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brückenbau 23.8.2002 11:34 Uhr Seite 71

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

Aurelio Muttoni

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IntroductionThe bridges over the river Ca-priasca (completed in 1996) andover 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 economicalaspects. 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 case of the Ticino bridge, the officialdesign was a new twin-girdersteel composite bridge.The central part of the main spanof both bridges is constituted by alenticular beam. The compressionchord of the beam is constitutedby the bridge concrete deck withtwo longitudinal stiffening gird-ers. The two tension chords areconstituted by a polygonal steelmember that contains two pre-stressing tendons (figure 1). Aparticular aspect of the system isthe use of V-shaped deviators forthe tension chord. This system canbe considered as a truss with miss-ing diagonals. This configurationoffers two advantages: reductionof the number of nodes andeasier construction. The shearingforce 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 étaientéconomiquement 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 estun 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 etconstruction plus simple. La re-

Caractéristiques du projet

Le pont sur la Capriasca

Position et utilisation Route cantonale Tesserete–Gola di Lago

Maître d’ouvrage Canton de Tessin, Département du territoire

Projet Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli MuttoniPartner, Lugano

Exécution Muttoni SA, Bellinzona

Caractéristiques Longueur 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 utilisation Route cantonale Ossasco–Villa Bedretto

Maître d’ouvrage Canton Tessin, Département du territoire

Projet Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli MuttoniPartner, Lugano

Exécution Muttoni SA, Bellinzona

Caractéristiques Longueur: 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 deprécontrainte (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 com-ponent of the force in the tensionchord and by the bridge deck. Thissystem 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 de-sign is that the prestressing ten-dons leave the reinforced con-crete section in the positivemoment area to enter into thesteel 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 withinthis section. After construction isfinished, the steel tension chordwas injected with cement grout

Project data

The Capriasca bridge

Location and usageCantonal highway Tesserete–Gola di Lago

Bridge ownerCanton of Ticino

Project Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli Muttoni Partner, 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/m2)Opening date: 1996

* Including engineer’s fees, demolition of the existing bridge, waterproofing, as-phalting, guardrail, correction of the accessroads and finishing.

The Ticino bridge

Location and usageCantonal highway Ossasco–Villa Bedretto

Bridge ownerCanton of Ticino

Project Prof. Dr A. Muttoni, Grignoli MuttoniPartner, Lugano

Contractor Muttoni SA, Bellinzona

Characteristic data Length: 44.00 mWidth: 7.00 mTotal cost*: CHF 700,000.– (2270 CHF/m2)Opening date: 1997

* including engineer’s fees, demolition of 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 fleuve Tessin à Villa BedrettoLe nouveau pont, situé près du vil-lage de Villa Bedretto, traverse lefleuve 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 et d’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 déjàavant 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 prèsdu 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 andensure a good protection of thetendons. Adherence between theinjection grout and the steel pro-file is improved by the use ofgrooved steel sheets on the insidesurface of the tension chord. In comparison with more conven-tional solutions that use only pre-stressing tendons as tensionchords, this solution has severaladvantages:• The tendons are doubly pro-

tected (box steel section andgrout injection), which increasesdurability and protectionagainst impacts or acts of van-dalism.

• The section of the tension chordis stiffer.

• The steel tension chord and thedeviation elements can be con-structed as a truss by adding atop steel element, creating asteel 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 theCapriasca river near the Odognovillage. It’s made of a frame withtwo short lateral spans. The pre-stressing cables are anchored ateach 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 prestressedconcrete section to enter into thesteel tension chord.The construction sequence was asfollows:1. Construction of the founda-tion, the inclined columns and theside spans.2. Placing of the lenticular steelspan.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 steelbox.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 thesteel spans.7. Concreting of the deck.8. Final stressing of the tendons.9. Injection of the prestressingtendons ducts.10. Waterproofing, asphalting andfinishing.

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 déviationsoudées à l’intérieur du tirant mé-tallique ont simplifié la méthodeconstructive en permettant l’in-jection 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 fewkilometers downstream from itsspring in the Saint Gotthardmountain 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 pre-stressed concrete frame with inte-gral supports and without expan-sion joints. The columns areinclined to reduce the horizontalreaction 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 ofthe bridge and leave the concretesection to enter into the tensionchord in the positive momentregion.A difference between the twobridges is that welded deviationsaddles inside the steel tensionchord allowed to simultaneouslyinject 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

Entreprises Association Ramella & Bernasconi SA,CudrefinFrutiger SA, YvonandPrécontrainte: 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: ouvrages réalisés 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’érosionà 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 enplan 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, longitudinalsection bridge“Jura”.

Coupes principales dutablier et despiles centrales.Cross-sections of decks andmain piers.

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LocationNational highway A1,Section Yverdon–MoratCommune of Yvonand

Type of structureTwin highway bridges

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

ContractorsAssociation Ramella & Bernasconi SA,CudrefinFrutiger SA, YvonandPost-tensioning: Freyssinet SA, MoudonVSL (Suisse) SA, LyssachTravelling falsework: WITO AG, LinzFixed falsework: Coray SA, Muralto

Main characteristicsTotal length: 568 mSpans: 93.0 m – 135.0 m – 150.0 m – 120.0 m – 70.0 mConceptual design: cantilever-built deck structures cast in place by means oftravelling falseworkCost: CHF 2100/m2, price basis 1999Construction period: 1995–1999Opening date: April 5, 2001

ParticularitiesMonolithical and asymmetrical structures oflarge height, stabilised at constructionstage 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 ofmain spans

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

Conceptual designThe exceptional height of thestructure, the precarious geologi-cal conditions encountered on thesides of the valley, as well as thehorizontal curve of the road werethe main constraints of the proj-ect.The conceptual design is a can-tilever-constructed structure, castin 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-termserviceability, and reducingmaintenance costs as much aspossible.

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

The general concept is based onthe position of the main piers atthe bottom of the slopes of thetrapezoid valley, which leads to acentral span about 150 m long(figure 1).The bridge loads are entirelytransferred to the Molassebedrock by means of bearingshafts, bored piles or spread foot-ings. Particular care was given tothe architectural design of thepiers with an octagonal section.They are monolithically linkedwith the deck, in spite of the dis-symmetry of the static systemcaused by the unequal heights ofboth lateral piers (figures 2 and 3).Designed with vertical webs ofuniform thickness, the deck has aprestressing 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 surl’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 locatedin deck slab.

• Midspan prestressing composedof 2230 kN tendons located inthe bottom slab.

• Continuity prestressing com-posed of 3530 kN tendons set inthe girder webs.

• Transverse prestressing com-posed of 558 kN tendons spacedevery 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 laboratorytests at the EPFL [2].The sectional forces were calcu-lated using a three-dimensionalbeam model and taking into ac-count the geometrical and mate-rial nonlinearities. The safety ofthe 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 andthe piers under transverse windloads.Calculating the camber requiredparticular care owing to theheight of the central piers, thehorizontal curve of the deck andthe dissymmetry of the structuralsystem caused by the differentheights of both lateral piers.The total deflections includingcreep were determined by an-alysing separately the differentloadings and linearly combiningthe 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 auconcept 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 laboratoireréalisés 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 tenantcompte 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 verticaleau 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’ouvragepeut 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 reducedby an extra 10%.

ConstructionThe piers were built in segments3.75 to 4.30 m high using fivepieces of climbing formworkequipment. In order to keep tothe planned rate of one segmentper day, the reinforcing bars werepreassembled in frames and putin place alternatively. The can-tilever-constructed deck was builtin segments 3.02 to 5.07 m longusing two pairs of travellers. Aone-day delay between casting ofsymmetrical segments was ac-cepted. This relatively severe op-tion involved a temporary stabili-sation of the main piers throughstay cables and transverse steelbeams (figures 4 and 5). The seg-ments were cast in a single stageat a rate of one segment perweek. In order to partly compen-sate for the long-term axial defor-mation, the deck was significantly

Auteurs/AuthorsBernard 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, EPFLausanne, 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 clo-sure of the main spans.

ConclusionThe Mentue bridge shows it ispossible to build a structure thatblends perfectly into an impres-sive landscape despite a standardstructural concept and a conven-tional construction method (fig-ure 6). Considering the spans thatwere chosen and the geometricalconstraints, the bridge, at a costof CHF 2100/m2, can be regardedas 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 entre1997 et 1999. Le projet a fortementété influencé par la décision d’utili-ser le poussage cadencé pour saconstruction (figures 3 et 4).

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 à la 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 ofSwitzerland (figures 1 and 2). Itconsists of two parallel curvedbridges, 720 m long. Constructionperiod was 1997 to 1999. The de-sign was influenced strongly bythe decision to use incrementallaunching for its construction ( fig-ures 3 and 4).

Geometry of the boxgirdersThe project requirements resultedin a girder geometry that is un-usually complex for an incremen-tally launched bridge. Vertically,the top slab is curved to match thecurvature of the roadline (r =24,900 m). Variable girder depthwas obtained by selecting a largervertical radius of curvature for theintrados of the bottom slab (r =60,000 m). Horizontally, the roadline consists of a circular middlesegment and clothoidal (spiral)end segments. The horizontalgirder curvature was neverthelesskept constant by allowing the topslab position to slide laterally withrespect to the box girder. Figure 5shows 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 de l’Office fédéral des routes

Projet et direction localeTeam de projet pour le viaduc de l’Ile Falcon:• 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,

précontrainte longitudinale, appuis

• VSL SA précontrainte transversale

• 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. Ladalle 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.

Caractéristiques du projetLa 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 ofthe bridge. The geometrical com-plexity is atypical for incrementallaunching and demanded an ex-ceptional level of attention at thedesign and construction stages.

Design dataThe superstructure consists of twoprestressed 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 typicalcross section is shown in figure 6.The girders are supported by shortcircular piers with a diameter of5 m, i.e. the same as the girderwidth. The wide circular hollowpiers are hydraulically favourable

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Plan et coupe longitudinalePlan view and elevation

Project data

RegionCanton of Valais, Rhône highway (A9)

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

OwnerCanton of Valais under the supervision ofthe Swiss Federal Road Authority

Project and site managementProject 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 executionContractors:• 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 dataGeneral 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 m2

• 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 m2 1490 CHF/m2

Remarkable characteristicsIncremental launching with very complexgeometry: • 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 de 4 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 ofstrength 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 permanentloads in all sections. The longitudi-nal prestressing consists of a set ofcables tensioned prior to launch-ing, augmented by cables in-stalled once the bridge has beenlaunched in its final position. Thecentroidal launching prestressing,consisting of linear cables locatedin the top and bottom slabs,creates a uniform state of com-pression in the sections. This com-pression ranges from 1.8 MPa in the deeper sections to over 4 MPa in the shallower sections.The launching prestressing isdesigned such that the tensilestress would not exceed 1 MPa inany point of any section duringlaunching under its self-weightand a nominal construction load(1 kN/m2). It was verified that thetensile stresses do not exceed 3 MPa when the effects of launch-ing tolerances are added.The post-launching prestressingconsists of parabolic cables placedin 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 à 100 mm. Le taux de compensationdes déformations permanentes βest d’env. 55%, ce qui représenteune 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 atteint 1,5 MPa sous l’effet des chargespermanentes. Ce haut degré decompression 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 forthe permanent load deflections β is about 55%, wich is a reason-able value for an incrementallylaunched bridge. The low value ofβ compared with that for bridgesbuilt by other construction meth-ods (β = 0.8 to 1.0) is due to the im-portant compression induced bythe launching prestressing. At theIle Falcon bridge, the calculatedlong-term stresses exceed 1.5 MPaof compression under permanentloads. This high level of perma-nent compression should limit theopening of cracks, which are likelyto form during launching.

Launching of the superstructureTemporary piers were adopted in 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 deeperportions of the girder are locatedin the shorter temporary spans. Be-cause of this slenderness, thegirder 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 andcompared with calculated values.Excessive differences were elimi-nated by addition or removal ofstainless steel plates at the slidinginterface of the launching saddlesand girder. The launching required41 weekly launching stages (38 fulland 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 plaquesmétalliques 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 Pralong ing. 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. 382–387R. 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 Vaux The 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 aduré 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 fois13,46 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, enparticulier 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 projetL’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 Vaux The 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 andtook three and a half years.

General characteristics The Vaux viaduct is 945 m inlength and reaches a height of106 m above the small valley ofVaux, from which it takes itsname. It also spans the Valleires ata 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 bya second on the last 109 m. Ontwo thirds of the structure on theLausanne side the longitudinalprofile has a vertical radius of42000 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 dequinze 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 les culées Berne profitent de la faibleprofondeur 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 has a 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 project The location of the supports wasdirected by topographic and geo-logical constraints. Piers 11 and 12were inserted in the projectingledge of the bottom of the smallvalley of Vaux, which is stable andoffers favourable conditions forexecution. The position of theother piers avoids the gorge inthis small valley and integrateswith respect to those in the valleyof Valleires. This choice leads totwo spans of 130 m above thesmall valley of Vaux and of spansof 56 and 62 m for the remainderof the structure, making a total offifteen spans for the Jura viaduct.The Alps viaduct has slightly dif-fering spans on the Lausanne sideand with fewer spans on the Bernside.

FoundationsAll the foundations are sitting onthe solid burdigalienne Molasse,made up from medium to hardsandstone with a variable fractur-ing rate. The piers 8, 9, 14 and theBern abutments benefit from theshallow depth of this Molasse andare founded on an intermediarybedrock of approximately 3 m ofdepth. 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 atthe shaft bottom. The two shaftsare connected by a longitudinalbeam that accommodates thepiers, shaft and a longitudinalbeam. This forms an elasticallysupported framework.

PiersThe distribution of the pierheights over the length of thestructure favours the design of afloating bridge with expansionjoints only at the abutments. Thezero-movement point zone isnear to pier 8. Thus, the structureis continuous with the piers 5 to13, being equipped with fixedsupports, to the other piersand the abutments, which areequipped with movable supports. The typical piers are of uniformcross section, constant in height,rectangular and hollow with dimensions 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

OwnerCanton of Vaud, Roads and Highways Department

Project engineersRealini + Bader & Associés,Ingénieurs-Conseils SA, Lausanne, pilotGiacomini & Jolliet, ngénieurs civils& Associés SA, Lutry

GeotechnicianKarakas & Français SA, Lausanne

GeologistJ. Norbert, GeologistsConseils SA, Lausanne

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

Post-tensioningVSL (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 de4,00 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 fixation de 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 lesfondations 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 arêtes supérieures 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 ofapproximately 98m. Those oppo-site the two carriageways arejoined transversely at the headand at mid-height by a pre-stressed cross-beam and a com-mon longitudinal beam. Theseprovisions make it possible to cre-ate a transverse framework hav-ing a better rigidity for contain-ing the horizontal forces andensuring the transverse stabilityof the two viaducts. The piers were constructed in 4 melevation stages using climbingformwork. Piers 11 and 12 allowthe crane and building site eleva-tor to be fixed, thanks to the pres-ence of the transverse spacers andof metal provisional longitudinalbraces, which remained active un-til the end of the carriageway ex-ecution. Elements 5, 6 and 13were stabilised longitudinallyduring construction by a provi-sional stay anchored in the adja-cent pier foundations.

SuperstructureThe solution adopted for the su-perstructure is a composite steel-concrete carriageway, with a boxgirder of variable height in the re-gion of the Vaux valley over alength of 310m, and an opentwin-girder with constant heightfor the remainder of the super-structure (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 aussi uniformément 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 métalliqueLe 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 and17 m on each adjacent span. Thesteel box, with vertical webs, has aheight that varies linearly from6.0 m the high piers to 3.8 m nearpiers 10 and 13. Its width is con-stant at 6.0 m. The upper andlower flanges have each eithertwo or four longitudinal stiffen-ers, depending on the rigidity ofthe flanges. Each web is equippedwith two longitudinal stiffenerslocated at 1 m from the upperand lower edges respectively.These stiffeners have a trape-zoidal box shape and are pro-duced by folding. The transversestiffeners are 4.3 m equidistant,and a bracing, in the shape of Vsimilar to that of the supportspacers, is carried out all 13m. Thewebs are slightly thicker in theirlower part, since they are dimen-sioned taking the reaction oflaunching 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 ofHEAT 500 vertical stiffeners. The cross-beams on the piers are850 mm high welded elements. Aprovisional horizontal strut en-sures the stability of the two mainbeams in the launching phase andduring the concreting of the deckslab. The open twin girder carriagewayis equipped with a service foot-bridge used simultaneously as anelectric component support.

Deck slabFor both the box girder and theopen twin girder carriageway, thedeck slab is prestressed trans-versely by tendons with fourstrands, with a flat duct, equidis-tant at 1.0 m. It is also uniformlyprestressed longitudinally, before

connection with the steel struc-ture, to allow the shrinking of thefreshly mixed concrete and thepartial development of creep andshrinkage. This option should en-sure a better durability of thestructure. In order to permit relative move-ment between the deck slab andthe metal beams, the upperflange was coated with Molykoteoil. The connection studs arelocated in the boxes equidistantlyat 1 m. The latter were concretedone 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 letablier 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 (figure 6).Outre l’introduction des réactionsdans les âmes sans raidisseur, qui afait 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 uneclothoïde 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, auraitété 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 del’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 ventconsidérées 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 frameThe steel deck (figure 5) was con-structed in the workshop in ele-ments from 15 to 32 m lengthfrom weathering steel FeE 355.The steel box is divided longitudi-nally in two halves, the connec-tion being made in the middle ofthe upper and lower flanges. Itwas 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 bystages, using a 35-m-long launch-ing nose and with hydrauliclaunching equipment located ataxis 14. The shape of the lowerflange (variable height) requireda supporting device of variableheight (0 to 4.40 m) located ataxis 15. Lateral guides providesupport for the box in the variousphases of launching. The launching of the steel boxgirder at the main spans is cer-tainly the most spectacular anddelicate operation of the realisa-tion of this viaduct. A maximumcantilever of 130 m was reachedwith each launching of the mainspans (figure 6).

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


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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’aided’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 étant à cheval sur deux travées dans la zone bipoutre. Le nombred’étapes dans les grandes travéesest 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 ofthe reactions into the web with-out stiffeners, which was the sub-ject of detailed research, severalparameters 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 as-sembly

• the displacement and change ofthe 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 rigidityof the box, causing a great sen-sitivity in distribution of thereaction between the two sup-ports of the same pier

• the action of the wind which,with a height of more than100 m and on a cantilever of130 m, would have been too de-terminant for the dimensioningof the steel box

• the position and direction of pushing and restraining forces

• an unusual thermal action: theheat gradient along the verticalaxis.

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 restrainingforces

• measurements in real time ofthe reactions of each bearing taken separately and compari-son with their envisaged values;this operation was carried outby the ICOM (Institute of steelconstruction of EPFL): when theallowed tolerances were excee-ded, a jacking and shimmingwas carried out on the supportconcerned

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

• specific weather forecasting forthe days of launching which

made it possible to strongly re-duce the actions of the windconsidered 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 as-sembled 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 cantonalroad. 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 systemsupported on the steel girder andmaking it possible to carry outstages of up to 31 m length, i.e.equal to a length of half the 62-mspans. The order of execution was in thedirection Lausanne to Bern foreach carriageway successively, thesupport stages spanning twospans in the twin girder zone. Thenumber of stages in the largespans is limited by the capacity ofthe movable scaffold system. This sequential advance made itpossible to couple longitudinalprestressing tendons at a rate of athird per stage, but at the ex-pense of a separation of the steelstructure at the axes 12 and 14.An appropriate provision ensuredthe lateral stability of the super-structure during these phases. The edge beams were carried outafter 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 & Associés ch. des Croisettes 26CH-1066 Epalinges


Sunnibergbrücke bei KlostersSunniberg bridge near Klosters

Christian Menn

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SituationDie stark frequentierte Strassezum 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 ihrUmfeld 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 Schrägkabelbrückekonzipiert (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 diePfeilerbiegung einen beträcht-lichen Teil der Durchbiegung desFahrbahnträgers. Dieser Anteillässt sich durch eine räumliche Fixierung des Trägers wesentlich

General situation The well-frequented highway tothe famous holiday resort Davosrequires an expensive bypass in-cluding a 4.5 km long tunnel nearthe town of Klosters. Just beforeentering this tunnel, the newhighway crosses the valley on thecurved 526 m long Sunnibergbridge at a height of 60 m abovethe river Landquart. Due to itsprominent 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 engineeringstructure 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 design Due 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 fourtowers providing three largemain spans and two smaller endspans. For aesthetic reasons theheight of the pylons, situated onthe relatively high piers, had to bereduced to a minimum, and toavoid a conspicuous bar across thevalley, the design of the roadwaygirder had to be as slender as pos-sible. Correspondingly, the struc-tural model of the multispan ca-

Projektdaten

BauherrschaftKanton Graubünden

ProjektleitungKantonales Tiefbauamt GraubündenBrückeningenieur: 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.

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vermindern. Der gekrümmte Trä-ger wurde deshalb an beidenEnden mit den Widerlagernmonolithisch, ohne Lager undDehnfugen verbunden, womit dieLängs- und Querverschiebungendes Trägers infolge Verkehrslastfast vollständig blockiert werden.Entsprechend nehmen in denPfeilern die Biegemomente ausVerkehrslast linear nach unten ab.Die Pfeilerform widerspiegelt die-sen Momentenverlauf. Von derTrägerdurchbiegung aus feldwei-ser Verkehrslast entfallen damit40% auf die Rotation des Pfeiler-kopfes und 60% auf die Kabel-dehnung. Die scheibenförmigen Pylonenbeidseits der Fahrbahn ragen15 m über den Brückenträger hin-aus und sind zur Gewährleistungdes Lichtraumprofils nach aussengeneigt. Damit werden Über-schneidungen von Kabeln undFahrbahn vermieden, und die Kabel schmiegen sich nahezu tan-gential an den äusseren Fahr-bahnrand an. Die Pfeilerstieleübernehmen auf Fahrbahnhöhedie Neigung der Pylonen und ge-hen nach unten allmählich in dieVertikale über. Der Abstand derQuerträger wurde mit Blick aufeine vernünftige Knicklänge derPfeilerstiele gewählt. In Längs-richtung der Brücke weisen diePfeiler eine dem Momentenver-lauf aus Verkehrslast entspre-chende parabolische Verjüngungauf. Damit bilden Pfeiler und Pylonen eine kelchförmige Ein-heit, die harmonisch aus demWald herauswächst. Der massge-

ble-stayed bridge exhibited a flex-ible deck and a rigid pier-pylonsystem. The governing design criteria ofthis system was the allowable de-flection of the roadway deck dueto spanwise live load. The bending of the piers con-tribute a considerable portion tothe deflection of the deck. Thispart can be reduced with a spatialstabilisation of the deck. Due toits curvature in plan, the bridgedeck can be connected monolithi-cally, without expansion joints, tothe abutments at both ends,which provides almost full longi-tudinal and lateral restraint of thepiers at the level of the deck, andimplies that bending momentsdue to partial live loading in thegirder decrease linearly down thepiers. The form of the piers waschosen to reflect this behaviour.As a result, 40% of the deflectionof the deck is caused by the rota-tion of the tops of the piers and60% is due to the lengthening ofthe cables. The diaphragm-shaped pylons onboth sides of the roadway rise15m above the bridge deck. Theyare slightly inclined outwards dueto clearance requirements of thecurved roadway. The piers receive

this inclination and gradually de-crease in width from the level ofthe deck to their base. The spac-ing of the cross girders corre-sponds to a reasonable reductionof the buckling length of the pierlegs. In the longitudinal directionof the bridge, the piers exhibit aparabolic taper according to themoment diagram due to partiallive load. As a result, a three-di-mensional calyciform structure iscreated, and piers and pylonsform a consistent structural andformal unit. The critical cross section connect-ing the piers and the pylons at thelevel of the deck resists in the lon-gitudinal direction of the bridgethe bending moments due to par-tial live load, and in the transversedirection, due to the curvature ofthe roadway, they resist the largetransverse moments due to thedeviation forces of the stay ca-bles. The large crossbeams imme-diately beneath the deck transferthe high transverse bending mo-ments of the opposite pylon-di-aphragms in differing axial forcesin the pier legs. From the cantilever moments dueto live load in the main span 80%are transferred downwards intothe piers and 20% are transferred

Project data

OwnerCanton of Grisons

Project managementGraubünden Highway AdministrationBridge Engineer: H. FigiArch. Consultant: Prof. A. Deplazes

Conceptual designProf. Dr. C. Menn

Structural design andtechnical supervisionBänziger + Köppel + Brändli + Partner,Consulting engineers

Blick in Fahrrichtung.Drivers view.

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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 Schrägkabelaufnehmen. 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 Pfeiler und 20% in die Nachbarspann-weite übertragen. Die Vierendeel-förmige Ausbildung der Pfeilermit den beiden Stielen und denQuerträgern gewährleistet die erforderliche Pfeilerflexibilität in

Querrichtung im Hinblick auf die 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 zwischen0,32 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 mangeordnet. 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 thepiers was necessary in view of theremarkable constraints due totemperature. A difference of 10centigrade causes a transverse de-flection of 48mm in the middle ofthe bridge. Geological analysis showed thatthe bedrock and the basemoraine lie at a great depth. Theyare covered with rockfall materialand alluvial deposits. The abut-ments consist essentially of earth-filled box structures on a baseslab. They are monolithically con-nected to the bridge deck andprovide the longitudinal and lat-eral stabilisation of the bridge.The foundations of the piers con-sist, with the exception of theshaft founded pier 1, of 1.50-m-diameter bored piles at depths of14 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 mid-span. The stay cables consist ofbundled 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 limitof σp,adm = 0.50 ftk. The stressing an-chors of the stay cables arearranged outside the edge beamswith a spacing of 6 m, and thefixed anchors are located insidesteel panels in the webs of the pylons cross section. Because ofthe continually changing viewswhile driving over the bridge, the cables are arranged in a harppattern, giving as strict and clear a pattern of cables as possible(figure 2). The bridge represents a clean andconsistent unit. The extremelyslender 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 theirsquat T-beam form. With the simple recesses in cross sections

Blick von unten.View from underneath.

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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 Juli 1996 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 vorderenSegment 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 derStabilität wurden im Abstand von20 m beidseits der Pfeiler Nieder-haltekabel eingebaut, die vor allem wegen der durch lokaleWinböen verursachten gefähr-lichen Pfeilertorsion in Querrich-tung gekreuzt wurden.

Kosten Die 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).

Construction of the bridgeThe construction time lasted 2.5years from July 1996 till October1998. For the construction of thedeck, travellers with a length oftwo 6m long segments wereused. At each stage concrete wasplaced in the foremost segmentfor the edge beams and simulta-neously for the central slab areaof the previous segment. Beforeadvancing the traveller, the staycables were introduced, anchoredand partially stressed. The bal-ance of the free-standing T-struc-tures were continuously checked.However, in view of longitudinalbending and above all in view oftorsion around the vertical axisdue to wind loads, crossed tie-down cables were installed in adistance of 20m on both sides ofthe towers.

Costs The total costs of the bridge runup to approximately 20 millionfrancs or 4100 CHF/m2 of usableroadway surface. The International Association forBridge and Structural Engineeringpresented “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 MennProf., Dr. sc. techn., dipl. Bauing. ETHPlantaweg 21CH-7000 [email protected]

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

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Moderner Verbundbrückenbau an zwei Beispielen Two examples of modern composite bridges

Hans-Gerhard Dauner, Dieter Stucki, Aldo Bacchetta

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94 Querschnitt.Cross-section.

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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 öffentlichen Verkehrsmittel, 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 neueKonstruktion 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 beiden Richtungen 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

SummaryTwo unusual composite bridgesare presented: the Dreirosenbridge, a continuous double-decked composite bridge, wherethe top and bottom concretedecks are connected through asteel truss, and the bridge nearDättwil for the highway A1 in


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Grossbasel Rhein Kleinbasel

Grundriss und Längsschnitt.Plan and elevation.

Oberer und unterer Knoten.Upper and lower chord.

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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 precastsegments.The Dreirosen bridge is especiallyinteresting for its constructionand the way it is built. The Dättwilbridge is a benchmark with re-spect to the time of construction.

The Dreirosen bridgeIntroductionThe canton of Basel-Stadt is cur-rently building a new expresswaycalled the North Ring Road. It willconnect the A2 Basel–Germanywith the A35 motorway in France.The four-lane dual carriagewaymostly runs underground. One ofthe most imposing landmarks ofthe new link is the double-deckedDreirosen bridge over the Rhine.

The motorway is situated on thelower deck with additional entryand exit ramps. On the upper deckthere is space for local traffic in-cluding trams and a promenade forpedestrians and cyclists (figure 1).

Project data

Dreirosen bridge in Basel

OwnerCanton Basel-Stadt, Civil Engineering Departement

General contractorARGE-Dreirosenbrücke:Spaltenstein Hoch + Tiefbau AG (head)Batigroup AG, Basel, Frutiger AGJean Cron AG, Straumann-Hipp AG

Post-tensioningAVT Ltd., Tafers

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

Steel contractorsPreiswerk + Esser AG (head)Giovanola Frères SATuchschmid Engineering AG

Technical dataConcrete: 15000 m3

Reinforcing steel: 1900 tPrestressing steel: 400 tStructural steel: 2 x 800 tHighway: 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

OwnerCanton of Aargau, Civil Engineering Departement

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

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

Steel contractorARGE Zwahlen & Mayr SA / Senn AG

Technical dataConcrete: 1450 m3, Reinforcing steel: 170 tPrestressing steel: 43 tStructural steel Fe E355: 315 t

Zusammenbaus eine ausschlagge-bende Rolle. So müssen im Kno-ten zusätzlich noch Montage-verbände aus zwei Ebenenangeschlossen werden (Bild 4).Die Gurtungen bestehen aus einbetonierten und für die Mon-tage bemessenen HE-Profilen,vorgespannten, aus funktionalen


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Mit den später einbetoniertenMontagegurtungen und den aus-wechselbaren Windverbändenentsteht 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 den 3-Feld-Zustand wiedergeben.

Die BetonfahrbahnenSie werden im Wochentaktmittels zweier Schalwagen inEtappen 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 sichregelmässig Staus. Eines dieser Na-delöhre ist der Bareggtunnel beiBaden vor Zürich. Um die Verkehrs-situation zu verbessern, ist der Baueiner dritten Tunnelröhre geplant.

The projectThe basic features of the projectare:• 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 locatedon the Kleinbasel pier (figure 2).The bridges rest on massive piers40 m long and 4.0 m wide. The ex-isting caisson foundations of theold bridge are complementedwith piles. The construction of thepiers in the river was done insidea protection wall of sheet piles,which has to withstand a ship’simpact of 9.0 MN in direction ofthe river flow, and 6.0 MN trans-verse to it.The abutments rest on pile foun-dations and were constructedcompletely from scratch.

The structureThe bridge structure is composedof hollow-rectangular steel diag-onals and a top and bottom chordof post-tensioned concrete. Intransverse direction the post-ten-sioned concrete ribs act as frames.The truss nodes are the key ele-ments of the bridge. The steel diagonals, the steel chords, theconcrete chords and the trans-verse ribs all converge at thesenodes. The connection betweenthe steel diagonals is carried out conventionally with gussetplates (figure 3).

Raumfachwerk. Space truss.

Schalwagen.Form traveler.

Nordbrücke im Bauzustand.North bridge during construction.

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Brücke im Aufriss.Elevation of the bridge.

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

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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 bis65 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-ten-sioned tendons and shear ribs,while the load in longitudinal di-rection is transferred by contactplates and shear studs which areconcentrated at the side plates ofthe node.In addition, the temporary windbracings positioned in two planesare also connected to the node(figure 4). The chords are made out of post-tensioned concrete girders usingpart of the deck slab and encasedsteel girders which are designedfor the erection and concreting ofthe bridge.The dimensions for the chords aregiven 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 constructionThe diagonals are hollow qua-dratic section of Fe E 355 and 460welded together from plates, andare chosen because of economicconsiderations and constructiverestraints.They form conventional nodes,which are dimensioned for theshear capacity of wall elements.The accessibility for checking thewelding is very important for thenode design.The steel skeleton of the bridge iswelded and bolted together atthe temporary workshop near theRhine. With the temporary windbracings, the bridge looks like aspatial framework (figure 4).

In their workshops, the steel con-tractors fabricate parts, each con-sisting of two nodes and a diago-nal. These parts are transportedto the workshop and welded to-gether to form half the bridge.The reusable wind bracing isbolted to the trusses and so com-pletes the steel structure.The two halves, 133 m long andweighing 470 t, is transportedon the Rhine with the help ofpontoons and is lifted on top ofthe 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 steelbridge at the abutments byabout 500 mm introducesfavourable secondary momentsin the now continuous girderover three spans.


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Der StahlbauDas räumliche Fachwerk setzt sichzusammen 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 deckThe casting is done from the piersymmetrically to the centre ofthe span in a weekly cycle. Eachpouring stage is 7.0 m in lengthand corresponds to the distancebetween two nodes.Since only two form travellersare used, the bridge is con-structed in two stages. Thisasymmetric concreting of thebridge with changing stiffness ofthe girder is very demanding forthe preset geometry of the steelconstruction.The construction of the form trav-ellers (figure 6) is very compli-cated, because they have to takeover the forces from the windbracings, since the latter are re-moved for concreting.

The bridge over the valley near DättwilIntroductionThe highway A1 between Zurichand Bern has been plagued to thisday by heavy traffic and there areregular traffic jams. One of thereasons for this is the bottleneckof 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 soughtallowing the new bridge to bebuilt as quickly as possible.

The chosen projectThe chosen project was selectedfrom different alternatives. It is acomposite bridge with an aes-thetidy pleasing steel truss andpre-cast concrete deck elements.The bridge has 25.62-m, 4 x 38.43-m, and 25.62-m spans (fig-ure 7) giving a total length of204.96 m from bearing to bearing.The clear roadway width betweencurbs is 15.5 m consisting of threelanes of 3.75 m, one emergencylane of 3.0 m and a curb of 1.25 m.The tubular steel truss, which hasa triangular cross section, is sup-ported by slender reinforced con-crete columns 1.1 m in diameter(figure 8).The concrete deck is made from 64precast elements of 3.2 m length,15.9 m width and a variable slabthickness of 25 to 65 cm which aretransversally post-tensioned.The precast elements are bondedtogether with epoxy, and longitu-dinal post-tensioning is appliedbefore connection to the steelgirder. 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 derLängsvorspannung 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. DieseMontage 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 ausin-jiziert.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 Segmentbauweisekonnte bei einer Verbundbrückein dieser Art zum ersten mal erfolgreich 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 trussThe 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 deckThe 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 at53 cm. The stressing of the ten-dons was done 50% in the castingyard and 50% on the constructionsite.22 ducts were placed into eachsegment in the longitudinal direc-tion. This space will allow the in-stallation in each duct of sevenmonostrands of 0.6” over the fulllength of the bridge (figure 12).The total prestressing force is31 MN, which is about 5 N/mm2

initial compression stress on theconcrete.In order to reduce the friction be-tween the steel and the concrete,the deck elements are positionedon 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 SA Rue de la Gare 27 CH-1860 [email protected]

Dieter Stuckidipl. Bauing. ETH Dauner Ingénieurs Conseils, DIC SA Rue de la Gare 27 CH-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 chordwith the steel connectors placedinto the concrete (figure 11).The residual cavities are groutedas in the post-tensioning ducts.The corrosion protection of thelongitudinal post-tensioning wasvery important. The differentparts are shown in figure 12.

ConstructionIn the first phase the steel truss ispositioned and welded togetherwith the help of temporary towers.The truss segments weighed max.35 t and were 24 m long. The con-struction time for the steel trusswas six weeks. After concreting ofthe on-site portion at the eastabutment, the longitudinal post-tensioning was installed over thetotal length of the bridge of

214 m. During stressing the castsection 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 resultedin a total construction time ofonly eight months for the wholebridge including the foundations.An additional four months wouldbe needed if the same bridgewere to be built as a post-ten-sioned girder.

ConclusionThe use of precast elements forthe construction of a compositebridge in this way was appliedsuccessfully for the first time. Thebridge (figure 13) is proof thatfast construction and aestheticdesign are not contradictory. On-site welding of the longitudi-nal connection for the compositestructure (figure 11) is from ourpoint of view not very satisfactoryfor 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 forachieving the composite struc-tures by replacing welding withgrouting alone.


Überdeckung Neuenhof The 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 roofin the background and roof-shuttering on the carriageway side.

BauvorhabenSeit der Inbetriebnahme der A1 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 projectSince the start-up of the A1 mo-torway 30 years ago, the trafficvolume 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 forimproving the living quality. The 640 m long construction is dividedinto a 330 m long tunnel and a310 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 projectIn 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 atthe end of July 2001 on the southcarriageway, after the traffic hadbeen diverted to the north car-riageway in the Bern direction.The support of the four slab form-works, each 15 m long, ensuredthe passage of lorries to carry vitalmaterial to the building site. In2002 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 installedanchor-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

OwnerCanton of AargauCivil Engineering Departement

EngineersProject teamA1/NeuenhofStucki, Hofacker + Partner AG, ZurichRothpletz, Lienhard + Cie AG, Aarau

ContractorARGE Überdeckung NeuenhofMarti AG, ZurichGranella A, Würenlingen

Post-tensioningSpannStahl 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 Schalungvorgezogen; 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 unsererseitsab 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 cover is a prestressed 2-field frame,whereby in the first phase onlyevery second tendon will be in-stalled and tensioned. In 2002, af-ter shifting the installation to thenorthern carriageway, the alreadyinstalled tendons are coupled.The remaining tendons are in-stalled by the pushing throughmethod. The prestressed opengallery lies on the supporting wallon the sloping side, and on thevalley side it is supported by steelcolumns in the centre strip.

Tunnel coverIn 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 alreadybeen inserted, tensioned andgrouted. In the intermediateempty ducts, a tendon of type 12DYL 140, Vo = 2230 kN, will bepushed through over the two tun-nels, tensioned and grouted.

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

Constructing procedureIn order to complete the 43 con-structing 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 von 4 Schalungen konnte ein äusserstschneller, aber auch effizienterBauablauf zustande gebrachtwerden, galt es doch, rund 620 Stück Vorspannkabel zu ca.19 m mit 140000 kg Litzenstahleinzubauen.

cember 2001, the contractor in-stalled 4 formworks for concret-ing up to 4 stages per week. Aftertensioning in the morning, theformwork was moved; on the sec-ond and third day the reinforce-ment and the tendons were in-stalled, so that on the fourth dayconcreting could commence. Ten-sioning took place on the seventhor eighth day. Since grouting mayonly take place under the owner’ssupervision, several stages werecombined to justify a whole day’seffort. For the first time, we ap-plied for protection against win-

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

ter influences of post-tensioningstrands the agent Rust-Ban 310,from October 2001 onwards. Partof the tendons could still begrouted in December, but the restremained until February 2002 atthe earliest in a tensioned and un-protected non-grouted state.With the skilful choice of fourformworks an extremely rapidand efficient constructing proce-dure could be established. All inall there were 620 pieces of pre-stressed tendons of approx. 19 m,in total 140000 kg of prestressingsteel to be assembled.

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