Betonbau in der Schweiz 2010 - fib-ch - EPFL

Fig. 5Elévation de l’étayage, situation des trémies de pose et d’évacuation.Cut and removal of an element to create openings on each side of the runway.The new side slabs are then laidon water-inflated tubes, allowingthem to adjust their height andposition before the space betweenthe ground and the slab isfilled with rapid-setting grout.The end of the side slab next tothe tunnel has a reinforced corbelwith holes enclosing the steelpiles’ top ends.C. Construction of the new abutmentsunderneath, while keepingthe clearance free for traffic inthe tunnel. This work is carriedout next to a Berlin-type wall inbetween the steel piles.pieux tout en assurant le passagedes avions. Cet élément permetégalement de compenser les effetsde la courbure du tunnel etde faire un ripage rectiligne malgréla courbure.C. Construction en taupe de nouvellesculées sous la piste actuelleet à l’intérieur du gabarit du tunnel.Exécution de ces travaux àl’abri du bouclier formé par uneparoi berlinoise réalisée entre lespieux forés au travers de la piste.D. Pose d’un étayage provisoiresupportant l’ancienne dalle detoiture du tunnel. Cet étayage estD. Demolition of the tunnel walls,replaced by temporary shoring,bearing the current slab of thetunnel.This steel shoring, replacing thetunnel walls is designed to progressivelytransfer the aircraftloads, while disconnecting theslab to be pushed out.E. Creation of two large openingsin the tunnel slab on each side ofthe runway.On each side of the runway, outsidethe aircraft traffic, two openingsare created. They are 8 and10 m long, and are as wide as theFig. 6Principe général de la méthode de ripage.General principle of the launching method.101

Fig. 7Pose d’un nouvel élément dans la trémie – collage époxy et post-tension des éléments à joints conjugués.Laying a new element in the opening – epoxy sealing and post-tensioning connection against the previous one.au droit des anciens murs et assureprogressivement la reprise desefforts. La totalité de la dalle estainsi désolidarisée de ses murs etposée sur des voies de ripage.E. Ouverture de deux trémiesdans la dalle du tunnel de part etd’autre de la piste.De part et d’autre de la piste, endehors des zones de circulationdes avions, deux ouvertures de 8et 10 m de longueur sur toute lalargeur du tunnel sont créées. Cesouvertures serviront à poser lesnouveaux éléments préfabriquésde dalle d’un coté et de d’enleverles anciens de l’autre coté après laphase de poussage. En phase opérationnellede l’aéroport, ces ouverturessont protégées par descouvercles métalliques coulissantsur des rails capables de supporterles charges des avions en cas desortie de piste. Ces «tiroirs» sontainsi ouverts et fermés en fonctiondes heures d’exploitation de lapiste d’envol.F. Pose d’éléments préfabriquésde dalle précontrainte, étanchéité,bétonnage de la dalle d’usureet évacuation de l’ancienne dalle.Dès l’atterrissage du dernier avionvers 23h45, le couvercle de protectionde la trémie de pose estouvert. Le portique de levage déposeun élément préfabriqué dedalle de 36 m de longueur par 3 mtunnel. They are used to lay newprecast slab sections on one side,and to remove old sections on theother side after each launchingstep. During the day when theairport is running, these openingsare covered with steel plates slidingon rails, which are capable oftaking the load of an aircraft (incase a plane accidentally exits therunway). These sliding covers areopened and closed according tothe air traffic hours on the runway.F. Laying of new precast prestressedslab sections, proofing layer,casting of runway top concrete,removal of the old section of thecurrent slab.As soon as the last aircarft landsaround 11:45 pm, the openingcover is slid out. The travellingcrane brings a new 36 m-wide by3 m-long slab section and puts itin the opening. This section isfixed to the previous one byepoxy sealing and post-tensionedusing thirty 50 mm diameter barsconnected to the previous section.After two of these elementsare laid in the opening, giving 6 mof slab, the proofing layer isinstalled and the 30 cm-thick topconcrete of the runway is cast.On the other side of the runway,the 6 m-long old slab sectionpushed out is removed from thede largeur dans la trémie. Celui-ciest connecté par collage époxyaux dalles précédentes et mis enprécontrainte par une trentainede barres diamètre 50 mm connectéesà celles de l’élément précédent.Après la pose de deux élémentsde dalles formant 6 m denouvelle couverture du tunnel,l’étanchéité est complétée et ladalle d’usure de 30 cm d’épaisseurest bétonnée.Du coté de la trémie d’évacuation,le morceau de 6 m de dalleprécédemment poussé en dehorsde la piste est découpé et évacué.La piste est rendue au traficaérien à 05h30.G. Ripage progressif de l’anciennedalle et des nouveaux élémentspar étapes de 6 m de longueur.Tous les 6 m, l’ensemble de la dalleest poussée au travers de la piste,déplaçant ainsi la partie résiduellede l’ancienne dalle vers la trémiede démolition, et introduisant lesnouvelles dalles placées dans latrémie de pose dans le cheminementde la piste. La surface deroulement est ainsi progressivementremplacée sans interventionmajeure dans le chemin d’évolutiondes avions. A la fin de chaquephase de ripage, des vérins deblocage latéraux intégrés dansl’épaisseur de la dalle viennentbloquer tout le système, afin que102

Fig. 8Vue de la piste après 3 étapes de ripage.View of the runway after 3 pushing steps.other opening. The runway isgiven back to air traffic at 5:30am.G. Progressive launching of thestructure in six metre steps.Every six metres, the structure ispushed across the runway, eachtime pushing a portion of the oldslab out of the runway towardsthe demolition opening, and pushingin a portion of the new slab.Thus, the runway is replaced andreinforced gradually, without disturbingair traffic. At the end ofevery pushing step, lateral jacksare used to block the whole structure,so that aircraft can land andtake off without creating any displacementof the slab laid on slidingbearings. With this system,even if there is a failure in thepushing system, the structure canbe blocked and secured at anymoment and the runway used byaircraft. In the case of the arrivalof an emergency or air-ambulanceaircraft, the runway can be readyin just a few minutes.H. End of the pushing sequence,connection to the abutments.Once the whole new structure ispushed in place, the back walls ofthe abutments are connected toles avions puissent évoluer sur letunnel sans risque de faire bougerla dalle posée sur ses appuis deglissement. De cette manière,même en cas de blocage du ripage,le système peut être à toutmoment sécurisé et la piste exploitée.En cas d’arrivée impromptued’un avion sanitaire ou d’urgence,la piste peut ainsi être opérationnelleen quelques minutes.H. Fin du ripage, solidarisation desculées et de la dalle du tunnel.A la fin du poussage, les mursarrières des culées sont connectésà la dalle par des barres de précontrainteverticales, formantainsi des encastrement puissantspermettant l’augmentation decapacité portante de la dalle. Cesmurs remplacent progressivementles étayages qui sont démontésau fur et à mesure des transfertsde charge sur les murs.Au niveau de la dalle, de la précontraintelongitudinale complémentaireet continue complèteles barres couplées. De même,dans la dalle d’usure, des câblesde précontrainte enfilés à la finpermettent de lutter partiellementcontre les effets de la fissurationdue aux effets différés.the slab using vertical post-tensioningbars, creating strong fixedends to the slab to increase theloading-bearing capacity. Newwalls gradually replace the temporaryshoring, and this is thendismantled bit by bit once the loadis transferred to the walls.Additional longitudinal prestressingin the slab comes on top ofthe connected bars. Similarly, prestressingcables are slid into thetop concrete of the runway toprevent cracking due to longtermeffects.Auteur/AuthorJean-François KleinDr ès sc. techn., ing. civil dipl. EPFLAdministrateur de T ingénierie saCH-1211 GenèveEmail: gva@t-ingenierie.com103

Pontili galleggianti in calcestruzzo precompressosul Lago MaggioreFloating landing stages in prestressed concreteon Lake MaggioreAntonio Paronesso, François PronguéIntroduzioneNell’ambito degli interventi di potenziamentodelle infrastrutturedestinate al turismo da diporto finanziatedalla Regione Lombardia,rivestono un ruolo importante lerealizzazioni dei due pontili galleggiantidi Porto Valtravaglia eMaccagno situati entrambi sullasponda est del Lago Maggiore.Ciascuna delle due strutture è formatada moduli prefabbricati incalcestruzzo armato assemblati inacqua per mezzo di un sistema diprecompressione esterna. Graziealla particolare forma ad arco ealla notevole mole del manufattoassemblato, le oscillazioni prodottedal moto ondoso agente sullastruttura risultano contenute atutto vantaggio di un notevolecomfort per gli utilizzatori delmolo.Azioni esterne preponderantiL’azione che genera le sollecitazionipiù importanti all’interno diun corpo galleggiante è senz’altroil vento. Il suo effetto si esplicaattraverso un’azione diretta rappresentatadalla pressione cineticaapplicata alla struttura stessa eai natanti ad essa ormeggiati edun’azione indiretta rappresentatadal moto ondoso indotto dalvento.I parametri che maggiormente determinanol’intensità di tali azionie condizionano quindi il dimensionamentodel sistema, sonol’estensione dello specchio d’acqua(fetch) e il regime dei ventidella zona che si estende attornoalla struttura. Dal fetch e dalladurata dei venti nel tempo dipendonoin particolare le lunghezzed’onda dei moti ondosi che si possonosviluppare in un determinatobacino. Dalle intensità deiIntroductionWithin the scope of the works forthe development of infrastructurefor the tourist industry financedby the Region of Lombardy,the creation of two floating landingstages at Porto Valtravagliaand Maccagno play an importantrole. Both are situated on the eastbank of Lake Maggiore.Each of the two structures comprisesprefabricated reinforcedconcrete modules assembled inthe water by means of an externalprestressing system. Thanks tothe particular arched shape andconsiderable inertia of the assembledproduct, the oscillationgenerated by the movement ofthe waves acting on the structureproves to be contained for thegreat convenience of those usingthe jetty.Main external actionThe force which generates moststress inside a floating body is thewind. Its effect is developedthrough direct action representedby the kinetic pressure applied tothe structure in question and tothe craft moored to it as well asindirect action due to the movementof the waves, which thewind creates in the fluid accommodatingthe body.The main parameters which determinethe intensity of such actionand therefore condition thedimensioning of the system, arethe extent of open water (lengthof the free area available to thewind or fetch) and the windspeed (kinetic pressure) in thearea that extends around thestructure.In particular, the length of thewaves in the wave movement,which may be generated in a particularbasin, depend on the fetchventi dipendono in generale lealtezze delle onde che possonoimpegnare la struttura.Principali tipologie di moligalleggianti in calcestruzzoarmatoLe tipologie di moli galleggiantiin calcestruzzo armato attualmenteimpiegate per creare unadarsena possono essere classificatein base al sistema di ormeggioutilizzato e in base alla rigidezzapropria posseduta dalla struttura.Con riferimento alle modalità diormeggio, si possono distinguereun primo tipo di soluzioni che utilizzanosistemi di catene ancorateal fondo per mezzo di corpi mortio pali infissi e un secondo tipo disoluzioni che utilizzano sistemi dibielle rigide (o bracci oscillanti)ancorate al fondo per mezzo dipali.Nel caso dei pontili in oggetto si èoptato per la soluzione rigida delsecondo tipo accoppiata ad unsistema di ormeggio formato daben 34 catene opportunamentetesate ed orientate in modo dagarantire spostamenti relativi frapasserella di accesso e corpo galleggianteentro le tolleranze diprogetto.AnalisiLa struttura qui in esame ha il caratteredi prototipo. Per la determinazionedelle sollecitazioni interneindotte dal moto ondosoassociato a diverse direzioni diAknowledgeLa realizzazione delle opere illustratenel presente articolo è stata resa possibilegrazie al contributo fornitodallo Studio Ambrosetti-Colombo,Varese, Italia, da M. Jartoux, daFreyssinet SA Suisse e da AR&PAEngineering, Lugano Svizzera.104

Fig. 1Messa in acqua dei moduli per mezzo di un autogru.Placing in the water of the modules by means of mobile crane.and duration of the wind. Ingeneral, the height of the wavesthat could affect the structuredepends on the intensity (kineticpressure) of the wind.Main types of floating jettiesmade of reinforcedconcreteThe types of floating jetties madeof reinforced concrete currentlyused to create a dock can be classifiedaccording to the mooringsystem used and the inherent rigidityof the structure.With regard to mooring methods,there is one type of solution,which uses systems with chainsanchored to the bottom by meansof anchor blocks or piles, and anothertype of solution, which usessystems with rigid connectingrods (or swivel arms) anchored tothe bottom via piles.propagazione d’onde, sono stateeffettuate analisi idrodinamichein frequenza del solo corpo rigidogalleggiante e analisi statiche edinamiche non lineari nel tempodel sistema completo di catene.Geometria del manufatto etecnica costruttivaIl molo è formato da 20 moduliprefabbricati in calcestruzzo armatodi forma trapezoidale dilunghezza media 5,6 m, sezionetrasversale di larghezza 4 m ealtezza 3 m. I due moduli di testatasi differenziano per organizzazionee dimensioni della strutturainterna dagli altri 18 della zonacentrale in quanto destinati adaccogliere le teste di ancoraggiodei cavi di precompressione. Lospessore della soletta di fondo deimoduli è pari a 22 cm mentre quellodella soletta superiore è delleIn the case of the landing stagesin question, the rigid (i.e. second)type of solution was chosen coupledwith a mooring system formedof 34 chains tightened and orientatedso as to guarantee therelevant displacement betweenthe access bridge and the floatingbody within the project tolerancerange.AnalysisThe structure under considerationis like a prototype. In order to determinethe internal stress inducedby wave action coming fromdifferent directions, some hydrodynamicanalyses were carriedout in the frequency domain forthe floating rigid body alone aswell as non-linear static analysesand non-linear dynamic analysesperformed in time domain for thesystem with chains.105

Fig. 2Ultime operazioni di accopiamento dei gruppi formati da tre moduli.Last connecting operations of the units formed of three modules.pareti verticali è di circa 18,5 cm.La stazza totale del pontile è paria circa 1200 t. Una volta assemblata,la struttura assume laforma di un arco con lunghezzauguale a circa 120 m e concavitàrivolta verso riva.I moduli sono prefabbricati in stabilimentoa Varese grazie all’impiegodi un cassero metallico. Peril loro confezionamento è utilizzatocalcestruzzo di classe C40/50e acciaio B450C. La gabbia dellearmature lente del singolo elementoè preassemblata a pièd’opera e quindi inserita nel casseroprima del getto del calcestruzzo.Segue il montaggio degliinserti necessari per il passaggiodelle barre di preassemblaggiodei moduli e quelli per la formazionedelle selle di appoggio edeviazione (diabolos) dei cavi diprecompressione. Si procede quindial getto simultaneo della solettadi fondo e delle quattro paretiverticali del modulo, seguito adistanza di 24 a 36 ore da quellodi completamento della solettasuperiore.Gli elementi prefabbricati sono inseguito trasportati su strada sinoProduct’s geometry anddesign techniqueThe jetty consists of 20 prefabricatedmodules made of reinforcedconcrete, trapezoidal in shapewith an average length of 5.6 m,a cross section of 4 m width andheight of 3 m. The two pierheadmodules differ in their arrangementand dimensions of internalstructure from the other 18 in thecentral zone in that they are forhousing the anchorage heads ofthe prestressed cables. The thicknessof the bottom slab of themodules is 22 cm while that ofthe upper slab and vertical wallsis about 18.5 cm. The total registeredtonnage of the landingstage is about 1,200 tons. Onceassembled the structure took onthe shape of an arch with an averagelength of about 120 m andconcavity in the direction of thebank.The modules were manufacturedin the plant at Varese thanks tothe use of a steel formwork. ClassC40/50 concrete and B450C steelwere used. The frame for the concretesteel reinforcement of thesingle block was preassembled onalla darsena di varo di Sant’Annasituata presso Sesto Calende. Quiavviene la messa in acqua (fig. 1)dei moduli e un primo assemblaggioa gruppi di tre. Questa operazioneè effettuata utilizzando 8barre Ø 40, f pk= 1030 N/mm 2 , dispostesu ciascuna interfaccia dicollegamento. In questa fase lebarre vengono tesate ad un valorenon superiore a 100 kN.Successivamente viene realizzatoil giunto di continuità fra modulimediante iniezione di maltacementizia debolmente espansivapraticata nell’intercapedine creatadall’accostamento dei moduli edall’interposizione fra di essi di unnastro di neoprene posto lungo ilperimetro delle facce da accoppiare.Avvenuta la maturazionedella malta di iniezione dei giunti,le barre sono tesate una secondavolta ad un valore limite ugualea circa 750 kN.Ciascun gruppo formato da tremoduli è quindi trasportato viaacqua dalla darsena di varo allazona temporanea di ormeggioposta a circa 300 metri dalla riva.In questo luogo, al riparo da motiondosi importanti (fig. 2), sono106

Fig. 3Il manufatto al luogo d’impianto definitivo.The product at the place of final installation.site and therefore inserted in thesteel formwork before casting theconcrete. Then followed the assemblyof the inserts necessary toaccommodate the preassembledmodule bars and those for theformation of the saddle and deviationsupports (diabolos) for theprestressed cables. Next, simultaneouscasting of the bottomslab and four vertical walls of themodule took place, followedafter 24 to 36 hours by that forcompletion of the upper slab.The prefabricated items werethen transported by road as far asthe Sant’Anna dock slipway situatednear Sesto Calende. Here themodules were placed in the water(Fig. 1) and assembled in groupsof three. This operation was carriedout using eight prestressingbars arranged on each connectinginterface with Ø 40 and f pk=1,030 N/mm 2 . In this phase thebars were tightened to a value ofnot more than 100 kN.Subsequently, a continuity jointwas created between modules bymeans of an injection of slightlyexpansive mortar, made in thecavity created by the line-up ofeffettuate le ultime operazioni diaccoppiamento dei gruppi precedentementeassemblati. Una voltacompletato il collegamento ditutti e 20 i moduli si procede allamessa in opera del sistema di precompressionecostituito da 8 cavipostesi ciascuno formato da 12trefoli di 0,6’, f pk= 1860 N/mm 2 , ealla successiva messa in tensionedei cavi per una forza totale diprecompressione misurata al martinettopari a circa 18 750 kN.Il manufatto finito completo deiflaps di stabilizzazione idrodinamicaè quindi trasportato via lagoal luogo d’impianto definitivo(fig. 3) dove sono in attesa le catenedi ormeggio preventivamentemesse in opera.Sistema e tecnica di messain precompressioneLo stato di sollecitazione dellastruttura in oggetto è caratterizzatoda variazioni cicliche cheimpongono l’utilizzo di una precompressionecentrata con tensioniuniformi su ciascuna sezionetrasversale del pontile. La tecnicadi precompressione esterna quiadottata (con cavi che corronothe modules and the insertionbetween them of a neopreneband, placed along the perimeterof the surfaces to be joined.When the mortar injected intothe joints had hardened, the barswere tightened a second time toa limit value of about 750 kN.Each group formed of three moduleswas then carried by waterfrom the dock slipway to the temporarymooring zone located atabout 300 metres from the bank.Here, sheltered from significantwave movement (Fig. 2), the lastconnecting operations of theunits previously assembled werecarried out. Once the connectionof all 20 modules had been completed,setting up of the prestressedsystem took place, comprising8 cables, each one formed of 12strands of 0.6’, f pk= 1,860 N/mm 2and subsequent tightening of thecables for a total prestressedforce measured with a jack ofabout 18,750 kN.The finished product, completewith hydrodynamic stabilizingflaps, was then carried by lake tothe final place of installation (Fig.3) where it awaited the mooring107

Fig. 4Impiego di due martinetti monotrefolo.Use of two single strand jacks.AcknowledgmentCompletion of the works described inthis article was made possible thanksto the contribution provided byStudio Ambrosetti-Colombo, Varese,Italy, M. Jartoux, Freyssinet SASwitzerland and AR&PA Engineering,Lugano Switzerland.chains which had been set up previously.Prestressing system andtechniqueThe state of stress of the structurein question is characterized bycyclical variations, which imposethe use of prestressing centredwith uniform tension on eachcross section of the landing stage.The external prestressing techniqueadopted here (with cablesthat run in the internal free spaceof the modules), presents variousadvantages compared to othersystems currently in use. Theexternal alignment of the cablesallows containment of the thicknessof the slabs and walls of themodule, which must satisfy, in thiscase, only static requirements andthose concerning guaranteedminimum concrete cover to reinforcement.The use of greased and PE sheathedstrands located inside HDPEtubes, reduces the coefficient offriction to the minimum betweenthese items and facilitates thestressing of cables 120 m longfrom one end. This makes it possibleto carry out the stressing operationsoutside the head modulesnello spazio libero interno deimoduli) presenta diversi vantaggirispetto ad altri sistemi correntementeutilizzati. L’andamento esternodei cavi permette di conteneregli spessori delle solette edelle pareti del modulo che devonosoddisfare, in questo caso, asole esigenze statiche e di copriferrominimo garantito.L’impiego di trefoli inguainati elubrificati posti all’interno di tubiguaina PEHD, riduce al minimo ilcoefficiente di attrito fra tali elementie consente la messa in tensionedi cavi di lunghezza 120 m apartire da una sola estremità. Ciòrende possibile effettuare le operazionidi tesatura all’esterno deimoduli di testata grazie all’adozionedi cavi ad andamento incrociato.La tecnica utilizzata per il confezionamentodei cavi prevede chel’inserimento nel tubo guaina diciascun trefolo inguainato e lubrificatoavvenga in maniera indipendentedagli altri grazie all’utilizzodi un sistema di trascinamentoa spola di filo che garantisceun perfetto allineamento deitrefoli che compongono lo stessocavo. La successiva iniezione deltubo guaina con malta cementizia108