Pfe - Rapport pfe étude

Projet de Fin d’Etudes Spécialité Génie Civil

Auteur : NEISIUS Arnaud INSA Strasbourg, Spécialité Génie civil Tuteur Entreprise : BARRAN Celdric Responsable Méthodes, Marti Construction SA, Genève Tuteur INSA Strasbourg : GUYVARC’H Bertrand Professeur Agrégé de Génie Civil

Résumé Ce rapport présente mon travail lors de mon Projet de Fin d’Etudes. Celui-ci porte sur l’étude et le dimensionnement du pont du Val d’Arve, pont ferroviaire faisant partie de la future ligne RER Genève-Annemasse. Je réalise mon PFE à Genève en Suisse, au sein de Marti construction SA, un des leaders de la construction en Suisse. Une présentation de cette entreprise débute ce rapport. Je débute ce rapport par une présentation de l’entreprise, puis du chantier sur lequel porte mon PFE et une situation générale du projet avant d’aborder les travaux à réaliser. Mon travail personnel est présenté dans une troisième partie. J’ai réalisé des plans d’installations et de méthodologie de réalisation des travaux ainsi que le dimensionnement des différentes constructions constituant le projet. J’ai de plus réalisé une modélisation de la structure métallique du pont qui est présenté tant dans son utilité que dans la manière de la construire. Tout au long du rapport, les logiciels et techniques utilisés sont présentés afin que le lecteur puisse comprendre les outils utilisés pour arriver aux résultats présentés.

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Sommaire RÉSUMÉ ........................................................................................................................................................... 2 NOMENCLATURE .............................................................................................................................................. 5 INTRODUCTION ................................................................................................................................................ 6 PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIF DU SUJET DE PFE .............................................................................................. 7

1.

PRÉSENTATION DU GROUPE MARTI ........................................................................................................ 8 1.1. MARTI HOLDING AG ................................................................................................................................. 8 1.1.1. Historique et développement de l’entreprise .................................................................................. 8 1.1.2. Organisation du groupe Marti en Suisse ......................................................................................... 9 1.1.3. Compétences et domaines d’activités ........................................................................................... 10 1.2. IMPLANTATION DES ENTREPRISES MARTI ..................................................................................................... 11 1.2.1. Dans le monde ............................................................................................................................... 11 1.2.2. En Europe ...................................................................................................................................... 12 1.2.3. En Suisse ........................................................................................................................................ 12 2.1. MARTI CONSTRUCTION SA ....................................................................................................................... 13 1.2.4. Les entreprises de l’Arc Lémanique ............................................................................................... 13 1.2.5. Organigramme de Marti Genève .................................................................................................. 14

2.

PRÉSENTATION DU CHANTIER ............................................................................................................... 15 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.

CONTEXTE GÉNÉRAL................................................................................................................................. 15 SITUATION GÉNÉRALE ET OBJECTIFS DU PROJET CEVA .................................................................................... 15 ORGANIGRAMME .................................................................................................................................... 17 PRÉSENTATION DE L'OUVRAGE ................................................................................................................... 18

3. TRAVAUX À RÉALISER ................................................................................................................................. 20 3.1. INSTALLATION DE CHANTIER ...................................................................................................................... 20 3.1.1. Matériel et zone nécessaire aux travaux ....................................................................................... 20 3.1.2. Installations Marti Tunnel ............................................................................................................. 20 3.1.3. Problématique ............................................................................................................................... 21 3.2. PONT PROVISOIRE ................................................................................................................................... 22 3.2.1. Utilité ............................................................................................................................................. 22 3.2.2. Implantation .................................................................................................................................. 22 3.2.3. Structure ........................................................................................................................................ 23 3.2.3.1. Structure métallique ................................................................................................................. 23 3.2.3.2. Culées et piles provisoires ......................................................................................................... 23 3.2.4. Phases de construction .................................................................................................................. 24 3.3. PONT DÉFINITIF ...................................................................................................................................... 24 3.3.1. Implantation .................................................................................................................................. 24 3.3.2. Structure ........................................................................................................................................ 25 3.3.2.1. Structure du pont ...................................................................................................................... 25 3.3.2.2. Structure des culées .................................................................................................................. 25 3.3.2.3. Structures des piles provisoires ................................................................................................. 25 3.3.3. Phases de construction .................................................................................................................. 25

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4. DIMENSIONNEMENT .................................................................................................................................. 27 4.1. PRÉSENTATION DU LOGICIEL DE MODÉLISATION SCIA ENGINEER........................................................................ 27 4.2. MODÉLISATION DE LA STRUCTURE .............................................................................................................. 27 4.2.1. Le pont ........................................................................................................................................... 28 4.2.2. L'avant bec .................................................................................................................................... 28 4.2.3. Les appuis ...................................................................................................................................... 29 4.2.4. Positions lors du poussage ............................................................................................................ 29 4.2.5. Chargement ................................................................................................................................... 30 4.3. CONTRÔLE ET VALIDATION DU MODÈLE........................................................................................................ 30 4.4. DIMENSIONNEMENT DE L’AVANT BEC .......................................................................................................... 31 4.4.1. Prédimensionnement .................................................................................................................... 31 4.4.2. Note de calcul ................................................................................................................................ 31 4.4.3. Assemblages .................................................................................................................................. 32 4.5. RÉACTIONS D’APPUIS ............................................................................................................................... 32 4.6. FORCE DE POUSSAGE ............................................................................................................................... 33 4.7. PRÉDIMENSIONNEMENT DES PILES PROVISOIRES ............................................................................................ 34 4.7.1. Différentes solutions ...................................................................................................................... 34 4.7.2. Prédimensionnement .................................................................................................................... 34 4.7.2.1. Modélisation ............................................................................................................................. 34 4.7.2.2. Prédimenssionnement des piles................................................................................................ 34 4.7.2.3. Prédimenssionement des appuis .............................................................................................. 35 4.7.3. Résultats ........................................................................................................................................ 35

CONCLUSION .................................................................................................................................................. 37

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Nomenclature BE CEVA CFF CHF DT EG ELS ELU GE M N PFE PIC SIA V VD

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Canton de Bern Cornavin – Eaux-Vives - Annemasse Chemin de Fer Fédéraux Franc suisse Direction Technique Entreprise Générale Etat Limite de Service Etat Limite Ultime Canton de Genève Moment fléchissant Effort Normal Projet de Fin d'Etudes Plan d'Installation de Chantier Société suisse des Ingénieurs et Architectes Effort Tranchant Canton de Vaud

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Introduction Mon premier stage, concernant la réalisation d’une route et la création d’un pont à poutrelles enrobées m’a permis d’avoir une première expérience dans les travaux et dans la méthodologie de réalisation d’un pont. Mon second stage effectué dans la rénovation dans le bâtiment m’a permis de voir une autre branche de Génie Civil. A la suite de ces deux expériences, j’étais plus attiré par les grands projets. Or pour une carrière dans ce milieu, une expérience technique diversifiée est nécessaire. Marti Construction SA, grand groupe de construction suisse, effectuant des travaux très diversifiés, m’a proposé d’intégrer leur bureau des méthodes pour réaliser mon PFE. Ce PFE me permettait d’être au sein d’un grand groupe, pouvant participer à l’élaboration de grands projets, tout en me fondant une forte expérience en technique De plus, cette entreprise s’agrandit quotidiennement, les opportunités de carrière et d’évolution y sont grandes. On ne peut choisir un PFE sans prendre en compte cet aspect et le groupe Marti a répondu à mes attentes concernant le futur. La Suisse m’a attiré par sa proximité avec la France. Même si ce pays ne fait pas partie de l’Union Européenne, les échanges entre les pays de l’UE et la Suisse sont fréquents. De plus l’économie du pays est très favorable à un début de carrière. Le sujet que Marti m’a proposé consiste à étudier le Pont du Val d’Arve, pont métallique ferroviaire poussé, comportant une travée de 80 m. Le travail à effectuer varie du dessin de plan d’installation jusqu’au dimensionnement des guides latéraux servant au poussage en passant par la modélisation de la structure de pont.

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Problématique et Objectif du sujet de PFE Mon sujet de Projet de Fin d'Etudes concerne un pont ferroviaire permettant à la future ligne RER reliant Genève à Annemasse de franchir l'Arve, affluent du Rhône. 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 le pousser. 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. Pour 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 En acceptant ce sujet de PFE, j’ai l’opportunité de travailler au sein de Marti Construction SA, entreprise présente dans tous les milieux du BTP. Ce PFE me permets de me forger une expérience sur les différents types de travaux qu'une entreprise de cette taille peut effectuer aujourd'hui. N'ayant effectué jusqu'à aujourd'hui que des stages en travaux, j'attends de ce PFE de découvrir le travail d'un ingénieur méthodeainsi qu' une formation complémentaire au logiciel de dessin AutoCAD. De plus, un ingénieur méthode devant être capable de dimensionner et de concevoir des solutions innovantes, adaptées aux travaux et économiques. J'aimerais augmenter mes capacités à mener ce genre de réflexion.

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1.

Présentation du groupe MARTI

1.1.

Marti Holding AG

La société Marti Holding AG, dont le siège est à Schönbühl, en Suisse Alémanique, est une société familiale en action qui fut crée en 1922. Marti Holding regroupe plus de 60 entreprises indépendantes reparties dans toute la Suisse mais aussi en Europe et en Asie. Avec plus de 80 ans d’expérience, les entreprises du groupe, généralistes ou spécialisés, présentent une large palette de compétences. Aujourd’hui le groupe Marti est considéré comme l’un des leaders de la construction en Suisse et le leader du creusement de tunnel. C’est une entreprise capable de réaliser de manière sûre et efficace des projets de construction en Suisse et à l’étranger.

1.1.1. Historique et développement de l’entreprise L’historique de cette entreprise, née il y a bientôt 100ans, montre à travers des dates clés sa progressive montée en puissance, pour arriver aujourd’hui au groupe qu’est Marti. 1922 : Alfred Marti senior fonde une entreprise de Génie Civil à Bern (BE). 1928 : Premier pas au-delà du canton d’origine. Fondation d’une nouvelle entreprise 1929 : Alfred Marti achète la première installation mobile de production d’enrobés bitumineux. Il acquiert alors un avantage décisif sur le marché grandissant de la construction de routes. 1934 : Alfred Marti junior entre dans l’entreprise. 1943 : La première trancheuse mécanique est mise en fonction. Cet engin de conception accélère considérablement les travaux de correction d’un cours d’eau dans le Seeland bernois. 1947 : En Suisse, le moteur du premier Bulldozer ronfle sous l’enseigne de Marti. Il a été acquis aux Etats-Unis.

Figure 1 – Mécanisation des travaux avec le premier bulldozer à travailler en Suisse

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1958 : Un développement tempétueux débute après l’acceptation par le peuple Suisse de la loi fédérale sur la construction des autoroutes. Il saisit également la maison Marti et lui assure une occupation intensive pendant une décennie. Des ouvrages colossaux sont mis en construction. 1959 : Marti SA s’installe dans un nouveau bâtiment administratif à la Freiburgstrasse à Berne, aujourd’hui siège de Marti Holding SA. 1962 : Développement du groupe autour de l’Arc Lémanique avec la création de « Génie civil et Fondation SA ». Rapidement, elle acquiert une excellente renommée, entre autre dans les travaux de pousse-tube, de rabattement de nappe et de protection de fouilles de toute catégorie. 1966 : Les ateliers et magasins à Moosseedorf sont inaugurés. Les investissements dans les machines de construction, bâtiments de service et administratif atteignent plusieurs millions de francs. 1968 : Marti SA se diversifie dans la construction d’habitats. C’est l’année de fondation du siège de Zurich. 1976 : La division des travaux à l’étranger est inscrite au registre du commerce. A cette date, le groupe Marti est officiellement présent à l’étranger. 1984 : Rudolf Marti, représentant de la troisième génération, prend la direction générale des entreprises. L’éventail des activités de Marti SA prend une envergure exceptionnelle dans le cadre des entreprises de construction suisses. 2011 : Le groupe Marti opère depuis presque 90 ans sur le territoire Suisse. L'entreprise bernoise possède 60 sociétés. Toutes liées à la construction, elles emploient plus de 4000 collaborateurs, et sont en constant développement.

1.1.2. Organisation du groupe Marti en Suisse Voici l'organigramme résumant l’organisation du groupe Marti en Suisse, il est développé jusqu’à l’apparition de Marti Construction SA, succursale de Genève où j’ai effectué mon stage.

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Figure 2 – Organisation du groupe Marti en Suisse

1.1.3. Compétences et domaines d’activités Grâce à ses multiples entreprises, son expérience et son savoir-faire, le groupe Marti possède une large gamme de compétences à travers toute la Suisse.  Construction de tunnel Grâce à son expérience, acquise sur plusieurs décennies le groupe couvre tous les domaines de la construction conventionnelle et mécanique de tunnels. Marti dispose de ses propres tunneliers dont le diamètre de forage peut atteindre 12 mètres, de ses installations de production de voussoir et d’une large palette de matériels spécifiques ce qui leur permet de réaliser, avec un maximum de professionnalisme et d’efficacité, des projets de tunnels de toutes dimensions.  Travaux spéciaux du génie civil Grâce à des technologies ultramodernes, les spécialistes du groupe maîtrisent les conditions géologiques et hydrologiques les plus délicates. En matière de fouilles complexes, de systèmes optimisés de fondations profondes et de technique de stabilisation des sols, le groupe propose des solutions optimales en termes de prix, de qualité et de délais.  Construction des bâtiments Le groupe construit des bâtiments haut de gamme, destinés à abriter des locaux d’habitation, commerciaux et industriels, ainsi que des projets spéciaux, pour le compte d’entrepreneurs

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généraux ou de maîtres d’ouvrages. Les équipes du bâtiment disposent d’une vaste expérience dans le domaine de la construction en béton et maçonnerie de parement de haute qualité.  Génie civil Le génie civil fait parti des compétences principales du groupe Marti depuis sa fondation. De l’excavation aux fondations les plus diverses, aux modelages des terrains et aux réalisations de tracés ferroviaires, en passant par la construction de fossés et de canalisations, la rectification et l’aménagement de cours d’eau.  Construction de routes La construction de routes est l'une des principales branches des entreprises Marti. De la réalisation de tracés à la pose du revêtement jusqu’à la mise en place de parapets, de systèmes de drainage et de murs antibruit, les entreprises du groupe offrent un service complet, compétent et expérimenté.  Assainissement, protections d’ouvrage, remise en état Grâce à leur expérience et leur savoir-faire, les entreprises Marti sont capables de rénover efficacement tout type de construction, conformément au modèle historique.  Traitement et gestion des matériaux Le groupe Marti possède des installations complètes dans l’ensemble du domaine de traitement des matériaux. Les compétences spéciales acquises dans les gravières, carrières et chantiers de construction de tunnels garantissent le bon fonctionnement et la qualité des installations de traitement des matériaux.  Travaux lacustres Active depuis 20 ans dans ce secteur, Marti se distingue grâce à ses prestations de pointe. Les installations et l’inventaire spécialisé sont entreposés dans un dépôt à Arch, en Suisse Alémanique, qvec accès direct aux voies fluviales permettant de desservir idéalement les chantiers sur l’ensemble du territoire Suisse.  Technique de convoyage Marti Technique SA conçoit, fabrique, installe et exploite des installations spéciales de préparation, de transport, de transbordement et d’infrastructure.  Construction d’ouvrages d’art Le groupe Marti possède une vaste expérience dans le domaine de la fabrication et de la mise en œuvre d’ouvrages d’art, y compris de béton hautes-performances.

1.2. Implantation des entreprises Marti 1.2.1. Dans le monde Le groupe Marti est présent aujourd’hui en Europe et en Asie. C’est notamment dans les domaines du tunnel et du convoyage que le groupe est reconnu.

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1.2.2. En Europe Le groupe Marti est présent dans plusieurs pays européens. Les entreprises à travers l’Europe se concentrent sur des activités de génie civil, essentiellement sur la construction de tunnel et des travaux spéciaux d’infrastructure. Le creusement conventionnel et mécanique de tunnel fait la puissance et la reconnaissance de Marti à travers l’Europe.

Figure 3 – Implantation des entreprises Marti en Europe

1.2.3. En Suisse Le groupe Marti est présent dans toute la Suisse où il est considéré comme un des leaders de la construction. Il est connu pour ses compétences dans le domaine des travaux spéciaux et surtout dans les travaux souterrains. En effet, aujourd’hui, le groupe est considéré comme le numéro 1 du creusement de tunnel dans le pays.

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Figure 4 – Implantation des entreprises Marti en Suisse

2.1.

Marti Construction SA

1.2.4. Les entreprises de l’Arc Lémanique Marti compte quatre filiales sur le pourtour du lac Léman : Marti Genève SA et Gini SA basées à Meyrin, proche de Genève ; Marti Lausanne SA et Cuénod&Payot SA, basées à Lausanne. Entreprise connaissant une faible activité sur le pourtour lémanique il y a encore quelques années, Le groupe Marti se positionne aujourd’hui comme une entreprise motrice et concurrence les grandes entreprises de la Suisse Romande. Au 1er Janvier 2010, elles ont fusionnées sous le nom de Marti Construction SA dont les sièges sont implantés à Genève, Lausanne et Morges.

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1.2.5. Organigramme de Marti Genève

Figure 5 – Organigramme de Marti Construction Genève

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2. Présentation du chantier 2.1. Contexte général Comme les autres agglomérations suisses, Genève est confrontée à une croissance continue de sa démographie et de la mobilité L’influence de l’agglomération genevoise s’étend bien au-delà du canton de Genève vers le canton de Vaud et Lausanne, le pays de Gex d’une part et la Haute Savoie d’autre part : c’est le bassin transfrontalier franco-valdo-genevois. Plus d’un million d’habitants vit dans le bassin frontalier d’environ 40 km de rayon. Celui-ci s’étend sur deux cantons suisses et deux départements français et compte également 500 000 emplois. Du point de vue de l’économie, de la formation, des loisirs, de la culture et de l’environnement, ce territoire forme un ensemble toujours plus solidaire au sein duquel les gens vivent et se Figure 6 – Situation géographique de Genève déplacent. Les perspectives de développement à l’horizon 2020, sur le plan démographique et de la mobilité, mettent en évidence un accroissement des déplacements de plus de 40%. Dans ce contexte, la pertinence d’une infrastructure telle qu’une ligne ferroviaire joignant Genève et Annemasse, ville frontalière française située à l’Est de Genève, est indéniable. De là naît le projet CEVA.

2.2. Situation générale et objectifs du projet CEVA La ligne ferroviaire dans son intégralité contournera Genève, en traversant plusieurs communes, comme le montre la figure 7. 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. Trois gares sont prévues le long du tracé : deux du côté suisse et une du côté français. Le trafic attendu sur cette ligne a été estimé à 20 000 déplacements par jour à la mise en service et à 30 000 déplacements par jour à l’horizon 2020. Un trafic équivalent aux autres lignes de RER Suisse. Le coût global du projet CEVA s’élève à 941 millions CHF, partagé entre le canton de Genève, les Chemins de Fer Fédéraux (CFF) et les autorités françaises.

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Lot 24.22 Pont du Val d’Arve Figure 7 – Situation générale du projet CEVA

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2.3. Organigramme Le début des travaux n’étant pas encore arrêté, l’organigramme présenté est provisoire au niveau du personnel de l’entreprise. Le lot 24.22 concernant la réalisation du Pont du Val d’Arve a été adjugé au groupement de 8 entreprises, à savoir Marti Genève SA, Piasio SA, Colas SA, JPf Construction SA, D’Orlando SA, Maulini SA, Construction Perret SA et Frutiger SA, regroupées sous le nom du consortium GTC.

Figure 8 – Organigramme du chantier

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2.4. Présentation de l'ouvrage 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. il 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. La conception des ouvrages est réalisée par le bureau d'ingénieur SDI en charge de l'affaire. L'entrepreneur doit concevoir les ouvrages de la variante qu’il propose, s’ensuit une vérification par le bureau d’ingénieur. Le lot 24.22 est encadré par d’autres ouvrages qui sont présentés ci-après de manière à bien appréhender les contraintes pour nos travaux (voir figure 8). En amont du pont, deux tranchées seront réalisées, la première couverte, la deuxième vitrée. En aval du pont, sera creusé un tunnel. La réalisation de cet ouvrage contraindra les travaux du pont. En effet, la culée du côté de la commune de Champel, au Nord sur ma figure 8, nommée « culée champel », se trouve au pied d’une falaise, dans laquelle est percé sera ce tunnel (voir annexe 6). Une plateforme de travail devra être créée devant le portail du tunnel afin d’installer le matériel pour les travaux (voir annexe 2, 3 et 4). On peut alors comprendre que les travaux de la culée Champel et du portail du tunnel vont se gêner. En effet, les travaux du tunnel débuteront avant la fin du poussage du pont. Il est donc nécessaire de coordonner ces travaux, réalisés par deux entreprises différentes. Le pont du Val d’Arve est un pont ferroviaire en treillis Warren sur lequel seront coulées deux dalles béton, une au niveau de la poutre supérieure, pour l’esthétisme de l’ouvrage et diminuer le bruit des trains, et une au niveau de la poutre inférieure afin de créer une surface plane pour le surbéton dans lequel seront ancrés les rails. Le pont sera poussé, et deux piles provisoires seront 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 avec une seule pile provisoire implantée dans l’Arve. Le consortium GTC (voir paragraphe 2.3) 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 a été retenue par la DT pour les phases de construction. Préalablement à la réalisation du pont définitif, un pont provisoire, dit pont militaire, sera 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 sera réalisée sur la berge de l’Arve, permettant d’assurer une zone de 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.

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Figure 9 – Situation du chantier

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3. Travaux à réaliser 3.1. Installation de chantier 3.1.1. Matériel et zone nécessaire aux travaux Pousser un pont nécessite d’avoir une zone en amont de l’ouvrage et dans la continuité de l’axe du pont libre de tout matériel et de tout container. Dans cette zone se trouveront les ateliers de construction métallique et de bétonnage (voir annexe 4). Lors du poussage le pont sera déjà contreflèché, de manière à contenir les charges d’exploitation dues au passage des trains. La zone de poussage devra donc suivre cet arc, afin que la contreflèche du pont ne rentre pas en conflit avec la surface du terrain naturel. Une excavation du terrain sera donc nécessaire ainsi qu’une uniformisation du fond de fouille, réalisée avec un béton maigre d’une épaisseur de 10 cm. Suite au rapport géotechnique de la zone, nous savons que le terrain présent en sous sol a une très bonne portance, il ne sera donc pas nécessaire de créer des fondations profondes. Mais, des appuis doivent être prévus dans cette zone, tout d’abord pour permettre d’accéder sous le treillis pour les opérations de soudures, de traitement et de peinture, mais aussi de pousser le pont en créant des appuis de glissement. Ces appuis seront créés par des plots béton et des rouleaux acier, installés régulièrement. Les matériels et containers nécessaires au bon déroulement des travaux seront installés en fonction de la place restante sur la surface de terrain définit par la DT pour les installations du pont du Val d’Arve.

3.1.2. Installations Marti Tunnel Suivant l'explication donnée lors de la présentation du chantier (paragraphe 2.3), en aval du pont sera réalisé un tunnel par Marti Tunnel. L'aménagement actuel du terrain contraint de réunir toutes les installations sur la rive Carouge. Ainsi, les installations du tunnel et du pont se côtoieront. Lorsque j’ai pris le projet en main, les discussions entre les différentes entités et M. Christian Maillet, directeur du consortium GTC pour le pont du Val d’Arve, concernant les emplacements de ces installations commençaient. Le but de ces réunions est d’harmoniser les zones d’installations des deux entreprises, afin de réduire le matériel utilisé par chacune. Le tunnel étant réalisé par Marti tunnel, une entreprise du groupe Marti, les prises de contact sont plus aisées qu’avec une autre entreprise Ainsi, il en est ressorti qu’un partage des baraquements de chantier peut être envisagé (dortoirs et baraques techniques), ainsi que des espaces de nettoyage d’engins et la centrale à béton. Mon travail principal pour les installations de chantier a été de réaliser les plans. Les discussions se déroulent entre M. Maillet, les responsables du projet chez Marti tunnel et la direction technique du chantier. Je n'ai eu qu'à retranscrire les idées et les compromis évoquées lors de ces séances. Cela m'a permis de mettre en évidence certaines des erreurs et contraintes. Mon travail a donc été nécessaire et utile pour l'avancement de la préparation du projet. De plus, étant au

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bureau des méthodes, j'ai dimensionné le matériel qu'il a été décidé d'utiliser ou les petits ouvrages à construire pour réaliser les travaux.

Figure 10 – Installation de chantier avant prise de contact avec Marti Tunnel

Figure 11 – Installation de chantier après prise de contact avec Marti Tunnel

3.1.3. Problématique Les premières discussions mettaient en avant que les dortoirs se situaient dans une zone trop bruyante. Aujourd’hui, 3 variantes ont été dessinées par Marti tunnel essayant de prendre en compte cette volonté d’harmonisation. L’implantation exacte des installations ainsi que des zones de stockage n’a, pour l’instant, pas été arrêtée. De plus, Marti tunnel a exprimé le besoin de déplacer sa centrale à béton, celle ci se retrouvant hors de l'action de notre grue. Nous ne pouvons donc plus prévoir de bétonner les dalles béton du pont à l'aide de la grue. Le volume de béton nécessaire pour le pont étant

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négligeable par rapport à celui nécessaire pour le tunnel, c'est Marti tunnel qui décide de l'emplacement de cette centrale. Néanmoins il nous sera toujours possible de pomper le béton depuis la centrale, la déplacer ne nous empêchera donc pas de réaliser notre ouvrage. A la fin de mon PFE, l'emplacement des baraques ainsi que la centrale à béton était pratiquement défini. Néanmoins, vu qu'aucune date de début des travaux n'a encore été déterminée, toutes les décisions sont provisoires. Par contre, pour la réalisation du pont par Marti Construction, tout le matériel à utiliser et les différentes zones dont celle du poussage sont définitivement arrêtées. De manière à représenter les différentes phases d'installation sur site, qui suivent les travaux, j'ai réalisé 3 PIC (voir annexes 2, 3 et 4). Les différentes phases de travaux sont: - la réalisation du pont provisoire; - la construction du portail du tunnel; - le poussage du pont définitif. Bien entendu le dernier PIC est celui représentant l'ensemble des travaux.

3.2. Pont provisoire 3.2.1. Utilité L'implantation de la culée "Champel" et du portail du tunnel implique, pour leur réalisation, d'avoir un accès reliant les deux rives de l'Arve permettant aux engins de chantier de traverser. La solution imaginée par le bureau d’ingénieur et explicitée dans le dossier de soumission, est la création d’un pont provisoire. Ce dossier de soumission prévoyait de réaliser un pont flottant. La principale raison est que ce type de pont n'aurait pas d'influence environnementale sur l'Arve et sa faune. Mais il serait trop sujet aux mouvements de l’Arve, et ne serait pas assez stable pour le passage des engins de chantier. Marti a proposé une variante, prévoyant la réalisation d’un pont militaire métallique. Celle-ci a été acceptée mais avec des changements importants qui seront exposés par la suite.

3.2.2. Implantation Ce pont provisoire sera réalisé à l’Est du pont définitif (voir annexe 2 et 4). La position des deux culées est impliquée par la piste de chantier. De plus, l’implantation du pont militaire devra limiter au maximum le trajet des engins et des hommes, et doit donc se situer au plus proche du portail du tunnel, sans toutefois gêner les travaux.

Figure 12 – Implantation du pont provisoire

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3.2.3. Structure 3.2.3.1. Structure métallique Le pont militaire est aussi un treillis métallique. Le pont dans son ensemble sera fourni par un sous-traitant. Nous n'avons donc aucun dimensionnement à effectuer. Nous devons juste fournir les données dimensionantes à notre sous-traitant.

Figure 13 – Profil en travers de la structure de pont provisoire

Le pont recevra une circulation de véhicules de tout type ainsi qu'une circulation piétonne pour le chantier. Mais, l'engin dimensionnant est un dumper de 40 tonnes sur 2 essieux. Le pont devra permettre l’accès à la piste de chantier sur la rive Carouge ainsi qu’à la plateforme de travail du portail du tunnel sur la rive Champel. Du fait de la Figure 14 - Profil en travers de la structure du pont taille des véhicules qui emprunteront ce pont provisoire (dumper, semi, etc…), l’accès à la plateforme devra respecter un gabarit de manœuvre permettant aux engins de circuler librement.

3.2.3.2. Culées et piles provisoires La structure comporte deux culées, une sur la rive de Carouge et une sur la rive de Champel. Dans la première variante proposée par Marti Construction SA, la structure comportait une seule pile, celle ci étant implantée au plus proche de la culée Carouge, afin de limiter au maximum les conséquences de sa constuction pour l'Arve, c'est la variante du pont militaire représenté sur le PIC (voir annexes 2). Mais quelques semaines avant la fin de mon PFE, la DT a demandé d'effectuer des changements. En effet, suite à une étude hydraulique, il s'est avéré que le lit de l'Arve en période de crue décennale devait être laissé libre de toute construction. La conséquence sur notre variante est que les culées doivent être éloignées l'une de l'autre. La décision prise par Marti, est de rallonger la structure métallique du pont provisoire, d'implanter les culées hors des hautes eaux de l'Arve (représentant le niveau de l'eau lors d'une crue décennale) et d'implanter deux piles (voir annexe 5, 6 et 7). Le pont métallique sera construit par des tronçons mis bout à bout. Il pourra donc aisément être rallongé, par contre sa longueur va impliquer l'implantation des piles. Celles-ci seront installées de telle sorte que la travée la plus grande permettra le poussage du pont. Enfin, afin de combler la longueur entre la pile 2 et la rive champel, une plateforme sera réalisée à l'aide de profilés métalliques. J'ai dimensionné cette plateforme de manière à ce qu'elle supporte le dumper de 40 tonnes, mais surtout qu'elle puisse récupérer les efforts de freinage de ce dumper qui peuvent être important (voir annexe B – Note de Calcul). J'ai modélisé les piles afin de dimensionner les profilés métalliques. Le chargement est identique à la plateforme, à savoir une charge verticale symbolisant le poids du pont, et du dumper et une charge horizontale (longitudinale puis transversale) permettant de représenter

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le freinage du dumper. A l'aide d'un tableur Excel qui est détaillé dans la partie 4, j'ai dimensionné les différentes barres.

De plus, un chemin piéton public est initialement présent le long de l’Arve sur la rive Carouge. Il doit être conservé. Un passage en tranchée couverte sera donc prévu dans la culée Carouge, permettant de séparer les circulations public et privée du chantier tout en assurant la sécurité des usagers (voir annexe 2). Figure 15 - Modèle de pile provisoire acier

3.2.4. Phases de construction Du fait du poussage, il est nécessaire de prévoir une zone de construction et de poussage en amont du pont et axé à celui-ci. Le pont militaire se construisant préalablement aux travaux du pont définitif ainsi que des travaux du tunnel, cette zone est à cheval sur les zones d’installations de chantier du tunnel et du pont, mais ne rentre pas en contrainte avec elles (voir annexe 2). Le pont militaire sera assemblé en totalité sur sa zone de poussage, puis poussé en une seule étape. Le pont ne possédant pas un poids très élevé (environ 250 tonnes), le poussage se réalisera à l’aide d’un engin de chantier. Ces travaux étant sous-traité, nous devons juste préparer le terrain afin que l'assemblage et le poussage puissent se faire dans les meilleures conditions. Nous devons de plus réaliser les culées et les piles. La réalisation de la culée Carouge ne posera pas de souci particulier, le terrain étant aisément accessible. Une étude du comportement du sol sous le poids du pont est nécessaire afin de savoir si des micropieux doivent être implantés. Je n'ai pas eu le temps de réaliser cette étude depuis les changements demandés par la direction technique. La réalisation de la culée champel ne sera pas aussi aisée. En effet, le terrain n'est pas accessible depuis la rive champel à cause de la falaise. Nous devrons donc faire traverser l'Arve à nos machines. La même étude que pour les fondations de la culée carouge doit être menée afin de savoir quelle machine sera nécessaire à la réalisation. Néanmoins en période de basses eaux, l'Arve est assez peu profonde et permet de faire traverser une autogrue, un semi et une foreuse. Le béton pourra être amené par le semi, les quantités nécessaires étant faibles. Pour réaliser les deux piles, des guets seront créés depuis les deux berges. Une plateforme de travail sera alors créée pour leur construction.

3.3. Pont définitif 3.3.1. Implantation L’implantation du pont définitif est induite par le tracé de la ligne ferroviaire dans son ensemble. La présence du tunnel à son extrémité implique un respect très précis de l’implantation du pont et des culées. Les deux culées sont hors des hautes eaux de l'Arve, le problème évoqué dans le paragraphe précédent ne se pose donc pas.

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3.3.2. Structure 3.3.2.1. Structure du pont Le pont définitif est un treillis Warren de 11m de haut et de 10m de large. Il comporte deux dalles bétons, l'une coulée sur la poutre supérieure, pour l’esthétisme de l’ouvrage et diminuer le bruit des trains, et une au niveau de la poutre inférieure afin de créer une surface plane pour le surbéton dans lequel seront ancrés les rails. Long de 86 mètres, il pèse 3800 tonnes (poids combiné de l'acier et du béton). La structure métallique et le type de béton a installer est déterminé par le bureau d'ingénieur. Le pont est symétrique suivant sa longueur. Les parties supérieures et inférieures sont des caissons métalliques. Chaque caisson d'extrémité possède une tôle de fermeture d'une épaisseur de 30 cm. Les caissons sont reliés par d'autres caissons diagonaux à dimensions constantes. Et enfin des pièces de pont en "I" relient les deux treillis en partie supérieure et inférieure.

3.3.2.2. Structure des culées Les deux culées, "Carouge" et "Champel" sont conçues et dimensionnées par le bureau d'ingénieur. L'étude géotechnique indique un sol de bonne portance. Néanmoins, le poids de l'ouvrage est tel que des pieux sont nécessaires pour les fondations des culées. La géométrie de chacune des culées est différente. La culée Champel étant très proche de l'Arve, une paroi de pieux sécants est nécessaire afin d'étanchéiser le sol de fondation. Lors des phases de poussage, les forces appliquées sur les culées sont grandement inférieures à celles qu'elles reçoivent en service. Ceci est vérifié par la détermination des réactions d'appuis lors de la modélisation. Ainsi, il n'est pas nécessaire de vérifier ces deux ouvrages pour les phases de poussage. Le dimensionnement réalisé par le bureau d'ingénieur nous assure de la résistance de ceux ci lors de nos travaux.

3.3.2.3. Structures des piles provisoires Les piles provisoires, faisant partie de la variante proposée par Marti, sont à concevoir entièrement par l'entreprise. Elles seront implantées à égale distance des deux culées du pont, soit 28 mètres et espacées de 28 mètres également. Ces piles provisoires seront composées d'un radier béton, enfoui en partie dans l'Arve, et de deux poteaux bois sur lesquels seront réalisés des appuis réglables en hauteur. Chaque pile possèdera des appuis, un sur chaque poteau, assurant ainsi la stabilité du pont lorsqu'il y reposera. De plus, une béquille, en bois elle aussi, reliera le poteau au radier afin d'assurer la stabilité au renversement de chaque pile. A partir du poids de la structure, j'ai dimensionné les appuis, les poteaux et les béquilles de ces piles provisoires (voir annexe B – Note de Calcul).

3.3.3. Phases de construction Identiquement au pont provisoire, une zone de poussage est nécessaire à la réalisation du pont. Cette zone représente les premiers travaux à entreprendre. Deux ateliers y seront présents : un atelier de construction métallique et un atelier de bétonnage. Le pont sera réalisé en trois tronçons, représentant les trois étapes de poussage. Lorsque le tronçon 1 se trouvera à l'atelier d'enrobage, le tronçon 2 sera à l'atelier de

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construction métallique. Le premier poussage concerne le tronçon 1, métal et béton, et la partie métallique du tronçon 2 (voir annexe 16 à 21). Un avant bec est prévu pour le poussage du pont, permettant d'atteindre les appuis sur les piles et la culée champel avant que le pont ne se renverse ou déverse sous son poids propre. Cet avant bec est un treillis métallique (voir annexe 26). Il sera assemblé en parallèle de la réalisation de la structure du pont. En effet, il peut être construit en porte-à-faux sur la culée Carouge. Son poids en pointe est grandement inférieur à son poids en pied. De plus la liaison au pont assurera le non renversement de l'avant bec. Le moment de l'assemblage au pont sera déterminé par le constructeur métallique, un sous-traitant ayant une grande expérience dans ce domaine. Lorsque le premier poussage est réalisé, le tronçon 2 est bétonné et la construction métallique du tronçon 3 commence. Enfin avant le dernier poussage, le tronçon 3 est bétonné. Lors de cette dernière phase, deux solutions se présentent à nous : la première est de démonter l’avant bec au fur et à mesure du poussage, la deuxième est de pousser totalement le pont avec l’avant bec et de démonter ce dernier une fois l'ouvrage en position définitive. Après plusieurs discussions, la première solution a été retenue. La structure de l'avant bec (voir chapitre suivant) permettra de le démonter à moitié lors du poussage. Cette solution offre l'avantage de minimiser l'espace de travail sur la plateforme réalisée pour le tunnel. Les deux types de travaux ne se gêneront alors que modérément. La culée Champel comportant des pieux sécants, il sera nécessaire de faire traverser l’Arve à une machine de forage. Or le pont militaire n’est pas prévu pour supporter le poids d’une telle machine. Le même problème se présente aussi que pour le pont provisoire. Mais si la réalisation de la culée du pont provisoire se fait en période de basses eaux, celle du pont définitif sera alors en période de hautes eaux, et la foreuse ne pourra pas traverser l'Arve. Malgré tout, le type de machine que Marti a l'habitude d'utiliser est facilement démontable. Son poids peut alors être diminué de façon conséquente ce qui permettrait de lui faire emprunter le pont militaire. La culée Carouge ne posera pas de problème particulier lors de sa réalisation puisque la zone est accessible depuis la rive Carouge. Les piles provisoires seront réalisées de la même manière que les piles du pont provisoire. C'est à dire par la création de guets. Afin de minimiser l'impact sur l'Arve, les guets seront construits l'un après l'autre, mais la technique sera la même. J'ai précédemment évoqués la réglabilité en hauteur des appuis de ces piles. Elle est nécessaire lors du décentrage du pont. En effet, en service, ces piles ne seront pas présentes, il faudra donc les démonter une fois le pont en position définitive. Le choix qui a été fait est de créer des appuis que l'on pourra ensuite baisser, afin de rompre le contact avec le pont et pouvoir démonter les piles. La hauteur nécessaire pour rompre ce contact est fonction de la flèche admise par le pont en position définitive au niveau de ces appuis. Cette flèche a été déterminée à l'aide du modèle détaillé au paragraphe suivant. Dans cette partie sera aussi explicité le dimensionnement des appuis réglables.

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4. Dimensionnement 4.1. Présentation du logiciel de modélisation Scia Engineer Scia Engineer est un logiciel graphique de modélisation, de calcul et de contrôle selon les normes de structures, qui permet de répondre aux deux impératifs des ingénieurs structures, à savoir répondre aux exigences des entrepreneurs et réaliser les tâches quotidiennes d'ingénierie. Conçu au départ pour les ingénieurs civils, son champ d'application s'étend toutefois à d'autres domaines de l'ingénierie. Scia Engineer est l'outil idéal pour l'exécution de calculs en plusieurs dimensions, que ce soit pour le calcul d'une simple poutre (1D), d'une dalle (2D) ou d'un bâtiment (3D), mais aussi pour l'analyse détaillée de la distribution des efforts internes dans le temps sur des structures précontraintes (4D). De manière à suivre la mondialisation, Scia Engineer est traduit en 10 langues et propose des fonctions de calculs et de contrôle adaptées selon un grand nombre de normes nationales et internationales. Scia Engineer permet une coopération efficace entre les différents intervenants d'un projet de construction, en permettant d'importer des fichiers depuis un grand nombre de logiciels. Il facilite ainsi le regroupement d'informations et assure une conservation des informations. Ce logiciel réalise les calculs à l'aide de la méthode des éléments finis.

4.2. Modélisation de la structure Afin d'appréhender le comportement de la structure lors du poussage et l'ordre de grandeur des efforts internes et des réactions d'appuis que cette manipulation peut engendrer, j'ai modélisé sous Scia Engineer le pont définitif ainsi que l'avant bec.

Figure 16 - Modèle du pont définitif

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4.2.1. Le pont Dans le logiciel Scia se trouve une base de données de géométrie des pièces métalliques. Ainsi, seules les dimensions sont à répertorier sur les plans d'ingénieurs puis à charger dans le logiciel. Une méthodologie est préalable à la modélisation, à savoir donner aux différentes pièces le nom figurant sur le plan du bureau d'ingénieur. Beaucoup de pièces étant à modéliser, il est important de pouvoir s'y retrouver. Mais surtout, cela permet de faire aisément valider Figure 17 – Modélisation du treillis Warren du pont définitif la modélisation effectuée. Ainsi, chaque caisson est modélisé suivant la base de donnés de Scia. Nous supposons des liaisons encastrement entre les différents caissons. Pour modéliser la liaison entre le béton et la partie métallique, plusieurs dalles de béton sont crées, une entre chaque pièces de pont. Ainsi, le béton est lié aux pièces de pont par des liaisons Figure 18 – Modélisation de l’acier et du béton du pont définitif

encastrement.

Le poussage s'effectuant en trois étapes, le pont se divise aussi en trois étapes. Et en fonction des positions suivant lesquelles on étudie la structure (voir paragraphe 3.3.3), je ne dois pas modéliser toute la structure, car elle ne sera alors pas entièrement réalisée. Ainsi, l'utilisation de calques différents est primordiale dès cette étape. Cette méthode permet de ne travailler qu'avec un seul fichier. En effet, les mises à jour étant pratiquement quotidienne lors de l'analyse, travailler avec plusieurs fichiers est le meilleur moyen de faire des erreurs. Ainsi, chaque étape de construction du pont correspond à un calque (voir annexe 25). L'utilisation des calques dans le logiciel Scia est de ma propre initiative. Le fichier créé ensuite, l'annexe 25, permet aujourd'hui à quiconque du bureau des méthodes d'utiliser mon modèle et de parvenir aux résultats qui l'intéresse.

4.2.2. L'avant bec L'avant bec a été prédimensionné par M. Christian Maillet, directeur du consortium GTC. Ainsi, j'ai repris sa structure, composée de profilés métalliques HEB. Toutes les liaisons sont réalisées par boulonnage et soudure. L'avant bec est lié aux tôles de fermeture du pont, mais l'axe des profilés inférieurs est excentré par rapport à l'axe du premier caisson du pont afin de créer une surface inférieure lisse, nécessaire pour réaliser le poussage. Figure 19 – Modélisation de l’avant bec

Dans la modélisation, toutes les pièces sont liées par des liaisons encastrement. L'analyse des efforts a montré que les moments supplémentaires engendrés par cette

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différence avec la réalité était négligeable et qu'ainsi elle n'avait pas d'influence sur le comportement de la structure.

4.2.3. Les appuis Les appuis sont installés suivant les distances entre les culées et les piles. Dans la zone de poussage, la distance entre les appuis est de 8 m, décidé en accord avec M. Maillet en fonction de la distance entre deux diagonales de la structure métallique du pont. La distance entre la culée Carouge et la première pile provisoire est de 28 m, comme celle entre les deux piles et celle entre la deuxième pile et la culée Champel. La culée Carouge et le premier appui de la zone de poussage sont séparés de 5,7 m (voir figure 16).

Figure 20 – Distance entre les appuis

Les appuis installés permettent d'avoir une structure isostatique. Les degrés de liberté bloqués aux différents appuis suivent la présentation de la figure 19. Le point représente un blocage de tous les degrés de liberté. Une flèche indique la libération d'un degré de liberté, dans la direction de la flèche.

Figure 21 – Principe d’installation des appuis

De manière à ne travailler que sur un seul fichier pour toutes les positions, j'ai créé chaque groupe d'appuis dans un calque différent. Ainsi, il me suffit de geler ou d'activer certains calques pour changer de position (voir annexe 25).

4.2.4. Positions lors du poussage Lors des étapes de poussages (voir annexes 16 à 21), le pont peut prendre une infinité de positions. J'ai uniquement modélisé celles intéressantes pour le dimensionnement de l'avant bec et des piles provisoires (voir annexe 22). Les différentes positions sont explicitées ci-après. La position dimensionnante pour la pile provisoire 1 se situe juste avant l'appontage sur la pile provisoire 2 (position 6 dans l'annexe 24) . De même la position dimensionnante pour la pile provisoire 2 se situe juste avant l'appontage sur la culée Champel (position 8).

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Il est intéressant d'analyser l'appontage sur chaque appui, pour connaître les efforts internes au niveau de la liaison entre l'avant bec et le pont (positions 1, 7, et 9). L'avant bec, partie de la structure la plus fragile et que nous devons dimensionner, impose d'analyser les efforts internes et son comportement lors du poussage. Ainsi, j'ai modélisé les différentes étapes de poussage fragilisant l'avant bec, c'est à dire à chaque fois que l'appui de tête se trouve au milieu d'une travée de profilés inférieurs (positions 2, 3, 4 et 5). Ces modélisations sont uniquement faite au niveau de la pile provisoire 1, car le poids du pont est le plus faible. La structure ne possède pas de fort contre poids, j'en ai donc déduit que l'avant bec reprenait le plus d'efforts. J'ai vérifié cette hypothèse en modélisant une des positions précédentes au niveau de la pile provisoire 2.

4.2.5. Chargement Lors de la phase de poussage, seul le poids propre de la structure acier et béton entre en jeu. La charge d'exploitation, symbolisant les ouvriers circulant sur le pont et le matériel installé, est prise en compte dans la pondération du poids propre du pont. Le logiciel calcule et applique de lui même le poids propre de la structure. Ainsi, le poids du pont et celui de l'avant bec sont appliqués en fonction de l'étape dans laquelle la structure se trouve (voir annexe 24). Pour le logiciel, le poids propre du pont correspond au poids des pièces métalliques selon les lignes d'épures de celles-ci. Cette charge est donc largement surdimensionnée par rapport au poids réel du pont. Mais elle ne prend pas en compte les systèmes des assemblages. Ce surdimensionnement permet de modéliser cette charge supplémentaire. La pondération des charges est expliquée dans l'annexe 23 et ne sera pas plus détaillée ici.

4.3. Contrôle et validation du modèle L'exploitation de ce modèle donnera lieu au dimensionnement de l'avant bec et des piles provisoires et permettra de quantifier le comportement de la structure lors du poussage. Il est donc primordial d'effectuer une vérification et d'obtenir une validation de ma modélisation. Le bureau d'ingénieur en charge de l'affaire nous a transmis la flèche admise par le pont, treillis métallique et béton, en position finale, appuyé seulement sur les deux culées. Sous la charge du poids propre, cette flèche atteint 143 mm. Sollicités à ce propos, les ingénieurs nous ont dit avoir modélisé le béton comme un béton fissuré. En effet, sous les charges d'exploitations et avec l'usure du temps, le béton risque d'être fissuré. La stabilité de l'ouvrage en service étant de la responsabilité du bureau d'ingénieur, ils ont dimensionné le pont pour qu'il résiste à ces contraintes, prenant donc le béton dans son état le plus défavorable, c'est à dire fissuré. Nous ne nous trouvons pas dans ce cas. Notre responsabilité est que le pont résiste lors des phases de poussage. C'est pour cela que le béton modélisé sur mon modèle n'est pas fissuré. Au moment du poussage, il ne le sera pas. Néanmoins pour valider mon modèle, je me place dans les conditions de modélisation des ingénieurs afin de retrouver cette valeur de 143 mm.

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Un nouveau modèle est donc utilisé pour cette vérification. La différence avec la modélisation présentée au paragraphe précédent se situe au niveau de la résistance du béton. En effet, un béton fissuré verra sa résistance mécanique diminuer. La version du logiciel dont nous disposons ne permettant pas de modéliser un béton fissuré, j'ai donc diminué le module d'Young du matériau afin de représenter cette baisse de résistance mécanique. Je retrouve cette valeur de 143 mm. Cette analyse permet de valider mon modèle et nous pouvons donc utiliser les valeurs issues de son analyse. Je redonne au béton modélisé un modèle d'Young normal pour tous les autres calculs, comme expliqué ci-dessus.

4.4. Dimensionnement de l’avant bec Le dimensionnement de l’avant bec est prédominant à toutes les autres analyses. En effet, le type de barres et les contreventements à installer modifient le poids de l’avant bec et les efforts internes. Il est donc nécessaire de dimensionner l’avant bec avant d’analyser le reste de la structure.

4.4.1. Prédimensionnement Afin de prédimensionner l’avant bec, j’utilise un tableur Excel programmé pour vérifier une structure selon les normes suisses (SIA). Puis je vérifierai à la main les barres les plus sollicitées, permettant ainsi d’effectuer une vérification du tableur. Le tableur Excel a besoin de deux renseignements pour fonctionner : le détail des barres composant l’avant bec (type, nœuds de début et de fin, longueur de flambement) et les efforts internes (M, N et V) dans toutes les barres. L'analyse des différentes positions dans le logiciel Scia permet d’obtenir ces renseignements. Plusieurs cas de pondération existent (annexe 23). Afin de travailler avec un seul fichier, il est nécessaire de modéliser les charges dans le logiciel SCIA sans pondération (aux ELS). La vérification du dimensionnement des barres dans le tableur excel s'effectue aux ELU. Avant d'informer le tableur de la valeur des efforts internes, il est nécessaire d'incrémenter les résultats issus du logiciel Scia de la pondération la plus défavorable. L'analyse des différents cas de pondération est étudiée dans les annexes 27, 28 et 29. La pondération la plus défavorable se retrouve être le cas n°1, pour lequel j'applique une pondération de 1,35.

4.4.2. Note de calcul La note de calcul, en annexe B, présente les hypothèses de calculs ainsi que les efforts maximum pour chaque barre et la position dans laquelle cette valeur a été atteinte. En annexe de la note de calcul, sont présentés les diagrammes d’efforts tels que le logiciel Scia l’affiche. Nous remarquons alors que les positions d’appuis dimensionnantes pour l’avant bec sont les positions 2, 3, 4 et 5. Ce sont justement celles qui ont été étudiées pour l’avant bec, ce qui me conforte dans le choix des positions d’appuis. Après de multiples changements et une optimisation de l’avant bec, je suis arrivé à une solution résistante et optimisée du point du vue du poids, donc du coût de fabrication de l’avant bec (voir annexe 26).

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4.4.3. Assemblages Maintenant que l’avant bec est dimensionné, il est nécessaire de réfléchir aux assemblages entre les barres. Un atelier de soudure sera présent sur le chantier pour réaliser l’assemblage de la structure métallique du pont. Et c’est cette même entreprise qui réalisera l’assemblage de l’avant bec. Néanmoins, un assemblage par boulonnage est plus simple à réaliser sur chantier, et les défauts d’une soudure faite sur chantier peuvent être évités. Ainsi, l’axe de réflexion pour les assemblages est que les soudures seront toutes réalisées en usine et seuls les boulons seront installés sur chantier. Ainsi, il faut que les éléments soudés soient transportables. On ne peut donc pas prévoir de souder deux barres entre elles, mais seulement des plaques et des raidisseurs, permettant de les fixer les unes aux autres par boulonnage. De plus, le profilé HEB 300 devra être acheminé en deux parties, car on ne peut transporter que des profilés d'une longueur maximale de 12m. Un assemblage doit donc être prévu le long de cet HEB. Les boulons utilisés sont des SHV M27, boulons précontraints. Le dimensionnement des assemblages est réalisé suivant la norme SIA 263 sur l'acier.

4.5. Réactions d’appuis L’étude des réactions d’appuis dans toutes les positions permet un dimensionnement de ces appuis. Les deux culées sont dimensionnées par le bureau d’ingénieur pour résister à l’ouvrage en service, en position définitive (position 10 de l’annexe 24). Et les efforts engendrés par le poussage n’atteindront jamais les valeurs de réaction en position définitive, les deux culées ne sont donc pas concernées par ces analyses. Seules les piles provisoires nous intéressent. Tous les résultats présentés dans les tableaux en annexes 27, 28, 29 et 30 sont aux ELS, pour les raisons expliquées au paragraphe 4.4.1. L'analyse aux ELU suivants les cas de charge a été réalisée à la main en dessous des tableaux sur les annexes précédentes. En annexe 27, sont présentés les résultats lors d’un poussage théorique. C'est-à-dire que j’ai considéré que le pont repose sur tous les appuis. Pour chaque position, le poids total de la structure est donné. Puis pour chaque appui sollicité est donnée la réaction maximale. La valeur alors indiqué correspond à un seul appui. Ainsi, pour dimensionner les fondations de la pile provisoire 1 par exemple, il faut considérer une charge verticale 2 fois plus élevée que la réaction indiquée dans le tableau. Sous le tableau, est calculée la réaction dimensionnante aux ELU. Les deux piles seront construites de manière à supporter les mêmes charges, j’obtiens donc une seule réaction dimensionnante pour les deux piles. Cette réaction est calculée pour tous les cas de pondération, ce qui me conduit à connaître le cas de chargement le plus défavorable. Mais, le poussage a de grandes chances de ne pas suivre un comportement théorique. En effet, il est fort probable que nous allons observer un tassement différentiel entre les deux piles et entre les deux appuis d’une même pile. Ce tassement différentiel peut être dû à deux causes : à un tassement du sol et à la tolérance de construction. En consultant le rapport géotechnique de la zone, je me suis rendu compte qu'à environ 5m sous la surface du sol,

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celui ci à une excellente portance. Le sol ne devrait donc pas beaucoup se tasser sous le poids de la pile et du pont, mais il est néanmoins intéressant de connaître le comportement de la structure dans ce cas là. Les annexes 28 et 29 présentent ces différents cas. M. Maillet m'a confirmé que je peux considérer une tolérance de construction inférieure à 2 cm. Pour observer le comportement de la structure, j’ai respectivement supprimé un appui d’une pile puis une pile complète. J’ai ensuite analysé le tassement de la structure au niveau de l’appui supprimé. Suivant la tolérance de construction évoquée précédemment, si ce tassement est supérieur à 20 mm, le cas ne pourra pas se produire car la déformation de la structure sera plus importante que le tassement de l’appui et reposera de nouveau sur cet appui. Ce sont les cas grisés sur les annexes. Lorsque le tassement au niveau de l’appui est inférieur à 20 mm (cas non grisés), le cas est plausible et il faut considérer les réactions d’appuis. Ainsi, une réaction dimensionnante aux ELU est calculée lors d’une suppression d’un appui et d’une pile. Grâce à l’analyse des trois cas de poussage, un ordinaire et deux accidentels, j’obtiens une valeur de réaction d’appui dimensionnante pour les piles provisoires (voir annexe 23). Cette valeur représente la charge verticale que la pile devra reprendre pour supporter la structure.

4.6. Force de poussage La force de poussage représente la force nécessaire pour décoller le pont de son appui. Elle est fonction des matériaux en contact, du poids de la structure et de la pente. Lors du poussage le pont reposera sur des plaques de téflon. Mais le glissement ne s’effectue pas entre le métal et le téflon. En effet, les plaques de téflon sont réalisées avec un côté rugueux et un côté lisse. Le côté rugueux est placé du côté du pont, celui-ci adhère donc aux plaques de téflon, tandis que le côté lisse est placé du côté de l'appui et repose sur la plaque inox qui forme la partie supérieure de l'appui. Le glissement s'effectue donc entre le téflon et la plaque inox de l’appui, avec un coefficient de frottement de 5%. Le pont dans sa position définitive admet une pente de 1,1 %. Cette pente est donc aussi à prendre en compte dans le calcul de la force de poussage. Je la considère en augmentant le coefficient de frottement de ce 1,1%. L'annexe 30 présente le calcul de ces forces de poussages en fonction de la position d'appui dans laquelle se trouve le pont. Cette force sert à calculer la puissance des vérins de poussage.

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4.7. Prédimensionnement des piles provisoires 4.7.1. Différentes solutions Un prédimmensionnement des piles provisoires a été réalisé par M. Christian Maillet. C’est cette solution que j’ai dessiné sur mes plans (voir annexe 11). Les piles sont composées de deux poteaux en bois ancrés dans un caisson métallique immergé dans l’Arve par remplissage de béton. Les appuis sont ensuite fixés sur ces piles en bois, elles-mêmes contreventées à l'aide de câbles acier. Le cotraitant, Frutiger SA, qui nous a rejoints sur le projet, a une expérience et un retour de chantier récent sur la construction de piles provisoires dans le Rhône. Son avis diffère de celui de M. Maillet sur les matériaux à utiliser. Il propose de sceller des profilés métalliques dans un pieu béton. Les appuis seraient ensuite mis en place en tête de profilés métalliques, eux même contreventés (voir annexe 12). Cette solution a l’avantage de diminuer le risque de tassement différentiel, le pieu allant chercher un sol de grande résistance présent en profondeur. Ainsi, seule la tolérance de construction serait prise en compte pour les cas de charge accidentels vus au paragraphe 4.5 (voir annexe 28 et 29). De plus, cette solution faciliterait la démolition de ces piles provisoires, il suffira de découper les profilés métalliques.

4.7.2. Prédimensionnement Le choix entre les deux solutions ne peut pas se faire au niveau de la technique. En effet, chacune à ses avantages et ses inconvénients. La différence entre les deux se situe au niveau du phasage des travaux et de la réalisation. Les travaux n'étant pas encore engagés, nous avons la possibilité de prévoir tout type de travaux. La décision est alors prise de mener une étude financière. Pour cela un prédimensionnement est nécessaire afin de connaître le cubage de bois ou le tonnage d'acier à utiliser.

4.7.2.1. Modélisation J'ai donc modélisé la pile provisoire bois et la pile en acier afin de les dimensionner. La méthodologie est la même que pour l'avant bec. J'ai tout d'abord modélisé les constructions sous le logiciel Scia.

4.7.2.2. Prédimenssionnement des piles

Figure 22 - Modèle de pile provisoire bois

Le prédimensionnement de la pile bois a été essentiellement fait à la main (voir annexe Note de Calcul). Néanmoins, une modélisation sous Scia fut nécessaire pour connaître les efforts internes et pour appréhender le comportement de la structure. Ainsi, j'ai modélisé un poteau bois, la béquille permettant de diminuer le risque de renversement et le radier béton qui repose au fond de l'Arve.

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Une charge verticale appliquée à la structure représentant le poids du pont dans le cas le plus défavorable, provenant de la charge maximale calculée par la modélisation du pont est présentée en annexe 16. Une force horizontale provenant de la force de poussage dans le cas le plus défavorable est aussi appliquée à la structure. Et enfin le poids propre du poteau et de la béquille est pris en compte par le logiciel. La différence avec la modélisation précédente et que cette fois ci l'analyse est faite aux ELU. En effet, le poids du pont et la force de poussage sont déjà pondérés. Ainsi, j'ai indiqué un coefficient de 1,35 à appliquer au poids propre de la structure.

4.7.2.3. Prédimenssionement des appuis Comme expliqué au paragraphe précédent, les appuis sur ces piles ont été dimensionnés à partir d'un résultat du modèle. En analysant le pont en position définitive, j'ai pu obtenir la flèche admise par ce pont au position des appuis des piles provisoires. Cette flèche représente la déformation que le pont va admettre lors du décintrage. Donc si l'on veut que le contact entre l'appui et le pont se rompe, il faut que les appuis puissent baisser d'une valeur supérieure à cette flèche. La première solution envisagée était de créer des boites à sable (voir annexe 14). Ainsi lors du décintrage, il suffirait de percer quelques trous dans la tôle qui compose cette boite afin que le sable s’écoule et que le niveau supérieur de l'appui descende. Celdric Barran a envisagé une deuxième solution: utiliser des vérins hydrauliques (voir annexe 15). Cette technique permettrait de contrôler la descente des appuis et donc le décintrage. Ainsi, chaque appui descendrait en même temps que les autres et si un problème apparaissait, on a la possibilité de tout arrêter pour le résoudre. Il sera alors impossible de se retrouver dans la situation où le pont reposerait sur seulement un des appuis des piles. Pour tous les avantages évoqués ci-dessus, c'est cette solution qui a été conservée. Par contre, pour éviter de solliciter les vérins pendant toutes les phases de poussage, nous décidons d'installer des cales acier. Cette solution permet de plus récupérer les tolérances de construction. Le dimensionnement s'est effectué en rapprochant la pression maximale admissible par l'acier avec la surface totale des cales acier et la force verticale maximale. Ceci a permis de déterminer le nombre et les dimensions des cales à installer. De plus, le poids du pont à reprendre par chaque appui a permis de déterminer le nombre de vérins à installer.

4.7.3. Résultats D'après ce qui est dit au paragraphe précédent, les résultats obtenus sont aux ELU. Les résultats attendus de la modélisation sont les déplacements en tête de la structure et en pied du radier et les efforts internes, notamment les efforts transmis à la béquille. Comme on peut le voir dans le dossier de résultats (voir annexe B- Note de Calcul), les tassements au niveau du radier sont minimes et n’engendreront que peu de déplacements en tête de structure. Bien entendu les tassements dépendent du sol et on ne peut jamais être certains de la qualité du sol. Des carottages supplémentaires seraient nécessaires afin d’identifier clairement la portance du terrain au niveau des fondations des piles provisoires. Les déplacements en tête de structure permettent d’avoir une tolérance suffisante (inférieur au 20 cm évoqués lors de la modélisation des appuis) pour pousser le pont en toute sécurité. Les efforts internes dans la béquille ont permis de la dimensionner correctement. Sur le modèle, une seule béquille est représentée bien qu’en réalité deux soient installées sur

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chaque poteau, mais la réaction des charges et les efforts sont identiques donc cette représentation respecte la réalité.

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Conclusion Travailler dans un grand groupe tel que Marti Construction, permet d’avoir accès à des chantiers impressionnant tant en taille qu’au niveau de la technique. Tout d’abord Je connaissais déjà le logiciel Project, mais j’ai appris sur les techniques de renforcement de mur d’autoroute et sur la réalisation de tirants d’ancrage. Faisant partie du bureau des méthodes, j’ai quelque fois travaillé pour les travaux. Mon travail revenait à déterminer, puis dimensionner des cintres de coffrages pour de renforcement de tablier de pont. Représentant de simples calculs de statique, cela m’a tout de même permis d’acquérir une rigueur dans la réflexion et le travail. Outre le travail, j’ai aussi eu l’occasion de participer à des visites de chantier. J'ai ainsi eu l'occasion de visiter plusieurs chantiers qui m'ont permis de me rendre compte de l'étendu du savoir-faire de Marti Construction. Une équipe réalise l'assainissement de la comune de Meyrin (GE) à l'aide de pousse tube, vérins poussant des tube béton. Le plus long et plus profond a été construit à 10m de profondeur sur une distance de 300m. Sur un chantier de gros œuvre à Nyon, Marti réalise des murs type 4 (murs à béton apparent) d'une hauteur de 11m coulé en 1 fois, à l'aide de banches métalliques. 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 était 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. Bien que je ne connaisse pas encore toutes les options qu'offre ce logiciel, mes connaissances actuelles me permettent de répondre aux besoins de l'entreprise pour effectuer des plans d'installation, des phasages de travaux ou encore des rotations de banches. Le bureau des méthodes travaille avec les études, ce qui m’a amené ponctuellement à travailler avec le bureau d’étude. J’ai eu ainsi à réaliser les plannings de renforcement de murs d’autoroute, sur lesquels sont fait des tirants d’ancrages et des surépaisseurs de béton. Ceci m'a permis d'élargir mon expérience sur les techniques de construction. J'ai de même pu participer à une réunion sur le barrage d'emosson. Des milliers de m3 de béton sont mis en place dans un lapse de temps très court impliquant de mettre des glaçons dans la formule de béton pour lui permettre de refroidir et donc de durcir suffisament vite. Cette technique est peu répandu et demande des connaissances poussées sur le béton. 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, etc. J’ai acquis ainsi une capacité de réflexion et d’anticipation. Mais plus que cela, dimensionnement 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. De plus, j'ai été amené à réflechir à la construction des ouvrages en fonction des rendements que les équipes peuvent fournir et non pas en fonction du type de travaux. Ceci permet d'avoir une nouvelle vision de la construction, d'améliorer son esprit critique lors de la plannification et d'apprendre à anticiper les travaux. Travailler sur autant de sujet demande d'être en contact avec autant de professionnel. A leur côté j'ai tout d'abord appris énormément de leur expérience. La majorité sont interne au groupe Marti. Les différentes filiales permettent de réunir différentes spécialisations et de mettre en commun les expériences. Au sein de Marti Construction je ne fus pas considéré d'une manière différente que les salariés. L'ambiance d'une entreprise familiale règne toujours entre les salariés de l'entreprise, et tout le monde s'entraide.

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Ce stage de PFE m’a permis d’accroître mon expérience dans la construction. Mais il m’a permis aussi de découvrir de nouvelles techniques propres à la Suisse. Mes objectifs personnels ont été atteints ainsi que ceux de l’entreprise. De plus mon stage à déboucher sur une embauche, qui été un des critères de choix pour mon PFE. Je travaille donc actuellement chez Marti Construction SA, et l’entreprise ainsi que la mission que l’on m’a confiée comble mes attentes.

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Table des Illustrations FIGURE 1 – MÉCANISATION DES TRAVAUX AVEC LE PREMIER BULLDOZER À TRAVAILLER EN SUISSE ................................................ 8 FIGURE 2 – ORGANISATION DU GROUPE MARTI EN SUISSE ................................................................................................. 10 FIGURE 3 – IMPLANTATION DES ENTREPRISES MARTI EN EUROPE ........................................................................................ 12 FIGURE 4 – IMPLANTATION DES ENTREPRISES MARTI EN SUISSE .......................................................................................... 13 FIGURE 5 – ORGANIGRAMME DE MARTI CONSTRUCTION GENÈVE ....................................................................................... 14 FIGURE 6 – SITUATION GÉOGRAPHIQUE DE GENÈVE .......................................................................................................... 15 FIGURE 7 – SITUATION GÉNÉRALE DU PROJET CEVA ......................................................................................................... 16 FIGURE 8 – ORGANIGRAMME DU CHANTIER .................................................................................................................... 17 FIGURE 9 – SITUATION DU CHANTIER ............................................................................................................................. 19 FIGURE 10 – INSTALLATION DE CHANTIER AVANT PRISE DE CONTACT AVEC MARTI TUNNEL ....................................................... 21 FIGURE 11 – INSTALLATION DE CHANTIER APRÈS PRISE DE CONTACT AVEC MARTI TUNNEL ........................................................ 21 FIGURE 12 – IMPLANTATION DU PONT PROVISOIRE........................................................................................................... 22 FIGURE 13 – PROFIL EN TRAVERS DE LA STRUCTURE DE PONT PROVISOIRE ............................................................................. 23 FIGURE 14 - PROFIL EN TRAVERS DE LA STRUCTURE DU PONT PROVISOIRE.............................................................................. 23 FIGURE 15 - MODÈLE DE PILE PROVISOIRE ACIER .............................................................................................................. 24 FIGURE 16 - MODÈLE DU PONT DÉFINITIF ....................................................................................................................... 27 FIGURE 17 – MODÉLISATION DU TREILLIS WARREN DU PONT DÉFINITIF ................................................................................ 28 FIGURE 18 – MODÉLISATION DE L’ACIER ET DU BÉTON DU PONT DÉFINITIF ............................................................................ 28 FIGURE 19 – MODÉLISATION DE L’AVANT BEC ................................................................................................................. 28 FIGURE 20 – DISTANCE ENTRE LES APPUIS....................................................................................................................... 29 FIGURE 21 – PRINCIPE D’INSTALLATION DES APPUIS .......................................................................................................... 29 FIGURE 22 - MODÈLE DE PILE PROVISOIRE BOIS ................................................................................................................ 34

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Annexes Annexe A – Plans et Prédimensionnement Annexe 1 – Planing général des travaux Annexe 2 – Plan d'Installation de Chantier n°1 Annexe 3 – Plan d'Installation de Chantier n°2 Annexe 4 – Plan d'Installation de Chantier n°2 Annexe 5 – Pont militaire, situation et elévation Annexe 6 – Pont militaire, coupes Annexe 7 – Pont militaire, situation et elévation de la plateforme Annexe 8 – Profil en long du projet Annexe 9 – Pont définitif, culée Carouge à l'appui Annexe 10 – Pont définitif, culée Carouge en travée Annexe 11 – Pont définitif, piles provisoire Annexe 12 – Pont définitif, variante pile provisoire Annexe 13 – Pont définitif, culée Champel Annexe 14 – Appui boite à sable Annexe 15 – Appui variante Annexe 16 – Etpae de poussage 1 Annexe 17 – Etape de poussage 2 Annexe 18 – Etape de poussage 3 Annexe 19 – Etape de poussage 4 Annexe 20 – Etape de poussage 5 Annexe 21 – Etape de poussage 6 Annexe 22 – Cas défavorable de dimensionnement des piles provisoires Annexe 23 – Pondération des charges Annexe 24 – Cahier explicatif des positions Annexe 25 – Activation des calques Annexe 26 – Avant bec Annexe 27 – Cas de charge fréquent Annexe 28 – Cas de charge accidentel, suppression d'un appui d'une pile provisoire Annexe 29 – Cas de charge accidentel, suppression d'une pile provisoire Annexe 30 – Force de poussage Annexe B – Note de Calcul

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