Brücken

Ponts

Bridges

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IntroductionDevoir maintenir en tout temps lacirculation sous ouvrage et tra-vailler dans un espace restreint aucentre du trafic a orienté le choixde la méthode de construction decet ouvrage vers la réalisation devoussoirs préfabriqués. En effet,ces derniers sont une réponseefficace au problème de coffrageet de sécurité inhérentes à unesolution coulée en place et per-mettent d’isoler le chantier dutrafic en élévation. De plus, lasolution préfabriquée est judi-cieuse vis-à-vis du respect du plan-ning des travaux. Non seulementles voussoirs sont construits entemps masqué par rapport à l’in-frastructure du viaduc (pieux,piles, culées …), mais le conceptpermet une réalisation sur site de24 mois.

Situation, géométrieLe Viaduc Lect permet une liaisonaérienne de la nouvelle ligne detram sur la rue Lect, reliant laroute de Meyrin à la rue de Livron(Canton de Genève). L’ouvrageest en béton précontraint (post-tension) et s’étend sur une lon-gueur totale de 333,5 m. Le tracé permettra au futur tram-way du TCMC de relier la gareCornavin de Genève à la ville deMeyrin jusqu’au CERN. Vue enplan, le tracé en S présente unecourbure prononcée à l’entréecôté sud (rayon min 50 m), suivid’un alignement et d’une courbu-re plus légère à la sortie côté nord(rayon 100 m).

Système statiqueLe tablier du premier ouvrage estencastré sur la culée sud et disso-cié des autres piles par des appuisglissants. Il est en outre guidé laté-ralement sur les piles et aux jointsde dilatation intermédiaire.Le tablier du second ouvrage estencastré sur 4 piles (piles P6 à P9)et libre de se dilater longitudina-lement sur les autres appuis.Transversalement, l’ouvrage esttenu à chaque appui.Les portées des 11 travées stan-dard varient entre 24 et 25 m.Celles des 4 travées de rive variententre 13,5 et 18 m.

Section transversale La section transversale de l’ouvra-ge a été développée pour exploi-ter au mieux la faible hauteur sta-tique à disposition à l’axe de l’ou-vrage, tout en respectant les ga-barits routiers latéraux sur la rueLect. La hauteur statique disponi-ble est de 1,50 m entre l’intradosdu tablier et le niveau des rails.L’intrados voûté des ailes latéralesde la section permet non seule-

IntroductionThe necessary continuity of thetraffic under the viaduct restric-ted the available working spaceto a very limited area and led tothe choice of a structure made ofprecast segments. As a matter offact, this is an efficient responsein the context, since a cast-in-place method has specific require-ments in terms of working envi-ronment and security around thestructure. Here, the prefabricationmethod efficiently separates traf-fic under the structure from con-struction works on top. In addition,the prefabrication method has bigadvantages regarding the con-struction timeframe: not only arethe segments built in concurrentoperation time with the supports(foundation piles, bridge piles,abutments …), but also this con-cept allows rather quick on-siteworks (ten segments laid in twodays). This permitted keeping theconstruction period to less than amaximum of 24 months.

Situation, geometryThe viaduct Lect is the aerial por-tion of a new tramway line onLect St., between Meyrin Roadand Livron St. (in Geneva). Thestructure is a concrete box girderprestressed by post-tensioning,and is 333.5 m long. The newTCMC tramway line joins Corna-vin Railway Station to the CERN.The viaduct is S-shaped in planview, with a small curvature atthe south end (min. radius 50 m),followed by a straight portion,and a slightly larger curvature atthe north end (radius 100 m).

Structural conceptThe deck of the first viaduct isfixed to the south end abutmentand rests on longitudinally sliding

Viaduc Lect à Genève – concepts et méthodes pourde fortes contraintes urbainesDesign and construction for severe constraints: the Lect Viaduct, Geneva

Jean-François Klein, Nicolas Guillot

Fig. 1

Plan de situation de l’ouvrage.Viaduct situation plan.

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bearings on the piles. It is alsoguided transversally on every pileand on the intermediate expansi-on joints.The deck of the second viaduct isrigidly connected to 4 piles (P6 toP9), and free to expand longitudi-nally on the other supports. It isalso guided transversally on everysupport.The length of the main spansvaries between 24 m and 25 m.The length of the four side spansvaries between 13.5 and 18 m.

Cross sectionThe cross section of the viaductwas conceived in a way that opti-mizes the rather small availablestructural height, maintaining atthe same time the lateral clearan-ce on Lect St. The available heightfor the structure is 1.50 m bet-ween the intrados of the deckand the altitude of the rails. Theconcave sides of the intrados helpmaintain the lower and lateralclearances, but above all providemore light and give a visual fee-ling of slenderness for people onLect St.The overall width of the deck is9.25 m, and goes up to 10.20 m inits widest section (on the southabutment). The change in widthis achieved by varying the centralpart of the section. Thus the two

ment de dégager les gabarits laté-raux, mais surtout d’apporter dela lumière et un élancement visu-el échappatoire aux usagers de larue Lect.La largeur hors tout du tablier estde 9,25 m en alignement et at-teint 10,20 m dans sa partie la pluslarge (côté culée sud). L’adaptati-on de largeur se fait par une vari-ation de la partie centrale de lasection. Par conséquent, les deuxailes restent à géométrie constan-te.La section transversale du tablierest évidée en travée, ce qui per-met de réduire son poids propre,et pleine sur appui pour pouvoirreprendre la compression due auxmoments négatifs et garantir laductilité de la section. Le «noyaucentral» de la section est plein encontinu afin de permettre le che-minement des câbles de précon-trainte de continuité (4 x 6-22).

Cinématique de construc-tionDiverses raisons, qu’elles soienttechniques, architecturales, derapidité de construction, d’en-combrement au sol, de limitationde la gêne aux usagers, ont con-duit au choix de la constructionde cet ouvrage à l’aide de vous-soirs préfabriqués posés sur cintreet complétés par un béton coulé

side parts have a constant geome-try.The cross section is hollow in thespans, to reduce the dead weight,and solid on the supports to takethe compression due to negativebending moments and ensure theductility of the section. The ”cen-tral core” of the section is conti-nuously solid because this iswhere continuous prestressingcables, which preserve the conti-nuity, are located (4 x 6-22).

Construction stepsDifferent reasons led to the adop-tion of a solution using precastsegments placed on a temporarycentering, completed by cast-in-place parts (top part of slab andedges built with a moving carria-ge): these reasons concern con-struction techniques as well asarchitecture, construction time,available space on site, and reduc-tion of disturbance to peoplelocally. The construction was se-quenced as follows:– digging foundation piles and

casting footings,– construction of piles and abut-

ments,– installation of bearings,– construction of temporary cen-

tering,– placing, assembling and con-

necting the prefabricated seg-ments,

– post-tensioning of lower pre-stressing cables span by span,

– casting of central core and toppart of slab including continu-ous prestressing cables,

– casting of deck edges,– post-tensioning of two-span-

long prestressing cables,– waterproofing and security

equipment,– other equipment.The on-site construction of onespan took about two weeks, ex-cluding the installation of equip-ment.

Prefabrication of the seg-mentsDespite its plan curvature, the via-duct can be constructed by prefa-bricating the lower part of thesection, dividing the deck into2.5 m length of segments. These

Fig. 2

Coupe transversale type du viaduc.Typical cross section of the viaduct.

Phase 1 precast elementPhase 2 cast in place central corePhase 3 edge beams

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en place (surbéton puis bordureslatérales réalisées à l'aide de cha-riots mobiles).La cinématique de construction duviaduc est la suivante:– exécution des pieux et semelles,– réalisation des piles et culées,– pose des appuis,– pose de cintres provisoires, – montage, assemblage et collage

des voussoirs préfabriqués tra-vée par travée,

– mise en tension de la précon-trainte inférieure travée partravée,

– exécution du surbéton et posedes câbles de continuité,

– exécution des bordures,– mise en tension des câbles de

continuité toutes les 2 travées,

segments are produced usingC50/60 concrete, and each seg-ment is cast directly next to theprevious one in the plant, so thatthe contact surface is as identicalas possible and then the on-sitejoint as thin as possible.The transmission of shear forces isachieved through shear keys onend sides of the segments (on ver-tical webs and lower slab). Theprefabricated segments are assem-bled on-site using a high-strengthepoxy adhesive, and tightenedwith temporary prestressing bars.The prefabrication method (cast-ing each segment next to the pre-vious one) imposes a very strictconstruction tolerance. As a mat-ter of fact, the segments are thenassembled on-site, with the geo-metry resulting from the prefabri-cation casting process. The com-plexity of the Lect viaduct thenlies in the definition of this geo-metry in the precasting plant,that has to fit perfectly on-site tocreate the 3D geometry of thestructure.

Segment placingA thin layer of epoxy adhesive islaid only on the vertical parts ofthe end-side of a segment. Thesloping sides of the gear mesh donot require adhesive. The partsthat do receive adhesive are pre-viously sanded before beingbrought to the construction site.Immediately after placing thesegment next to the previousone, a temporary prestressing istightened to connect the twoadjacent segments. Prestressingbars are used for this temporaryprestressing.Once the whole span is assem-bled, the segment located on thepile is constructed. The lower pre-stressing cables are then tension-ed on the new span.

Construction of top slaband deck edgesThe C40/50 concrete of the topslab is cast in place on the spanpreceding the one that is beingassembled. The prestressing cableducts are laid in the central partof the segments. The formworkused for this step contains reen-

– pose de l’étanchéité et des élé-ments de sécurité,

– pose des équipements.Globalement, le cycle d’exécutiond’une travée complète hors équi-pements est de l’ordre de deuxsemaines.

Préfabrication des voussoirsMalgré son tracé curviligne varia-ble, l’ouvrage se prête favorable-ment à la préfabrication de la par-tie inférieure par des voussoirs endécoupant l’ouvrage en tranchesrayonnantes de 2,5 m à l’axe. Lesvoussoirs, constitués de bétonC50/60, sont fabriqués selon laméthode des joints conjugués enles bétonnant directement contrel’élément adjacent déjà fabriqué,de façon à obtenir une surface decontact identique et un joint leplus mince possible.La transmission des efforts decisaillement se fait grâce à unesérie de clés à engrènement ré-parties de façon régulière surtoute la hauteur des âmes et de ladalle inférieure. Les éléments pré-fabriqués sont solidarisés surplace lors de la pose par une colleépoxy haute résistance et serréspar des barres de brêlage.Le processus de construction parjoints conjugués réduit à néantles tolérances de fabrication. Eneffet, sur chantier les voussoirsvont s’emboîter les uns dans lesautres suivant la géométrie défi-nie lors du bétonnage sur la tablede préfabrication. La complexitémajeure du Viaduc Lect résideainsi dans la définition de cettegéométrie en usine, qui doit aufinal parfaitement reconstituerl'ouvrage en trois dimensions.

Pose des voussoirsLa colle se met en couche fine etne s’applique que sur les facesverticales. Les faces inclinées desengravures ne seront pas endui-tes de colle. Les surfaces de colla-ge sont sablées en usine avantacheminement des voussoirs surchantier. Immédiatement aprèscollage, un brêlage local de vous-soir à voussoir est appliqué sousforme de barres de précontrainte. Après la pose et le collage d’unetravée de voussoirs, le voussoir sur

Fig. 3

Réalisation d’un voussoir préfabriquéen usine.Prefabrication of a segment in theplant.

Fig. 4

Voussoir préfabriqué en travée.View of a span-located segment.

Fig. 5

Voussoir préfabriqué sur pile.View of a pile-located segment.

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trant parts that create a space inwhich the rails are then sealedwith epoxy resin.After the top part of the cross sec-tion has been finished, the conti-nuous prestressing cables are ten-sioned (4 x 6-22). Niches are left inthe deck to anchor further cables.The deck edges are cast using twomoving carriages with the form-work. These carriages are laid onthe central part of the deck andhave an overhanging part on theedges. The edges are constructedon the spans for which the crosssection is already complete. Sixmetre lengths are built per cast-ing step (five framework panelsof 1.20 m).

Post-tensioningThe continuity of the viaduct isensured by prestressing cablesand by the cast-in-place centralcore of the deck and top slab.There are three distinctive groupsof prestressing cables in the deck:– The ”installation prestress” is

made of straight cables runn-ing in one span. The ducts areput in the prefabricated seg-ments. These cables are tension-ed in each span after all seg-ments habe been assembled,

pile est bétonné. La précontraintede brêlage est alors mise en tensi-on sur la dernière travée posée.

Exécution du surbéton etdes borduresLe mise en œuvre du surbétonC40/50 s’effectue sur la travée quiprécède celle de la pose des vous-soirs. Les gaines de précontraintesont posées à vide dans le noyaucentral des voussoirs. Le coffragede ce béton additionnel intègredes réservations dans lesquels se-ront scellés les rails à l’aide d’unerésine époxy (système de pose envoie noyée).A la fin de l’exécution du surbé-ton de la travée considérée, laprécontrainte de continuité (4 x6-22) est enfilée puis mise en ten-sion. Aux ancrages des autrescâbles, des niches de mise en pré-contrainte sont réservées dans lebéton. Le bétonnage des bordures estréalisé à l’aide de deux chariotsmobiles tenus en encorbellementlatéral et appuyés sur la partiecentrale du tablier. Les borduressont bétonnées sur les travées ar-rières dont le surbéton a déjà étémis en place. La longueur de bé-tonnage des bordures est de 6 m

and the segment conctructedon the pile. It is composed ofsix cables (type 6-12).

– The ”continuity prestress” hasa parabolic shape and featurestwo pairs of two cables runn-ing on two adjacent spans,with alternate overlap on pilessupports. Thus four cables arelocated in the lower part of thesection at mid-span, and sixcables cross in the upper partof the section of a pile. All the

Fig. 6

Mise en place du 2ème élément préfabriqué sur site.Assembling the second prefabricated segment on site.

Fig. 7

Tracé de la précontrainte de continui-té sur appui.View of continuity prestressing cablesabove a pile.

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(cinq panneaux de coffrage de1,20 m).

Mise en précontrainte parpost-tensionLa continuité de l’ouvrage estgarantie par des câbles de pré-contrainte et par le bétonnagesur place du noyau central et dela dalle supérieure du tablier. Laprécontrainte du tablier est con-stituée de trois groupes de câblesdistincts :– La précontrainte appelée «pré-

contrainte de brêlage» est uneprécontrainte rectiligne cou-rante sur une travée, intégréedans les éléments préfabriquéset assurant le serrage des vous-soirs après mise en place et col-lage de ceux-ci et bétonnagedu voussoir sur pile. Elle estconstituée de six câbles type 6-12.

– La précontrainte appelée «pré-contrainte de continuité» estune précontrainte paraboliquecourante par paire de deux câ-bles sur deux travées, alternésavec recouvrement sur appui.De cette manière, quatre câblessont en position basse au centrede chaque travée, et six câblesse croisent en position hautesur les appuis. Cette précon-trainte est totalement placéedans le surbéton du noyau cen-tral. Elle est constituée decâbles type 6-22.

– La précontrainte appelée «pré-contrainte de serrage» est uneprécontrainte rectiligne cou-

cables are located in the con-crete of the central core of thesection. It is made of type 6-22cables.

– The ”tightening prestress” ismade of straight cables runn-ing in one span. The ducts areinstalled in the prefabricatedsegments. It is composed of twocables (type 6-12), and ensurescompression of the deck edgesonce the whole structure iscompleted in the span.

All the prestressing elements areelectrically insulated to avoid pro-blems due to stray currents fromequipment and running tram-ways (cables are category C). Todo so, special coupling sleeveswere designed and executed byVSL. Those sleeves located atevery segment joint in the ductsensure water tightness and elec-trical insulation of the prestres-sing cables. The efficiency of thesystem is measured in electricalboxes integrated in the deck, andthe general concept also featuresa way to connect each cable toelectrical ground in the case of aninsulation failure.

rante sur une travée, intégréedans les éléments préfabriqués.Constituée de deux câbles type6-12, elle assure une compressi-on dans les bordures aprèsachèvement sur la travée consi-dérée.

L’ensemble de la précontrainteest isolée électriquement afind’éviter les problèmes liés auxcourants vagabonds provenantdu matériel roulant (câbles decatégorie C).A cet effet, des manchons spéci-aux ont été conçus et mis en œuv-re par VSL. Ces éléments garantis-sent à chaque joint entre vous-soirs préfabriqués l’étanchéité etl’isolation électrique des câbles deprécontrainte. L’intégrité de cesystème est mesuré à l’aide decoffrets électriques intégrés dansles caissons de l’ouvrage, le con-cept général permettant de relierchaque câble à la terre en cas deproblème.

Auteurs/Authors

Jean-François Klein Dr ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFL Administrateur de T ingénierie saCH-1211 GenèveEmail : gva@t-ingenierie.com

Nicolas GuillotIng. Chebap, ingénieur ouvrages d’artT ingénierie saCH-1211 GenèveEmail : gva@t-ingenierie.com

Fig. 8

Vue de l’ouvrage depuis le bas de la culée sud.View of the viaduct from the bottom of south abutment.

Fig. 9

Vue de l’ouvrage depuis le haut de la culée sud.View of the viaduct from the top of south abutment.

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EinleitungSeit Beginn der fünfziger Jahrewurde der Verkehrsfluss in Solo-thurn – einhergehend mit der star-ken Zunahme des motorisiertenIndividualverkehrs, die ungünstigeLage der vorhandenen Brücken-bauten und die engen Verhält-nisse in der historischen Altstadt –zunehmend behindert. Aus die-sem Grund wurde bereits sehrfrüh nach Möglichkeiten für eineEntlastung der Innenstadt ge-sucht und schliesslich die Varianteeiner westlich der Stadt angeord-neten Umfahrungsstrasse favori-siert. Nach dem Studium verschie-dener Varianten und langem poli-tischen Seilziehen führte man imJahr 2003, nachdem die Finanzie-rung unter Mithilfe des Bundesgesichert war, einen Ingenieursub-missionswettbewerb zur Planungder gesamten Entlastungsstrassedurch.Die Ausschreibung des Wettbe-werbs über die gesamte Anlage(Fig. 1) verfolgte das Ziel, hin-sichtlich Gestaltung und Funktioneine optimale Lösung zu errei-chen. Wegen der unmittelbarenNähe zum Siedlungsgebiet wurdedem Lärmschutz eine grosse Be-deutung beigemessen. Die Attrak-tivität für den Langsamverkehr

IntroductionWith the big increase in motoriz-ed individual traffic since theearly fifties, the traffic flow inSolothurn has been increasinglyhindered. The unfavorable loca-tions of the existing bridges andthe lack of space in the historicpart of the town have exacerbat-ed the problem. As a result, seve-ral possibilities of providing traf-fic relief in the town centre havebeen investigated for a long time.In the end, the alternative of a by-pass running to the west of thetown was the favored solution.After studying the various projectalternatives and a lengthy politi-cal dispute, a design competitionwas advertised in 2003 for thewhole of the by-pass road. Thefinancing was guaranteed withthe help of the Swiss Government.The advertisement of the compe-tition for the project as a whole(Fig. 1) aimed to achieve an opti-mal solution with regard to formand function. Much importancewas attached to noise preventionbecause of the proximity to a resi-dential area. The attractiveness ofnon-motorized traffic was to beachieved by a pedestrian andcycle path separate from the by-pass road. Additional technicalobstacles were caused by the dif-ficult geology, which is characte-rized by a thick layer of soft la-custrine deposits.

Leporello projectThe Leporello project was thewinning one from among 13entries in the two-stage designcompetition. The core idea of thisproject was the creative design ofa by-pass road in the form of achannel, which had to fulfill diffe-rent demands with regard to traf-fic and noise prevention along itsalignment.The road channel is entirely openin areas with development poten-

sollte durch eine von der Entlas-tungsstrasse getrennte Führungder Verbindungen erreicht wer-den. In bautechnischer Hinsicht er-gaben sich aufgrund der Geolo-gie, die von weichen Seeboden-ablagerungen mit grosser Schicht-mächtigkeit geprägt ist, zusätzli-che Erschwernisse.

Projekt LeporelloDas Projekt Leporello wurde imzweistufigen Ingenieursubmis-

Aarebrücken, Entlastung West in SolothurnBridges across the Aare River, by-pass West in Solothurn

Armand Fürst, Massimo Laffranchi

Fig. 1

Westtangente Solothurn.By-pass West Solothurn.

S o l o t h u r n

O b a c h

AltstadtOld Town

Entlastung WestBy-pass West

Aare

AarebrückeAare Bridge

AarestegAare Footbridge

Projektdaten

Bauherr Amt für Verkehr und Tiefbau desKantons Solothurn und StadtSolothurnPlaner GesamtanlageIG Leporello: Gruner Ingenieure AG;Fürst Laffranchi Bauingenieure GmbH;Nissen Wenzlaff Architekten AGEntwurf und Projekt BrückenFürst Laffranchi Bauingenieure GmbHÖrtliche Bauleitung Gruner Ingenieure AGUnternehmungenAarebrücke: Arge ASW mit PorrSuisse AG, Zürich; Züblin-Strabag AG,Zürich; Dywidag Bau GmbH, Nürn-berg; Porr Technobau und UmweltAG, Wien; Vorspannung: StahltonAG, ZürichAaresteg: Arge Go West mit Roth-pletz Lienhard und Cie AG, Aarau;Marti AG, Solothurn; Astrada AG,Subingen; Implenia Bau AG, Zürich;Seilbau: Pfeiffer AG, D-Memmingen

Technische Daten AarebrückeTotale Länge: ca. 390 mSpannweiten: von 25,9 bis 78 mBruttobreite: 13,0 m Konstruktionsbeton: 7000 m3

Bewehrungsstahl: 1000 tVorspannung: 110 tOrtbetonrammpfähle: 3200 mMikropfähle: 770 m

Technische Daten AarestegTotale Länge inkl. Rampen: 190 m Spannweiten: 15,1 – 72,0 – 15,1 mBruttobreite: 6,1 mKonstruktionsbeton: 910 m3

Bewehrungsstahl: 105 tVorspannstahl: 2 tSeiltragwerk: 22 tKonstruktionsstahl: 22 tOrtbetonrammpfähle: 830 m Mikropfähle: 1100 m

KostenAarebrücke: CHF 16 Mio.Aaresteg: CHF 6 Mio.

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tial, enabling an outflow of traf-fic, while it is closed or partiallyclosed in areas with connectingcharacter in order to adequatelyprotect the adjacent areas fromnoise.Based on this idea, in thearea “Obach”, where a futureurban development is planned,the channel is enclosed in the cutand cover tunnel and partly openbetween noise-protection bar-riers in the bank area.An architectonic unity betweentunnel, ramp, noise-protectionbarriers and bridge was achievedby integrating the noise protec-tion into the bridge structure (Fig.2). As a result of this innovativedesign, the bridge appears slen-der in spite of its nearness to theground in the foreland areas.The road network for the pedes-trian and cycle traffic runs inde-pendently over long stretches.

sionswettbewerb aus insgesamt13 Lösungsansätzen als Siegererkoren. Kernidee dieses Projektswar die gestalterische Auffassungder Umfahrungsstrasse als Kanal,der entlang seines Trassees unter-schiedliche Anforderungen hin-sichtlich Verkehr und Lärmschutzzu erfüllen hat. Während in Be-reichen der Strasse mit Erschlies-sungscharakter der Kanal vollstän-dig offen ist und ein Ausströmendes Verkehrs ermöglicht, ist er inBereichen mit Verbindungscharak-ter ganz oder teilweise geschlos-sen, um die angrenzenden Gebie-te adäquat vor Lärm zu schützen.Aus dieser Idee leitet sich ab, dassim Gebiet Obach, in dem eine zu-künftige Stadtentwicklung ge-plant ist, der Kanal geschlossenim Tagbautunnel und im Ufer-bereich teilweise offen zwischenLärmschutzwänden geführt wird.

Due to the low speed of the traf-fic, its character differs clearlyfrom that of the bypass road. Thedesign of the footbridge takesinto account this aspect. The pathcrosses the river at right anglesand is supported by a very lightcable structure, which is con-sciously intended to contrast withthe heavy motorized traffic.

Aare bridgeThe Aare bridge is the mostdistinctive structure of the wes-tern by-pass. It crosses the riverarea with span lengths increasingfrom both sides towards the river(Fig. 3 and 4). To obtain a maxi-mum degree of transparency un-der the bridge, the support struc-ture is adapted in its form and

Fig. 2

Brückenüberbau mit integriertem Lärmschirm.Bridge girder with integrated noise protection barrier.

Fig. 3

Aarebrücke: Längsschnitt und Situation.Aare bridge: longitudinal section and plan view.

Project Data

ClientAmt für Verkehr und Tiefbau desKantons Solothurn und StadtSolothurnDesignIG Leporello: Gruner Ingenieure AG;Fürst Laffranchi Bauingenieure GmbH;Nissen Wenzlaff Architekten AG Bridges, Concept and DesignFürst Laffranchi Bauingenieure GmbHConstruction site managementGruner Ingenieure AGContractorsAare bridge: Consortium ASW withPorr Suisse AG, Zurich; Züblin-StrabagAG, Zurich; Dywidag Bau GmbH, Nürn-berg; Porr Technobau und UmweltAG, Wien; Prestressing: Stahlton AG,ZurichAare footbridge: Consortium Go Westwith Rothpletz Lienhard und Cie AG,Aarau; Marti AG, Solothurn; AstradaAG, Subingen; Implenia Bau AG,Zurich; Cable Structure: Pfeiffer AG,D-Memmingen

Technical data road bridgeTotal length: ca. 390 mSpan length: between 25.9 and 78 mGross width: 13.0 m Structural concrete: 7000 m3

Reinforcing steel: 1000 tPrestressing steel: 110 tDriven cast-in-place piles: 3200 mMicro piles: 770 m

Technical data footbridgeTotal length ramps inclusive: 190 m Span length: 15.1 – 72.0 – 15.1 mGross width: 6.1 mStructural concrete: 910 m3

Reinforcing steel: 105 tPrestressing steel: 2 tCable structure: 22 tSteel: 22 tDriven cast-in-place piles: 830 m Micro piles: 1100 m

CostsAare bridge: CHF 16 millionAare footbridge: CHF 6 million

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Eine gestalterische Einheit zwi-schen Tunnel, Rampen, Lärm-schutzwänden und Brücke wurdedurch Integration des Lärmschut-zes ins Brückentragwerk erreicht(Fig. 2). Diese innovative Gestal-tung des Brückenbaus ermöglich-te, dass die Brücke trotz ihrerNähe zum Boden in den Vorland-bereichen schlank erscheint. DasVerkehrsnetz für den Langsam-verkehr, das über weite Bereicheunabhängig geführt wird, unter-scheidet sich durch die Klein-masstäblichkeit der Verkehrsteil-nehmer und die geringe Geschwin-digkeit des Verkehrs deutlich vonjenem der Strasse. Diesem Um-stand trägt die Gestaltung derFussgängerbrücke Rechnung, in-dem der Fluss senkrecht und miteinem sehr leichten Seiltragwerküberspannt wird, womit bewusstein Kontrapunkt zum motorisier-ten Verkehr gesetzt wird.

AarebrückeDie Aarebrücke, als markantestesBauwerk der Entlastung West,überbrückt die Aarelandschaftmit wachsenden Spannweitengegen den Fluss (Fig. 3 und 4). Umunter der Brücke eine möglichstgrosse Transparenz zu erhalten,passt sich ihr Unterbau in seinerForm und Anordnung dem Ge-lände an. Die grösste Spannweiteüber den Fluss von ca. 78 m erfor-dert, dass die Höhe des trogförmi-gen Brückenquerschnitts mit inte-grierter Lärmschutzfunktion aus-gehend von 2,5 m im Vorland auf6,0 m bei den Flusspfeilern E undF vergrössert wird, was das Er-scheinungsbild prägt und die Lagedes Flusses erkennbar macht. Aufgrund der grossen Länge desBauwerks ist der durchlaufendeÜberbau schwimmend gelagert,damit die Dehnwege bei denWiderlagern beschränkt sind. DenFestpunkt des Systems bilden diebeiden Flusspfeiler E und F, diemonolithisch mit dem Überbauverbunden sind. Diese Ausbildungdes Festpunkts begründet sichneben der zentralen Lage inner-halb des Tragwerks auch dadurch,dass der Unterbau einem Schiffs-anprall mit beachtlicher Einwir-kung standhalten muss.

arrangement to the terrain. Thelongest span of 78 m, which isabove the river itself, requiresthat the height of the bridge withits trough-shaped cross section,which at the same time providesnoise protection, increases from2.5 m in the foreland area to 6.0 mabove the river piers E and F. Thislends it a characteristic appearan-ce, pinpoints the location of theriver. Due to the great length of thestructure, the continuous super-structure is conceived as a float-ing system, in order to restrict themovements at the abutments.The fixed point of the system isgiven by the two river piers E andF, which are monolithically con-nected with the superstructure.Besides the central position of theriver piers along the structure,this choice is also justified by the

Der gesamte Unterbau ist bedingtdurch die geologischen Verhält-nisse auf Ortbetonrammpfählenfundiert, die beim Einbringeneine Nachverdichtung des Bodensund damit eine Erhöhung derSteifigkeit gewährleisten. Im Be-reich des Flusses, wo die Boden-steifigkeit besonders klein ist,müssen neben den gravitativenEinwirkungen auch Anprall- undBremskräfte abgetragen werden.Da die seitliche Bettung der Pfäh-le zur Abtragung dieser Kräftenicht ausreichend ist, sind dieFundamente durch stark geneigteMikropfähle verstärkt.Der Bau der Brücke erfolgte in-nerhalb zweier Jahre. Da die Aarelediglich im Winter kurzfristigschifffahrtsfrei ist, musste derFluss im Unterschied zu den kon-ventionell auf einem Lehrgerüsthergestellten Vorlandspannweiten

Fig. 4

Aarebrücke: Ansicht von der Oberwasserseite.Aare bridge: view from upstream.

Fig. 5

Freivorbauphase.Free cantilever construction stage.

64

fact that the foundation had tobe designed to resist a ship colli-sion of considerable impact.The foundation concept is deter-mined by the geological condi-tions. The whole foundation restson driven cast-in-place piles, whichduring installation compress theground resulting in an increase ofground stiffness. In the area ofthe river, where the ground stiff-ness is particularly low, collisionand braking forces also have tobe supported by the foundations.The foundations are strengthen-ed by strongly inclined micropiles,because the lateral embedding ofthe piles is inadequate to supportthe horizontal forces.The construction procedure, to-gether with the trough-shaped

im Freivorbau überbrückt werden(Fig. 5).Aus konstruktiven Gründen be-stimmte der Abstand der Quer-träger die Längen der Etappen;sie betrugen ca. 5,9 m. Die Her-stellung jeder Etappe nahm je-weils rund zwei Wochen in An-spruch.Der Freivorbau stellte mit demtrogförmigen Querschnitt undder im Grundriss gekrümmtenLinienführung grosse Anforde-rungen an die Planung und an dieAusführung.

AarestegDer Aaresteg steht mit seinemErscheinungsbild im bewusstenGegensatz zur Aarebrücke (Fig. 6und 8). Die geringen Einwirkun-

cross section, imposes strict requi-rements on planning and execu-tion of the bridge. The construc-tion of the bridge took two years.In contrast to the foreland spans,which were executed with con-ventional falsework, the spansover the river had to be erectedby the free cantilever method, asthe Aare is navigable except for ashort period in winter (Fig. 5).The length of construction stageswas determined for design reasonsby the distance between the crossmembers and was about 5.9 m.The work on each stage tookabout two weeks.The balanced cantilever construc-tion procedure together with thetrough-shaped cross section andthe curved layout of the bridgeplaced high demands on the de-sign and execution of the bridge.

Aare footbridgeThe appearance of the Aare foot-bridge was consciously designedto contrast with the Aare bridge(Fig. 6 and 8). The light loadingdue to pedestrian traffic allows aslender and light structure, whichcrosses the river in the form of alightweight suspension bridge.The ship traffic requires sufficientclearance beneath the bridge. Forthis reason the bridge deck mustrise more than 3 m above thebanks. The connecting accessramps are designed to guaranteeuse by disabled persons.The design of the cross section ofthe ramps is based on that of thebridge girder. Thus, the deck hasthe appearance of a slender bandconnecting the banks. The cable-support structure over the riveritself is divided symmetrically intotwo short side spans of 15.1 mwith a central span of 72 m. The pylons for guiding the sus-pension cable system rise approxi-mately 15 m above the deck. Thecable truss with hanging cablesarranged in the form of a triangleallows a very slender plate-girderwith edge stiffening and a maxi-mum height of 0.5 m. In order toincrease the stiffness of the cable-support system a tensioning cableis positioned under the girder. Itpositively influences the state of

Fig. 6

Aaresteg: Ansicht und Grundriss.Aare footbridge: elevation view and plan view.

Fig. 7

Bau der Flussspannweite.Construction of the central span.

65

gen des Fussgängerverkehrs erlau-ben eine sehr leichte Gestaltungdes Tragwerks, das den Fluss alsSeilbinder überbrückt. Da dieSchifffahrt einen ausreichendenFreiraum unter der Brücke erfor-dert, muss der Brückenträger abden Ufern um mehr als drei Meteransteigen, was in den Uferberei-chen zur Gewährleistung einerbehindertengerechten NutzungZugangsrampen erfordert. DieseRampen lehnen sich in der Ge-staltung des Querschnitts an dieForm des Brückenträgers an, wo-mit die Gehfläche als ein die Uferverbindendes leichtes Band er-scheint.Das Tragwerk im Flussbereich istsymmetrisch und in zwei kurzeRandspannweiten von 15,1 m undin eine Mittelspannweite von 72 mgegliedert. Die Pylone zur Füh-rung des Seilsystems ragen ca. 15 müber die Fahrbahn, und der Seil-binder mit dreieckförmig angeord-neten Hängern ermöglicht einenausserordentlich schlanken, alsPlatte mit Randverstärkungen aus-gebildeten Brückenträger, miteiner maximalen Höhe von 0,5 m.Um die Steifigkeit des Seilsystemszu erhöhen, ist unter der Fahr-bahn ein Spannseil angeordnet,das den Spannungszustand in denHängeseilen günstig beeinflusst.Der Unterbau des Stegs wurdeanalog zur Aarebrücke über Ort-betonrammpfähle und Mikro-

stress in the hanging cables. Thefoundation of the footbridge issimilar to that of the Aare bridgeand consists of driven cast-in-place piles and micropiles. Intro-ducing the cable forces into theground is also achieved using thissystem.The construction process was in-fluenced by shipping traffic. Itwas carried out without false-work by suspending prefabricat-ed girder elements from the sup-porting cables. The elementswere mounted firstly to a linkchain and were connected after-wards monolithically (Fig. 7). Todetermine the equilibrium shapesof the cable system during assem-bly and in the final state, an algo-rithm specially programmed forthis purpose was applied.For the cable support system fullylocked spiral ropes of diameter 85(suspension cables) and 45 mm,(stay cables) were employed. Thehanging cables were designed asopen spiral stainless steel ropeswith matching diameters varyingbetween 16 and 24 mm.

pfähle fundiert, die ihrerseitsauch die Eintragung der Seil-kräfte in den Baugrund ermögli-chen.Bedingt durch den Schifffahrts-verkehr erfolgte der Bau der Brü-cke ebenfalls ohne Gerüst durchEinhängen von vorfabriziertenFahrbahnteilen, die zuerst zueiner Gelenkkette montiert undanschliessend monolithisch ver-bunden wurden (Fig. 7). Zum Bestimmen der Gleichge-wichtsformen des Seilsystems wäh-rend der Montage und im End-zustand kam ein speziell zu die-sem Zweck programmierter Algo-rithmus zur Anwendung.Für die beiden Trag- und die bei-den Sogseile wurden vollverschlos-sene Spiralseile mit Seildurchmes-sern von 85 bzw. 45 mm verwen-det. Die Hängeseile wurden alsoffene Spiralseile in rostfreiemStahl mit den Beanspruchungenangepassten Durchmessern von16 bis 24 mm ausgeführt.

Autoren/Authors

Armand FürstDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHFürst Laffranchi Bauingenieure GmbHCH-4628 Wolfwilfuerst@fuerstlaffranchi.ch

Massimo LaffranchiDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHFürst Laffranchi Bauingenieure GmbHCH-4628 Wolfwillaffranchi@fuerstlaffranchi.ch

Fig. 8

Aaresteg: Ansicht von der Oberwasserseite.Aare footbridge: view from upstream.

66

EinleitungIm Norden der Stadt Zürich ent-steht seit 2004 mit der Glattal-bahn ein neues Stadtbahnnetz.Bis Ende 2010 werden Flughafensowie Teile der Agglomerations-gemeinden mit dem nördlichenStadtgebiet und der City vonZürich verbunden sein (Fig. 1).Zwei der drei Bauetappen derGlattalbahn sind bereits in Be-trieb, die dritte und vorerst letzteEtappe wird im Dezember 2010abgeschlossen sein (Fig. 2).Kernstück der dritten Etappe bil-det der 1200 m lange ViaduktGlattzentrum, der die Bahn inWallisellen in Hochlage um dasEinkaufszentrum Glatt führt. DerViadukt beginnt unmittelbarbeim Bahnhof Wallisellen undendet bei der Haltestelle Neugutkurz vor Dübendorf. Dazwischenmüssen die Bahnanlage der SBB(Linie Zürich–Winterthur), diverseKantons- und Gemeindestrassensowie die sechsspurige AutobahnA1 (Zürich–Winterthur) inklusiveAutobahneinfahrt überbrückt

werden. Zusätzlich muss die Auto-bahnausfahrtsbrücke RichtungDübendorf unterquert werden(Fig. 3).Die städtische Umgebung mitderart vielen über- und unterirdi-schen Hindernissen verlangt einesehr aufwändige Linienführungund eine sorgfältige Platzierungder Stützen. Vier Kurven (Rmin =110 m), zwei Hochpunkte (Maxi-malgefälle 5,5 %) sowie sehr un-terschiedliche Spannweitenabfol-gen resultieren aus diesen Rand-bedingungen.In unmittelbarer Nähe des Ein-kaufszentrums Glatt befindet sichauf der Brücke eine Haltestelle,die eine Direktanbindung in Hoch-lage an das Einkaufszentrum er-möglicht. Dieser Brückenabschnittist um die Perronbreiten erweitert.

IntroductionThe new light rail system hasbeen under construction in theGlatt valley since 2004. Zurich air-port as well as several municipali-ties just north of Zurich will belinked up with downtown Zurichby the end of 2010 (Fig. 1). Twodevelopment stages of the newlight rail system have alreadybeen put into operation. Thethird part will be completed inDecember 2010. For the time be-ing this will be the final develop-ment stage of the new light railsystem in the Glatt valley (Fig. 2).The viaduct with a total length of1,200 m is the key constructionelement of the third develop-ment stage. The new bridge con-nects the municipalities of Walli-sellen and Dubendorf. The service

Glattalbahn-Viadukt Glattzentrum, WallisellenGlatt Valley Rail Viaduct at the Glatt Shopping Mall, Wallisellen

Beat Meier, Rolf Meichtry

Zürichsee

Glattpark

Auzelg

BahnhofStettbach

ViaduktGlattzentrumMesse/

Hallenstadion

Z ü r i c h

D ü b e n d o r f

Wa l l i s e l l e n

O p f i k o n

FlughafenZürich-Kloten

Fig. 1

Streckennetz der Glattalbahn.Network of the Glatt Valley Rail.

Fig. 2

Brückenbau in städtischer Umgebung (© Simon Vogt).Bridge construction in urban environment (© Simon Vogt).

67

level between the shopping mallGlatt and the public transportsystem will be substantially im-proved by the new light railsystem. The viaduct bridges theSwiss Federal Railways tracks (Zu-rich–Winterthur) as well as severalroads including the 6-lane motor-way A1 (Zurich–Winterthur). Inaddition, the new viaduct has tocross beneath the existing bridgeof the motorway exit (Fig. 3).The light rail system required alimitation of the max. longitudi-nal slopes of 5.5%. 110 m com-plies with the min. horizontal cur-vature specified for the horizon-tal alignment. Further, the via-duct’s alignment in the urban sur-

Konzept und GestaltungDie Glattalbahn strebt über sämt-liche Bauwerke ein einheitlichesErscheinungsbild an. Dabei wurdeein schlichtes, dem Material Be-ton entsprechend grosszügiges,sauber ausgestaltetes Bauwerkgesucht. Die Querschnittsgeome-trien von Überbau und Stützenentspringen diesem Grundgedan-ken (Fig. 4). Das Bauwerk ist als vorgespannteHohlkastenkonstruktion ausgebil-det. Der generelle Brückenquer-schnitt weist bei einer Breite von8,30 m (Kurvenbereich bis 9,20 m)eine konstante Konstruktionshöhevon 2,0 m auf. Übliche Spannwei-ten liegen im Bereich von 35 m,während die Maximalspannweiterund 46 m aufweist. Die beiden Stege, die jeweils unterden beiden Bahnspuren liegen,weisen eine starke Neigung zurVertikalen auf. Einerseits er-scheint damit die Brücke dynami-scher, anderseits kann mit dieserNeigung der direkte Bezug zurStütze geschaffen werden.Die Vorspannung wird vornehm-lich definiert über die Vorgabeeiner Begrenzung der Betonzug-spannungen ≤ 0,7 fctm, die einenungerissenen Querschnitt unterNutzlasten sicherstellt. Im Regel-fall sind dafür über den Stützen 2x 6 Kabel (15 bzw. 19 Litzen Ø 0,6’’)und im Feld 2 x 4 Kabel (15 bzw.19 Litzen Ø 0,6’’) erforderlich (Fig.5). Aufgrund des Gleichstrombe-triebs der Glattalbahn und derdaraus folgenden streustromin-duzierten Korrosionsgefährdungmüssen die Vorspannkabel nachder Astra-Richtlinie 12 010 voll-ständig elektrisch isoliert aus-geführt werden (Vorspannkate-gorie C).

roundings was significantly influ-enced by obstacles located bothbelow and above ground level.Possible pier locations were eva-luated in respect of existing ser-vices. The boundary conditions ledto highly variable span lengths. The viaduct includes a station link-ing the light rail system to theshopping mall Glatt. The width ofthe bridge has been enlarged tosuit the needs of the new station.

Concept and ArchitecturalLayoutOne of the goals of the light railsystem in the Glatt valley was toachieve a uniform appearance.Concrete has been chosen as themain construction material. Thegeometries of the cross section ofthe superstructure and the piersare a result of this concept (Fig. 4). In general, the viaduct consists ofa single cell box girder carryingtwo light rail tracks. The super-structure has been designed as aprestressed cast-in-situ girder. Thewidth of the deck is 8.30 m (wide-ned to a max. of 9.20 m in hori-zontally curved areas) with a cons-tant girder depth of 2.0 m. Thestandard span length is 35 m,whereas the max. span lengthreaches approx. 46 m.The two webs are located in theaxis of each track. They have a

Projektdaten

BauherrschaftVBG Verkehrsbetriebe Glattal AG,Glattbrugg, im Auftrag des Bundes-amts für Verkehr (BAV) sowie derVolkswirtschaftsdirektion des KantonsZürich Projekt und Bauleitungdsp Ingenieure & Planer AG, Greifen-see (Federführung); Höltschi & Schur-ter AG, Zürich; Eichenberger AG,ZürichAusführungMarti AG, Bauunternehmung, Zürich(Federführung); Stutz AG, Frauenfeld(techn. Leitung); Strabag, Zürich(techn. Leitung)

Technische DatenTotale Länge: 1210 mSpannweiten: 17,00 m bis 45,60 m

(mittlere Spannweite: 35 m)Anzahl Felder: 34Brückenbreite: 8,30 m bis 9,20 mKonstruktionsbeton: 9950 m3

Bewehrungsstahl: 1700 tVorspannung: 180 t

KostenRohbau inkl. Werkleitungsverlegun-gen und Strassenanpassungen: CHF 32,0 Mio.

InbetriebnahmeDezember 2010

Fig. 3

Übersicht.Overview.

Fig. 4

Brückenquerschnitt.Cross section of the bridge.

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Der Gleiskörper wird als feste Fahr-bahn ausgebildet. Die (Vignol-)Schienen werden auf einer Beton-tragplatte befestigt, die überSchubnocken kraftschlüssig mitder Brückenkonstruktion verbun-den ist. Zwischen der Oberflächedes Konstruktionsbetons und derGleistragplatte liegen eine Abdich-tung aus Polymerbitumen undeine Gussasphaltschutzschicht.Der Viadukt ist in sechs statisch un-abhängige Bewegungsabschnitte

large inclination for aestheticalreasons. This results in a vibrantstructure and allowed optimizingthe appearance of the transitionbetween pier and superstructure.The tensile stresses in the singlecell box section have been limitedto less than 0.7 fctm. The super-structure can be considered asuncracked for the serviceabilitylimit state in the case of a max.live load. 2 x 6 prestressing ten-dons (15 and 19 strands 0.6”,respectively) are required abovethe piers and 2 x 4 tendons (15and 19 strands 0.6”, respectively)in the span to fulfil this criterionin the case of a standard spanlength of 35 m (Fig. 5). The elec-trical direct current of the lightrail system induces stray currents,which may lead to corrosion. Inorder to prevent this an electrical-ly-insulated prestressing system(category C) had to be used. Thissystem complies with the Astraguideline 12 010.The railroad embankment con-sists of a slab track. The rails arefixed to a reinforced concretemembrane slab, which is force-fitinto the prestressed superstructu-re by means of shear keys. A bitu-minous waterproofing (PBD) hasbeen provided on top of the deckslab of the box section, which iscovered and protected by a layerof mastic asphalt. The viaduct, with a total lengthof 1,200m, was split into six inde-pendent units. The unit lengthvaries between 110 m and 310 m.

aufgeteilt. Die einzelnen Brücken-abschnitte sind schwimmend ge-lagert. Eine Ausnahme bilden jeneAbschnitte an den Brückenenden,die in den Rampenkonstruktioneneingespannt sind. Die Längen dereinzelnen Brückenabschnitte lie-gen zwischen 110 m und 310 m.Diese Abschnittslängen sind ge-nerell über die Begrenzung derKapazität einer Schienendilatationdefiniert, die bei ± 150 mm liegt. Nach Möglichkeit wird aus Unter-haltsgründen auf Brückenlagerauf den Stützen verzichtet. ZweiStützentypen bilden jedoch Aus-nahmen: Einerseits die Stützen beiden Dilatationen. Diese sind mitder Nachbarstütze des Folgeab-schnittes fest verbunden, um dif-ferenzielle Querverschiebungenbei den Schienenauszügen zu ver-hindern, weshalb sie vom Über-bau mit Brückenlagern losgelöstwerden (Fig. 6). Anderseits muss-ten bei nicht orthogonalen Que-rungen von untenliegenden Ver-kehrsträgern (SBB, Autobahn,Kantonstrasse) die Stützen inRichtung dieser Verkehrsträgerorientiert werden (Fig.7). Einemonolithische Verbindung dieserteilweise stark schief gestelltenStützen mit dem Überbau hätte(Torsions-)Zwängungen im Über-bau zur Folge. Dies wird durch dieAnordnung zentrischer Topflagerauf den Stützen verhindert. Sämtliche Stützen wie auch dieWiderlager sind auf Grossbohr-pfählen Ø = 90 cm/120 cm fun-diert. Die Pfähle im Raum Bahn-

Fig. 6

Abschnittsgrenze.Expansion joint.

Fig. 5

Typische Abspannstelle.Typical anchoring of prestressing tendons.

Project Data

ClientVBG Public Transport Services GlattalAG, Glattbrugg, commissioned by theFederal Office of Transport (FOT) aswell as the Department of Economics,Canton Zurich Project and Site Managementdsp Ingenieure & Planer AG, Greifen-see (general management); Höltschi& Schurter AG, Zurich; EichenbergerAG, Zurich ExecutionMarti AG, Bauunternehmung, Zurich(lead); Stutz AG, Frauenfeld (techni-cal supervision); Strabag, Zurich (tech-nical supervision)

Technical dataTotal length: 1210 mSpans: 17.00 m to 45.60 m (meanspan: 35 m)Number of spans: 34Bridge width: 8.30 m to 9.20 mStructural concrete: 9,950 m3

Reinforcing steel: 1,700 tPrestressing steel: 180 t

CostsStructural works including roadworks and relocation of public utilitypipes: CHF 32.0 mio

Planned date to begin operationDecember 2010

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It was restricted by the capacity ofthe rail dilatation of ± 150 mm. Ingeneral, flexible structural systemswere chosen. The longitudinalforces due to wind, earthquakeand breaking as well as otherhorizontal actions are transferredto the foundation through thecolumns. Where appropriatefixed systems have been used atthe abutments. In such cases thesuperstructure is monolithicallyconnected and integrated intothe concrete structure of theaccess ramps.Wherever possible, bearings wereavoided to increase the durabilityof the structure and keep main-tenance costs low. Exceptionswere made in the case of two piertypes: Twin piers are provided atthe expansion joints. Differentialhorizontal displacements cannotbe tolerated in the rail track dila-tation. They demand a uniformdisplacement behaviour perpen-dicular to the bridge axis. There-fore the individual piers havebeen connected with each otherby a concrete slab in the top partof the twin piers. Pot bearingsallowing displacements in thelongitudinal direction of thebridge axis are provided on top ofthe twin piers to allow differenti-al longitudinal displacements bet-ween the independent bridgeunits separated by the expansionjoint (Fig. 6). The existing traffic carriers (rail-way tracks, roads and motorways)influence the orientation of thecolumns (Fig. 7). One single potbearing has been provided on topof the skew-oriented piers. Thepot bearing was used to releasethe torsional restraint betweenthe column and the superstructu-re. All pile caps are supported by ver-tically drilled piles. The chosendiameters vary between 90 cm and120 cm. The piles along the rail-way tracks at the station of Wal-lisellen are end bearing piles andembedded in compact moraine.The geological conditions changetowards the motorway crossing.The pile lengths therefore increa-se up to 35 m. The pile loads aretransferred to the soil (lacustrine

hof Wallisellen sind vornehmlichals Spitzenpfähle in der kompak-ten Moräne eingebunden, wäh-rend die Gründung im Raum derAutobahnquerung über rund 35 mlange Reibungspfähle in den hiermächtigen Seeablagerungen er-folgt.Im Bereich der Autobahn muss dieAutobahnausfahrtsbrücke unter-fahren werden. Der Viadukt setzthier in einer fangdammähnlichenKonstruktion auf einer Länge vonrund 50 m auf dem Terrain auf.Die Böschung entlang der Auto-bahn muss für diese Konstruktionangeschnitten werden (Fig. 8).Die erforderliche Differenzkon-struktion besteht aus einer perma-nenten Nagelwand (ungespannteAnker mit Korrosionsschutzstufe 3nach Norm SIA 267). Das darüber-liegende Widerlager der beste-henden Autobahnausfahrtsbrückewar ursprünglich flach im oberenBereich der Böschung fundiert.Neu wird dieses Widerlager auto-nom mit einer Tiefengründungunterfangen. Es werden Mikro-pfähle verwendet, die zur Mini-mierung der Setzungen mit verlo-renen Flachpressen aktiv vorge-spannt sind.

Bauablauf/KostenFür die Erstellung des Rohbausstanden aus übergeordneten Ab-

deposits) by skin friction. Thelight rail system has to crossunder the existing bridge of themotorway exit. The chosen struc-tural system is similar to a coffer-dam with a total length of ap-prox. 50 m. Space requirementsfor the new concrete structurenecessitated a substantial modifi-cation of the existing slope alongthe motorway (Fig. 8). Permanentsoil nails (unstressed threadedbars with corrosion protectionclass 3 according to SIA 267) havebeen used to reinforce the steepslope (10:1). The abutment of theexisting motorway exit bridgerested on a flat foundation locat-ed in the upper part of the exis-ting slope. The stresses betweenthe existing foundation slab andthe soil have been transferred tonew vertical micropiles (under-pinning of existing flat founda-tion). The micropiles have beenprestressed using flat jacks tominimise abutment settlements.

Construction Time andCostsIn total, we had only 16 monthsto complete the constructionworks (June 2008 – October 2009)of the 1,200 m long viaduct befo-re the bridge was handed over tothe subsequent contractor for theinstallation of the light rail infra-

Fig. 7

Elegant schwingt sich der Viadukt über die Bahngleise.Elegant crossing of the railway tracks.

70

hängigkeiten lediglich 16 Monatezur Verfügung (Juni 2008 bis Ok-tober 2009). Nach den Rohbau-arbeiten wurde das Bauwerk denFolgeunternehmern für die ge-samte bahntechnische Ausrüstungübergeben. Die Inbetriebnahmeist auf den Dezember 2010 fest-gesetzt. Diese äusserst enge Ter-minvorgabe bestimmte die Fest-legung des Bauablaufs. Nach den Umlegungen der Werk-leitungen und der Erstellung derersten Unterbauten konnte dasLehrgerüst einer ersten Überbau-etappe bereits nach rund zweiMonaten gestellt werden. Für eineÜberbauetappe, die generell zweiBrückenfelder umfasst, musstemit acht Wochen Erstellungszeitgerechnet werden. Da in einemBrückenabschnitt bis zu vier Über-bauetappen vorgesehen waren,die wegen des Vorspannkonzeptsnacheinander betoniert werdenmussten, ergab sich eine Bearbei-tungszeit für den Überbau einesgesamten Brückenabschnitts vonrund acht Monaten. Unter Berück-sichtigung der vorhergehendenUnterbauarbeiten sowie der nach-folgenden witterungsabhängigenAbdichtungsarbeiten zeigte sich,dass sämtliche sechs Brückenab-schnitte gleichzeitig erstellt wer-den mussten. Dies wurde logis-tisch zu einer grossen Herausfor-derung. Einerseits war sehr vielLehrgerüst- und Schalmaterial er-forderlich, das nur zu kleinenTeilen umgesetzt bzw. wiederver-wendet werden konnte. In Spit-zenzeiten war weit mehr als dieHälfte der Brücke eingerüstet.Zwölf Turmdrehkrane standengleichzeitig im Einsatz. Aber nicht

structure. The new light railsystem will be fully operational inDecember 2010. The constructionsequence has been defined bythis extremely tight schedule.Before starting with the drilledpiles it was necessary to make ser-vice diversions. Only two monthsafter the start of construction, thefalsework for the first superstruc-ture unit was already under erec-tion. It took eight weeks to buildtwo spans of the superstructure.The six independent bridge unitsconsist of up to four constructionstages, which have been cast sub-sequently as necessitated by thechosen post-tensioning layout.The construction of each bridgesuperstructure unit took approx.eight months. Construction workshave been performed simultane-ously on all six bridge units tomeet the construction schedule.Logistics became a major challen-ge at this exceptionally complexconstruction site. The demand forfalsework and formwork was veryhigh. The reuse of this materialwas limited because of the shortconstruction time. In the peakconstruction period more thanhalf of the viaduct was coveredby falsework. Twelve tower cra-nes were used simultaneously.Besides the material logistics, theallocation of human resourceswas another major issue. The de-manding job has been managedand accomplished by five fore-men and their teams.The construction costs of the via-duct amount to CHF 32 mio. Thisincludes road works and the in-stallation of public utilities, butnot the light rail infrastructure.

nur in Bezug auf die Material-logistik, sondern auch bezüglichPersonaleinsatz waren die Aus-führenden gefordert. Fünf Polieremit jeweils eigenständigen Teamswaren zur Bewältigung der an-spruchsvollen Aufgabe notwen-dig.Die Baukosten für das Brücken-bauwerk, die Werkleitungsverle-gungen und die Strassenanpassun-gen belaufen sich auf 32 MillionenFranken, wobei die Bahntechnikdarin nicht eingerechnet ist.

Autoren/Authors

Beat Meierdipl. Bauing. ETHdsp Ingenieure & Planer AGCH-8606 Greifenseemeier@dsp.ch

Rolf Meichtrydipl. Bauing. ETHHöltschi & Schurter AGCH-8050 Zürichrmeichtry@hoeltschi-schurter.ch

Fig. 8

Querschnitt im Bereich der Autobahn.Cross section along the motorway.

71

EinleitungDie neue Aarebrücke ist Teil der ge-planten Entlastungsstrasse Olten.Diese wird bei einem neu zu er-stellenden Knoten von der beste-henden Kantonsstrasse abzwei-gen, die Aare überqueren und amanderen Ufer direkt in einenTunnel münden.Mit dem Brückenprojekt gehtauch die Umgestaltung der Ufer-wege einher. Der rechtsufrigeWeg muss im Bereich der Brückeauf einer Länge von rund 200 mneu erstellt werden. Ausserdemist das über dem Tunnel liegendeQuartier mit einem Fuss- undVeloweg neu zu erschliessen.Das Brückenprojekt maya ging alsSieger aus einem Projektwettbe-

IntroductionThe new Aare River Bridge is partof the planned bypass road thatwill give the city of Olten somerelief from through-traffic. A newnode will link the bypass roadwith the existing one. After cross-ing the Aare River the new roadwill lead directly into a tunnel. The reshaping of the riversidewalks is also part of the bridgeproject. The footpath on the rightbank will be reconstructed over alength of 200 m. The urban areaabove the tunnel is made accessi-ble by a new path for pedestriansand cyclists. The maya bridge project wasselected out of more than sixtycontestants due to its excellent

werb mit über 60 Teilnehmernhervor, da es die vielfältigen An-forderungen am besten erfüllt.

RandbedingungenFür den Entwurf der Brücke undderen Konzept waren diverseRandbedingungen von Bedeu-tung: Im Mittelbereich der Aaredürfen keine Pfeiler gestellt wer-den. Es gilt, beim 100-jährigenHochwasser ein Freibord von 1,0 min den Uferzonen und 1,5 m imMittelbereich der Aare einzuhal-ten. Der Lärmschutz ist von zen-traler Bedeutung, da die Brückein unmittelbarer Nähe von Wohn-quartieren liegt. Es wurden dar-um beim Wettbewerb 1,5 m hoheLärmschutzwände im Brückenbe-

Neue Aarebrücke OltenNew Aare River Bridge, Olten

Harry Fehlmann, Rudolf Vogt

Fig. 1

Stand der Arbeiten im Februar 2010. Der Tagbautunnel ist im Rohbau erstellt.In Bildmitte ist die Schalung für die erste Überbauetappe sichtbar.The state of construction in February 2010, with the completed tunnel and, inthe middle of the picture, the formwork for the first stage of the cover slab.

72

fulfilment of the diverse require-ments.

Boundary conditionsFor the design of the bridge andits concept, different preconditionshad to be met: No piers are allow-ed in the middle of the Aare Ri-ver. For a one hundred year flood,a freeboard of 1.0 to 1.5 m is re-quired. Noise control is also a veryimportant issue because of theproject’s proximity to residentialdistricts. The competition’s termsspecified 1.5 m high noise barrierson the bridge and in additionalnoise protection measurements inthe tunnel portal area.

Concept and designThe goal was to design a bridgethat reflects the asymmetry of theriver banks without being tooprominent. The construction wasmeant to be innovative while stillfollowing the trend in contempo-rary civil engineering. The aim of the design was to fullyincorporate the tunnel portal intothe bridge project to give theimpression of an integral structu-re. Together with the portal, thebridge marks the start of thebypass road. The tunnel portal,however, was not intended simplyto blend aesthetically with thebridge as a whole, but also toform an integral part of the struc-tural design concept.The maya project proposed a sin-gle-span bridge of span length88.5 m with no supporting piers

reich gefordert. Zusätzliche Lärm-schutzmassnahmen wurden imPortalbereich des Tunnels ver-langt.

Konzept und GestaltungDas Ziel unseres Projektteamswar, eine Brücke zu entwerfen,die die Asymmetrie der Uferwiderspiegelt, ohne zu markantin Erscheinung zu treten. Es sollteeine innovative Konstruktion ent-stehen, die den heutigen Zeit-geist des Ingenieurbaus repräsen-tiert.Es wurde das Ziel angestrebt, dieGestaltung des Tunnelportals indas Brückenprojekt mit einzube-ziehen. Die Brücke soll zusammenmit dem Portal den Auftakt derUmfahrungsstrasse signalisieren.Das Tunnelportal soll aber nichtnur ästhetisch, sondern auch sta-tisch in das Gesamtkonzept inte-griert werden, um dem Grundsatzder Brücke als integrales Bauwerkgerecht zu werden.Das Projektteam maya schlug dar-um eine Brücke vor, welche dieAare stützenfrei überquert undam Tunnelportal aufgehängt ist.Die Gestaltung der Brücke zeigtden Kraftfluss auf und widerspie-gelt die Gegensätzlichkeit derbeiden Flussgestade. Die Brücke weist einen Trogquer-schnitt auf. Die beiden seitlichen,vorgespannten Hauptträger bil-den gleichzeitig auch die Absturz-sicherung und den Lärmschutz.Sie überspannen den Fluss stüt-zenfrei mit einer Spannweite von

founded in bed of the river Aare,supported on the one side by thetunnel portal. The bridge was alsodesigned to take into account thenatural flow of forces in the struc-ture and the asymmetry of theriverbanks, without it being tooprominent in the landscape. The two prestressed main girdersof the trough bridge provide thestructural safety and also act asnoise barriers. To reduce stressesand deformations, the main gir-ders are suspended on prestressed

Projektdaten

BauherrKanton Solothurn, Amt für Verkehrund Tiefbau, SolothurnBauunternehmungArge Brücken Olten: Implenia BauAG, Zürich (Federführung); Rothpletz,Lienhard + Cie, Aarau; Frutiger AG,Thun; Meier + Jäggi AG, OltenPlanerPlanergemeinschaft maya: BänzigerPartner AG, Ingenieure + Planer SIAUSIC, Baden (Federführung);ACS-Partner AG, dipl. BauingenieureETH SIA USIC, Zürich; Eduard Imhof,Architekt, Luzern; David + von Arx,Landschaftsarchitekten, Solothurn

Technische DatenLängs und quer vorgespannte Trog-brückeGesamtlänge: 140 m (inkl. Dreispur-Tagbautunnel)Spannweite über der Aare: 88,50 mBreite: 15,60 mBohrpfähle: Ø 90 cm und Ø 130 cm

MaterialverbrauchBeton: 5100 m3

Bewehrungsstahl: 690 tSpannstahl: 110 t

Baukostenca. CHF 16,5 Mio.

Bauzeit2008–2011

Fig. 2

Blick von der Oberwasserseite über die Aare RichtungTunnel.View in the direction of the tunnel from upstream ofRiver Aare.

Fig. 3

Blick über die Brücke Richtung Hausmatt-Tunnel.View over the bridge in the direction of theHausmatt Tunnel.

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schallabsorbierende Elemente ge-währleisten den Lärmschutz. Sta-tische Bauteile und Schallschutz-elemente überlagern sich und ge-nerieren keine zusätzlichen Flä-chen. Ausserdem ist die monoli-thische Verbindung von Tunnelund Brücke von Vorteil, da so aufeinen Geräusch erzeugenden Fahr-bahnübergang verzichtet werdenkann. Das Wohnquartier ober-halb des Tunnels wird durch einbis in den Flussbereich herausra-gendes Portaldach vom Verkehrs-lärm abgeschirmt. Wände undDecke sind im Portalbereich mitlärmabsorbierenden Elementenausgekleidet.Das gewählte oben liegende Trag-werk ermöglicht eine tief liegen-de Strassennivelette und ergibtdie bestmögliche vertikale Linien-führung für die Strasse und denangrenzenden Tunnel.

TragkonstruktionDie Brücke wirkt als einfeldriger,einseitig eingespannter Balken miteinem Trogquerschnitt. Zwischenden Hauptträgern sind vorge-spannte Querträger eingehängt,welche die Fahrbahnplatte tragen.Diese wirken als einfache Balkenmit einer Spannweite von 13,00 m.Die Gesamtspannweite beträgt88,50 m. Die Längsträger weiseneine konstante Höhe von 2,60 mauf. Dank Einspannung des Über-baus im Tunnelportal und demBetonsegel kann die Aare stützen-frei überspannt werden. Beim Widerlager Ost ist die Brü-cke in Längsrichtung verschieblichgelagert. Dort sind Gleitlager undein Fahrbahnübergang vorgese-hen. Der Überbau ist in Längsrichtungso stark vorgespannt, dass der Be-ton unter ständigen Lasten unge-rissen bleibt. Dies gilt auch für dieQuerträger. Damit wird eine guteDauerhaftigkeit gewährleistet.Ein Teil der Kabel steigt vomBrückenträger in die Betonsegelund läuft von dort weiter durchdas Portalbauwerk bis in denQuerschnitt des Dreispurtunnels.Im Betonsegel musste eine ge-krümmte Kabelführung gesuchtwerden, die mit ihren Umlenk-kräften das Eigengewicht des

Fig. 6

Statisches System.Statical system.

Fig. 4

Ansicht von der Oberwasserseite.Plan view from upstream side.

Fig. 5

Querschnitte Portalbereich und Brückenbereich.Cross sections in the portal and bridge regions.

88,50 m. Zur Reduktion der Bean-spruchungen und der Verformun-gen sind die Träger an vorgespann-ten Betonsegeln aufgehängt undzum Tunnelportal hin abgespannt.Damit wird das Portalbauwerk zueinem tragenden Bestandteil derBrücke.Die Trogkonstruktion selbst undin die Längsträger eingelassene,

so-called “concrete sails” andanchored to the tunnel portal. Inthis way the tunnel becomes aload-bearing component of thebridge.The trough structure itself as wellas inlaid sound-absorbing ele-ments provide the noise protec-tion. Load-bearing members over-lap with noise-protection ele-

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ments and thus do not generateany additional surfaces. Further-more, the monolithic connectionof tunnel and bridge makes itpossible to omit a noisy transitionjoint. The tunnel portal reachesinto the river area, which helpsprotect the residential area abovethe tunnel from traffic noise. Thewalls and the roof in the tunnelportal area are lined with soundabsorbing elements.Thanks to the overhead load-bearing structure, a low gradientmarker is possible, which resultsin the optimal vertical alignmentof the road and tunnel.

StructureThe structure is a single-spantrough bridge which is fixed onone side. Prestressed cross girdersare hinged to the main girdersand support the deck. These crossgirders are simply supported andspan 13.0 m each.The bridge spans 88.5 m and themain girders are 2.60 m high. Thefixation of the bridge to the tun-nel portal, together with the con-crete sails enables a pier-freecrossing of the Aare River.A movable bearing support andan expansion joint allow longitu-dinal movements of the bridge atthe eastern abutment.Prestressing in the longitudinaland transversal directions pre-vents the superstructure fromcracking under the effects of

Segels kompensiert. Die Vorspan-nung ist so ausgelegt, dass unterständigen Lasten auch in denQuerschnitten am oberen undunteren Ende des Segels keinewesentlichen Randzugspannun-gen auftreten.Für die gesamte Vorspannungwerden Kunststoffhüllrohre (Ka-tegorie b) verwendet.

Statisches SystemDie Schnittkraftermittlung erfolg-te an einem räumlichen Stabmo-dell. Dabei ist die Brücke mit zweiLängsträgern, 20 Querträgernund zwei Zugstreben (Betonse-gel) modelliert. Auch das Tunnel-portal wurde mit Stäben model-liert. Um die Scheibenwirkungder Tunnelwände und -decken zusimulieren, wurden Fachwerkdia-gonalen eingeführt. Die Lage-rung der Brücke wurde mit elasti-schen Federn abgebildet, welchedie Nachgiebigkeit der Pfähle be-rücksichtigen. Die Schnittkräfte des Tunnelpor-tals aus der Quertragwirkung wur-den an einem ebenen, rahmen-förmigen Stabmodell mit zweiunten eingespannten Stielen,einem oberen Horizontalträgersowie einem elastisch gelagertenRiegel (Bodenplatte) ermittelt.Die Optimierung der Kabelfüh-rung war sehr aufwändig, da so-wohl die Auswirkungen auf dieSpannungen in Gebrauchszustandzu berücksichtigen waren als auch

dead loads and therefore provi-des enhanced durability. Some ofthe prestressing tendons risethrough the superstructure andgo up through the sails and intothe tunnel portal. They are an-chored in the tunnel structure.In the sails, a curved tendonrouteing had to be determined inorder to compensate the deadload by deflection forces. The pre-stressing has been specifically de-signed so that, under dead loads,no edge tensile stresses occur inthe cross sections of the sails. Onlyplastic ducts are used for the ten-dons.

Structural SystemInternal forces were determinedby the use of a three-dimensionaltruss model. The bridge wasmodeled with two longitudinalgirders, 20 cross girders and twoties (concrete sails). A truss modelwas also applied to determine thestresses in the tunnel portal.Diagonal members were added totake into account the diaphragmaction of tunnel walls and coverslab. Elastic springs were chosento model the flexibility of thepiles in the ground.The effects in the tunnel portalresulting from the transverseload-bearing behavior were de-termined using a linear elasticframe model. The model consistsof two posts fixed at the bottom,an upper cross girder and a lower,

Fig. 7

Längsvorspannung Abschnitt West.Longitudinal prestressing Section West.

Fig. 8

Längsvorspannung Abschnitt Ost.Longitudinal prestressing Section East.

75

die konstruktive Ausgestaltungder dreidimensionalen Führungvon Längs- und Quervorspannung(Kreuzungs- und Verankerungs-stellen). Ausserdem wurde gros-ser Wert auf die einwandfreieVerlegbarkeit der Bewehrungund das Verarbeiten des Betonsgelegt.Die Bewehrung und Vorspannungwurden in den Knotenbereichendreidimensional aufgezeichnetund optimiert. Um die Verarbeit-barkeit zu überprüfen, wurde jeein Musterelement erstellt vomBereich des Portalknotens undvom Anschluss des Querträgers anden Hauptträger. Die Musterele-mente wurden in Originalgrössegeschalt, bewehrt und mit demfür die Brücke vorgesehenenBeton C50/60 betoniert.

TagbautunnelDer beim Portal beginnendeDreispurbereich des Tagbautun-

elastically bedded cross girder (asfloor slab).The optimization of the prestres-sing tendon profile was quitecomplex. The effects on the stres-ses under service loads as well asthe structural detailing had to beconsidered. Special attention hadto be paid to the crossings of lon-gitudinal and transverse prestres-sing and the anchorage zones.Another important issue was todesign a reinforcement layoutthat would allow proper reinfor-cement placement and concreteworkability.In order to optimize the reinfor-cement and the prestressing pro-file in the nodal zones, three-di-mensional drawings were made.Specimens of the portal node andthe connection between cross gir-der and main girder were built totest the concrete’s workability.These specimens were fabricatedin full-scale and cast with a con-

nels ist monolithisch mit derBrücke verbunden und gehörtzum Brückentragwerk. Er ist rund40 m lang und dient der Brückeals Gegengewicht. Die in Quer-richtung als Rahmen wirkendeKonstruktion ist schlaff bewehrt.Mit der Längsvorspannung in denTunnelwänden wird das Gegen-gewicht für die Brücke aktiviert.Vollflächig verklebte Polymer-Bitumen-Dichtungsbahnen dich-ten die Decke und die Wände ab.

Fig. 9

3-D-Modell vom Anschluss Querträger – Längsträger und fertiges Muster-element in Originalgrösse.3-D model of connection of transverse and longitudinal beams and completedprototype element in original size.

Fig. 10

3-D-Modell des Portalknotens und fertiges Musterelement in Originalgrösse.3-D model of portal nodes and completed prototype element in original size.

Project data

OwnerCanton of Solothurn, Amt fürVerkehr und Tiefbau, SolothurnContractorsConsortium Brücken Olten: ImpleniaBau AG, Zurich (lead); Rothpletz,Lienhard + Cie, Aarau; Frutiger AG,Thun; Meier + Jäggi AG, OltenDesignDesign team maya: Bänziger PartnerAG, Ingenieure + Planer SIA USIC,Baden (lead); ACS-Partner AG, dipl.Bauingenieure ETH SIA USIC, Zurich;Eduard Imhof, Architekt, Lucerne;David + von Arx, Landschaftsarchi-tekten, Solothurn

Technical informationTrough bridge, prestressed in longitu-dinal and transverse directionsLength (incl. three-lane cut-and-covertunnel): 140 mSpan: 88.50 mWidth: 15.60 mPile foundation: Ø 90 and Ø 130 cm

CostsApprox. CHF 16.5 Mio.

Construction period2008–2011

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crete of the same strength classC50/60 that will be used for thebridge as well.

Cut-and-cover tunnelBeginning at the portal, the three-lane cut-and-cover section is mo-nolithically connected with thebridge and belongs to the load-bearing structure of the bridge.This section is 40 m long and actsas a counterbalance for the bridge.In the transverse direction, thestructure functions like a frame. Itis not prestressed. The longitudinal prestressing inthe tunnel walls activates thecounterbalance for the bridge.The tunnel deck slab and wallsare sealed with polymer-bitumensheets.

AbutmentsThe eastern abutment features achamber that allows the inspectionof the bearings and the expansionjoint and – if necessary – a smoothreplacement of these wearing parts.The abutment is founded on sixbored piles Ø 90 cm. The depth ofembedment in the gravel is 17 m.The western abutment has totransfer loads from the bridge aswell as the tunnel. Therefore, two groups consistingof four bored piles of Ø 130 cmare planned. With a length of 35 m, they reach solid rock. Theiranchoring depth in the rock ave-rages 3 m. As a consequence,practically no settlements areexpected.

WiderlagerDas Widerlager Ost ist mit einerWiderlagerkammer ausgestattet,um Lager und Fahrbahnübergangkontrollieren und im Bedarfsfallaustauschen zu können. Es ist aufsechs Bohrpfählen Ø 90 cm fun-diert. Diese sind 17 m im Nieder-terrassenschotter eingebunden.Beim Widerlager West werdensowohl Lasten aus dem Tunnel alsauch aus dem Brückenkörper inden Untergrund abgeleitet. Diesgeschieht über zwei beidseitigvon der Brücke angeordnetePfahlgruppen à vier BohrpfählenØ 130 cm. Diese reichen mit 35 mLänge bis auf den Fels und sinddort 3 m tief eingebunden. Damitist eine praktisch setzungsfreieFundation gewährleistet.

Bauablauf und -verfahrenDer Bauvorgang basiert auf er-probten und bewährten Verfah-ren und Abläufen:– Hilfsbrücke zur Erschliessung

der linksufrigen Baugrube– Erstellen des Tagbautunnels

über die Hilfsbrücke– Umbau Hilfsbrücke zu Lehrge-

rüst– Erstellen des Überbaus in zwei

Etappen– Erstellen von Portal und Beton-

segel.Die Herstellung der teilweise un-gewöhnlichen Formen ist sehranspruchsvoll und verlangt vomUnternehmer eine gute Arbeits-vorbereitung und ein hohes Fach-wissen.

Construction sequence andmethodsConstruction methods are basedon well-proven and reliable pro-cedures and workflows:– Temporary bridge for the deve-

lopment of the left-bank con-struction pit

– Construction of the cut-and-cover tunnel using the tempo-rary bridge

– Conversion of the temporarybridge into falsework

– Construction of the superstruc-ture in two stages

– Construction of the tunnel por-tal and concrete sails.

The fabrication of the partly un-usual shapes is very challengingand requires high-quality processengineering and the know-howof the contractor.

Autoren/Authors

Harry Fehlmanndipl. Bauing. ETHBänziger Partner AGCH-5400 Badenh.fehlmann@bp-ing.ch

Rudolf VogtDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHACS-Partner AGCH-8050 Zürichrudolf.vogt@acs-partner.ch

Fig. 11

Querschnitt Tagbautunnel mit Längsvorspannung in denTunnelwänden.Cross section of cut-and-cover tunnel with longitudinalprestressing in the tunnel walls.

77

IntroduzioneIl nuovo ponte sulla Verzasca aFrasco, concepito nel 2002 e rea-lizzato nel 2009, è caratterizzatoda un concetto strutturale inno-vativo scaturito dall’esigenza diottenere la massima trasparenza,facilitare il deflusso del fiumeVerzasca, aumentare la durabilitàe ridurre i costi di costruzione e dimanutenzione.

Inserimento nel paesaggioe scelte progettualiLa strada che raggiunge l’altavalle Verzasca attraversa il fiumeomonimo su un ponte in muratu-ra costruito nel XIX secolo. L’an-tico ponte a due campate poggiasu un blocco roccioso situato alcentro dell’alveo. La larghezzaesigua della carreggiata (4,80 m),

IntroductionIn this paper the main aspectswith respect to the design andthe construction of the newbridge over the River Verzasca atFrasco (Switzerland) are present-ed. The structure was designed in2002 and built in 2009. It presentsan innovative structural conceptcoming from the need to achievemaximum transparency for thestructure, minimizing the impacton the flow of the River Verzasca,enhancing the durability androbustness of the structure andreducing construction and main-tenance costs

Landscape considerationsand designThe road through the VerzascaValley crosses over the River Ver-

lo stato deteriorato della volta ela stabilità precaria dei muri ditimpano al passaggio dei veicolipesanti avevano spinto il commit-tente a richiedere l’elaborazionedi un progetto di risanamentoche prevedeva la costruzione diuna nuova piattabanda in calce-struzzo armato e un intervento dirinforzo sistematico della struttu-ra muraria. Il costo elevato diquesto progetto e l’impatto visivodella nuova piattabanda avevaindotto il committente, in alter-nativa al risanamento del ponteesistente, alla costruzione di unnuovo ponte situato a valle. Lasituazione delicata, con l’anticoponte nelle vicinanze, richiedevaun progetto nello stesso temposobrio, elegante e con un caratte-re sufficientemente forte. Si è

Il nuovo ponte sulla Verzasca a FrascoThe new bridge at Frasco over the Verzasca River

Aurelio Muttoni, Livio Muttoni, Franco Lurati

Fig. 1

Il nuovo ponte visto da valle.View of the new bridge.

78

zasca by means of a 19th centurymasonry bridge. The existingbridge has two spans, with a pierfounded on the rocks in themiddle of the river. The bridgepresented some restrictions suchas a rather limited width (4.8 m),damage in the arched sectionsand stability problems with thevertical walls. A rehabilitationproject for the bridge howeverdid not materialise due to its highcost. As an alternative, the projectfor a new bridge was proposed.In this paper the new bridge pro-ject is presented.The design of the new bridge wasgreatly influenced by the pre-

pertanto optato per una strutturamonolitica in calcestruzzo armatoprecompresso con una campataunica che garantisse la massimatrasparenza in modo da non nas-condere l’antico ponte con il suocaratteristico appoggio centrale. Il fiume Verzasca ha un caratteretorrenziale e una portata mediache non raggiunge i 10 m3/s; nelcaso di precipitazioni si possonoverificare forti aumenti dellamassa d’acqua e la piena centen-nale è stimata a ben 660 m3/s. In-oltre, in caso di piena, l’alveo puòdiventare instabile fino a una pro-fondità di alcuni metri. Per questomotivo, le fondazioni hanno do-

sence of the existing one, as itneeded to be smooth and unob-trusive but with some character.While taking into account theseconsiderations, it presented anopportunity to design a slenderprestressed concrete girder, ensur-ing maximum transparency, sothat the existing masonry bridgewas not hidden. The cross-sectionof the bridge is T-shaped with asingle web. The River Verzasca experiencessignificant flooding in spring andsummer. Typically, the flow is nomore than 10 m3/s. However, dur-ing floods, the river may carry upto 660 m3/s. In addition, duringfloods, the first few metres of thesoil can become unstable. Due tothese considerations, foundationsneeded to be deep enough toavoid the danger of scour. In orderto comply with such exigenciesand to fix the ends the T-shapedgirder to increase the slendernessof the bridge, an efficient structu-ral concept was developed. It con-sists in creating two supports (oneat each end) founded on deepfootings. Each support is compos-ed of a narrow inclined wall andan inclined strut, the girder beingfixed to both elements. The shape

Fig. 2

Lavori di sistemazione a ponte ultimato. Sullo sfondo s’intravede il ponte adarco del XIX secolo.Work during construction. 19th century bridge can be seen in the background.

CommittenteCanton Ticino, Dipartimento delTerritorioProgettoIng. Aurelio Muttoni, Livio Muttoni,Franco Lurati e Marco Tajana(Grignoli Muttoni Partner Studio d’ingegneria SA, Lugano)Consulente per l’inserimentopaesaggisticoArch. Michele Arnaboldi, LocarnoImpresa costruttriceMancini e Marti SA, Bellinzona

Costo totale3 100 000 CHF IVA inclusa (onorari compresi)

ClientCanton Ticino, Dipartimento delTerritorioDesignIng. Aurelio Muttoni, Livio Muttoni,Franco Lurati e Marco Tajana(Grignoli Muttoni Partner Studiod’ingegneria SA, Lugano)Landscape consultingArch. Michele Arnaboldi, LocarnoConstruction firmMancini e Marti SA, Bellinzona

Cost3,100,000 CHF (VAT and design costsincluded)

79

vuto essere impostate a una pro-fondità sufficiente da scongiurareil pericolo di scalzamento. L’esigen-za di garantire la massima tras-parenza e quella di permettere ildeflusso in caso di piena hannoportato allo sviluppo di uno sche-ma strutturale innovativo costi-tuito da una trave molto snella,sostenuta da due puntoni inclina-ti appoggiati a loro volta su duepiedritti adagiati sulle due rivedella Verzasca e fondati su duepiastre di fondazione profonde.

StrutturaIl ponte presenta una lunghezzatotale di 85,20 m e una luce di41,60 m all’innesto dei puntoni.La piattabanda larga 7,00 m e lanervatura centrale larga 1,10 mformano una sezione a T. Questasezione risulta dalla volontà digarantire la massima trasparenzae massimizzare la durabilità conla struttura portante protettadalla piattabanda. La torsionenell’impalcato generata dai carichiasimmetrici sulla sezione è tras-messa dalla nervatura centrale aipuntoni e ai piedritti. L’impalcatocon snellezza pari a 1,50/43,10 =1/29 in campata e 2,50/43,10 = 1/17all’appoggio sui puntoni, è pre-

and dimensions of the various ele-ments were optimized in order toprovide maximum transparency.

StructureThe bridge is 85.20 m long, with acentral clear span of 41.60 m. Thedeck slab is 7.0 m wide, supportedon a central web 1.10 m thick (T-shaped cross-section). Such a cross-section was selected in order toensure maximum transparencyand to increase durability due tothe protection offered by thedeck slab. Torsion due to eccentricloading is transmitted by the cen-tral web to the supports. The gir-

compresso su tutta la lunghezzacon tre cavi da 19 trefoli ø 15,7 mm.I due puntoni sono impostati aun’altezza ben superiore a quelladelle fondazioni in modo dagarantire il deflusso del fiumeVerzasca e una buona trasparen-za. Ne risulta una sollecitazioneimportante dei piedritti che sonostati pertanto precompressi condue cavi da 19 trefoli ø 15,7 mmciascuno. La forma dei piedritti,come pure quella dei puntoni, èstata ottimizzata in funzionedegli sforzi mediante un’analisicon campi di tensione e modellibielle-e-tiranti.

Fig. 3

Telaio con sezione a T e trave unica centrale.T-shaped girder and support.

Fig. 4

Vista.Elevation view.

80

der has a slenderness ratio equalto 1.50/43.10 = 1/29 at mid-spanand to 2.50/43.10 = 1/17 at the sup-ports. Prestressing of the girderconsists of three tendons with 19strands of 15.7 mm diameter. In order to minimize interferencewith the flow of the River Ver-

La struttura a telaio è completa-mente monolitica con le spalle econ le solette d’assestamento. Ciòpermette di evitare l’impiego digiunti di dilatazione, sia nellastruttura che nella pavimentazio-ne, in modo da ridurre i costi dimanutenzione.

CostruzioneIl cantiere è stato aperto duranteil mese d’ottobre 2008. Dopo ilgetto delle fondazioni avvenutonella primavera 2009 si è provve-duto alla costruzione dei piedrittiprecompressi e dei puntoni. L’im-palcato è in seguito stato realiz-zato nel mese di giugno 2009 suuna centina convenzionale conun getto unico su tutta la lung-hezza del ponte. I cordoli sonostati gettati in seguito alfine dicorreggere le inevitabili impreci-sioni della centinatura usando uncalcestruzzo resistente al gelo e aisali di disgelo. I lavori di finiturasono stati ultimati nel mese di set-tembre 2009. Per tutto il pontesono stati utilizzati 750 m3 di cal-cestruzzo (classe C25/30 per lefondazioni e i cordoli; C30/37 peril resto della struttura), 140 t d’ac-ciaio d’armatura e 7,8 t d’acciaioarmonico per cavi di precompres-sione.

zasca, the struts of the supportsdo not carry the loads directly tothe foundations. As a result, signi-ficant forces develop in the wall.Therefore two tendons with 19strands 15.7 mm in diameter areinstalled to ensure sufficientstrength at the ultimate load andsatisfactory behaviour under ser-vice loads. The shape of the sup-ports was optimized during de-sign by considering stress fieldsand strut-and-tie models.The framed structure is fullymonolithic to the abutments andapproach slabs. This avoided plac-ing expansion joints or bearingswith the aim of reducing main-tenance costs.

ConstructionConstruction started in October2008. After casting of the founda-tions (in spring 2009), the sup-ports were installed. Finally, the T-shaped girder was concreted inJune 2009. Concreting took placeon conventional falsework and inone sequence. The edge beams(supporting the safety barriers)were subsequently cast (using aconcrete resisting icing and de-frosting salts) and allowed correc-ting potential inaccuracies of thefalsework.Casting of the bridge required750 m3 of concrete. The specifiedcompressive strength of concretewas 25 MPa for the foundationsand 30 MPa for the rest of thestructure. 140 tons of ordinary re-inforcement was used and 7.8 tonsof prestressing steel.

Fig. 6

Modello a bielle-e-tiranti per il dimensionamento dei piedritti e dei puntoni.Strut-and-tie model for dimensioning of support elements.

Autori/Authors

Aurelio MuttoniProf. Dr ès techn., ing. dipl. ETHZ

Livio MuttoniIng. dipl. SUPSI

Franco LuratiIng. dipl. ETHZ

Grignoli Muttoni Partner Studiod’ingegneria SACH-6900 Luganoinfo@gmpartner.ch

Fig. 5

Sezione trasversale.Cross-section.

81

EinleitungDie Verbindungsstrasse Nairs–Ta-rasp ist die einzige Strassenver-bindung zum Kurort Tarasp-Vul-pera. Die schmale, an mehrerenStellen unübersichtliche Strasseist bautechnisch in einem schlech-ten Zustand. Ein Variantenstu-dium zeigte, dass der Bau einerneuen Brücke die beste Lösungzur Beseitigung dieser unbefriedi-genden Situation ist. Aus diesemGrund wurde im Jahr 2005 einProjektwettbewerb für eine neueBrücke durchgeführt, aus demdas in diesem Beitrag beschriebe-ne Projekt LUNA als Siegerprojekthervorging.

SituationDie rund 240 m lange InnbrückeVulpera überspannt die Inn-schlucht in einer Höhe von rund70 m. Die zweispurige Strassen-brücke ist im Grundriss geradeund weist ein Längsgefälle vongenerell 7,5% auf.

IntroductionThe road Nairs–Tarasp is the onlyroad connection to the touristdestination Tarasp-Vulpera. Thenarrow and windy road is in apoor condition. A concept studyshowed that the construction of anew bridge is the best solution toeliminate this unsatisfying situa-tion. As a result, a design competitiontook place in 2005. The projectLUNA was the winning designand the project details are pre-sented in the following article.

SituationThe approximately 240 m long InnBridge Vulpera spans the Inngorge at a height of about 70 m.The straight two lane bridge hasa longitudinal slope of 7.5%.The design and construction ofthis structure was technically andaesthetically demanding. Thestructural concept is the result ofan intensive evaluation of the

Die Projektierung und Ausfüh-rung dieses Bauwerks war in tech-nischer und in gestalterischer Hin-sicht anspruchsvoll. Das Tragwerks-konzept ist das Resultat einerintensiven Auseinandersetzungmit den topografischen, land-schaftlichen und geologischenBesonderheiten des Ortes. Der für die Fundation einer Brü-cke geeignete Fels (stabiler Bünd-nerschiefer) steht erst in grössererTiefe an, und die linke Talflankeist instabil. Daher sollten keineHorizontallasten infolge vertika-ler Beanspruchungen resultierenund die Horizontallasten in Kom-bination mit grossen Vertikallas-ten abgeben werden können.Die Zugänglichkeit der Talflankenist durch Hangneigungen vonüber 100% erschwert. Es solltenmöglichst wenige Einzelbaustel-len in den Talflanken erforderlichsein, um die Baustelle mit ver-nünftigem Aufwand erschliessenzu können.Die neue Brücke ist aus manchenPerspektiven gut einsehbar undwird das Landschaftsbild gross-räumig prägen. Sie soll sich selbst-bewusst, aber ohne spektakuläresPathos in die dramatische Land-schaft einfügen.Die gewählte Lösung, eine sorg-fältig gestaltete und durchkon-struierte Freivorbaubrücke, wider-spiegelt die hohen Anforderun-gen, welche die Umgebung an dasBauwerk stellt.

TragwerkskonzeptGesamtsystemDie Innbrücke Vulpera wurde alsFreivorbausystem mit zwei Pfei-lern und einem gevouteten Trägerkonzipiert. Im Endzustand wirktdas Bauwerk als in den Pfeiler-fundamenten eingespannter ver-schieblicher Rahmen (schwim-mende Lagerung). Damit kanndie im Bauzustand erforderlichePfeilersteifigkeit auch im Endzu-

Punt d’En Vulpera (Innbrücke Vulpera)Inn Bridge Vulpera

Walter Kaufmann, Oliver Müller, Rudolf Vogt

Fig. 1

Längsschnitt und Situation.Longitudinal section and situation.

82

topographical, environmental andgeological issues at the projectsite.The sound rock (Grisons shale) issuitable for bridge foundations;however it is found only at greatdepth. In addition, the left valleyslope is unstable. This is why nohorizontal foundation forcesshould result from vertical loadsand other horizontal forcesshould only occur in combinationwith large vertical forces.The access to the site is very diffi-cult due to the steep valley slo-pes. An important project goalwas to build this bridge with theleast amount of access points. The new bridge can be seen frommany locations and will have agreat impact on its surroundings.It should be a prominent and ele-gant structure, without overpo-wering the spectacular alpinelandscape. The chosen structure, a carefullydesigned and detailed concretebox girder bridge, reflects thehigh demands imposed by its sur-roundings.

stand ausgenützt werden, unddie Widerlager in den steilen, teil-weise instabilen Talflanken müs-sen keine Horizontalkräfte abtra-gen. Auch reduziert dieses Lage-rungskonzept die Erdbebenein-wirkungen erheblich. Die Pfeilerstandorte wurden auf-grund von statischen und gestal-terischen Überlegungen so ge-wählt, dass die Spannweiten dereinzelnen Felder in einem ausge-wogenen Verhältnis zueinanderstehen, die beiden Pfeiler ähnli-che Höhen aufweisen und aufeine zusätzliche Stütze auf derSeite Tarasp verzichtet werdenkonnte. Die Gesamtlänge derBrücke beträgt 236,0 m, mit Feld-längen von 59,0+104,0+73,0 m. Die Form des Überbaus und derPfeiler wurde in Anlehnung andie statischen Erfordernisse ent-wickelt und hinsichtlich Bauab-lauf und Gestaltung optimiert.

ÜberbauDie Geometrie des Überbaus wur-de so festgelegt, dass eine sym-metrische Bauweise von den

Structural conceptStructural SystemThe Inn Bridge Vulpera is a cast-in-place segmental concrete boxgirder bridge. The variable depthgirder has two piers and is con-structed using the balanced canti-lever method. The superstructureis monolithically connected to thepiers and has expansion bearingsat the abutments. The requiredpier stiffness during the construc-tion period can also be used inthe final structure. Therefore, theabutments, located in the steep,partly unstable valley slopes, donot have to resist horizontal for-ces. This bearing layout reducesthe earthquake forces as well. The pier locations were determin-ed taking into consideration thestructural and aesthetic con-straints. Criteria included: a wellbalanced span layout, similar pierheights and avoidance of an addi-tional pier on the Tarasp side. Thetotal length of the bridge is 236 m,with spans of 59.0 + 104.0 + 73.0 m.The shape of the superstructureand the piers were developed

Project data

Owner and project managementCanton Grisons, Civil EngineeringOffice, Structures Department, ChurDesign and construction support ACS-Partner AG, Bauingenieure,Zürich; dsp Ingenieure & Planer AG,Greifensee; Eduard Imhof, Architekt,Luzern; Dr. Vollenweider AG,Geotechnik, ZürichConstruction supervisionCanton Grisons, Civil EngineeringOffice, Structures Department, Chur;Bänziger Partner AG, ChurContractorsStrabag, Zürich; J. Erni Bauunter-nehmung, Flims; G. Lazzarini & Co.AG, Samedan; Foffa + Conrad SA,Zernez; Bezzola Denoth AG, Scuol

Technical dataconstruction period 2007 – 2010construction costs approx. CHF 17.5Mio (incl. road work)length 236.0 mdeck width 9.26 mgirder depth 2.10–6.14 mmax. pier height 57.50 m

Quantitiesconcrete approx. 6600 m3

formwork approx. 15 800 m2

reinforcing steel approx. 900 tpost-tensioning cable approx. 88 tsoil excavation approx. 5300 m3

rock excavation approx. 2800 m3

Fig. 2

Freivorbau Tarasp (4. Etappe).Cantilever construction on the side Tarasp (4th segment).

83

Pfeilern aus auf einer Länge vonjeweils 51 m möglich war. In denEndfeldern wurden die verblei-benden Restlängen von 8 m bzw.22 m mit freitragenden Lehrge-rüstkonstruktionen erstellt, diean den bereits gebauten Überbauangehängt und bei den Wider-lagern abgestützt wurden.Der Überbau besteht aus einemgevouteten Hohlkastenquerschnitt.Seine Höhe beträgt maximal 6,14 min den Pfeilerachsen und verringertsich in Feldmitte bis auf 2,10 m.Der Verlauf der Querschnittshöheentspricht einer Parabel mit demExponenten 1,7. Dies ergibt einegleichmässige Ausnützung derStege.

foremost by considering thestructural performance and opti-mized with regard to constructi-on process and design.

SuperstructureThe geometry of the superstruc-ture was developed to allow a ba-lanced construction method fromthe piers over a length of 51 m toeach side. The remaining sidespan portions of 8 m and 22 mwere constructed using falseworkattached to the tip of the cantile-ver and supported again at theabutments. The variable depth box girder hasa maximum depth of 6.14 m overthe piers and decreases to 2.10 m

Die Vorspannung ist so konzi-piert, dass weder im Bau- noch imEndzustand Zugspannungen un-ter ständigen Lasten auftreten.Damit ist die Bruchsicherheit inallen Querschnitten mit einer ver-nünftigen schlaffen Bewehrungerfüllt.Die Stege des Trägers sind V-för-mig nach innen geneigt. Dadurchwerden die Flanken der unterenKastenplatte, die eine konstanteBreite aufweist, freigespielt, wasihre von der Feldmitte zu denPfeilern kontinuierlich zunehm-ende Stärke sichtbar macht. DiePlattenstärke verläuft affin zurTrägerhöhe und ist direktesAbbild der auftretenden Kräfte.

Fig. 3

Winterpause auf der Baustelle im Engadin.Winter break at the construction site in the Engadin.

Fig. 4

Freivorbau Scuol (8. Etappe).Cantilever construction on the side Scuol (8th segment).

Fig. 5

Brückenquerschnitt in Feldmitte und über Pfeiler.Bridge section at midspan and over the piers.

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at midspan. The variation of thegirder depth follows a parabolawith an exponent of 1.7 andyields a fairly uniform shear stressdistribution in the webs. The post-tensioning cables arelaid out to avoid any tensionstresses under permanent loads.

PfeilerDie Pfeiler weisen Höhen von57,50 m bzw. 43,50 m auf. Sie die-nen sowohl im Bauzustand alsauch im Endzustand der horizon-talen Stabilisierung des Überbaus.Die Querschnittsabmessungen derPfeiler orientieren sich an derenBiegebeanspruchungen in Längs-und Querrichtung (Endzustand).Die Taille der Pfeiler liegt imBereich der minimalen Gesamt-beanspruchung. Ihre Grundformist ein Rhomboid. Zwei schiefdazu liegende Ebenen schneidendie Taillierung aus dem Grund-körper und führen die Geome-trien von Pfeilerkopf und Pfei-lerschaft zusammen. Es entstehteine interessante Pfeilerform, die– analog zum Träger – Abbild desKräfteverlaufs ist.

WiderlagerDer Überbau wird bei beidenWiderlagern in Längsrichtungverschieblich gelagert. Bei denvorhandenen Bewegungslängensind mechanische Fahrbahnüber-gänge (wasserdichte mehrzelligeLamellenfugen) notwendig. Unter-haltsräume gewährleisten dieZugänglichkeit der Fahrbahn-übergänge und Lager. AllfälligesWasser wird über Rinnen kontrol-liert abgeleitet. Bei beiden Widerlagern wurdenneue Stützmauern erstellt, die

With this post-tensioning steeland a reasonable amount of addi-tional mild steel, the ultimatecapacity is guaranteed. The bottom slab of the box girderhas a constant width. Due to theinclined webs and the variabledepth girder, the side faces of thebottom slab become visible. Thisshows the continually increasingdepth of the bottom slab andemphasizes the flow of the for-ces.

PiersThe piers have a height of 57.50 mand 43.50 m, respectively. Theyprovide the horizontal stabilizati-on of the superstructure duringthe balanced cantilever construc-tion as well as in the final structu-re. The dimensions of the pier secti-ons correspond with the bendingmoments in the longitudinal andtransverse directions. The waist ofthe pier is located in the area ofminimal forces. The basic form isa rhomboid. Two inclined planescut the waist out of the basicform and bring the geometry ofthe pier head and the pier basetogether. The result is an inter-esting pier shape, which is – ana-logous to the superstructure gir-der – a picture of the force flow.

AbutmentsThe superstructure rests on ex-pansion bearings at the abut-ments and is free to move in thelongitudinal direction. Modularexpansion joints are required dueto the large expansion/contractionmovements. The abutments alloweasy inspection of expansionjoints and bearings. Troughs areinstalled under the expansionjoints as a second level of protec-tion. They allow a controlled drai-nage of leaking water. New retaining walls had to beconstructed next to the abut-ments. They reach a considerableheight due to the steep slopesand had to be founded on cais-sons.

FoundationsThe foundations are located insteep labile to unstable slopes.

Fig. 6

Fugenschluss im Mittelfeld.Closure pour at midspan.

Projektdaten

Bauherr und GesamtprojektleitungKanton Graubünden, Tiefbauamt,Abteilung Kunstbauten, ChurProjektverfasser und technischeBauleitungACS-Partner AG, Bauingenieure,Zürich; dsp Ingenieure & Planer AG,Greifensee; Eduard Imhof, Architekt,Luzern; Dr. Vollenweider AG, Geo-technik, ZürichÖrtliche BauleitungKanton Graubünden, Tiefbauamt,Abteilung Kunstbauten, Chur;Bänziger Partner AG, ChurBauausführungStrabag, Zürich; J. Erni Bauunter-nehmung, Flims; G. Lazzarini & Co. AG,Samedan; Foffa + Conrad SA, Zernez;Bezzola Denoth AG, Scuol

Technische DatenBauzeit 2007–2010Baukosten ca. CHF 17,5 Mio. (mitStrassenanpassungen)Länge 236,0 mBrückenbreite 9,26 mTrägerhöhe 2,10– 6,14 mMax. Pfeilerhöhe 57,50 m

HauptmassenBeton ca. 6600 m3

Schalung ca. 15 800 m2

Bewehrungsstahl ca. 900 tVorspannkabel ca. 88 tAushub Lockergestein ca. 5300 m3

Aushub Fels ca. 2800 m3

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wegen der sehr steilen Hangnei-gungen teilweise recht hoch sindund auf Schächten fundiert wur-den.

FundationDie Fundationen in labilen bisinstabilen, steilen Hängen in dervorliegenden geotechnischen Si-tuation haben ausführungstech-nische und kostenrelevante Fol-gen. Daher wurde das Projekt indieser Beziehung optimiert. Das Fundationskonzept mitSchächten erlaubte, sehr flexibelauf die effektiv angetroffenenBaugrundverhältnisse, insbeson-dere die Oberfläche des gesun-den Bündnerschiefers, zu reagie-ren. Der Pfeiler Scuol wurde auf einemSchacht Ø10,0 m mit 4,7 m Stärkein einer Tiefe von rund 18 m im sta-bilen Bündnerschiefer fundiert.Über der Fundation folgt ein Zy-linderschacht mit drei verschiebli-chen, in den Fugen knautschba-ren Trapezringen, welche die tief-liegenden langsamen Verschie-bungen des Untergrunds mitma-chen. Der oberhalb dieser Ringeliegende, biegesteife Schachtan-satz von rund 8 m Höhe über-nimmt die Kriechdruckkräfte ausder oberflächlichen, schnellerenRutschmasse. Der Schachtdurch-messer wurde so festgelegt, dass– unter Ansatz eines oberen Grenz-

These geotechnical challengeshad considerable consequenceson the construction costs and alsoon the construction process. Inthis regard the project had to beoptimized during the design pro-cess. The foundation concept with cais-sons allowed adjustment to theactually encountered geotechni-cal conditions, such as the actuallevel of the sound rock (Grisonsshale). The pier Scuol is founded on aØ10.0 m caisson with a length of4.7 m and a depth of approxima-tely 18 m in the stable Grisonsshale. On top of the foundationthere is a cylindrical, hollow shaftincluding three movable rings(separated by compressible jointmaterial), which can adjust to theslow horizontal deformations ofthe deep layers. Above the threerings is a bending stiff hollowshaft of approximately 8 mheight, which resists the pressurefrom the faster creeping slope onthe surface. The shaft diameterwas determined such that – basedon an upper bound of the creepvelocity of the slope – a lifetime(period without intervention) of100 years can be achieved.The pier Tarasp is founded on aØ 9.0 m caisson with a length of8.5 m and a depth of approxima-tely 15 m in the stable Grisons

werts für die Kriechgeschwindig-keit des Hangs – eine Lebens-dauer (interventionsfreier Zeit-raum) von 100 Jahren gewährleis-tet ist. Der Pfeiler Tarasp wurde aufeinem Schacht Ø9,0 m mit 8,5 mStärke in einer Tiefe von rund 15 mfundiert. Das Widerlager Scuolsteht auf zwei Schächten Ø4,0 m(Tiefe 7,5 m), das Widerlager Ta-rasp auf zwei Schächten Ø3,0 m(Tiefe bis 10,0 m). Diese Schächtewurden konventionell mit Betonverfüllt.

BauausführungFür den Bau der Fundament-schächte in den steilen Talflankenwurde der bergseitige Hangan-schnitt mit ungespannten Ankern(Felsnägel) und Spritzbeton gesi-chert. Im Anschluss konnte dereigentliche Schachtaushub inEtappen von 1 bis 2 m Höhe (jenach Standfestigkeit des Bodens)erfolgen. Die Erstellung der Pfeiler erfolgtemit Kletterschalungen in Etappenvon 4,50 m. Die Grundetappe desÜberbaus mit einer Länge von 14 mwurde auf einem am Pfeilerkopfbefestigten Lehrgerüst betoniert.Anschliessend wurden die Frei-vorbauwagen installiert und derÜberbau in zehn symmetrischenFreivorbauetappen mit Längenvon 3,50 + 3,50 + 4,00 + 4,00 +

Fig. 7

Pfeiler Scuol.Pier Scuol.

Fig. 8

3D-Pfeilergeometrie.3D geometry of the piers.

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shale. The abutment Scuol isfounded on two caissons Ø4.0 m(length 7.5 m), and the abutmentTarasp on two caissons Ø 3.0 m(length up to 10.0 m). The cais-sons were conventionally filledwith concrete.

ConstructionFor the caisson construction, thesteep valley slope first had to besecured with non-prestressedground anchors (rock nails) andshotcrete. The caisson excavationwas done in 1 to 2 m deep stagesdepending on the stability of theground. The piers were constructed withclimbing formwork in 4.50 m highsegments. The 14 m long piertable was cast on falsework atta-ched to the top of the pier. Lateron, the travelers were installedand the cantilevers erected in tensymmetrical segments of 3.50 +3.50 + 4.00 + 4.00 + 4.50 + 4.50 +5.00 + 5.00 + 5.00 + 5.00 m. The segment lengths were esta-blished such that the segmentweights and therefore the loadson the traveler were nearly equalover the different stages. Theweights varied between 920 and700 kN. The segments were castsimultaneously in a 2-week cycle,

4,50 + 4,50 + 5,00 + 5,00 + 5,00 +5,00 m erstellt.Die Etappenlängen wurden sofestgelegt, dass das Gewicht derVorbauetappen, und damit dieBeanspruchung der Vorbauwa-gen, annähernd konstant waren;das Gewicht variierte zwischenrund 920 und 700 kN. DieErstellung erfolgte in einem Taktvon zwei Wochen pro Vorbau-etappe, wobei der Querschnitt inzwei Betonieretappen (Trog,Fahrbahnplatte) erstellt wurde.Zwei grosse Turmdrehkrane er-schlossen die Baustelle. BeimWiderlager Tarasp wurde eineKranbahn auf einer in der steilenTalflanke fundierten Stahlkon-struktion erstellt, damit der Kranmit einem Ausleger von 70 mLasten bis zur Brückenmitte brin-gen konnte. Der andere Kran miteinem Ausleger von 70 m war sta-tionär und wurde unmittelbarneben dem Pfeiler Scuol aufMikropfählen fundiert. DieserKran deckte die ganze nördlicheBrückenhälfte ab.

with the section poured in twoparts (bottom slab together withwebs then deck).The site was accessed with twotower cranes. The crane near theabutment Tarasp was installed ontracks, which were founded in thesteep valley slope. This allowedthe crane with a 70 m boom to liftmaterial up to the middle of themain span. The other crane with a70 m boom, located next to thepier Scuol, was stationary andfounded on micro piles. Thiscrane covered the whole nort-hern half of the bridge.

Autoren/Authors

Walter KaufmannDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHdsp Ingenieure & Planer AGCH-8606 Greifenseekaufmann@dsp.ch

Oliver MüllerPE, dipl. Bauing. ETHdsp Ingenieure & Planer AGCH-8606 Greifenseemueller@dsp.ch

Rudolf VogtDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHACS-Partner AGCH-8050 Zürichrudolf.vogt@acs-partner.ch

Fig. 9

Erstellung der Randfelder.Construction of the closure spans.

Fig. 10

Bauvorgang.Construction sequence.

87

IntroductionSitués sur le tracé de la route nati-onale A16 dans le canton du Jura,les viaducs du Creugenat sontactuellement en phase de cons-truction à l’ouest de Porrentruy, àproximité du village de Courte-doux. Au terme d’une procéduresélective à deux degrés inhabitu-elle, avec concours de projet enphase 1 et mandat parallèle enphase 2, le projet d’ouvrages enbéton réalisés par encorbelle-ment du bureau GVH DelémontSA a été retenu pour l’exécution.

SiteL’autoroute A16 franchit la valléesèche du Creugenat à une hau-teur maximale de 50 m. Les via-ducs enjambent une large brèchetrapézoïdale d’environ 180 m delongueur dont les versants dis-symétriques sont boisés. Le ver-sant Ouest présente une faiblepente ; le versant Est est plus es-carpé et difficile d’accès. Le fond de la vallée, constitué parle lit du déversoir occasionnel dela rivière souterraine l’Ajoulotte,est protégé par une zone d’inter-diction de construire de 60 m delargeur, aussi bien en phase deréalisation qu’en phase d’exploi-tation de l’ouvrage.

IntroductionLocated on the A16 national high-way in Canton Jura, the Creugenatviaducts to the west of Porrentruyare currently under construction,near the village of Courtedoux. Under the terms of an unusualtwo-stage selection procedure,with project bidding in phase 1,and a parallel contract in phase 2,the project based on a concretecantilever structure design, pro-posed by GVH Delémont SA, wasselected.

SiteHighway A16 crosses the dry val-ley of the Creugenat at a maxi-mum height of 50 m. The viaductsspan a wide trapezoidal-shapedgap approximately 180 m inlength, whose dissymmetric sidesare wooded. There is a gentlegradient on the West side, where-as the East side is steeper and dif-ficult to access. The valley floor, constituting thebed for the occasional surface flowof the Ajoulotte undergroundriver, is protected by a 60 m-widebuilding prohibition zone, bothduring the construction phaseand the operational phase for thestructure.

GéologieLes calcaires à Ptérocères du Kim-méridgien affleurent sur les deuxversants de la brèche; les marnesà Ptérocères sont interceptéeslocalement côté Ouest.Dans la plaine du Creugenat, onrencontre une couche quaternai-re constituée d’alluvions et delehms dont l’épaisseur maximaleatteint 8 m. La campagne de reconnaissancesgéologiques complémentaires2008, réalisée au terme de la pro-cédure sélective, a mis en évi-dence la présence d’importantskarsts dans les calcaires sous-ja-cents.

Conception structurale del’ouvrageLes viaducs Nord et Sud sont divi-sés en trois parties distinctes :– La partie centrale, constituée de

quatre fléaux d’une longueurcumulée de 384 m y compris lesclavages, réalisée par encorbel-lement à 50 m au-dessus dufond de la vallée (fig. 1).

– Le viaduc d’accès Ouest d’unelongueur de 148 m, réalisé surcintre fixe, avec des portées de38,6, 48,2 et 48,2 m et un porte-à-faux provisoire de 13 m (avantle clavage avec le fléau 4).

Les viaducs du CreugenatThe Creugenat Viaducts

Bernard Houriet, Jean-François Gnaegi, Sylvain Plumey

Fig. 1

Coupe longitudinale : zone d’interdiction de construire en rouge.Longitudinal section: construction prohibition zone in red.

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GeologyThe Kimmeridgian Pteroceras lime-stone is present on the surface ofboth sides of the gap. The Ptero-ceras marl is encountered locallyon the West side. In the Creuge-nat valley floor, there is a quater-nary layer made up of alluvia andsilty clay, whose maximum thick-ness reaches 8 m. The additionalgeological investigation in 2008,carried out under the terms ofthe selection procedure, revealedthe significant presence of karstsin the underlying limestone.

Structural designThe North and South viaducts aredivided into three separate sec-tions:– The central section, comprising

four beams with a total lengthof 384 m (including the zonesof the mid-span connections),constructed using the balancedcantilever method at a heightof 50 m above the valley floor(Fig. 1).

– The West access viaduct, 148 min length, constructed on a fix-ed centring, with spans of 38.6,48.2 and 48.2 m and a tempo-rary 13 m cantilever (beforethe connection with beam 4).

– The East end span, 26.8 m and12.50 m in length for the North

– La travée de rive Est d’une lon-gueur respective de 26,8 et12,50 m pour les viaducs Nordet Sud, réalisée également surcintre fixe.

La longueur totale des viaducsatteint 558,8 m (viaduc Nord) et544,5 m (viaduc Sud). En plan, lesviaducs Nord et Sud suivent untracé courbe caractérisé par unrayon de courbure de 869,275 met 912,875 m. La largeur totale dutablier est de 11,55 m (avec lesparapets). La largeur utile est de10,75 m (sans les parapets).

Système statiqueEn phase d’exploitation, le systè-me statique est flottant. La stabi-lité longitudinale est assurée es-sentiellement par les piles 4 à 7liées monolithiquement au tab-lier. Les piles 1 et 2 sont dissociéesdu tablier au moyen d’un appuimobile en tous sens et d’un appuibloqué transversalement. La pile3 est pourvue d’un appui bloquéen tous sens et d’un appui bloquétransversalement. Deux appuis mobiles en tous senset un appui de guidage sont pré-vus à chaque culée.En phase de montage, la culée 0est bloquée provisoirement dansle sens longitudinal jusqu’à ceque le clavage 4–5 ait été réalisé.

and South viaducts respective-ly, also constructed on a fixedcentring.

The total length of the viaducts is558.8m (North viaduct) and 544.5m(South viaduct). The drawingsshow that the North and Southviaducts have a curved alignmentdescribed by a radius of curvatureof 869.275 m and 912.875 m. Thetotal width of the deck is 11.55 m(with the parapets). The operat-ing width is 10.75 m (without theparapets).

Static systemDuring the operating phase, thestatic system is floating. The lon-gitudinal stability is essentiallyguaranteed by piers 4 to 6, linkedmonolithically to the deck. Piers 1and 2 are separated from the deckvia a mobile support (moving inall directions) and a transversallylocked support. Pier 3 has a sup-port locked in all directions and atransversally locked support. Two mobile supports (moving inall directions) and a guide sup-port are provided at each abut-ment.During the assembly phase, abut-ment 0 is provisionally locked inthe longitudinal direction untilconnections 4–5 have been com-pleted.

Fig. 2

Section transversale du tablier – viaduc d’accès.Cross section of deck – access viaduct.

Fig. 3

Section transversale du tablier – culots 5 et 6.Cross section of deck – footings for piers 5 and 6.

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TablierLe tablier en béton armé précon-traint est constitué d’un caisson àâmes verticales d’une largeur de4,75 m muni de deux porte-à-fauxde 3,4 m.La hauteur du tablier des viaducsd’accès, fixée à 2,4 m pour facili-ter l’entretien de l’ouvrage, estmaintenue constante dans toutela zone réalisée sur cintre fixe(fig. 2). La hauteur du tablier desfléaux réalisés par encorbelle-ment varie de 2,4 m au droit desclavages en travées à 5,60 m (flé-aux 5 et 6) respectivement 4,66 m(fléaux 4 et 7) au droit des culotssur appuis (fig. 3). L’épaisseur desâmes est fixée à 0,50 m pour leviaduc d’accès Ouest et à 0,45 mpour le solde de l’ouvrage. L’épais-seur de la dalle inférieure du cais-son varie longitudinalement de1,20 m sur les piles 5 et 6 à 0,25mdans les étapes de clavage et dansles viaducs d’accès. L’épaisseur dela dalle de roulement varie trans-versalement de 0,25 m au droitdes parapets et à l’axe du tablierà 0,45 m sur appuis.

DeckThe prestressed reinforced con-crete deck comprises a hollow boxsection, 4.75 m wide, with two 3.4 m cantilevers.The height of the deck for theaccess viaducts, fixed at 2.4 m tofacilitate maintenance of thestructure, is regularly maintainedthroughout the area on the fixedcentring (Fig. 2). The height ofthe deck of the cantilever-con-structed beams varies from 2.4 mover the mid-span connections to5.60 m (beams 5 and 6), respecti-vely, and 4.66 m (beams 4 and 7)over the support bases (Fig. 3).The thickness of the webs is speci-fied as 0.50 m for the West accessviaduct and 0.45 m for theremainder of the structure. Thethickness of the lower slab of thebox section varies longitudinallyfrom 1.20 m on piers 5 and 6 to0.25 m at the mid-span connecti-ons and in the access viaducts.The thickness of the deck slabvaries transversally from 0.25 mover the parapets and the deckaxis to 0.45 m on supports.

Des entretoises en béton arméassurent la rigidité du caisson etle transfert des sollicitations dutablier aux piles.Après la réalisation de la pile etdu culot, le tablier est bétonnépar étapes successives et symétri-ques d’une longueur variant de 4à 5 m au moyen de deux chariotsd’encorbellement.Le clavage des fléaux est réaliséau moyen d’une structure métalli-que munie de butons dans l’axede la dalle de roulement et dispo-sée à la face supérieure du tablier.Cette structure permet de com-penser les écarts de position hori-zontaux et verticaux entre les ex-trémités des fléaux. Deux câbles de précontrainte pro-visoires situés sur la dalle inférieu-re du caisson complètent le dispo-sitif susmentionné.Le tablier des viaducs d’accès estréalisé en deux étapes transver-sales (auge + dalle de roulement)sur cintre fixe.

PrécontrainteLa zone réalisée par encorbelle-ment comprend 3 types de pré-contrainte (fig. 4) :– La précontrainte d’encorbelle-

ment (câbles 7T15s et 12T15s)logée dans la dalle de roule-ment et constituée de 4 câblespar étapes.

– La précontrainte de clavage(câbles 12T15s) disposée dansla dalle inférieure.

– La précontrainte de continuitéà tracé parabolique (câbles19T15s), logée dans les âmes,constituée de 2 câbles par âmealternativement recouverts surappuis et enfilés au moyen debossages.

Le viaduc d’accès Ouest comprenddeux types de précontrainte :– Une précontrainte d’auge, cons-

tituée de 4 câbles 12T15s main-tenus dans l’auge, alternative-ment couplés au nez des éta-pes de bétonnage.

– Une précontrainte de dalle,constituée de 2 câbles 12T15spar âme, alternativement cou-plés au nez des étapes de bé-tonnage.

La précontrainte des viaducs d’ac-cès Est (travées de rive) est consti-

Fig. 4

Coupe transversale du tablier – précontrainte – culots 5 et 6 : câbles19T15s en bleu, câbles 12T15s en rouge et câbles 7T15s en vert.Transverse section of deck – prestressing – footings for piers 5 and 6:cables 19T15s in blue, cables 12T15s in red and cables 7T15s in green.

Intervenants

Maître d’ouvrage et direction généra-le des travauxRépublique et canton du Jura Servicedes Ponts et Chaussées, Section routenationaleAuteur du projet et direction localedes travauxGVH Delémont SAEntrepriseF. Bernasconi & Cie SAPrécontrainteFreyssinet SA Chariot d’encorbellementWito-Konstruktionen GmbH

Parties involved

Owner and general management ofworksRepublic and Canton of JuraDepartment of Bridges andRoadways, Highways DivisionAuthor of project and local manage-ment of worksGVH Delémont SAContractorF. Bernasconi & Cie SAPrestressingFreyssinet SA Cantilever systemWito-Konstruktionen GmbH

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The reinforced concrete spacersguarantee the rigidity of the boxsection and the transfer of stres-ses from the deck to the piers.After the construction of the pierand the base, the deck is concret-ed in successive and symmetricalstages with a length varying from4 to 5m via two cantilever formtraveller systems.The beam connection consists of asteel construction fitted with bra-ces in the axis of the deck slaband arranged on the upper sideof the deck. This structure is usedto compensate for any diffe-rences in horizontal and verticalpositions between the ends of thebeams. Two provisional prestressing ca-bles located on the lower slab ofthe box section supplement theaforementioned system.The deck for the access viaducts isconstructed in two transversalstages (trough + deck slab) onfixed centring.

PrestressingThe area created by cantileveringcomprises three types of prestres-sing (Fig. 4):– Cantilever prestressing (cables

7T15s and 12T15s) housed inthe deck slab and comprising 4cables per stage.

– Connection prestressing (cables12T15s) arranged in the lowerslab.

– Parabolic fit continuity pre-stressing (cables 19T15s), hous-ed in the webs, comprising 2cables per web covered alter-nately on supports and thread-ed via recesses.

tuée par la précontrainte de cla-vage prolongée jusqu’au droitdes culées.La portée de rive Est inhabituelle-ment grande du viaduc Nord estmaîtrisée par un renforcement dela précontrainte susmentionnée. Les deux viaducs sont précon-traints transversalement (câbles3T15s, e = 1,5 m).

PilesLes piles sont caractérisées par unesection octogonale creuse cons-tante sur toute leur hauteur. Ladimension transversale de toutesles piles est limitée à 4,75 m pourrestreindre l’effet de barrage del’ouvrage et favoriser son intégra-tion dans le site. La dimension longitudinale variede 2,50 m au droit des piles 1 à 3

The West access viaduct comprisestwo types of prestressing:– Trough prestressing, compris-

ing 4 cables 12T15s maintainedin the trough, coupled alterna-tely to the “nose” of the con-creting stages.

– Slab prestressing, comprising 2cables 12T15s per web, cou-pled alternately to the “nose”of the concreting stages.

Prestressing for the East accessviaducts (end spans) comprisesconnection prestressing extendedas far as the abutments.The unusually large East side spanof the North viaduct is controlledby a reinforcement of the afore-mentioned prestressing operati-on. The two viaducts are transver-sally prestressed (cables 3T15s, e =1.5 m).

PiersThe piers are characterised by aconstant hollow octagonal sec-tion throughout their height. Thecross dimension of all the piers islimited to 4.75 m to restrict thebarrier effect of the structure andfacilitate its integration into thesite. The longitudinal dimension variesfrom 2.50 m over piers 1 to 3, to3.50 m over the main piers 4 to 7(Fig. 5).The piers are constructed usingclimbing forms, with prefabrica-tion and alternating cages of bars.

FoundationsUntil the invitation to tenderstage, the planned foundations ofthe structure were entirely on un-weathered limestone via surfacefootings on the slopes and deepfootings in the valley floor.The aforementioned additionalgeological investigation led tothe design of the foundationsbeing modified as follows:– Four drilled piles (DN 130 cm)

partially encased in the alteredupper Pteroceras limestonewere adopted over the Northand South piers 3 to cross themarl layer encountered duringadditional drilling operations.

– Ten drilled piles (DN 130 cm)encased in loose ground (ap-prox. 8 m) and uncased in the

Fig. 5

Sections transversales des piles.Cross sections of piers.

Fig. 6

Vue du viaduc Nord après clavage 4–5.View of North viaduct after connec-tion 4–5.

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à 3,50 m au droit des piles princi-pales 4 à 7 (fig. 5).Les piles sont réalisées au moyende coffrages grimpants, avec descages d’armature préfabriquéeset alternées.

FondationsJusqu’au stade de l’appel d’offres,les fondations de l’ouvrage étaientintégralement prévues sur le cal-caire sain au moyen de semellessuperficielles sur les versants et desemelles profondes dans la plaine.La campagne de reconnaissancesgéologiques complémentaires sus-mentionnée a conduit à modifierle concept des fondations de lamanière suivante :– Quatre pieux (DN 130 cm) forés

partiellement tubés dans lescalcaires à Ptérocères supé-rieurs altérés ont été adoptésau droit des piles 3 Nord et Sudpour franchir la couche demarnes mise en évidence lorsdes forages complémentaires.

– Dix pieux (DN 130 cm) forés tu-bés en terrain meuble (env. 8 m)et non tubés en calcaires d’unelongueur totale de 20 m se sontavérés nécessaires pour traver-ser les karsts importants recon-nus sous l’emprise de la semel-le profonde des piles 5 et 6 Sud.

– Dix pieux (DN 130 cm) forés tu-bés en terrain meuble (env. 8 m)

limestone, with a total lengthof 20 m it was necessary to crossthe significant karsts encounter-ed under the area of the deepfooting for piers 5 and 6 South.

– Ten drilled piles (DN 130 cm)encased in loose ground (ap-prox. 8 m) and uncased in lime-stone, with a total length of 16 m, were also adopted to co-ver the risk linked to the possi-ble presence of karsts underthe area of the deep footingfor piers 5 and 6 North.

The pile caps under piers 5 and 6are positioned on the rock at adepth of 8 m under the groundsurface. The excavation of theloose ground, as far as the rock, iscarried out with a sealed sheet-pile wall to support the surround-ing loose ground.

Cost of the structureThe current estimate for the totalcost of the structure, including allthe equipment and the adapta-tion of the foundations of themain piers and pier 3, stands atapproximately CHF 29.3 million(pre-tax), which corresponds to aspecific average cost of CHF2,285.–/m2 (pre-tax).

et non tubés en calcaires d’unelongueur totale de 16 m ontégalement été adoptés pourcouvrir le risque lié à la pré-sence éventuelle de karsts sousl’emprise de la semelle profon-de des piles 5 et 6 Nord.

Les banquettes sur pieux des piles5 et 6 sont bétonnées sur le rocherà une profondeur de 8 m sous leterrain naturel. L’excavation desterrains meubles jusqu’au rocherest réalisée à l’abri d’une enceintede palplanches étanche.

Coût de l’ouvrageL’estimation actuelle du coût totalde l’ouvrage, y compris l’ensem-ble des équipements et l’adapta-tion des fondations des piles prin-cipales et de la pile 3, se monte àenviron CHF 29,3 mio hors taxe cequi correspond à un coût spécifi-que moyen de CHF 2285.–/m2 horstaxe.

Auteurs/Authors

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

Jean-François Gnaegiing. civil dipl. EPFZ/SIA

Sylvain PlumeyDr ès sciences, ing. civil dipl. EPFL/SIAGVH Delémont SACH-2800 Delémonttramelan@gvh.ch

Fig. 7

Photomontage – vue depuis le Nord.Photomontage – view from the North.

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IntroduzioneIl nuovo ponte sulla Melezza aBorgnone/Palagnedra è il risulta-to di un concorso di progettazio-ne ad invito bandito dalla Divisi-one delle costruzioni del CantonTicino nel giugno 2005 per lasostituzione di un ponte ad arcoin calcestruzzo armato progetta-to dall’ing. Walter Krüsi e costrui-to nel 1952/53. Il manufatto, della lunghezzacomplessiva di 103,7 m, garantiscel’accesso al nucleo di Moneto apartire da Camedo, l’ultimo vil-laggio sulla strada cantonaledelle Centovalli prima della fron-tiera con l’Italia, attraversando lavalle all’altezza del bacino artifi-ciale della Melezza creato dalladiga della Palagnedra.

Inserimento nel paesaggioIl ponte s’inserisce a lato di quelloesistente, parallelo allo stesso econ la medesima pendenza del3% in direzione di Moneto.Affascinati dal paesaggio idilliaco,prediligiamo una presenza discre-ta anche se in relazione dialetticacon la natura circostante. Lineari-

tà, adeguato rapporto tra organi-cità strutturale e astrazione for-male e una conformazione mini-male e simmetrica degli appoggiricercano il giusto equilibrio tranatura ed artefatto. La sceltastrutturale di un’unica trave cen-trale rastremata e di appoggipuntuali, unita al particolare rap-porto dimensionale tra lunghezzae larghezza del ponte, accentua-no longilineità e leggerezza delponte.

La struttura del nuovoponteLa struttura proposta è un effi-ciente arco-portale in calcestruz-zo armato precompresso a rigi-dezza variabile, incastrato alpiede dei piedritti e appoggiatoin maniera scorrevole sulle spalle(luce arco portale L = 78,0 m).L’impalcato del ponte ha una se-zione trasversale a T, di altezzamassima 2,0 m nei nodi e rastre-mata in direzione degli appoggi edella mezzeria della campata cen-trale, dove l’altezza è di 1,0 m.Anche la sezione dei piedritti è informa di T e si rastrema in direzio-

IntroductionThe new bridge over the MelezzaRiver at Borgnone/Palagnedra isthe result of a design contest atthe invitation of the ConstructionDepartment of Canton Ticino inJune 2005 for the replacement ofa reinforced concrete archedbridge designed by Walter Krüsi,built in 1952/1953.The structure, with an overalllength of 103.7 m, provides accessto the centre of Moneto viaCamedo, the last village on theCentovalli highway before theItalian border, crossing the valleyat the level of the Melezza artifi-cial basin formed by the Palagne-dra dam.

Integration with the land-scapeThe bridge was constructed at theside of the existing one, parallelto it and with the same 3% slopein the direction of Moneto.Fascinated by the idyllic scenery,we prefer a discreet presence in-asmuch as it is in a logical relation-ship with the surrounding geo-graphical features. Linearity and

Ponte sulla Melezza a Borgnone/Palagnedra (TI)Bridge over Melezza at Borgnone/Palagnedra (TI)

Andrea Pedrazzini, Eugenio Pedrazzini

Fig. 1 + 2

Il nuovo ponte sopra il bacino artificiale della Palagnedra.The new bridge crossing the artificial basin of Palagnedra.

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a balanced relationship betweenstructural organics and formalabstraction as well as the minimalsymmetric layout of the abut-ments seek the right balance bet-ween nature and artefact. Thestructural choice of a single taper-ed central girder and abutmentpoints, together with the particu-lar dimensional ratio between thelength and width of the bridge,accentuate the long members andlightness of the bridge.

The structure of the newbridgeThe structure presented is an effi-cient strutted beam bridge (simi-lar to flat arch) consisting of a pre-stressed concrete deck of varyingstiffness fixed to the legs andwith sliding supports at the abut-ments (distance between founda-tions of legs = 78.0 m). The bridgedeck consists of a T-section with amaximum height of 2.0 m at thesupport joints. It is tapered in thedirection of the abutments andthe middle of the centre span,where the height is 1.0 m. Likewisethe leg cross section is T-shaped(inverted) and is tapered in thedirection of the foundations, bothin width and height. Longitudinalstability is ensured by the framefunction of the structure while la-teral stability is provided by thedeck slab (which is preventedfrom moving transversally at theabutments) and by the legs fixedat their base.

ne delle fondazioni sia in larghez-za che in altezza.La stabilità longitudinale è garan-tita dal funzionamento a telaiodella struttura, mentre quellatrasversale dal funzionamento alastra della piattabanda, i cuimovimenti in senso trasversalesono impediti alle spalle, e delleali dei piedritti incastrate nellefondazioni.L’ala dei piedritti ha una triplicefunzione; ne irrigidisce la sezioneconfigurandosi quale zona com-pressa, stabilizza i piedritti dallosbandamento trasversale e bloccala torsione della trave dell’impal-cato.Si è voluto infatti sfruttare la par-ticolare esigua larghezza utile delmanufatto di 3,5 m per concepirel’impalcato con un’unica nervaturacentrale; questa sezione rappre-senta una soluzione ottimale dalpunto di vista dell’esecuzione edella durevolezza (possibile dimessa in opera in un solo getto estruttura protetta). Il momentotorcente generato dal carico stra-dale asimmetrico è ripreso dallatrave e trasmesso ai nodi; la cop-pia torcente viene trasferita da unlato lungo il piedritto al piededello stesso e dall’altro lungo lapiattabanda alle spalle del manu-fatto.La precompressione, due cavi da22 trefoli ognuno, è disposta nellanervatura dell’impalcato e fissataall’altezza delle travi trasversaliposte alle spalle; grazie alla sua

The flange of the legs has a triplefunction; it makes the sectionrigid, configuring itself as a com-pression zone, it stabilizes thelegs against transverse slippageand blocks twisting of thebridge’s main girder.In fact, it was possible to take ad-vantage of the particularly smallwidth of the structure of 3.5 m todesign the bridge deck with a sin-gle central girder; this section re-presents an ideal solution fromthe point of view of implementa-tion and durability (possible toplace with a single casting). Thetorque generated by the asymme-tric highway load is resisted bythe main girder and transferredto the joints; the torque is trans-mitted from one side along theleg at its foot and from the otherside along the bridge deck at theabutments of the structure.The prestressing, with two cableseach of 22 strands, is accommo-dated in the main girder of thebridge and fixed at the height ofthe transverse beams positionedat the abutments; thanks to theprestressing, with the exceptionof a small area at the foot of thelegs, all sections of the structureremain in an uncracked conditionunder the action of the perma-nent loads.In order to reduce and facilitatemaintenance work, it has beenopted not to make provision forexpansion joints; the stressesgenerated by the partially-pre-

Fig. 3

Campi di tensione per il dimensionamento della zona del nodo.Tension zones for the dimensioning of the joints.

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presenza, fatta eccezione per unapiccola zona al piede dei piedritti,tutte le sezioni della struttura sitrovano allo stato non fessuratosotto l’azione dei carichi perma-nenti.Per ridurre e facilitare gli inter-venti di manutenzione si è rinun-ciato all’utilizzo di giunti di dila-tazione; gli sforzi generati dalledeformazioni parzialmente impe-dite vengono facilmente assorbitidalla struttura e non ne disturba-no il corretto funzionamento. Leapparecchiature di appoggio dellespalle sono generosamente pro-tette dalla struttura e facilmenteaccessibili ed ispezionabili.

Procedimento costruttivoIl primo passo è stato quello dicreare l’appoggio delle fondazionidei piedritti, operazione partico-larmente delicata soprattutto sulla

vented strain is easily absorbed bythe structure and does not affectits smooth operation. The support-ing systems at the abutments arewell protected by the structureand may be easily accessed andinspected.

Construction procedureThe first step was to construct theabutment for the leg foundations,which was a particularly delicatetask, especially on the bank of theCamedo side, due to the steepgradient of the rock face.The type of falsework proposedby the contractor that is requiredto construct the structure deser-ves special attention on accountof its elegant design. A series ofanchors in the rock matching theabutments ensures the stability ofthe formwork for placing thelegs, which was carried out in sta-ges. Onto the triangular systemprovided by the new legs, tie rodsanchored to the abutments andby the foundations of the legs,the trusses were subsequentlyhoisted that form the falseworknecessary for creating the girderin the main span, 47.0 m long andthe secondary trusses positionedfor the side spans, 27.4 m and29.3 m long, respectively. Thebeams of the centre part of thefalsework were assembled alongthe bank of the artificial lake on

sponda lato Camedo per la fortependenza della parete rocciosa. La variante esecutiva propostadall'impresa per la realizzazionedella centina necessaria allacostruzione del manufatto meritaun’attenzione particolare perl’eleganza del suo concetto. Unaserie di ancoraggi in roccia in cor-rispondenza delle spalle garantis-ce la stabilità delle casseforme peril getto dei piedritti eseguiti atappe.Sul sistema triangolare generatodai nuovi piedritti, dai tirantiancorati alle spalle e dalle fonda-zioni delle pile sono state succes-sivamente issate le travi reticolariche formano la centina necessariaall’esecuzione della trave nellacampata principale, della lung-hezza di 47,0 m, e posate quellesecondarie per le campate lateralidella lunghezza di 27,4 m e 29,3 m,

ClientCanton of Ticino, ConstructionDepartment, BellinzonaDesignerConsortium De Giorgi & PartnersIngegneri Consulenti S.A., Muralto;Ingegneri Pedrazzini sagl, LuganoArchitectural AssistanceBaserga Mozzetti Architetti, MuraltoBuilding ContractorConsortium F.lli Somaini S.A., Grono;Muttoni S.A., BellinzonaWaterproofing and Road SurfacingWorksCostra S.A., Lugano

CommittenteCanton Ticino, Dipartimento del terri-torio, Divisione delle costruzioni,BellinzonaProgettistaConsorzio De Giorgi & PartnersIngegneri Consulenti SA, Muralto;Ingegneri Pedrazzini sagl, LuganoConsulenza architettonicaBaserga Mozzetti Architetti, MuraltoImpresa di costruzioneConsorzio F.lli Somaini SA, Grono;Muttoni SA, BellinzonaOpere di impermeabilizzazione epavimentazioneCostra SA, Lugano

Fig. 4

Fase di montaggio della centina.Erection phase for the falsework.

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floating rafts and then transport-ed via the lake for a distance of250 m to be hoisted into theirfinal position.The casting of the bridge deck,central girder and side spans, tookplace in a single casting phasefrom the centre of the bridge inthe direction of the abutmentswith two teams working side byside.After prestressing with the pre-stressed cables, which took placein three stages, the falsework wasdismantled. Then the parapetsand sliding plates were made that

rispettivamente. Le travi dellacentina principale sono stateassemblate lungo la riva del lagoartificiale su zattere galleggiantie poi trasportate via lago, per unadistanza di 250 m, per essere sol-levate nella posizione finale.Il getto dell’impalcato del ponte,trave centrale e piattabanda, è av-venuto in un'unica tappa di gettoa partire dal centro del ponte indirezione delle spalle con duesquadre che hanno lavorato par-allelamente. Dopo la tesatura dei cavi di pre-compressione, avvenuta in trefasi, è stata smontata la centina.Successivamente sono stati ese-guiti i cordoli e le solette di asse-stamento, realizzate in manieramonolitica con l’impalcato e ap-poggiate su un piano di scorri-mento in teflon per l’assorbimen-to delle dilatazioni longitudinalidella struttura. Da ultimo si è pro-ceduto alla posa dell’impermeabi-lizzazione, con manto bituminosopolimerico, della pavimentazionein asfalto fuso e dei parapetti.

Considerazioni finaliNonostante le particolari difficilicondizioni, dettate dalla conforma-zione del terreno e dagli accessi alsito, il progetto si è dimostratovalido non solo dal punto di vistadell’eleganza strutturale e dell’in-serimento nel paesaggio, ma an-che dal punto di vista economico.L’obiettivo finanziario del commit-tente è stato raggiunto con unaspesa, per il manufatto, di CHF1 850 000 (inclusi onorari e IVA);ciò che corrisponde a 3950 CHF/m2

(anno di riferimento 2007).

form a monolithic block with thebridge deck, which is supportedon a teflon bearing surface to ab-sorb the lengthwise expansion ofthe structure. Finally, the water-proofing course was laid with abituminous polymer facing mem-brane, the deck surfacing in mol-ten asphalt was placed and therailings were erected.

Final considerationsIn spite of the particularly diffi-cult conditions dictated by thelayout of the land and access tothe site, the project proved to besuccessful, not only with regardto its structural elegance andintegration into the landscapebut also from the point of view ofcost-effectiveness. The financialobjective of the client was achie-ved at a cost for the structure ofCHF 1,850,000.00 (including feesand V.A.T.) which equates with3,950.00 CHF/m2 (year of reference2007).

Autori/Authors

Andrea Pedrazziniing. civile dipl. ETHZ

Eugenio Pedrazziniing. civile dipl. ETHZ

Ingegneri Pedrazzini saglCH-6900 Luganoingegneri@pedrazzini.com

Fig. 5

Prospetto del ponte.Side view of bridge.

Fig. 6

Sezione trasversale del ponte.Cross section of bridge.