Brücken und Ingenieurbau

Ponts et génie civil

Bridges and Civil Engineering

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IntroductionLe 3ème pont sur le Bosphore (pontYavuz Sultan Selim), récemmentachevé et lauréat du fib Awardfor Outstanding Structures 2018,offre une nou-velle connexionentre l’Europeet l’Asie et faitfigure de nou-veau symbolede la régiond’Istanbul.La raison n’enest pas unique-ment liée à sonemplacement,mais égale-ment à sa struc-ture et à sonhistoire. Jamais encore une struc-ture aussi audacieuse n’avait étéétudiée et exécutée ainsi, selonune ligne de conduite stricte quidébuta le jour de l’attribution ducontrat au consortium ICA (Içtas/Astaldi), sur la base du projet con-sidéré par les autorités commeétant celui qui apportait la meil-leure réponse au cahier des char-ges. Un projet développé pen-dant une période de concours deseulement huit semaines.Les exigences du cahier des char-ges étaient très élevées, au niveaurequis pour une structure de cetteimportance du point de vue sonutilisation, de son contexte géo-politique et de son impact écono-mique.

Cahier des chargesPressentant que cet ouvrage allaitdevenir un symbole, les autoritésont exprimé leurs attentes esthé-tiques, en plus de leurs exigencesde fonctionnalité de l’ouvrage.Les principales exigences ducahier des charges ont été les sui-vantes :

IntroductionThe recently completed strategicconnection between Europe andAsia, the third Bosphorus bridge(Yavuz Sultan Selim Bridge), win-

ner of the 2018fib Award forOuts tand ingStructures, wasim me d ia te l yacknowledgedas a new land-mark and iconof the Istanbulregion.The reason forthis is not onlyits location but,of course, thenature of the

structure itself and the history ofits development. Never has suchan audacious and challengingstructure been delivered, follow -ing such a strict and incrediblytight construction programme,with the starting point for thecontractor, the ICA joint venture(Içtas/Astaldi), being based upon ascheme worked out dur ing a com-petition period of only 8 weeks, adesign selected by the authoritieson the basis of its meeting theirrequirements in the most satisfac-tory way.And the requirements were veryhigh, exactly at the level prere-quisite for such an importantstructure, considering not only itsserviceability but also its geopoli-tical context and its economicimportance.

RequirementsAs it was clear from the beginningthat the bridge would become animportant symbol, the authoritiesstressed their interest in seeing anappropriate aesthetic considera -tion, albeit that this is somewhat

– En considérant la largeur denavigation et les conditionsbathymétriques locales, la por-tée minimale de l’ouvragedevait être de 1275 m.

– Le pont devait supporter 2 x 4voies d’autoroute en plus de 2 voies de chemin de fer et 2 trottoirs pour l’accessibilitéet la maintenance.

– L’ouvrage devait être un pontsuspendu.

– L’esthétique de l’ouvrage seraitun critère de jugement essen-tiel et la ligne architecturaledes deux ponts existants sur leBosphore devait être respectée.

– Le pont devait être construiten 36 mois, après 6 mois depréparation.

ConceptionRépondre à l’ensemble de ces exi-gences avec une structure à la foisefficace et élégante a représentéun gros défi à relever dans undélai extrêmement court. Nousavons déployé toute notre créati-vité pour concevoir une structureà la fois plaisante et élégante, quirépondrait au niveau d’exigencerequis par ce nouveau symbole.Le résultat est une pure œuvred’art en ingénierie structurale.Le point de départ a bien évidem-ment été d’étudier l’architecturedes deux premiers ponts sur leBosphore et de mesurer l’impactdes charges ferroviaires sur unouvrage d’une telle portée.Le design des deux premiers pontsa été choisi, lors de leur construc-tion, pour son élégance. Ils sontdirectement inspirés du pont surla Severn, dont la construction s’estachevée peu avant la constructiondu premier pont, et qui révolution -na la conception des ponts sus-pendus par l’utilisation d’un tab -lier orthotrope aérodynamique.

Troisième pont sur le Bosphore – un chef d’œuvre d’ingénierie structurale Third Bosphorus bridge – a masterpiece of sculptural engineering

Jean-Francois Klein, Michel Virlogeux, Thierry Delémont, Vincent de Ville de Goyet

Cette plaque de bronze sera exposéesur le troisième pont sur le Bosphore.This bronze plaque will be displayedon the third Bosphorus bridge.

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subjective, in parallel with meet -ing the functional requirementsfor the structure. The main requirements were:– In response to the necessary

safety width for the navigationchannel and the local bathy-metric configuration, the mini-mum required span was speci-fied as 1,275 m.

– The bridge had to carry 2 x 4lanes of roadway in addition to2 railway tracks and 2 sidewalksfor accessibility and mainte -nance.

– The bridge had to be a suspen-sion bridge.

– Aesthetic qualities were consi-dered to be essential in theassessment of the proposalsand the new bridge should

Les deux premiers ponts sont ainsiremarquables par la finesse deleur tablier qui enjambe le détroitsous la forme d’un trait fin (Fig. 1).Ces considérations nous ont inspirépour éliminer d’entrée une solu -tion de pont haubané (par ailleursexclue par le cahier des charges)et développer notre projet depont suspendu avec pour objectifl’utilisation d’un tablier minceavec toutes les circulations sur unseul niveau. Il nous fallait cepen-dant encore prendre en compteles incidences des charges ferro-viaires, élément critique pour unouvrage d’une telle portée.Il n’existe que très peu de pontssuspendus ferroviaires de par lemonde. Dans ces ouvrages, l’im-portante rigidité nécessaire a étésystématiquement obtenue aumoyen de tabliers à deux niveaux,composés de treillis de grandehauteur (12–15 m), très éloignésde l’élégance des deux premiersponts sur le Bosphore (Fig. 2).Un pont suspendu classique, avecson tablier relativement flexible,n’est pas adapté aux charges fer-roviaires : lorsque le train se situeenviron au quart de la portée, lescâbles principaux se déplacentvers le bas au droit de la charge etvers le haut du côté opposé, ce quiinduit d’importantes déflectionsdu tablier, incompatibles avec lesexigences opérationnelles du tra-fic ferroviaire.

acknowledge the architectureof the two existing bridgescrossing the Bosphorus.

– The bridge had to be complet edwithin a period of 36 months,following 6 months of prepa-ration.

Conceptual designCombining all these requirementsin an elegant and efficient struc-ture was an incredible challengeto be completed within an extre-mely short competition time. Weused all our creative and innova -tive spirit to produce the best,most pleasant and elegant design,of a quality at the level requiredby this new and important sym-bol. The result is a pure sculpturalengineering artwork.The starting point was, of course,to consider and study the architec -ture of the two existing bridgesand to measure the impact of theheavy train loads on such a longspan structure.The designs of the two existingbridges were selected at the timeof their construction for their ele-gance. They were directly inspiredby the design of the Severn sus-pension bridge, which was a revo-lution in the design of suspensionbridges, incorporating a stream -lined, orthotropic box girder forthe deck, and was completedshortly before the first BosphorusBridge was constructed.

Fig. 1

Premier pont sur le Bosphore (1973) – Istanbul, une des premières applications des tabliers minces.First Bosphorus bridge (1973) – Istanbul, an early application of streamlined box girder.

Fig. 2

Impact architectural de la solutionclassique d’un tablier à deux étages.Architectural impact of the doubledeck classical suspension bridge solution.(© ZENsan)

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Pour résoudre ce problème touten conservant un tablier mince,nous avons cherché la rigiditénécessaire dans le système de câb-lerie, plutôt que dans le tablier,en ajoutant des câbles de rigidifi-cation proches des mâts (Fig. 3).Cette idée n’est pas nouvelle et aété développée dans les années1870 par John Roebling lors de laconception du pont ferroviaire deNiagara, avec un tablier en bois àdeux étages, trop souple pourrésister seul. Cette solution aensuite été utilisée plusieurs fois,en particulier pour le pont deBrooklyn ou d’autres ponts pluspetits aux États-Unis, en France,au Royaume Uni ou plus récem-ment en Chine avec un tablier enbéton très élancé.La conception s’est poursuivie parle dessin des mâts aux formes dy -namiques et élégantes, exemptsde toutes traverses intermédiairessur leur hauteur (Fig. 4). La sec -tion triangulaire et l’inclinaisondes jambes procurent une impres-sion de stabilité et de force, mal-gré leur élancement.L’inclinaison des jambes a étéchoisie de manière à placer leplan vertical des câbles de suspen-sion et des suspentes entre la

Both bridges are remarkable fortheir extremely slender deck over-crossing the strait in the shape ofa simple narrow line (Fig. 1).This was our main inspiration andmotivation to immediately dis-card a cable-stayed solution (bythe way, prohibited by the requi-rements) and to develop our pro-ject as a suspension bridge withthe objective to go for a stream -lined, slender box girder with asingle level for both traffics. Butwe had to face the consequencesof the heavy train loads which is acritical point for such a long spanbridge.In fact, there are very few longspan railway suspension bridgesthroughout the world. In thosebridges, the extremely highdemand for rigidity has beensystematically achieved by design -ing double decked trusses, whichare very high (12–15 m) and visu-ally heavy (Fig. 2), far from theelegance of the existing Bospho -rus bridges.However, a classical suspensionbridge with a rather flexible deckis not adapted to the heavy andconcentrated train loads: whenthe train is at about quarter span,the suspension cables move down

route et le rail. Ceci permet d’ob-tenir une vue latérale complète-ment dégagée dans toute la zonecentrale pour les automobilistes,transformant la traversée dudétroit en une expérience specta-culaire.L’ancrage latéral des haubans entravée centrale et entre la routeet le rail en travées de rives meten scène la traversée du détroit.La lumière naturelle du site joue-ra en permanence avec les effetsproduits par les lignes géométri-ques des haubans (Fig. 5).C’est ainsi, pour faire simple, quenous avons développé ce conceptexceptionnel. Pour notre part,nous avons découvert au coursdes études un nouveau type depont, très différent d’un pont sus-pendu classique ou d’un pur ponthaubané.

Géométrie générale,dimensions principalesPendant le concours, nous avonsproposé à l’entreprise d’augmenterla portée de l’ouvrage à 1408 m,afin de positionner les mâts surles rives et ainsi mieux s’adapteraux conditions locales : pas d’im-pact sur la navigation, pas de ris-que de pollution pendant la con-

Fig. 3

Troisième pont sur le Bosphore: un pont suspendu à haute rigidité.Third Bosphorus bridge: a highly rigid suspension bridge.

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under the load and up on theopposite side, with a limited effi-ciency producing large deflections,not compatible with the train’soperational requirements.To solve this problem and remainwith a streamlined box girder, welooked for an additional globalstiffness in the cable system in -stead of the girder, which wasachieved by adding stiffeningcables close to the towers (Fig. 3).This idea is not new and had beendeveloped in the 1870’s by JohnRoebling when designing theNiagara railway suspension bridge,with a wooden double deck, tooflexible to resist train loadings onits own. It has been used severaltimes since then, for example forthe Brooklyn Bridge and for somesmaller bridges in the UnitedStates, France and the UK. Morerecently, the approach was adopt -ed in China with a very slenderconcrete deck.In addition, the conceptual designwas developed by working out anespecially dynamic and elegantshape for the towers, avoiding anyintermediate crossbeam withintheir height (Fig. 4). The triangu-lar-shaped and inclined legs pro-duced a stable and strong impres-

struction des fondations dans leBosphore, pas d’influence sur l’en -vironnement (courants, pêche,qualité de l’eau …). L’objectif étaitégalement de sécuriser le plan-ning en réduisant les risques liésaux constructions offshore. Ce nefût pas une décision facile pourl’entreprise, mais ICA décida desuivre notre conseil qui s’avéraêtre une des meilleures optionsprises pendant le concours.La hauteur des mâts est de 322 mau-dessus du sol pour le côté eu -ropéen et 318 m pour le côté asia-tique, soit une hauteur de 329,9 mau-dessus du niveau d’eau. Lescâbles principaux sont déviés surles mâts à une hauteur de 307 mau-dessus du niveau d’eau (Fig. 6).La largeur totale du tablier est de58,5 m et la coupe fonctionnellefigure sur la Figure 7.

MatériauxTous les matériaux ont été sélec -tionnés pour une utilisation opti-male de leurs qualités, tout enprenant en compte les expéri-ences locales et les possibilitésd’approvisionnement, ainsi que lasituation géographique particu-lière de l’ouvrage, dans une régionde haute séismicité.

sion despite their slenderness.The inclinations of the legs werefixed to align the vertical plane ofthe main cables in between theroadway and the railway, placingthe hangers in the central zone ofthe deck. This allows a completelyfree lateral view for car users onall the central suspended part,which turns the crossing of thestrait into a dramatic experience.By anchoring the stiffening cableslaterally in the main span andbetween the railway and theroadway on the back spans, ithighlights the crossing of thestrait. The natural light at the sitewill play with the effect producedby the progressive stiffeningcable line geometries along thebridge (Fig. 5). This is, simply explained, how wedeveloped this exceptional design.For us, having developed this con-cept during the competition, wealso discovered a new type ofbridge, far away from a classicalsuspension bridge or a pure cablestayed bridge.

General layout, maindimensionsDuring the competition phase,we proposed to the contractor to

Fig. 4

Forme pure et dynamique des mâts.Dynamic and pure shapes for the tower legs.

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Les fondations, piles, mâts et tra-vées de rives sont en béton,essentiellement C60. La travéeprincipale est constituée d’untablier en caisson orthotrope enacier. La majorité de l’acier struc-turel est de qualité S460.Les câbles principaux sont consti-tués de paquets préfabriqués defils parallèles (PPWS) de 5,4 mmen qualité 1860 MPa. Ils sont pro-tégés par un revêtement de zinc etun système de déshumidification.Les suspentes sont constituées defils parallèles (PWS) de 7 mm enqualité 1770 MPa, revêtus de zincet protégés par une gaine en PE.Du fait de leur longueur excep -tionnelle (plus de 600 m pour lesplus longs), les haubans sont con-stitués de torons de 15,7 mm ennuance 1960 MPa, afin de limiterleur poids et les flèches qui enrésultent.La répartition des longueurs deszones haubanées, suspendues etde transition vise à obtenir l’opti-mum entre la rigidité d’ensemble,le comportement longitudinal ettransversal de l’ouvrage, la hau-teur des mâts, l’efficacité des hau-bans en fonction de leur lon gueur,la rapidité de construction et biensûr le coût global de l’ouvrage.Ces choix ont été remis en cause àplusieurs reprises pendant les étu-des.

increase the length of the mainspan to 1,408 m, in order to placethe towers on shore for a perfectaccommodation of the specificsite conditions, resulting in noimpact on navigation, no risk ofpollution during the constructionof piers in the Bosphorus and noinfluence on the environment(currents, fishing, water quality,etc.). The goal was also to securethe programme with less erectionrisks than with offshore founda -tions. That was not an easy deci -sion for the contractor but ICAdecided to accept the proposaland it ended up as one of theforemost good decisions takenduring the competition.The height of the pylons is 322 mabove ground level for the Euro -pean side and 318 m for the Asianside. The main cables cross thepylon axis at a height of 307 mabove sea level (Fig. 6).The total width of the deck is58.5 m with a functional cross-sec-tion as showed in Figure 7.

Constitutive materialsTo complete the sculptural engi-neering process, all the constitutivematerials were chosen for theirbest use, considering also thelocal practices and procurementpossibilities and the special geo-graphical situation of the bridgein a sensitive seismic area.

Impact de la durée de con-struction sur la conceptionOn peut raisonnablement admet-tre qu’un ouvrage d’une telleampleur nécessite habituellementenviron deux ans d’études et qua-tre à cinq ans de construction.Ramener l’ensemble à 36 mois,plus 6 mois pour les études préli-minaires et la préparation du chan -tier, a constitué un défi in croya ble.C’est pourquoi la réduction de ladurée de construction est immé-diatement apparue comme l’undes critères les plus importantspour la conception de l’ouvrage.Il était bien sûr évident que nil’architecture, ni le comporte-ment structurel ou le concept glo-bal de l’ouvrage ne devaient enaucun cas souffrir des décisions etdispositions particulières prisespour réduire la durée de construc-tion. Le concept de l’ouvrage doitêtre global et le problème de ladurée de construction a été prisen compte comme un paramètretotalement intégré au processusde conception et qui ne devait enaucun cas prétériter l’équilibre oul’esthétique de l’ouvrage.Notre philosophie de conceptiondécrite précédemment a éténaturellement complétée par lesrègles que nous estimons essen-tielles pour permettre d’aboutirau succès architectural et techni-que d’un projet :

Principaux intervenants/Main participants

Propriétaire/OwnerKGM – Ministère des transports,TurquieConcessionnaire et entreprise principale/Concessionnaire and main contractorICA – JV Içtas Insaat, Turquie/Astaldi Spa, ItalieEntreprise générale (pont principal)/General contractor for the mainbridgeHDSK – JV Hyundai E&C /SK E&C,Corée du SudConception/Conceptual designJean-François Klein (T engineeringintl), Michel Virlogeux (Consultant)Études structures/Structural engineeringT engineering intl, SuisseSous-traitants études/Subconsul tantsstructural engineeringGreisch, Belgique – Lombardi, Italie –Grid, Portugal – CSTB, France –Temelsu, Turquie – Politecnico diMilano, Italie – Envico, Corée du Sud

Fig. 5

Impression visuelle de la géométrie des haubans.Visual impression of cable geometry.

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The foundations, piers, towersand side spans are made of con-crete, mainly C60. The main spanis a fully orthotropic steel box gir-der. Most of the structural steel isgrade S460.The main cables are prefabricatedparallel wire strands (PPWS) with5.4 mm wires in grade 1,860 MPa.They are protected by zinc coat ingand a dehumidification system. Thehangers are parallel wire strands(PWS) with 7 mm zinc coat edwires in grade 1,770 MPa, pro -tected by polyethylene sheath ing.Due to their exceptional length(more than 600 m for the lon-gest), the stiffening cables arestandard 15.7 mm strands ingrade 1,960 MPa to limit theirself-weight and associated sag.The choice of the respectivelengths between the stiffenedzone, the transition zone and thesuspended zone was made byseek ing an optimum betweenoverall stiffness, behaviour of thebridge longitudinally and trans-versally, pylon height, limitedeffectiveness of the stiffeningcables due to their length, speedof construction and, of course, theoverall cost. These choices werechallenged several times duringthe design process.

– Privilégier la logique structu-relle

– Privilégier la simplicité– Privilégier l’utilisation de maté -

riaux locaux et les expériencesconstructives locales

– Prêter une attention particuliè-re à la relation de la structureavec son environnement et sonutilisation.

Comme expliqué précédemment,le concept global du pont hybridea été dicté par les cas de chargessévères et les états limites d’utili-sation requis par le système ferro-viaire.Globalement, la structure hybrideaide à la réduction de la durée deconstruction dans la mesure oùelle implique une simultanéitédes activités. Il n’existe pas dechemin critique évident pour l’en-semble de la construction, denombreuses opérations pouvantse dérouler simultanément, ce quipermet d’optimiser la durée deconstruction.Pour un pont suspendu classique,le chemin critique est très clair :les mâts et leurs fondations ainsique les massifs d’ancrage doiventêtre achevés sur les deux rivesavant de débuter les travaux pré-paratoires nécessaire à l’installa -tion des câbles principaux. Ce

Impact of the constructiontime on the designOrdinarily, the detailed designand construction of such an out-standing structure of this scalemight require about 2 years ofdesign studies and a constructionperiod of 4–5 years. Reducing allthe processes to 36 months plusabout 6 months for the preliminarydesign and the preparation workwas a tremendous challenge.As a consequence, the reductionof the construction time imme-diately became one of the mostrelevant and governing criteriafor the design. It was, of course,obvious that the architecture, thestructural behaviour and the glo-bal concept of the bridge wouldnot have to suffer from decisionsor specific methods developedonly to reduce the constructiontime. The concept is global andwe considered the problem of con -struction time as an integratedparameter which should definite-ly not alter the equilibrium or theaesthetics of the bridge.Our design philosophy, describedabove, was, of course comple-mented by what we consider tobe essential rules leading to thearchitectural and technical suc-cess of a project:

P1 P2 A3A0

jfk

Fig. 6

Élévation de l’ouvrage.Longitudinal elevation.

Fig. 7

Coupe fonctionnelle – largeur 58,5 m.Functional cross-section – width 58.5 m.

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n’est qu’ensuite que peuvent êtreinstallés les câbles, puis que dé -marre le montage du tablier.Dans le cas présent, il n’y avaitaucune raison d’attendre l’achè-vement des mâts ou des massifsd’ancrage, ni l’installation descâbles principaux, pour commen-cer à mettre en place les premierséléments de tablier.Seuls les travées de rive et lesmâts jusqu’au niveau des premiè-res boîtes d’ancrage devaient êtreachevés. À ce stade, le montagedes éléments de tablier pouvaitcommencer en encorbellement,comme sur un pont haubané clas-sique, pendant que la construc -tion des mâts et des massifs d’an-crage se poursuivait. Ceci bienavant que ne débute l’installationdes câbles principaux.C’est ainsi que lorsque les mâtsont été achevés, les selles dedéviation posées, les travaux pré-paratoires effectués et les câblesprincipaux installés, le montage enencorbellement du tablier avaitatteint une longueur d’environ500 m de chaque côté (Fig. 8).Lorsque le premier élément detablier a été monté depuis lescâbles principaux, plus des 2⁄3 dutablier étaient déjà en place.La partie centrale du tablier afinalement été montée en levantles éléments au moyen de poutresde lavage pouvant rouler sur lescâbles et équipées de vérins àcâbles (Fig. 9).

ConclusionCet ouvrage exceptionnel démon-tre l’efficacité de l’approche glo-bale issue de la philosophie d’in-génierie sculpturale. Il n’est nulbesoin d’artifices de décoration,de formes fantaisistes ou d’exerci-ces d’équilibrisme pour le trans-fert des charges comme on envoit de plus en plus. La structureest attractive et exceptionnellepar elle-même et par son dialo-gue avec son environnement. Elleest non seulement facilement« lisible », mais elle exprime claire-ment sa logique et sa fonctionpar son intégration dans le site.C’est gage que son architectureperdurera au-delà des modes,sans être affectée par une obso-

Jean-François Klein nous a quitté le 25 avril après une longue lutte contrela maladie. Son combat, mené avec ungrand courage, a duré plus de dix huitmois, avec des périodes de souffranceextrême et des périodes d’espoir.Jean-François a fait ses études de géniecivil à l’École Polytechnique Fédéralede Lausanne, où il a notamment étél’élève de René Walther dont il estdevenu l’un des assistants. Il a obtenuson diplôme d’ingénieur en 1985 et dé -fendu sa thèse de doctorat en sciencestechniques en 1990. Il a ainsi participéà ses cotés à plusieurs projets, en par-ticulier ceux des ponts de Zaltbommelaux Pays Bas et de Skarnsund enNorvège.En 1993 il décide de rejoindre le bu -reau Tremblet à Genève – aujourd’huiT-Ingénierie – et en devient l’un desassociés en 1995. Par sa compétence,son dynamisme et ses qualités humai-nes, il a largement contribué au déve-loppement de ce bureau et à l’atmo-sphère de confiance et d’amitié qui yrègne.Au sein de ce bureau il a dirigé ou par-ticipé à de nombreux projets en Suisseet à l‘étranger, comme la Halle 6 dePalexpo au-dessus de l’autoroute et lenouveau Stade de Genève. Il a conçule projet de Franchissement de la Rade,en 1996, choisi par le Jury mais qui n’apas été construit. On peut aussi citer lePont de la Ravine Fontaine sur l’Île dela Réunion, et surtout le Troisième Pontsur le Bosphore.Jean-François a été très actif dans lesassociations internationales où il s‘estfait de très nombreux amis, en parti-culier la Fédération Internationale duBéton. Jean-François a participé à larédaction du Guide pour une bonneconception des ponts, et il a présidé laCommission 1, sur la conception desouvrages, pendant de longues années.Plusieurs prix ont reconnu ses mérites :– 1996, prix de l’AFPC– 2010, fib Special Mention for Out -

standing Structures for the replace-ment of the Geneva airport runway

– 2010, European Award of the SteelIndustry for the Ravine FontaineBridge

– 2013, fib Medal of Merit– 2018, fib Award for Outstanding

Struc tures for The Third BosphorusBridge, Exceptional Recognition

– 2018, fib Freyssinet Medal– 2018, Grand Prix FreyssinetJean-François était un homme d’unegrande gentillesse, d’une grande hon-nêteté. Un grand ingénieur. Mais c’estsurtout un ami fidèle que nous avonsperdu.Michel Virlogeux

Jean-François Klein passed away onApril 25, after a long fight againstdisease. He fought with great couragefor more than eighteen months, withperiods of extreme pain and periodsof hope.Jean-François gained his civil engineer -ing education at the Lausanne EcolePolytechnique Fédérale (EPFL), wherehe graduated in 1985 and obtainedhis PhD in Technical Sciences in 1990.He then became one of the assistantsof Professor René Walther, taking partwith him in several projects, particu-larly the Zaltbommel Bridge in theNetherlands and the SkarnsundBridge in Norway.In 1993 he decided to join theTremblet design office in Geneva,later T-Ingénierie, of which he becamea partner in 1995. Thanks to his exper-tise, his enthusiasm and his humanqualities, he contributed greatly tothe development of this design officeand to its atmosphere of trusting rela-tionships and of friendship.Within this design office he headedup or took part in many projects, inSwitzerland and outside, such as Hall 6of Palexpo, erected above the motor-way from Geneva to Lausanne, andthe new Geneva Airport. He was thedesigner of the bridge project to crossLake Geneva in 1996, awarded by theJury but which has not been built forpolitical reasons. Worthy of mentionare the Ravine Fontaine Bridge, on thefrench island of Réunion in the IndianOcean, and, more recently, the thirdBosphorus bridge.Jean-François was extremely active ininternational associations in which hecounted many good friends, in parti-cular the Fédération Internationale duBéton. Jean-François took part in thepublication of the fib Guidance forGood Bridge Design, and was, for manyyears, the Chairman of Commission 1,devoted to the design and constructionof concrete structures.He won several awards in recognitionof his merits:– 1996, prix de l’AFPC (medal of the

French Association of Civil Engineer -ing)

– 2010, fib Special Mention for Out -standing Structures for the replace-ment of the Geneva airport runway

– 2010, European Award of the SteelIndustry for the Ravine FontaineBridge

– 2013, fib Medal of Merit– 2018, fib Award for Outstanding

Struc tures for The Third BosphorusBridge, Exceptional Recognition

– 2018, fib Freyssinet Medal– 2018, Grand Prix FreyssinetJean-François was a man of extremekindness and great honesty, a greatengineer and, above all, a loyal friendwhom we all miss.Michel Virlogeux

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– Prioritize the structural logic– Provide simplicity– Promote the use of local mate-

rials and local constructionexperience

– Pay particular attention to therelationship between the struc -ture and its surroundings andto the type of use.

As explained above, the globalconcept of the hybrid bridge wasdictated by the severe loadingschemes and the critical operatio-nal limit states defined by therailway.However, the hybrid system alsohelps with the global construc -tion time as it naturally calls forsimultaneous activities. Manyoperations can be performed atthe same time, allowing for goodoverall construction time perfor-mance with the critical path lessconstrained by specific activities.On a classical suspension bridge,the critical path is quite clear:pylon foundations, pylons andanchor blocks must be completedon both sides before startinginstallation of the temporary ele-ments necessary to install themain cable. After that, the maincable and the cable bands can beinstalled and the erection of themain span deck can start.Here, there was no reason to waitfor completion either of thepylons or of the anchor blocks, orfor the installation of the maincable or the cable bands to startthe lifting of the first segments.What was needed was the com-pletion of the side spans andtowers up to the first stiffeningcable anchorages. From thatpoint, the lifting of the segmentscould be started, as on a classicalcable stayed bridge, while thetowers could be completed, ascould the anchor blocks and theground approaches, all these ope-rations being completed wellbefore the installation of themain cable.This means that once the towershad been completed and thesaddles installed, the temporarywork for the main cable installa -tion could start and the maincable could be installed while thecable stayed deck was progress -

ing by cantilever over a length of500 m on each side (Fig. 8).When the first segment was liftedfrom the completed main cable,more than 2⁄3 of the deck lengthwas already completed.The central part of the bridge waserected by lifting the segmentswith gantries rolling on the maincables and equipped with strandjacks (Fig. 9).

lescence précoce. Le 3ème pont surle Bosphore, qui établit plusieursnouveaux records mondiaux dontcelui de la plus grande portée fer-roviaire, va ainsi parfaitementjouer son rôle de nouveau symbo-le de la région d’Istanbul. Sa con-ception a requis l’utilisation destechnologies et connaissances lesplus avancées dans les domainesde l’ingénierie structurale, de

Fig. 8

Encorbellement de la zone haubanée avec installation des câbles principaux.Cable stayed cantilevering during cable installation.

Fig. 9

Montage des éléments de la zone centrale au moyen de poutres de levage.Erection of the central segments with lifting gantries.

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l’analyse numérique, des maté -riaux, des méthodes de construc-tion et des concepts de durabilité.Ce projet a ainsi permis à l’étatdes connaissances sur le compor-tement et les propriétés des pontshybrides de faire un énorme bonden avant.Le concept a démontré son effica-cité structurale et son élégance.En comparaison avec un pont sus-pendu traditionnel de dimensionsimilaire, il présente de nombreuxavantages :– Un design de pont suspendu

moderne et d’une grande élé-gance

– Un tablier mince malgré les im -portantes charges ferroviaires,en opposition aux énormestabliers à deux niveaux desponts suspendus classiques

– Une excellente forme aérody-namique du tablier

– Un bon comportement sismiquegrâce à un bon amortissementet à sa rigidité

– Une très bonne aptitude auservice avec des déformationshorizontales et verticales fai-bles, en adéquation avec lesexigences du trafic ferroviaire

– Un bon comportement en tor-sion grâce à la rigidité appor-tée par les haubans

– Une stabilisation longitudinalenaturelle du tablier grâce ausystème de haubanage et l’uti-lisation d’appuis pendulaires

– La dimension réduite des câblesprincipaux qui limite les effetsaérodynamiques et les coûts

– Une méthode de constructionoptimisée par la simultanéitédes activités.

Au final, un ouvrage achevé ex trê -mement élégant et d’une grandeesthétique, dans le site unique aumonde qu’est le Bosphore. Lecahier des charges des autoritésest parfaitement rempli : respec-ter la philosophie et l’architecturedes deux ponts existants. Cet ou -vrage exceptionnel place unenouvelle fois les ponts suspendusturcs sur le devant de la scèneinternationale.

ConclusionThis exceptional bridge shows clearly the success and overallachievement made possible byapplying the sculptural engineer -ing philosophy. No need for anyartificial decoration, fancy shapesor special equilibrium exercisesfor load transfer as regularly seentoday. The structure is eye catch -ing and outstanding by itself andby its dialogue with its context. Itis not only easily “readable” butclearly shows its logic and functionthrough its natural integrationinto the site and its dialog with itsfunction. Its architecture willendure without aging and willnot be affected by early obsoles-cence.The third Bosphorus bridge,which breaks many world records,in particular that of the longestspan for railway, will completelyplay its role as a new landmarkfor the city and an icon ofIstanbul. It was designed using allthe most up-to-date technologyand knowledge in terms ofadvanced structural engineering,advanced computer calculations,material capacities and qualities,method of construction and dura-bility concepts. General knowl -edge and understanding of thebehaviour and the characteristicsof the hybrid bridge form hasmade a huge step forward withthis construction.The design has proven its structu-ral efficiency and its elegance. Incomparison with a traditional sus-pension bridge of the samemagnitude many advantages canbe highlighted:– Great architectural elegance

and a contemporary suspensionbridge

– In spite of the heavy trains, aslender single level deck couldbe applied as compared to thehuge classical double decks

– Excellent aerodynamic shapeof the deck

– Good seismic behavior, thanksto a good damping coefficientand high stiffness

Auteurs/Authors

Jean-François Klein (†)Dr ès techn., ing. civil dipl. EPFLT engineering intl SACH-1201 Genève

Michel VirlogeuxConsulting EngineerHonorary President FIP and fibMichel Virlogeux Consultant SarlF-78830 Bonnellesvirlogeuxconsultant@orange.fr

Thierry DelémontIng. civil dipl. EPFLT engineering intl SACH-1201 Genèvegva@t-engineering.com

Vincent de Ville de GoyetDr. Ing., ULG Prof.Bureau GreischB-4031 Liègevdeville@greisch.com

– Excellent horizontal and verti-cal service limit state with smalldeflections which ease theoperational conditions of therailway

– Good torsional behavior dueto the high transverse stiffnessprocured by the stiffeningcables

– Natural longitudinal stabiliza-tion of the deck due to thecable system, improved by theuse of pendular bearings

– Reduced size of the main cable,limiting aerodynamic effects

– Time saving erection proceduredue to the simultaneity oferec tion zones.

Finally, an extremely elegant andaesthetically accomplished bridgehas taken its place in that uniquelocation in the world which is theBosphorus. An accomplishment ofthe owner’s initial wish: respect -ing the philosophy and the archi-tecture of the two existingbridges. This outstanding struc -ture once again places Turkishsuspension bridges in the frontline of international landmarks.

79

IntroductionLe nouveau pont de la Sorge estun ouvrage en béton armé pré-contraint qui relie les communesde Chavannes-près-Renens etd’Écu blens (VD). L’ouvrage, d’unelongueur d’environ 120 m etd’une largeur de 12,0 m, présenteune forme de Y en plan et doitoffrir aux futurs habitants duquartier de La Pala une liaisonsécurisée et de qualité au site desHautes Écoles (EPFL et UNIL), enfranchissant une rivière, uneroute ainsi qu’une voie du métrolausannois.

ContexteAfin de répondre à une pénuried’hébergements pour étudiants

IntroductionThe new bridge over the riverSorge is a prestressed, reinforcedconcrete structure connecting thevillages of Chavannes-près-Renensand Ecublens (VD, Switzerland).With a total length of about 120 mand a width of 12.0 m, it has a Y-shape in plan and it is to providethe future residents of the La Palaquarter with a safe and qualitylink to the site of the universities(EPFL and UNIL), crossing over theriver Sorge, a road and a line ofthe Lausanne metro.

ContextIn response to the lack of studenthousing capacity in the Lausanneregion, the cantonal government

dans la région lausannoise, l’Étatde Vaud a organisé un concourspour de nouveaux logements des -tinés aux étudiants et hôtes aca-démiques sur la parcelle de LaPala située à Chavannes-près-Renens (VD). Piloté par l’intermé-diaire du Service Immeuble,Patrimoine et Logistique (SIPaL),ce concours intégrait égalementla réalisation d’un pont, dontl’objectif était de relier le quartierde La Pala au site des HautesÉcoles qui sont séparés par larivière de la Sorge, la route de laSorge ainsi que la voie du métrom1 des Transports Lausannois. Cepont devait également assurer lacontinuité d’une route, dont l’an-cienne configuration nécessitait

Le nouveau pont de la SorgeThe new bridge over the river Sorge

Aurelio Muttoni, Miguel Fernández Ruiz, Quentin Roubaty

Fig. 1

Vue aérienne du nouveau pont de la Sorge.Aerial view of the new bridge over the Sorge.

80

of Vaud organised a competitionfor new accommodation for stu-dents and academic guests basedon the “La Pala” terrain at Cha -vannes-près-Renens (VD). Underthe guidance of the Buildings,Heritage and Logistics Depart -ment (SIPaL), this competitionalso considered the requirementof building a bridge to safely con-nect the new student housingfacilities at La Pala with theUniversity site at Ecublens, whichare separated by the Sorge river,the Sorge road and line m1 of the

le franchissement de la voie ferro-viaire par le biais d’un passage-à-niveau. Dédié principalement à lamobilité douce (piétons et cy clis -tes), le nouveau pont de la Sor gedoit ainsi également accueillir letrafic routier, limité aux poidslourds 40 t.

ConceptionPour répondre à ces exigences,l’ou vrage est constitué d’unebranche principale et d’une bran-che secondaire (appelée «branchenord-est ») qui lui confèrent une

Transports Lausannois metro. Thisnew bridge was also to ensurethe continuity of an existing road,the configuration of which re -quired a level crossing over therail way line and is primarily in -tended for light traffic (cycles andpedestrians). Nevertheless, thenew structure should also be ca -pable of supporting road trafficwith heavy vehicles up to 40 t.

Conceptual designIn order to satisfy the various con-straints of the project, the bridge

Maître d’ouvrage/OwnerCanton de Vaud – Service immeubles,patrimoine et logistique (SIPaL)Ingénieur civil (projet et direction destravaux)/Civil engineer (project andsite management)Muttoni & Fernández IngénieursConseils SA, Écublens (VD) Architecte/ArchitectUAS ag, Zurich Entreprise de construction/ContractorMarti Construction SA, Lausanne

Réalisation/Realisation2016–2017

Coûts/Costs y compris honoraires et TVA/including fees and VATenv. 8 Mio CHF/about 8 million CHF

Fig. 2

Vue de la branche principale.View of the main branch.

Fig. 3

Franchissement de la rivière de la Sorge et rainure centrale.Crossing of the Sorge river and central groove.

81

forme de Y en plan (Fig. 1) : labranche principale du pont, dansle prolongement de la route dePraz-Véguey, permet la suppres -sion du passage-à-niveau et estdédiée aux véhicules (chaussée de5,0 m) ainsi qu’aux piétons et cy -clistes (trottoirs de 4,0 m et de 1,5 m). La branche nord-est, quantà elle, dessert le nouveau bâti-ment et est exclusivement dédiéeà la mobilité douce (trottoir de6,0 m) ainsi qu’aux véhicules d’ur-gence.Le profil en long du pont est dictépar le gabarit vertical au droit dela voie du métro m1 et de la routede la Sorge ainsi que par la décli-vité maximale autorisée pour lespersonnes à mobilité réduite (6%).Le gabarit sous l’ouvrage prévoitégalement l’éventuel dédouble-ment de la voie actuelle du métroainsi que la création de deuxvoies supplémentaires sous la tra-vée nord. L’intégration de l’ouvrage dans lesite est assurée par le choix d’unconcept urbain dont les élémentsporteurs sont proches de ceuxd’un bâtiment (dalles et murs por-teurs). L’ouvrage est conçu commeune structure unitaire avec unesection constante sur toute sa lon -gueur et les éléments d’appui(piles et culées) sont homogènesavec le tablier (Fig. 2 à 5). Letablier du pont est une poutre

was developed with a main branchand a secondary one (called“north-east branch”), yielding itscharacteristic Y-shape (Fig. 1). Themain branch, prolonging thePraz-Véguey road, replaces thelevel crossing and is intended forboth traffic (two lanes, 5-m wide)and cycles and pedestrians (twopavements, 1.5 and 4-m wide).The secondary branch, on theother hand, is intended only forpedestrians and cycles (pavement6-m wide), and for emergencyvehicles.The longitudinal profile of thebridge is governed by the mini-mum vertical clearance over themetro line and by the maximumslope allowed for people withreduced mobility (6%). The clear -ance under the bridge also allowsfor the possible future doublingof the current metro track as wellas the installation of two additio-nal lines beneath the northspans.To integrate it in the site, thebridge follows an urban concept,with the basic structural elementsbeing similar to those of build -ings: slabs and columns. A unitarydesign is retained for the struc -ture, with a constant sectionthroughout its length, and thecolumns and abutments arehomogeneous with the deck (Fig.2 to 5).

continue en béton armé précon-traint dont la section a été choisiepour assurer une transparencemaxi male et permettre de dissi-muler toutes les conduites et leséléments techniques dans une rai-nure centrale peu visible. Les con-duites transversales reliant lesavaloirs au collecteur central sontdisposées à l’intérieur de la sec -tion de sorte qu’aucune conduiten’est visible. Le caractère longili-gne de l’ouvrage, souligné par laprésence de cette rainure, estégalement renforcé par la pré-sence des piles et des culées àl’axe de l’ouvrage. Le choix des piles inclinées en Vpermet de réduire la portée maxi-male de l’ouvrage et ainsi garan-tir un élancement raisonnable dutablier. Les culées nord et sud ontla même inclinaison que les pileset sont évidées afin de limiter leurpoids et la probabilité de tasse-ment sur un sol compressible. La section transversale de l’ou -vrage est une dalle massive dontl’épaisseur augmente vers la par-tie centrale du tablier afin d’assu-rer une hauteur statique suffisan-te (Fig. 6). Cette dernière est limi-tée à environ 1,0 m par le gabarità respecter sur la voie actuelle dum1 et par le niveau de la chausséesur l’ouvrage. En plus de remplirleurs fonctions habituelles lesbordures jouent le rôle de protec-

Fig. 4

Pile à béquilles en V.V-support pile.

Fig. 5

Jonction des branches principale et nord-est.Junction of the main and north-east branches.

82

The bridge deck is a continuous,prestressed concrete beam. Thecross-section has been selected toensure maximum transparencyand to host and hide the variouspipes and services in a centralgroove. The drainage elementsconnecting the deck drains to thecentral collector are concealedwithin the concrete section sothat no pipes are visible. The pre-dominantly longitudinal appear -ance of the structure is strength -ened by the presence of the groove and the alignment of thepiles and abutments long the axisof the structure.The V-shaped piles were selectedto reduce the span length of thebridge, so to keep the deck rea -sonably slender. The north andsouth abutments present thesame inclination as the piers andare hollow in order to reducetheir total weight and the possibi-lity of settlement in compressibleground. The cross-section is a solid slabwith thickness increasing towardsthe central part of the deck toprovide sufficient static height(Fig. 6). This height is neverthelesslimited to 1.0 m in order to satisfythe requirements of the metroline. The borders at edges of the

tion des utilisateurs vis-à-vis de laligne de contact du métro m1.

Système porteur Le tablier est une poutre continuede cinq travées dont la portéemaximale atteint 26,2 m (élance-ment l/h = 26,2) sur le métro et laroute (Fig. 7). Dans le sens longitudinal, la bran-che principale de l’ouvrage estmu nie de six câbles de précon-trainte par adhérence de 19 toronsø15,7 mm (degré de protectioncontre la corrosion C) alors que labranche nord-est en comportedeux du même type. Transversa le -ment, des câbles de précontraintede 7 torons ø15,7 mm (degré deprotection contre la corrosion B)sont disposés au droit de chaqueentretoise. Enfin, les murs de laculée sud sont munis chacun dedeux câbles de précontrainte de 7 torons ø15,7 mm.Chaque pile est constituée dedeux béquilles de section variablequi re po sent sur une base com-mune de 1,5 x 1,0 m. Une ban-quette de répartition transmet lescharges provenant des piles et desculées aux fondations profondesde l’ouvrage. Les pieux forés-tubés, de type flottant, ont undiamètre de 0,90 et 1,30 m et une

cross-section also provide userswith protection from the over-head conductor of the metro line.

Structural systemThe deck slab is a continuous, 5-span beam with a maximum spanof 26.2 m (slenderness l/h = 26.2)over the road and metro line (Fig.7). In the longitudinal direction, themain branch has 6 post-tensioningtendons of 19 strands, ø15.7 mm,(corrosion protection level C). Thesecondary branch has two ten-dons of the same type in the lon-gitudinal direction. In the trans-verse direction, the tendons have7 strands, ø15.7 mm, in line witheach cross-strut (corrosion protec-tion level B). The walls of thesouth abutment also have twotendons of 7 strands, ø15.7 mm.The piers are inclined supportswith variable section, resting on ashared concrete plinth, 1.5 x 1.0 m.A load-spreading pile cap trans-mits the loads from the piers andabutments to the deep founda -tions of the structure. The caseand drilled piles of the floatingtype have a diameter between0.90 m and 1.3 m and a maximumlength of 42 m. The total lengthof the bridge requires the use of

7,87

0,60

0,92

1,00

2,00

12,37

1,00

Fig. 6

Section transversale du tablier de la branche principale avec vue de la pile (à gauche) etde la branche nord-est avec vue de la culée (à droite).Cross-section of the deck of the main branch with view of the pier (left) and north-eastbranch with view of the abutment (right).

83

longueur pouvant atteindre 42 m. La longueur de l’ouvrage nécessi-te l’utilisation d’appuis mécani-ques et d’un joint de dilatationqui, pour réduire la maintenanceet le bruit provoqué par le trafic,ne sont disposés qu’à la culée sud.Le reste de l’infrastructure (culéesnord et piles) est liée monolithi-quement au tablier de l’ouvrage.La stabilité du pont sous chargeshorizontales (séisme) est assuréepar sa forme en Y, par sa courbureen plan, par le cadre rigide consti-tué par les deux piles nord ainsique par le blocage transversal dutablier au droit de la culée sud.

ConstructionLa construction débuta en août2016 et se termina en octobre2017. Elle s’effectua selon un modede construction conventionnel,avec l’emploi de cintres fixes etd’étayages.Après avoir réalisée les fondationsprofondes, les banquettes, lespiles et les culées, le bétonnagedu tablier fut réalisé en deux pha-ses : bétonnage puis mise en pré-contrainte de la partie centraledu tablier (volume de bétonnaged’environ 440 m3) puis bétonnageet mise en précontrainte des troisextrémités. Un tiers des câbles de

mechanical bearings and anexpansion joint at the south abut-ment. On the other side (northside), no mechanical bearings orexpansion joint are used so as tominimise traffic noise and main-tenance. The safety against horizontalloads (earthquake) is ensured bythe Y-shape and curvature of thebridge in plan and by the frameeffect of the two north piers andby supports at the south end per-mitting no transverse movement.

ConstructionThe construction of the bridgestarted in August 2016 and wascompleted in October 2017. It wasperformed using conventionalconstruction methods, with fixedsupport scaffolding and stays.The deep foundations were castfirst, followed by the plinths,columns and abutments. The deckslab was cast in two phases: firstthe central part was poured andpost-tensioned (concrete volumeof about 440 m3), then the threeextremities were poured and pre-stressed. One third of the post-tensioning tendons of the mainbranch serves as continuity pre-stressing between the differentcasting sections.

précontrainte de la branche prin-cipale sert de précontrainte decontinuité entre les différentesétapes de bétonnage.

Auteurs/Authors

Aurelio MuttoniProf. Dr ès Sciences, ing. dipl. ETHZ

Miguel Fernández RuizDr ès Sciences, ing. dipl. UniversitéPolytechnique de Madrid

Quentin RoubatyIng. dipl. EPFL

Muttoni & Fernández Ingénieurs Conseils SACH-1024 Écublens (VD)info@mfic.ch

14,00 21,03 12,79 26,26 12,79 21,04 12,31120,21

Voies m1Voies m1 Route de la Sorge

Rivière de la Sorge

Fig. 7

Coupe longitudinale du pont.Longitudinal section of the bridge.

84

EinleitungDas Taminatal bildet die südlicheSpitze des Kantons St. Gallen. Esverläuft ungefähr von Südennach Norden und mündet beimKurort Bad Ragaz in das Tal desAlpenrheins. In seinem unterenDrittel fliesst die Tamina durcheine tief eingeschnittene Schlucht,die die an den Talflanken liegen-den Siedlungen voneinandertrennt. Aufgrund der geologi-schen Risiken genügt die linkssei-tige Valenserstrasse auf weitenTeilen den heutigen und zukünf-tigen Anforderungen nicht mehr.Aus diesem Grund schrieb dasTiefbauamt Kanton St. Gallen imJahr 2007 einen internationalenProjektwettbewerb für die Über -brückung des Taminatals aus.Der Grundgedanke des letztlichausgelobten Wettbewerbs ent -wurfs bestand in der stützen -freien Überspannung der Tamina -schlucht mit einer Bogenkon -struktion und einer ebenfalls stüt-zenfreien Überbrückung der

Introduction The Tamina Canyon forms thesouthern edge of the Canton ofSt. Gallen in Switzerland. It leadsapproximately from South toNorth and into the Alpine RhineValley at the health resort BadRagaz. In its lower third, theTamina River flows through adeep gorge that separates thetowns on the flanks of the valley.Due to its geological hazards, theroad on the left side near the vil-lage of Valens no longer meetstoday’s or future requirements.For this reason, the civil engineer -ing department (Tiefbauamt) ofthe Canton of St. Gallen announc -ed an international project com-petition for the crossing of theTamina Canyon. The basic concept of the winningdesign proposed the constructionof a column-free crossing over theTamina Canyon with an arch anda column-free bridging of theside fields to the abutments witha rigid frame structure.

Seiten felder bis zu den Wider -lagern mit einer biegesteifenRahmenkonstruktion.

Bauwerksentwurf und Ein -passung in die LandschaftAus den Randbedingungen erga-ben sich für das Entwurfskonzeptfolgende Prämissen – Das Haupttragwerk wird unter -

halb der Fahrbahn angeord-net.

– Die Taminaschlucht wird stüt-zenfrei überspannt (Bogen mitca. 260 m Spannweite).

– Die Endfelder in den Hang be -reichen werden ebenfalls stüt-zenfrei überspannt (biegestei-fe Rahmen mit 89 m Spann -weite auf Seite Pfäfers und48,5 m Spannweite auf SeiteValens).

– Die Herstellung der Haupt öff -nung (Bogenbereich) erfolgtim Freivorbau mit Hilfsab -spannungen.

Übergeordnetes Ziel des Entwurfswar es, ein Ingenieurbauwerk zu

Die Taminabrücke bei PfäfersThe Tamina Canyon crossing near Pfäfers

Volkhard Angelmaier

Fig. 1

Ausgangssituation: Die Taminaschlucht, Blick ausNordwesten.Initial situation: the Tamina Canyon with view fromthe northwest.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Fig. 2

Ansicht.Side view.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

85

Landscape considerationsand designThe following premises resultedfrom the parameters for thedesign concept – The main bearing structure is

beneath the roadway slab.– The Tamina Canyon is crossed

without intermediate columns(arch with a span of 260 m).

– The end spans in the slopeareas are also spanned column-free (rigid frames with a spanof 89 m on the Pfäfers side and48.5 m on the Valens side).

– The main opening (arch area)is created as a free cantileverstructure with temporary cablestays.

The overarching goal of the de -sign was to create an engineeringmasterpiece that fits smoothlyand precisely into the terrain andthat at the same time creates adistinctive identity due to itsappearance. In combination withthe column-free spans of the la ter -al slope areas, the wide-spannedarch across the gorge leads a highdegree of transparency.The fusion of the arch with thesuperstructure in the crown areareinforces the impression of fili-gree, since only three additionalarch stands are required betweenthe impost areas, resulting in very

schaffen, das sich besonders be -hut sam und sorgfältig in dasGelände einpasst und gleichzeitigdurch sein Erscheinungsbild eineeigene, unverwechselbare Identi -tät entwickelt. Die grosszügigeBogenlösung über der Tamina -schlucht in Verbindung mit derstützenfreien Überspannung derseitlichen Hangbereiche führt zueinem hohen Mass an Transpa -renz.Die Verschmelzung des Bogensmit dem Überbau im Scheitel -bereich verstärkt diesen Eindruckder Filigranität noch, da zwischenden Kämpferbereichen nur nochdrei zusätzliche Bogenständererforderlich werden, was zu sehrgrosszügigen Öffnungen zwi-schen Bogen und Überbau führt.Die radiale Anordnung der Bo -gen ständer bewirkt eine weitereSteigerung dieses harmonischenGesamteindrucks, nicht zuletztauch deshalb, weil die Neigungender Aufständerungen auf denbeiden Kämpfern, die gleichzeitigals Stiele des Endrahmens fun -gieren, in etwa die Neigung derTalflanken aufnehmen und da -durch den Eindruck vermitteln,die Brücke entwickle sich ganzselbstverständlich, natürlich undorganisch aus dem Tal heraus (Fig. 2).

generous openings between thearch and the superstructure. Theradial arrangement of the archstand enhances the overall im -pression of harmony, not leastbecause the inclinations of thestands at the imposts, whichfunction as end frame shafts, takeup the inclination of the valleyflanks. The impression created is,therefore, that the bridge emergesas a matter of course, naturallyand organically from the valley(Fig. 2).

ConstructionThe constructive implementationof the design’s main aspect wasrealized consistently and in accor-dance with structural require-ments, taking into account all con -cerns related to the constructionprocess and assembly (Fig. 3). The arch is a reinforced concretestructure with a span of 260 mand is fixed to the ground. It has,therefore, the highest construc -tion height of 4.00 m in the areaof the imposts, which decreases to2.20m towards the crown area.The width of the arch varies aswell from 8.50 m (Valens side) to9.00 m (Pfäfers side) to 5.00 m inthe crown area. This provides aninteresting and exciting haunchwhen viewed from below. Over

472,60

259,36

Valens

Pfäfers

30,95414,00

472,60

27,65

Fig. 3

Ansicht und Grundriss.Side and plan views.

86

Konstruktive UmsetzungDie konstruktive Umsetzung desEntwurfsgedankens erfolgte kon-sequent entsprechend den sta-tisch-konstruktiven Erforder nis senunter Berücksichtigung der ent-sprechenden Belange aus demBauablauf und der Herstellung(Fig. 3).Der Bogen ist als Stahlbeton kon -struktion mit einer Stützweitevon ca. 260 m ausgeführt, die imBaugrund eingespannt ist und da -her im Kämpferbereich mit 4,00 mdie grösste Bauhöhe besitzt, diezum Scheitel hin auf 2,20 m ab -nimmt. Die Breite des Bogens istebenfalls veränderlich und ver-jüngt sich von 8,50 m (SeiteValens) bzw. 9,00 m (Seite Pfäfers)an den Kämpfern auf 5,00 m imScheitelbereich. Es ergibt sichdadurch in der Untersicht eine in -teressante und spannungsreicheTaillierung. Über weite Be reichekann der Bogen als Hohl kastenausgebildet werden, zwischenden beiden letzten Aufstände -rungen und dem Scheitel liegt einmassiver Querschnitt vor.Die Verbindung zwischen Über bauund Bogen erfolgt im Scheitel -bereich monolithisch, zu denKämpfern hin werden drei zu sätz -liche Bogenscheiben als Massiv -querschnitte angeordnet. In derAnsicht sind diese Bogenscheibenbewusst schlank ausgeführt (siewirken quasi als Pendelstäbe, Fig.4) – im Querschnitt erhalten sieeinen leichten Anzug zum Bogenhin.Die Aufständerung im Bereich derKämpfer unterscheidet sich grund -sätzlich von den «Pendel schei -

wide areas, the arch was designedas a hollow box; there is a solidcross-section between the twoinner stands and the crown area.The connection between thesuperstructure and the arch ismonolithic in the crown area;three additional arch discs as solidcross-sections are arranged to -wards the imposts. In this view,these arch discs are deliberatelyslim (they appear as pendulumrods), Figure 4, in the cross section,they be come slightly tightenedto wards the arch.The elevation in the impost areadiffers fundamentally from thependulum rods. The pendulumrods provide the elevation of thesuperstructure and function asframework legs as part of theend-framework in the side spans. From an economic and aestheti-

ben». Ihnen kommt neben derAufständerung des Überbaus inerster Linie auch die Funktioneines Rahmenstiels als Teil derEndfeldrahmen in den Seiten -feldern zu.Erst durch diese biegesteife Rah -menkonstruktion (Überbau alsRahmenriegel, Aufständerung alsRahmenstiel) ist die stützenfreieÜberbrückung der Seitenfelder(89,00 m Seite Pfäfers; 48,50 mSeite Valens) wirtschaftlich undgestalterisch ansprechend reali-sierbar. In der Ansicht erhaltendie als Hohlkastenquerschnitteausgeführten Rahmenstiele einendeutlichen Anzug zum Kämpferhin, während die Bauhöhe zumÜberbau hin aus der Rahmen -wirkung merklich zunimmt. IhreFunktion innerhalb des (Rahmen-)Tragwerks wird klar ablesbar, vor

Fig. 4

Betongelenk.Concrete hinge.

Fig. 5

Freivorbau im Wochentakt.Free cantilever construction on a weekly basis.

Technische DatenBauzeit 2013–2016Baukosten CHF 36,7 Mio.Länge einschl. Widerlager 475 mFahrbahnbreite 9,50 mBogenspannweite 260 mHöhe über Tal 200 m

Ortbeton 14 000 m3

Bewehrung 3500 tVorspannung 245 tHalte-/Rückhaltekabel 190 tAushub 25 000 m3

Brückenabdichtung 4700 m2

Technical dataConstruction period 2013–2016Costs CHF 36.7 millionTotal length incl. abutments 475 mRoadway width 9.50 mSpan 260 mHeight above valley 200 m

In-situ concrete 14,000 m3

Reinforcement 3,500 tPretensioning 245 tCables 190 tExcavation 25,000 m3

Bridge sealing 4,700 m2

87

cally pleasing design point ofview, the side fields (83.00 m atthe Pfäfers side and 48.00 m atthe Valens side) can only bebridged column-free with such arigid frame structure (superstruc-ture as framework beam, eleva -tion as framework leg). In the sideview the box girder section, real -ized as a framework leg, re ceivesa visible haunch ing towards theimposts, while the constructionheight towards the superstruc -ture increases significantly due tothe framework behaviour. Theirfunction within the (frame) struc-ture is clearly visible, especially inthe distinc tion compared to thependulum-like remaining archdiscs.The superstructure is a continuousprestressed concrete beam. Dueto its monolithic connection withthe arch and because of thearrangement of the elevations,the spans are between 38.45 mand 62.70 m. The box girder crosssection has a consistent construc-tion height of 2.75 m across wideparts of the bridge. In the area ofthe end fields, the box girdercross-section increases to an aver -age of 4.75 m to 5.00 m (on the

allem auch in der Unterscheidungzu den pendelartig ausgeführtenrestlichen Bogenscheiben.Der Überbau ist als als Spann be -ton-Durchlaufträger ausgeführt.Die Stützweiten messen wegender monolithischen Verbindungmit dem Bogen und infolge derAnordnung der Aufständerungenzwischen 38,45 m und 62,70 m.Der Hohlkastenquerschnitt wirdüber weite Bereiche konstant miteiner Bauhöhe von 2,75 m ausge-führt. Im Bereich der Endfeldererhält er entsprechend seinerFunktion als Rahmenriegel eineVoute und nimmt auf 4,75 m bzw.5,00 m (Seite Pfäfers) und 4,30 mbzw. 4,50 m (Seite Valens) zu. Mitder Wahl der Breite des Hohl kas -tens von 5,00 m ergeben sich Krag -armlängen (inklusive Brüstung)von 2,73 m. Es liegt somit ein aus-gewogener Querschnitt vor – eineQuervorspannung ist nicht erfor-derlich.Durch die monolithische Verbin -dung der Aufständerungen mitBo gen und Überbau werden Lagernur an den Widerlagern erforder-lich, an denen zum Ausgleich derLängenänderungen auch Fahr -bahnübergänge an beiden Tal -seiten angeordnet werden. Sämtliche Tragwerksteile sind inStahlbeton oder Spannbeton(Über bau) ausgeführt. Mit dieserMaterialwahl ist eine konsequenteUmsetzung des Gesamtkonzepts

Pfäfers side) and 4.30 m or 4.50 m(on the Valens side), in line withits function as a frame beam.Choosing a width of 5.00 m forthe box girder results in a cantile-ver length of 2.73 m (incl. balu-strade). This provides for a ba -lanced cross-section and no trans-verse prestress ing is required.Given the monolithic connectionof the stands with the arch andthe superstructure, bearings areonly required for the abutments,where road transitions are alsoarranged on both sides of the valley to compensate for thechanges in length. All supportingstructure elements are reinforcedor prestressed concrete structures(superstructure). The use of thismaterial allows for the consistent,coherent and above all economicimplementation of the overallconcept in a structurally sensiblesupporting structure.

Erection and constructionmethodThe core idea for the constructionof the bridge consisted of a freecantilever structure with back-spanning of the arch. The frame-work construction of the sidefields are falseworks, as with thesuperstructure, which was erect edon an arch-based scaffolding. Thesteep valley flanks and some areasof the Tamina River, therefore,remain completely untouch ed.

Fig. 6

Bogenschluss.Completion of the arch.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Bauherr/OwnerTiefbauamt Kanton St. GallenProjektverfasser/Project authorLeonhardt, Andrä und PartnerBeratende Ingenieure VBI AG, D-StuttgartPlanungspartner/Planning consultantsdsp Ingenieure & Planer AG, CH-GreifenseeSmoltczyk & Partner GmbH, D-StuttgartPrüfingenieure/Checking engineersProf. Thomas Vogel, ETH Zürich,ZürichPascal Klein, dipl. Ing. ETH/SIA/USIC,Zürich Baugrundgutachter/Geotechnical engineersDr. von Moos AG, ZürichBauleitung/Construction managementLeonhardt, Andrä u. PartnerBeratende Ingenieure VBI AG, D-Stuttgartdsp Ingenieure & Planer AG, CH-GreifenseeBauausführung/ConstructionARGE Taminabrücke (STRABAG AG, J. Erni AG, Meisterbau AG)Planung Lehrgerüste/Planning falseworksLGB – Lehrgerüst GmbH, D-Meiningen

88

Ausführung über zwei Wochenmit Temperaturfühlern gemesse-nen Werte lagen dann auch beieiner Temperaturdifferenz von26 °C und einer maximalenKerntemperatur von 58 °C undsomit im grünen Bereich.

Herstellung BogenDie Herstellung des Bogens er folg -te im Freivorbau mit einer tempo-rären Abspannung. Die hierfürerforderlichen Hilfspylone ausStahl mit einer Höhe von 107 mauf der Seite Pfäfers und 78 m aufder Seite Valens wurden seitlichauf den Kämpferfundamentenaufgestellt und durch ein Kalot -ten lager darauf gelenkig gela-gert. Die Halte- und Rückhalte -kabel bestanden aus 7 bis 24weissen PE-ummantelten Mono -lit zen der Stahlgüte St 1680/1860mit einer Querschnittsfläche von150 mm2 und einer Zugfestigkeitvon 1860 N/mm2. Die Herstellung der einzelnenBogenelemente erfolgte von derSeite Valens und Pfäfers nacheiner gewissen Einarbeitungszeitparallel im Wochentakt (Fig. 5).Der Bogenschluss erfolgte miteinem Bogenelement mit 3 mLänge und wurde mit der Frei -vorbauschalung der Seite Pfäfersnach dem Abbau der Freivor bau -schalung auf der Seite Valens her-gestellt. Durch die laufende mess-technische Überwachung derBogenherstellung betrug die Hö -

Fig. 7

Überbau auf Lehrgerüst.Superstructure on falseworks.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

Fig. 8

Herstellung des Überbaus parallel zu Bogenständern.Construction of the superstructure, parallel to arch stands.(© Tiefbauamt Kanton St. Gallen)

in ein konstruktiv sinnvolles Trag -werk schlüssig und vor allem auchwirtschaftlich möglich.

Herstellung und Bau -ausführungDer Kerngedanke der Herstellungder Brücke besteht aus einemFreivorbau mit Rückverhängungdes Bogens. Die Rahmen kon -struk tionen der Seitenfelder wer-den ebenso wie der Überbau aufeinem Lehrgerüst hergestellt, dasmithilfe eines bogengestütztenGerüsts errichtet wird. Die steilen Talflanken und dieBereiche der Tamina selbst blei-ben somit vollständig unberührt,und ein Höchstmass an Rücksicht -nahme auf die sensiblen Schon -gebiete ist sichergestellt.

Herstellung KämpferDer Baubeginn erfolgte jeweilsbei den beiden Kämpfern undden Widerlagern. Die Kämpferwurden auf dem in einer Tiefevon ca. 6 m anstehenden Fels ge -gründet. Um die Zwangs span nun -gen bei den Massenbetonen derKämpfer zu begrenzen, wurde dieTemperaturdifferenz infolge derHydratationswärme des Betonszwischen Kern und Oberfläche inder Ausschreibung auf 30 °C unddie maximale Betontemperaturauf 60 °C festgelegt. Dazu wurdenentsprechende Betonrezepturenmit einem Hochofenzement CEMIII/B 32,5 entwickelt. Die bei der

This ensures the highest de greeof protection for ecological sanc -tuaries.

Construction of the impostsConstruction began with work onthe two imposts and the abut-ments. The imposts were found edon a 6 m deep rock. In order tolimit restraining stresses at thebulk concrete of the imposts, thetender documents limited thetemperature difference due to thehydration heat of the concrete to30 °C between core and surface.The maximum soil temperaturewas to be no more than 60 °C. Forthis purpose, concrete recipeswith a blast furnace cement CEMIII/B 32.5 were developed. Thevalues measured over two weekswith temperature sensors werewithin a temperature differenceof 26 °C and a maximum coretemperature of 58 °C and, there-fore, within acceptable limits.

Construction of the archThe arch was erected in a canti le -ver construction with temporarystay cables. The necessary auxilia-ry pylons made of steel and witha height of 107 m on the Pfäfersside and a height of 78 m on theValens side were installed on theside of the imposts’ foundationsby using a spherical bearing. The retention cables consisted of7 to 24 single strands, coated withwhite polyethylene, which have a

89

section of the arch crown wasbuilt and the superstructure wassubsequently concreted to theforeland supporting structure, in20 to 30 m long sections, dividedinto 4 construction phases (Fig. 7).

Arch stands with concrete hinges The solid radial arch stands wereerected parallel to the construc -tion of the superstructure using aclimbing formwork (Fig. 8).

Autor/Author

Volkhard AngelmaierDipl.-Ing. Leonhardt, Andrä und PartnerBeratende Ingenieure VBI AGD-70469 Stuttgartstuttgart@lap-consult.com

Fig. 9

Die fertige Brücke.The completed bridge.(© Bastian Kratzke)

steel grade of St 1680/1860 with across-section of 150 mm2 and atensile strength of 1860 N/mm2.At first, the single arch elementswere constructed only on theValens side and after a certainperiod of time on the Pfäfers sideas well, in parallel and on a week -ly basis (Fig. 5). The arch was completed with a 3 mlong bridge element and con-structed with the cantilever scaf-folding on the side of Pfäfers,after having removed the cantile-ver scaffolding on the Valens side.Due to the ongoing metrologicalmonitoring of the arch erection,the height deviation at the closuresegment was only 2.5 cm. This dif-ference was compensated for byslightly loosening the retentioncables on the last transverse beamlevel of the pylon on the Pfäfersside (Fig. 6).

Constructing the superstructureThe superstructure in the arch areawas created section by sectionusing a scaffolding, supported bythe arch. First of all, the 50 m long

henabweichung bei der Schluss -lücke nur 2,5 cm. Diese Differenzwurde durch ein geringes Ent -span nen der Rückhaltekabel aufder letzten Querträgerebene desPylons auf der Seite Pfäfers aus-geglichen (Fig. 6).

Herstellung ÜberbauDer Überbau im Bogenbereichwurde abschnittweise mit einemauf dem Bogen abgestützten Trag -gerüst erstellt. Dabei wurde zu -erst der 50 m lange Bauab schnittim Bereich des Bogen scheitelsher gestellt und anschliessend derÜberbau in jeweils 20 bis 30 mlangen vier weiteren Bauabschnit -ten nach beiden Seiten bis zumAnschluss an die Vorlandtrag -werke betoniert (Fig. 7).

Bogenständer mit Beton -gelenkenParallel zur Erstellung des Über -baus erfolgte jene der massivenradialen Bogenständer mit einerKletterschalung, Figur 8.

90

IntroductionLe projet du tunnel de la routecantonale 6 – la RC6, ainsi que desponts nord et sud sur la Birse –s’inscrit dans le cadre de la réali-sation de la section 8 de l’A16 etplus particulièrement de la demi-jonction de Choindez. Le conceptde celle-ci prévoyait effective-ment la correction de la RC6menant à Moutier, dont le coûtavoisine les 20 millions, pourdiverses raisons : Le déplacementde la route en rive gauche de laBirse permet d’étendre son con-fluent avec le ruisseau de Rebeu -velier et, en libérant le passage,de favoriser les échanges faunisti-ques, le site de la Verrerie se trou-vant sur un corridor d’importancenationale. Les mesures prises se ré -vèlent ainsi très favorables pour lesmilieux naturels et «compensent»,du moins partiellement, les attein -tes portées au secteur par l’im -plantation d’une demi-jonc tion.

Introduction The project of the tunnel to carrythe cantonal road 6, RC6, and thenorth and south bridges over theBirse form a part of the comple -tion of section 8 of the A16motorway and, more particularly,of the Choindez interchange. Theconcept of the latter included thestraightening of the RC6 leadingto Moutier, of which the cost issome 20 million, for various rea-sons: Moving the road to the leftbank of the Birse permits theextension of its confluence withthe Rebeuvelier and, by freeingthe passage of the defile, favoursthe exchange of fauna, the laVerrerie site being located on acorridor of national importance.The measures taken thus prove tobe very favourable for the naturalenvironment and, at least partial-ly, ”compensate” the damagecaused to the sector by the con-struction of an interchange.

Parallèlement, la correction de lagéométrie routière, et notam-ment la suppression du virage trèsserré au pied de la Roche St-Jean,permet d’améliorer sensible mentles conditions de sécurité.Pour concrétiser ce basculementen rive gauche, ce nouveau tron-çon de RC6 prend naissance dansle giratoire de la Verrerie, fran -chit la rivière par le pont nord surla Birse, traverse l’anticlinal ditd’Envelier et rejoint la frontièrecantonale au pied de la Roche St-Jean en enjambant une deuxièmefois le cours d’eau grâce au pontsud (Fig. 1). Outre les usagers mo -to risés, les piétons et les deux-roues légers sont autorisés à em -prunter l’ouvrage souterrain.

GéologieLes falaises sub-verticales de laRoche St-Jean constituent unexemple remarquable d’une sor-tie de cluse, soit celle de Roches,sous la forme d’un défilé. « Et aumilieu coule une rivière »… LaBirse traverse en effet le site et l’amodelé jusqu’à lui donner l’imagefascinante qu’on lui connaît.Le tunnel traverse au nord deséboulis, puis le Calcaire du Kim -méridgien et l’Oolithe de Ste-Vérène ainsi que les Calcairesalgaires de Hautes Roches, pourdéboucher dans la falaise abruptesud que contourne la Birse.La stratification très redressée adonné naissance à une série defalaises de 5 à 20 m de hauteurqui culminent à quelque 70 m enamont du portail nord. Le versantdu portail sud est quant à lui con-stitué d’une falaise plus massivequi s’élève jusqu’à 80 m.Les têtes des escarpements fractu-rées et altérées peuvent être àl’origine de chutes de pierres oude blocs, raison pour laquelle des

Le tunnel RC6 et le pont sud sur la Birse à la frontière jurassienneThe RC6 tunnel and the south bridge over the Birse at the border between the cantons of Jura and Bern

Thierry Beuchat, Sylvain Plumey

140.0

160.0 180.0

150.0

170.0 190.0

200.0 220.0 240.0 260.0

280.0

80.0

Profil 127 m'

Tunnel CFF de la Verrerie

Tunnel RC6

La Birse

MOUTIER A 16

5%

3%

168.4

PortailSUD Pont SUDsur la Birse75 m

67 mTranchée

couverte

Nord37 m

490.45

100.0

120.0

110.0

130.0

210.00

200.00

190.00

220.00 230.00 240.00 250.00 260.00 270.00

280.0

312.0

300.0

Moutier >

< Delémont

290.0

Estacade44 m

90.0

Fig. 1

Situation générale et localisation des parties d’ouvrage.General situation and location of the parts of the construction works.

91

In parallel, the correction of theline of the road and, in particular,the elimination of the very tightbend at the foot of the Roche St-Jean, permits a notable improve-ment in road safety.To realise this switch to the leftbank, this new section of the RC6starts from the la Verrerie round -about, crosses the river on thenorth bridge over the Birse, crossesunder the anticline of Envelierand reaches the cantonal borderat the foot of the Roche St-Jeanby crossing the watercourse for asecond time via the south bridge(Fig. 1). In addition to motor traf-fic, pedestrians and cyclists areauthorised to use the tunnel.

GeologyThe near-vertical cliffs of theRoche St-Jean are a remarkableexample of a gorge exit, in thiscase from the defile of the Rochesgorge. “And in the middle flows ariver”… Indeed, the Birse flowsthrough the site and has shapedit to the fascinating form that weknow.To the north, the tunnel crossesscree and then Kimmeridge lime-stone and Ste-Vérène oolite, aswell as the Hautes Roches algallimestones, to emerge in theabrupt south cliff skirted by theBirse.The very steeply pitched stratifi-cation has given rise to a series ofcliffs 5 to 20 m high, culminatingsome 70 m above the north portalof the tunnel. The south portal to

mesures de protection (purges,filets, clouages, surveillance decertains aléas, etc) ont été prisespréalablement à la constructiondu tunnel, ceci en vue d’assurer lasécurité requise en phase chantierdéjà. En outre, le portail sud pré-sente un mur ouest qui accompa-gne le pont sur une quinzaine demètres, en le protégeant latérale-ment.

Fouille et tranchée couverte nordLe front d’attaque a été fixé entenant compte d’une couvertureminimale de quelque 4 m au-des-sus de la naissance de la voûte estdu tunnel.La fouille s’étendait sur quelque40 m pour une hauteur maximalede plus de 30 m et permit la con-struction des éléments du portailnord, à savoir un ouvrage d’en-trée et une tranchée couverte tra-pézoïdale. La zone est traverséeobliquement par le chemin detraîne qui dessert les massifs boi-sés en direction de La Combe et latopographie préexistante a été ré -tablie dans la mesure du possiblelors du remblayage final (Fig. 2).Compte tenu de son implantationpar rapport au versant, la tranchéecouverte est soumise à des sollici-tations fortement asymétriques,avec une forte poussée exer cée àl’état final par le massif, et trèsvariables malgré sa lon gueurréduite. Le concept structural del’ouvrage répond à cette exigencepar différentes mesures (Fig. 3).

the tunnel is in a more massivecliff that rises to 80 m.The fractured and altered crestsof the escarpments can be thesource of rock falls, for which rea-son protective measures (clear -ances, nets, bolting, monitoring ofcertain uncertainties, etc.) weretaken prior to the construction ofthe tunnel with a view to ensur -ing the required safety beforestarting work. Furthermore, thesouth portal has a west wall thatextends beside the bridge forsome fifteen metres to providelateral protection.

North cut and coverThe cutting face was fixed, takingaccount of a minimum cover ofsome 4 m above the start of theeast wall of the tunnel.The excavation extended some40 m with a maximum height ofover 30 m and allowed the con-struction of the elements makingup the north portal, namely anportal structure and a trapezoidalcovered trench. Crossing the zoneobliquely is the sledge track thatserves the wooded heights in thedirection of La Combe and thepre-existing topography was re-established so far as possibleduring the final backfill (Fig. 2).Given its position relative to theflank of the ridge, the cut andcover section is subject to highlyasymmetrical stresses, with, in thefinal state, a strong thrust fromthe solid rock, and these varygreatly despite its short length.

+5.46

+6.36

5,45

90

±0.005%

4,12 5,63 50 VARIABLE (3,87) 60

5%

59 30

7,44

6,99

70°

60

Fig. 2

Vue de l’ouvrage d’entrée nord.View of the north portal.

Fig. 3

Coupe transversale de la tranchée couverte nord.Cross-section of the north cut and cover.

92

Le piédroit aval présente ainsiune inclinaison significative afind’améliorer la reprise des sollicita-tions transversales. La prolonga -tion de la dalle supérieure sur unvide sanitaire, implanté à l’amontdu tube routier, et la réalisationde voiles transversaux engravésdans le massif rocheux améliorentégalement le comportementstruc tural transversal de l’ouvrage.Par rapport à un concept tradi -tionnel de cadre à deux montants,la structure imaginée conduit àune réduction importante des sol-licitations dans la dalle et évite ledéveloppement de moments po -sitifs dans l’angle de cadre amont,difficiles à maîtriser constructive-ment.Une liaison continue avec le revê-tement armé du tunnel et la pro-longation de la dalle de la tran-

The structural design meets thesedemands through various mea -sures (Fig. 3).The side wall on the downhill sideis significantly inclined to bettersupport the transverse forces. Theextension of the roof slab over avoid behind the wall on the uphillside of the road and the creationof cross braces anchored in thesolid rock also improve the trans-verse structural behaviour of thestructure. Relative to a traditionaldesign with two uprights, thestructure used here leads to amajor reduction in the stresses inthe roof slab and avoids the deve-lopment of positive moments inthe frame angle on the uphillside, which are difficult to controlstructurally.A continuous link with the rein-forced lining of the tunnel and

chée couverte en souterrain per-mettent d’activer le cas échéant letunnel en cas de déplacement dela tranchée couverte.Le radier assure la transmissiondes efforts horizontaux directe-ment au rocher calcaire situé àl’amont et ce principe soulageainsi les efforts sur les fondationsdu montant aval réalisées à proxi-mité du talus de la Birse.Le concept proposé augmenteainsi la robustesse globale de l’ou -vrage et permet de couvrir lesaléas usuels aux structures en in -teraction avec le sol ou le rocher.

Tunnel RC6Le tunnel présente un profil typeprobablement unique, du moinsen Suisse: si la partie supérieuredemeure circulaire comme à l’ac-coutumée, les zones latérales sont

9,33

5,63

12,18

5,63

40

Fig. 4

Section transversale du tunnel.Cross-section of the tunnel.

Fig. 5

Vue du tunnel en construction.View of the tunnel under construction.

La Birse

Moutier >< Delémont

Tunnel RC6PortailSUD

Pont SUDsur la Birse

75 m67 mEstacade

44 m

Fig. 6

Élévation du pont sud sur la Birse, du portail et de l’estacade.Longitudinal section of the south bridge over the Birse, of the portal and the dam.

93

the underground prolongation ofthe slab of the covered trenchenable the tunnel to be activated,if need be, in the event of move-ment of the cut and cover.The ground slab transmits hori-zontal forces directly to the lime-stone rock on the uphill side, thusre liev ing forces on the founda -tions of the wall on the downhillside, which are close to the bankof the Birse.The proposed design thus makesthe overall structure more robustand covers the uncertainties thatusually affect structures in inter-action with the ground or therock.

RC6 tunnelThe tunnel has a profile of a typethat is probably unique, at leastin Switzerland: while the upperpart is a circular arc, as is usual,the sides are straightened, eachformed of two planes in chevron(Figs. 4 and 5). This static load“extravagance” arises from archi-tectural considerations. By thismeans, a continuity, a unity, even,is created between the north andsouth entries on the one handand the tunnel on the other. Theshort length of the tunnel excava-tion, at just 67 m, permitted theimplementation of this unusualdesign.

South portal and bridgeover the BirseThe south bridge over the Birseconsists of two asymmetrical

linéarisées et forment chacunedeux plans en forme de chevrons(Fig. 4 et 5). Cette «extravagan-ce» statique découle de considé-rations architecturales. En effet,ce principe permet de créer unecontinuité, une unité, entre d’unepart les portails sud et nord et letunnel, d’autre part. C’est la fai-ble longueur du tunnel creusé,soit 67 m, qui a permis la mise enœuvre de ce concept peu banal.

Pont et portail sud sur laBirseLe pont sud sur la Birse est consti-tué de deux travées asymétriquesde 49 et 29 m, l’unique pile cen-trale prenant place dans la zonede l’ancien mur soutenant laroute cantonale construite autre-fois en rive droite. La démolitionde cette dernière a permis derecréer un véritable lit majeur,celui qu’occupait la rivière avantl’arrivée de l’homme. La préservation des qualités pay-sagères du site imposait une inté-gration discrète du pont au pieddes éperons rocheux ; l’ouvragereste humble face aux majestueuxescarpements. En particulier au -cune structure porteuse ne s’étendau-dessus de la surface de roule-ment et ses formes restent sobres.Le tablier présente une épaisseurréduite au maximum, variable de1,4 à 1,2 m, ce qui conduit à unimportant élancement et participedonc à l’esthétique du pont. Afinde maintenir cette impressiond’élancement, ce dernier s’en-

spans of 49 and 29 m, with thesingle central pillar placed in thearea of the old supporting wall ofthe cantonal road originally builton the right bank. The demolitionof the latter has permitted therecreation of a true flood plane,as was occupied by the river be -fore the arrival of man. The preservation of the landscapequalities of the site imposed adiscrete integration of the bridgeand the foot of the rock spurs;the structure remains humblerelative to the majestic escarp-ments. In particular, no load-bearing structure extends abovethe road surface and its outlinesremain sober. The thickness of thebridge deck is reduced to a mini-mum, varying between 1.4 and1.2 m, this makes it particularlyslender and contributes to the aes -thetic appearance of the bridge.To maintain this impression of slen -derness, the bridge is “engulf ed”,even encased, in the tunnel por-tal, which protrudes in over hangabove the river (Fig. 6).Consisting of a solid slab and twocantilevers (Fig. 7), it is prestressedboth transversally and longitudi-nally. It was built in two longitu-dinal stages, requiring the use offalsework over the bridge deck tosupport the main span while limit -ing the risks of log jam arisingfrom the potential flood ing ofthe Birse (Fig. 8).The east flank of the bridge is upagainst the Roche St-Jean, whichremains free of any excavation.While the south abutment is anintegral part of the projectingwall built on the south bank,which closes with the rock at thispoint, the north end of thebridge is set back to the point ofdisappearing into the RC6 tunnel.The geometry of the tunnel por-

Maitre d’ouvrage/OwnerService des Infrastructures,République et Canton du JuraIngénieurs civils/Civil engineerBuchs & Plumey SA, Porrentruy, GVH SS, DelémontArchitecte/ArchitectLa Transjurane, DelémontEntreprise de construction/ContractorConsortium CTRC6: Infra Tunnel SA,Bieri & Grisoni SA et F. Hänzi SA

384 383333

45

94670 70

3%

107

2%

var.366 428

120

Fig. 7

Section transversale du tablier.Cross-section of the bridge deck.

94

gouffre, s’encastre même, dans leportail qui s’avance en surplombau-dessus de la rivière (Fig. 6).Constitué d’une dalle massive etde deux porte-à-faux (Fig. 7), il estprécontraint transversalement etlongitudinalement. Sa réalisationen deux étapes longitudinales anécessité l’engagement de cintresdisposés par-dessus le tablier pourfranchir la portée principale touten limitant les risques d’embâcleliés aux crues potentielles de laBirse (Fig. 8).Le flanc est du pont est accolé à laRoche St-Jean qui demeure quantà elle préservée d’une excavation.Alors que la culée sud fait partieintégrante du mur en estacadeconstruit en rive droite et dontelle constitue la fermeture contrele rocher, l’extrémité nord dupont est en retrait jusqu’à dispa-raître dans le tunnel RC6.La géométrie du portail découlede considérations architecturaleset de la nécessité de protégerl’axe routier du risque de chutesde pierres depuis la falaise. Salongueur a aussi été réduite aumaximum de manière à minimiserl’impact des travaux sur la falaiseà préserver.Les parements intérieurs des mursréalisés en facettes permettentd’assurer une transition harmo-nieuse entre l’extrémité du por-tail et le revêtement du tunneldont les zones latérales ont étéadaptées selon le principe décritplus haut (Fig. 9).Le portail joue un rôle statiqueprépondérant pour le pont qu’il

tal arises from architectural consi-derations and the necessity ofprotecting the roadway from therisk of stone-fall from the cliff. Itslength has been reduced to aminimum so as to minimise theimpact of the work on the cliff tobe preserved.The faceted interior facings of thewalls provide for a harmonioustransition between the extremityof the tunnel portal and thelining of the tunnel, the side wallsof which have been adapted ac -cording to the principle describedabove (Fig. 9).The tunnel portal plays a domi-nant static role for the bridge,which it supports in cantileverabove the Birse (Fig. 10). Theloads arising from this are trans-mitted by transverse pretressingconsisting of three cables of nine-teen 0.6" strands in the walls ofthe portal and founded on therock. The overall equilibrium ofthe tunnel portal is ensured by amonolithic bond with the liningof the tunnel, embedded in thesolid rock, and by the under-ground extension of the roof slabof the portal over a length of12.5 m.In order to permit the removal ofbridge deck supports during exe-cution and before completion ofthe south portal, which supportsit, active vertical anchor ties wereinstalled in line with the southwork face to provisionally embedthe bridge deck, limit stresses andcontrol deformations during thework phase.

soutient en porte-à-faux au-des-sus de la Birse (Fig. 10). Les char-ges provenant de celui-ci sonttransmises grâce à une précon-trainte transversale composée detrois câbles de 19 torons 0,6’’ auxmurs du portail puis sur le rocher.L’équilibre global du portail estassuré par la réalisation d’une liai-son monolithique avec le revête-ment du tunnel encastré dans lemassif rocheux et par la prolonga-tion de la dalle du portail en sou-terrain sur une longueur de 12,5 m.Afin de permettre, en coursd’exécution, le décintrage dutablier avant la réalisation du por-tail sud qui le soutient, des tirantsd’ancrage actifs verticaux ont étéréalisés au droit du front d’atta-que sud pour encastrer de maniè-re provisoire le tablier, limiter lessollicitations et maîtriser les dé -formations en phase de chantier.

Difficultés en cours dechantierLes méthodes de réalisation desdifférents ouvrages ont été forte-ment influencées par la forte exi-guïté du site, ainsi que par la pré-sence du cours d’eau, de la RC6existante, d’une voie ferroviaire,de la demi-jonction autoroutièreA16 et d’une ligne électrique àhaute tension.Une voie ferroviaire existante sesitue à l’ouest du tunnel routieret une distance de quelque 25 à35 m sépare les deux axes, soitjusqu’à moins de 17 m entre lespiédroits des deux ouvrages sou-terrains. Elle traverse le tunnel dit

Fig. 8

Engagement des cintres par-dessus le tablier.Use of falsework over the bridge deck.

Fig. 9

Vue du portail et du tunnel.View of the tunnel and its portal.

95

Difficulties during workThe methods employed to createthe various structures weregreatly influenced by the verycramped nature of the site, aswell as by the presence of thewater course, the existing RC6, arailway line, the A16 motorwayinterchange and a high-voltageelectricity line.An existing railway line is locatedto the west of the road tunnel,with a distance of some 25 to 35 mbetween the two axes, making aminimum distance of less than 17 m between the side walls ofthe two underground structures.It passes through the so-called“Verrerie de Roches” tunnel, astructure that came into service in1877 and required increased mo -nitoring during the work.During the work, the monitoringwas also extended to include thebehaviour of the surroundingrock during the excavation of thecut and cover and of the tunnelitself. The monitoring included aswell keeping track of the poten -tially unstable blocks above thesite.The traffic on the RC6, kept flow -ing on the old road until comple-tion of the first phase of thebridge and was then diverted

«de la Verrerie de Roches», ou -vrage mis en service en 1877 et anécessité une surveillance accruelors des travaux.En cours de travaux, la surveillan-ce a également été élargie afind’intégrer le suivi du comporte-ment du massif rocheux pendantles travaux de fouille et d’excava-tion du tunnel. La surveillance aégalement inclus le suivi particu-lier de blocs potentiellement in -stables au-dessus du chantier.Le trafic de la RC6, maintenu surl’ancienne route jusqu’à la fin dela réalisation de la premièreétape du pont, a ensuite dû êtredévié dans le tunnel autoroutierde la Roche St-Jean pour permet-tre l’achèvement de l’ouvrage.

ConclusionEn substance, on retiendra que leréaménagement de la RC6 estfavorable pour les milieux natu -rels et améliore les conditions desécurité pour le trafic. Le lienentre Moutier et le Jura s’en trou-ve encore plus rectiligne, encoreplus proche.La conception des ouvrages d’artrime avec intégration et l’origina-lité du profil du tunnel de formeparticulière, fait que même s’il estpetit, il a tout d’un grand !

through the Roche St-Jean motor-way tunnel to permit completionof the structure.

ConclusionEssentially, the improvement ofthe RC6 is favourable for the na -tural environment and improvesthe safety conditions for traffic.The link between Moutier andthe Jura is now straighter and stillshorter.The design of the civil engineer -ing structures, considering theintegration and the originality ofthe very particular profile of thetunnel, mean that, small thoughit may be, it has everything tomake it great!

Fig. 10

Vue du portail et du tablier.View of the tunnel portal and the bridge deck.

Auteurs/Authors

Thierry Beuchating. civil dipl. EPFL SIAService des Infrastructures,République et Canton du Jurathierry.beuchat@jura.ch

Sylvain PlumeyDr ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFL SIABureaux Buchs & Plumey SA et GVH SAs.plumey@buchs-plumey.ch

96

EinleitungDie Brücke Schönenwerd in Die ti -kon überquert die vier SBB-Gleiseder Linie Zürich–Bern sowie einendaneben verlaufenden Geh- undRadweg stark schiefwinklig unterca. 30º. Das Neubauprojekt nahmdirekten Bezug auf die sehr ein-schneidenden Randbedingungendes Bahnbetriebs, und der Unter -bruch der Bernstrasse wurde sokurz wie möglich gehalten. ImBahn bereich wurde eine Stahl-Beton-Verbundkonstruktion ein-gesetzt. Vier Stahlkasten aus wet-terfestem Stahl stellen die Haupt -tragelemente dar. Die Randzoneim Bereich über dem Geh- undRadweg ist in Spannbeton ausge-bildet. Der Rückbau der bestehen -den Brücke (Stahlträgerrost) sowiedas Einheben der neuen Brücken -träger erfolgten mit grossen Rau -penkranen. Der anspruchsvolleRück- und Neubau erfolgte inweniger als einem Jahr.

Introduction The Schönenwerd bridge in Die ti -kon straddles both the SBB (Swissrailway) tracks on the Zürich toBern line and the adjacent cycleand foot path at a very acuteangle of less than 30°. The newconstruction project directlyaddressed the very incisive con-straints in terms of railway opera-tions and traffic interruption onBernstrasse road was kept to aminimum. A steel composite struc -ture was used over the tracks. Themain structural elements are foursteel boxes made of weatheringsteel. The perimeter area abovethe cycle and foot path is made ofprestressed concrete. Large crawl -er cranes were used to removethe existing bridge (steel joiststructure) and to put the newbridge girders in place. Thesechallenging deconstruction andbridge erection took less than ayear.

WesentlicheRandbedingungenDie bestehende Brücke aus demJahr 1935 entsprach den heutigenAnforderungen nicht mehr undmusste ersetzt werden. Neben denvier SBB-Gleisen war neu auch einRad- und Gehweg zu überbrü -cken. Eine Zwischen ab stützungzwischen Gleis und Radweg wäregrundsätzlich möglich gewesen,die extremen Spannweiten unter -schiede, die Anprallgefährdungund die unbefriedigende, einge-engte Führung des Radwegs spra-chen jedoch dagegen. Die mögli-chen Sperrzeiten für Nachtar bei -ten waren äusserst eng: ZweiGleise standen während nettorund viereinhalb Stunden zurVerfügung, eine Totalsperrungwar nur einmal wöchentlich wäh-rend netto rund eindreiviertelStunden möglich. Da währenddes Rückbaus der alten und derErstellung der neuen Brücke derVerkehr grossräumig umgeleitetwerden musste, war eine mög-lichst kurze Bauzeit anzustreben,was sich ebenfalls stark auf denBauablauf und das Tragwerks -konzept auswirkte.

Gesamtkonzept undGestaltungAufgrund der Randbedingungenund insbesondere bestimmt durchdie äusserst kurzen Sperrzeitenwurde ein Konzept ent wickelt,das eine vom Bahnbe trieb so weitals möglich unabhängige Bauaus -führung erlaubte und nur für sehrspezifische Arbeiten eine Voll -sperrung aller Gleise verlangte.Um die Bauzeit kurz zu halten,wurde zudem bei der Konzept -wahl ein grösstmöglicher Anteilan Vorfabrikation bei gleichzeiti-ger Minimierung der Bauhilfs mass -nahmen im Bahnbereich (Lehr-/Schutzgerüst) angestrebt. Die Geo -metrie des Querungsbauwerks er -gab sich aus der Berücksich ti gung

Ersatzneubau Schönenwerdbrücke, Dietikon Construction of new Schönenwerd bridge in Dietikon

Oliver Müller, Pascal Leu

Fig. 1

Brücke und Rad-/Gehweg in Betrieb.Bridge and cycle and foot path in operation.

97

Essential parametersThe existing bridge from 1935 nolonger met today’s requirementsand had to be replaced. In additionto the SBB tracks, a cycle and footpath also had to be spanned.While it would have been possi-ble, in principle, to create anintermediate support betweenthe tracks and the cycle and footpath, the different span widths,the risk of a train impact and alsothe unsatisfactory, narrow courseof the path suggested otherwise.The available time slots for nightwork were extremely tight: twotracks were available for a netperiod of four and a half hoursand a total closure was only possi-ble for a net period of one andthree quarter hours once a week.Given that a large-scale diversionof traffic was required in order toremove the old bridge and putthe new one in place, the overallaim was that the constructionperiod would be as short as possi-ble. This had a considerable effecton the construction schedule andthe structural concept for thebridge.

Global concept and designDue to the constraints and, in par-ticular, the extremely short trackclosures, a concept was developedthat allowed for the execution ofthe construction project as inde-pendently of rail operations aspossible, which meant that thefull closure of the tracks wasrequired for very specific worksonly. In addition, in order to keepthe construction period as shortas possible, the concept providedfor the use of as many prefabri -cated elements as possible whileat the same time minimizing theneed for auxiliary constructionmeasures (falsework/support scaf-folding) in the vicinity of thetracks. The geometry of thebridge crossing arose from consi-derations relating to the requiredclearance profile or minimumdistances to the SBB tracks. Theabutments are set skewed to theroad axis in order to keep thespan length as short as possible.The bridge aesthetics was a se con -dary consideration in view of the

der geforderten Lichtraumprofilebzw. Mindestabstände zu denSBB-Gleisen. Die Widerlager sindgegenüber der Strassenachseschief angeordnet, um die Spann -weite so kurz wie möglich zu hal-ten.Der Gestaltung der Brücke kam inAnbetracht der technischen Pro -blem stellungen und der begrenz-ten Einsehbarkeit eine eher unter -geordnete Rolle zu. Dennoch be -stand der Anspruch, dass das Bau -werk im Sinne eines modernen,schlicht gestalteten Ingenieur -bau werks ein seiner hohen tech-nischen Qualität angemessenesErscheinungsbild haben sollte.

TragwerkskonzeptZugunsten einer möglichst unter-haltsarmen Konstruktion wurdedie Brücke als integrale Rahmen -konstruktion ausgebildet und dieTräger wurden beidseitig monoli-thisch mit den Brücken wider la gernverbunden. Die schiefe Lagerungverstärkt die Einspannung derTräger aufgrund der nicht recht-winklig auf der Längsachse ste-henden Widerlagerwände.Die Gleise überspannt eine Stahl-Beton-Verbundkonstruktion. Vierluftdicht verschweisste Stahlkas -

technical challenges and limitedvisibility. Nonetheless, the struc-ture was required to have anappearance appropriate to itshigh level of technical quality andin keeping with a modern engi-neering structure built with sim-plicity in mind.

Structural conceptWith the aim of creating a struc-ture that would require as littlemaintenance as possible, thebridge was designed as an integralframe structure and the girderswere monolithically connected tothe abutment on each side. Theskewed line of supports rein -forces the fixing of the beamsdue to the abutment walls thatare not at a right angle to thelongitudinal axis. A steel composite structurestraddles the tracks. The mainstructural elements are four air-tight welded steel box girders,made of weathering steel, thatare arranged in a fan shape inkeeping with the varying widthof the bridge. The reinforced con-crete deck of the compositebridge consists of prefabricatedconcrete elements that wereinstalled as lost formwork to

Fig. 2

Stark schiefwinklige Betonvoute beim Rad- und Gehweg miteingespannten Stahlträgern.Very acute-angled concrete haunch at the cycle and foot pathwith restrained steel girders.

98

ten aus wetterfestem Stahl, dieder variablen Brückenbreite ent-sprechend leicht gefächert ange-ordnet sind, stellen die Haupt -tragelemente dar. Die darüberlie-gende Fahrbahnplatte, die mit denStahlträgern im Verbund wirkt,besteht aus Fertigbeton teilen, dieals verlorene Schalung eingesetztund mit einer Ortbetonschichtergänzt wurden.Ausserhalb des Bahnbereichs, inder Randzone über dem Rad-/Gehweg, konnte ein konventio-nelles Lehrgerüst eingesetzt wer-den. Hier wurde der Überbau alsHohlkasten mit variabler Höhe inSpannbeton ausgebildet und mitder Verbundkonstruktion monoli-thisch verbunden.Unter Berücksichtigung der erfor-derlichen Lichtraumbreiten resul-tiert eine Systemlänge (schiefeSpannweite) von 51 m. Die Schlank -heit beträgt bei einer mittlerenKonstruktionshöhe von 2,0 mrund 1/25, was zwar verhältnismäs-sig schlank, aber dank der durchdie Schiefe verstärkten Rahmen -wir kung noch wirtschaftlich ist.Auf der Brücke werden bis zufünf Fahrspuren und ein Rad-/Geh -weg angeordnet. Die Brücken -brei te variiert von 17 m bis 20 m.Die integrale Konstruktion isttrotz der verhältnismässig gros-sen Länge und Schiefe möglich,da im Vergleich mit einer vorge-spannten Ortbetonkonstruktiondeutlich geringere (Langzeit-)Ver -formungen auftreten.

which an in situ layer of concretewas added.A conventional falsework wasused in the peripheral zone abovethe cycle and foot path, awayfrom the track area. In this case,the superstructure was designedas a prestressed concrete box gir-der in varying heights and wasmonolithically connected to thecomposite structure.Taking the required clearancewidths into account, the systemlength (oblique span) is 51 m. Atan average construction height of2.0 m, the slenderness is 1/25 whichis relatively slender but still eco-nomical thanks to the enhancedrestraint effect due to the skew.The bridge has up to five trafficlanes and a cycle and foot path.The width of the bridge variesfrom 17 m to 20 m. The integralstructure is possible despite theconsiderable length and skewgiven that considerably fewer(long term) deformations occurcom pared with a prestressed insitu concrete structure.At the Schlieren side, the founda-tion consists of large drilled pilesin the load-bearing moraine. Atthe Dietikon side, the morainelayer is near the surface so that ashallow foundation was possible.

Special design detailsDue to the risk of stray current,the post-tensioning cables of thebridge were electrically insulated(Catego ry C).

Das Bauwerk wurde auf der SeiteSchlieren mit Grossbohrpfählen inder tragfähigen Moräne fundiert.Auf der Seite Dietikon steht dieverschwemmte Moränenschichthoch an, sodass hier eine Flach -gründung möglich war.

Besondere konstruktiveDetailsAufgrund der Streustrom gefähr -dung wurde die gesamte Vor -span nung der Brücke elektrischisoliert (Kategorie C) ausgeführt.

Übergang Stahlträger –BetonvouteBeim Übergang vom Stahl-Beton-Verbundquerschnitt des Über bausin die Spannbetonkonstruktionder Hohlkastenvoute – etwa imViertelspunkt der Brücken spann -weite – sind die Stahlträgermonolithisch mit den Stegen derHohlkasten verbunden (Fig. 5).Dazu wurden die Spannglieder,die die Betonstege längs vorspan-

Bauherrschaft/OwnerBaudirektion Kanton Zürich,TiefbauamtProjekt und Bauleitung/Project and site management dsp Ingenieure + Planer AG, UsterGestaltung/DesignBalz Amrein/Architektur/Brückenbau,ZürichAusführung/ExecutionBaumeister/Main contractor: Implenia Schweiz AG, ZürichStahlbau/Steel construction: Senn AG, Oftringen

Seite Bern Seite Zürich

Fahrbahn Fahrbahn Rad- / GehwegFahrbahnFahrbahn

2,75 – 3,50 2,90 – 3,651,00 1,00 1,00 1,00 2,252,25 – 2,35

1,29

– 1

,77

1,67

– 1

,64

1,67

– 1

,76

1,53

– 1

,84

17,30 – 19.90

7,45 – 10,30 9,85 – 9,60

3,05 – 3,80

(var.)

Fig. 3

Brückenquerschnitt.Bridge cross-section.

99

Transition of steel girder – concrete haunchAt the point of transition betweenthe steel composite section of thesuperstructure and the haunchedprestressed concrete box, approx -i mately the quarter point of thebridge span, the steel girders aremonolithically connected to theweb of the concrete box girder(Fig. 5). To achieve this, the ten-dons that post-tension the con-crete webs longitudinally areinserted into the steel girders andare anchored there with steelyokes. The position of the ten-dons in cross-section and the sizeof the post-tensioning forceswere designed in such a way thatthe joints between the end plateof the steel girders and the con-crete webs remain under pressureunder service loads (rare loadsituation). In order to transferlarge compressive loads occurr ing,compressive reinforcements wereused in the contact joint, force-fitted with the steel girders. Afterthe cables were stressed, the

nen, bis in die Stahlträger hinein-geführt und dort über Stahljocheabgespannt. Die Lage der Spann -glieder im Querschnitt und dieGrösse der Vorspannkräfte wurdenso abgestimmt, dass die Fugenzwischen den Kopfplatten derStahlträger und den Beton stegenunter Gebrauchslasten (seltenerLastfall) überdrückt bleiben. ZurEinleitung der auftretenden gros-sen Druckkräfte in der Kontakt -fuge wurden kraftschlüssig mitden Stahlträgern verbundeneDruckbewehrungen angeordnet.Die Kammern der Stahlträger indiesem Knotenbereich wurdennach dem Spannen der Kabel füreine bessere Dauerhaftigkeit aus-betoniert.

Rahmenecke WiderlagerSchlierenDie Rahmenecke beim Wider la gerSchlieren wird durch eine Aufwei -tung der auf den Bohrpfählen fun -dierten Widerlagerwand gebil-det. Die Wand wurde von 1,70 mauf 2,40 m verbreitert, damit in

chambers of the steel girders inthis node were filled with concretefor improved durability.

Frame corner at Schlieren abutment The frame corner at the Schlierenabutment is made by expandingthe abutment wall above the drilled piles. The wall was “wi -den ed” by 1.70 m to 2.40 m sothat the post-tensioning cablescould be neatly anchored, result -ing in sufficient structural heightfor absorbing internal forces. Thetop section was designed as a(concealed) end cross beam withthe required strong reinforce-ment.

Frame corner at Dietikon abutmentThe frame corner on the Dietikonside is created by insert ing thesteel girders into the abutmentwall. To this end, tendons in theouter part of the frame cornerwere drawn vertically throughthe steel girders and fixed to themdirectly (Fig. 6). Large compressiveforces are to be transferred in theinner part of the frame corner, atthe visible side of the abutmentwall. A stainless steel tilt strip thatis firmly joined with a compressivereinforcement, transfers theseforces to the concrete. The tiltstrip is a non-replaceable compo-nent for force transmission andnot a bearing (there is no move-ment in its final state). In theabutment wall, the tendons rundown into the foundation slab.

Zürich

Dietikon / Urdorf

Bern

Projektachse

WL Achse Schlieren

GleisGleis

GleisGleis

WL Achse Dietikon

Schlieren / Zürich

51,05

Fig. 4

Brückenuntersicht.View of the bridge from below.

Verfüllt mit selbstverdichtendemBeton (SCC)

Vorspannkabel (Kat. C)22 - 0,6" / 31 - 0,6"

Druckbewehrung

Luftdicht verschweisst

hochfester Vergussbeton

OK Beton

Fig. 5

Übergang Stahlträger-Betonvoute auf Seite Schlieren.Transition of steel girder – concrete haunch on theSchlieren side.

100

der Rahmenecke die Vorspann -kabel sauber verankert werdenkonnten und sich eine genügen-de statische Höhe zur Aufnahmeder Schnittkräfte ergab. IhrKopfbereich wurde als (versteck-ter) Endquerträger mit entspre-chend starker Bewehrung ausge-bildet.

Rahmenecke WiderlagerDietikonDie Rahmenecke auf der Seite Die -tikon wird im Wesentlichen durchdie Einspannung der Stahlträgerin die Widerlagerwand gebildet.Dazu wurden Spannglieder imäusseren Teil der Rahmeneckever tikal durch den Stahlträgergeführt und direkt gegen diesenabgespannt (Fig. 6). Im inneren Teil der Rahmenecke –an der sichtbaren Front der Wider -lager wand – sind grosse Druck -kräfte aufzunehmen. Eine Kipp -leiste aus rostfreiem Stahl, diekraftschlüssig mit einer Druck -bewehrung verbunden ist, leitetdiese Kräfte in den Beton ein. Beider Kipp leiste handelt es sich umein nicht austauschbares Bauteilzur Kraft einleitung und nicht umein Lager (im Endzustand tretenkeine Be wegungen auf). DieSpannglieder verlaufen in derWiderlagerwand bis in die Fun da -mentplatte hinunter. Sie weisenan ihren Tiefpunk ten aber keineAnker auf, sondern werden ineiner Schlaufe durch die Funda -mentplatte geführt und beimbenachbarten Stahlträger wieder

However, they do not have ananchor at their lowest point butare drawn in a loop through thefoundation and upwards againthrough the adjacent steel girder.There are anchors at each end ofthe tendon that are simultaneous -ly stressed.

ConstructionA provisional bridge was built fornon-motorized traffic before theexisting bridge was closed. Thesuper structure (with the exceptionof the pavement and parts of thebridge in the peripheral areas)had to be removed at night.When the tracks were shut down,the concrete parapets, the path-way and the deck slab were cutinto smaller parts and removed bycrane. The re maining steel struc-ture, including a provisional struc-ture and suspension equipment,weighed ap prox. 186 t. It was re -moved with a crawler crane whileall tracks were shut down.Afterwards a protective scaffold -ing was set up on each side of thetracks so that the existing abut-ments could be removed and thenew substructures erected with -out having to completely shutdown the tracks. The greater partof the abutments were demo -lished dur ing the day with thisprotection in place. The new sub-structures (including pile founda-tion at the Schlieren side) werealso built during the day behindthe safety scaffoldings. The con-crete haunch at the Schlieren side

nach oben gezogen. An beidenEnden des Spannglieds sind Spann -anker angeordnet, die simultanvorgespannt wurden.

BauausführungVor der Sperrung der bestehendenBrücke wurde eine Hilfs brü cke fürden Langsamverkehr erstellt. DerRückbau des Überbaus (mit Aus -nahme von Belag und Brücken -teilen in Randbereichen) musstenachts erfolgen. Bei gesperrtenGleisen wurden die Betonbrüs -tun gen, die Gehwegplatten unddie Fahrbahnplatte in Elementegeschnitten und mit Pneukranenherausgehoben. Die verbleibendeStahlkonstruktion wies inkl. Hilfs -konstruktionen und Aufhänge -vor richtung ein Gewicht von rund186 t auf. Sie liess sich mit einemRaupenkran in einer Totalsperreherausheben.Um den Rückbau der bestehendenWiderlager und die Errichtungder neuen Unterbauten unabhän-gig von Gleissperrungen ausfüh-ren zu können, wurde vorgängigbeidseits der Gleisanlage einSchutzgerüst erstellt. In dessenSchutz konnte der Grossteil derWiderlager tagsüber abgebrochenwerden. Die neuen Unterbauten(inkl. Pfahlfundation Seite Schlie -ren) konnten hinter den Schutz -gerüsten ebenfalls in Tagarbeiterstellt werden. Die Betonvouteauf Seite Schlieren wurde miteinem Trägergerüst, ebenfallshinter dem Schutzgerüst, errich-tet.Für die Montage der vier Stahl -träger kam wiederum ein Raupen -kran zum Einsatz. Es wurden je -weils zwei Träger über Joche mit-einander verbunden und gemein-sam eingehoben. Dadurch wur-den lediglich zwei Wochenendenfür den Einhub beansprucht. Un -mittelbar nach dem Setzen derTräger wurde der Fugenschlussam Trägerende Seite Schlierenrealisiert. Um die Zwängungs kräf -te infolge Vorspannung gering zuhalten, wurden die Stahlträgerauf Seite Dietikon erst nach demSpannen der horizontalen Kabelin der Betonvoute monolithischmit der Widerlagerwand verbun-den. Die Träger wurden dazu mit

Fig. 6

Rahmenecke Widerlager Dietikon mit vertikaler Loopverankerung.Frame corner of abutment Dietikon with vertical loop tendons.

101

was built using a falseworkbehind the safety scaffolding.Once again, a crawler crane wasused to install the four steel gir-ders. In each case two girderswere tied together with a yokeand lifted together. As a result,only two weekends were requir edfor the lifting work. Imme dia telyafter the girders were install ed,the closure pour at the end of thesteel girder on the Schlieren sidewas realized. In order to keep theconstraint forces resulting frompost-tensioning to a minimum, thesteel girders at the Dietikon sidewere monolithically connected tothe abutment wall only after thehorizontal tendons were tensionedin the concrete haunch. To thisend, the girders were under -grout ed with fast curing concreteand tensioned after that with thevertical loop tendons to the abut-ment wall on the Dietikon side. As soon as the steel girders weretensioned to the concrete haunchon the Schlieren side, the prefa-bricated concrete elements wereinstalled as lost formwork. The

schnellerhärtendem Beton unter-gossen und danach mit den verti-kalen Loop-Spanngliedern mitder Widerlagerwand Dietikonverspannt. Sobald die Stahlträger mit derBetonvoute auf Seite Schlieren zu -sammengespannt waren, konn tendie vorfabrizierten Betonele men -te als verlorene Schalung verlegtwerden. Die Randelemente wur-den mit vormontierten Stahlhilfs -konstruktionen gegen die Stahl -träger abgestützt. Danach wurdedie Bewehrung der Fahrbahn plat -te vor Ort ergänzt und die Plattein einem Guss betoniert. Erst da -nach wurden die Hilfskonstruk tio -nen wieder ausgebaut. Nach der Fertigstellung der Beton -fahrbahnplatte folgten die Brü -ckenausbauarbeiten wie Schlepp -platten, Abdichtung und Brücken -belag sowie der noch verbleiben-de Teil der generellen Strassen -bau arbeiten in Tagarbeit. Nachder Verkehrsübergabe wurde dieHilfsbrücke demontiert und dieUmgebungsarbeiten wurden ab -ge schlossen.

edge elements were propped upagainst the steel girders with pre-mounted steel auxiliary structures.After that, the reinforcement ofthe bridge deck was placed andthe deck was concreted in onepour. The auxiliary structures wereonly removed again after this. Once the concrete bridge deckwas in place, the bridge finishingworks such as transition slabs, seal -ing and bridge pavement as wellas the re main ing works of the ge -ne ral road construction were carried out during the day. Theauxiliary bridge was disman tledand the surrounding works com-pleted once the bridge was opened to traffic.

Fig. 7

Installationsplatz mit Raupenkran, erstes Trägerpaar eingehoben.Installation location with crawler crane, first set of girders set in place.

Autoren/Authors

Oliver Müllerdipl. Bauing. ETH, PEoliver.mueller@dsp.ch

Pascal LeuMSc ETH Bau-Ing.pascal.leu@dsp.ch

dsp Ingenieure + Planer AGCH-8610 Uster

102

EinleitungBei der Durchmesserlinie Altstet -ten-Zürich HB-Oerlikon (DML) han -delt es sich um eine 9,6 km langeNeubaustrecke für den Bahnver -kehr. Sie wurde 2015 eröffnet underhöht seither die Kapazität desZürcher Hauptbahnhofs deutlich.Im Rahmen der DML wurdenneben dem Bahnhofsausbau Oer -likon, dem Weinbergtunnel unddem Durchgangsbahnhof Löwen -strasse die Kohlendreieckbrücke(KDB) und die Letzigrabenbrücke(LGB) erstellt. Sie überqueren ele-gant die Gleisfelder im Westteil desHauptbahnhofs Zürich (Fig. 1).

BrückenDie beiden eingleisigen Spann be -tonbrücken sind bezüglich Trag -werkskonzept und Gestaltung na -he zu identisch. Mit einer Längevon 1156 m ist die Letzigraben brü -cke die längste (fugenlose) Brü ckeim Streckennetz der Schwei ze ri -schen Bundesbahnen (SBB). Mitden beidseitig angeordneten Ram -penbauwerken beträgt die Bau -werkslänge sogar 1578 m. Die

IntroductionThe Cross-City Line (CCL) Altstet ten–Zürich Central Station–Oerlikonis a 9.6 km long new line for rail-way traffic. It was opened in 2015and has increased the capacity ofZürich Central Station considera-bly since then. In addition to de -veloping Oerlikon railway station,to the Weinberg tunnel and theLöwenstrasse through station,the Kohlendreieck bridge (KDB)and the Letzigraben bridge (LGB)were built as part of the CCL. Thebridges cross the tracks elegantlyin the western section of ZürichCentral Station (Fig. 1).

BridgesThe two single-track, prestressedconcrete bridges are almost iden-tical in terms of structural conceptand design. The Letzigrabenbridge, at a length of 1156 m, isthe longest (jointless) bridge inthe route network of the SwissFederal Railways (SBB). With theramp structure on each side, thetotal length is actually 1578 m.The longitudinally fully prestressed

längs voll vorgespannte Balken -brücke trägt als Durchlaufträgerüber 24 Felder mit Spannweitenzwischen 35 m und 60 m. Beim Brü -ckenträger handelt es sich um ei -nen 10 m breiten Trogquer schnittmit ab schnittsweise konstanterHöhe von 3,20 m (Felder 1–14)bzw. 3,70 m (Felder 17–24). Die ge -gen aussen geneigten Stege schaf -fen Platz für beidseitige Dienst -we ge neben dem Gleis ohne dabeidie Querspannweite zu vergrös-sern (Fig. 2). Zudem treten diegeneigten Flächen optisch in denHinter grund, begünstigen denSchat ten wurf des Konsol kopfs undsorgen damit für ein elegantesErschei nungsbild des Über baus(Fig. 3).Die Kohlendreieckbrücke ist miteiner Brückenlänge von 396 mund einer Gesamtlänge inkl. Ram -pen von 745 m deutlich kürzer alsdie Letzigrabenbrücke. Die Spann -weiten der acht Felder betragenzwischen 40 m und 62 m. Die Ab -messungen des Überbaus ent-sprechen mit einer Quer schnitts -höhe von 3,70 m jenen des westli-

Die Letzigrabenbrücke und die KohlendreieckbrückeThe Letzigraben bridge and the Kohlendreieck bridge

Aldo Bacchetta, Luc Trausch, Stephan Etter

Fig. 1

Letzigrabenbrücke über dem Gleisfeld.Letzigraben bridge over the tracks.

103

beam bridge supports 24 spanswith span widths of between 35 mand 60 m. The bridge girder is a10 m wide trough cross-sectionwith a constant height in sectionsof 3.20 m (spans 1–14) or 3.70 m(spans 17–24). The outwardly in -clined webs create space for ser-vice channels on each side of thetrack without the need to enlargethe transverse span (Fig. 2). Inaddition, the inclined surfacesmerge visually into the back-ground, benefit the shadow castby the cantilever head and there-by ensure the elegant appearanceof the superstructure (Fig. 3).The Kohlendreieck bridge, with alength of 396 m and a total lengthincl. ramps of 745 m, is considera-bly shorter than the Letzigrabenbridge. The span widths of theeight spans are between 40 m and62 m, the dimensions of the supe r -structure, at a section height of3.70 m, correspond to that of thewestern part of the Letzi gra benbridge. With a minimum curveradius of 330 m, the Kohlendreieckbridge is very curved for a railwaybridge. The round, 2.5 m thick and 5 to 18 m high piers on both bridgeswiden out at the pierhead into acranked, oval bearing benchingon which two pot bearings areplaced in each case (Fig. 4). Thebridges are floatingly supportedin a longitudinal direction. Two

chen Teils der Letzigraben brü cke.Mit einem minimalen Krüm mungs -radius von 330 m ist die Kohlen -drei eckbrücke recht stark ge -krümmt für eine Eisenbahn brü -cke. Die runden, 2,5 m dicken und 5 bis18 m hohen Pfeiler beider Brückenweiten sich am Pfeilerkopf in eineabgekröpfte, ovale Lagerbank aus,auf der jeweils zwei Topflagerplatziert sind (Fig. 3). Die Brückensind in Längsrichtung schwimmendgelagert. Zwei Portal rah men unddie beiden nächstgelegenen Pfei -ler stabilisieren die Letzigraben -brücke in Längsrichtung, wäh-rend dies bei der Kohlendrei eck -brücke die mittleren fünf Pfeilertun. Auf den übrigen Pfeilern undden Widerlagern wird der Über -bau nur seitlich geführt. Sowohldie Pfeiler als auch die Portal rah -men sind auf 6 bis 8 Ortbeton -pfählen mit einem Durchmesservon 150 cm und Längen von über40 m fundiert.

BauvorgangFür die Erstellung der Brückenmussten die bestehenden Gleiseteilweise umgebaut und das neueTrassee freigehalten werden.Diese Arbeiten im hochfrequen-tierten Gleisbereich konnten zueinem grossen Teil nur in denZugspausen während der Nachtstattfinden. Die Pfählungs-, Fun -dament-, Pfeiler-, Widerlager- und

portal frames and two adjacentpiers stabilise the Letzigrabenbridge in a longitudinal directionwhile the central five piers takeon this function in the case of theKohlendreieck bridge. On the re -maining piers and the abutments,the superstructure is only guidedlaterally. Both the piers and alsothe portal frames are found ed on6 to 8 in situ concrete piles with adiameter of 150 cm and lengthsof over 40 m.

ConstructionIn order to build the bridges, theexisting tracks had to be recon-structed in parts and the new trackkept free. Most of these works inthe high-frequency track areacould only be carried out duringtrain breaks at night-time. The pile,foundation, pier, abutment andramp works were carried out withsufficient run in time comparedwith the superstructure, of approx.3 years in the case of the Letzi -graben bridge and approx. 1 yearfor the Kohlen drei eck bridge.The Letzigraben bridge was erect -ed from east to west using a 91 mlong, 12 m wide and 11 m highoverhead movable scaffoldingsystem (Fig. 4). The movable scaf-folding system at a total weightof 290 t stretches over two adja-cent piers, allowing for the bridgeto be erected with out interim sup-ports on the tracks. The two large,

Fig. 2

Brückenquerschnitt der Letzigrabenbrückeim Bau.Cross-section of the Letzigraben bridgeunder construction.

Fig. 3

Eleganter Überbau der Letzigrabenbrücke mitgeneigten Stegen und Konsolkopf.Elegant superstructure of the Letzigraben bridgewith inclined webs and cantilever head.

104

Rampenarbeiten erfolgten miteinem genügenden Vorlauf ge gen -über dem Überbau von etwa dreiJahren bei der Letzigrabenbrückeund etwa einem Jahr bei derKohlendreieckbrücke.Die Letzigrabenbrücke wurde miteinem 91 m langen, 12 m breitenund 11 m hohen obenliegendenVorschubgerüst (Fig. 4) von Ostennach Westen erstellt. Das insge-samt 290 t schwere Vorschub -gerüst überbrückte zwei benach-barte Pfeiler, was ein Erstellen derBrücke ohne Zwischen abstüt zun -gen im Gleisfeld ermöglichte. Diebeiden grossen Hauptträger desGe rüsts standen bereits zehnJahre früher für den Bau derRhone brüc ken am Südportal desLötsch berg-Basistunnels bei Raronim Einsatz. Die restlichen Anbau -ten sowie die Mechanik und Hy -drau lik wurden speziell für dieLetzi grabenbrücke konzipiert undvor Ort zusammengebaut. Miteinem Fünf-Wochentakt wurdenfür den Bau der 24 Etappen rundzweieinhalb Jahre benötigt.Im Gegensatz zur Letzigraben -brücke wurde die kleinere undstärker gekrümmte Kohlendrei eck -

main beams in the formwork werealready used for the constructionof the Rhone bridge at the southportal of the Lötschberg base tun-nel near Raron 10 years earlier.The remaining elements and themechanics and hy draulics werespecially designed for the Letzi -graben bridge and were as sem -bled on site. Based on a five-weekcycle, it took about two and ahalf years to build the 24 stages.In contrast to the Letzigrabenbridge, the smaller and more curved Kohlendreieck bridge waserected using a conventional false -work that served at the sametime as a safety scaffolding at thetransition of the various tracks.One particular challenge whenerecting the Kohlendreieck bridgewas crossing over the listedHilfiker building at Kohlendreieck(Fig. 5). The space available forthe falsework between the upperedge of the building and thelower edge of the bridge wasonly 80 cm high.

Unballasted trackFine cracks were detected in thebridge trough over the piers dur -

brücke mit einem konventionel-len Lehrgerüst, das zugleich beimÜbergang der verschiedenenGleise als Schutzgerüst fungierte,in einem Sechs- bis Acht-Wo chen -takt erstellt. Eine besondere Her -ausforderung bei der Erstellungder Kohlendreieckbrücke war dieÜberquerung des denkmalge-schützten Hilfiker-Gebäudes imKohlendreieck (Fig. 5). Zwischender Oberkante des Gebäudes undder Unterkante der Brücke standfür das Lehrgerüst nur eine Höhevon rund 80 cm zur Verfügung.

Feste FahrbahnNoch während dem Bau der Über -bauten wurden bei einer visuel-len Kontrolle feine Risse im Brü -ckentrog über den Pfeilern fest-gestellt. Bei der erneuten Über -prüfung der Krafteinleitung in dieexzentrisch unter den geneigtenStegen gelegenen Pfeiler zeigtesich, dass die Trogplatte mit einerminimalen Dicke von 61 cm inBrückenquerrichtung zu schwachdimensioniert war. Der Exzen tri zi -tät des Schnittpunkts der geneig-ten Stegachse und der Achse derTrogplatte bezüglich der Lager -

Fig. 4

Letzigrabenbrücke – Erstellung des Überbaus mittels Vorschubgerüst.Letzigraben bridge – erecting the superstructure using a movable scaffolding system.

105

ing a visual inspection while thesuperstructures were still underconstruction. When re-examiningthe force transmission into thepiers eccentrically placed beneaththe inclined webs, it was foundthat the trough slab with a mini-mum thickness of 61 cm wasinsufficiently dimensioned in thetransverse direction of the bridge.Too little attention had been paidto the eccentricity of the intersec-tion of the inclined web axes andthe axis of the trough slab withregard to the bearing axis ofapprox. 67 cm (Fig. 6). The slightlyindirect support of the webs to -gether with bearing forces of upto 23 MN at the design level leadsto significant deflection forces thatcan only spread to a limited ex -tent in the trough slab.After an intense search for a solu-tion, the best option for remov -ing the structural defect at eachbridge was determined in consul-tation with the SBB and the SwissFederal Office for Transport. Thisinvolved strengthening the troughslab in the area of the columnsover a length of 8.0 m with a rein-forced concrete layer and a trans-verse prestress (Fig. 7). The trans-verse prestressing for absorbingthe deviation forces consists of 6or 8 electrically insulated (Cate go -ry C) cables each with 12 strandsø15.7 mm. This required core dril-lings ø 125 mm through the websand specially made steel anchors.

achse von rund 67 cm (Fig. 6) warzu wenig Beachtung geschenktworden. Die geringfügig indirekteLagerung der Stege führt zusam-men mit Lagerkräften von bis zu23 MN auf Bemessungsniveau zubedeutenden Ablenkkräften, diesich in der Trogplatte nur bedingtausbreiten können.Nach einer intensiven Lösungs -suche wurde in Absprache mit derSBB und dem Bundesamt für Ver -kehr die Bestvariante zur Behe -bung des statischen Mangels anbeiden Brücken festgelegt. Dabeiwurde die Trogplatte im Stützen -bereich auf einer Länge von 8,0 mmit einem bewehrten Aufbetonund einer darin verlegten Quer -vor spannung verstärkt (Fig. 7). DieQuervorspannung zur Auf nah meder Umlenkkräfte besteht auselektrisch isolierten (Kategorie C),auf den Steg-Aussenseiten veran-kerten 6 bzw. 8 Kabeln à 12 Litzenø15,7 mm. Dafür waren Kernboh -rungen ø 125 mm durch die Stegeund speziell angefertigte Veran -ke rungen aus Stahl notwendig. DieAnkerköpfe wurden zum Schutzvor der Witterung mit einerBlechverkleidung abgedeckt. DerVerbund zwischen dem ursprüng-lichen Trogquerschnitt und demfaserverstärkten Auf beton wirddurch die mit Hochdruck wasser -strahl aufgeraute Betonober flä cheund eine eingeklebte Bewehrungin der Verbundfuge gewährleis -tet.

The anchor heads were coveredwith a sheet covering to protectthem from the weather. The bondbetween the original troughcross-section and the fibre-rein-forced concrete layer is ensuredby the concrete surface roughenedwith a high-pressure water jet anda glued reinforcement in the joint.The increase of approx. 0.5 m inthe slab thickness in the area ofthe columns required the replace-ment of the ballasted track with aunballasted track across the entirelength of the bridge. Outside ofthe strengthened areas, the un -ballasted track is laid in various dif -ferent sections on an unreinforced

Bauherr/OwnerSBB AG und Kanton ZürichSBB Grossprojekt DML/Projekte Region OstPlanung und Bauleitung/Planning and site managementIngenieurgemeinschaft SLW Partner:– Locher Ingenieure AG, Zürich (FF)– Jauslin + Stebler AG, Zürich– Bänziger Partner AG, Zürich– Wild Ingenieure AG, Zürich– Gruner AG, ZürichGestaltung/DesignEduard Imhof, LuzernAusführung/ExecutionUnternehmer/Contractors: Arbeitsgemeinschaft ABD– Strabag AG, Zürich (FF)– Stutz AG, Zürich– Anliker AG, Emmenbrücke– Kibag AG, Zürich– Frutiger AG, ZürichBahntechnik/Railway technology:SBB AG Instandhaltung Region Ost

Technische Daten Rohbau 2009–2013Baukosten Rohbau CHF 180 Mio.Gesamtlänge ca. 2,4 kmBrückenlängen 1156 m / 394 mBrückenbreite 10,0 mTrägerhöhe 3,2–3,7 mAnzahl Pfeiler 23 Stk. / 7 Stk.Max. Pfeilerhöhe 18 m / 9 mBetonkubatur 31 500 m3 / 11 800 m3

Technical dataShell structure 2009–2013Cost of shell structure 180 million CHFTotal length approx. 2.4 kmBridge lengths 1156 m / 394 mBridge width 10.00 mBeam height 3.2–3.7 mNumber of piers 23 no. / 7 no.Max. pier height 18 m / 9 mConcrete 31,500 m3 / 11,800 m3

Fig. 5

Kohlendreieckbrücke – Überquerung des Hilfiker-Gebäudes.Kohlendreieck bridge – passing over the Hilfiker building.

106

Die Erhöhung der Plattenstärkeum rund 0,5 m in den Stützen -bereichen erforderte den Ersatzder Schotterfahrbahn durch einefeste Fahrbahn über die gesamteBrückenlänge. Ausserhalb der ver -stärkten Bereiche liegt die festeFahrbahn über weite Bereiche aufeiner unbewehrten Betonunter -lage. Der Verbund zum ursprüng-lichen Betontrog erfolgt über dieaufgeraute Altbetonoberfläche.Zur Reduktion der Rissbildungwurden sowohl dem bewehrtenVerstärkungsbeton als auch demunbewehrten Beton ein Schwind -kompensationsmittel und Kunst -stofffasern beigegeben. Die festeFahrbahn wurde mit einem Ver -gussbeton in den vorbereitetenTrog im Verstärkungsbeton bzw.in der Betonunterlage eingebaut(Fig. 8). Auf eine Abdichtungwurde verzichtet.Die notwendig gewordenen Ver -stärkungsmassnahmen wurden imWinter 2014/2015 ausgeführt, so -dass die beiden Bauwerke wie ge -plant im Dezember 2015 dem Ver -kehr übergeben werden konn ten.

DeformationsversucheDa es sich bei dem Einbau einermonolithischen festen Fahrbahnauf einer Brücke der SBB um einNovum handelte, wurden syste-matische Deformationsversuchedurchgeführt. Ziel der Versuchewar die Bestätigung des ange-

concrete base. The bond with theoriginal concrete trough is bymeans of the roughened surfaceof the old concrete. To reduce theoccurrence of cracks, a shrinkagecompensation agent and synthe-tic fibres were added to the rein-forced concrete and to the un re in -forced concrete. The unballastedtrack was installed into the pre -pared trough in the reinforc ingconcrete and into the concretebase using a grout concrete (Fig.8). A sealing was dispensed with.The strengthening measures thathad become necessary were carriedout in the winter of 2014/15 sothat it was possible to hand thetwo structures over for traffic, asplanned, in December 2015.

Deformation testsGiven that this was the first timea monolithic unballasted trackwas installed on an SBB bridge,systematic deformation tests werecarried out. The objective of thetests was to confirm the assumedstructural behaviour of the twostrengthened bridges and to veri-fy the calculated deformations forthe unballasted track. The load applied consisted of five(Letzigraben bridge) and six (Koh -lendreieck bridge) engines, typeRe 620, corresponding to a loadof approx. 62 kN/m. The trainswere stationary on the bridgeduring the static tests and were

nommenen Tragwerkverhaltensder beiden verstärkten Brückenund die Verifikation der berech-neten Verformungen für die festeFahrbahn. Die Belastung erfolgte mit fünf(LGB) respektive sechs (KDB) Lo -ko motiven des Typs Re 620, waseiner Last von rund 62 kN/m ent-sprach. Bei den statischen Ver su -chen standen die Züge auf denBrücken, während sie bei denquasistatischen und dynamischenVersuchen mit Geschwindigkeitenvon 5 km/h bzw. 30 km/h fuhren.Das Tragverhalten der beidenBrücken unter hoher Belastung istwie erwartet tadellos. Weder wäh -rend der Versuche noch bei derAuswertung der Resultate konn-ten Auffälligkeiten ausgemachtwerden. Die grösste bei denVersuchen gemessene Durch bie -gung beträgt rund 1/7000 der ent-sprechenden Spannweite, wäh-rend sich in den Stützenquer -schnitten keine nennenswertenQuerschnittsverformungen beob-achten liessen. Bei der gekrümm-ten Kohlendreieckbrücke war derEinfluss der Zentrifugalkraft aufdie Verdrehungen der Träger trotzder geringen Geschwindig keit von30 km/h deutlich messbar.

SchlussfolgerungenBei den Brücken der DML handeltes sich um imposante Bauwerke,die sich dank ihrer schlichten

3,70

67

10,00

1,50 7,00 1,50

LagerkraftAblenkkräfte inder Trogplatte

Summe derQuerkräfte

Fig. 6

Krafteinleitung der Lagerkräfte in die Brückenstege.Introduction of bearing forces into the bridge webs.

10,00

3,70

1,50 7,00 1,50

Abdeckung Ankerköpfe

Verstärkungsbeton mitKunststofffasern

Feste Fahrbahn

KernbohrungVorspannungBewehrungsanschluss

Fig. 7

Verstärkung der Trogplatte und feste Fahrbahn.Strengthening of the trough slab and unballasted track.

107

travelling at speeds of 5 km/h and30 km/h during the quasi-staticand dynamic tests respectively.As expected, the structural beha-viour of the two bridges underhigh loads is impeccable. Noanomalies were detected eitherduring the tests or when theresults were being analysed. Thelargest measured deflection dur -ing the tests was approx. 1/7000 ofthe corresponding span, while nonoteworthy cross-sectional defor-mations were observed in thecolumn cross-sections. In the caseof the curved Kohlendreieckbridge, the influence of centrifu-gal force on the girder torsionswas clearly measurable despitethe low speed of 30 km/h.

ConclusionsThe bridges of the Cross-City Lineare imposing structures, which,thanks to their simple elegance,merge seamlessly into the sur-roundings shaped by the railwayinfrastructure systems. The struc-tural deficiency in the originalproject is a clear example of howapparently small eccentricitiescan have a fatal effect in the caseof large forces. Careful considera-tion should be given to attributed“small” bearing displacementscarried out in the course of a pro-ject with this cross-section type. The structural deficiencies wereall removed with the chosen

Eleganz mühelos in die von Bahn -infrastrukturanlagen geprägteUmgebung eingliedern. Der stati-sche Mangel beim ursprünglichenProjekt zeigt exemplarisch, wiesich vermeintlich kleine Exzentri -zi täten bei grossen Kräften fatalauswirken können. Namentlich imLaufe des Projekts erfolgenden«kleinen» Lagerverschie bun gensind bei diesem Querschnittstypgrosse Beachtung zu schenken.Mit den gewählten Verstärkungs -massnahmen konnten sämtlichestatischen Mängel behoben wer-den, ohne das Erscheinungsbildder Brücken zu beeinträchtigen.Ferner zeigte sich das Potenzialvon festen Fahrbahnen auf gros-sen Brückenbauwerken aus stati-scher und konstruktiver Sicht. Diebei den Deformationsversuchenbestätigte, sehr hohe Steifigkeitder Brücken dürfte einen wesent-lichen Beitrag zu einem dauer-haft hohen Fahrkomfort auf denBrücken leisten.Dass die Projektänderung trotzschwieriger Umstände so raschumgesetzt und die Brücken ter-mingerecht dem Verkehr überge-ben werden konnten, ist demlösungsorientierten Vorgehen dermassgebenden Entscheidungs trä -ger aller Parteien zu verdankenund verdient grössten Respekt.

strengthening measures withoutaffecting the appearance of thebridges. Furthermore, the poten-tial of unballasted tracks on largebridge structures from a structu-ral and design point of view wasdemonstrated. The very greatstiffness of the bridges confirmedduring the deformation testsshould make a considerable con-tribution to a permanently highlevel of comfort on the bridges.The fact that, despite the difficultcircumstances, the revised projectwas implemented so quickly andthe bridges handed over for traf-fic on schedule is due to the solu-tion-oriented approach of thegoverning decision makers of allparties involved and deserves ourgreatest respect.

Fig. 8

Feste Fahrbahn.Unballasted track.

Autoren/Authors

Aldo Bacchettadipl. Bauing. ETHa.bacchetta@bp-ing.ch

Luc TrauschDr. sc. techn., dipl. Bauing. ETH,l.trausch@bp-ing.ch

Stephan EtterDr. sc. ETH, dipl. Bauing. ETHs.etter@bp-ing.ch

Bänziger Partner AG, CH-8045 Zürich

108

EinleitungDie Schweizerischen Bundes bah -nen (SBB) nahmen 2017 ein viertesGleis zwischen Visp und St. Ger -man in Betrieb, um die Kapazitätder Zufahrt zum Lötschberg-Basis -tunnel zu erhöhen. Dazu wurdeunter anderem westlich des Bahn -hofs Visp eine weitere Brückeüber den Fluss Vispa erforderlich.Zudem bedingte der neue Güter -umschlagterminal der Matter horn-Gotthard-Bahn ebenfalls eineVerbindung über die Vispa. AusPlatzgründen fiel die Wahl aufeine zweigleisige Brücke mit aus-kragendem Gehweg. Als Teil desProjekts wurde die angrenzendeStrassenunterführung ebenfallsum zwei Gleise erweitert (Fig. 1). Da bereits die drei bestehendenBrücken von 1977 als einfeldrigeTrogbrücken erstellt worden wa -ren, lag für die vierte Brücke das

IntroductionIn 2017, the Swiss federal railways(SBB) opened up a fourth trackbetween Visp and St.German toincrease capacity on the approachto the Lötschberg base tunnel. Inorder to do this, among otherthings, an additional bridge overthe Vispa river was required westof Visp railway station. The newgoods transshipment terminal onthe Matterhorn-Gotthard line(MGBahn) also required a connec-tion over the Vispa river. For rea-sons of space, a double-trackbridge with a cantilever pathwaywas chosen. The project alsoinvolved expanding the adjacentunderpass with two tracks (Fig. 1). As the three existing bridges from1977 are single-span troughbridges, the same structural con-cept for the fourth bridge was anobvious choice for aesthetic rea-

gleiche Tragwerkskonzept primäraus ästhetischen Gründen nahe.Besonders zu erwähnen sind diegeometrischen und hydraulischenAnforderungen sowie die Auf la -gen betreffend Hochwasser wäh-rend des Baus.

NutzungsanforderungenBahnverkehrDie vierte Vispabrücke trägt einNormalspur- und ein Schmal spur -gleis. Die Schotterstärke bis Unter -kante Schwelle beträgt 55 cm. Diehohe Ausbaugeschwindigkeit desNormalspurgleises für 160 km/hsetzt eine geringe Durchbiegungvoraus.

Hydraulische AnforderungenUm das Durchflussprofil der Vispafür ein 100-jährliches Hochwasservon 330 m3/s zu gewährleisten,muss die Untersicht der neuen

Vierte Eisenbahnbrücke über die Vispa in VispFourth railway bridge over the Vispa river in Visp

Martin Diggelmann

Fig. 1

Vierte Brücke über die Vispa. Fourth bridge over the Vispa river.

109

sons. Special mention should bemade of the geometric andhydraulic requirements and theconditions relating to floodingduring construction.

Service requirementsRailway trafficThe fourth Vispa bridge has a nor-mal track and a narrow-gaugetrack. The ballast thickness up tothe lower edge of the sleeper is55 cm. The considerable designspeed of the normal track for 160 km/h requires low deflection.

Hydraulic requirementsIn order to ensure the flow profileof the Vispa river for a 100-yearflood of 330 m3/s, the bottom lineof the new bridge has to be 10 cmhigher than the existing one. Onthe upstream side, the parapet ofthe footbridge has to be formedin a quarter-circle in order to faci-litate the drainage capacity of theVispa in the event of congestion.The height of the old side wallsalso had to be raised upstream.During the state of construction,constrictions of the riverbed areonly permitted in the wintermonths November to April andtemporary supports in the river-bed from December to February.

EarthquakeThe bridge of construction class IIis located in Switzerland’s highestdanger zone, Z3b, and due to thepoor subgrade, in ground class E.Given the high level of stiffness of

Brücke gegenüber der bestehen-den um 10 cm höher liegen. Ober-wasserseitig ist die Brüstung desFussgängerstegs viertelkreisför-mig auszubilden, um die Abfluss -kapazität der Vispa im Falle einesEinstaus zu begünstigen. Diealten Ufermauern sind zudemflussaufwärts entsprechend zuerhöhen.Im Bauzustand sind Einengungendes Flussbetts nur in den Winter -monaten November bis April undtemporäre Stützen im Flussbettnur von Dezember bis Februarerlaubt.

ErdbebenDie Brücke der Bauwerksklasse IIliegt in der schweizweit höchstenGefährdungszone Z3b und auf-grund des schlechten Baugrundsin der Baugrundklasse E. Wegender hohen Steifigkeit der Brückein Längs- und Querrichtung lie-gen die Schwingzeiten im Bereichder maximalen Werte des Bemes-sungsspektrums. Demzufolge istdie Anwendung des Ersatzkraft -verfahrens angezeigt. Dies ergibteine beachtliche Erdbeben-Ersatz -kraft von 34 Prozent der ständi-gen Lasten.

ProjektbeschriebTragwerkDa aus Platzgründen zwei weitere,eingleisige Trogbrücken nicht mög -lich waren, vermochte eine dop-pelgleisige, wiederum schiefwink -lige Trogbrücke in Spannbetondie verschiedenen Anforderun gen

the bridge in the longitudinal andtransverse directions, the vibrationtimes are within the maximumrange of the design spectrum.Con sequently, the use of theequivalent force method is appro-priate. This results in a considera-ble earthquake equivalent forceof 34% of the permanent loads.

Project descriptionStructureSince two additional single-troughbridges were not possible for rea-sons of space, a double-tracktrough bridge in prestressed con-crete, also with an oblique angle,was the best option to meet thevarious requirements for use anddesign. The span width is 54 m.The lateral side beams with a 1.4 mwide upper compression chordhave a height of 2.4 to 4.8 m andare therefore about 90 cm higherthan the adjacent single-trackbridges that are much lighter.The superstructure is fully pre-stressed in the longitudinal direc-tion under traffic loads. As a re sult,the cross-section is always underpressure when in use, which has apositive effect not only on fatiguebut also on deflection and durabi-lity. The prestress complies withcorrosion protection category Cand consists of a total of 24 elec-tric insulated tendons each with31 seven-wire 0.6” strands. Thean chor heads are electrically con-nected to a metering box and cantherefore be monitored at alltimes.

Fig. 2

Querschnitt der Trogbrücke mit auskragendem Gehweg(links SBB, rechts MGBahn). Cross-section of the trough bridge with cantilever pathway(left SBB, right MGBahn).

Fig. 3

Bewehrung des Brückentrogs. Reinforcement of bridge trough.

110

an Nutzung und Gestaltung amehesten zu erfüllen. Die Spann -weite beträgt 54 m. Die seitlichenLängsträger mit einem oberen,1,4 m breiten Druckgurt weiseneine Höhe von 2,4 – 4,8 m auf undsind damit gegenüber den benach -barten eingleisigen und wesent-lich leichteren Brücken rund 90 cmhöher.Der Überbau ist in Längsrichtungunter Verkehrslasten voll vorge-spannt. Dadurch ist der Quer -schnitt im Gebrauchszustandimmer überdrückt, was sich nichtnur auf die Ermüdung, sondernauch auf die Durchbiegung unddie Dauerhaftigkeit günstig aus-wirkt. Die Vorspannung erfülltdie Korrosionsschutz-Kategorie Cund besteht aus insgesamt 24elektrisch isolierten Spannglie dernmit je 31 siebendrähtigen 0,6"-Litzen. Die Ankerköpfe sind elek-trisch mit einer Messbox verbun-den und somit jederzeit kontrol-lierbar.Die Aufnahme der beiden Gleiseerfordert eine relativ massive, inQuerrichtung schlaff bewehrteBetonplatte von max. 65 cmStärke. Zusammen mit dem aus-kragenden Gehweg weist der15,8 m breite, voll ausgerüsteteÜberbau ein stolzes Gewicht von2800 t auf, was insbesondere fürdie Aufnahme der hohen Erdbe -ben kräfte eine spezielle Lösungerforderte (Fig. 2, 3).Der Überbau ruht auf vierTopflagern und ist auf einemWiderlager fest und auf demanderen beweglich gelagert. InLängsrichtung nehmen die Topf -

The mounting of the two tracksrequires a relatively solid concreteslab, max. 65 cm thick, with rein-forcement in the transverse direc-tion. Together with the cantilever-ed pathway, the 15.8 m wide, fullyequipped super structure weighsall of 2,800 t, which required aspecial solution, especially withregard to absorb ing high earth-quake forces (Fig. 2, 3).The superstructure rests on fourpot bearings and is fixed on oneabutment and mounted to bemoveable on the other. In a longi-tudinal direction, the pot bear -ings only absorb horizontal forcesfrom railway traffic. The forcesfrom earthquakes are transferredto the abutment structure throughdeformable foam plates (Airex),because standard bearings couldnot absorb the high impact. Inthe transverse direction, all hori-zontal forces are transferredthrough Lastoblock bearings thatare placed between the solidcams of the end cross beams andthe correspondingly designedabut ment. In the event of anearthquake, the bridge wouldmove longitudinally by a few cen-timetres but would remain on itsbearings (Fig. 4).Each of the abutments is foundedon four large bored piles, max. 25 m long. The accessible abut-ments contain various supply linesand allow for the maintenance ofthe bearings at any time.

EquipmentThe roadway slab is conventional-ly sealed with polymer bitumen

lager nur die Horizontalkräfte ausBahnverkehr auf. Die Kräfte ausErdbeben werden über defor-mierbare Schaumplatten (Airex)auf die Widerlagerkonstruktionabgetragen, weil gängige Lagerdie hohen Einwirkungen nichtaufnehmen könnten. In Quer-richtung werden alle Horizontal -kräfte über Lastoblock-Lager ab -getragen, die zwischen massivenNocken der Endquerträger unddem entsprechend ausgebildetenWiderlager angeordnet sind. ImFalle eines Erdbebens wird dieBrücke längs um wenige Zenti -meter verschoben, bleibt aber aufihren Lagern (Fig. 4).Die Widerlager sind auf je viermax. 25 m langen Grossbohr pfäh -len gegründet. Die begehbarenWiderlager enthalten verschiede-ne Werkleitungen und erlaubenjederzeit den Unterhalt der Lager.

AusrüstungDie Fahrbahnplatte ist konventio-nell mit Polymerbitumendich -tungs bahnen abgedichtet, diedurch eine Gussasphalt-Schichtgeschützt sind. Die Entwässerungder quer geneigten Fahrbahn ober -fläche erfolgt über vier Einlauf -schächte. Wegen limitierter Plat -

Bauherr/OwnerSchweizerische Bundesbahnen SBBMatterhorn Gotthard Bahn (MGBahn)Bauunternehmung/ContractorARGE Vispa:Frutiger AG (Federführung/lead)Interalp Bau AGVerschub/ShiftingThyssenKrupp Bauservice GmbHPlaner/PlanningIngenieurgemeinschaft 4. Gleis Visp–St. German:Diggelmann + Partner AG (Feder -führung/lead)B+S AGSchneider - Bregy und Partner AG

Technische DatenLänge 54,0 mBreite 15,8 mHöhe Längsträger 2,8–4,8 mDicke Fahrbahnplatte 55–65 cmBetongewicht ca. 2500 tBohrpfähle Ø130 cm 2 x 8 StLängsverschub 65 mQuerverschub 3,0 mAbsenkung 0,5 m

SBB

MGB

Fig. 4

Anordnung der Lager (Horizontalschnitt), rot: Airex-Schaumplatten. Arrangement of bearings (horizontal section), red: Airex foam boards.

111

waterproofing sheets that areprotected by a mastic asphaltlayer. The transverse sloped road-way surface is drained via fourinlet shafts. Due to limited slabthickness and insufficient longitu-dinal gradient, the longitudinalpipeline was attached to the un -derside of the bridge and can besheared off during floods. High-maintenance transition joints canbe dispensed with by allowingthe water to run directly into adrainage pack behind the end ofthe bridge.

Construction methodEvaluation of the constructionmethodDuring the preliminary project itwas assumed that the superstruc-ture could be erected conventio-

ten stärke und zu geringem Längs -gefälle wurde die Längsleitungan der Brückenuntersicht ange-hängt; sie kann bei Hochwasserabgeschert werden. Auf unter-haltsintensive Fahrbahn über gän gekann verzichtet werden, indemdas Wasser hinter dem Brücken -ende direkt in eine Sickerpackungabfliesst.

BaumethodeEvaluation der BaumethodeIm Vorprojekt wurde davon aus-gegangen, dass der Überbau kon-ventionell auf einem im Flusszweifach abgestützten, untenlie-genden Lehrgerüst würde erstelltwerden können. Aufgrund derzwischenzeitlich verschärftenVorgaben betreffend Hochwasserhätte der Bau inklusive Auf- undAbbau des Lehrgerüsts innertsechs Wintermonaten erfolgenmüssen, was für ein Betonvolu menvon 1000 m3 angesichts möglicherWinterhochwasser als zu riskantbeurteilt wurde.Daher wurden verschiedene Vari -anten geprüft, die eine längereBauzeit und geringere Hochwas -ser risiken erlauben sollten:

nally on a double-supported, un -der lying falsework in the river. Dueto the restrictions that had, in themean-time, become quite strin-gent in relation to flooding, theconstruction work including theerection and dismantling of thefalsework would have had to takeplace within six months over win-ter, which for a concrete volumeof 1000 m3 was considered toorisky, in view of winter flooding.Therefore, a number of differentversions were examined, thatwould allow for a longer construc -tion period and fewer flood risks:– Erect the superstructure at a

more elevated position, hang -ing from an overlying column-free false-work

– Falsework with only one cen-tral support in the river

– Steel truss embedded in con-crete in the trough walls as alost falsework

– Erect the superstructure adja-cent and shift it into its finalposition.

It was seen that only the solutionof shifting the superstructurewould meet the increased de -mands of the preliminary project

Technical dataLength 54.0 mWidth 15.8 mHeight longitud. beams 2.8–4.8 mThickness bridge deck 55–65 cmConcrete weight approx. 2500 tBored piles Ø130 cm 2 x 8 no.Longitudinal shift 65 mTransverse shift 3.0 mLowering 0.5 m

Fig. 5

Längsverschub über die Vispa (Situation und Längsschnitt). Longitudinal shift over the Vispa river (situation and longitudinal section).

112

– Erstellen des Überbaus in er höh -ter Lage, angehängt an einemobenliegenden, stützenfreienLehrgerüst

– Lehrgerüst mit nur einer Mit -tel abstützung im Fluss

– In den Trogwänden einbeto -nier tes, mittragendes Stahl fach -werk als verlorenes Lehrgerüst

– Erstellen des Überbaus neben-an und Verschub in die defini-tive Lage.

Es zeigte sich, dass nur die Ver -schublösung die gegenüber demVorprojekt erhöhten Anforderun-gen befriedigen kann (Fig. 5). Dieübrigen Varianten hätten ein ver-bleibendes Hochwasserrisiko und/

(Fig. 5). The other solutions wouldhave resulted in a residual floodrisk and/or significant design dis-advantages.

ConstructionIn the first winter, the two abut-ments were erected during lowwater. The river was channelledat its centre to allow the final andtemporary large bored piles to beerected. At the same time, theground slab for the adjacent roadunderpass was built.In the summer, the superstructurewas erected on a falsework overthe future extension of the roadunderpass. Protective tunnels were

oder wesentliche konstruktiveNachteile gehabt.

BauablaufIm ersten Winter wurden beiNied rigwasser die beiden Wider -lager erstellt. Für die Ausführungder definitiven und temporärenGrossbohrpfähle wurde der Flussin der Mitte kanalisiert. Gleich zei -tig erfolgte der Bau der Boden -platte der benachbarten Strassen -unterführung.Im Sommer wurde der Überbauauf einem Lehrgerüst über derzukünftigen Erweiterung derStrassenunterführung erstellt. Fürdie Aufrechterhaltung des Stras -senverkehrs wurden Schutztunnelerrichtet. Anschliessend wurdeder fertig betonierte Betontrogauf 2 mal 4 Verschublager umge-setzt, die auf vorgängig erstelltentemporären Bohrpfählen ruhten(Fig. 6).Im zweiten Winter erfolgte zuerstder Längsverschub über die Vispa.Kurze Vorbauschnäbel an denBrückenenden halfen die Bean -spruchung des 2500 t schwerenÜberbaus zu reduzieren und dasAuffahren auf die jeweiligen Ver -schublager auf den temporärenFlussstützen zu erleichtern. Dabeimusste der Unternehmer die vor-gesehenen, starren Taktschiebe la -ger durch Verschublager auf Pres -sen ersetzen, weil der sehr steifeÜberbau infolge Bautole ran zenund elastischer Einfederung derHilfsstützen grosse Lasten anzu-

Fig. 6

Überbau bereit für den Längsverschub. Superstructure ready for the longitudinal shift.

Fig. 7

Überbau während des Längsverschubs über die Vispa. Superstructure during the longitudinal shift over the Vispa river.

Kurzfilm zum Brückenverschub/Short film about the bridge shifthttps://www.dig-ing.ch/referenzen/kunstbauten/#vispa

113

erected in order to maintain roadtraffic. Subsequently, the prefa-bricated concrete trough wasmoved to 2 by 4 sliding bear ingsthat were placed on pre vious lyerected, temporary bored piles(Fig. 6).In the second winter, the longitu-dinal shift over the Vispa riverwas carried out. Short launchingnoses at each end of the bridgehelped to reduce the load on the2500 t heavy superstructure andto facilitate access to each slidingbearing on the temporary riversupports. The contractor had to re -place the planned rigid incre men -tal launching bearings with slid -ing bearings on presses, becausethe very rigid superstructurethreatened to attract heavy loadsdue to design tolerances and elastic deflection of the auxiliarysupports and would thereforehave been overstrained. The lon-gitudinal displacement over 65 mwas carried out without a pro-blem within five days, as planned(Fig. 7, 8).After the longitudinal displace-ment, the bridge trough was pre-stressed in order to adjust thefinal load-bearing effect as a simple beam and to be able to

ziehen drohte und dadurch über-beansprucht worden wäre. DerLängsverschub über 65 m konntewie geplant innert fünf Tagenpannenfrei abgewickelt werden(Fig. 7, 8).Nach dem Längsverschub wurdeder Brückentrog vorgespannt, umdie definitive Tragwirkung alseinfacher Balken einstellen unddie temporären Flussstützen aus-bauen zu können. Nach dem Um -setzen auf Verschubbahnen er -folgte der Querverschub um rund3 m bis knapp an die bestehendeBrücke. Als Letztes wurde derÜberbau auf die definitiven Lagerabgesenkt und die Widerlagerund Brückenenden wurden ver-vollständigt.

NachwortDer Bau der Vispabrücke mit eineman und für sich einfachen Trag sys -tem zeigt, dass Randbe din gun gendie Baumethode und allenfallsauch den Endzustand wesentlichbeeinflussen können. Einer früh-zeitigen, gesicherten Abklärunginsbesondere von äusseren, nichtbeeinflussbaren Um stän den wieengen Platzverhält nissen oderHochwasserrisiken kommt dahereine fundamentale Bedeutung zu.

remove the temporary river sup-ports. After the transfer on slid -ing tracks, the transverse displa-cement of approx. 3 m to the exi-sting bridge was carried out. As alast step, the superstructrue waslowered onto the final bearingsand the abutments and bridgeends were completed.

PostscriptThe construction of the Vispabridge with its relatively simpleload-bearing system shows thatthe parameters can considerablyinfluence the construction meth -od not to mention the final stateof the structure. Early and reliableclarification, in particular of ex -ternal circumstances that are notwithin our control, such as tightspace conditions or flood risk, istherefore of fundamental impor-tance.

Autor/Author

Martin Diggelmanndipl. Bauing. ETHDiggelmann + Partner AGCH-3013 Bernm.diggelmann@dig-ing.ch

Fig. 8

Überbau kurz vor dem Ziel (im Vordergrund Reste des Lehrgerüsts). Superstructure just before the finish line (in the foreground, remains of the falsework).

114

EinleitungDer in Dietikon gelegene Werk -hof der Elektrizitätswerke desKantons Zürich (EKZ) befindetsich auf einer Insel in der Limmat.Zwei Brücken ermöglichen dieNutzung des Areals: eine über dieLimmat und den Oberwasser ka -nal für den Strassenverkehr unddie andere über den Unterwasser -kanal, die hauptsächlich für Trans -portfahrzeuge der EKZ und andereLieferdienste genutzt wird sowiezahlreiche wichtige Werkleitun genträgt.Infolge des Ausbaus des neuenWohnquartiers «Limmatfeld» aufder Gegenseite des Unter wasser -kanals in Dietikon wurde eineneue, rund 40 m lange Strassen -brücke als Verbindung zwischendem EKZ-Werkhof und der StadtDietikon errichtet. Die Brückewird hauptsächlich von den EKZ-Transportfahrzeugen sowie fürmehrere Elektro- und Telekom -mu nikationsleitungen genutzt. Bei der Bauausführung gelangteein innovatives Verfahren zumEin satz. Statt den Überbau aufeinem konventionellen Lehrge rüstzu erstellen, dienten zwei vorfa-brizierte und vorgespannte Längs -träger der Brücke als Lehrgerüst

IntroductionThe road maintenance depot ofthe energy utility company, Elek -tri zitätswerke des Kantons Zürich(EKZ), is on an island in the riverLimmat. Two bridges facilitatethe use of the complex: one forroad traffic over the Limmat andthe headrace channel and theother over the tailrace channelthat is used primarily for EKZtransport vehicles and other deli-very services as well as for nume-rous important cables.Due to the development of thenew residential district “Limmat -feld” at the other side of the tail-race channel in Dietikon, a newroad bridge, approx. 40 m inlength, was erected to connectthe EKZ depot and the town ofDietikon. The bridge is used main-ly by EKZ transport vehicles andfor many electric and telecommu-nication lines. An innovative procedure wasused for the execution. Instead ofconstructing the superstructurewith a conventional falsework, twopre-fabricated and prestressedlongitudinal beams of the bridgeserved as a falsework for thebridge deck. The approx. 240 theavy main beams were shifted

der Fahrbahnplatte. Die rund 240Tonnen schweren Hauptträgerwurden mit dem grössten Raupen -kran der Schweiz versetzt. Dieneue Brücke ist ein statisch effi-zientes, kostengünstiges, dauer-haftes und ästhetisch gut in dieUmgebung passendes Bauwerk.

Randbedingungen fürProjektierung undTragwerkskonzeptDie kantonale Wasserschutz be -hör de definierte zwei wichtigeRandbedingungen für die Projek -tierung der Brücke: Es sind keineAbstützungen im Unterwasser -kanal erlaubt (weder im definiti-ven noch im Bauzustand) und einminimales Freibord (wird auf-grund der hydraulischen Berech -nun gen des Unterwasserkanalsermittelt) muss eingehalten wer-den. Die einzige Randbedingungseitens Bauherrschaft EKZ war,dass die Brücke für ihre Schwer -transportfahrzeuge (Fahrzeuge,die grosse Generatoren und Bat -te rien für Trafostationen trans-portieren) befahrbar ist. Die wich-tigste Bedingung aus geotechni-scher Sicht war, dass die Brücketief gegründet werden muss (aufBohrpfählen).

Neue Strassenbrücke über den Unterwasserkanal in DietikonNew road bridge over the tailrace channel in Dietikon

Ivan Markovic, Roger Manetsch

HQ +384.10100

? Terrain ?

G rundwas s er (G W): alle Angaben gemäs s G eol. B ericht J äckli AG für G ebäude B F S (23.01.2008)HW gemäs s Aktennotiz "W ass ers piegellagen Unterwass erkanal E K Z; Dietikon" von B asler & Hofmann (10.01.2013)

var.

HQ +384.60300

WL West WL Ost

Dietikon EKZ-Werkhof

1,9136,001,82

39.73

2,25

1,25

1,25

1,25

1,10

Pfa

hllä

nge

= 1

8,00

m

Pfa

hllä

nge

= 1

8,00

m 1,25

2,25

1,10

28

Fig. 1

Längsschnitt der Brücke.Longitudinal section of the bridge.

115

by the largest crawler crane inSwitzerland. The new bridge is astructurally efficient, cost-effective,enduring structure that blendswell aesthetically into its surround -ings.

Parameters for design andstructural conceptThe cantonal water authority spe-cified two important parametersfor the design of the bridge:Supports are not permitted in thetailrace channel (either in thefinal state nor during construction)and a minimum freeboard (deter-mined based on the hydraulic cal-culations of the tailrace channel)has to be maintained. The onlystipulation on the part of theclient EKZ was that the bridgehad to be accessible for heavytransport vehicles (vehicles thattransport large generators andbatteries for substations). Themost important requirementfrom a geotechnical point of viewwas that the bridge had to have adeep foundation (bored piles). Based on these parameters, asregards the structure, the bridgehad to be designed either as asimple beam structure on piles ora rigid-frame structure compris -ing a superstructure (frame bars)and substructure (piles and pilebase). A rigid-frame structureallowed for the creation of amonolithic structure that wouldbe low-maintenance and perma-nent once the design and execu -tion were correct and concise.

Aus diesen Randbedingungenfolg te, dass die Brücke im stati-schen Sinne entweder als ein aufPfählen gestützter einfacher Bal -ken oder als ein Rahmentrag werk,bestehend aus Überbau (Rahmen -riegel) und Unterbau (Pfähle undPfahlbankette), konzipiert wer-den konnte. Ein Rahmentragwerkermöglicht die Erstellung einesmonolithischen Bauwerks, das beikorrekter und sauberer Projektie -rung und Ausführung unterhalts-arm und dauerhaft ist. Daherwurde entschieden, diese Lösungweiterzuverfolgen. Aus der Be -dingung für das Freibord und derHöhenlage der beiden Ufer ergibtsich, dass die tragende Konstruk -tion der Brücke sich oberhalb derFahrbahn befinden muss.

ÜberbauDie neue Brücke wurde als mono-lithisches Rahmentragwerk mitRiegeln aus vorgespanntem Betonprojektiert. Der Überbau (Rahmen -riegel) weist einen Trogquer -schnitt auf und wird auf denBohr pfählen fundiert. MassivePfahlriegel verbinden Überbauund Pfähle. Die Tragkonstruktionder neuen Brücke entsprichtdaher in statischem Sinne einem

Therefore, the decision was madeto pursue this solution. The condi-tions relating to the freeboardand the elevation of the twobanks meant that the supportingstructure had to be above theroadway.

SuperstructureThe new bridge was designed as amonolithic rigid-frame structurewith beams made of prestressedconcrete. The superstructure(frame beam) has a trough cross-section and is founded on solidbored piles. The superstructureand piles are connected with massive pile caps. In a structuralsense, therefore, the structure ofthe new bridge corresponds to aframe with rigid bars and softcolumns (Fig. 1).The total length of the bridge is39.7 m (without transition slabs),the structural span of the bridge(distance between pile axes) is36 m and the section height variesfrom 2.2 m at the centre of thebridge to 1.6 m at the bridge end.The upper edge of the superstruc-ture is arched. The bridge isfound ed on each side on three18 m long bored piles with a dia-meter of 118 m.

OberwasserUnterwasser

HQ +384.10

2,0% 2,0%

.rav.rav006,.rav.rav

9,28

6va

r.

15 Rohre HDPE DN 150

60 6612

ca . 4,0%

10,0%

ca. 4,0%

10,0

%

100

HQ +384.60300

.rav.rav498849.rav.rav 5,84

Aussen-beleuchtung

Aussen-beleuchtung

Fig. 2

Normalquerschnitt der Brücke.Normal cross-section of the bridge.

Die Autoren widmen diesen BeitragAndre Bättig (1966–2016), Bauinge -nieur und Militärpilot, der an derProjektierung und Ausführung dieserBrücke wesentlich beteiligt war.

The authors have dedicated this articleto Andre Bättig (1966–2016), civilengineer and military pilot who playeda significant role in the design andexecution of this bridge.

116

Rahmen mit steifen Riegeln undweichen Stützen (Fig. 1).Die Gesamtlänge der Brücke be -trägt ca. 39,7 m (ohne Schlepp -platten), die statische Spannweiteder Brücke (Abstand der Pfahl ach -sen) 36 m und die Querschnitts -höhe variiert von 2,2 m in Brücken -mitte bis 1,6 m am Brückenende.Die obere Kante des Überbausweist eine Bogenform auf. DieBrücke ist beidseits auf je drei18m langen Bohrpfählen mitDurchmesser 118 cm fundiert.Das 100-jährliche Rückstau-Hoch -was ser (HQ100) befindet sich aufder Kote 384,10 m, sodass dasFrei bord zum HQ100 rund 0,28 mbeträgt, was die Bedingung derhydraulischen Berechnung desUnterwasserkanals erfüllt. Wich -tig zu erwähnen ist, dass das übli-che Freibord von 1 m in diesem Fallnicht massgebend ist, weil sichauf der Oberwasserseite in derNähe der Brücke ein Elektrizitäts -kraftwerk der EKZ befindet, dasdie Hochwasserkote regulierenkann. Ausserdem können keinegrossen Gegenstände (Baum stäm -me o.ä.) das Kraftwerk durchflies-sen.Die Breite der Fahrbahn beträgt6m und bietet somit Platz fürzwei Fahrspuren von je 3 m. Die

The 100-year back water flood(HQ100) is at spot height 384.10 m.Therefore, the freeboard for HQ100

is approx. 0.28 m, which meetsthe requirement relating to thehydraulic calculation of the tail -race channel. It is important tomention that the usual freeboardof 1 m is not decisive in this casedue to the fact that there is anEKZ power plant on the headraceside near the bridge that canregulate the flood spot height. Inaddition, large objects (treetrunks or similar) cannot flowthrough the power plant.The roadway is 6 m wide, there -fore, providing space for two lanesof 3 m each. The bridge deck hasa pitch of 2% and is 60 cm high ateach end and 66 cm in the centre.A total of 15 HDPE pipes with adiameter of 150 mm were installedapprox. in the middle level of thebridge deck. These pipes may onlybe used for electric and telecom-munications lines (Fig. 2).The webs are used to transfer theloads from the bridge deck to -wards the abutments and/or thepiles. The webs are inclined to -wards the outside and have a ne -gative ratio of 1:10. The lower partof the web is approx. 0.95 m wideand the upper part approx. 1.50 m.

Fahrbahnplatte weist ein Dachge -fälle von 2% auf; ihre Höhe be -trägt an beiden Enden 60 cm undin der Mitte 66 cm. In der Fahr -bahnplatte, etwa in deren mittle-ren Ebene, wurden insgesamt 15HDPE-Rohre mit einem Durch -mes ser von 150 mm eingebaut.Durch diese Rohre dürfen aus-schliesslich Elektro- und Telekom -munikationswerkleitungen ge -führt werden (Fig. 2).Die Stege dienen zur Übertra gungder Lasten aus der Fahrbahn plat -te in Richtung der Auflager bzw.der Pfähle. Die Stege sind nachaussen geneigt und haben einenAnzug von 1:10. Die Stegbreitebeträgt rund 0,95 m im unterenund 1,50 m im oberen Teil.Die Ausbildung des Querschnittsmit einem breiten oberen Teil er -gab sich vor allem aus statischenGründen, um die Bedin gung fürdie maximale Höhe der Druck -zone bei der vorwiegend aufBiegung beanspruchten Zone inBrückenmitte zu erfüllen, sie er -zielt aber auch einen ästhetischenEffekt. Unterhalb der Verbreite -rung des oberen Stegteils ist ineinem Kanal die LED-Beleuchtungdes Bauwerks eingelassen. Nichtnur die gesamte Steghöhe, son-dern auch die Höhe des oberen

Fig. 3

Vorfabrizierte Längsträger vor dem Betonieren.Pre-fabricated longitudinal beams prior to concreting.

117

The design of the section with awide upper part arose mainly forstructural reasons, to meet themaximum height requirement ofthe compression zone for thearea at the centre of the bridgethat is subject mainly to bending.However, it also works aestheti-cally. The LED lighting for thestructure is set into a channelbeneath the widened upper webpart. It is not only the entire webheight but also the height of theupper part of the web that variesfor aesthetic reasons: It is 1.4 m ateach end, narrowing to 0.8 m atthe centre of the bridge. The prestressing comprises 6 cablesin total with 22 strands (steel qua-lity Y1860) incl. anchors. The ten-dons run through the webs, havetheir lowest point at the centre ofthe span and are anchored atboth ends of the bridge. Thecables were tensioned on bothsides. In the longitudinal direc -tion, the course of the road com-prises a crest with a vertical radiusof 1500 m and the high point onthe western abutment, and atrough with a radius of 100 m andthe lowest point above theeastern abutment. Therefore, thebridge drains both with a pitch of2% transversely and also with a

Teils des Stegs variiert aus ästheti-schen Gründen: Sie beträgt anden Enden rund 1,4 m und ver-jüngt sich bis zur Brückenmitteauf 0,8 m. Die Vorspannung besteht aus ins-gesamt 6 Kabeln mit 22 Litzen(Stahlqualität Y1860) inkl. Ver -ankerungen. Die Vorspannkabelver laufen durch die Stege, habenden Tiefpunkt in der Mitte derSpannweite und sind an beidenBrückenenden verankert. DieKabel wurden beidseits gespannt.In Längsrichtung besteht derStrassenverlauf aus einer Kuppemit einem vertikalen Radius von1500 m und dem Hochpunkt aufdem Widerlager West sowie auseiner Wanne mit einem Radius von100 m und dem Tiefpunkt überdem Widerlager Ost. Die Brückeentwässert sich somit sowohl miteinem Dachgefälle von je 2% inQuerrichtung als auch mit einemLängsgefälle von 1,4%. Die Ein -lauf schächte befinden sich ausser-halb der Brücke gerade hinterdem Widerlager Ost (auf demWerkhofplatz). Da die Brücke relativ kurz undwenig befahren ist, wurden keineFahrbahnübergänge vorgesehen.Es wurde nur im Belag eine elasti-sche Fuge eingebracht.

longitudinal pitch of 1.4%. Theinlet shafts are outside of thebridge, just behind the easternabutment (at the depot). As the bridge is relatively shortand there is not much traffic on it,no transition joints were planned.An elastic joint was placed only inthe surface.

SubstructureThe bridge substructure compri-ses a solid transverse beam andthree bored piles at each bank.The transverse beams introducethe loads from the bridge super-structure into the piles. The intro-duction of force was simulated ina simplified manner with several3D framework models. The bored piles are primarily loaded for pressure and bendingin the upper parts and thereforerequire relatively strong reinfor-cement in the longitudinal direc-

Fig. 4

Versetzen des ersten vorfabrizierten und teilweise vorgespannten Längsträgers,Gewicht: 240 Tonnen, max. Tragvermögen des Raupenkrans: 750 Tonnen.Shifting the first pre-fabricated and partially prestressed longitudinal beam,weight: 240 t, max. capacity of the crawler crane: 750 t.

Bauherr/OwnerElektrizitätswerke des Kantons Zurich(EKZ)Projekt- und Bauleitung/Project and site managementIngenieurbüro ewp AG EffretikonBauausführung/ExecutionLerch AG Bauunternehmung,Winterthur

118

UnterbauDer Brückenunterbau besteht anbeiden Ufern aus je einem massi-ven Querträger und drei Bohr -pfählen. Die Querträger leiten dieBeanspruchungen aus dem Brü -cken überbau in die Pfähle ein. DieKrafteinleitung wurde verein-facht mit mehreren 3-D-Fach werk -modellen analysiert. Die Bohrpfähle sind vor allem inden oberen Teilen auf Druck undBiegung belastet und benötigtendaher eine relativ starke Beweh -rung in Längsrichtung. Beim Pro -jektieren war diese Bewehrung sozu wählen, dass sich möglichstwenige Konflikte mit der Beweh -rung der beiden Querträger erga-ben.

BauausführungDie Projektierung der Brücke sahdie Erstellung des Brückenüber -baus mit einem sogenannt oben-liegenden Lehrgerüst vor. DieBauunternehmung schlug zusätz-lich eine Lösung mit zwei vorfa-brizierten und teilweise vorge-spannten Längsträgern (als Stegedes zukünftigen Trogquerschnittsder Brücke) vor, die im Bauzu -

tion. At the design stage, the chosen reinforcement had toresult in as little conflict as possi-ble with the reinforcement of thetwo transverse beams.

ConstructionThe planning for the bridge pro-vided for the erection of thesuperstructure with an overlyingfalsework. In addition, the con-tractor suggested a solution withtwo pre-fabricated and partiallyprestressed longitudinal beams(as webs for the future troughsection of the bridge), whichwere to assume the function of afalsework for the bridge deckduring construction. The clientchose this solution with pre-fabri-cated longitudinal beams.

Shifting the pre-fabricatedlongitudinal beamsDue to the pre-production of thewebs on site (Fig. 3), it was possi-ble to dispense with an overlyingfalsework. The beams were shiftedonto the bored piles created inadvance and were therefore usedduring construction to mount theformwork for the bridge deck. In

stand die Rolle des Lehrgerüstsfür die Fahrbahnplatte überneh-men sollten. Die Bauherrschaftentschied sich für diese Lösungmit vorfabrizierten Längsträgern.

Versetzen der vorprodu-zierten LängsträgerDurch die Vorproduktion derStege vor Ort (Fig. 3) konnte aufein obenliegendes Lehrgerüstver zichtet werden. Die Trägerwurden auf die vorgängig erstell-ten Bohrpfähle versetzt undkonnten so bereits während derBauzeit zur Aufhängung derSchalung für die Fahrbahnplatteverwendet werden. Der Längs -träger durfte dabei aus Bean spru -chungsgründen nicht vollständig,sondern nur teilweise vorge-spannt werden. Höhepunkt desBaus der Brücke stellte das Ver -setzen der je 240 Tonnen schwe-ren Längsträger mit dem grösstenRaupenkran der Schweiz (Fig. 4und 5). Der Bauvorgang machtedie Ausbildung des Tragwerks alsRahmen jedoch zu einem techni-schen Knackpunkt, sowohl in derProjektierung als auch in der Aus -führung. Das Rahmeneck muss te

Fig. 5

Versetzen des zweiten vorfabrizierten und teilweise vorgespannten Längsträgers.Shifting the second pre-fabricated and partially prestressed longitudinal beam.

119

order to limit the strains, the lon-gitudinal beams could not befully but only partially prestressed.The highlight in the constructionof the bridge involved shiftingthe longitudinal beams, each 240 tin weight, using the largest crawl -er crane in Switzerland (Fig. 4 and5). However, the design of thestructure became a sticking point,both for project planning andexecution, due to the constructi-on process. The frame corner hadto be connected to the shiftedbeams in cramped condi tionswith a screw reinforcement.

Aesthetic thoughtsThe arched shape of the super-structure characterises the appear -ance of the bridge (Fig. 6). Thearch connects with the road andthe terrain at the bank, therefore,creating a natural unit with itssurroundings. At the same time,the outer surfaces of the web andthe side area of the pile cap cre -ate one level. The bridge formachieves an additional dynamicdue to the inclined webs and alsofrom the fact that they are widerin the upper part. Furthermore,the webs inclined towards the

unter beengten Verhält nissen miteiner Schraubarmierung an dieversetzten Träger angeschlossenwerden.

Ästhetische GedankenDie Bogenform des Überbausprägt das Erscheinungsbild derBrücke (Fig. 6). Der Bogen schliesstan die Strasse und das Terrain amUfer an und bildet somit eine na -türliche Einheit mit der Umge -bung. Dabei formen die Aussen -fläche des Stegs und die seitlicheFläche des Pfahlriegels eineEbene. Eine zusätzliche Dynamikerreicht die Brückenform durchdie geneigten Stege sowie durchderen Verbreiterung im oberenTeil. Die nach aussen geneigtenStege vermitteln zudem einGefühl von Breite und Komfortbeim Befahren bzw. Begehen derBrücke. Die Beleuchtung auf derAussenseite der Stege unter-streicht das Erscheinungsbild derBrücke zusätzlich. Es ist dabeiinteressant zu erwähnen, dass beider Formgebung der Brücke auszeitlichen Gründen kein Architektmitwirkte, sondern dass sie aus-schliesslich das Resultat der Arbeitder beteiligten Bauingenieure ist.

outside give a sense of width andcomfort when driving or walkingover the bridge. The appearanceof the bridge is highlighted inaddition by the lighting on theoutside of the webs. It is inter-esting to mention that for rea-sons of time, an architect was notinvolved in the design of thebridge, but that it was the resultof the work of the civil engineersinvolved.

Fig. 6

Vollendetes Bauwerk.Completed structure.

Autoren/Authors

Ivan MarkovicProf. Dr. dipl. Bauing. TU/SIAHSR Hochschule für TechnikRapperswil (zur Zeit der Projektierung undErstellung beschäftigt als Projektleiterbei ewp AG/at the time of design andexecution, project leader at ewp AG)ivan.markovic@hsr.ch

Roger Manetscheidg. dipl. Baumeister, Bauführer, stv. Bereichsleiter IngenieurbauLerch AG Bauunternehmung, CH-8404 Winterthurr.manetsch@lerch.ch

120

IntroductionDans le cadre des aménagementsde la gare de Givisiez dans le can-ton de Fribourg, le passage àniveau CFF de la route de Belfauxsitué peu avant la gare devait êtresupprimé en réalisant un évite-ment routier dans la zone indus -trielle en développement. Letracé de cette nouvelle routenécessitait d’un nouveau pont quienjambe les deux voies des lignesFribourg–Payerne et Fribourg–Morat, les quatre voies de range-ment menant au futur dépôt desTransports publics Fribourgeois(tpf), ainsi qu’une dépressioncaractérisée par une zone maré-cageuse. Le Service des ponts etchaussées du canton de Fribourglança en 2014 un concours de pro-jet pour la construction du Pontdu Tiguelet qui a été remportépar le projet LOTUS.

Contraintes principales Le pont accueille deux voies decirculations, deux bandes cycla-bles et un trottoir, ce qui a pourrésultat une section standardd’une largeur totale de 11,80 m,bordures inclues. Auprès de laculée nord, le raccordement à laroute cantonale existante nécessi-te un élargissement important en

IntroductionAs part of the modifications to becarried out at the Givisiez railwaystation in the Canton of Fribourg,the adjacent railway crossing onthe cantonal road was to beremoved and replaced with abridge approx. 600 m furtheraway. This modified route re -quired a new section of road thatwould pass over the two existingtracks on the railway line fromFribourg to Payerne and Fribourgto Morat, over four new plannedtracks for the future depot at theFribourg transport company TPFand over wetland. This providedthe basic brief for the projectcompetition launched in 2014 bythe Civil Engineering Departmentof the Canton Fribourg. The winning project was the LOTUSproject described below.

Key parametersIn addition to the two trafficlanes, each with a cycle path onthe side, the bridge also includesa pedestrian walkway on one sideof the deck resulting in a stan-dard cross-section with a totalwidth of 11.80 m, including theedge beams. The T-junction con-nection between the bridge andthe existing cantonal road direct-

forme de trompette. D’autre part,une hauteur de constructionmaximale de seulement 1,50 mest disponible pour le franchisse-ment des voies en raison du gaba-rit des CFF compte tenu du raccor-dement à la route existante et desrayons d’arrondissement verti-caux du profil longitudinal.Le franchissement fortement ob -lique des lignes des chemins defer est déterminant pour le choixde la disposition des piles. Le solde fondation est constitué par durocher molassique présent relati-vement près de la surface dans lazone nord, mais par contre recou-vert plus au sud de formationsfluvio-glacières d’une épaisseurjusqu’à 20 m avec présence dematériaux compressibles (dépôtspalustres et lacustres).

Conception générale del’ouvrageLa combinaison entre les con-traintes principales des voies fer-rées et la situation topographi-que caractérisée par une grandedépression ont été à la base duprojet lauréat, à savoir un ponten béton précontraint de neuftravées, long d’environ 290 mavec des portées de 24,80 m à34,90 m. La superstructure estconstituée d’un tablier à sectionen T avec des porte-à-faux de ladalle de roulement relativementimportants de sorte que les pointsd’appui sont toujours à l’ombredu tablier et que le pont appa-raisse élancé malgré sa largeur etla faible hauteur par rapport auterrain.Au nord, une transition douceentre le pont et le talus a étéatteinte grâce à une culée bassedisposée parallèlement au talus.En raison de l’orientation particu-lièrement oblique du talus parrapport à l’axe du pont et de l’élargissement nécessaire dans lazone de l’extrémité nord, il résul-

Pont du TigueletThe Tiguelet bridge

Samuel Hörmann, Martin Bimschas, Balz Amrein, Walter Kaufmann, Beat Meier, Raoul Spataro

Fig. 1

Tracé aménagé de la route cantonale Belfaux–Givisiez.Reproduit avec l’autorisation de swisstopo (JA110138).Adjusted alignment cantonal road Belfaux to Givisiez.Reproduced by permission of swisstopo (JA110138).

121

ly behind the north abutmentrequires, on the one hand, atrumpet-like widening of the endof the bridge. On the other hand,this restricts the maximum staticdepth over the tracks to 1.50 mdue to the requirements of thevertical radii of transition curvesin the road alignment.The tracks to be crossed cutthrough the axis of the newbridge at a skew and were thegoverning parameter when ar -ranging the substructure ele-ments. The foundation soil on theproject site consists of stablemolasse rock lying relatively closeto the surface in the northernpart of the site. Further south themolasse rock is covered with upto 20 m of loose rock includinglake sediment with poor bearingcapacity and susceptible to settle-ment.

Concept and designBased on this combination of con-straints with regard to the tracksand the extensive topographicaldepression, the competition teamconceived a 9-span girder bridgewith a prestressed concrete super-structure. The total length of thebridge is about 290 m, featuringspan widths between 24.80 m and34.90 m. The superstructure is de -signed as a T-beam cross-sectionwith relatively large cantileverssuch that the supports are alwaysin the shadow of the girders andthe bridge has a slender appear -ance despite its width and gene-ral low height over ground.At the northern end, a gentletransition is achieved from thebridge to the natural embank-ment by means of the low abut-ment aligned with the embank-ment. The very oblique course ofthe embankment, compared withthe bridge axis, and the necessarywidening of the northern end ofthe bridge for the road junction,have produced an abutment over30 m in width that nonetheless isclean and simple due to its inte-gral design as a concrete wallmonolithically connected to thesuperstructure. Further to thesouth, the bridge sits on eightelliptical piers with gradually

te une culée de plus de 30 m delarge, cependant avec un aspectsimple par sa construction inté-grale comme paroi en bétonreliée monolithiquement à lasuperstructure. Par la suite, endirection sud, le pont s’appuie surhuit piles elliptiques dont les pre-mières reprennent l’orientationoblique de la culée. Ainsi, enmême temps, une dispositionoptimale des piles entre les voieset à côté des voies obliques estpossible. Par ailleurs, dans cettezone la largeur des piles est varia-ble dans la direction transversaledu pont, en accord avec l’élargis-sement du tablier. Grâce à laforme elliptique, les piles confè-rent une unité à l’ensemble de

varying alignment in the groundplan, thus accommodating theskew of the abutment and thedirection of the tracks. At thesame time, this allows for theoptimum layout of the piers bet-ween and adjacent to the trackscrossing below the bridge. Fur -thermore, these piers are charac-terised by varying dimensions inthe transverse direction of thebridge, which match the widen -ing of the superstructure. Despitetheir varying skew and widths,the elliptical shape of the pierscreates an impression of unityalong the entire length of thestructure.Given the considerable length ofthe bridge, the southern abut-

Fig. 2

Vue de la culée nord vers le sud.View from the north abutment towards the south.

Fig. 3

Visualisation, vue en direction de la culée nord.Visualisation, view towards the northern abutment.

122

l’ouvrage malgré la variation del’orientation et de la largeur.La culée sud, où en raison de lalongueur du pont des appareilsd’appui mobiles et un joint dechaussée à quatre ouverturess’avè rent nécessaires, s’intègreavec harmonie dans le remblayageservant de prolongation du pontgrâce au choix d’un plan trapézoï-dal de sa chambre de visite.

Concept de la structureSuperstructureLe tablier, conçu en poutre en T,présente une largeur totale sansbordures de 10,80 m dans la sec -tion standard. Il se compose d’uneâme large 4,20 m, d’une hauteurde 1,20 m et de deux porte-à-fauxde 3,30 m chacun en forme de

ment is equipped with bearingsthat facilitate longitudinal move-ment as well as a 4-cell modularexpansion joint. The abutmentblends harmoniously into the em -bankment, which appears as anextension of the bridge thanks tothe use of a trapezoidal groundplan of the abutment, incorporat -ing the maintenance chamberproviding access to the expansionjoint and the bearings.

Structural conceptSuperstructureThe T-beam bridge girder has a10.80 m wide standard cross-sec -tion, excluding the parapets. Thedeck consists of a 4.20 m wide,1.20 m deep web and two ta -pered cantilevers of 3.30 m, each

voute, avec une épaisseur de0,48m dans la connexion à l’âme.Dans les plus grandes portées au-dessus des voies ferrées, la hau-teur du tablier augmente conti-nuellement de 1,20 m à 1,50 m aumaximum, il en résulte donc desélancements entre 1⁄24 et

1⁄26. Dansla zone de l’extrémité nord, lapoutre du pont s’élargit de ma -nière continue vers la culée Bel -faux, en fonction de la géométriede la route, alors que les porte-à-faux de la dalle de roulementrestent constants.Le tablier est précontraint dans lasection standard au moyen dequatre câbles de 27 torons Ø 0,6“(P0 = 5273 kN) et de deux câblesde 22 torons Ø 0,6‘‘ (P0 = 4297 kN).Dans la zone des sections plushautes et plus larges, cette pré-contrainte est complétée par jus-qu’à six unités complémentairesde 22 torons Ø 0,6‘‘ (P0 = 4297 kN).Pour des raisons de durabilité etde résistance à la fatigue, lescâbles ne sont pas tous couplésdans le même arrêt de bétonna-ge, au moins deux câbles passentà travers et sont ancrés dans l’éta-pe suivante. Aucun recouvrementdes unités de précontrainte a étéprévu au-dessus des piles ce quipermet de limiter la hauteur de lazone comprimée à l’état-limiteultime à une valeur garantissantun comportement ductile de lasection. Une précontrainte totale

Maître d’ouvrage/OwnerService des ponts et chaussées del’État de FribourgProjet et direction technique des travaux/Project and technical sitemanagementdsp Ingenieure + Planer AG,Greifensee/UsterSpataro Petoud Partner SA,BellinzonaArchitecte/ArchitectBalz Amrein/Architektur/Brückenbau,ZurichDirection locale des travaux/Local site managementIUB Engineering SA, GivisiezExécution des travaux/ContractorsRoutes Modernes SA, Fribourg (à partir de 2018: Antiglio SA,Fribourg)

Coûts (uniquement le pont)/Construction costs (bridge only)env. CHF 11,4 millions/approx. CHF 11.4 million

2,0%3,0%

Axe

pon

t

1,65Trottoir

1,50Bande cycl.

3,00Chaussée

3,00Chaussée

1,65Bande cycl.

75

3,30 4,20 3,30

625 1,95 625

75

5,40 5,40

50 10,80 50

26

48 48

1,20

26

3,201,

20

Fig. 4

Section standard sur le pilier avec appuis sphériques.Standard cross-section over support with spherical bearings.

P8P7CS

37,55 34,00 34,90 33,40 31,00 31,00 31,00 31,00 24,80

Culée Nord Culée Sud

P4 P5 P6P2P1 P3CN

Axe pont

P6P5 P7 P8 CSP4P1 P3P2CN288,65

580 m

37,55 34,00 34,90 33,40 31,00 31,00 31,00 31,00 24,80

Fig. 5

Coupe longitudinale et plan.Longitudinal section and ground plan.

123

with a depth of 0.48 m where thecantilevers connect to the web.For the largest spans over the rail-way tracks, the girder depth in -creases continuously from 1.20 mto a maximum of 1.50 m. Withthe exception of the southernend span, this produces slender-ness ratios between 1⁄24 and 1⁄26for the bridge girder. For thewidening of the superstructure atthe northern end of the bridge,the total width and web widthincrease by the same dimension,while the lengths of the cantile-vers remain constant.Post-tensioning of the standardcross-section is achieved with four27-strand tendons Ø 0.6” (P0 =5273 kN) and two 22-strand ten-dons Ø 0.6” (P0 = 4297 kN). In thearea of the deeper and widercross-sections, the post-tension ingis supplemented by up to six addi-tional 22-strand tendons Ø 0.6”(P0 = 4297 kN). In order to avoidpotential weak points with re -gard to durability and fatigue,not all tendons are coupled in thesame construction joint, that is, atleast two tendons are continuedand either anchored or coupledat the next concreting stage.Overlapping of the post-tension -ing tendons over the piers isavoid ed in order to limit the con-crete compression zone depth inthe ultimate limit state to adegree that ensures ductile load-bearing behaviour. Given that theselected cross-section and thetendon profiles result in relativelylarge positive secondary mo ments,full prestressing is nonethelessensured for permanent loads.

SubstructureWith the aim of creating a struc-ture that requires as little main-tenance as possible, as is the casewith the north abutment, thenorthernmost four piers werealso connected monolithically tothe superstructure, which also hasa favourable effect on the trans-fer of loads resulting from trainimpact. In addition, the well-known constructive problems thatarise from the use of bearingsand expansion joints for skewedbridge ends could be avoided,

pour les charges permanentes estcependant assurée grâce auxmoments secondaires positifsconsidérables qui se produisenten raison de la section et du tracéde la précontrainte.

InfrastructureDans l’objectif d’une constructionminimisant les besoins d’entre-tien, la culée nord et ses quatrepiles voisines ont été reliées demanière monolithique à la super-structure, ce qui en même tempsa un effet favorable sur la trans-mission des forces dues aux chocsde train. En plus, cette solution apermis d’éviter les problèmes con-structifs connus des appareilsd’appui et des joints de chausséedans les ponts sur appuis biais,comme par exemple les forces desoulèvement dans les angles aigusdes plaques ou les joints de dila-tation obliques par rapport àl’axe du pont, dont la durabilitéaurait en outre été affectée néga-

such as, for example, upliftingreaction forces in the acute cor-ners of the slabs, and expansionjoints aligned obliquely to thebridge axis. The durability of thelatter would have also beenimpacted here by its location inthe intersection area (significanthorizontal loads due to turningtrucks).Longitudinal expansion of thebridge is possible at the southernpiers and the southern abutment.In each case, two spherical bear -ings are used, one of which isdesigned for longitudinal move-ment and the other for move-ment in all directions. The use ofthe two bearings allows for thetransfer of torsional actions fromthe superstructure, as a result ofeccentric loads, at each pier. Thedimensions of the standard ellip-tical piers were determined basedon the minimum space requiredbetween the support points toavoid uplifting forces and the

30,90 (37,55) 34,00 34,90 33,40 31,00 31,00 31,00 31,00 24,80282,00 (288,65)

h=1,

20

h=1,

50

h=1,

46

h=1,

46

h=1,

20

h=1,

20

h=1,

20

h=1,

20

h=1,

20

h=1,

20

h=1,

20

CSP4 P5 P6 P7 P8P3P2P1CN

2x22ø0,6''

2x27ø0,6''

2x27ø0,6''

2x22ø0,6''

4x22ø0,6''

étape 1 = 37,40 étape 2 = 69,10 étape 3 = 63,90 étape 4 = 62,00 étape 5 = 49,60

Fig. 6

Concept de précontrainte.Post-tensioning concept.

Fig. 7

Franchissement des voies et culée intégrale nord.Track crossing as well as integral northern abutment.

124

tivement dans le cas présent parsa position dans la zone du carre-four (forte sollicitation due autrafic lourd bifurquant).L’appui du pont sur les piles sudet la culée sud est mobile dans lesens longitudinal avec chaque foisdeux appareils d’appui sphéri-ques, dont l’un permet les mouve-ments dans le sens longitudinaldu pont et l’autre est mobile danstoutes les directions. La dispositionde deux appareils d’appui permetla transmission des moments detorsion du tablier, dus à des char-ges excentriques, à chaque pile.L’écart minimum entre les appuis,nécessaire pour éviter des réac -tions d’appui négatives, ainsi quel’encombrement des appareilsd’appuis ont été déterminantspour les dimensions des pileselliptiques.La stabilité latérale de l’ensembledu pont est garantie par la culéeintégrale et les piliers reliés demanière monolithique à la super-structure dans la zone de l’extré-mité nord du pont. À cet effet, leniveau de la roche près de la sur-

dimensions of the spherical bear -ings.The integral abutment and thenorthern piers connected mono-lithically with the superstructureensure the horizontal bracing forthe entire structure. The bedrocklocated close to the surface allowed for very efficient founda-tions in this area.

FoundationsThe concrete wall of the integralabutment on the north end aswell as the northernmost pier arefounded using spread footings onthe molasse rock. Each of theremaining piers that are monoli -thically connected to the super-structure is set on three boredpiles Ø = 1.50 m which are posi-tioned in a single row transverseto the bridge axis in order tominimise restraints arising fromthe longitudinal movements ofthe superstructure.For the southern piers and abut-ment, pile footings with fourlarge bored piles Ø = 1.30 m wereused due to the movable supports

face dans cette zone a permis desfondations très performantes.

FondationsLa paroi en béton de la culée inté-grale au nord et la pile la plus aunord sont fondées sur semellessuperficielles dans la molasse. Lesautres piles, reliées de manièremonolithique à la superstructure,sont fondées dans la molasse àl’aide de trois pieux forés de dia-mètre 1,50 m ancrés dans laroche, disposés en une ligne dansla direction transversale des pilespour minimiser les sollicitationsdues aux déformations imposéespar les déplacements longitudi-naux de la superstructure.Pour les piles sud ainsi que pour laculée sud par contre, les fonda -tions ont été prévues avec quatrepieux de diamètre 1,30 m dispo-sés en rectangle, afin d’en assurerla stabilité, en présence d’appuismobiles.

Exécution des travauxLes deux piles proches des voiesainsi que leurs fondations ont été

Fig. 8

Vue de l’intrados du pont et des piliers.View of superstructure and piers from below.

Fig. 9

Bétonnage de la semelle sur pieux du pilier 3.Concreting of pile cap of pier 3.

125

of the superstructure, and inorder to ensure the stability ofthe substructure elements.

ConstructionBefore erecting the protectivetunnel for the works over the existing tracks, the two piers andassociated foundations adjacentto the tracks were constructedduring night work. The bridgesuperstructure was constructed infive stages starting from the mo -nolithic abutment in the north, sothat temporary stabilising mea -sures could be avoided. A concret -ing stage consisted of two spans,with the exception of the north -ern end span in the area of thewidening of the superstructure,which required its own castingstage due to the large volume ofconcrete.Due to the given geology, thefalse work of each span was sup-ported on either one or two tem-porary piers on pile foundations.For this purpose, wooden pileswere used, which enabled an eco-nomical and swift construction.Preparation works for the con-struction of the bridge began inthe autumn of 2016. All founda -tions and piers, the two abut-ments and all five superstructurestages were concreted in 2017.The finishing works with the edge

entièrement réalisées en travailde nuit avant la construction dutunnel de protection nécessairepour la réalisation du pont sur lesvoies existantes en service. La con-struction de la superstructure dupont s’est effectuée en cinq éta-pes à partir de la culée monolithi-que au nord afin de pouvoir re -noncer à des mesures temporairesde stabilisation. Une étape debétonnage comprenait à chaquefois deux portées, à l’exception dela travée de rive nord dans lazone d’élargissement qui a exigéune propre étape en raison de lacubature importante.En raison de la géologie, le cintrea été prévu avec un ou deuxappuis intermédiaires avec fonda-tion profonde par travée. Le choixde pieux battus en bois a à ceteffet permis un déroulement destravaux économique et en mêmetemps rapide.Les travaux préparatoires à laconstruction du pont ont com-mencé en automne 2016. Toutesles fondations et les piles, lesdeux culées ainsi que les cinq éta-pes de la superstructure ont étébétonnés en 2017. Les travaux definition avec les bordures, la réali-sation de l’étanchéité et du revê-tement ainsi que les constructionsroutières et les travaux d’aména-gement ont suivi en 2018.

beams, surfacing and the applica-tion of waterproofing, as well asadjustments to the road and land-scaping followed in 2018.

Auteurs/Authors

Samuel HörmannMSc ETH Bau-Ing. dsp Ingenieure + Planer AGCH-8610 Ustersamuel.hoermann@dsp.ch

Martin BimschasDr. sc. ETH, ing. civil dipl.dsp Ingenieure + Planer AGCH-8610 Ustermartin.bimschas@dsp.ch

Balz AmreinArchitecte dipl. ETH/SIAIng. en électricité dipl. ETH/SIABalz Amrein/Architektur/BrückenbauCH-8005 Zurichmail@balzamrein.ch

Walter KaufmannProf. Dr. sc. techn., ing. civil dipl. ETHETH ZurichCH-8093 Zurichkaufmann@ibk.baug.ethz.ch

Beat MeierIng. civil dipl. ETHdsp Ingenieure + Planer AGCH-8610 Usterbeat.meier@dsp.ch

Raoul SpataroIng. civil dipl. ETHSpataro Petoud Partner SACH-6500 Bellinzonaspataro@ingegnerispp.ch

Fig. 10

Vue aérienne en état de construction.Aerial view during construction.