415-PASSERELLE PIÉTONNE ULTRA-LEGÈRE – NMBS

• Architecture
• Ingénierie des structures
• Ingénierie des techniques spéciales

La ligne de chemin de fer Bruxelles-Leuven-Tienen est une césure physique nord-sud entre la ville de Leuven et Kessel-lo. En nombre insuffisant, quelques tunnels et ponts routiers enjambent les voies qui sont sans confort pour les piétons et cyclistes.

La Ville de Leuven et la Nationale Maatschappij der Belgische Spoorwegen (NMBS) ont donc décidé de réaliser une passerelle couverte destinée aux piétons et cyclistes aux abords de la Provinciehuis.

La configuration du site permet le dessin d’une passerelle parfaitement horizontale.
Le gabarit au-dessus des voies impose un platelage le plus fin possible pour permettre le raccord harmonieux aux extrémités du pont.

L’écart entre les 25 voies est faible et ne permet pas l’implantation d’appuis intermédiaires. L’impérieuse nécessité de la continuité du trafic ferroviaire et du TGV impose, en outre, le lancement de la structure au-dessus des voies sans interférence avec celles-ci.

Première version – Treillis haubanné
Ces contraintes ont conduit à la conception d’une passerelle la plus légère possible, haubanée en multitreillis articulés, avec une portée libre de 140 m entre appuis. Le treillis est suspendu tous les 28 m. Il est composé de 20 mailles de 7 m tant de longueur que de hauteur.

La structure présente en coupe transversale un treillis portique en forme de “U” inversé, d’une largeur de 10,50 m, qui porte le tablier de 7 m de large sur ses côtés ainsi qu’en son centre. Ce dernier présente une épaisseur limitée à 8 cm.

Le platelage du pont comprend une tôle diaphragme perforée stabilisée par un plancher en madriers vissés de 7,5 cm d’épaisseur. Les côtés du platelage sont en outre équipés de garde corps vitrés de 1,75 m de haut.
La triangulation des treillis principaux est ainsi également contreventée par les treillis transversaux en “U” ce qui permet de limiter la longueur de flambage de tous les tubes constitutifs de ces treillis et leurs sections carrées à 100 mm par 100 mm (sauf les segments des membrures supérieures entre haubans).

Les haubans avec une pente de 3/4 sur l’horizontal en travée, et de 4/3 au-delà des appuis sont fixés à deux paires de pylônes de 49 m de hauteur utile.
Les pylônes présentent une section tubulaire de 300 mm de côté et sont contreventés au flambage par un jeu de petites barres.

Les pylônes présentent une section tubulaire carrée de 300 mm de côté et sont contreventés au flambage par un jeu de petites barres.

La disposition des haubans est telle qu’elle met en traction la membrure supérieure des treillis principaux sur ses 3 segments centraux de 28 m. Le segment central de la membrure supérieure présente une section de 200 x 200 mm pour passer à 150 x 150 mm aux segments adjacents et finalement 100 x 100 mm pour les deux segments vers les appuis, la réaction horizontale des haubans étant reprise par des masses d’ancrages respectivement à 21,00 m et 36,75 m, des pylônes.

Les treillis principaux sont suspendus de manière pendulaire aux pylônes pour être librement dilatables, les membrures inférieures étant reliées aux pylônes par des barres équipées d’amortisseurs.

Deuxième version – Arc unique contreventé
En janvier 2005, les nouveaux développements immobiliers envisagés sur le site jouxtant la passerelle conduisent les autorités à reconsidérer la localisation de cette dernière.
La nouvelle implantation conduit à un nouveau projet en arc.

Cet arc en acier, de 20 m de hauteur, se compose d’une section principale reconstituée soudée à l’aide d’un plat métallique 500 x 80 mm formant aile supérieure, d’une âme évidée à intervalles réguliers et hauteur variant entre 1,0 m et 1,5 m, et d’un tube circulaire de 400 mm de diamètre et 50 mm d’épaisseur formant partie inférieure de la section. Les proportions de cette poutre principale formant arc, basées sur celles employées pour les arcs de la gare de Leuven, lui assurent stabilité dans son plan ;

Le déversement de l’arc est prévenu à l’aide d’un système de contreventement dérivé de l’étude menées sur les colonnes haubanées (en collaboration avec le service de mécanique des structures de la VUB) : 15 paires de poinçons de 120 mm de diamètre soudés à intervalles réguliers de 8,75 m au tube inférieure de la section sont reliés à l’aile supérieure de l’arc par un jeu de tirants croisés de 30 mm de diamètre ; ces poinçons sont en outre connectés à une paire de câbles tendus de 60 mm de diamètre, ancrés aux deux extrémités du pont, dont la trace en élévation suit la courbure de l’arc et celle en plan décrit un arc de dimensions principales 140 x 1,5 m. Il peut être montré que ce système permet de diviser la longueur de flambement par 12, qui est dès lors de 11,67 m.

Le tablier, d’une largeur variant entre 10 m et 7 m, se compose d’un platelage en béton avec résine encadré par une structure tubulaire ou pleine (120 x 120 mm) en acier ; son élévation décrit un arc de dimensions 140 x 0,9 m, sa trace évasée en plan est définie à l’aide de deux arcs 140 x 1,5 m disposés symétriquement par rapport à l’axe longitudinal du pont. Il est soutenu par trois rangées de 15 suspentes de 24 mm de diamètre reliées à l’arc, stabilisant ainsi géométriquement celui-ci et offrant ainsi une aire de circulation séparée pour les piétons et pour les cyclistes.
La démultiplication du nombre de suspentes limite leur diamètre ce qui permet ainsi un gain important en poids au niveau des chapes d’ancrage par rapport à l’utilisation de suspentes de plus gros diamètre ; l’utilisation de câbles multi-brins permettant un amortissement interne plus important et l’adjonction d’hélicoïdes métalliques permettent de prévenir le risque de résonance.
Conformément aux exigences de sécurité, il est bordé latéralement par deux tôles, de 2 m de haut, en métal perforé à 50 % et fixées tous les mètres aux tubes latéraux du tablier à l’aide de montants 25 x 25 mm, ainsi que de garde-corps en verre, de 1 m de haut, fixés tous les mètres à l’aide de montants 60 x 25 mm.

Les effets du vent sur la passerelle sont définis selon l’Eucocode 1 – Actions sur les structures. Ainsi, les ancrages latéraux au pied de l’arc permettent de prévenir le renversement de celui-ci sous l’action d’un effort latéral dû au vent de 160 kg/m ; la configuration évasée du tablier et son encastrement par triangulation aux extrémités lui permettent de reprendre un effort latéral sous l’action du vent de 1200 kg/m exercé sur les tôles perforées et les garde-corps.

La passerelle à arc unique contreventé peut s’appuyer sur un voile mince, visuellement beaucoup plus léger qu’une culée présentant toute la largeur du pont.
Cette minceur de l’appui permet une intégration discrète au droit de l’esplanade côté Leuven.
Du côté Kessel-Lo, seul le voile d’appui complété par un massif d’ancrage triangulaire viennent occuper le talus du parc, dans le souci d’une intégration douce.
En été , le feuillage des arbres cachent le sommet de l’arc, incitation supplémentaire à lui donner une naissance discrète.

L’arc sépare la zone de circulation réservée aux piétons de celle réservée à la piste cyclable.
La passerelle peut immédiatement ou ultérieurement être couverte par une toiture de préférence vitrée qui peut être fixée très simplement aux suspentes du tablier.
La largeur minimum au centre de la passerelle de 2 x 3,5 m
est imposée par la nécessité de faire passer les véhicules de sécurité et d’urgence avec une hauteur utile sous le premier buton à la naissance des arcs (ou sous l’éventuel auvent) de plus de 3 m.

Troisième version – Tube en caisson de tôle perforée
En août 2010, le projet redémarre avec une nouvelle donnée : un appui intermédiaire peut être prévu au tiers du parcours de la passerelle, laquelle sera donc constituée de deux tronçons, l’un de 100 m et l’autre de 61 m de long.
Comme dans la deuxième version, la passerelle s’élance de l’esplanade située au pied de la maison provinciale, mais débouche sur le futur parc Bellevue.

La conception se développe sur la base des éléments suivants :
• La passerelle doit rester à une distance minimale des poteaux et des traverses soutenant les caténaires.
• Pour favoriser la circulation des piétons et des cyclistes, la pente doit être aussi réduite que possible.
• Les parois doivent permettre une vue sur le paysage pour les utilisateurs, laisser passer la lumière naturelle, protéger des intempéries, éviter les blessures et empêcher les tentatives de suicide, être facile à entretenir, tout en restant non glissantes par quelque temps que ce soit (il faut donc un drainage efficient).
• Les charges d’utilisation, limitées aux cyclistes et aux piétons, autorisent une très grande légèreté. C’est dès lors la gestion des vibrations qui devient déterminante dans le projet, une grande légèreté devant être compensée par une grande raideur.
• Le montage enfin doit être économique, tout en tenant compte du fait qu’il n’y a virtuellement pas de place pour implanter une grue.

Ceci aboutit, en décembre 2010, à un nouveau projet de passerelle horizontale, sous la forme d’un tube « transparent », formé de caissons en tôle perforée grise de 3,5 m de largeur, soudés l’un à l’autre sans joint de dilatation, résistant donc aisément à la torsion. La toiture, en tôle perforée également, est revêtue d’une membrane fluorée transparente. Les appuis en néoprène situés au droit des appuis reprennent les mouvements et transmettent les efforts induits.

En coupe transversale, le toit et le plancher sont constitués de segments qui présentent une courbure en forme de chaînette. La tôle d’acier du plancher travaille ainsi presqu’exclusivement en traction, les efforts étant repris en compression par les cadres de renfort inférieurs : ceci permet de réduire drastiquement la quantité de matière. L’utilisation d’une même forme pour la toiture permet d’évacuer rapidement l’eau de pluie.
Les perforations de la tôle disparaissent progressivement au droit des cadres de renfort réalisés en plats d’acier.
Les profils en long (parties verticales et parties horizontales) ont une forme variable qui suit le diagramme-enveloppe des moments fléchissants. La hauteur des façades varie ainsi de 3,60 m à 7,20 m. Des membrures de renforcement éliminent l’effet de « shear buckling ». La toiture perforée participe grandement à la raideur, à la résistance à la torsion et à la stabilité dynamique de l’ensemble.

Le parcours sinueux ou droit de la passerelle (une variante en S et une variante droite ont été étudiées) respecte l’implantation des poteaux et des traverses qui soutiennent les caténaires et minimise au mieux les moments induits dans la passerelle. La forme en S est plus dynamique et s’intègre mieux au paysage.

Le support intermédiaire doit pouvoir résister au déraillement accidentel d’un train ; il est constitué de deux voiles parallèles en béton.

Le montage du pont est réalisé uniquement à partir de Kessel-Lo, les éléments du pont, entièrement préfabriqués en atelier, étant « poussés » sur un point d’appui provisoire puis sur les voiles du support intermédiaire. Un mât provisoire et des câbles permettent de franchir la distance restante jusqu’à l’esplanade. Les éléments sont soudés les uns aux autres sur place.

Document E41_01/415 -Fr Édition du 2011-10-21

• Marc DUBOIS : “Tussen binnenstad en spoor – Leuven 2003 / Entre le centre-ville et le chemin de fer – Louvain 2003″ ; Philippe Samyn and Partners”, Ludion, Gent – Amsterdam, Janvier 2005, 128p., (ISBN 90.5544.548.7). 

Andrès Fernandez Marcos