Brucken & Bridge

8/10/2019 Brucken & Bridge

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Brücken

Ponts

Bridges



Deux ponts sous-tendus avec tirants à section mixte précontrainteTwo bridges with composite prestressed tension chords

Aurelio Muttoni

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IntroductionThe bridges over the river Ca- priasca (completed in 1996) and over the river Ticino (completed in1997) are characterised by the ap- plication of an innovative struc-tural system.Both bridges result from competi-tive alternate designs by the con-tractors, which means that partic-ular care was given to economical aspects. In both cases, the designchanges resulted in lower bidsthan the officially proposed solu-

tions. In the case of the Capriascabridge, the design foresaw theretrofitting of an arch bridgebuilt in the fifites. In the caseof the Ticino bridge, the official design was a new twin-girder steel composite bridge.The central part of the main spanof both bridges is constituted by alenticular beam. The compressionchord of the beam is constituted by the bridge concrete deck with

two longitudinal stiffening gird-ers. The two tension chords areconstituted by a polygonal steel member that contains two prestressing tendons (figure 1). A particular aspect of the system isthe use of V-shaped deviators for the tension chord. This system canbe considered as a truss with miss-ing diagonals. This configurationoffers two advantages: reductionof the number of nodes and easier construction. The shearing

force in regions without diago-

IntroductionLe pont sur la Capriasca à Odo-gno, réalisé dans les années1995/96, et le pont sur le Tessin àVilla Bedretto, terminé en 1997,sont caractérisés par un systèmestatique et constructif innovant.Les deux ponts sont le résultat devariantes d’entreprise, pour les-quelles les aspects économiquesont été étudiés de façon particu-lière. En effet, les deux projets dé-crits par la suite ont pu être réali-sés grâce à des offres qui étaient

économiquement plus compéti-tives que les solutions officielles:l’assainissement d’un pont en arcconstruit dans les années 50 dansle cas du pont sur la Capriasca etla construction d’un pont mixtebipoutre à deux portées pour lepont sur le fleuve Tessin.Le système porteur dans la partiecentrale des deux ponts est unepoutre lenticulaire, où la mem-brure supérieure comprimée est

un tablier composé d’une dalle deroulement renforcée par deuxnervures longitudinales et l’élé-ment inférieur un sous-tirant deforme polygonale (figure 1). Laparticularité du système statiqueest représentée par les élémentsde déviation disposés en V. Ce sys-tème peut être considéré commeune poutre triangulée avec desdiagonales manquantes, qui pré-sente deux avantages: nombre denœuds sensiblement inférieur et

construction plus simple. La re-

Caractéristiques du projet

Le pont sur la Capriasca

Position et utilisationRoute cantonale Tesserete–Gola di Lago

Maître d’ouvrageCanton de Tessin, Département du territoire

ProjetProf. Dr A. Muttoni, Grignoli MuttoniPartner, Lugano

ExécutionMuttoni SA, Bellinzona

CaractéristiquesLongueur totale (y compris les culées):80,00 mPortées: 15,25 + 38,00 + 15,25 mLargeur: 7,00 mCoût total*: CHF 1150000.– (2050 CHF/m2)Entrée en service: 1996

* y compris les honoraires, démolition dupont existant, imperméabilisation, pose durevêtement, barrières de protection, adapta-tion des routes d’accès et travaux de finition.

Le pont sur le Tessin

Position et utilisationRoute cantonale Ossasco–Villa Bedretto

Maître d’ouvrageCanton Tessin, Département du territoire

ProjetProf. Dr A. Muttoni, Grignoli Muttoni

Partner, Lugano

ExécutionMuttoni SA, Bellinzona

CaractéristiquesLongueur: 44,00 mLargeur: 7,00 mCoût total*: CHF 700000.– (2270 CHF /m2)Entrée en service: 1997

* y compris les honoraires, démolition dupont existant, imperméabilisation, pose durevêtement, barrières de protection, adap-tation des routes d’accès et travaux de fini-tion.

Schéma du pont sur la Capriasca à Odogno.Sketch of the Capriasca bridge in Odogno.

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prise de l’effort tranchant dans lapartie sans diagonales est assuréepar la composante verticale de laforce dans le tirant incliné et parle tablier. Ce système est sensible-ment plus efficient et plus rigideque les systèmes avec éléments dedéviation simples [1, 2].

Du point de vue constructif, la ca-ractéristique principale de ce sys-tème est constituée par le câblede précontrainte qui sort de lasection en béton armé, dans lazone centrale, pour s’enfiler en-suite dans un tirant métallique.Ce dernier est constitué d’un pro-filé HEA auquel sont soudéesdeux tôles pliées, de façon à for-mer un caisson fermé (figure 3).A l’intérieur de la section métal-lique se trouvent deux câbles de

précontrainte (câbles système VSLavec 12 torons ø 0,6’’ chacun). Unefois la construction du caissonterminée, celui-ci est injecté aucoulis de ciment, de façon à obte-nir une section mixte ainsi qu’uneprotection efficace contre la cor-rosion des câbles. L’adhérenceentre le coulis d’injection et leprofil métallique est renforcéepar la présence de stries sur lesfaces internes des tôles consti-

tuant le tirant. Par rapport auxsolutions plus conventionnelles,qui utilisent uniquement un câblede précontrainte, les avantagesde ce système sont multiples:

nals are taken by the vertical component of the force in the tensionchord and by the bridge deck. This system is significantly more effi-cient and stiffer than configura-tions with simpler deviation ele-ments [1, 2].From a constructive point of view,

the main characteristic of the design is that the prestressing ten-dons leave the reinforced con-crete section in the positivemoment area to enter into the steel tension chord.The two steel tension chords aremade up of a half W-shape, onwhich two folded steel plates arewelded to create a box section(figure 3). Two prestressing ten-dons (VSL system with 12 ø 0.6“ strand each) are located within

this section. After construction isfinished, the steel tension chord was injected with cement grout

Project data

The Capriasca bridge

Location and usage

Cantonal highway Tesserete–Gola di Lago

Bridge owner

Canton of Ticino

Project

Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli MuttoniPartner, CH-6900 Lugano

Contractor

Muttoni SA, CH-6500 Bellinzona

Characteristic data

Overall length (incl. abutments): 80.00 mSpans: 15.25 + 38.00 + 15.25 mWidth: 7.00 mTotal cost*: CHF 1,150,000.– (2050 CHF/m 2 )Opening date: 1996

* Including engineer’s fees, demolitionof the existing bridge, waterproofing, as-

phalting, guardrail, correction of the accessroads and finishing.

The Ticino bridge

Location and usage

Cantonal highway Ossasco–Villa Bedretto

Bridge owner

Canton of Ticino

Project

Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli Muttoni Partner, Lugano

Contractor

Muttoni SA, Bellinzona

Characteristic data

Length: 44.00 mWidth: 7.00 mTotal cost*: CHF 700,000.– (2270 CHF/m 2 )Opening date: 1997

* including engineer’s fees, demolitionof the existing bridge, waterproofing, as-

phalting, guardrail, correction of the accessroads and finishing.

Pont sur la Capriasca à Odogno.Capriasca bridge in Odogno.

Section du tirant.Cross section of the tension chord.

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74contrainte. Dans la partie centralemétallique cette opération est fa-cilitée par la présence de gainesfixées à l’intérieur de la sectioncomposée fermée.4. Remplissage de l’espace entreles gaines et la section métalliquepar un coulis d’injection.5. Mise en tension partielle descâbles de précontrainte.6. Pose des coffrages fixés auxpoutres métalliques.

7. Construction de la dalle de rou-lement.8. Mise en tension complète descâbles.9. Injection des gaines des câbles.10. Imperméabilisation, pose durevêtement de roulement et tra-vaux de finition.

Le pont sur le fleuveTessin à Villa BedrettoLe nouveau pont, situé près du vil-lage de Villa Bedretto, traverse le

fleuve Tessin à quelques kilo-mètres en aval de sa source, loca-lisée dans le massif du Saint-Go-thard. Il remplace un pont enbéton armé, construit dans les an-nées 30, dont la chaussée étaittrop étroite et la capacité por-tante insuffisante.Le nouveau pont (figures 4 et 5)est constitué d’un cadre en bétonarmé précontraint, sans appareilsd’appuis ni joints de transition.

Les pieds-droits sont inclinés versl’intérieur de façon à réduire lacomposante horizontale de lapoussée et faciliter l’excavationpour les fondations qui y sont

• Le câble doublement protégé(section fermée et injection decoulis) offre une plus grande du-rabilité ainsi qu’une protectionaccrue contre les chocs etd’éventuels actes de vandalisme.

• La section est plus rigide.• Le tirant et les éléments de dé-

viation peuvent être fixés, à leurpartie supérieure, à un élémentmétallique de façon à formerune poutre lenticulaire déjà

avant la construction de la dallede roulement. La poutre ainsiconstituée pourra faire office decintre-coffrage et l’élément mé-tallique supérieur intégré dansla dalle.

Le pont sur la Capriascaà OdognoLe pont sur la Capriasca (figures 1et 2) fait partie de la route canto-nale Tesserete–Gola di Lago ettraverse la rivière Capriasca près

du village de Odogno. Il s’agitd’un cadre avec deux portées laté-rales courtes. Les câbles de pré-contrainte sont ancrés aux extré-mités et sont continus sur toute lalongueur du pont. Dans la partiecentrale ils sortent de la sectionen béton armé précontraint pourentrer dans le tirant métallique.Les étapes de construction sontles suivantes:1. Construction des fondations,

des culées, des pieds-droits, et desparties terminales du tablier.2. Pose des poutres métalliqueslenticulaires.3. Enfilement des câbles de pré-

to create a composite section and ensure a good protection of thetendons. Adherence between theinjection grout and the steel pro-file is improved by the use of grooved steel sheets on the inside surface of the tension chord.In comparison with more conven-tional solutions that use only prestressing tendons as tensionchords, this solution has several advantages:

• The tendons are doubly pro-tected (box steel section and grout injection), which increasesdurability and protectionagainst impacts or acts of van-dalism.

• The section of the tension chord is stiffer.

• The steel tension chord and thedeviation elements can be constructed as a truss by adding atop steel element, creating a steel lenticular span before con-

creting of the deck. This trusscan be used as a self-carryingformwork, the top steel profilebeing simply cast within thedeck.

The bridge over theCapriasca river inOdognoThis bridge (figures 1 and 2) is lo-cated on the main road Tesserete– Gola di Lago and crosses the

Capriasca river near the Odognovillage. It’s made of a frame withtwo short lateral spans. The prestressing cables are anchored at each end and are continuous over

Schéma du pont sur le Tessin à Villa Bedretto.Sketch of the Ticino bridge in Villa Bedretto.

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the whole length of the bridge. Inthe central part, the prestressingcables leave the main prestressed concrete section to enter into the steel tension chord.The construction sequence was asfollows:1. Construction of the founda-tion, the inclined columns and the

side spans.2. Placing of the lenticular steel span.3. Placing of the prestressing ten-dons. In the central part, this op-eration is made easier by the pres-ence of ducts fixed inside the steel box.4. Injection of the steel box withcement grout (except for the ten-don ducts).5. Partial stressing of the tendons.6. Placing of the formwork on the

steel spans.7. Concreting of the deck.8. Final stressing of the tendons.9. Injection of the prestressingtendons ducts.10. Waterproofing, asphalting and finishing.

associées. Comme dans le cas dupont sur la Capriasca, les câbles deprécontrainte, ancrés aux extré-mités du pont, sont disposés surtoute la longueur du pont et sor-tent de la structure en béton pourcontinuer dans le tirant métal-lique.Par contre, des selles de déviation

soudées à l’intérieur du tirant mé-tallique ont simplifié la méthodeconstructive en permettant l’injection du tirant et des câbles enune seule opération une fois quetous les travaux de précontrainteétaient terminés.

The new bridge over theTicino river in VillaBedrettoThe new bridge (figures 4 and 5),near the village of Villa Bedretto,crosses the Ticino river a few kilometers downstream from its spring in the Saint Gotthard mountain range. It replaces a re-

inforced concrete bridge built inthe thirties with a narrow road-way and an insufficient load-car-rying capacity.The new bridge consists of a prestressed concrete frame with inte-gral supports and without expansion joints. The columns areinclined to reduce the horizontal reaction and to facilitate the ex-cavation of the foundation. As inthe case of the Capriasca bridge,the prestressing tendons are con-

tinuous over the entire length of the bridge and leave the concrete section to enter into the tensionchord in the positive moment region. A difference between the twobridges is that welded deviation saddles inside the steel tensionchord allowed to simultaneously inject the tension chord and thetendons themselves.

Pont sur le Tessin à Villa Bedretto.

Ticino bridge in Villa Bedretto.

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Auteur/AuthorAurelio MuttoniProf., Dr. ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFGrignoli Muttoni Partner,Studio d’ingegneria SA,Via Somaini 9, CH-6900 [email protected]

Références/References[1] A. Muttoni; Brücken mit einem innova-tiven statischen System, Schweizer Inge-

nieur und Architekt, Nr. 26, pp. 28–31, 1997[2] A. Muttoni; Ponts avec un système sta-tique innovant, Progrès dans la conceptiondes ouvrages en béton, Journée d’étudeSIA-GPC du 8 octobre 1999, DocumentationSIA D 0160, p. 33–36



Les ponts sur la MentueThe Mentue bridges

Bernard Houriet, André Vaucher

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Situation de l’ouvrageAutoroute A1, tronçon Yverdon– MoratCommune d’Yvonand

Type d’ouvrageDouble pont autoroutier

Auteur du projetGroupement d’étude GEM:GVH Tramelan SA, bureau piloteBG Neuchâtel SAC. Notheisen, PréverengesTremblet SA, GenèveGéologue: J. Norbert, Géologues ConseilsSA, LausanneGéotechnicien: De Cérenville,Géotechnique SA, Ecublens

EntreprisesAssociation Ramella & Bernasconi SA,CudrefinFrutiger SA, Yvonand

Précontrainte: Freyssinet SA, MoudonVSL (Suisse) SA, LyssachChariots d’encorbellement: WITO AG, LinzCintres fixes: Coray SA, Muralto

Caractéristiques principalesLongueur totale: 568 mPortées: 93,0 m – 135,0 m – 150,0 m –120,0 m – 70,0 mConception structurale: ouvragesréalisés par encorbellements successifs devoussoirs coulés en placeCoût: 2100 CHF/m2, base de prix 1999Période de réalisation: 1995–1999Mise en service: 5 avril 2001

ParticularitésOuvrages monolithiques et asymétriques degrande hauteur, stabilisés lors du montageà l’aide de haubans et d’entretoises provi-soiresCompensation des déformations axiales dif-férées du tablier au moyen de vérinageslongitudinaux avant clavages

IntroductionSitués sur le tronçon Yverdon–Morat de la route nationale A1,les ponts sur la Mentue franchis-sent un profond vallon d’érosion

à une hauteur maximale d’envi-ron 110 m. Constitué de deuxponts indépendants de 565 m et571 m de longueur, cet ouvragemarquant a fait l’objet d’unconcours de projet en 1993/1994.

Conception généraleLa hauteur particulière de l’ou-vrage, les conditions géologiquesprécaires affectant les versants duvallon ainsi que la courbure en

plan du tracé ont constitué lescontraintes principales du projet.Le concept de l’ouvrage réalisépar encorbellement coulé enplace à l’aide d’équipages mobiles

Situation,

coupelongitudinalePont Jura.Plan view,longitudinal section bridge“Jura”.

Coupesprincipales dutablier et despiles centrales.Cross-sectionsof decks and main piers.

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Project data

Location

National highway A1,Section Yverdon–Morat Commune of Yvonand

Type of structure

Twin highway bridges

Structural design

Engineers’ group: GVH Tramelan SA(head office)BG Neuchâtel SAC. Notheisen, PréverengesTremblet SA, GenèveGeologist: J. Norbert, Géologues ConseilsSA, LausanneGeotechnician: De Cérenville,Géotechnique SA, Ecublens

Contractors

Association Ramella & Bernasconi SA,Cudrefin

Frutiger SA, Yvonand Post-tensioning: Freyssinet SA, MoudonVSL (Suisse) SA, LyssachTravelling falsework: WITO AG, Linz Fixed falsework: Coray SA, Muralto

Main characteristics

Total length: 568 mSpans: 93.0 m – 135.0 m – 150.0 m –120.0 m – 70.0 mConceptual design: cantilever-builtdeck structures cast in place by means of travelling falsework Cost: CHF 2100/m 2 , price basis 1999Construction period: 1995–1999Opening date: April 5, 2001

Particularities

Monolithical and asymmetrical structures of large height, stabilised at construction

stage by means of stay cables and trans-verse steel beamsCounter-balancing of long-term axial de-formations of the deck by longitudinal jack-ing before casting the closure segments of main spans

IntroductionSituated between Yverdon and Morat on the Swiss national high-way A1, the Mentue bridgescrosses a deep eroded valley at amaximum height of 110m.Composed of two independent bridges 565m and 571m long, thisoutstanding structure was the subject of a project competitionin 1993/1994.

Conceptual designThe exceptional height of the structure, the precarious geologi-cal conditions encountered on the sides of the valley, as well as thehorizontal curve of the road were

the main constraints of the proj-ect.The conceptual design is a can-tilever-constructed structure, cast in place using travelling false-work. It was developed bearing inmind the following concerns:• Taking particular care over the structure’s aesthetics and itsblending into its surroundings.

• Providing good structural qual-ity in order to ensure long-term

serviceability, and reducingmaintenance costs as much as possible.

• Choosing a well-proven rational construction method, thus as- suring good cost control.

The general concept is based onthe position of the main piers at the bottom of the slopes of thetrapezoid valley, which leads to acentral span about 150 m long(figure 1).The bridge loads are entirely

transferred to the Molassebedrock by means of bearing shafts, bored piles or spread foot-ings. Particular care was given tothe architectural design of the piers with an octagonal section.They are monolithically linked with the deck, in spite of the dissymmetry of the static systemcaused by the unequal heights of both lateral piers (figures2 and3).Designed with vertical webs of

uniform thickness, the deck has a prestressing concept based onfive layout schemes to ensurelong-term serviceability and con-trolled deflection:

Vue frontale des dispositifs de stabili-sation des fléaux (haubans et entretoises).Front view of temporary stabilisationdevices of cantilever structures(stay cables and transverse steel beams).

Têtes de piles détails.Detail of pier heads.

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a été élaboré sur la base des consi-dérations suivantes:• Soigner l’esthétique de l’ou-

vrage et son intégration dans lesite.

• Doter l’ouvrage d’une qualitéstructurale suffisante pour ga-rantir son aptitude au service àlong terme et réduire au maxi-mum les frais de maintenance.

• Adopter un mode de réalisationéprouvé et rationnel, suscep-tible de conduire à une bonnemaîtrise des coûts.

Le principe général repose sur

l’implantation des piles princi-pales au pied des versants du val-lon de forme trapézoïdale, ce quigénère une portée centrale d’en-viron 150m (figure 1). Les réac-



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• Standard cantilever prestressingcomposed of four tendons (2230to 2416 kN) per segment located in deck slab.

• Midspan prestressing composed of 2230 kN tendons located inthe bottom slab.

• Continuity prestressing composed of 3530 kN tendons set inthe girder webs.

• Transverse prestressing composed of 558 kN tendons spaced every 1,2 m.

• External reserve prestressingbrought into use, if necessary,by means of anchorage systemsalready completed.

Structural analysisThe height of the structure is suchthat wind was the biggest con-cern for the design of the struc-ture, during construction stagesas well as in the final state. Thewind loads were determined fromcomparison with similar struc-tures [1] and through laboratory tests at the EPFL [2].The sectional forces were calcu-lated using a three-dimensional

beam model and taking into ac-count the geometrical and mate-rial nonlinearities. The safety of the main piers during construc-tion was checked assuming anasymmetrical concreting and pre-dominating transverse wind. Inthe final state, the safety of thedeck and piers was checked tak-ing into account the important re-distribution of sectional forcesdue to cracking of the deck and the piers under transverse wind

loads.Calculating the camber required particular care owing to theheight of the central piers, thehorizontal curve of the deck and the dissymmetry of the structural system caused by the different heights of both lateral piers.The total deflections includingcreep were determined by an-alysing separately the different loadings and linearly combining

the deflections so obtained. In or-der to cover the uncertaintiesover the effective prestressingforces in the structure, the effectsof the prestress were computed

tions d’appuis sont intégralementtransmises au soubassement ro-cheux de molasse saine au moyende puits, de pieux forés tubés oude semelles superficielles. Un soinparticulier a été accordé au

concept architectural des piles desection octogonale, qui sont liéesmonolithiquement au tablier,malgré la dissymétrie du systèmestatique engendrée par la hau-teur inégale des piles latérales (fi-gures 2 et 3).Muni d’âmes verticales d’épais-seur constante, le tablier estpourvu de cinq types de précon-trainte susceptibles de garantir lamaîtrise des déformations et l’ap-

titude au fonctionnement à longterme:• Une précontrainte convention-

nelle d’encorbellement consti-tuée de quatre câbles de 2230 à

Vue inférieure de l’ouvrage en construction.View from bottom of the structure under construction.

52416 kN par étape, disposésdans la dalle de roulement.

• Une précontrainte de clavage,constituée de câbles de 2230 kNdisposés dans la dalle inférieuredu caisson.

• Une précontrainte paraboliquede continuité, constituée decâbles de 3530 kN disposés dansles âmes du caisson.

• Une précontrainte transversaleconstituée de câbles de 558 kNdistants de 1,2 m.

• Une précontrainte extérieure deréserve mise en œuvre le caséchéant au moyen d’un disposi-tif d’ancrages et de bossagedéjà réalisés.

Analyse structuraleCompte tenu de la hauteur im-portante de l’ouvrage, le ventconstitue la sollicitation la pluspréoccupante pour le dimension-nement de l’ouvrage, aussi bien àl’état de montage qu’à l’état fi-nal. Les actions de vent ont étédéterminées sur la base d’ou-vrages de comparaison [1] ainsiqu’à l’aide d’essais de laboratoire

réalisés à l’EPFL [2].Les sollicitations de l’ouvrage ontété évaluées à l’aide d’un modèlede barres spatial, en tenantcompte des non-linéarités géomé-triques et matérielles. La sécuritéstructurale des piles principaleslors du montage a été vérifiée enadmettant un bétonnage asymé-trique sous vent transversal pré-pondérant. A l’état final, la sécu-rité structurale du tablier et despiles a été vérifiée en tenant

compte de l’importante redistri-bution des sollicitations due à lafissuration du tablier et des pilessous vent transversal prépondé-rant. Le calcul des contreflèches arequis un soin particulier en rai-son des difficultés liées à la hau-teur des piles centrales, à la cour-bure en plan du tablier, ainsi qu’àla dissymétrie du système statiquedue à la hauteur inégale des pileslatérales.

Les déformations finales defluage ont été évaluées en analy-sant de manière dissociée les dif-férentes actions et en combinantlinéairement les flèches obtenues.



Afin de couvrir les incertitudesquant aux valeurs effectives desforces de précontrainte dispo-nibles dans l’ouvrage, on a réduitde 10% les effets de la précon-trainte calculés sur la base despertes de frottement convention-nelles.

Procédé de montagLes piles ont été réalisées à l’aidede cinq équipements de coffragesgrimpants, avec des hauteursd’étapes comprises entre 3,75met 4,30 m. Afin de respecter la ca-dence prévue d’environ uneétape par semaine, on a rationa-lisé la pose de l’armature verticale

au moyen de cages d’armaturesalternées. L’encorbellement dutablier a été réalisé à l’aide dedeux couples de chariots, avec desétapes comprises entre 3,02 m et5,07 m, en acceptant un décalaged’un jour entre le bétonnage desétapes symétriques. Cette optionrelativement sévère a requis lamise en œuvre d’un haubanageprovisoire de stabilisation despiles principales associé à un dis-

positif d’entretoises métalliqueségalement provisoires (figures 4et 5). Les étapes d’encorbellement sont bétonnées en uneseule phase, avec une cadencemoyenne d’une étape par se-maine. Afin de compenser partiel-lement les effets des déforma-tions axiales différées du tablier,un vérinage longitudinal relative-ment important (déplacementsimposés de 7 à 9 cm) a été réalisépréalablement au clavage des tra-

vées principales.

ConclusionLe pont de la Mentue illustre lefait qu’il est possible de réaliserun ouvrage qui s’intègre parfaite-ment dans un site imposant, mal-gré le recours à un concept struc-tural et un mode de constructionintrinsèquement conventionnel(figure 6). Avec un coût spécifiqued’environ 2100 CHF/m2, l’ouvrage

peut en outre être qualifié d’éco-nomique, compte tenu des por-tées adoptées et des difficultésgéométriques données.

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taking into account the conven-tional friction losses and reduced by an extra 10%.

ConstructionThe piers were built in segments3.75 to 4.30 m high using five pieces of climbing formwork equipment. In order to keep tothe planned rate of one segment per day, the reinforcing bars were preassembled in frames and put in place alternatively. The can-tilever-constructed deck was built in segments 3.02 to 5.07 m longusing two pairs of travellers. Aone-day delay between casting of symmetrical segments was ac-

cepted. This relatively severe op-tion involved a temporary stabilisation of the main piers through stay cables and transverse steel beams (figures 4 and 5). The seg-ments were cast in a single stageat a rate of one segment per week. In order to partly compen- sate for the long-term axial defor-mation, the deck was significantly

Auteurs/Authors

Bernard HourietDr. ès sc. techn., ing. civil dipl. EPF

André Vaucher, MSCEing. civil dipl. EPF

GVH Tramelan SA, rue de la Paix 30CH-2720 [email protected]

Références/References[1] U. Guzzi und B. Meier; “Viadotto dellaBiaschina”, Schweiz Ingenieur undArchitekt 38 (1979) S. 739[1] C. Alexandrou, J.-A. Hertig, P. Goulpié;“Ponts sur la Mentue-Essaisaérodynamiques de l’ouvrage”, Lasen, EPF

Lausanne, mai 1996

Vue aérienne de l’ouvrage terminé. Aerial view of the bridge.

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jacked (imposed displacementsfrom 7 to 9 cm) prior to the closure of the main spans.

ConclusionThe Mentue bridge shows it is possible to build a structure that blends perfectly into an impres- sive landscape despite a standard structural concept and a conven-tional construction method (fig-ure 6). Considering the spans that were chosen and the geometrical constraints, the bridge, at a cost of CHF 2100/m 2 , can be regarded as economical.



IntroductionLe viaduc de l’Ile Falcon enjambe leRhône dans le Valais, région alpinede Suisse (figures 1 et 2). Il estconstitué de deux ponts autorou-tiers parallèles courbes de 720 mde longueur. Il a été construit entre

1997 et 1999. Le projet a fortementété influencé par la décision d’utili-ser le poussage cadencé pour saconstruction (figures 3 et4).

Géométrie des caissonsLes exigences du projet ont néces-sité une géométrie des caissonsinhabituellement complexe pourun pont à poussage cadencé. Lapoutre-caisson est incurvée verti-calement pour correspondre àla courbe de la chaussée (r =

24900 m). Le projeteur a choisi unrayon de courbure vertical plusgrand pour l’intrados de lapoutre-caisson (r = 60000 m) afind’obtenir une hauteur de caissonvariable. Horizontalement, lachaussée est composée d’un seg-ment central circulaire et de seg-ments en clothoïde (spirales) dechaque côté. La courbure hori-zontale du caisson a toutefois puêtre maintenue constante en fai-

sant glisser la dalle supérieure la-téralement par rapport à l’axethéorique. La figure 5 montre quel’excentricité horizontale est su-périeure à 1 m dans certaines sec-tions. La figure 5 fait également

IntroductionThe Ile Falcon highway bridgecrosses the Rhône river in themountainous Valais region of Switzerland (figures 1 and 2). It consists of two parallel curved bridges, 720 m long. Construction

period was 1997 to 1999. The design was influenced strongly by the decision to use incremental launching for its construction ( fig-ures 3 and 4).

Geometry of the box girdersThe project requirements resulted in a girder geometry that is un-usually complex for an incremen-tally launched bridge. Vertically,the top slab is curved to match the

curvature of the roadline (r = 24,900 m). Variable girder depthwas obtained by selecting a larger vertical radius of curvature for theintrados of the bottom slab (r =60,000 m). Horizontally, the road line consists of a circular middle segment and clothoidal (spiral)end segments. The horizontal girder curvature was neverthelesskept constant by allowing the top slab position to slide laterally with

respect to the box girder. Figure 5 shows that the horizontal eccen-tricity exceeds 1 m in some sec-tions. It also shows the longitudi-nal variations of the top-slabwidth, the cantilever width, and

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Viaduc de l’Ile Falcon à SierreIle Falcon bridge in Sierre

Renaud Favre, Claude Pralong Caractéristiques du projet

RégionCanton du Valais, autoroute du Rhône (A9)

Destination du viaducViaduc autoroutier double, franchissant leRhône à l’est de la ville de Sierre sur unelongueur de 720 m

Maître de l’ouvrageLe Canton du Valais, sous la surveillance del’Office fédéral des routes

Projet et direction localeTeam de projet pour le viaduc de l’IleFalcon:• SD Ingénierie Dénériaz & Pralong Sion SA

(pilote)• Bureau d’Ingénieurs SA, Sierre• M. + S. Andenmatten SA, Sion• Vincent Mangeat SA, Nyon

Avec le concours des experts suivants:• R. Favre, professeur, IBAP – EPFL,

Lausanne (pilote)• De Cérenville Géotechnique SA,

Ecublens VD• ESM Charif & Mivelaz, St-Sulpice VD

Exécution des travauxConstruction:• Ambrosetti SA, Genève• Zschokke SA, Sion

Principaux sous-traitants et fournisseurs:• Freyssinet SA poussage cadencé,

précontraintelongitudinale, appuis

• VSL SA précontraintetransversale

• Praz & Cie, Sierre béton• STUAG SA étanchéité

Caractéristiques techniquesSpécifications générales:• longueur totale 720,785 m• longueur des plus grandes

travées 73,00 m• largeur minimale des tabliers 13,15 m• surface des 2 tabliers 18 500 m2

• diamètre des piles 5 m

Principales quantités:• béton 21 600 m3

• acier d’armature 3250 t• acier de précontrainte 650 t• coût total 27,5 Mio CHF• coût par m2 1490 CHF/m2

Caractéristiques remarquablesPoussage cadencé dans une géométrie trèscomplexe• travées variables de 27 m à 73 m• épaisseur de 2.15 m à 3.70 m• largeur de la dalle supérieure variable de

13.15 m à 16.45 m• géométrie en clothoïde en plan et dans

un raccordement vertical en élévation

Vue générale du viaduc de l’Ile Falcon.View of the Ile Falcon bridge.

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apparaître des variations longitu-dinales dans la largeur de la dallesupérieure, la largeur du porte-à-faux et l’épaisseur du caisson. La

dalle supérieure doit en outresupporter une voie d’autoroutesupplémentaire à l’une des extré-mités du viaduc. La complexitégéométrique est inhabituellepour un poussage cadencé et ademandé un niveau exceptionneld’attention durant les phases deplanification et de construction.

Caractéristiquesdu projet

La superstructure est composéede deux caissons de béton précon-traint de 15 travées. La portée destravées augmente progressive-ment de 27,4 m aux extrémités à73 m dans la portion centrale au-dessus du fleuve (figure2). La hau-teur des caissons passe de 2,15 maux extrémités jusqu’à un maxi-mum de 3,70 m au milieu du via-

the girder depth. The top slab hasalso to accommodate an addi-tional highway lane at one end of the bridge. The geometrical com-

plexity is atypical for incremental launching and demanded an ex-ceptional level of attention at thedesign and construction stages.

Design dataThe superstructure consists of two prestressed concrete box girderswith 15 spans. The span length in-creases progressively from 27.4 mat the abutments to 73 m in thecentral portion over the river

(figure 2). The girder depth in-creases from 2.15 m at the abut-ments to a maximum of 3.70 m inthe middle of the bridge. A typical cross section is shown in figure 6.The girders are supported by short circular piers with a diameter of 5 m, i.e. the same as the girder width. The wide circular hollow piers are hydraulically favourable

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Plan et coupe longitudinalePlan view and elevation

Project data

Region

Canton of Valais, Rhône highway (A9)

Destination of the bridge

Double highway viaduct, 720 m long,crossing the Rhône river east of the townof Sierre

Owner

Canton of Valais under the supervision of the Swiss Federal Road Authority

Project and site management

Project team for the Ile Falcon bridge:• SD Ingénierie Dénériaz & Pralong Sion SA

(head)• Bureau d’Ingénieurs SA, Sierre• M. + S. Andenmatten SA, Sion• Vincent Mangeat SA, Nyon

With the co-operation of followingexperts:• R. Favre, professor, IBAP – EPFL, Lausanne

(head)• De Cérenville Géotechnique SA, Ecublens• ESM Charif & Mivelaz, St-Sulpice VD

Works execution

Contractors:• Ambrosetti SA, Genève• Zschokke SA, Sion

Main subcontractors and suppliers:• Freyssinet SA incremental launching,

longitudinal prestressing, bearings

• VSL SA transverse prestressing• Praz & Cie, Sierre concrete supplier • STUAG SA waterproofing

Characteristic data

General specifications:• total length 720.785 m• max. span 73.00 m• min. width of the top slabs 13.15 m• surface of both top slabs 18,500 m 2

• diameter of the piers 5 m

Principal quantities:• concrete 21,600 m3

• ordinary reinforcement 3250 t • prestressing steel 650 t • total costs 27.5 Mio CHF • costs per m 2 1490 CHF/m 2

Remarkable characteristics

Incremental launching with very complex geometry:• variable spans from 27 to 73 m• variable depth from 2.15 to 3.70 m• variable top slab width from 13.15 to

16.45 m• clothoidal (spiral) horizontal and circular

vertical roadline

Vue générale du chantier pendant le poussage du pont nord.

General view during execution of the north bridge.

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duc. La figure 6 en montre unecoupe transversale typique. Lescaissons sont soutenus par despiles ayant un diamètre identiqueà la largeur des caissons, soit 5 m.Les larges piles creuses circulairessont favorables hydrauliquementet facilitent la stabilité latérale ducaisson incurvé lors du poussageet en phase de service. De plus, cespiles renforcent l’impression gé-nérale de force et d’unité du via-duc. Le viaduc est pourvu de jointsde dilatation des deux côtés; enoutre, il est stabilisé dans le senslongitudinal par des appuis fixéssur la pile centrale.

PrécontrainteLa précontrainte transversale dela dalle supérieure équilibre lescharges permanentes de toutesles sections. La précontrainte lon-gitudinale est formée d’un jeu decâbles mis sous tension avant lepoussage et de câbles addition-nels mis en place une fois le via-duc poussé dans sa position fi-nale. La précontrainte centrée depoussage se compose de câbles li-

néaires situés dans les poutresprincipales, ce qui permet unecompression uniforme dans lessections. Ce niveau de compres-sion va de 1,8 MPa dans les sec-tions les plus petites à plus de4 MPa dans les sections les plusgrandes. Le poussage cadencé estprévu de telle manière que la va-leur des contraintes de traction

and provide lateral stability to thecurved girder during launchingand service. They also enhance thebridge’s overall appearance of strength and unity. The bridge hasexpansion joints at both abut-ments and is stabilised in the lon-gitudinal direction by fixed bear-ings at the middle pier.

PrestressingThe transverse prestressing of thetop slab balances the permanent loads in all sections. The longitudi-nal prestressing consists of a set of cables tensioned prior to launch-ing, augmented by cables installed once the bridge has been

launched in its final position. Thecentroidal launching prestressing,consisting of linear cables located in the top and bottom slabs,creates a uniform state of compression in the sections. This compression ranges from 1.8 MPa inthe deeper sections to over4 MPa in the shallower sections.The launching prestressing isdesigned such that the tensile stress would not exceed 1 MPa in

any point of any section duringlaunching under its self-weight and a nominal construction load (1 kN/m 2 ). It was verified that thetensile stresses do not exceed3 MPa when the effects of launch-ing tolerances are added.The post-launching prestressingconsists of parabolic cables placed in the girder webs. It is designed

n’excède pas 1 MPa en n’importequel point de n’importe quellesection pendant le poussage, sousl’effet du poids propre et d’unesurcharge au stade de construc-tion de 1 kN/m2. Selon la vérifica-tion effectuée, les contraintes detraction n’excèdent pas 3 MPaune fois ajoutées les tolérances depoussage.La précontrainte additionnelle secompose de câbles paraboliquesplacés dans la section du caisson.Elle est destinée à limiter lesdéformations à long terme à100 mm. Le taux de compensationdes déformations permanentes β

est d’env. 55%, ce qui représente

une valeur raisonnable pour lesponts construits par poussage ca-dencé. La faible valeur de β com-parée à celle des ponts construitsavec d’autres méthodes (β = 0,8 à1,0) est due à la compression éle-vée induite par la construction enpoussage cadencé. Pour le viaducde l’Ile Falcon, la compressioncalculée à long terme atteint1,5 MPa sous l’effet des chargespermanentes. Ce haut degré de

compression permanente devraitlimiter l’apparition de fissures quiauraient pu se former durant lepoussage.

Construction dela superstructure enpoussage cadencéDes piles provisoires ont été pré-vues dans toutes les travées ≥

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Piles provisoires et définitives du pont nord.

Temporary and permanent piers of the north bridge.

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to limit long-term midspan deflec-tions to a maximum of 100 mm.The degree of compensation for the permanent load deflectionsβ is about 55%, wich is a reason-able value for an incrementally launched bridge. The low value of β compared with that for bridgesbuilt by other construction meth-ods ( β = 0.8 to 1.0) is due to the important compression induced by the launching prestressing. At theIle Falcon bridge, the calculated long-term stresses exceed 1.5 MPaof compression under permanent loads. This high level of perma-nent compression should limit theopening of cracks, which are likely

to form during launching.

Launching of the superstructureTemporary piers were adoptedin all spans ≥ 45.62 m (figure 4).The girder’s effective slendernessratio is exceptionally high (3.70 m/ 22.8 m = 0.162) when the deeper portions of the girder are located in the shorter temporary spans. Be-cause of this slenderness, the

girder was particularly sensitive todifferences between the theoreti-cal and actual positions of thelaunching saddles and intrados.The vertical reactions were meas-ured by means of load cells and compared with calculated values.Excessive differences were elimi-nated by addition or removal of stainless steel plates at the slidinginterface of the launching saddlesand girder. The launching required 41 weekly launching stages (38 full

and three half stages). The spanswere built on a 9.125 m module,and a full launching stage was18.25 m long.

45,62 m (figure 4). Le degré d’élan-cement des caissons est exception-nellement élevé (3,70 m/22,8 m =0,162) lorsque les sections les plushautes des caissons sont situéesdans les travées temporairementles plus courtes. A cause de ce de-gré d’élancement, le caisson étaitparticulièrement sensible aux dif-férences entre les positions théo-riques et réelles des appuis de glis-sement par rapport à l’intrados dela construction. Les réactions ver-ticales ont été mesurées par descellules et comparées avec les va-leurs calculées. Les différences ex-cessives ont été éliminées par ad-dition ou soustraction de plaques

métalliques de compensation pla-cées dans l’interface entre les ap-puis de glissement et le caisson. Laconstruction par poussage ca-dencé a été exécutée en 41 étapeshebdomadaires (38 étapes com-plètes et trois demi-étapes). Lestravées ont été construites selonun module 9,125 m, et chaquemodule de construction par pous-sage cadencé mesurait 18.25 m delong.

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Auteurs/AuthorsRenaud FavreProf. hon., ing. civil dipl. EPFch. de la Guergoulaz 1, CH-1162 [email protected]

Claude Pralonging. civil dipl. EPFSD Ingénierie Dénériaz & Pralong Sion SARue de Lausanne 15, CH-1950 [email protected]

Références/ReferencesC. Pralong; Le poussage cadencé, Ingénieurs et architectes suisses IAS no. 22, 21st Oct. 1998,pp. 382–387

R. Favre, M. Badoux, O. Burdet, P. Laurencet; Design of a Curved Incrementally LaunchedBridge, Structural Engineering International SEI vol. 9, no. 2, May 1999, pp. 128–132.R. Favre, M. Badoux, O. Burdet, P. Laurencet; Incremental Launching of the Ile FalconBridge, ACI, Concrete International, Febr. 1999, pp. 47–51.C. Pralong; Viadukt «Ile Falcon» bei Sierre, Schweizer Ingenieur und Architekt SI + A, no. 45,Nov. 1999, pp. 982–986

Paramètres géométriques principauxdu pont nord.Main geometrical parameters of thenorth bridge girder.

Coupe transversale variable.Example of the variable cross section.

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Les viaducs des VauxThe viaducts of Vaux

Roland Beylouné

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Les viaducs des VauxLes Viaducs des Vaux (figure 1) sontsitués sur la commune d’Yvonand(VD), au droit de la cumulée km102 de l’autoroute A1, Lausanne–Berne. Le projet est le résultat d’unconcours d’ingénieurs sur invita-tion [1], organisé par le maître del’ouvrage en 1994. Ouvert en août1996, le chantier du gros œuvre a

duré trois ans et demi.

CaractéristiquesgénéralesLong de 945m, l’ouvrage passe à106 m de hauteur au-dessus duvallon des Vaux, dont il porte lenom. Il enjambe aussi celui de Val-leires à une hauteur d’environ55 m. Les tabliers affectés àchaque direction de circulationsont séparés de 40cm et ont 2 fois

13,46 m de largeur.Au droit des viaducs, le tracé del’autoroute suit deux cercles op-posés de 1000m de rayon, raccor-dés entre eux par une première

clothoïde en S de 405m de long,et par une seconde sur les derniers109 m. Le profil en long est unrayon vertical de 42000 m surdeux tiers de l’ouvrage côté Lau-sanne. Il est raccordé à une penteconstante de 2,1% sur la partierestante côté Berne et le déversvarie de -6 à +6% (figure 2).Dans la zone des deux vallons, en

particulier celui des Vaux, la topo-graphie des lieux est très abrupte.La traversée du ravin de Valleireset de la route cantonale, qui luiest parallèle, emprunte un biaisd’environ 45°. La géologie du siteest caractérisée par la présenced’une molasse de bonne qualité àdes profondeurs variant entre 3 et12 m.

Conception du projet

L’implantation des piles a été gui-dée par les contraintes topogra-phiques et géologiques. Les piles11 et 12 ont été insérées dans lereplat du fond du vallon des Vaux,

The viaducts of VauxThe viaducts of Vaux (figure 1) arelocated in the commune of Yvo-nand (VD), on the right of thekilometre post 102 on the A1 mo-torway Lausanne–Bern. The proj-ect is the result of an engineeringcompetition organised by invita-tion [1] by the owner in 1994. Thebuilding of this major construc-

tion started in August 1996 and took three and a half years.

General characteristicsThe Vaux viaduct is 945 m inlength and reaches a height of 106 m above the small valley of Vaux, from which it takes itsname. It also spans the Valleires at a height of approximately 55 m.The deck slabs in both carriage-ways are 40 cm thick, each havinga width of 13.46m.

The horizontal alignment of themotorway consists of two oppos-ing circular arcs of 1000 m radius,connected between them by oneS clothoid 405m in length, and by a second on the last 109 m. Ontwo thirds of the structure on theLausanne side the longitudinal profile has a vertical radius of 42000 m. There is a constant gra-dient of 2.1% on the other sidetoward Bern, and the variation is

-6 to +6% (figure 2).In the region of the two valleys, particularly that of Vaux, the to- pography is very steep. The cross-ing of the ravine of Valleires and


Maître de l’ouvrageEtat de Vaud, Département desinfrastructures

Auteurs du projetRealini + Bader & Associés,Ingénieurs-Conseils SA, Lausanne, piloteGiacomini & Jolliet, Ingénieurs civils& Associés SA, Lutry

GéotechnicienKarakas & Français SA, Lausanne

GéologueJ. Norbert, GéologuesConseils SA, Lausanne

EntreprisesInduni et Cie. (beton)Zwahlen & Mayr (acier)

PrécontrainteVSL (Suisse) SA, Penthaz

Vue aérienne de l’ouvrage. Aerial view of the bridge. (Foto Jean Jecker)

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qui offre des conditions de stabi-lité et de réalisation favorables.La position des autres piles éviteles flans de ce vallon pour recher-cher une intégration en relationavec celui de Valleires. Ce choixaboutit à deux portées de 130 mau-dessus du vallon des Vaux etdes portées de 56 et 62 m pour lereste de l’ouvrage, soit un total de

quinze travées pour la chausséeJura. Le viaduc Alpes présente desportées légèrement différentescôté Lausanne et comporte unetravée en moins côté Berne.

FondationsToutes les fondations sont assisessur la molasse burdigaliennesaine, constituée de grès mi-dur àdur avec un taux de fracturationvariable. Les piles 8, 9, 14 et lesculées Berne profitent de la faible

profondeur de cette molasse etsont fondées par l’intermédiaired’une semelle à environ 3 m deprofondeur. Les autres piles sontfondées chacune sur deux puits deprofondeur variable en fonctionde la situation et de la fractura-tion de la molasse. Ils présententun diamètre de 2,80m pour lespiles 11 et 12 et de 2,20m pour lesautres. Selon le cas, une patted’éléphant (évasement du pied)

est réalisée en fond de puits. Lesdeux puits sont reliés entre euxpar une longrine recevant la pile,puits et longrine formant un cadreappuyé de manière élastique.

the parallel cantonal road hasa skew of approximately 45°. Thegeology of the site is character-ised by the presence of a Molasseof good quality to depths varyingbetween 3 and 12m.

Design of the projectThe location of the supports wasdirected by topographic and geo-logical constraints. Piers 11 and 12were inserted in the projectingledge of the bottom of the small valley of Vaux, which is stable and offers favourable conditions for execution. The position of theother piers avoids the gorge inthis small valley and integrates

with respect to those in the valley of Valleires. This choice leads totwo spans of 130 m above the small valley of Vaux and of spansof 56 and 62 m for the remainder of the structure, making a total of fifteen spans for the Jura viaduct.The Alps viaduct has slightly dif-fering spans on the Lausanne sideand with fewer spans on the Bern side.

Foundations All the foundations are sitting onthe solid burdigalienne Molasse,made up from medium to hard sandstone with a variable fractur-ing rate. The piers 8, 9, 14 and theBern abutments benefit from the shallow depth of this Molasse and are founded on an intermediary bedrock of approximately 3 m of depth. The other piers are foun-

ded on two shafts of variabledepth according to the situationand the fracturing of the Molasse.They have a diameter of 2.80 mfor piers 11 and 12 and of 2.20 mfor the rest. Depending on the sit-uation, an elephant’s leg (taper-ing out to the foot) is formed at the shaft bottom. The two shaftsare connected by a longitudinal beam that accommodates the piers, shaft and a longitudinal beam. This forms an elastically supported framework.

PiersThe distribution of the pier heights over the length of the

structure favours the design of afloating bridge with expansion joints only at the abutments. The zero-movement point zone isnear to pier 8. Thus, the structureis continuous with the piers 5 to13, being equipped with fixed supports, to the other piersand the abutments, which areequipped with movable supports.The typical piers are of uniformcross section, constant in height,

rectangular and hollow withdimensions 4.00 x 2.20 m, withthe cross sectional dimensions in-creasing to 4.00 x 2.80 m for piers11 and 12. The thickness of thewalls varies from 35 to 60cm. Thehead of the pier widens out to a7.20 m broad hammerhead. De- pending on the situation, it is ei-ther solid or hollow (figure 3).

Project data

Owner

Canton of Vaud, Roads and HighwaysDepartment

Project engineers

Realini + Bader & Associés,Ingénieurs-Conseils SA, Lausanne, pilot Giacomini & Jolliet, ngénieurs civils& Associés SA, Lutry

Geotechnician

Karakas & Français SA, Lausanne

Geologist

J. Norbert, GeologistsConseils SA, Lausanne

Contractor

Induni et Cie. (concrete) Zwahlen & Mayr (steel)

Post-tensioning

VSL (Sschweiz) Ltd., Penthaz

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Situation générale et profil en long.Plan view and longitudinal section.



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PilesLa distribution des hauteurs depile sur la longueur de l’ouvrageest assez favorable à la concep-

tion d’un pont flottant ne com-portant des joints de dilatationqu’au droit des culées. La zone dupoint du mouvement nul se situeà proximité de la pile 8. Ainsi,l’ouvrage est continu avec lespiles 5 à 13 qui sont équipéesd’appuis fixes, les autres piles etles culées étant équipées d’appuismobiles.Les piles courantes sont de sectionuniforme, constante sur la hau-teur, rectangulaire et évidée de

4,00 x 2,20 m, section qui passe à4,00 x 2,80 m pour les piles11 et 12. L’épaisseur des parois va-rie de 35 à 60 cm. La tête de piles’évase en marteau de 7,20m delarge. Selon le cas, elle est pleineou évidée (figure 3).Les piles doubles situées dans levallon des Vaux ont une hauteurd’environ 98m. Celles en vis-à-visdes deux tabliers sont liées entreelles transversalement en tête et

à mi-hauteur, par une entretoiseprécontrainte, et leur longrine estcommune. Ces dispositions per-mettent de créer un cadre trans-versal présentant une meilleure

rigidité pour la reprise des forceshorizontales et assurant la stabi-lité latérale des deux ponts.Les piles ont été exécutées à l’aidede coffrages grimpants par étapesde 4 m de hauteur. Les piles11 et 12 permettent la fixationde la grue et de l’ascenseur dechantier, grâce à la présence desentretoises transversales et decontreventements longitudinauxprovisoires métalliques qui sontrestés actifs jusqu’à la fin de l’exé-cution du tablier. Quant aux élé-ments 5, 6 et 13, ils ont été stabili-sés longitudinalement, pendantla construction, par un hauba-nage provisoire ancré dans les

fondations des piles adjacentes.

SuperstructureLa solution retenue pour la super-structure est un tablier mixteacier-béton, en caisson de hau-teur variable dans la zone du val-lon des Vaux, sur une longueur de310 m, et bipoutre de hauteurconstante pour le reste de l’ou-vrage (figure 4).

Tablier caissonIl couvre les deux travées de 130 met 17 m sur chacune des travéesadjacentes. Le caisson métallique,à âmes verticales, présente unehauteur qui varie linéairement de6,0 m au droit des piles hautes, à3,8 m à proximité des piles 10 et13. Sa largeur est constante etégale à 6,0 m. Les semelles supé-rieures et inférieures comportentchacune deux ou quatre raidis-seurs longitudinaux, selon la rigi-

dité de la semelle. Les âmes sontchacune équipées de deux rai-disseurs longitudinaux situés res-pectivement à 1 m des arêtessupérieures et inférieures. Ces rai-disseurs ont une forme de caissontrapézoïdal et sont réalisés parpliage. Les raidisseurs transver-saux sont équidistants de 4,3m, etun entretoisement, en forme de Vsimilaire à celui des entretoisesd’appui, est réalisé tous les 13m.

Les épaisseurs des âmes sont légè-rement plus élevées dans leur par-tie inférieure, puisqu’elles sont di-mensionnées à l’introduction de laréaction de lancement.

The double piers located in thevalley of Vaux have a height of approximately 98m. Those oppo- site the two carriageways are joined transversely at the head and at mid-height by a prestressed cross-beam and a com-mon longitudinal beam. These provisions make it possible to cre-ate a transverse framework hav-ing a better rigidity for contain-ing the horizontal forces and ensuring the transverse stability of the two viaducts.The piers were constructed in 4 melevation stages using climbingformwork. Piers 11 and 12 allow the crane and building site eleva-

tor to be fixed, thanks to the pres-ence of the transverse spacers and of metal provisional longitudinal braces, which remained active un-til the end of the carriageway ex-ecution. Elements 5, 6 and 13were stabilised longitudinally during construction by a provisional stay anchored in the adja-cent pier foundations.

Superstructure

The solution adopted for the superstructure is a composite steel-concrete carriageway, with a box girder of variable height in the re-gion of the Vaux valley over alength of 310m, and an opentwin-girder with constant height for the remainder of the superstructure (figure 4).

3 Coupes-transversales sur pile.Cross-sections of piers.

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Coupes-transversales en travee.

Cross-sections of the longand approach spans.



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Tablier bipoutreLes deux poutres d’un tablier sontdistantes de 6 m, soit la largeurdu caisson. Elles ont une hauteurmoyenne de 3m pour les travéesde 62 m et de 2,70 m pour les tra-vées de 56 m.Compte tenu du dévers, ces hau-teurs peuvent varier de ±18cm, laface inférieure des deux poutresétant à un même niveau. Les entre-toises courantes, équidistantes de7m, sont composées d’une traverseIPE 600 et de montants HEAT 500.Les entretoises sur pile sont descomposés-soudés de 850 mm dehauteur. Un contreventement ho-rizontal provisoire assure la stabi-

lité des deux poutres en phase delancement et de bétonnage de ladalle de roulement.Le tablier bipoutre est équipéd’une passerelle de visite servantsimultanément de support àl’équipement électrique.

Dalle de roulementSimilaire pour le tablier caisson etle tablier bipoutre, la dalle de rou-lement est précontrainte trans-

versalement par des câbles àquatre torons, à gaine plate, équi-distants de 1 m. Elle est aussiuniformément précontrainte lon-gitudinalement, avant liaisonavec la charpente métallique,pour permettre le retrait du bé-ton frais et le développementd’une partie du fluage et du re-trait. Cette option devrait assurerune meilleure durabilité de l’ou-vrage.Pour permettre le mouvement re-

latif entre la dalle de roulementet les poutres métalliques, il estprévu d’enduire la semelle supé-rieure de ces dernières d’unehuile Molykote. Les goujons deliaison trouvent place dans descaissettes équidistantes de 1 m,qui seront bétonnées un moisaprès le bétonnage de la dalle.

Principes d’exécutionCharpente métallique

Le tablier métallique (figure 5) aété fabriqué en atelier, en acierFeE 355 patinable, par élémentsde 15 à 32 m de longueur. Le cais-son métallique est partagé longi-

Box girder

It covers two spans of 130 m and 17 m on each adjacent span. The steel box, with vertical webs, has aheight that varies linearly from6.0 m the high piers to 3.8 m near piers 10 and 13. Its width is constant at 6.0 m. The upper and lower flanges have each either two or four longitudinal stiffen-ers, depending on the rigidity of the flanges. Each web is equipped with two longitudinal stiffenerslocated at 1 m from the upper and lower edges respectively.These stiffeners have a trape- zoidal box shape and are pro-duced by folding. The transverse

stiffeners are 4.3 m equidistant,and a bracing, in the shape of V similar to that of the support spacers, is carried out all 13m. Thewebs are slightly thicker in their lower part, since they are dimensioned taking the reaction of launching into account.

Open twin girder

The open twin girder of a carriage-way is equal in width to the box,

i.e. 6 m. They have an averageheight of 3 m for the spans of 62 mand 2.70 m for the spans of 56 m.Taking into account the slope,these heights can vary to ±18 cm,the lower face of the two beamsbeing on the same level. The typi-cal cross-beams at 7 m distance aremade up of a IPE 600 beam and of HEAT 500 vertical stiffeners.The cross-beams on the piers are850 mm high welded elements. A provisional horizontal strut en-

sures the stability of the two mainbeams in the launching phase and during the concreting of the deck slab.The open twin girder carriageway is equipped with a service foot-bridge used simultaneously as anelectric component support.

Deck slab

For both the box girder and theopen twin girder carriageway, the

deck slab is prestressed trans-versely by tendons with four strands, with a flat duct, equidis-tant at 1.0 m. It is also uniformly prestressed longitudinally, before

connection with the steel struc-ture, to allow the shrinking of thefreshly mixed concrete and the partial development of creep and shrinkage. This option should ensure a better durability of the structure.In order to permit relative move-ment between the deck slab and the metal beams, the upper flange was coated with Molykote

oil. The connection studs arelocated in the boxes equidistantly at 1 m. The latter were concreted one month after the concretingof the deck slab.

Vue aérienne de l’ouvrage durant l’opération de mise enplace du tablier métallique. Aerial view of the structure duringlaunching of the steel superstructure. (Foto Jean Jecker)

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tudinalement en deux moitiés, laliaison se faisant au milieu des se-melles supérieure et inférieure. Ila été prévu de retenir les plusgrandes longueurs possibles pourlimiter les soudures transversalesde montage. La zone caisson,d’une longueur d’environ 430 m,a été assemblée derrière la culéeBerne et lancée, par étapes, àl’aide d’un avant-bec de 35m delong et d’un équipement hydrau-lique de poussage situé à l’axe 14.La forme de la face inférieure(hauteur variable) a nécessité undispositif d’appui à hauteur va-riable (0 à 4,40 m) situé à l’axe 15.Des guidages latéraux assurent le

tablier dans les différentes phasesde lancement.La mise en place du tablier métal-lique dans la zone des grandes por-tées est certainement l’opérationla plus spectaculaire et délicate dela réalisation de ce viaduc. Unporte-à-faux maximal de 130 métait atteint à chaque passaged’une grande travée (figure6).Outre l’introduction des réactionsdans les âmes sans raidisseur, qui a

fait l’objet d’une attention parti-culière, plusieurs paramètres in-fluencent simultanément les solli-citations globales et locales enphase de lancement:• la longueur et le poids des élé-

ments lancés, variables au fur età mesure de leur assemblage

• le déplacement et le change-ment des appuis actifs durantl’avancement

• la géométrie du tablier – quicorrespond à un cercle et une

clothoïde en plan –, une hau-teur variable en élévation, descontre-flèches significatives etles tolérances d’exécution

• la très grande rigidité à la tor-sion du caisson, cause d’unegrande sensibilité sur la réparti-tion de la réaction entre lesdeux appuis d’une même pile

• l’action du vent qui, à une hau-teur de plus de 100 m et sur unporte-à-faux de 130 m, aurait

été trop déterminante pour ledimensionnement du caissonmétallique

• la position et la direction desforces de poussage et de retenue

• une action thermique inhabi-tuelle: le gradient thermiqued’axe vertical.

Mis à part un calcul très détaillédes sollicitations, des déforma-

tions et des sécurités de stabilité,les dispositions suivantes ont étéprises en accord avec le maître del’ouvrage:• mesures des forces de poussée

et de retenue en continu• mesures en temps réel des réac-

tions de chaque appareil d’ap-pui pris séparément et compa-raison avec les valeurs prévues;cette opération a été réaliséepar l’ICOM (Institut de laconstruction métallique de

l’EPFL): lorsque les tolérancesadmises étaient dépassées, uncalage par vérinage de l’appuiconcerné était réalisé

• mesures des contraintes et desdéformations de l’âme dans dessections déterminantes, aussipar l’ICOM

• prévisions météorologiques spé-cifiques pour les jours de lance-ment qui ont permis de réduirefortement les actions du vent

considérées dans le dimension-nement; à noter que le lance-ment des derniers 50 m desgrandes travées était exécuté enun seul jour, y compris le rele-

Principles for executionSteel frame

The steel deck (figure 5) was constructed in the workshop in ele-ments from 15 to 32 m length

from weathering steel FeE 355.The steel box is divided longitudi-nally in two halves, the connec-tion being made in the middle of the upper and lower flanges. It was planned to retain the maxi-mum possible lengths to limit thetransverse assembly welding. Thebox, approximately 430 m long,was assembled behind the Bernabutment and was launched by stages, using a 35-m-long launch-ing nose and with hydraulic

launching equipment located at axis 14. The shape of the lower flange (variable height) required a supporting device of variableheight (0 to 4.40 m) located at axis 15. Lateral guides provide support for the box in the various phases of launching.The launching of the steel box girder at the main spans is cer-tainly the most spectacular and delicate operation of the realisa-

tion of this viaduct. A maximumcantilever of 130 m was reached with each launching of the main spans (figure 6).

6

Schéma de lancement du tablier métallique dans la zone des grandes porteés.Stages of bridge launching.



B r i d g e s

89

vage et la fixation sur la piled’arrivéel.

Pour la zone bipoutre, les travées7 à 9 et 0 à 3 ont été montées àl’aide d’engins de levage, alorsque les travées 3 à 7 étaient lan-cées dans la direction Lausanne–Berne pour enjamber le vallon deValleires et la route cantonale. Cebipoutre était équipé d’un avant-bec de 14 m de long. Des traversessituées en tête des piles permet-tent de compenser les écarts entrela géométrie en plan de lance-ment et celle de l’ouvrage.

Dalle de roulementLa dalle a été exécutée à l’aide

d’un chariot prenant appui sur letablier métallique et permettantde réaliser des étapes jusqu’à 31mde long, soit une longueur égale àla moitié des travées de 62 m.L’ordre d’exécution allait de Lau-sanne en direction de Berne pourchacun des tabliers successive-ment, les étapes sur appui étantà cheval sur deux travées dansla zone bipoutre. Le nombred’étapes dans les grandes travées

est imposé par les capacités duchariot.Cet avancement séquentiel a per-mis de coupler la précontraintelongitudinale à raison d’un tierspar étape, mais au prix d’un dé-collement de la charpente audroit des axes 12 et 14. Un dispo-sitif adéquat assurait la stabilitélatérale du tablier durant cesphases.Les bordures ont été réaliséesaprès liaison de la dalle de roule-

ment à la charpente métallique.

In addition to the introduction of the reactions into the web with-out stiffeners, which was the subject of detailed research, several parameters simultaneously influ-ence the total and local responsesin the launching phase:• the progressive length and the

weight of the launched, va-riable elements with their assembly

• the displacement and change of the active supports during laun-ching

• the geometry of the superstruc-ture (corresponding to a circleand a clothoid in plan), a va-riable height in elevation, signi-

ficant support reactions and to-lerances of execution

• the very high torsional rigidity of the box, causing a great sen- sitivity in distribution of thereaction between the two supports of the same pier

• the action of the wind which,with a height of more than100 m and on a cantilever of 130 m, would have been too de-terminant for the dimensioning

of the steel box• the position and direction of pushing and restraining forces

• an unusual thermal action: theheat gradient along the vertical axis.

Apart from a very detailed calcu-lation of the stresses, deforma-tions and safety of stability, thefollowing provisions were takenin agreement with the owner:• measurements of the contin-

uous pushing and restraining

forces• measurements in real time of

the reactions of each bearingtaken separately and comparison with their envisaged values;this operation was carried out by the ICOM (Institute of steel construction of EPFL): when theallowed tolerances were excee-ded, a jacking and shimmingwas carried out on the support concerned

• deformation and stress measu-rements of the web in determin-ing sections, also by ICOM

• specific weather forecasting for the days of launching which

made it possible to strongly re-duce the actions of the wind considered in dimensioning; tonote that the launching of thelast 50m of the large spans wascarried out in only one day, in-cluding raising and fixing on thearrival pier.

For the open twin girder zone, spans 7 to 9 and 0 to 3 were assembled using lifting gear,whereas spans 3 to 7 werelaunched in the direction Lau- sanne–Bern to span the small val-ley of Valleires and the cantonal road. This open twin girder wasequipped with a 14-m-longlaunching nose. Cross-girders lo-

cated at the head of the piersmade it possible to compensatefor the differences between thegeometry in plan of launchingand that of the final structure.

Deck slab

The deck slab was carried out us-ing a movable scaffold system supported on the steel girder and making it possible to carry out stages of up to 31 m length, i.e.

equal to a length of half the 62-m spans.The order of execution was in thedirection Lausanne to Bern for each carriageway successively, the support stages spanning two spans in the twin girder zone. Thenumber of stages in the large spans is limited by the capacity of the movable scaffold system.This sequential advance made it possible to couple longitudinal prestressing tendons at a rate of a

third per stage, but at the ex- pense of a separation of the steel structure at the axes 12 and 14. An appropriate provision ensured the lateral stability of the superstructure during these phases.The edge beams were carried out after connection of the deck slabto the steel structure.

Références/ReferencesIngénieurs et Architectes Suisses (IAS), 2001,pp. 107-110

[1] IAS n° 17/1995; pp. 318–25, Viaduc desVaux, N1 Lausanne–Berne – Résultats duconcours sur invitation

Auteur/AuthorRoland Beylounéing. civil dipl. EPFRealini + Bader & Associésch. des Croisettes 26CH-1066 Epalinges



Sunnibergbrücke bei KlostersSunniberg bridge near Klosters

Christian Menn

B r i d g e s

90

SituationDie stark frequentierte Strasse

zum weltbekannten Ferienort Da-vos erfordert bei Klosters eineaufwendige Umfahrung mit ei-nem 4,5 km langen Tunnel. Un-mittelbar vor diesem Tunnel über-quert die Umfahrungsstrasse mitder im Grundriss gekrümmten,526 m langen Sunnibergbrücke inca. 60 m Höhe über der Landquartdas Tal. Wegen der exponiertenLage und der Nähe zum FerienortKlosters war die Gestaltung undEinfügung der Brücke in ihr

Umfeld eine besondere Heraus-forderung. Als einziges sichtbaresBauwerk der kostspieligen Um-fahrung sollte die Sunniberg-brücke einerseits ein ausserge-wöhnliches, technisches Wahr-zeichen sein und sich andererseitsmit Rücksicht auf die einheimi-sche Bevölkerung unauffällig indie empfindliche Landschaft ein-fügen. Vor allem sollte ein massi-ver, talüberquerender Riegel ver-

mieden werden.

Konzept und GestaltungWegen der speziellen ästheti-schen Anforderungen wurde eine

neuartige, extrem schlanke,mehrfeldrige Schrägkabelbrücke

konzipiert (Bild 1). Die 526 mlange Brücke weist vier Pylonenauf, womit die Gesamtlänge indrei grosse Hauptspannweitenund zwei kleine Endspannweitenunterteilt wird. Aus ästhetischenGründen musste die Höhe derPylonen, die sich auf relativhohen Pfeilern befinden, auf einMinimum reduziert werden, undder Fahrbahnträger wurde soschlank wie möglich ausgebildet,um den Eindruck eines talqueren-

den Riegels zu vermeiden. Dem-entsprechend besteht das Trag-werk der mehrfeldrigen Schräg-kabelbrücke aus einer flexiblenFahrbahn und einem steifen Pfei-ler-Pylon-System.Das massgebende Gestaltungskri-terium dieses Konzeptes warendie zulässigen Durchbiegungendes Fahrbahnträgers infolge feld-weiser Verkehrsbelastung. Nebender Kabeldehnung verursacht die

Pfeilerbiegung einen beträcht-lichen Teil der Durchbiegung desFahrbahnträgers. Dieser Anteillässt sich durch eine räumlicheFixierung des Trägers wesentlich

General situationThe well-frequented highway to

the famous holiday resort Davosrequires an expensive bypass in-cluding a 4.5 km long tunnel near the town of Klosters. Just beforeentering this tunnel, the new highway crosses the valley on thecurved 526 m long Sunnibergbridge at a height of 60 m abovethe river Landquart. Due to its prominent location just in the im-mediate proximity of Klosters thedesign of the bridge was a chal-

lenge in terms of integrating thebridge into its surroundings. Asthe only major visible engineering structure in a largely rural valley,the Sunniberg bridge should be aremarkable landmark on the onehand; on the other hand, showingconsideration for the local popu-lation the bridge should fit unob-trusively into the sensitive areaand avoid appearing as a domi-nating bar across the valley.

Conceptual designDue to the high demands on theaesthetic aspects of the design, anoriginal cable-stayed bridge con-cept was developed (figure 1).The 526 m long bridge has four towers providing three largemain spans and two smaller end spans. For aesthetic reasons theheight of the pylons, situated onthe relatively high piers, had to bereduced to a minimum, and to

avoid a conspicuous bar across thevalley, the design of the roadway girder had to be as slender as possible. Correspondingly, the struc-tural model of the multispan ca-

Projektdaten

BauherrschaftKanton Graubünden

ProjektleitungKantonales Tiefbauamt Graubünden

Brückeningenieur: H. FigiArchitektonische Beratung:Prof. A. Deplazes

Konzeptioneller EntwurfProf. Dr. C. Menn

Projekt und technische BauleitungBänziger + Köppel + Brändli + Partner,Ingenieure

Längsschnitt, Grundriss, Querschnitt.Elevation, plan view, cross section.

1



B r i d g e s

92

bende Querschnitt befindet sichauf Fahrbahnhöhe in der Verbin-dung des Pfeilerkopfes mit demPylonfuss. Er muss in Längsrich-tung die Biegemomente aus feld-weiser Verkehrslast und in Quer-richtung – wegen der Brücken-krümmung – die Querbiegemo-mente infolge der horizontalenAblenkkräfte der Schrägkabel

aufnehmen. Die starken Querträ-ger unmittelbar unter dem Fahr-bahnträger übertragen dieseQuerbiegemomente in vertikaleNormalkräfte in den Pfeilerstie-len.Von den durch feldweise Ver-kehrslast erzeugten Kragmomen-ten des von Fahrbahn und Kabelngebildeten Trägers werden etwa80% nach unten in die Pfeilerund 20% in die Nachbarspann-

weite übertragen. Die Vierendeel-förmige Ausbildung der Pfeilermit den beiden Stielen und denQuerträgern gewährleistet dieerforderliche Pfeilerflexibilität in

Querrichtung im Hinblick aufdie horizontalen Querverschie-bungen des Fahrbahnträgersinfolge Temperaturveränderun-gen. Eine Temperaturverände-rung von 10°C verursacht in Brü-ckenmitte eine Querverschiebungvon 48 mm.Die geologische Untersuchungzeigte, dass der Fels und dieGrundmoräne im ganzen Brü-ckenbereich sehr tief liegen. Siesind mit Hangschutt und Alluvia-len überdeckt. Die Brückenwider-lager bestehen aus erdgefülltenBetonkästen auf einer massivenGrundplatte. Sie sind monoli-thisch mit dem Brückenträger ver-

bunden und gewährleisten eineeinwandfreie Stabilisierung derBrücke in Längs- und Querrich-tung. Die Fundation der Pfeilerbesteht mit Ausnahme desschachtfundierten Pfeilers 1 aus14 bis 16 m langen Bohrpfählenvon 1,5 m Durchmesser.Der Brückenträger weist einen12,1 m breiten Plattenquerschnittmit Randverstärkungen auf. DieDicke der Platte variiert zwischen

0,32 m am Rand und 0,40 m in derMitte. Die Schrägkabel bestehenaus gebündelten Paralleldrähtenin mit Fett gefüllten Hartpolye-thylen-Hüllrohren. Die Anzahl derverzinkten Drähte mit 7 mmDurchmesser variiert von 125 bis160 und ist bei maximaler Kabel-kraft für eine zulässige Spannungvon σp,adm = 0,50 ftk bemessen. AmTräger sind die beweglichen Ka-belanker ausserhalb der Randver-stärkungen im Abstand von 6,0 m

angeordnet. Die festen Kabelver-ankerungen an den Pylonen sinddurch einbetonierte Baustahl-rahmen miteinander verbunden.Weil das Kabelbild infolge derBrückenkrümmung viele Über-schneidungen aufweist und sichbei der Durchfahrt kontinuierlichändert, sind die Kabel harfenför-mig angeordnet. Die dadurch er-zeugte Parallelität der Kabel aufder gesamten Brückenlänge er-

gibt einen ruhigen und klaren Ka-belraum (Bild 2). Der geschwun-gene und äusserst schlankeFahrbahnträger widerspiegeltdurch Schlankheit und Transpa-

into the adjacent spans. TheVierendeel-shaped form of the piers was necessary in view of theremarkable constraints due totemperature. A difference of 10centigrade causes a transverse de-flection of 48mm in the middle of the bridge.Geological analysis showed that the bedrock and the basemoraine lie at a great depth. They are covered with rockfall material and alluvial deposits. The abut-ments consist essentially of earth-filled box structures on a base slab. They are monolithically con-nected to the bridge deck and provide the longitudinal and lat-

eral stabilisation of the bridge.The foundations of the piers consist, with the exception of the shaft founded pier 1, of 1.50-m-diameter bored piles at depths of 14 to 16 m.The bridge deck exhibits a 12.10mwide slab cross section with twoedge beams. The slab thicknessvaries in the transverse directionfrom 0.32 m to 0.40 m at midspan. The stay cables consist of

bundled parallel wires enclosed inhard polyethylene grease-grout-ed pipes, each with 125 to 160galvanised wires of 7mm diame-ter, designed for the maximum ca-ble forces with a utilisation limit of σ p,adm= 0.50 f tk . The stressing an-chors of the stay cables arearranged outside the edge beamswith a spacing of 6 m, and thefixed anchors are located inside steel panels in the webs of the pylons cross section. Because of

the continually changing viewswhile driving over the bridge,the cables are arranged in a harp pattern, giving as strict and cleara pattern of cables as possible(figure 2).The bridge represents a clean and consistent unit. The extremely slender and curved deck reflectsthrough slenderness and trans- parency a high technical effi-ciency. The shape of the piers vi-

sualises the flow of the bendingforces, and all cross sections ex-hibit the same typology with their squat T-beam form. With the simple recesses in cross sections

Blick von unten.View from underneath.

3



B r i d g e s

93

renz eine hohe technische Effi-zienz. Die Form der Pfeiler visuali-siert den Kraftfluss und alle Trag-werksquerschnitte weisen mitihren flachen T-Querschnitteneine einheitliche Typologie auf.Mit der Einkerbung in den Pfei-lern wurde die Ornamentik aufein Minimum reduziert (Bild 3).

Erstellung der BrückeDie Bauzeit dauerte von Juli1996 bis Oktober 1998 insgesamt2,5 Jahre. Für die Herstellung derBrückenplatte wurden Schalwa-gen mit doppelter, 6 m langerSegmentlänge verwendet. Bei je-der Etappe wurden im vorderen

Segment die Randverstärkungen(mit den Kabelverankerungen)und im hinteren Segment dieFahrbahnplatte betoniert. Nochvor dem Vorziehen der Schalwa-gen um eine Segmentlänge (6 m)wurden im vorderen Segment dieKabel eingezogen, verankert undteilweise vorgespannt. Die Ba-lance der frei stehenden T-Kon-struktion wurde fortlaufend kon-trolliert. Zur Verbesserung der

Stabilität wurden im Abstand von20 m beidseits der Pfeiler Nieder-haltekabel eingebaut, die vorallem wegen der durch lokaleWinböen verursachten gefähr-lichen Pfeilertorsion in Querrich-tung gekreuzt wurden.

KostenDie Totalkosten der Brücke belie-fen sich auf ca. 20 Mio CHF oder4100 CHF pro Quadratmeter nutz-barer Fahrbahnfläche.

The International Association forBridge and Structural Engineering(IABSE) verlieh der Sunniberg-brücke (Bild 4) am 21. März 2001anlässlich des IABSE-Symposiumsin Malta den «2001 OutstandingStructure Award».

of the piers, the ornamentationhas been reduced to a minimum(figure 3).

Constructionof the bridgeThe construction time lasted 2.5 years from July 1996 till October 1998. For the construction of thedeck, travellers with a length of two 6m long segments wereused. At each stage concrete was placed in the foremost segment for the edge beams and simulta-neously for the central slab areaof the previous segment. Beforeadvancing the traveller, the stay

cables were introduced, anchored and partially stressed. The bal-ance of the free-standing T-struc-tures were continuously checked.However, in view of longitudinal bending and above all in view of torsion around the vertical axisdue to wind loads, crossed tie-down cables were installed in adistance of 20m on both sides of the towers.

CostsThe total costs of the bridge runup to approximately 20 millionfrancs or 4100 CHF/m 2 of usable

roadway surface.The International Association for Bridge and Structural Engineering presented “The 2001 OutstandingStructure Award” to the Sun-niberg bridge (figure 4) at theIABSE Award Presentation Cere-mony in Malta, on March 21, 2001.

Verfasser/AuthorChristian Menn

Prof., Dr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHPlantaweg 21CH-7000 [email protected]

Gesamtansicht der Brücke.General view of the bridge. (Copyright: Bänziger + Köppel + Brändli + Partner)

4



Moderner Verbundbrückenbau an zwei BeispielenTwo examples of modern composite bridges

Hans-Gerhard Dauner, Dieter Stucki, Aldo Bacchetta

B r i d g e s

94 Querschnitt.

Cross-section.

1

ZusammenfassungEs werden zwei Verbundbrückenbesonderer Art vorgestellt: dieDreirosenbrücke, eine zweistö-ckige Brücke, bei der die obereBetonfahrbahn mit der unterenüber ein Stahlfachwerk im Ver-bund steht, und die TalbrückeDättwil auf der A1 vor dem Ba-

reggtunnel mit einem räumlichenRohrfachwerk und zusammenge-klebten Betonfertigteilen alsFahrbahn.Während bei ersterer die Konstruk-tion und der Bauablauf interessantsind, setzt die zweite Massstäbe inBezug auf die Bauzeit.

Die DreirosenbrückeEinleitungDie Nordtangente Basel verbindetdie bestehende A2 Basel–

Deutschland mit der französi-schen Autobahn A35. Sie wird alsvierspurige Stadtautobahn ausge-bildet und verläuft weitgehendunterirdisch.Eines der markanten Bauwerkeder Nordtangente bildet die Drei-rosenbrücke, welche den Rheindoppelstöckig überquert. Auf derunteren Ebene liegt die Auto-bahn (mit zusätzlicher Ein- undAusfahrtspur) und oben be-

wegen sich die öffentlichenVerkehrsmittel, der Stadtstrassen-verkehr, Fahrräder und die Fuss-gänger (Bild 1).

Das ProjektDie wesentlichen Merkmale desProjektes sind:• doppelstöckige Brücke• zwei selbständige Brücken• Mitbenutzung der Fundationen

bestehender Pfeiler der altenBrücke von 1934

• Benutzung der alten Dreirosen-brücke als Hilfsbrücke währendder Bauzeit

• Nutzung der Überweite auf derLokalstrasse als «Boulevard».

Beide Brücken sind Durchlaufträ-

ger mit Spannweiten von 77, 105und 84 m. Die feste Lagerung(Topflager) der Brücken befindetsich auf dem Flusspfeiler auf derSeite Kleinbasel (Bild 2).Die Brücken ruhen auf mächtigenFlusspfeilern von ca. 40 m Längeund 4,0 m Breite. Die Fundationim «Septarienton» wurde mitBohrpfählen ergänzt, und die be-stehenden Pfeiler und Caisson-fundamente wurden in die neue

Konstruktion integriert. Als si-chere Baugrube wurde ein mehr-fach gepriesster Spundwandka-sten erstellt, welcher imstande ist,einen Schiffsstoss von 9,0 MN inFlussrichtung bzw. 6,0 MN querzur Flussrichtung aufzunehmen.Die ebenfalls auf Bohrpfählen ge-gründeten Widerlager wurdenvollständig neu gebaut.

Das TragwerkDas Tragwerk besteht aus Stahlka-

stendiagonalen und vorgespann-ten Betongurten, die zusammen inLängsrichtung Fachwerke und inQuerrichtung mit vorgespanntenRippenplatten Rahmen bilden.Schlüsselelement der Konstruk-tion ist der Fachwerkknoten(Bild 3). In ihm verbinden sichLängsfachwerk und Querrahmen.Während die Diagonalen unter-einander in herkömmlicher Weiseüber kräftige Knotenbleche ver-

bunden werden, spielt bei derVerbindung Stahl–Beton nebenKontaktflächen, Dübeln und kräf-tiger Vorspannung in beidenRichtungen der Bauablauf des

Projektdaten

Dreirosenbrücke in Basel

BauherrKanton Basel-Stadt, Baudepartement,Tiefbauamt

GeneralunternehmerARGE-Dreirosenbrücke:Spaltenstein Hoch + Tiefbau AG,FederführungBatigroup AG, Basel, Frutiger AGJean Cron AG, Straumann-Hipp AG

VorspannungAVT Anker + Vorspanntechnik AG, Tafers

PlanerBänziger, Bacchetta, Fehlmann(Federführung)Dauner Ingenieurs Conseils SAACS + Partner AGCyrill Burger & Partner AGSteib W. und K., Architekten

StahlbauerPreiswerk + Esser AG, FederführungGiovanola Frères SATuchschmid Engineering AG

Technische DatenKonstruktionsbeton: 15000 m3

Bewehrungsstahl: 1900 tVorspannstahl: 400 tKonstruktionsstahl: 2 x 800 tNationalstrasse/Autobahn: 2 x 3 SpurenStadtstrasse: je 1 SpurTramverkehr: je 1 SpurVelospur (Nord/Süd): 2,15 m/3,15 mFussgänger (Boulevard): 2,50 m/8,50 m

Talbrücke Dättwil

BauherrKanton Aargau, Baudepartementdes Kantons Aargau, Aarau

UnternehmerRothpletz & Lienhard, Aarau,Subunternehmer:Vorspannung: VSL (Schweiz) AG, LyssachLager: Proceq, ZürichBetonelemente: Wey AG, Villmergen

PlanerBänziger, Bacchetta, Fehlmann (Pilot)Dauner Ingenieurs Conseils SA, Aigle

Stahlbauer- ARGE Zwahlen & Mayr SA / Senn AG

Technische DatenKonstruktionsbeton: 1450 m3

Bewehrungsstahl: 170 tVorspannstahl: 43 tKonstruktionsstahl Fe E355: 315 t

Summary Two unusual composite bridgesare presented: the Dreirosenbridge, a continuous double-

decked composite bridge, wherethe top and bottom concretedecks are connected through a steel truss, and the bridge near Dättwil for the highway A1 in



B r i d g e s

95

Grossbasel Rhein Kleinbasel

Grundriss und Längsschnitt.Plan and elevation.

Oberer und unterer Knoten.Upper and lower chord.

2

3

Erwägungen gestalteten massi-ven Betonblöcken und einem mit-wirkenden Teil der Fahrbahn-

platte. Die Abmessungen derGurtungen ergaben sich aus fol-genden Erfordernissen:• Platz für die Längsvorspannung• Platz für die Spannköpfe der

Quervorspannung• Platz für eine umschliessende

Bewehrung• Gestaltung als Folge besonderer

Bedürfnisse:– im Untergurt eine New-Jersey-

Leitwand

– im Obergurt die anschliessen-den Fussgängerstege.

Der StahlbauDie Diagonalen bestehen nachwirtschaftlichen und konstrukti-ven Erwägungen aus zusammen-geschweissten Kastenprofilen derStahlqualitäten Fe E355 und 460.Sie bilden zweischalige Knoten,deren Dimensionierung über dieSchubkapazität von Scheiben sehrkonventionell erfolgte. Die Zu-

gänglichkeit der voll durchge-schweissten Nähte für zerstö-rungsfreie Kontrollen ist bei derkonstruktiven Gestaltung aus-schlaggebend.

front of the Baregg tunnel, is a tu-bular space truss with the con-crete deck made out of precast

segments.The Dreirosen bridge is especially interesting for its constructionand the way it is built. The Dättwil bridge is a benchmark with respect to the time of construction.

The Dreirosen bridgeIntroduction

The canton of Basel-Stadt is cur-rently building a new expressway called the North Ring Road. It will

connect the A2 Basel–Germany with the A35 motorway in France.The four-lane dual carriageway mostly runs underground. One of the most imposing landmarks of the new link is the double-decked Dreirosen bridge over the Rhine.

The motorway is situated on thelower deck with additional entry and exit ramps. On the upper deck there is space for local traffic in-cluding trams and a promenade for

pedestrians and cyclists (figure 1).

Project data

Dreirosen bridge in Basel

Owner

Canton Basel-Stadt,Civil Engineering Departement

General contractor

ARGE-Dreirosenbrücke:Spaltenstein Hoch + Tiefbau AG (head)Batigroup AG, Basel, Frutiger AG

Jean Cron AG, Straumann-Hipp AG

Post-tensioning

AVT Ltd., Tafers

Project

Bänziger, Bacchetta, Fehlmann (head)Dauner Ingenieurs Conseils SA

ACS + Partner AGCyrill Burger & Partner AGSteib W. und K., Architekten

Steel contractors

Preiswerk + Esser AG (head)Giovanola Frères SATuchschmid Engineering AG

Technical data

Concrete: 15000 m3

Reinforcing steel: 1900 t Prestressing steel: 400 t Structural steel: 2 x 800 t Highway: 2 x 3 lanesLocal traffic: 2 x 1 laneTram traffic: 2 x 1 laneBicycle (North/South): 2.15 m/3.15 mPedestrians (Boulevard): 2.50 m/8.50 m

Talbrücke Dättwil

Owner

Canton of Aargau,Civil Engineering Departement

Contractor

Rothpletz & Lienhard, Aarau,Subcontractor:Prestressing: VSL (Schweiz) AG, LyssachBearing: Proceq, ZürichPrecast elements: Wey AG, Villmergen

Project

Bänziger, Bacchetta, Fehlmann (head)Dauner Ingenieurs Conseils SA, Aigle

Steel contractor

ARGE Zwahlen & Mayr SA / Senn AG

Technical data

Concrete: 1450 m3 , Reinforcing steel: 170 t Prestressing steel: 43 t Structural steel Fe E355: 315 t

Zusammenbaus eine ausschlagge-bende Rolle. So müssen im Kno-ten zusätzlich noch Montage-verbände aus zwei Ebenen

angeschlossen werden (Bild 4).Die Gurtungen bestehen auseinbetonierten und für die Mon-tage bemessenen HE-Profilen,vorgespannten, aus funktionalen



B r i d g e s

96

Mit den später einbetoniertenMontagegurtungen und den aus-wechselbaren Windverbänden

entsteht ein Raumfachwerk (Bild4), dessen Zusammenbau in einerdafür speziell geschaffenen Feld-fabrik am Rheinufer erfolgt.Aus den einzelnen Stahlbaube-trieben werden transportfähigeStücke, bestehend aus jeweils ei-nem Knoten und einer Diagona-len, angeliefert. Diese werden zueiner Brückenhälfte mit den Mon-tagegurtungen verschweisst undmit den Verbänden (zur Wieder-

verwendung bei der zweitenBrücke) verschraubt.Die beiden 133 m langen und470 t schweren so hergestelltenBrückenhälften werden mit Pon-tons eingeschwommen und mitHubgeräten auf die Pfeiler undWiderlager gehoben (Bild 5).Durch das Absenken der Brücken-hälften bei den Widerlagern kannin Brückenmitte tangential ver-schweisst werden.Mit dem anschliessenden Anheben

(ca. 50 cm) des nun verschweisstenStahlfachwerkes an beiden Wider-lagern werden Zwangsschnitt-kräfte erzeugt, welche den3-Feld-Zustand wiedergeben.

Die BetonfahrbahnenSie werden im Wochentaktmittels zweier Schalwagen in

Etappen von 7.0 m, ausgehendvon und symmetrisch zu dem je-weiligen Flusspfeiler, betoniert. Eswird also zuerst eine und dann diezweite Brückenhälfte fertig-gestellt. Dieses insgesamt unsym-metrische Vorgehen mit ständi-gen Steifigkeitsänderungen stell-te hohe Anforderungen an dieGeometrie des Stahlfachwerkes,seine rechnerische Ermittlung undwerkstattmässige Umsetzung.

Die Konstruktion des Schalwa-gens (Bild 6) ist sehr komplex,weil er während des Betonierensim Bereich der Etappe die Funk-tion der dort ausgebauten Wind-verbände übernehmen muss.

Die Talbrücke DättwilEinleitungDurch das immer stärker anwach-sende Verkehrsaufkommen in derRegion Zürich werden die Zubrin-ger stark belastet und es bilden sich

regelmässig Staus. Eines dieser Na-delöhre ist der Bareggtunnel beiBaden vor Zürich. Um die Verkehrs-situation zu verbessern, ist der Baueiner dritten Tunnelröhre geplant.

The project

The basic features of the project are:• double-decked bridge• existing foundations of the old

1934 bridge are utilised • two independent bridges• temporary use of the old bridge

during construction• use of the additional space on

the upper deck to create aboulevard for the pedestrians

Both bridges are continuous gird-ers of constant height with spansof 77, 105 and 84 m. The longitudi-nal fixation (pot bearing) is located on the Kleinbasel pier (figure 2).The bridges rest on massive piers

40 m long and 4.0 m wide. The ex-isting caisson foundations of theold bridge are complemented with piles. The construction of the piers in the river was done insidea protection wall of sheet piles,which has to withstand a ship’simpact of 9.0 MN in direction of the river flow, and 6.0 MN trans-verse to it.The abutments rest on pile foun-dations and were constructed

completely from scratch.

The structure

The bridge structure is composed of hollow-rectangular steel diag-onals and a top and bottom chord of post-tensioned concrete. Intransverse direction the post-tensioned concrete ribs act as frames.The truss nodes are the key ele-ments of the bridge. The steeldiagonals, the steel chords, theconcrete chords and the trans-

verse ribs all converge at thesenodes. The connection betweenthe steel diagonals is carriedout conventionally with gusset plates (figure 3).

Raumfachwerk.Space truss.

Schalwagen.Form traveler.

Nordbrücke im Bauzustand.North bridge during construction.

4

65



B r i d g e s

97

Brücke im Aufriss.Elevation of the bridge.

Brückenquerschnitt im Feld und an den Pfeilern.Typical cross sections at midspan and over the pier.

7

8

Beidseits des neuen Tunnels wer-den neue Brücken benötigt.Da eine kurze Bauzeit gefordertwar, wurde bei der Westbrückenach einer Lösung gesucht, dieeine möglichst rasche Erstellungerlaubte.

Das gewählte ProjektDas unter mehreren Variantenausgewählte Projekt ist eine Ver-bundbrücke bestehend aus einemästhetisch ansprechenden Rohr-fachwerk und der Fahrbahnplatteaus Fertigteilen. Die Spannweiten(Bild 7) betragen 25,62 m – 4 x38,43 m – 25,62 m, was eine Ge-samtlänge von 204,96 m Lager-achse zu Lagerachse ergibt.

Auf dem Brückendeck sind dreiFahrspuren von 3,75 m, ein Pan-nenstreifen von 3,0 m und einBankett von 1,25 m angeordnet.Das dreieckförmige Rohrfach-werk ruht auf jeweils zwei schlan-ken Einzelstützen mit einemDurchmesser von 1,1 m (Bild 8).Die Fahrbahnplatte besteht aus64 vorfabrizierten und quer vor-gespannten Fertigteilplatten von3,2 m Länge, 15,9 m Breite und ei-ner variablen Stärke von 25 bis

65 cm.Die Fertigteile wurden unter-einander verklebt und vor derVerbundherstellung längs vorge-spannt.Diese neuartige Baumethode er-laubte die angestrebte kurze Bau-zeit von nur acht Monaten.Die Pfeiler stehen auf je vier Bohr-pfählen von 90 cm Durchmesserund die beiden Widerlager sindflach fundiert.

The load transfer in transverse di-rection is effectuated by post-tensioned tendons and shear ribs,while the load in longitudinal di-rection is transferred by contact plates and shear studs which areconcentrated at the side plates of

the node.In addition, the temporary wind bracings positioned in two planesare also connected to the node(figure 4).The chords are made out of post-tensioned concrete girders using part of the deck slab and encased steel girders which are designed for the erection and concreting of the bridge.The dimensions for the chords are

given by the following constraints:• space for the longitudinal post-tensioning

• space for the anchor heads of the transverse post-tensioning

• space for reinforcement • form due to:– new Jersey at bottom chord – branching into a pedestrian

bridge of the top chord.

The steel construction

The diagonals are hollow qua-

dratic section of Fe E 355 and 460welded together from plates, and are chosen because of economic considerations and constructiverestraints.They form conventional nodes,which are dimensioned for the shear capacity of wall elements.The accessibility for checking thewelding is very important for thenode design.The steel skeleton of the bridge is

welded and bolted together at the temporary workshop near theRhine. With the temporary wind bracings, the bridge looks like a spatial framework (figure 4).

In their workshops, the steel con-tractors fabricate parts, each consisting of two nodes and a diago-nal. These parts are transported to the workshop and welded to-gether to form half the bridge.The reusable wind bracing is

bolted to the trusses and so com- pletes the steel structure.The two halves, 133 m long and weighing 470 t, is transported on the Rhine with the help of pontoons and is lifted on top of the piers and abutments (figure5). After lowering the twobridge halves onto the abut-ments, the last connection pieceis placed and fixed at the centre.Lifting the now-connected steel

bridge at the abutments by about 500 mm introducesfavourable secondary momentsin the now continuous girder over three spans.



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Der StahlbauDas räumliche Fachwerk setzt sich

zusammen aus:• den Obergurten, bestehend aus

Rohren Ø 323,9 mm mit Wand-stärken von 16 ÷ 36 mm

• den Untergurten aus Rohren Ø508 mm und einer durchgehen-den Wandstärke von 50 mm

• den Diagonalen mit Ø 267 mm,zwischen 11 und 25 mm dick.

Alle Fachwerkknoten sind auf ei-ner Wurzelunterlage, voll durch-geschweisst (Bild 9).

Die BetonfahrbahnDie Fahrbahnplattenelemente(Bild 10) wurden fabrikmässig imso genannte «Match-cast-Verfah-ren» hergestellt, d.h., jedes Ele-ment wurde gegen das vorherigebetoniert.Die Quervorspannung beträgt140 kN/m und besteht aus jeweilsvier Litzen 0,6” im gegenseitigenAbstand von ca. 53 cm. 50% derVorspannung wurden im Werk,

50% auf der Baustelle aufge-bracht.In Längsrichtung sind in den Ele-menten 22 Leerrohre einbeto-niert, in die später die Kabel mit jesieben Monolitzen 0,6" (Bild 12)über die ganze Brückenlänge ein-gezogen werden.

The concrete deck

The casting is done from the pier

symmetrically to the centre of the span in a weekly cycle. Each pouring stage is 7.0 m in lengthand corresponds to the distancebetween two nodes.Since only two form travellersare used, the bridge is constructed in two stages. Thisasymmetric concreting of thebridge with changing stiffness of the girder is very demanding for the preset geometry of the steel

construction.The construction of the form trav-ellers (figure 6) is very compli-cated, because they have to takeover the forces from the wind bracings, since the latter are re-moved for concreting.

The bridge overthe valley near Dättwil Introduction

The highway A1 between Zurichand Bern has been plagued to this

day by heavy traffic and there areregular traffic jams. One of thereasons for this is the bottleneck of the Baregg tunnel in Badennear Zurich.To improve this situation a new,third tunnel with adjoining rampsand bridges are being built.

Since the construction time (thenew tunnel, bridges and ramps) isvery critical, a solution was sought allowing the new bridge to be

built as quickly as possible.

The chosen project

The chosen project was selected from different alternatives. It is acomposite bridge with an aes-thetidy pleasing steel truss and pre-cast concrete deck elements.The bridge has 25.62-m, 4x38.43-m, and 25.62-m spans (fig-ure 7) giving a total length of 204.96 m from bearing to bearing.

The clear roadway width betweencurbs is 15.5 m consisting of threelanes of 3.75 m, one emergency lane of 3.0 m and a curb of 1.25 m.The tubular steel truss, which hasa triangular cross section, is supported by slender reinforced con-crete columns 1.1 m in diameter (figure 8).The concrete deck is made from 64 precast elements of 3.2 m length,15.9 m width and a variable slabthickness of 25 to 65 cm which are

transversally post-tensioned.The precast elements are bonded together with epoxy, and longitu-dinal post-tensioning is applied before connection to the steel girder. This new constructionmethod allowed a constructiontime of only eight months.

KK-Knoten am Untergurt.KK-shaped joint/lower chord.

Die Spannkabel in der Fahrbahnplatte.Tendon layout, in the deck slab.

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Verbund Stahl–Beton.Connection steel-concrete.

Querschnitt Längskabel.Cross section of the longitudinal tendon.

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Die gesamte Vorspannkraft be-trägt 31 MN, was einer anfäng-lichen Betonspannung in der Plattevon ca. 5 N/mm2 entspricht.Um beim Spannen der LängskabelReibeverluste zwischen Stahl undBeton zu vermeiden, wurden dieBetonsegmente über Gleitlagernauf den Obergurten abgesetzt.Der Verbund entstand durch Bau-stellennähte zwischen einbeto-nierten Dübelleisten und denObergurten (Bild 11). Die verblie-benen Hohlräume wurden dannebenso wie jene in den Spannka-beln ausinjiziert.Ein ganz besonderes Augenmerkwurde dem Korrosionsschutz der

Längsvorspannung und ihrer Aus-wechselbarkeit geschenkt. In Bild12 ist der Schutzaufbau dieserVorspannung dargestellt.

BauablaufIn einer ersten Phase wurde dasStahlfachwerk über Montagehilfs-türmen erstellt und verschweisst.Die einzelnen Montageschüssehatten ein Gewicht von max. 35 tund eine Länge von 24 m. Diese

Montage dauerte sechs Wochen.Nach dem Verschweissen derStahlträger wurde das erste Orts-betonteil beim Widerlager Westbetoniert, dann wurden die Fer-tigteilplatten verlegt und mitHilfe einer temporären äusseren

Vorspannung Element um Ele-ment aneinander gespannt, nach-dem die Fugen mit Epoxydharz-leim beschichtet waren.Nach dem Betonieren des Orts-betonteiles am Widerlager Ostwurde die definitive Längsvor-spannung über die ganze Brü-ckenlänge von ca. 214 m eingezo-gen und vorgespannt. Dabeikonnte das östliche Ortsbetonteilmitgleiten. Es wurde nach demVorspannen durch Betonvergussblockiert. Anschliessend wurdendie Querkabel auf 100% ge-spannt, die Längsschweissnähteerstellt und die Hohlräume ausinjiziert.

Aus der Kombination schnelleStahlträger- und schnelle Fertig-teilmontage resultierte eine Ge-samtbauzeit inkl. Fundationenvon nur acht Monaten. Bei einerklassischen Spannbetonvariantewären vier Monate mehr notwen-dig gewesen.

NachwortDie aus dem Betonbrücken-bau entliehene Segmentbauweise

konnte bei einer Verbundbrückein dieser Art zum ersten malerfolgreich eingesetzt werden.Die Brücke (Bild 13) ist der Beweisdafür, dass schnelles und ästheti-sches Bauen kein Widerspruchsein muss.

The foundation of each pier is onfour 90-cm diameter bored piles,and the abutments are on slabfoundation.

The steel truss

The steel truss has the followingelements:• top chord, tube Ø 323.9 mm,

wall thickness 16 ÷ 36 mm• bottom chord, tube Ø 508 mm,

wall thickness 50 mm• diagonals, tube Ø 267 mm, wall

thickness between 11 and 25mm. All joints are fully penetrated weldsusing a backing shell (figure 9).

The concrete deck

The precast deck elements (figure10) are fabricated using the short-line match-cast procedure.The post-tensioning in transversedirection is applied using tendonsof four strands 0.6” spaced at 53 cm. The stressing of the ten-dons was done 50% in the casting yard and 50% on the construction site. 22 ducts were placed into each segment in the longitudinal direc-

tion. This space will allow the installation in each duct of sevenmonostrands of 0.6” over the full length of the bridge (figure 12).The total prestressing force is31 MN, which is about 5 N/mm 2

initial compression stress on theconcrete.In order to reduce the friction be-tween the steel and the concrete,the deck elements are positioned on sliding bearings on the topchord.



Die fertige Brücke.The completed bridge.

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Verfasser/AuthorsHans-Gerhard DaunerDr. Ing., dipl. Bauing. THDauner Ingénieurs Conseils, DIC SARue de la Gare 27CH-1860 [email protected]

Dieter Stuckidipl. Bauing. ETHDauner Ingénieurs Conseils, DIC SARue de la Gare 27CH-1860 [email protected]

Aldo Bacchettadipl. Bauing. ETHBänziger, Bacchetta, FehlmannEngimattstrasse 11CH-8027 Zü[email protected]

Die Verbundherstellung mittelsLängsschweissnähten (Bild 11) istunseres Erachtens aus zwei Grün-den noch unbefriedigend:• wegen des Zeitaufwandes• wegen den kaum einzuhal-

tenden Anforderungen an dieMillimetertoleranzen in derSchweissfuge.

Zurzeit sind Untersuchungen imGange, den Verbund durch Injek-tion herzustellen.

The connection was made by on- site welding of the steel top chord with the steel connectors placed into the concrete (figure 11).The residual cavities are grouted as in the post-tensioning ducts.

The corrosion protection of thelongitudinal post-tensioning wasvery important. The different parts are shown in figure 12.

Construction

In the first phase the steel truss is positioned and welded together with the help of temporary towers.The truss segments weighed max.35 t and were 24 m long. The construction time for the steel truss

was six weeks. After concreting of the on-site portion at the east abutment, the longitudinal post-tensioning was installed over thetotal length of the bridge of

214 m. During stressing the cast section was not restrained frommoving and was fixed subse-quently to the structure by con-creting the block-outs. After-wards the transverse tendonswere stressed to 100%, the longi-tudinal weld executed, and thecavities were grouted.The combination of fast erectionof the steel girder and fast placingof the precast elements resulted in a total construction time of only eight months for the wholebridge including the foundations. An additional four months would be needed if the same bridgewere to be built as a post-ten-

sioned girder.

Conclusion

The use of precast elements for the construction of a compositebridge in this way was applied successfully for the first time. Thebridge (figure 13) is proof that fast construction and aesthetic design are not contradictory.On-site welding of the longitudi-nal connection for the composite

structure (figure 11) is from our point of view not very satisfactory for the following two reasons:• time required for welding on site

• tolerances of the welding con-nection were very demandingand could hardly be achieved.

Research is currently done for achieving the composite struc-tures by replacing welding withgrouting alone.



Überdeckung NeuenhofThe Neuenhof covering

Reinhard Kündig Projektdaten

BauherrKanton AargauAarg. BaudepartementAbt. Tiefbau

IngenieurePlanergemeinschaftA1/NeuenhofStucki, Hofacker + Partner AG, ZürichRothpletz, Lienhard + Cie AG, Aarau

UnternehmungARGE Überdeckung NeuenhofMarti AG, ZürichGranella AG, Würenlingen

VorspannungSpannStahl AG, Hinwil

Blickrichtung Zürich mit Nordspur (vierspurig), hergestellter Tunneldecke im Hintergrund undfahrbahnseitiger Deckenabschalung.Looking towards Zurich with the north-carriageway (four-lane), completed tunnel roof in the background and roof-shuttering on the carriageway side.

Bauvorhaben

Seit der Inbetriebnahme derA1 vor 30 Jahren ist im RaumBaden–Wettingen das Verkehrs-aufkommen auf ca. 100000 Fahr-zeuge pro Tag angestiegen. Einwichtiges Bauwerk zur Bewälti-gung des Verkehrs und zur Ver-besserung der Wohnqualität istdie Überdeckung Neuenhof. Das640 m lange Bauwerk gliedertsich in einen 330 m langen Tunnelund eine 310 m lange einseitigoffene Galerie. Die auf der Über-

deckung entstehende Flächekann als Park- und Sportanlagegenutzt werden, zudem werdendie auf den angrenzenden Grund-stücken stehenden Wohnhäuservom Strassenlärm weitgehendentlastet.

BauprojektIn einer ersten Bauphase wurdendie Mittelwand im Tunnelbereichund die Sockelwand für die Gale-

rie unter Einbezug der bestehen-den Stützmauer erstellt. Die Bau-stelleninstallation erfolgte EndeJuli 2001 auf der Südspur, nachder Umlegung des Verkehrs auf

die Nordspur Fahrtrichtung Bern.

Die Abstützung der vier Decken-schalungen von je 15 m Länge er-laubte die Durchfahrt mit Lastwa-gen, um die nötigen Transporteauf der Baustelle sicherzustellen.Im Jahr 2002 wird die Installationauf die Nordspur verlegt, um imTunnelbereich die Decke zu er-gänzen.

ÜberbauDie 330 m lange Tunneldecke istein vorgespannter 2-Feld-Rah-

men, wobei in der ersten Bau-phase nur jedes 2. Kabel für dasEigengewicht eingebaut und ge-spannt ist. Im Jahr 2002 wird aufder Nordspur jeweils 1 Kabel andas bestehende Kabel angekup-pelt und die restlichen Kabel wer-den über 2 Felder eingestossenund gespannt. Die vorgespannteoffene Galeriedecke liegt hang-seitig auf der Stützmauer und tal-seitig auf Stahlstützen im Mittel-

streifen.

TunneldeckeIn die Tunneldecke sind auf jedenMeter Hüllrohre aus Kunststoff

Overall project Since the start-up of the A1 mo-torway 30 years ago, the traffic volume has risen to approx.100,000 vehicles per day in the re-gion of Baden-Wettingen. TheNeuenhof covering is an impor-tant construction for coping withthis volume of traffic and for improving the living quality. The640 m long construction is divided into a 330 m long tunnel and a

310 m long gallery, which is openon one side. The area made avail-able by the covering can beutilised as a park or sports area. Inaddition, the houses on theneighbouring property will belargely relieved from traffic noise.

Building project In an initial building phase thecentre wall in the region of thetunnel and the base wall for thegallery were built with the inclu-

sion of the existing retaining wall.The building site was installed at the end of July 2001 on the southcarriageway, after the traffic had been diverted to the north car-riageway in the Bern direction.The support of the four slab form-works, each 15 m long, ensured the passage of lorries to carry vital material to the building site. In 2002 the installation will bemoved to the north carriageway,

in order to complete the coveragein the tunnel area.

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Südspur mit hangseitiger Abschalung und montierten Verankerungen derVorspannung.South-carriageway with shuttering on the side towards the hill and installed anchor-points of the post-tensioning system.

Blickrichtung Zürich mit Südspur, bereit zum Armieren.

Looking towards Zurich with the south-carriageway, ready for reinforcement.

Project data

Owner

Canton of AargauCivil Engineering Departement

Engineers

Project team A1/Neuenhof Stucki, Hofacker + Partner AG, ZurichRothpletz, Lienhard + Cie AG, Aarau

Contractor

ARGE Überdeckung Neuenhof Marti AG, ZurichGranella A, Würenlingen

Post-tensioning

SpannStahl AG, Hinwil

eingelegt. An die in jedes 2. Hüll-rohr eingestossenen, gespanntenund injizierten Litzen werden inder nächsten Etappe im Jahr 2002die weiterlaufenden Kabel ange-koppelt. In die dazwischen liegen-den noch leeren Hüllrohre wer-den über beide Tunnelröhrendurchlaufende Kabel Typ 12 DYL140, Vo = 2230 kN, eingestossen,gespannt und injiziert.

GalerieDie Galerie ist mit Kabeln inKunststoffhüllrohren Typ 12 DYL150, Vo = 2390 kN, vorgespannt.

BauablaufUm die 43 Etappen à ca. 16 m vonAugust bis Dezember 2001 zu er-stellen, installierte der Unterneh-mer 4 Schalungen, um wöchent-lich bis zu 4 Etappen zubetonieren. Nach dem Spannenam Vormittag wurde die Schalung

vorgezogen; am 2. und 3. Tagwurden die Armierung und dieVorspannung eingebaut, um am4. Tag zu betonieren. Am 7. bzw.am 8. Tag konnte gespannt wer-den. Da im Kanton Aargau dasInjizieren nur unter Aufsicht desKantons geschehen kann, wurdendazu immer mehrere Etappen zu-sammengefasst, sodass sich einganztägiger Einsatz lohnte. Zumersten Mal wurden unsererseits

ab Ende Oktober 2001 mit Rust-Ban 310 behandelte Litzen alsWinterschutz eingebaut. Ein Teildieser Kabel konnte im Dezembernoch injiziert werden, der Rest

SuperstructureThe 330 m long tunnel coveris a prestressed 2-field frame,whereby in the first phase only every second tendon will be installed and tensioned. In 2002, af-ter shifting the installation to thenorthern carriageway, the already installed tendons are coupled.

The remaining tendons are installed by the pushing throughmethod. The prestressed opengallery lies on the supporting wall on the sloping side, and on thevalley side it is supported by steel columns in the centre strip.

Tunnel cover In the tunnel cover there are plas-tic ducts inserted every metre. In

the next stage in 2002, the subse-quent tendons will be coupled tothe tendons, which have already been inserted, tensioned and grouted. In the intermediateempty ducts, a tendon of type 12DYL 140, Vo = 2230 kN, will be pushed through over the two tun-

nels, tensioned and grouted.

Gallery The gallery is prestressed withtendons of type 12 DYL 150, Vo = 2390 kN, in plastic ducts.

Constructing procedureIn order to complete the 43 constructing stages of approx. 16 mlengh each, from August to De-

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103Betonierte Südspur im Tunnelbereich.Concreted south-carriageway in the tunnel area.

Betonierte Südspur im Galeriebereich.Concreted south-carriageway in the gallery area.

bleibt aber bis frühestens Februar2002 in einem gespannten undnicht durch Injektionsmörtel ge-schützten Zustand.Mit der geschickten Wahl von4 Schalungen konnte ein äusserstschneller, aber auch effizienterBauablauf zustande gebrachtwerden, galt es doch, rund620 Stück Vorspannkabel zu ca.19 m mit 140000 kg Litzenstahleinzubauen.

cember 2001, the contractor installed 4 formworks for concret-ing up to 4 stages per week. After tensioning in the morning, theformwork was moved; on the sec-ond and third day the reinforce-ment and the tendons were installed, so that on the fourth day concreting could commence. Ten- sioning took place on the seventhor eighth day. Since grouting may only take place under the owner’s supervision, several stages werecombined to justify a whole day’seffort. For the first time, we applied for protection against win-

Verfasser/AuthorReinhard Kündigdipl. Bauing. HTL, SpannStahl AGWässeristrasse 29, CH-8340 [email protected]

ter influences of post-tensioning strands the agent Rust-Ban 310,from October 2001 onwards. Part of the tendons could still begrouted in December, but the rest remained until February 2002 at the earliest in a tensioned and un- protected non-grouted state.With the skilful choice of four formworks an extremely rapid and efficient constructing proce-dure could be established. All inall there were 620 pieces of prestressed tendons of approx. 19 m,in total 140000 kg of prestressing steel to be assembled.

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Brucken & Bridge

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Transcript of Brucken & Bridge