Renforcement du pont ferroviaire - Pont d'Aabach - Lachen, Suisse

Systèmes précontraints

Renforcement du pont ferroviaire - Pont d'Aabach - Lachen, Suisse

En Europe, près de 70 % de tous les ponts en acier ont plus de 50 ans, et environ 30 % ont même plus de 100 ans. En Suisse aussi, on trouve de nombreux ponts métalliques datant du début du 20ème siècle. Parmi eux, on trouve de nombreux ponts ferroviaires.

Sujet 
Renforcement du pont ferroviaire
Objet 
Pont d'Aabach
Ville 
Lachen
Canton 
Schwyz
Pays 
Suisse
Date 
2020

Données de base

Le pont d'Aabach est un ancien pont ferroviaire en acier construit en 1928 sur la ligne principale entre Zurich et Coire. Il a été conçu à l'origine comme un pont riveté à voie unique. Il a une longueur totale de 38,7 m, une largeur de 5 m et traverse la rivière Wägitaler Aa à 4,6 m de hauteur. Le pont d'Aabach a été construit avec un angle de 35° par rapport à la rivière. Des trains de passagers et de marchandises empruntent le pont quotidiennement. Au fil des ans, les charges ont entraîné des signes de fatigue sur les assemblages rivetés des poutres longitudinales et transversales. 

 

Solution

Grâce aux éléments en FRP précontraints, les connexions sont soulagées et la durée de vie du pont est prolongée. Un projet similaire avait déjà été mis en œuvre en 2013, mais à l'époque il s'agissait du renforcement des poutres transversales. Dans cette situation, il a été possible de se servir des laminés FRP S&P éprouvés en combinaison avec des ancrages d'extrémité. 

Dans le cas présent du pont d'Aabach, il est rapidement apparu que les lamelles de FRP ne convenaient pas en raison des caractéristiques structurelles du pont. Il fallait trouver une solution moins encombrante qui puisse être installée près de la jonction des poutres longitudinales et transversales afin d'absorber les charges de la meilleure façon possible. 

Par le trou du rivet

L'équipe du projet a donc développé un nouveau système de post-tension avec une tige ronde en carbone. La tige est guidée à travers l'un des trous, où le rivet avait été préalablement retiré. Cependant, cela a également nécessité que les ingénieurs développent un nouvel ancrage d'extrémité avec un dispositif de précontrainte pour la tige de carbone. Pour ce faire, les développeurs se sont appuyés sur le principe éprouvé d'un cylindre avec coin de serrage. Le défi consistait ici à concevoir la cale de tension de manière à ce qu'il appuie sur la tige de carbone de manière aussi régulière que possible sous charge et sans pression ponctuelle. Sinon, les fibres de carbone pourraient se briser, ce qui affaiblirait la tige et son maintien dans l'ancrage.

En outre, un dispositif a été développé pour précontraindre le coin dans le cylindre en même temps que la tige de carbone. Ainsi, la force de précontrainte requise peut être mise en place beaucoup mieux et avec moins de glissement pendant le processus de précontrainte sur le pont. Les dispositifs de serrage pour la fixation aux poutres en acier ont également dû être spécialement calculés, planifiés et fabriqués.

Le FRP présente des avantages évidents

Le haut niveau de calculs individuels, de planification et de processus de production est typique de la rénovation de tels ponts en acier. En effet, ils présentent souvent de grandes différences en termes de conception, de matériaux utilisés et d'état actuel. Néanmoins, le renforcement par des systèmes de FRP présente des avantages décisifs par rapport aux options connues jusqu'alors :

  • Le pont ne doit pas être fermé, le trafic ferroviaire ne sera pas intérrompu
  • Travaux de préparation du support très légers : il n'est pas de nécessité d'enlever la protection anticorrosion existante
  • Aucune nouvelle soudure n'est nécessaire et cela évite un affaiblissement de l'acier existant.
  • Les composants du système de précontrainte sont résistants à la corrosion
  • Le système peut être facilement inspecté, entretenu et réajusté

Durée de vie massivement prolongée

Le projet de lamelles FRP réalisé en 2013 et le renforcement du pont d'Aabach décrit ci-dessus font l'objet d'une surveillance permanente au moyen de capteurs électroniques dans le cadre des travaux du projet. Les données obtenues jusqu'à présent à partir de la surveillance et des essais en laboratoire, ainsi que les calculs, montrent que la durée de vie des ponts en acier peut être prolongée jusqu'à 50 ans avec le système S&P FRP.

Projet de grande envergure

Le système a été développé et mis en œuvre en étroite collaboration avec l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa), les Chemins de fer fédéraux suisses (CFF) et dsp Ingenieure + Planer AG. En outre, l'Agence suisse pour la promotion de l'innovation (Innosuisse) a soutenu le projet.

 

Galerie d'images

  • Montage expérimental Empa

    L'ancrage d'extrémité avec cale de tension et la tige en carbone ontfait l'objet de plusieurs essais au laboratoire de l'Empa. Image : S&P

     
  • Visualisation de la situation

    La visualisation ci-dessus illustre le système de renforcement mis en place. Image : Hossein Heydarinouri

  • Détail ancrage d'extrémité

    L'ancrage d'extrémité est serré sur les poutres en acier. Image : Hossein Heydarinouri

  • Précontrainte de la cale

    Ici, le dispositif de précontrainte de la cale dans le cylindre est clairement visible. Image : S&P

     
  • Capteurs pour la surveillance

    Lors de l'assemblage du système, des capteurs ont été intégrés pour un suivi en temps réel. Image : S&P

  • Tige de carbone

    La tige de carbone est guidée à travers un trou de rivet existant. Image : S&P

     
  • Le pont

    Le pont d'Aabach a été construit en 1928. Image : S&P

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