycles.The largely visible crossing overthe lake with little vertical clea-

rance, and its location in a recrea-tional area pose high demands onthe appearance of the new via-duct. The new bridge should beunpretentious and fit harmonio-usly into the dominant surroun-ding landscape.The subsoil, with soft lacustrinesediments up to 100 m in depth,has a very low load bearing capa-city and is sensitive to settle-ments. Furthermore, extensiveconsolidation settlements caused

by the alluvial deposits of theSteinbach creek are observed inthe surrounding areas. Hence, thechoice of the foundation system isessential. The bridge should be aslight as possible, but withoutaffecting its robustness and dura-bility.In order to avoid restrictions tothe operation of the hydropowerstation, the bridge must be builtwithout influencing the level of

the reservoir, which exhibits sea-sonal water level fluctuations ofup to 8 m. In addition, temporarydams in the lake are inadmissibledue to the need to protect theenvironment and nature. Further-more, it has to be taken intoaccount that during the winterthe lake may be frozen for severalmonths, and only a very limitedamount of work can be carriedout from the existing viaduct.

Conceptual DesignStructural SystemThe new Steinbach Viaduct is amulti-span continuous prestressed

gen im Seebereich aus Gründendes Natur- und Umweltschutzesunzulässig. Weiter ist zu beach-ten, dass der See je nach Verlauf

des Winters während mehrererMonate gefroren ist und Arbeitenab dem parallel verlaufenden,bestehenden Viadukt nur in sehrbegrenztem Umfang möglichsind.

TragwerkskonzeptGesamtsystemDer neue Steinbachviadukt wurdeals mehrfeldrige Spannbetonbrü-cke mit einem konstanten, leich-ten offenen Querschnitt konzi-

piert. Ihre Gesamtlänge beträgt441,0 m, mit Spannweiten von21,0 + 14•28,5 + 21,0 m. Überbau,Pfeiler und Widerlager werden inbewehrtem Beton ausgeführt.Die Fundation erfolgt mitschwimmenden Pfählen in denSeeablagerungen.Dank der verhältnismässig gerin-gen Regelspannweite kann derÜberbau mit einem untenliegen-den Vorschubgerüst ohne Zwi -

schenabstützungen erstellt wer-den. Zudem ist damit ein schlan-ker Überbau möglich, womit dieBrücke auch bei vollem See alsschlichtes, elegantes Band überdem Wasser zur Geltung kommt.Um eine hohe Dauerhaftigkeitmit minimalem Unterhaltsauf-wand sicherzustellen, werdensämtliche Pfeiler monolithisch mitdem Überbau verbunden. Ledig-lich bei den Widerlagern wird derÜberbau in Längsrichtung ver-schieblich gelagert. Die Brücke istsomit schwimmend gelagert, wastiefe Eigenfrequenzen nach sichzieht und sich günstig auf die

concrete bridge with a constant,lightweight open cross-section.

The total length of the bridge is441.0 m, with spans of 21.0 +14•28.5 + 21.0 m. The bridgedeck, the piers and the abutmentsare made of reinforced concrete.The foundation consists of fric-tion piles acting as a floating pilefoundation system in the lacust-rine sediments.The relatively short normal spanfacilitates the construction of thesuperstructure by using a launch-

ing-girder running underneaththe deck, without intermediatesupports. Furthermore, it enablesa very slender superstructure, togive the impression of an unpre-tentious, elegant strip over thewater even at high water levels.In order to achieve high durabili-ty and minimum maintenance, allpiers are monolithically connect-ed to the bridge deck. At theabutments, the superstructurerests on longitudinally movablebearings. Hence, the bearingsystem is floating, resulting in lownatural frequencies with corres-pondingly reduced earthquake

Fig. 2

Modellfoto des Wettbewerbsprojekts bei tiefem Seespiegel.

Model photo of competition project at low water level.

Project data

OwnerCanton Schwyz, Civil EngineeringOffice, Etzelwerk AG (SBB)Design and Construction Supervisiondsp Ingenieure & Planer AG, Greifen-see (lead management); F. Preisig AG,Zurich; Spataro Petoud Partner SA,Bellinzona; Fellmann Geotechnik,

Lucerne; Feddersen & Klostermann,ZurichContractorsImplenia Bau, Zurich; KIBAG, Zurich;F.lli Somaini, Grono; Muttoni, Faido

Technical DataConstruction period: 2011–2014Construction costs: approx. CHF 28millionBridge length: 441.0 m (excludingabutments)Bridge width: 13.0 mGirder depth: 1.50 mHeight above lake bottom: max. ca.14 m

QuantitiesConcrete approx. 4000 m3

Formwork approx. 11 200 m2

Reinforcement approx. 760 tPost-tensioningstrands approx. 30 tExcavation approx. 4400 m3

Dams / landfill approx. 20 000 m3

Sheet piles approx. 7000 m2

Pile foundation approx. 9 kmpiles Ø45 cm

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Erdbebenbeanspruchung aus-wirkt. Horizontalkräfte werden

durch den Brückenüberbau aufalle Pfeiler verteilt und von diesengemeinsam aufgenommen.Aufgrund der monolithischenVerbindung mit dem Überbaumüssen die kurzen Pfeiler inWiderlagernähe grosse Kopfver-schiebungen aufnehmen. Daherwerden die Pfeiler und die Fun-dation horizontal gezielt nach-giebig ausgebildet. Um den Ein-fluss des in dieser Hinsicht günsti-

gen, weichen Baugrunds abzu-schätzen, erfolgten die Berech-nungen mit oberen und unterenWerten der Baugrundsteifigkeit[1].

ÜberbauDer Überbau besteht aus einemleichten, zweistegigen Platten-balkenquerschnitt mit einerKonstruktionshöhe von 1,50 mund beidseitigen Kragplatten von

je 2,80 m. Seine Form wurde inAnlehnung an die statischenErfordernisse entwickelt und hin-sichtlich Bauablauf und Gestal-tung optimiert.

actions. Horizontal loads are dis-tributed by the horizontally stiffbridge deck and jointly resistedby all piers.Due to their monolithic connec-tion to the bridge deck, the shortpiers near the abutments mustwithstand large imposed displa-cements at their top ends. Hence,the piers and the foundation aredesigned to be horizontally flexi-

ble. In order to estimate the influ-ence of the soft subsoil, which isfavourable in this respect, calcula-tions were carried out using bothupper and lower bound values ofthe soil stiffness [1].

SuperstructureThe superstructure consists of alightweight twin-webbed T-beamcross-sectionwitha depthof 1.50 mand 2.80 m long cantilevers on

each side. Its shape was develop-ed from the static requirementsand optimised with regard to aes-thetic considerations and theerection procedure.The cross-section is constant overthe entire bridge length, withoutdiaphragms or transverse frames,in order to facilitate an optimal useof the launching-girder. Similar tothe bridges of the Saas bypass [2],the webs are slightly inclined tothe inside while widening to-wards their bottom ends, whichguarantees the width requiredfor the compression zone in theregions of hogging moments.

Der Querschnitt ist durchgehendkonstant, ohne Querträger oderRippen, um einen optimalenEinsatz des Vorschubgerüsts zugewährleisten. Die Stege sind –ähnlich wie bei den Brücken derUmfahrung Saas [2] – leicht nachinnen geneigt und weiten sichgegen unten auf, sodass genü-gend Breite für die Druckzone imBereich negativer Momente zur

Verfügung steht.Während die Pfahlfundationselbst nur sehr kleine Setzungenerfährt, sind aufgrund der weit-räumigen Konsolidation Setzungs-differenzen zwischen benachbar-ten Pfeilern von ca. 2 cm zu er-warten. Aufgrund der bestehen-den Unsicherheiten wird dieVorspannung so ausgelegt, dasseine volle Vorspannung unterständigen Lasten auch für Set-

zungsdifferenzen bis zu ±5 cmgewährleistet ist. Dafür sind zweiKabel pro Steg, mit 12 LitzenØ 0,6“ (P0 = 2340 kN) resp. 15 Lit-zen Ø0,6“ (P0 = 2930 kN), erfor-derlich.

PfeilerDie Höhe der Pfeiler über demSeegrund variiert zwischen ca. 8und 12 m und ihr Erscheinungs -bild verändert sich je nach Was -serstand stark. Die Proportionenmüssen jedoch bei hohem undtiefem Pegel stimmen.Die variable Höhe der im Grund-riss leicht rhombischen Pfeiler

Fig. 3

Querschnitt und Pfeilergeometrie (niedrigster und höchster Pfeiler).

Cross-section and pier geometry (lowest and highest pier).

Projektdaten

BauherrTiefbauamt Kanton Schwyz,Etzelwerk AG (SBB)Projekt und Bauleitungdsp Ingenieure & Planer AG, Greifen-see (Federführung); F. Preisig AG,Zürich; Spataro Petoud Partner SA,Bellinzona; Fellmann Geotechnik,

Luzern; Feddersen & Klostermann,ZürichBauausführungImplenia Bau, Zürich; KIBAG, Zürich;F.lli Somaini, Grono; Muttoni, Faido

Technische DatenBauzeit: 2011–2014Baukosten: ca. CHF 28 Mio.Brückenlänge: 441,0 m (exkl.Widerlager)Brückenbreite: 13,0 mTrägerhöhe: 1,50 mHöhe über Seegrund: max. ca. 14 m

HauptmassenBeton ca. 4000 m3

Schalung ca. 11 200 m2

Bewehrungsstahl ca. 760 tVorspannkabel ca. 30 tAushub ca. 4400 m3

Dämme/ Aufschüttungen ca. 20 000 m3

Spundwände ca. 7000 m2

Pfahlfundation ca. 9 kmPfähle Ø45 cm

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While the pile foundation itself isundergoing very small settle-ments, relative vertical displace-

wird durch die unterschiedlicheLänge des untersten Teils – mit

konstantem Querschnitt – aufge-nommen. Im oberen Bereich wei-sen alle Pfeiler eine identischeäussere Geometrie auf, sodass diegleiche Schalung verwendet wer-den konnte. Um einen Bezug derPfeiler zum Seespiegel zu ge-währleisten, liegt die Horizontal -verbindung, bei der sich diePfeilerarme vereinen, bei allenPfeilern auf derselben Kote. Dazuwurde eine in der Höhe variableAbschalung auf der Innenseite

der Pfeilerschalung eingesetzt.

WiderlagerDie Widerlager werden so ausge-bildet, dass sie immer über derWasserlinie liegen. Sie gewähr-leisten damit die ökologischeVernetzung oberhalb des Wasser-spiegels auch bei hohem Pegel -stand.

ments of about 2 cm must be ex-pected between adjacent piers dueto the extensive consolidationsettlements. Taking into accountthe existing uncertainties, the post-tensioning is design ed to avoidtensile stresses under permanent

loads including differential settle-ments of up to ±5 cm. This requi-res 2 tendons per web, with 12strands Ø0.6“ (P0 = 2340 kN) and15 strands Ø0.6“ (P0 = 2930 kN).

PiersThe height of the piers above thelake bottom varies between 8 and12 m, and their appearancechanges greatly with the waterlevel. Their proportions must,

however, be appropriate with fullas well as empty reservoir levels.A varying height of the piers,which are slightly rhombic inplan, is adopted by a variablelength of their lower part withconstant cross-section. In theuppermost part, the external geo-metry of all piers is identical,enabling the use of the sameformwork. In order to ensure areference of the piers to thewater level, the horizontal con-

nection joining the pier arms islocated at the same elevation oneach pier. This was achieved usinga variable horizontal stop-endshuttering on the inside of thepier formwork.

AbutmentsThe abutments are designed toalways remain above the water

Fig. 4

Bauvorgang Unterbau im Längsschnitt.

Construction sequence of foundations and piers.

Fig. 5Blick in einen Spundwandkasten mit

Pfahlköpfen beim Auspumpen.

View inside a sheet pile caisson with

pile heads.

Fig. 6Baustelle mit Arbeiten am Unterbau und am ersten Teil

des Überbaus, Sommer 2012.

Construction site with work on foundations, piers and

first half of superstructure, summer 2012.

Fig. 7Vorschubgerüst nach dem Verschub, Montage der

Kragarmschalung.

Launching-girder after launching, installation of

cantilever formwork.

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

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Aufgrund der Bewegungslängekommen bei beiden Widerlagernmehrzellige Lamellenfugen alsFahrbahnübergänge zum Einsatz.Diese sind über einen Unterhalts-raum zugänglich. In beiden Wider-lagern ist zudem ein Absetzbe-

cken der Brückenentwässerungintegriert.

FundationPfeiler und Widerlager sind mitbis zu 36 m langen, gerammtenSchleuderbeton-Hohlpfählen Ø45cm fundiert. Der rechnerischePfahlwiderstand beträgt bei die-ser Länge 900 kN (Bemessungs-wert). Die 16 Pfähle jedes Pfeilerssind mit einem massiven Bankett

verbunden, das die Lastverteilunggewährleistet und nur wenig inden Untergrund eingebunden ist,um den Eingriff in den Seegrundzu minimieren. Bei tiefem Pegel-stand sind die Bankette sichtbarund übernehmen die Rolle vonPfeilersockeln.Die Festlegung der definitivenPfahllängen erfolgte aufgrundvon statischen Pfahlvorversuchen,in deren Rahmen an zwei Stand-orten insgesamt sechs Pfähle mit

unterschiedlichen Längen mit ma-ximal 1700 kN pro Pfahl belastetwurden.

VorlandbereicheAuf der Seite Steinbach wird dieLandzunge gegenüber der beste-henden Situation aus geologi-schen und gestalterischen Grün-den um rund 18 m verkürzt. Da-

line. Hence, they facilitate theecological connectivity above thewater level even when the reser-voir is full.Modular expansion joints are re-quired due to the large expansion/ contraction movements. The abut-

ments allow easy access for theinspection of expansion joints andbearings via a maintenance cham-ber. Furthermore, a sedimentati-on tank, which is part of thebridge drainage system, is inte-grated in each of the abutments.

FoundationsThe foundations of the piers andthe abutments consist of prefabri-cated spun concrete piles Ø45 cm

with lengths up to 36 m. Thenominal pile capacity for thislength is 900 kN (design value).The 16 piles of each pier are con-nected by a massive pile cap,which ensures the load transferand is only slightly embedded inthe ground in order to minimisethe impact on the lake bottom.At low water levels, therefore,the pile caps are visible and assu-me the role of pier bases.The required pile lengths were

determined based on the resultsof in-situ static load tests, where,at two different locations, a totalof six piles of various lengthswere tested to a maximum loadof 1700 kN per pile.

Approach DamsOn the Steinbach side, the dam isshortened by about 18 m compar-

gegen wurde auf der SeiteRuestel die Landzunge ungefährgleich lang belassen, um einenoptimalen Schutz des Amphibien-laichgebiets nationaler Bedeu-tung zu gewährleisten.

BauausführungUnterbauDer Unterbau wird vollständig abdem See mithilfe von Pontonserstellt, siehe Fig. 4. Zuerst wer-den die Pfähle in jeweils dreiElementen angeliefert, kraft-schlüssig verschweisst und miteinem 9-t-Rammbär bis zum Er-reichen der aufgrund der Pfahl -versuche festgelegten Rammhitzegerammt (1). Anschliessend wird

ein Spundwandkasten einvibriert(2). Darauf folgen der Aushubunter Wasser, das Einbringeneiner Sauberkeitsschicht und dasBetonieren der Unterwassersohlein selbstverdichtendem Stahlfa-serbeton (3). Nach dem Erhärtender Unterwasserbetonsohle wirdder Spundwandkasten gelenzt(4), wobei die Pfähle als Auf -triebssicherung dienen. Nun kön-nen das Pfahlbankett und dieStütze im Trockenen ausgeführt

werden (5). Zum Abschluss wirdder Spundwandkasten geflutetund die Spundwände werdengezogen (6).Die Verschublager für das Lehr-gerüst werden auf einen proviso-rischen Sockel zwischen denPfeilerarmen montiert, der dieunterschiedliche Höhe zwischender bei allen Pfeilern auf gleicher

Fig. 8Betonieren des Überbaus, Feld 1.

Concreting of the deck, span 1.

Fig. 9Baustelle mit Arbeiten am Überbau Teil 2, Winter 2013.

Construction site with work on second half of super-

structure, winter 2013.

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ed to the existing situation forgeological and aesthetic reasons.On the Ruestel side, however, theexisting promontory is almostunchanged, ensuring optimal protection of the amphibian breed-ing area, which is of national im-portance.

ConstructionFoundations and Piers

The foundations and the piers arebuilt entirely using pontoons, seeFig. 4. First, the piles are deliveredin three elements, connected bywelding and driven using a 9 tpile hammer until the predefinedpenetration rate based on theload tests is achieved (1). Sub-sequently, a sheet-pile caisson isinstalled using a vibratory driver(2) followed by the underwaterexcavation, the installation of a

gravel layer and the pouring ofthe underwater concrete baseusing steel fibre reinforced, self-compacting concrete (3). Oncethe underwater concrete has set,the sheet-pile caisson is pumpedout (4), taking advantage of thepiles in order to ensure safetyagainst uplift. Now, the pile capand the pier can be constructed indry conditions (5). Finally, thesheet-pile caisson is flooded andthe sheet-piles are removed (6).The sliding bearings of the laun-ching-girder are positioned on aprovisional pedestal between thepier arms, which compensates the

Kote liegenden Horizontalverbin-dung der Pfeilerarme und dem inAufriss überhöhten Überbau aus-gleicht.

ÜberbauDie Erstellung des Überbaus er-folgt in einem Dreiwochentaktfeldweise mit einem leichten,freitragenden Vorschubgerüst.Dieses besteht aus einem zen-

trisch angeordneten Fachwerk-träger, der mit den inneren Schal-elementen verschoben wird. DieKragarmschalungen müssen da-gegen für den Verschub jeweilsdemontiert werden.Dabei werden, jeweils ausgehendvon den Widerlagern, in zweiBausaisons sieben resp. achtFelder betoniert. In der Winter-pause dazwischen wird dasLehrgerüst von der Seemitte zum

zweiten Widerlager umgestellt.Vor dem Fugenschluss in Seemittewerden die beiden Brücken hälf-ten bei Bedarf auseinanderge-presst werden, um die Schwind-und Kriechverkürzungen desÜberbaus teilweise zu kompen-sieren.

differences in height between thehorizontal connection of the pierarms, located at the same eleva-tion on all piers, and the vertical-ly curved superstructure.

SuperstructureConstruction of the superstructu-re is being carried out in a 3-weekcycle using a lightweight launch-ing-girder without intermediate

supports. The latter consists of acentral lattice girder that islaunched together with the insidepart of the formwork. However,the cantilever formwork has to bedetached for launching.Starting from the abutments, intwo subsequent construction sea-sons seven and eight spans,respectively, are built. During thewinter break in between, thelaunching-girder is moved from

the middle of the lake to thesecond abutment. Before pouringthe closure span in the middle ofthe lake, the two half-bridges arepressed apart in order to partlycompensate the creep and shrink-age deformations of the deck.

Autor/Author

Walter KaufmannDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETH

dsp Ingenieure & Planer AGCH-8606 [email protected]

Literatur/References[1] W. Kaufmann; Integrale Brücken –Sachstandsbericht, Forschungsbericht

Nr. 629, Bundesamt für Strassen,2008, 69 pp.[2] H. Figi et al.; Umfahrung Saas –Hexentobel- und Marchtobelbrücke,Betonbau in der Schweiz, 2006, pp.92–97.

Fig. 10

Untersicht bei hohem Seespiegel.

View of the underside at high water level.

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EinleitungDie bestehende Versamtertobel-brücke – eine bogenförmige Stahl-fachwerkbrücke aus dem Jahr1897 – genügte den Anforde-rungen an die heutige Nutzungnicht mehr. Es wurde jedoch ent-schieden, die bestehende Brücke

als einen der wenigen Zeugen derBrückenbaukunst dieser Kon-struktionsart zu erhalten und fürden Langsamverkehr weiterhinzu nutzen. Eine zusätzliche Brückesollte in einem respektvollen Ab-stand von ca. 40 m erstellt werden.

WesentlicheRandbedingungenDer Ausgestaltung der neuen Ver-samertobelbrücke kam aufgrundder dramatischen Landschaft,aber auch im Zusammenhang mitder bereits bestehenden Brückeeine grosse Bedeutung zu. Auf-grund der Nähe zur Rheinschlucht

IntroductionThe existing Versam Gorge Bridge– an arched, steel-truss bridge builtin 1897 – no longer meets today’straffic requirements. As one ofthe few remaining examples ofthis bridge type, the structureshould be left intact. Therefore, it

was decided that the existingbridge would be used for pedes-trians and cyclists and an additio-nal bridge would be built adistance of 40 metres away not toimpair the appearance of the oldbridge.

Important boundary conditionsThe design of the new VersamGorge Bridge was of great impor-tance due to the dramatic land-scape and the existing bridge thatwould remain. Due to its closeproximity to the Rhine Gorge,which is in the federal inventory

– einem inventarisierten Objektvon nationaler Bedeutung –wurde das generelle Brückenkon -zept in Absprache mit den Natur-und Heimatschutzkommissionenfestgelegt.Die Konstruktion sollte generellnach den Regeln des modernen

Brückenbaus konzipiert werdenund damit eine hohe Dauerhaf-tigkeit gewährleisten. In derbewaldeten und damit schatti-gen, feuchten Umgebung wartendenziell eine kompakte, inte-grale Betonkonstruktion ohnemechanische Bauteile (zumindestohne Fahrbahnübergänge) anzu-streben.Das unwegsame, steile Geländeforderte eine saubere Beurtei-lung der Bauausführung. Der Er -stellung der neuen Brücke wurdedeshalb eine zentrale Bedeutungzugemessen. Die Wirtschaftlich-keit hing in grossem Masse von

Neubau VersamertobelbrückeNew Versam Gorge Bridge

Beat Meier, Oliver Müller

Fig. 1

Neue Versamertobelbrücke mit bogenförmiger Stahlfachwerkbrücke (Jahr 1897) im Hintergrund.

New Versam Gorge bridge with arched, steel-truss bridge (built 1897) in the background.

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of national importance, the bridgedesign was established in agree-ment with the Swiss nature con-servation and heritage agencies.The construction should generallyfollow the rules of modern bridgedesign and therefore guarantee a

high durability. In the forestedand thus shady, moist environ-ment, a compact, integral concre-te construction without mechani-cal components (at least withoutexpansion joints) was desirable.The rough terrain with steep val-ley slopes demanded a clearassessment of the constructionprocess. It was therefore givenspecial consideration in thedesign phase. The cost-effective-

ness greatly depended on a reaso-nable and efficient constructionprocess. For this reason, the que-stions of installation (space, cra-nes, approaches, use of the exist-ing bridge during the construc-tion phase) as well as falseworkoptions were already very impor-tant during the design phase.In the project perimeter, theBündner schist forms the bedrocksurface. This is partly visible alongthe edges of the Versam Gorge.

The Bündner schist is covered bydebris from the Flims rock slide,

einem sinnvollen und effizientenBauvorgang ab. Daher waren dieFragen der Installation (Platzver-hältnisse, Hebezeuge, Zufahrten,Einbezug der bestehenden Brü -cke) sowie der Konzeption der Ge-rüstung bereits in der Entwurfs-phase entscheidend.Im Bearbeitungsperimeter bildet

Bündnerschiefer den Festgesteins-untergrund. Dieser ist entlang derFlanken des Versamertobels auf-geschlossen. Der Bündnerschieferwird von umgelagerter Bergsturz-masse des Flimser Bergsturzes,moräneartigen Schottern undHangschutt überlagert. Die teil-weise grosse Mächtigkeit derÜberschüttungen führt dazu, dassselbst Abstützungen im (oberen)Flankenbereich nicht zwingend

im Fels fundiert werden können.

Konzept und GestaltungDer Entwurf stellt eine grosszügi-ge, kraftvolle Konstruktion dar,die in einem angemessenen Ver-hältnis zur bestehenden, fein-gliedrigen Brücke steht. Die Quer-schnitte des Überbaus und derStiele sind variabel ausgebildetund haben den Beanspruchungenentsprechend die jeweils grösstenAbmessungen im Bereich desÜbergangs von Stiel zu Überbau.Der Überbau weist in diesen Zoneneinen Hohlkasten auf. Der Feld-querschnitt besteht aus einem

morainic gravel and scree materi-al. The in certain areas considera-ble thickness of the cover meansthat even supports in the (upper)area of the slopes cannot necessa-rily be founded on the bedrock.

Concept and DesignThe design presents a large, gene-

rous and forceful looking structu-re that is suited to the existingslender, almost transparent bridge.The cross-sections of the super-structure and the piers are varia-ble and have the greatest dimen-sions in the transition zone bet-ween the superstructure and thesubstructure (corresponding tothe forces). In this part a box gir-der is used for the superstructure.The type of section within the

span is a T-beam. To visuallymerge the cross-section of the T-beam with that of the box girderand the piers, the web width ofthe T-beam section is continuedover the entire structure in theshape of a rib (Fig. 2).The pier shape tapering towardsthe bottom producing a compactpier base was chosen to fit in withthe topographic conditions (withthe dip of the slope stronglyskewed to the bridge axis) as wellas due to geotechnical considera-tions. The relatively good rockquality (Bonaduz side) allows aconcentrated load application.

Projektdaten/Project data

Bauherr/OwnerTiefbauamt Graubünden, AbteilungKunstbautenCanton Grisons, Civil EngineeringOffice, Structures DepartmentProjekt und technische Bauleitung/Design and technical supervisiondsp Ingenieure & Planer AG, Greifensee

Örtliche Bauleitung/Site supervisionChitvanni + Wille GmbH, ChurAusführung/ContractorsArge Erni AG, Flims (Federführung),Prader AG, Chur

Technische DatenBauzeit: 2011–2012Baukosten: ca. CHF 4,5 Mio.Totale Länge: 112,30 mBrückenbreite: 8,80 mSpannweiten: 30,2 m, 47,6 m, 34,5 mKämpferspannweite: 80 mMaximale Höhe über Grund: 70 mTechnical DataConstruction period: 2011–2012Cost: approx. CHF 4.5 million

Total length: 112.30 mDeck width: 8.80 mSpan lengths: 30.2 m, 47.6 m, 34.5 mDistance between pierfoundations: 80 mMaximum height above ground: 70 m

Fig. 2

Untersicht der Brücke mit Übergang vom offenen Plattenbalken zu

Hohlkasten.

View from below the bridge with transition of T-beam section to box girder.

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offenen Plattenbalken. Um denFeldquerschnitt des Plattenbal-kens optisch mit dem Querschnittdes Hohlkastens und des Stiels zuverbinden, ist die Stegbreite desPlattenbalkenquerschnitts überdie gesamte Konstruktion in Formeiner Rippe weitergezogen (Fig.2).Die Formgebung mit dem sichnach unten verjüngenden Stielund damit mit einem kompakten

Stielfuss bietet sich auch auf-grund der topografischen Ver-hältnisse (Falllinie des Geländes instark schiefem Winkel zur Brü-ckenlängsrichtung) sowie auf-grund geotechnischer Überlegun-gen an. Die relativ gute Felsqua-lität (Seite Bonaduz) erlaubteinen konzentrierten Lasteintrag.Dies wiederum lässt in diesem

This also has the advantage of arelatively small excavation in thevery steep valley slopes.The detailed dimensions (specifi-cally the design of the piers) werecarefully checked using workingmodels. This resulted in a statical-ly balanced, logical structure witha convincing dynamic form.The total length of the bridge is112.30 m, with spans of 30.20 m,47.60 m, and 34.50 m (Fig. 3). The

maximum girder depth over thepiers is 3.00 m, while the minimumgirder depth is 1.50 m (Fig. 4). Thepiers have lengths, from groundlevel, of about 18 m. The cross-sections of the piers vary betweenh x b = 1.10…2.10 m x 1.90 m…3.20 m.The two piers are founded onshallow pad foundations right

extrem steilen Gelände eine eherkleine Baugrube zu.Die Detailabmessungen (insbe-sondere die Strukturierung derStiele) wurden mit Arbeitsmodel-len sorgfältig überprüft. Es resul-tiert ein statisch ausgewogenes

und selbstverständliches Bauwerkmit einer überzeugenden Form-gebung.Die Gesamtlänge der Brücke be-trägt 112,30 m, mit Feldlängenvon 30,20 m, 47,60 m und 34,50 m(Fig. 3). Die maximale Trägerhöheüber den Stielen beträgt 3,00 m,die minimale Trägerhöhe im Feld1,50 m (Fig. 4). Die Stiele weisenLängen ab Geländeoberkantevon rund 18 m auf. Ihre Quer-

schnitte variieren zwischen h x b =1,10…2,10 m x 1,90…3,20 m.Die beiden Kämpfer sind unmit-telbar oberhalb der steilen Flan-ken des Versamertobels flach fun-diert. Auf der Seite Bonaduz liegtdie Fundation im kompakten Fels,auf der Seite Versam im Berg-sturzmaterial. Entsprechend sinddie Fundamentabmessungen aufdieser Seite deutlich grösser. DieWiderlager und die anschliessen-de Flügelmauer wurden mit

Schächten im umgelagerten Berg-sturzmaterial bzw. im Hangschuttfundiert.

TragwerkskonzeptDie Sprengwerkbrücke wirkt alsverschieblicher Rahmen, der durchdie Schiefstellung der Stiele inLängsrichtung eine hohe Steifig-keit aufweist.

Fig. 3

Längsschnitt.

Longitudinal section.

Fig. 4

Brückenquerschnitt im Feld und über Stiel.

Bridge cross section in mid span and over a pier.

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above the steep sides of theVersam Gorge. On the Bonaduzside, the foundation lies in com-pact rock and on the Versam sidein rock slide material. As a resultthe foundation dimensions aresignificantly larger on this side.

The abutment and the adjacentwing wall were founded with theaid of shafts in the rock slide ma-terial or the scree material.

Bei den Widerlagern wird die Brü -cke in Längsrichtung verschieblichausgebildet. In Querrichtung wirdsie von einseitig geführten Topf -lagern gehalten. Bei den vorhan-denen Bewegungslängen kannauf die Ausbildung eines Fahr -

bahnübergangs und damit aufein begehbares Widerlager ver-zichtet werden. Kleinere Belags-risse werden mit diesem semi-integralen System akzeptiert.In Querrichtung werden die Hori -zontallasten primär über dieFahrbahnplatte zu den Wider-lagern geleitet. Torsion aufgrundeinseitiger Lastanordnung bzw.aufgrund Windbeanspruchungenkann zu einem substanziellen

Anteil über den Hebelarm zwi-schen Stielfuss und Widerlageraufgenommen werden.Die Vorspannung ist so konzi-piert, dass unter ständigen Lastenkeine Zugspannungen auftreten.Die Bruchsicherheit ist damit inallen Querschnitten mit einer ver-nünftigen schlaffen Bewehrungerfüllt. Pro Steg werden maximalzwei, im Mittelfeld wird aufgrundder systembedingten hohen Nor-malkraft nur ein Kabel benötigt.

Generell werden Kabel der Ein heit22 Litzen Ø 0,6’’ (P 0 = 4297 kN)verwendet. Einzig das Randfeld-kabel Seite Bonaduz besteht aus31 Litzen Ø 0,6’’ (P 0 = 6054 kN).Diese eher grossen Einheiten er-lauben eine entsprechend gerin-ge Anzahl Kabel. Damit könnenpro Steg alle Kabel in einer verti-kalen Ebene geführt werden, wasdas Betonieren vereinfacht.

BauausführungDie Bauausführung ist im Wesent-lichen geprägt von den schwieri-gen topografischen Verhältnissenund der beschränkten Zugäng -lichkeit. Grosse Lehrgerüstträgerkonnten nur in Einzelelementenangeliefert werden, was dieOptionen stark einschränkte.In einem ersten Arbeitsschrittwurden sämtliche Erd- und Anker-arbeiten ausgeführt. Bei den Wi-derlagern waren Rückhalteankerfür die auskragenden Lehrgerüst-elemente notwendig. Zusätzlichmussten bei beiden Kämpfer-fundamenten zur temporären Auf-

Structural ConceptThe strutted frame bridge acts asa movable framework wherebythe inclination of the piers provi-des a high stiffness in longitudi-nal direction.At the abutments, the bridge

rests on pot bearings that canmove freely in the longitudinaldirection and are fixed transver-sely. With the given length ofmovement, expansion joints andan accessible abutment room arenot needed. Small cracks in thepavement will be accepted withthis semi-integral system.The transverse loads will be di-rected primarily through the deckto the abutments. Torsion due to

eccentric live loads and wind willbe resisted to a large extentthrough the lever arm betweenpier base and abutment.The post-tensioning system isdesigned so that no tensile stres-ses will occurr under dead loads.The ultimate resistance is therefo-re achieved with a reasonableamount of mild steel reinforce-ment. A maximum of two cablesare required per web but in themain span only one cable is requir-

ed due to the high normal forcein the strutted system. Generally,cables with 22 strands Ø 0.6’’ (P 0 =4,297 kN) were used. Only thecable in the side span Bona duzconsists of 31 strands Ø 0.6’’ (P 0 =6,054 kN). These rather largeunits permit a relatively low num-ber of cables. Therefore, all thecables in each web can be arran-ged above each other, which is anadvantage when pouring concre-

te.

ExecutionThe construction process is mainlyinfluenced by the difficult topo-graphical situation and the limit-ed accessibility. Large falseworkgirders could only be delivered inindividual pieces, which reducedthe number of possible systems.First, all the earth and anchorwork was carried out. At theabutments, tie-back anchors werenecessary for the cantileveringfalsework elements. Additionalrock anchors were needed for thepier foundations to temporarily

Fig. 5

Bauablauf.

Construction process.

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nahme der Windlasten quer zurBrücke weitere Felsanker gesetztwerden. Beim Kämpfer Versamdienten diese Anker auch einerVorverformung des Fundaments.Während des Spannvorgangs

konnten im Sinne eines Gross-versuchs die Bemessungsannah-men überprüft werden.Die Rückverankerungen bei denWiderlagern waren primär für dieAufrichtung des Lehrgerüsts unddie Rückbindung während desBetonierens der Stiele erforder-lich. Danach wurde das Lehrge-rüst mit Längsträgern (Druckrie-gel) zu einem Rahmensystem ge-schlossen.

Es musste systembedingt daraufgeachtet werden, dass das Beto-nieren des Überbaues möglichstsymmetrisch erfolgte. Nach demBetonieren des Mittelfelds wur-den zuerst von den Randfeldernher beide Troge und anschlies-send die Fahrbahnplatten beto-niert (Fig. 5).Die Hauptarbeiten erfolgten wäh-rend der Bausaison 2011. Nach denFertigstellungsarbeiten (Konsol-kopf, Abdichtung, Belag, Strassen-anpassungen etc.) im Frühjahr2012 konnte das neue Bauwerkim Juli 2012 dem Verkehr überge-ben werden.

withstand transverse wind loads.At the pier foundation on theVersam side these anchors werealso used to preconsolidate theground. As in a large-scale test,the settlements during anchor

stressing were measured and veri-fied with the design assumptions.The anchors at the abutmentswere primarily required as tie-backs for the erection of the fal-sework and while the piers wereconcreted. Afterwards, the false-work system was closed with lon-gitudinal beams in the main span(compression members) forminga frame system.As the superstructure was concret-

ed, careful attention had to bepaid to ensure that it was done assymmetrically as possible. Afterpouring the main span, the lowerhalf of the cross-section in bothside spans were poured and sub-sequently the deck sections werepoured (Fig. 5).The main work was performedduring the construction season of2011. After the final constructionwork (parapet edge beam, sea-ling membrane, pavement, roadadjustments, etc.) in spring 2012,the new structure was opened totraffic in July 2012.

Autoren/Authors

Beat Meierdipl. Bauing. ETHmeier@dspch

Oliver Müllerdipl. Bauing. ETH, PE

[email protected]

dsp Ingenieure & Planer AGCH-8606 Greifensee

Fig. 6

Lehrgerüst mit 6 m hohem Fachwerk-Einhängeträger.

Falsework with 6 m deep truss girder.

(© P. Vonow)

Fig. 7

Lehrgerüststiele mit Zugstangen zurückgebunden.

Falsework with tie-back rods.

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IntroductionLe viaduc sur l’A9 est situé sur lacommune de Rennaz dans unezone dense en voies de communi-cation. C’est un ouvrage majeurde la nouvelle route principaleH144 puisqu’il en est un despoints de connexion. Il franchitl’autoroute A9, la route cantona-le RC 780 et plusieurs cheminsagricoles.

Le projet proposé a une longueurde 351,60 m et possède onze tra-vées dont la portée est de 33 m engénéral, augmentée à 34,80 mpour franchir l’autoroute et de26,40 m dans les travées de rivecomme illustré sur la vue en planà la Figure 1.

ConceptionLa géométrie de l’ouvrage estconditionnée par les exigences degabarits de l’autoroute A9 et de

IntroductionThe viaduct over the A9 motor-way is situated near the village ofRennaz in a dense zone of trafficroutes. It is a major civil engineer-ing structure on the new highwayH144 as this is one of the main

junctions. It crosses the A9 motor-way, the district road RC 780 andseveral agricultural roads.The proposed design has a length

of 351.60 m and consists of elevenbays for which, in general, the spanis 33 m but increases to 34.80 m tocross the motorway and 26.40 min the side spans as illustrated onthe plan view in Figure 1.

DesignThe geometry of the structure isdetermined by the requirementsof the height over the A9 motor-way and the district road RC 780as shown in Figure 2. During the

la route cantonale RC 780 commeprésenté à la Figure 2. Durant leconcours un concept de base a étéétabli et il peut être résumécomme suit :– Une méthode de construction

sans pile même provisoire surla berme centrale de l’autorou-te afin de limiter les risquesd’accidents et les fermeturesde trafic.

– Un viaduc situé dans une zonedense en voies de communica-tion conçu comme un élémentunitaire qui développe aveccalme et simplicité sa courbure.

– Un pont flottant malgré ses351,60 m de longueur avec uneliaison rigide du tablier sur lespiles afin de supprimer lesappuis sur les piles permettantd’une part de les affiner etd’autre part de disposer lesappuis qu’aux culées où ils sont

Viaduc sur l’A9Viaduct on the A9

Philippe Menétrey, Claude Broquet, Stefan Nydegger

Fig. 1

Situation du viaduc.

Situation of the viaduct.

Rennaz

351.60

Les Evouettes

Fig. 2

Coupe longitudinale.


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competition a basic conceptionaldesign was prepared that can besummarised as follows:– A method of construction with-

out supports, not even tempo-rary piers, in the central reser-vation of the motorway inorder to limit the risks of acci-dents and closures to traffic.

– A viaduct situated in a densezone of traffic routes designedas a smooth curved unit.

– A floating bridge in spite of itbeing 351.60 m long with arigid connection of the bridgedeck over the piers in order todo away with supports on thepiers enabling firstly to slimthem down and secondly toarrange the supports at theabutments, where they areeasily accessible for mainten-

ance purposes.Once this design was agreedupon it dictated the choices, theparticularities and the innova-tions made. The section of thebridge floor is constant through-

facilement accessibles pour lesopérations d’entretien.

Une fois ce concept établi, il adicté les choix, les particularités etles innovations faites.La section du tablier est constantesur toute la longueur de l’ouvra-ge améliorant son unité.Le tablier en béton précontraint

est composé d’une dalle de roule-ment raidie par deux nervureslongitudinales qui reposent cha-cune sur les bras des piles en V.Les deux nervures disposées dansla partie centrale du tablier sontprécontraintes longitudinalement.La dalle de roulement est précon-trainte transversalement.Avec une topographie très plate,le viaduc est souvent perçu demanière rapprochée. Afin d’obte-nir une image allégée, les élé-

ments techniques (gaines techni-ques et le collecteur des eaux)sont dissimulés entre les nervures.Les conduites d'évacuation desavaloirs sont bétonnées dansl’épaisseur du tablier.

out the length of the structureimproving its unity.The bridge floor made of pre-stressed concrete comprises arunning surface stiffened by twolongitudinal ribs, each resting onthe arms of the piers in a V shape.The two ribs arranged in the cen-tral part of the bridge floor are

pre-stressed longitudinally. Therunning surface is pre-stressedtransversally.With a very smooth topography,the viaduct looks often like beingmoved closer. In order to obtain alighter appearance, the technicalelements (technical ducts and thewater collector) are concealedbetween the ribs. The drainagepipes of the gullies are embeddedin the bridge floor.The elegance of the structure is

also due to the slenderness of itspiers. Each of the two arms ofpiers is inclined to support one ofthe ribs of the bridge floor. Theinclination of the piers is variableas shown in Figure 3.

Fig. 3

Coupe transversale des piles.

Transverse section through the piers.

Fig. 4

Vue de la pile et de l’intrados du tablier.View of the pier and the soffit of the bridge floor.

(© Yves André)

Fig. 5

Coupe transversale du tablier surappui avec armature et précontrainte.

Transverse section of the bridge deck

over the pier with reinforcement and

pre-stressing.

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L’élégance de l’ouvrage est égale-ment due à la finesse de ses piles.Chacune des deux branches despiles est inclinée pour supporterune des nervures du tablier. L'in-clinaison des piles est variable

comme représentée à la Figure 3.La section des branches a uneforme de trapèze dont la hauteurs'élargit de la base au sommet despiles. La section trapézoïdale despiles leur offre une apparence dy -namique par différentiation dessurfaces exposées à la lumière.La section transversale finale inté-grant le tablier, la pile et les fon-dations est présentée à la Figure5. L’armature et les câbles de pré-

contrainte sont également visi-

The cross section of the arms hasa trapezoidal shape, the height ofwhich increases from the base tothe summit of the piers. The tra-pezoidal section of the piers givesthem a dynamic appearance due

to the difference of the surfacesexposed to the light.The final transverse section includ-ing the bridge floor, the pier andthe foundations is shown inFigure 5. The reinforcement andthe pre-stress cables are also visi-ble illustrating the perfect harmo-nisation of the different structu-ral elements.The abutments as the connectingelements play a decisive role in

the integration of the structure

bles illustrant la parfaite imbrica-tion des divers éléments structu-rels.Les culées en tant qu’élément deliaison sont déterminantes pourl’intégration de l’ouvrage dans le

site. Elles sont donc intégrées par-tiellement dans les remblais quiprolongent le viaduc. Les mursd'aile sont inclinés comme lespiles avec un fruit négatif pours'aligner avec les faces extérieuresdes bordures du tablier. L’unité duviaduc est ainsi renforcée commevisible sur la Figure 6.La superstructure du viaduc estréalisée en béton C35/45 alors quel’infrastructure est exécutée avec

un béton C30/37. Des ciments

Fig. 7

Schéma de précontrainte.

Pre-stressing diagram.

Fig. 6Vue de la culée.

View of the abutment.

(© Yves André)

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into its surroundings. They are,therefore, partially integrated inthe embankments, which prolongthe viaduct. The wing walls areinclined like the piers with anegative taper to align them with

the external faces of the edges ofthe bridge floor. The unity of theviaduct is thus reinforced as canbe seen in Figure 6.The superstructure of the viaductis made of C35/45 concrete whilethe infrastructure is made ofC30/37 concrete. Composite ce-ments have been chosen to redu-ce the risks of alkali reaction tothe concrete bearing in mind thereactive potential of the aggrega-

tes.

Pre-stressingThe bridge floor is longitudinallypre-stressed in order to reach adegree of compensation for de-formations of b = 0.85 in each ofthe spans. The longitudinal pre-stressing is made up of 4 cables of13 strands and 4 cables of 19strands made of Y1860S-15.7steel. For the joints of the diffe-rent steps of concreting, the lon-gitudinal cables are coupled sothat 50% of the cables are con-nected with the couplers in thesame section. The span above the

composés ont été choisis afin deréduire les risques d’alcali-réac-tion du béton compte tenu dupotentiel réactif des granulats.

PrécontrainteLe tablier est précontraint longi-tudinalement afin d’atteindre undegré de compensation des dé-formations de b = 0,85 dans cha-cune des travées. La précontrain-te longitudinale est composée de4 câbles de 13 torons et 4 câblesde 19 torons en acier Y1860S-15.7.Aux joints des différentes étapesde bétonnage, les câbles longitu-dinaux sont couplés de telle sorteque 50% des câbles sont liés avec

des coupleurs dans la même sec-tion. La travée au-dessus de l’auto-route A9 est construite au préala-ble; elle est renforcée avec 2 câ-bles de 12 torons rectilignescomme illustré sur la Figure 7.La précontrainte transversale estcomposée de câbles de 3 toronsen acier Y1860S-15.7 espacés de1,2 m dans une gaine plate. L’an-crage mobile et l’ancrage fixe sontdisposés alternativement d’uncôté et de l’autre du tablier.Les câbles longitudinaux sont iso-lés électriquement selon la caté-gorie C et les câbles transversauxselon la catégorie B.

A9 motorway was constructedfirst; it is reinforced with 2 cablesof 12 rectilinear strands as illus-trated in Figure 7.The transverse pre-stressing isprovided by cables made up of 3

strands of Y1860S-15.7 steel cablesspaced 1.2 m apart in a flat duct.The mobile anchorage and thefixed anchorage are arrangedalternatively from the sides of thebridge floor.The longitudinal cables are insu-lated electrically according tocategory C and the transversecables according to category B.

Construction

The construction of the viaductstarted with the pre-loading ofthe embankments behind thetwo abutments. As one of theembankments was situated closeto a railway line, some in-situmeasures and some numericalsimulations were carried out andare described in [1].The piles of the foundations workmainly in friction. The connectionof the bridge floor to the pierswithout support device increasesthe possibility of compensatingfor any settlement. The behaviourof the piers was determined by adestructive static test on a pier

Intervenants

Maitre d’ouvrageService des routes du canton de VaudIngénieurs civilsINGPHI SA,ingénieurs en ouvrages d’artGéotechniciensDe Cérenville géotechnique SAArchitectes

Brauen + WälchliB+W architecture sàrlEntreprise de constructionMarti Construction SACintresCoray Construction SAPrécontrainte, appuis et joints dedilatationFreyssinet SA

Le viaduc en chiffresBéton armé 2800 m3

Acier d'armature 580 toPrécontrainte 5300 mEtanchéité 3800 m2

Participants

OwnerRoad Department of the Canton ofVaudCivil engineersINGPHI SA,ingénieurs en ouvrages d’artGeotechnical engineersDe Cérenville géotechnique SA

ArchitectsBrauen + WälchliB+W architecture sàrlContractorMarti Construction SAFalseworkCoray Construction SAPre-stressing, bearings and expan-sion jointsFreyssinet SA

The viaduc in figuresReinforced concrete 2800 m3

Reinforcing steel 580 toPre-tensioning 5300 m

Seal 3800 m2

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ConstructionLa construction du viaduc a débu-té par la réalisation des remblaisde préchargement derrière lesdeux culées. Comme un des rem-blais se situe à proximité d’uneligne de chemin de fer, des mesu-res in-situ et des simulationsnumériques ont été effectués etelles sont décrites dans [1].Les pieux des fondations travail-lent principalement en frotte-

ment. La liaison du tablier sur lespiles sans appareil d’appui enlèvela possibilité de compenser d’éven-tuels tassements. Le comporte-ment des pieux a été cerné par unessai statique destructif d’un pieuet par des simulations numéri-ques décrites dans [2]. Les pieuxsont exécutés pour moitié desfondations avec la technique despieux à refoulement et pour laseconde moitié en raison des con-

traintes de gabarit (au-dessousdes lignes à haute tension) avec latechnique des pieux forés tubés.La construction du tablier est réa-lisée à l’aide de cintres disposéspar travée et appuyés sur les fon-dations définitives des piles afinde réduire les risques de tasse-ment lors du bétonnage. Une foisla travée bétonnée et mise enprécontrainte, le cintre est dépla-cé dans la travée suivante. Unevue aérienne de la constructionest présentée à la Figure 8.Le franchissement de l’A9 a étéréalisé avec un cintre disposé au-dessus du tablier [3]. La mise en

and by the numerical simulationsdescribed in [2]. The piles were in -stalled for half of the foundationswith the technique of drilled pilesand for the second half, becauseof the constraints of space (belowthe high voltage lines), as driventube piles.The construction of the bridgefloor was carried out with thehelp of a stationary falseworkarranged span by span and sup-

ported on definitive pile founda-tions to reduce the risks of settle-ment during the concreting. Oncethe span was concreted and pre-stressed, the falsework wasmoved to the next span. An aerialview of the construction is shownin Figure 8.The crossing of the A9 involvedan overhead spanning falseworkabove the bridge floor [3]. Theerection of the girder and the

formwork was executed duringtwo nights and in this time thetraffic on the motorway wasdiverted. The formwork restingon the decking which separatesthe site from the road traffic isthus suspended from the false-work. Some block-outs in thedeck of the bridge floor werenecessary to guarantee the passa-ge of the shoring towers of thefalswork and the suspension postsof the decking. The operation ofcrossing the A9 is described in [4]and illustrated in Figure 9.The viaduct on the A9 forms asmooth curve in the countryside

place du cintre et du platelage aeu lieu durant deux nuits pendantlesquelles le trafic sur l’autoroutea été dévié. Le coffrage posé surle platelage qui sépare le chantierdu trafic routier est ainsi suspen-du au cintre. Des réservationsdans la dalle du tablier ont éténécessaires pour garantir le passa-ge des tours d’étayage du cintreet des suspentes du platelage.L’opération de franchissement de

l’A9 est détaillée dans [4] et illus-tré à la Figure 9.Le viaduc sur l’A9 développe sacourbure avec calme et unité dansle paysage de la plaine du Rhônecomme illustré à la Figure 10.

ConclusionLa conception d’un ouvrage d’arttel que le viaduc sur l’A9 nécessitel’établissement d’un concept. Ce-lui-ci a été établi dans le cadre du

concours et il a ensuite été suivipour toute la phase de réalisationen servant de ligne directrice.

Références/References[1] S. Commend, R. Obrzud, F. Geiseret Ph. Menétrey; Modélisation de solà l’état de service, Tracés, 19, 2012.[2] Ph. Menétrey et S. Commend;Simulation numérique de l’essai depieux du viaduc sur l’A9 à Rennaz,Publication de la GéotechniqueSuisse, 166, 2013.[3] Ph. Menétrey, C. Broquet et C.

Bertan; La Transchablaisienne franchitl’autoroute A9, Tracés, 22, 2010[4] Ph. Menétrey, C. Broquet etU. Brauen; Viaduc sur l’A9, Tracés,19, 2012.

Fig. 8

Vue aérienne du viaduc en construction.

Aerial view of the viaduct during construction.

(© SR)

Fig. 9

Cintre disposé au-dessus du tablier pour le franchissement

de l’A9.

Overhead spanning falsework for the crossing of the A9.

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of the Rhone plain as shown inFigure 10

ConclusionThe design of a civil engineeringstructure such as the viaduct overthe A9 needs a conceptionaldesign phase. This was estabishedduring the competition and it wasthen followed throughout theconstruction phase.One of the major concepts put

forward for this viaduct was tocreate a smooth structure with asmooth curvature. This dictatedthe following choices, particulari-ties and innovations:– A floating bridge in spite of its

length.– Span over the motorway con-

creted first, requiring an adap-tation of the system of pre-stressing.

– Overhead spanning falsework

placed above the bridge floorused to cross the span over themotorway.

– Piers in V shape connected tothe bridge floor with a variableinclination according to theirheights and a transverse trape-zoidal section to sharpen theperception and make it moredynamic.

– Inclination of the piers reflect-ed in the wing walls of theabutment and in the bordersof the bridge.

– Concentration of all the ductsbetween the two ribs.

Un des concepts majeur établi pource viaduc a été de créer un ou-vrage unitaire qui développe aveccalme et simplicité sa courbure. Ila dicté les choix, les particularitéset les innovations suivants :– Pont flottant malgré sa lon-

gueur.– Travée sur l’autoroute béton-

née en premier nécessitant uneadaptation du schéma de pré-contrainte.

– Cintre disposé au-dessus dutablier utilisé pour franchir latravée sur l’autoroute.

– Piles en V liées au tablier avecune inclinaison variable selonleurs hauteurs et une sectiontransversale trapézoïdale pouren affiner et dynamiser la per-ception.

– Inclinaison des piles reprisedans les murs de culées et dansles bordures du pont.

– Intégration de toutes les con-duites entre les deux nervures.

Auteurs/Authors

Philippe MenétreyDr ès techn. ing. dipl. [email protected]

Claude BroquetDr ès techn. ing. dipl. [email protected]

Stefan NydeggerIng. civil [email protected]

INGPHI SAIngénieurs en ouvrages d’art

CH-1003 Lausanne

Fig. 10

Vue d’ensemble.

General view.

(© Yves André)

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IntroductionIssu d’un concours international àdeux degrés, impliquant ingé-nieurs civils et architectes, cetouvrage d’art routier affiche uneambition plastique et artistique,par une mise en forme novatricequi s’inspire du diagramme desmoments, combiné avec une au-dacieuse mise en couleur de lamatière laissée brute. Cette con-

ception incluant le tablier, lespiles et les culées, permet d’inscri-re un geste de type Landart dansun paysage iconique de la régiondu Chablais. L’ouvrage est pensépour accrocher la lumière de ma-nière particulière et permettre undialogue entre le pont et le site.

Une réalisation transfron-talière et transdisciplinaireCe projet fait partie de la nou-velle route cantonale H144 qui

relie l’autoroute suisse A9 à lariviera française. Le pont de 450 m

IntroductionAfter a two stage internationalcompetition involving civil engi-neers and architects, this roadstructure that has a flowing andartistic appearance was chosen. Ithas an innovative shape, whichdraws its inspiration from thebending moment curves combin -ed with an audacious colouring ofthe material that is left in a rough

state. This design, which includesthe roadway, the piers and theabutments, is a fitting tribute tothe Landart artistic culture in aniconic part of the countryside ofthe Chablais region. The structureis thought to capture the light ina special way and so the bridgefits nicely into the site.

A cross-border and inter-disciplinary achievementThis project forms part of the new

regional road H144 that connectsthe Swiss A9 motorway to the

de long traverse le Rhône à unendroit où le fleuve marque lafrontière entre deux cantons suis-ses (Vaud et Valais). Son franchis-sement vise à unifier progressive-ment des contraintes hétérogè-nes que sont le passage sur leschamps, la forêt, le canal Stock-alper, le train et le fleuve lui-même (Fig. 1). L’unité de la formepermet d’enjamber les irrégulari-

tés de la terre et d’interagir dansce lieu de manière raisonnée parune augmentation progressive dela portée, basée sur le principemathématique des courbes har-moniques. Les 74 m nécessaires aufranchissement du Rhône sontainsi intégrés dans cette logique,où la portée maximale se fondnaturellement dans l’unité del’ouvrage d’art sans effort visuelparticulier. Sa hauteur varie de 4 à10 m au-dessus du terrain naturel

sur un tracé rectiligne (Fig. 2).La plasticité du tablier se base surune réflexion alliant la courbe desmoments à la forme: des facettesà chanfrein s’adaptent aux por-tées changeantes. L’ouvrage estconçu comme une coque quiexprime les efforts en accrochantla lumière de manière particulière(Fig. 3). La matérialité, en lien

Viaduc sur le RhôneViaduct over the Rhone

Ramon Pinol, Philippe Meier, Ana-Inès Pepermans

Maître d’ouvrageEtat du Valais, Etat de Vaud repré-sentés par le Service des Routes duCanton de VaudIngénieur civilConus & Bignens SAArchitectesmeier + associés architectes saGéotechnicienAmsler & Bombeli SA,De Cérenville géotechnique SAEntreprisesConsortium Frutiger SA,Walo Bertschinger SA,

Prader Losinger, Atra SA

Dates du projetConcours à deux degrés: 2005–2006Projet: 2007–2008Réalisation: 2009–2012

Fig. 1

Vue vers l’arc lémanique, début du chantier, 2010.

View towards Lake Leman at the start of the project, 2010.

(© Yves André)

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French Riviera. The bridge is 450 mlong and crosses the Rhone at aplace where the river marks thefrontier between two Swiss can-tons (Vaud and Valais). Its cross-ing aims to progressively unify

the heterogeneous constraints asit passes through the fields, theforest, over the Stockalper canal,the railway and the river itself(Fig. 1). The unity of its shapeenables it to span these terrainchanges and to interact appro-priately through a progressiveincrease of the span, based on themathematic principle of harmoniccurves. Thus the 74 m necessary tocross the Rhone are included inthis logic, where the longest span

blends naturally with the unity ofthe structure without particularvisual effort. Its height variesfrom 4 to 10 m above the naturalground surface in a straight linetrace (Fig. 2).The sweep of the carriageway isbased on an idea that relates thecurve of the bending moments tothe shape: some facets of chamfer

étroit à sa morphologie, a étéconçue comme un dialogue entrele pont et le site.Les piles porteuses adoptent unprincipe similaire avec un dessinen V dont la forme est répétitive

et progressive. Leur implantationrépond essentiellement à la posi-tion des obstacles à franchir, et dece fait délimitent neuf travées irré-gulières dont la portée varie entre31 m et 74 m au-dessus du fleuve.Le pont comporte deux joints dedilatation: un à chaque culée.

Une réalisation de hautetechnologieFondations et pieuxGéologiquement le viaduc se

situe dans la vallée du Rhône,dont le sol se caractérise principa-

fit the changing spans. The struc-ture is designed as a shell thatexpresses the forces by catchingthe light in a particular manner(Fig. 3). The structure, regardingits shape, has been designed as a

dialogue between the bridge andthe site.The load-carrying piers adopt asimilar principle with a V design,the shape of which is repetitiveand progressive. Their location isbasically decided by the positionof the obstacles to be crossed,and because of this it dividesthe plain into nine irregular sec -tions, the spans of which vary bet-ween 31 m and 74 m over theriver.

The bridge has two expansion joints: one at each abutment.

OwnerState of Valais, State of Vaud repre-sented by the Road Department ofCanton VaudCivil EngineerConus & Bignens SAArchitectsmeier + associés architectes saGeotechnical engineersAmsler & Bombeli SA,De Cérenville géotechnique SAContractorsConsortium Frutiger SA,Walo Bertschinger SA,

Prader Losinger, Atra SA

Dates of the projectTwo stage competition: 2005–2006Project: 2007–2008Work carried out: 2009–2012

Fig. 2

Coupe longitudinale.


Fig. 3

Tablier, âmes et piles de l’ouvrage.

Bridge floor, webs and piers of the structure.

(© Yves André)

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lement par la présence de dépôtsfluvio-glaciaires et d’alluvions per-méables. Les terrains hétérogènes

présentent des propriétés géomé-caniques souvent médiocres. D’unpoint de vue hydrologique, lanappe peut atteindre la surfacedu sol en de nombreux endroitslors des périodes de hautes eaux.Pour minimiser les tassements dif-férentiels probables, il a été déci-dé de fonder l’ensemble de l’ou-vrage sur des fondations profon-des, pour garantir un comporte-ment optimal de l’ouvrage.

Les fondations sont constituéesde grandes semelles qui reposentsur des pieux, dont le nombrevarie de six à neuf et espacés d’auminimum trois diamètres afind’éviter l’effet de groupe. Cer-taines semelles se situant bien au-dessous de celui de l’eau (Rhôneou nappe), elles ont été construi-tes à l’intérieur de grandes en-ceintes de fouille réalisées à l’aidede palplanches (Fig. 4).Les pieux forés de 1,5 m de dia-mètre, et dont la longueur varie de22 à 33 m selon les sollicitations,ont été fichés dans les dépôts flu-vio-glaciaires. Dosés avec une

A high technology projectFoundations and pilesGeologically the viaduct is located

in the Rhone valley, the ground ofwhich mainly consists of glacial-fluvial deposits and permeablealluvia. The heterogeneous terrainhas geotechnical properties thatare often of poor quality. From ahydrological point of view, thewater level can reach the surfaceof the ground in numerous placesduring periods of high water. Tominimise the probable differen-tial settlements, it was decided to

base the whole of the structureon deep foundations, to guaran-tee optimum behaviour of thestructure.The foundations consist of largeblocks that rest on piles, the num-ber of which varies from six tonine, which are spaced at a mini-mum of three diameters in orderto avoid the group effect. Certainblocks are situated well below thelevel of the water (Rhone orwater table), they have been con-structed inside large caissons thatsurround the excavations execut-ed with the help of sheet piles(Fig. 4).

teneur en ciment minimale de375 kg/m3, ils sont armés sur touteleur hauteur. Tous les pieux ont

été systématiquement soumis àdes contrôles d’intégrité et decapacité portante, ainsi qu’à descontrôles de verticalité (inclino-mètre). Leur réalisation a nécessi-té la venue sur place d’engins deforage exceptionnels.

PilesDe section trapézoïdale, les dou-ble-piles en V sont articulées àleur sommet, alors qu’elles sont

encastrées dans l’importantesemelle de fondation à leur base.Elles sont équipées d’appuis glis-sants guidés dans le sens longitu-dinal, sauf celles des trois axescentraux dont les appuis sont con-çus pour reprendre aussi desefforts longitudinaux, en particu-lier ceux dus aux séismes. Le des-sin particulier des piles, dont laforme varie avec la hauteur, s’esttraduit par la mise en place d’uncoffrage spécifique pour chacuned’entre elles (Fig. 5). La recettedu béton des piles comprend300 kg/m3 de ciment auxquels ontété ajoutés 100 kg/m3 de cendres

Fig. 4

Terrassement dans enceinte de palplanches pour fondati-

ons près des digues du Rhône.

Excavations carried out with the help of sheet piles near

the dams of the Rhone.

Fig. 5

Echafaudage, coffrage et armature d’une double pile.

Scaffolding, formwork and reinforcement of a double

pier.

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temps que les âmes. Sa partieinférieure fonctionne comme untirant qui relie les deux branchesdes piles et participe à leur stabi-lité. Fermant le caisson, la dalle deroulement présente quant à elleune largeur constante de 10,5 m.

Son épaisseur varie transversale-ment de 24 cm au centre ainsiqu’aux extrémités des porte-à-faux pour s’épaissir à 43 cm à l’ap-proche des âmes. Afin de leurdonner une forme qui se marieavec l’esthétique générale dupont, les parapets fixés aux extré-mités de la dalle de roulementont une forme en pyramide.Exécutés avec un béton résistantau gel et au sel, leur hauteur est

de 1,1 m, ils ont été réalisés avecdeux chariots se déplaçant sur desrails. Les étapes d’une longueurde 12 m ont été bétonnées dansun ordre établi de façon à limiterla fissuration (Fig. 6).

PrécontrainteLongitudinalement les câbles deprécontrainte suivent un tracéparabolique. Ils sont constitués detorons de 0,6" dont le nombre

bearings) under the roadway slab(in the middle of the spans). Thisridge, the angle of which waskept constant, runs throughoutthe length of the bridge.On the top of each pier there is across bar concreted at the same

time as the webs. Its lower partfunctions as a tie-rod that con-nects the two branches of thepiers and helps to stabilise them.Closing the box girder, the carria-geway deck has a constant widthof 10.5 m. Its thickness variestransversely from 24 cm in thecentre, as well as to the ends ofthe cantilever, to thicken to 43 cmat the approach to the webs. Inorder to give them a shape that

fits well with the general aesthe-tics of the bridge, the parapetsfixed to the ends of the carriage-way deck have the shape of a py-ramid. Made of a concrete resis-tant to frost and to salt, theirheight is 1.1 m, and they havebeen made with two wagons running on rails. The steps oflength of 12 m have been con-creted in a sequence that limitscracking (Fig. 6).

varie de 12 à 22 unités selon lesportées. Leur mise en tension aété effectuée environ toutes lestrois travées, grâce à des bossagessitués à l’intérieur du caisson. Uneprécontrainte transversale a aussiété utilisée pour reprendre les

efforts des porte-à-faux de ladalle de roulement sous formedes gaines plates espacées tousles 80 cm et contenant chacune 4torons de 0,6".

BétonnageL’exécution du tablier s’est faitesur cintres, nécessitant de procé-der à un étayage de l’ouvrage surtoute sa longueur. Des poutresmétalliques d’une trentaine de

mètres de longueur ont étéposées sur des tours-étais, repo-sant sur des pieux bois d’un dia-mètre de 30 cm battus à une pro-fondeur d’environ 10 à 13 m viaune semelle. Satisfaisant aux pré-occupations écologiques du Maî-tre de l’Ouvrage l’ensemble despieux se dégradera naturelle-ment.Les étapes ont été placées defaçon à éviter que les arrêts de

Fig. 7

Ferraillage des âmes.

Assembling the reinforcement of the webs.

(© Yves André)

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Prestressing (post-tensioning)Longitudinally the post-tension-ing cables follow a paraboliccurve. They are formed of strandsof 0.6" the number of which va-ries from 12 to 22 units depend-ing on the spans. They have beentensioned about every threespans, thanks to brackets situatedinside the box girder. A transversepre-stress has also been used towithstand the forces of the canti-

lever of the roadway deck underthe form of plate coatings spacedevery 80 cm, each containing 4strands of 0.6".

ConcretingThe manufacture of the bridgefloor was done on falsework,which required a shoring up ofthe structure over its entirelength. Some steel girders, whichhave a length of some thirtymetres, were laid on the support-ing towers, resting on wooden pi-les with a diameter of 30 cm driven

bétonnage se situent dans leszones de sollicitations maximum.Avec une moyenne de quatresemaines, chaque étape du cais-son a été bétonnée en deux pha-ses : la dalle inférieure avec lesâmes, puis la dalle de roulement.Les panneaux de coffrage ont étédisposés de façon à ce que leurdessin suive des lignes parallèles àl’arête oblique qui relie le pointbas situé à l’axe des piles au point

haut situé au milieu des travées.La construction de la travée au-dessus du Rhône a été renduepossible par la pose d’un cintremétallique de 70 m s’appuyant,lors de son montage, sur deuxbatardeaux construits dans le litdu fleuve. Un système de vérinsfaisait office d’appui et permet-tait de suivre les déformationsverticales pendant le bétonnage etd’effectuer les corrections néces-saires. Le béton teinté utilisé pourle caisson et le tablier comprend300 kg/m3 de ciment 100 kg/m3

degrade naturally, which willsatisfy the ecological demands ofthe contracting authority.The steps have been arranged insuch a way as to avoid the inter-ruptions in concreting occurring

in the zones of maximum stress.With an average of four weeks,each step of the box girder wasconcreted in two phases: thelower deck with the webs, thenthe rolling deck. The formworkpanels have been fitted so thattheir design follows the parallellines to the oblique edge thatconnects the low point situatedon the axis of the piers to thehigh point situated in the middle

of the spans.The construction of the span overthe Rhone was made possible byplacing of a steel falsework 70 mlong, which rested during itsassembly on two cofferdams builton the river bed. A system of jacksacted as a means of support andpermitted the vertical deforma-tions to be followed during theconcreting and the necessary cor-rections to be made. The colouredconcrete used for the box girderand the bridge floor was made upof 300 kg/m3 of cement 100 kg/m3

Auteurs/Authors

Ramon Pinoling. civil HES SIAConus & Bignens SACH-1005 [email protected]

Philippe Meierarch. dipl. EPFL FAS [email protected] + associés architectes

CH-1201 GenèveAna-Inès Pepermansarch. dipl. UCL [email protected] + associés architectesCH-1201 Genève

Fig. 8

L’ouvrage achevé dans la plaine du Rhône, 2013.

The completed structure in the plain of the Rhone valley, 2013.

(© Yves André)

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