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UNE PASSERELLE URBAINE EN BOISSAINT-ÉTIENNE

DÉMARCHE DU PROJET - PRINCIPES ET DÉTAILS CONSTRUCTIFS

PRIX D’ARCHITECTURE 2014-2015 / ÉQUIPE N°12

Prix d’architecture 2014-2015 - Une passerelle urbaine en bois - Équipe n°121

Fig 2 : Plan masse de la passerelle projetée.

Fig 1 : Schéma de principe pour la création de la passerelle. (document fourni par IFB 42)

Implantation

La passerelle met en relation des lieux importants de la ville de Saint-Étienne (cf. fig 1). Sa création permet de désenclaver le secteur de la Plaine Achille, une partie de ville en devenir pour l’instant isolée par la voie ferrée et le boulevard urbain. L’implantation se fait dans le prolongement de la rue Pablo Picasso du côté de la cité du Design, afin de définir un axe allant du tramway au parc François Mitterand. Le site devient facilement accessible aux piétons et cyclistes et le franchissement se fait naturellement dans la continuité de la rue (cf. fig 2). Depuis le boulevard, la présence de la passerelle symbolise l’entrée ou la sortie de la ville.

DÉMARCHE DU PROJETUNE PASSERELLE URBAINE

La passerelle met en relation des lieux importants de la ville de Saint-Étienne. Sa création permet de désenclaver le secteur de la Plaine Achille, une partie de ville en devenir pour l’instant isolée par la voie ferrée et le boulevard urbain.

L’implantationsefaitdansleprolongementdelaruePabloPicassoducôtédelacitéduDesign,afindedéfinirunaxeallantdutramwayauparcFrançoisMitterand.Lesitedevientfacilementaccessibleauxpiétonsetcyclistesetlefranchissementsefaitnaturellementdanslacontinuitédelarue.Depuisleboulevard,laprésencedelapasserellesymbolisel’entréeoulasortiedelaville.

Structurellement,lechoixdedéfinirunpontàarcsestadaptéaumatériauboiscarilpermetàl’ouvragedetravaillerprincipalementencompression.Lesdéfautslocauxduboisdusnotammentauxnoeudsn’influencentpaslarésistanceglobaledelapasserelle.Deplus,définiruneconceptionfavorisantlacompres-sionpermetàl’ensembledelasectiondeboisd’êtreutiliséemécaniquement,contrairementàdessectionssoumisesfortementàlaflexion,dontseuleslesfibresextérieures sont sollicitées.

Lechoixdutyped’arcsaétéétudiéenfonctiondescontraintesgéométriquesdusite.Devantrespecterungabaritde5.85mau-dessusdelavoieferrée,etainsiunehauteurd’environ9.30mau-dessusduboulevardThiers,mettreenplaceuntablierentièrementsuspenduauraitprovoquéunehauteurdesarcstropimportante.Deplus,laportéedesarcsprincipauxauraitdûêtrefortementaugmentée.Al’inverse,avoirchoisiunepasserelleàtabliersupérieurauraitétécontrai-gnantauniveaudugabaritferroviaire.Lechoixd’unepasserelleàarcsintermédiairespermetdoncd’optimiserlagéométriedecesarcs.

0 4m 8m

Arc secondaire

Ecrou de serrage

Tigefiletée

Organemétalliqueavec raidisseurs

Poutre principale

ProfilémétalliquedetypeIPE

Diagonale de contreventement

Poutre de rigidité discontinue

Entretoise

Poutre longitudinale

Arc secondaire

Massif en fonte

Organemétalliquedetypetige

Chevillemécanique

Arc lamellé-collé

Platine d’ancrage

Massif béton

Buton en acier

Cabochon en aluminium

Axeenacierinoxydable

Suspente

Suspente

Connecteur sus-pente - Poutre de

rigidité

Platine

Blocage suspente

Poutre de rigidité

Platelage


Equerre+boulons

Profilé métallique detype IPE (ici le profilé n’est pas en bois afin d’as-surer la connexion entre la suspente et la poutre de rigidité)

Sain

t-Et

ienn

e

PRINCIPEDESTRUCTUREDUTABLIER

ASSEMBLAGEARCSPRINCIPAUX/MASSIFSDECONSTRUCTION

Ech. 1:30

ASSEMBLAGEARCS/TABLIEREch. 1:10

ASSEMBLAGESUSPENTES/TABLIEREch. 1:10

ASSEMBLAGEARCSPRINCIPAUX/SUSPENTESEch.1:15

ASSEMBLAGEARCSSECONDAIRES/MASSIFSENFONTEEch.1:30

PLANMASSE VUEDELAPASSERELLE

VUEDUQUARTIERMANUFACTURE

PLANCité du design

Pôle universitaire

Arrêt de tramway

La Comédie

Le Fil

Futurlogements

Parc François Mitterrand

Parc François Mitterrand

Zénith


Fig 3 : Solution d’un pont à béquilles.

Fig 4 : Solution d’un pont à arcs.

DÉMARCHE DU PROJET

choix formels et structurels

• Pont à béquillesA travers cette proposition, l’idée était que la structure participe à l’esthétique du projet de par les poteaux intermédiaires. Ceux-ci auraient la forme d’une structure qui se divise en branches faisant référence à un arbre. Cependant, d’un point de vue formel, cette passerelle paraît rigide et ne répond pas à l’idée de continuité que l’on veut invoquer par ce franchissement. De plus, d’un point de vue technique, cette solution dite «pont à béquille» (cf. fig 3), n’a pas été poursuivie en raison des portées entre béquilles trop importantes (portée max de 10m) et des efforts induits dans les béquilles, trop importants pour les considérer en bois

• Pont à arcsLa deuxième proposition de conception a été de considérer un pont à arcs. Cette solution permet de franchir d’un seul tenant la voie ferrée et le boulevard sans appui intermédiaire. Cette grande courbe renvoie à l’idée de continuité et de fluidité du parcours, elle correspond davantage à l’idée du projet qui consiste à ce que la passerelle soit perçue comme une rue en hauteur franchissant aisément la voie ferrée et le boulevard urbain. C’est donc cette solution que nous avons retenue pour ensuite la développer.

Gabarit ferroviaire

Gabarit routier

Escaliers + Ascenceur PMR Escaliers + Ascenceur PMR

Gabarit ferroviaire

Gabarit routier


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REALISE PAR UN PRODUIT AUTODESK A BUT EDUCATIF

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Gabarit ferroviaire

Gabarit routier


Gabarit ferroviaire

Gabarit routier


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TIFREALISE PAR UN PRODUIT AUTODESK A BUT EDUCATIF


Fig 5 : Solution d’un tablier entièrement suspendu.

DÉMARCHE DU PROJET

développement de la forme

• Définition d’une structure adaptée au matériau bois Structurellement, le choix de définir un pont à arcs est adapté au matériau bois car il permet à l’ouvrage de travailler principalement en compression. Les défauts locaux du bois dus notamment aux nœuds n’influencent pas la résistance globale de la passerelle. De plus, définir une conception favorisant la compression permet à l’ensemble de la section de bois d’être utilisée mécaniquement, contrairement à des sections soumises fortement à la flexion, dont seules les fibres extérieures sont sollicitées.

• Définition d’une structure adaptée aux contraintes du site. Le choix du type d’arcs a été étudié en fonction des contraintes géométriques du site. Devant respecter un gabarit de 5.85 m au-dessus de la voie ferrée, et ainsi une hauteur d’environ 9.30 m au-dessus du boulevard Thiers, mettre en place un tablier entièrement suspendu aurait provoqué une hauteur des arcs trop importante. De plus, la portée des arcs principaux aurait dû être fortement augmentée (cf. fig 5). A l’inverse, avoir choisi une passerelle à tablier supérieur aurait été contraignant au niveau du gabarit ferroviaire (cf. fig 6). Le choix d’une passerelle à arcs intermédiaires permet donc d’optimiser la géométrie de ces arcs (cf. fig 7).

Fig 7 : Solution retenue : passerelle à arc intermédiaire.

Fig 6 : Solution d’une passerelle à tablier supérieur..


Fig 8 : Longueur admissible – Rampe PMR côté Manufacture

Fig 9 : Aboutissement de la forme - Élévation de la passerelle.

DÉMARCHE DU PROJET

• Accessibilité PMR La hauteur de la passerelle côté manufacture étant de 6,00m, une pente PMR de 5% induit une longueur de rampe de 120m hors paliers, ce qui nous a paru hors échelle. En effet, dans le cas d’une rampe droite, celle-ci aurait traversé la rue du docteur Rémy Annino (cf. fig 8). Cette solution n’étant pas envisageable, nous avons décidé de mettre en place un ascenseur PMR de chaque côté. Cependant, nous avons gardé l’idée de conserver une rampe d’accès non accessible selon la règlementation PMR. La structure de la passerelle joue ainsi dans des rapports de dessus/dessous avec le piéton et la continuité du parcours est assurée. (cf. fig 9).

Rue

Dr

Rém

y An

ino

Vers Manufacture Vers Plaine Achille

ÉQUIPE 12RENDU EQUISSE

30-01-2015

ÉLÉVATION

PLAN0 4m 8m

0 4m 8m

Planche fonctionnelle


PRINCIPES CONSTRUCTIFS

structure et utilisation du bois

La structure de la passerelle se décompose en deux parties : les arcs et et le tablier. (cf. fig 10).

• Structure porteuse des arcs. La portée des arcs principaux étant importante, le choix de doubler les deux arcs permet de réduire les efforts notamment dans les assemblages. De par la forte courbure de l’ensemble des arcs, ceux-ci ont été définis en lamellé-collé. Leur grande capacité structurelle permet de créer des formes avec de faibles rayons de courbures. De plus, l’ensemble de la section étant utilisée, la préférence convient à l’utilisation d’une section homogène de type GL32h. Un dimensionnement permettra de définir la classe de résistance adéquate. L’élancement « de section » admissible du lamellé-collé étant de 1/5ème, et en considérant un élancement des arcs de 1/57ème, nous définissons en pré-dimensionnement une section des arcs de 2 x 20mm x 100cmht.

• Structure porteuse du tablier. (cf. fig 11). La reprise des efforts verticaux en provenance du platelage est assurée par les poutres longitudinales. Ces efforts verticaux sont alors repris par les éléments transversaux (entretoises + profilés métalliques). La reprise de l’ensemble des efforts du tablier par les suspentes s’établit par des platines en about des profilés métalliques. Les poutres de rigidité discontinues de part et d’autre du tablier ont un rôle multiple. Elles permettent dans un premier temps de transmettre les efforts des entretoises vers les profilés métalliques. De plus, elles permettent de rigidifier l’ensemble du tablier contre les mouvements des suspentes, notamment en cas de vent. Enfin, elles représentent les supports des garde-corps en superstructure. Les entretoises et les diagonales de contreventement permettent d’assurer la stabilité transversale de la structure, en cas de vent et contre les efforts sismiques.

Fig 10 : Décomposition de la structure


Diagonale de contreventement


Entretoise

Poutre de rigidité discontinue

Profilé métallique de type IPE

PRINCIPES CONSTRUCTIFS

• Intégration des ascenseurs dans la structure porteuse Les ascenseurs sont dissociés de la structure porteuse. La position des poutres longitudinales, des entretoises et des diagonales de contreventement permet l’implémentation d’une trémie dont les dimensions sont celles définies par les ascenseurs mis en place (cf. fig 12).

• Essences et traitement du bois En ce qui concerne l’ensemble des arcs et les deux files de poutres de rigidité discontinues, le choix a été de mettre en place des couvertines en cuivre ainsi que des bardages en mélèze afin de protéger la structure porteuse en lamellé-collé des intempéries. Une lame d’air ventilée doit être présente entre le bardage et la structure. Pour l’essence du bois mis en œuvre, nous considérons du douglas, très présent dans les forêts de la région stéphanoise. Nous trouvant dans une classe d’emploi 2, ce douglas doit être purgé d’obier, permettant l’utilisation d’aucun traitement. Les éléments de la sous-face du tablier sont considérés non étanches. Nous choisissons donc de l’épicéa avec des traitements insecticide et fongicide en profondeur. Ces éléments de ponts n’étant pas visibles, l’aspect du bois peut évoluer vers le gris. Aucun traitement de finition n’est donc à prévoir.

• Remplissage en mur gabion Un remplissage en mur gabion est conçu au niveau des extrémités de chaque rampe d’accès. Ce remplissage, non structurel, permet d’occulter la partie trop basse sous la rampe, non exploitable par les piétons. Le reste de l’espace sous la rampe est laissé libre afin de permettre le passage et l’accès aux ascenseurs avec une hauteur libre minimale de 2,10m.

Fig 11 : Schéma de principe de la structure du tablier. Fig 12 : Intégration d’une cage d’ascenseur dans le tablier.


DÉTAILS CONSTRUCTIFS

assemblages

• Assemblages arcs principaux – massifs de fondations (cf. fig 13). La transmission des efforts des arcs principaux en lamellé collé aux massifs de fondation s’établit par une platine d’ancrage en forme de T. Chaque organe métallique de type tige fonctionnant en double-cisaillement, l’ensemble de l’arc comporte quatre plans de cisaillement, diffusant fortement les efforts provenant des arcs principaux. Un choix structurel fort est d’encastrer les arcs principaux aux massifs de fondations. Cette solution provoque de l’hyperstatisme dans la structure, apportant des efforts supplémentaires dans les éléments. Cependant, avoir opté pour une articulation aurait certes diminué les sollicitations dans les arcs, mais aurait pour conséquence de mettre en place un seul organe métallique dans l’assemblage. L’ensemble des efforts de cisaillement perpendiculaires au fil du bois auraient été transmis à la platine au niveau de cette unique rotule, risquant le fendage des arcs en lamellé-collé. L’assemblage finalement opté étant par conséquent fixe, la mise en place d’appuis en élastomère s’avère inutile. Une étude géotechnique permettra de déterminer la nécessité de mettre en place des micro-pieux à la base des massifs de fondation.

• Assemblages arcs secondaires – massifs en fonte (cf. fig 14). La transmission des efforts des arcs secondaires au sol s’établit par des éléments en fonte reposant sur un socle béton. En effet, les efforts provenant des arcs secondaires étant plus faibles que ceux des arcs principaux, la mise en place de massifs de fondations ne s’avèrent pas nécessaire. Des liaisons externes plus esthétiques peuvent donc être considérées.

Fig 14 : Assemblages arcs secondaires – massifs en fonte

Fig 13 : Assemblages arcs principaux – massifs de fondations

Cheville mécanique

Arc secondaire

Massif en fonte

Platine d’ancrage

Arc laméllé collé

Massif béton

Organe métallique de type tige



• Assemblages arcs principaux – suspentes (cf. fig 15). Au niveau de chaque suspente, les deux arcs principaux sont liaisonnés entre eux par des butons. Ces éléments, fonctionnant en compression, permettent de palier à la géométrie des arcs, penchés vers l’intérieur de la passerelle. Les efforts de la suspente sont repartis sur les deux demi-arcs par un axe creux en acier inoxydable. De part cette liaison, l’axe en acier permet également de maintenir un écartement constant entre ces deux demi-arcs. En effet, les deux éléments étant très élancés, l’axe permet d’éviter leur déversement. Un cabochon en aluminium thermolaqué permettra à l’eau de ne pas stagner à l’intérieur de l’axe.

• Assemblages suspentes – tablier (cf. fig 16). Les efforts verticaux sont transmis par le tablier aux suspentes par des connecteurs métalliques. Les charges provenant des profilés métalliques et des poutres de rigidité sont repris par les connecteurs via une platine côté extérieur et un système équerre/boulons côté intérieur.

Fig 16 : Assemblages suspentes-tablier

Fig 15 : Assemblages arcs principaux -suspentes

Cabochon en aluminium

Axe en acier inoxydable Buton en acier

Suspente

Suspente Poutre de rigidité


Profilé métallique de type IPE(à cet endroit, le profilé n’est pas en bois afin d’assurer la connexion entre la suspente et la poutre de rigidité).

Équerre + boulons

Platelage

Connecteur suspente - poutre de rigidité

Platine

Blocage suspente



• Assemblages arcs – tablier (cf. fig 17). Les assemblages des arcs et des poutres de rigidité du tablier sont les plus complexes, de par l’orientation des arcs. Le principe de connexion des arcs principaux et des arcs secondaires sont similaires. Deux plaques métalliques reliées entre elles par un joint de soudure et comportant des raidisseurs permettent la transmission indirecte des efforts. En ce qui concerne les arcs secondaires, les organes de type tiges utilisés seront des boulons positionnés en file (cf. figure 18). Pour les arcs principaux, la grande superficie de la zone d’assemblage permet la mise en place d’une couronne de boulons. (cf. fig 19). Cette couronne étant très rigide, elle permet de bloquer tout mouvement relatif entre les arcs principaux et les poutres de rigidité.

Poutre principale

Arc secondaire

Écrou de serrage

Organe métallique avec raidisseurs

Tige filetée

Fig 17 : Assemblages arcs – tablier


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Couronne de boulons

File de boulons

Fig 19 : Assemblage arcs principaux - tablier

Fig 18 : Assemblage arcs secondaire - tablier


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REALISE PAR UN PRODUIT AUTODESK A BUT EDUCATIFGarde-corps

Poteau bois

Panneau de verre feuilleté

Poutre de rigidité

Poteau bois

Panneau de verre feuilleté

Sabot métallique

Suspente

Fig 20 : Détails de la mise en oeuvre des auvents de protection

SÉCURITÉ

• Mise en place d’auvents de protection de caténaires (cf. figure 20) L’ensemble des ponts routiers ou passerelles piétonnes surplombant une voie de chemin de fer électrifiée doit être équipée d’un auvent de protection des caténaires vertical ou horizontal. Cette mesure de protection électrique permet d’empêcher les personnes circulant sur l’ouvrage d’entrer en contact avec les câbles sous tension. De ce fait, nous proposons la mise en place d’une protection verticale en verre feuilleté afin de répondre à cette exigence tout en gardant une transparence. De profil, notre premier choix a été de prolonger les garde-corps placés sur les poutres de rigidité. Cependant, une contrainte nous a été imposée par l’interaction avec les suspentes de la passerelle. Les auvents verticaux ont alors dû être positionnés du côté extérieur des poutres de rigidité, en laissant une ouverture à la base des panneaux en verre feuilleté afin de permettre le passage des suspentes. Des poteaux bois liaisonnés aux poutres de rigidité par des sabots métalliques, permettent de reprendre les efforts verticaux et horizontaux des panneaux de verre.

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Documents

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