Poutres laminées Histar® au lieu de poutres soudées: optimisation structurale pour un projet d’estacades routières en Pologne

Information détaillée

L’ouvrage WD8 est composé de deux structures indépendantes (chacune pour une voie de route) d’une largeur de 10,6 mètres et d’une longueur d’environ 390 mètres. L’ouvrage WD7, quant à lui, est plus court avec une longueur d’environ 170 mètres ; en revanche la largeur de la construction est plus importante avec 11,2 mètres. C’est une charpente à poutres continues à 5 travées dont la portée est de 30 à 40 mètres. La hauteur du gabarit de la voie au-dessus du terrain est d’environ 12 mètres au centre du pont routier WD7. Les ouvrages sont fondés sur des pieux d’un diamètre de 1,5 mètre et d’une longueur de 22 à 32 mètres.

Les ponts assurent le passage de la voie au-dessus de lignes ferroviaires et de routes locales. Ils ont été conçus en tant qu’ouvrages type en technologie VFT de poutres composites pleines  (S355) d’un élancement d’environ 25-28. Compte tenu de la superficie des ouvrages qui s’élève à plus d’un hectare, le choix de la technologie était un élément-clé d’un point de vue à la fois technique et économique. En raison de la nature du sol et des obstacles, la portée des travées centrales se situe à environ 40 mètres et la construction s’est faite en associant plusieurs éléments préfabriqués.

Projet modifié en poutres laminées HISTAR®

Il a été décidé de poser, à la place des poutres pleines en acier S355, des poutres laminées en acier HISTAR® 460, ce qui a permis de construire les premiers ouvrages d’art de Pologne en technologie VFT avec des profilés laminés. De fait, l’ouvrage WD8 d’une longueur de presque 400 mètres est le plus long ouvrage d’art en technologie VFT de Pologne.

Plusieurs éléments qui ont favorisés l’utilisation des profilés laminés en acier HISTAR® 460 au lieu des poutres composites pleines soudées en acier S355. Les poutres laminées permettent de réduire le tonnage d’environ 10 %, voire plus, si l’optimisation de la conception des poutres particulières d’un ouvrage est prévue.

Les profilés proposés  (livrés sur le site du chantier) avaient une longueur de 41 mètres ce qui permettait d’éliminer tous les travaux de soudage sur site, contrairement aux poutres soudées prévues pour être livrées en 3 éléments séparés. En général, les opérations de soudage ont été réduites de 80%. La mise en place des poutres laminées garantie une haute résistance à la fatigue de l’ouvrage et c’est pourquoi dans les schémas statiques sous forme de cadre ou de poutre continue, l’emploi de l’acier du type S460 se justifie des points de vue technique et économique. Les profils laminés se caractérisent par une surface inférieure par rapport aux poutres composites soudées : la surface devant recevoir le traitement anticorrosion, divisée par le poids de la construction est d’habitude de 15-30% inférieure par rapport aux poutres composites soudées (l’avantage concernant l’entretien de la charpente).

En juin 2011 dans l’usine à Differdange en Luxembourg, ont été laminées 137 poutres dont la longueur variait entre 25 et 41 mètres.  Après fabrication, la finition comprenant le soudage des renforcements de la semelle inférieure au-dessous des appuis, de la tôle de la zone d’appui, des connecteurs soudés et la peinture ont été également réalisés dans l’usine. Grâce à cette démarche efficace, les premières poutres entièrement finies (c’est-à-dire la charpente métallique des travées) du pont routier WD7 ont été livrés à Gdańsk en août 2011 (par transport ferroviaire jusqu’à Gdańsk et par transport routier jusqu’au site du chantier).

Conception de l’entretoise en béton

Dans le cas des ouvrages WD7 et WD8, ainsi que dans la plupart des ouvrages en poutres VFT en Pologne, l’entrepreneur a décidé de réaliser la dalle préfabriquée en béton C40/50 sur le site du chantier, à proximité de l’ouvrage, en coulant en même temps la dalle posée sur les poutres installées en position provisoire avant la mise en place dans la structure de la travée. La nouveauté dans le cas de WD7 et WD8 était l’introduction de l’exécution par étapes des entretoises ce qui a permis d’éliminer l’usage des tours de montage pour les supports.

La partie de l’entretoise d’une hauteur d’environ 30% de la hauteur du profil de l’entretoise (avant le coulage du béton sur la dalle de l’estacade) représente le coffrage pour le reste de l’entretoise et en même temps un appui pour les éléments préfabriqués. De cette façon, les poutres préfabriquées ont été posées directement sur les entretoises partiellement réalisées, et seulement ensuite le reste du profil a été bétonné, jusqu’à la face inférieure de la dalle de l’estacade (en donnant à cette conception une continuité), et ensuite la dalle de l’estacade a été réalisée de façon traditionnelle. De cette façon l’entretoise en béton a été construite en trois étapes. L’appui direct de la poutre préfabriquée sur l’entretoise en béton donne une construction très simple.

Construction des travées

Les éléments préfabriqués ont été mis en place à l’aide de la grue et leur poids a atteint 50 tonne. Une travée unique était réalisée en moyenne en une semaine. La dalle de l’estacade et les travées particulières ont été réalisés en béton C35/45. La construction des travées a été achevée en juin 2013 et le trafic routier sur l’ouvrage a été ouvert en octobre 2013.