PRIX D ARCHITECTURE 2014-2015 / ÉQUIPE N 12 UNE PASSERELLE URBAINE EN BOIS SAINT-ÉTIENNE DÉMARCHE DU PROJET - PRINCIPES ET DÉTAILS CONSTRUCTIFS

PRIX D ARCHITECTURE 2014-2015 / ÉQUIPE N 12 UNE PASSERELLE URBAINE EN BOIS SAINT-ÉTIENNE DÉMARCHE DU PROJET - PRINCIPES ET DÉTAILS CONSTRUCTIFS

UNE PASSERELLE URBAINE DÉMARCHE DU PROJET Implantation Saint-Etienne 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 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 devenir pourafin l instant par la voie ferrée et leallant boulevarddu urbain. côté de la cité duendesign, deisolée définir un axe tramway au parc François Mitterand. Le site devient 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 facilement accessible aux piétons et cyclistes et le franchissement se fait naturellement dans la continuité de Mitterand. Le site devient facilement accessible aux piétons et cyclistes et le franchissement se fait naturellement dans la continuité de la rue. Depuis le boulevard, la présence de la passerelle symbolise l entrée ou la sortie de la ville. la rue (cf. fig 2). Depuis le boulevard, la présence de la passerelle symbolise l entrée ou la sortie de la ville. 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 noeuds 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. Zénith 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. A l inverse, avoir choisi une passerelle à tablier supérieur aurait été contraignant au niveau du gabarit ferroviaire. Le choix d une passerelle à arcs intermédiaires permet donc d optimiser la géométrie de ces arcs. Pôle universitaire La Comédie Parc François Mitterrand Cité du design Arrêt de tramway Le Fil Parc François Mitterrand Futur logements Fig 1 : Schéma de principe pour la création de la passerelle. (document fourni par IFB 42) Fig 2 : Plan masse de la passerelle projetée. 1

DÉMARCHE DU PROJET choix formels et structurels Pont à béquilles A 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, Gabarit ferroviaire Gabarit routier 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 Gabarit ferroviaire Gabarit routier Fig 3 : Solution d un pont à béquilles. Pont à arcs La 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. R UN PRODUIT AUTODESK A BUT EDUCATIF 2 Gabarit ferroviaire Gabarit routier Fig 4 : Solution d un pont à arcs. Gabarit ferroviaire REALISE PAR UN PRODUIT AUTODESK A BUT E

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 5 : Solution d un tablier entièrement suspendu. Fig 6 : Solution d une passerelle à tablier supérieur.. Fig 7 : Solution retenue : passerelle à arc intermédiaire. 3

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 Rémy Anino Vers Manufacture Fig 8 : Longueur admissible Rampe PMR côté Manufacture Vers Plaine Achille 0 4m 8m ÉLÉVATION Fig 9 : Aboutissement de la forme - Élévation de la passerelle. 4

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 100cm ht. 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 5

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. Profilé métallique de type IPE Poutre de rigidité discontinue Entretoise Poutre longitudinale Diagonale de contreventement Fig 11 : Schéma de principe de la structure du tablier. Fig 12 : Intégration d une cage d ascenseur dans le tablier. 6

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. Arc laméllé collé Organe métallique de type tige Cheville mécanique Platine d ancrage Massif béton Fig 13 : Assemblages arcs principaux massifs de fondations Arc secondaire Massif en fonte Fig 14 : Assemblages arcs secondaires massifs en fonte 7

DÉTAILS CONSTRUCTIFS 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 demiarcs. 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. Cabochon en aluminium Axe en acier inoxydable Buton en acier Suspente Fig 15 : Assemblages arcs principaux -suspentes Suspente Poutre de rigidité Platelage Connecteur suspente - poutre de rigidité Poutre longitudinale Équerre + boulons Platine Blocage suspente Fig 16 : Assemblages suspentes-tablier 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). 8

DÉTAILS CONSTRUCTIFS 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 Organe métallique avec raidisseurs Arc secondaire Tige filetée Écrou de serrage Fig 17 : Assemblages arcs tablier 9

File de boulons Fig 18 : Assemblage arcs secondaire - tablier Couronne de boulons Fig 19 : Assemblage arcs principaux - tablier 10

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 gardecorps 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 REALISE en verre PAR UN feuilleté PRODUIT AUTODESK afin de A BUT permettre EDUCATIF 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. Panneau de verre feuilleté Poteau bois REALISE PAR UN PRODUIT AUTODESK A BUT Garde-corps EDUCATIF Poutre de rigidité Panneau de verre feuilleté Poteau bois Sabot métallique Suspente Fig 20 : Détails de la mise en oeuvre des auvents de protection 11