Remplacement des appuis du viaduc de Weyermannshaus

Situation initiale et phase de construction

Dans la région bernoise, le quartier d'Ausserholligen est revalorisé dans le cadre de deux grands projets : Augmentation des prestations Berne Ouest des CFF et Pôle de développement Ausserholligen de la Ville de Berne.

Le projet de la Ville comprend notamment la gare Europaplatz Nord avec un nouveau passage souterrain pour piétons ainsi que la revalorisation de l'espace sous le viaduc. Sous le viaduc autoroutier naîtra un espace public avec des liaisons piétonnes et cyclables ainsi que des lieux dédiés aux loisirs, au sport, à la culture et à la vie de quartier. Pour cela, le terrain est abaissé d'environ 2 à 4 m à proximité du viaduc.

Le viaduc (construit de 1974 à 1977) est constitué de poutres-caissons précontraintes d'une portée de 26,5 à 38 mètres, avec des entretoises massives précontraintes au-dessus des piles. Ces piles sont remplacées par étapes pendant les travaux. Le viaduc est pour cela soulevé à l'aide d'une reprise provisoire (poutres soudées massives sur des tours d'étaiement) et de vérins hydrauliques. Les piles existantes sont déchargées et démolies, puis de nouvelles piles, plus longues, sont construites afin de permettre l'abaissement du terrain.

Un état provisoire est critique : l'appui ponctuel (pile) disparaît, et l'entretoise n'est plus « suspendue » qu'aux âmes du caisson, qui agissent comme appuis linéaires. En même temps, l'importante force de précontrainte continue d'agir dans l'entretoise. Cet état a dû être vérifié localement.

La superstructure est un caisson précontraint. Au-dessus de chaque pile se trouve dans le caisson une entretoise massive en béton précontraint transversalement, qui transmet aujourd'hui les charges de la superstructure à la pile par un appui central ponctuel. Pour le remplacement des appuis, la superstructure est soulevée au moyen de tours d'étaiement et de vérins hydrauliques. Pour des raisons constructives, les vérins ne peuvent être placés que sous les deux âmes du caisson.

L'appui central disparaît entièrement dans cette phase, tandis que les charges linéaires initiales de la superstructure sont réduites ou supprimées. L'entretoise est ainsi temporairement « suspendue » dans la superstructure et essentiellement maintenue par la précontrainte transversale existante et la transmission des efforts par les âmes. Cet état diffère fondamentalement du système statique d'origine et exige une vérification propre.

Modèle 2D détaillé de l'entretoise

La géométrie de l'élément a été saisie intégralement, y compris les ouvertures existantes qui influencent localement le cheminement des efforts. Sur la base des plans existants, l'armature a pu être modélisée explicitement. Les armatures horizontales et verticales ainsi que les étriers ont été représentés et évalués individuellement. La précontrainte transversale a également été prise en compte. L'introduction de la force de précontrainte est modélisée de façon simplifiée par une diffusion conique de la charge, complétée par l'armature locale dans la zone d'ancrage, notamment le frettage en spirale existant.

Comparaison qualitative et quantitative de l'état existant et de la phase de construction

Le cheminement des efforts a permis de visualiser clairement le changement fondamental de système en phase de construction, en particulier la formation d'un arc comprimé dans la partie supérieure de l'entretoise et d'un tirant dans la zone inférieure, dus à la disparition de l'appui ponctuel. Les contraintes dans le béton et dans l'armature ont en outre été évaluées afin d'identifier les pics de compression locaux et les sollicitations de traction accrues.

Sur cette base, la vérification de la résistance structurale a été effectuée pour la phase de construction. Les augmentations de sollicitation dans certains étriers, au droit des forces de déviation et des ouvertures, ont été déterminantes. Elles ont été étudiées en détail avec le logiciel et démontrées comme augmentations locales des contraintes. Ces effets locaux autour des ouvertures ou dans les étriers sont justement difficiles à représenter analytiquement ou par des méthodes plus simples.