PFE soutenu en 2011 NEISIUS-Arnaud 1/4

P R O J E T D E D I M E N S I O N N E M E N T D U P O N T D U V A L D ’ A R V E - P O N T F E R R O V I A I R E M E T A L L I Q U E P O U S S E

Société d’accueil : MARTI Construction SA

PFE présenté par : NEISIUS Arnaud

Tuteur industriel : Celdric BARRAN

Enseignant superviseur : Bertrand GUYVARC’H

1. Résumé J’ai réalisé mon PFE au sein de Marti Construction SA, l’un des leaders de la construction en Suisse. Mon sujet porte sur l’étude du Pont du Val d’Arve : pont ferroviaire métallique de 86m de long, poussé en trois étapes et possédant donc trois étapes de construction.

Mon travail a consisté à établir les plans d’installation de chantier mais aussi tous les plans détaillant les structures des ouvrages et le phasage des travaux, à l’aide du logiciel AutoCAD. Puis, j’ai prédimensionné les ouvrages sous la responsabilité de Marti, à savoir les différentes culées, piles, matériel de poussage et plateforme métallique. Ce dimensionnement s’est effectué à l’aide du logiciel Scia Engineer. Il a consisté tout d’abord en la modélisation des structures (dimensions, matériaux, appuis, chargements), puis en l’analyse des résultats, conformément aux normes Suisse SIA, afin de les dimensionner. 2. Présentation du PFE 2.1. Objectifs et Problématique

Mon travail sur ce projet est celui d'un ingénieur méthode, à savoir réaliser les plans d'installations, de structure et de phasage des travaux, ainsi que le dimensionnement des différentes piles, culées et de l'avant bec du pont permettant de réaliser le poussage.

Le dimensionnement est effectué par une modélisation sur un logiciel de calcul aux éléments finis, SCIA Engineer, et par l’établissement de notes de calcul manuelles. Quand aux plans, ils sont réalisés grâce au logiciel de dessin AutoCAD.

lPour Marti Construction SA, l’objectif est de démarrer une étude approfondie sur ce sujet. En effet le projet, déjà étudié lors de l’appel d’offres, n’est pas assez abouti pour envisager les travaux. De plus, au moment de mon arrivée dans l’entreprise, des recours étaient déposés et aucune date de début des travaux n’avait été fixée. Ainsi, personne du bureau des méthodes n’avait réellement pris le sujet en main. Ce délai supplémentaire a permis à l’entreprise de disposer de plus de temps que pour un autre projet et de former un collaborateur en parallèle

2.2. Le projet CEVA

Le projet CEVA est la création d'une ligne ferroviaire joignant Genève et Annemasse, ville

frontalière française située à l’Est de Genève. La ligne ferroviaire dans son intégralité contournera Genève, en traversant plusieurs communes.

A l’échelle de l’agglomération, le projet CEVA, en raccordant les réseaux suisses et français, renforcera l’attractivité de Genève et améliorera substantiellement l’accessibilité des habitants des pôles du bassin. A l’échelle de la grande agglomération de Genève, le projet CEVA sera un vecteur de développement.

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2.3. Le pont du Val d'Arve La ligne est découpée

en plusieurs lots, séparant les différents ouvrages à réaliser. Mon sujet de PFE porte sur le lot 24.22, concernant le Pont du Val d’Arve. Il s'agit d'un marché de travaux entièrement financé par le canton de Genève et les CFF pour un montant de 13 millions CHF. Ce marché comprend les installations de chantier, la réalisation d'un pont provisoire permettant de franchir l'Arve (affluent du

Rhône) durant les travaux et du pont définitif ferroviaire.

Le pont du Val d’Arve est un pont ferroviaire en treillis Warren sur lequel sont coulés deux

dalles béton, une au niveau de la poutre supérieure, pour l’esthétisme de l’ouvrage et pour diminuer le bruit des trains, et une au niveau de la poutre inférieure afin de créer une surface plane pour le surbéton dans lequel sont ancrés les rails. Le pont est poussé, et deux piles provisoires sont implantées dans l’Arve afin d'assurer sa stabilité lors du poussage.

Le dossier de soumission prévoyait de pousser le treillis métallique en une étape et de couler les dalles béton une fois le pont en position finale, appuyé sur les deux culées. Une seule pile provisoire était implantée dans l’Arve.

Le consortium GTC a proposé une variante, à savoir pousser le pont en trois étapes et couler les dalles béton avant le poussage à l'avancement de la construction métallique. De plus, deux piles provisoires seraient implantées dans l’Arve. Cette variante fut retenue par la DT pour les phases de construction.

Préalablement à la réalisation du pont définitif, un pont provisoire, dit pont militaire, est

construit. Celui-ci servira à deux travaux différents : le premier est la construction de la culée Champel du pont définitif ; le deuxième est la construction du portail du tunnel. Pour ce dernier, une plateforme est réalisée sur la berge de l’Arve, permettant d’assurer une zone de travaux optimale. Cette plateforme rentre en conflit avec la dernière étape de poussage : l’altitude de la sous-face de l’avant bec étant initialement inférieure à l’altitude de la plateforme.

3. Dimensionnement 3.1. Modélisation

Le dimensionnement du pont définitif est à la charge du bureau d'ingénieur. L'entrepreneur doit quand à lui dimensionner les culées, piles provisoires, le système de poussage et l'avant bec. Ce dimensionnement commence par la modélisation de la structure du pont et de l'avant bec afin de connaître les charges dimensionnantes des ouvrages cités ci-dessus. J'ai effectué les modélisations sous le logiciel Scia Engineer.

La structure métallique du pont a été

dimensionnée à partir des plans du bureau d'ingénieur. Chaque caisson, pièces de pont ou profilés est référencé dans la base de donné du logiciel. Toutes les liaisons sont considérées comme des encastrements. La structure ainsi modélisée a été rapproché de celle faite par le bureau d'ingénieur afin de la valider. Ils m'ont transmis un résultat pour une certaine position et j'ai effectué les modifications nécessaires pour trouver ce même résultat. Une fois la valeur retrouvé, j'étais assuré de la validité de mon modèle ainsi que des résultats que j'allais obtenir.

Lot 24.22 Pont du Val d’Arve

Figure 1 - Situation générale cu projet CEVA

Figure 2 - Modélisation du pont définitif

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L'avant bec a été dimensionné à partir du prédimensionnement réalisé par le directeur du consortium. Les liaisons sont réalisées par boulonnage et soudage mais je les ai modélisés par des liaisons encastrement; l'analyse des efforts montrant que cela n'a pas de conséquences majeures. J'ai ensuite modélisé les piles provisoires du pont. A l'aide des forces appliquées en tête, déterminées par la modélisation du pont et de l'avant bec, j'ai pu analyser leur comportement et les dimensionner. Plusieurs variantes de construction existantes, il en est ressorti plusieurs modélisations. Afin de pouvoir appréhender le comportement des ouvrages durant toutes les phases du poussage, il m'a fallut représenter les appuis dans leurs différentes positions. Classiquement il aurait fallut créer un fichier par phase d'appui. Or cette technique est le meilleur moyen de faire des erreurs ou des oublis lors de mises à jour ou de modifications. La méthode que j'ai mis en place afin de pouvoir travailler sur un seul fichier, est de créer différents calques que j'active ou désactive à souhait afin d'analyser la structure dans une phase de poussage particulière. Un des calques correspondra aux appuis lorsque le pont s'appui sur la première culée et la première pile (figure 2); un autre comprendra la structure du pont lors de la première phase de construction; un dernier enfin correspondra à l'avant bec.

3.2. Analyse des résultats Après avoir renseigné le logiciel des chargements à appliquer aux différentes structures, celui ci permet d'obtenir les réactions d'appui et les efforts internes. La première modélisation me permet d'obtenir les réactions d'appuis, ce qui correspond aux efforts que les piles provisoires et les culées du pont définitif doivent supporter. L'analyse des différentes positions me permet d'obtenir la valeur de la réaction maximale pour chaque pile et culée. Le modèle permet de plus d'obtenir les efforts internes dans l'avant bec. Ainsi, un dimensionnement selon les normes Suisses SIA peut être réalisé à la main. La dernière ligne du tableau 1 informe sur les contraintes à l'intérieur de cet avant bec. En fonction de l'acier utilisé, cette valeur ne doit pas dépasser la résistance ultime de l'acier.

Tableau 1 - Résultats de la modélisation

La réaction maximale au niveau des piles provisoires m'a permis de déterminer le chargement du modèle. Le logiciel m'a permis d’obtenir les efforts internes, puis un calcul manuel à finalisé le dimensionnement.

Figure 3 - Modélisation de la pile provisoire bois

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3.3. Réalisation de plans A la suite des dimensionnements ainsi que de la détermination des structures de chaque ouvrage, j'ai réalisé les plans afin de pouvoir présenter mes résultats au directeur du consortium. Mais plus que cela, ces plans ont permis de discuter sur de nouvelles solutions technologiques pour les structures et sur le phasage de réalisation des ouvrages. De même, afin de présenter le phasage de réalisation de la variante Marti, j'ai dessiné le poussage sous ces différentes étapes de construction et de poussage. Ces plans ont servis à la détermination de l'emplacement des différents appuis lors de chaque phase, ce qui m’a permis de les modéliser correctement.

Outre les plans de structures, j'ai aussi réalisé les plans d'installation de chantier. Les plans, car le projet en compte 3. Le premier concerne la réalisation du pont provisoire. Le deuxième concerne le côtoiement entre les travaux du pont du val d'Arve et les travaux du tunnel qui est construit à la suite de cet ouvragel. Enfin le troisième concerne la réalisation de la dernière culée et le poussage du pont.. 4. Conclusion Aucune date de début des travaux n'a pour l'instant été arrêté. Ce qui implique que mes plans restent provisoires, et ne sont pas transformés en plan d’exécution. Néanmoins, les résultats que j’ai pu obtenir lors de mon travail, restent valables et les prédimensionnements réalisés pour les différents ouvrages, posent une base solide permettant à l’entreprise d’envisager plus précisément les travaux et de se projeter financièrement dans l’avenir. Ce PFE fut pour moi une expérience très enrichissante. Tout d’abord de part l’utilisation du logiciel de dessin AutoCAD, l’un de mes objectifs de PFE étant d’acquérir une formation complémentaire sur ce logiciel. L’expérience des personnes travaillant au bureau des méthodes m’a permis de mieux connaître le logiciel, mais aussi de gagner en rapidité de dessin et en qualité de rendus. De plus, dimensionner un ouvrage tel que le Pont du Val d’Arve, permet de travailler sur beaucoup de sujet en même temps, tel que la résistance des matériaux, les techniques de construction, les analyses financières. J’ai acquis ainsi une capacité de réflexion et d’anticipation. Mais plus que cela, dimensionner un ouvrage, permet d’apprendre le comportement des différents matériaux et permet de se forger un esprit critique nécessaire à l’analyse de résultats brut.