RGCF de novembre 1934 : Reconstruction du pont de la Quarantaine

Titre

Reconstruction du pont de la Quarantaine sous les voies ferrées du PLM à Lyon et de ses ouvrages d’accès par M. Cochet, Ingénieur en chef du 4ème arrondissement de la Voie au PLM

Documents

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  Figure 1

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  Figure 2

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  Figure 3

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  Figure 4

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  Figure 5

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  Figure 6

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  Figure 7

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  Figure 8

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  Figure 9

Généralités

La ligne du Chemin de fer du PLM venant de Paris et se dirigeant vers Lyon par la Bourgogne, suit la vallée de la Saône avant d’aborder la ville. Elle franchit la gare de Lyon-Vaise, puis passe par un souterrain sous le coteau de Saint Irénée, que contourne une boucle de la Saône. Pour atteindre la gare de Lyon-Perrache 1, elle franchit la rivière par un pont important, que la Compagnie vient de transformer.

L’ancien ouvrage, datant de 1857, commençait à présenter de sérieuses traces de fatigue. De plus les deux voies qu’il comportait ne suffisaient plus.

La Compagnie PLM décida de le reconstruire complètement.

La présente note donne la description du nouvel ouvrage et s’étend en particulier sur l’établissement des nouvelles piles et culées, dans lequel résidaient les principales difficultés de construction.

Motifs de la reconstruction des ouvrages

L’ancien viaduc sur la Saône ne comportait que deux voies, qui à son extrémité, côté Lyon, s’épanouissaient en un faisceau comprenant les deux voies principales conduisant à Saint Etienne et au Teil, à droite de la gare de Perrache I, puis les voies à trottoirs de cette gare, et diverses voies de service (Figure 1).

Les manoeuvres, sur cette tête de gare, étaient compliquées, car tous les trains échangés entre Lyon, d’une part, Saint Etienne et le Teil, d’autre part, doivent rebrousser jusque sur le viaduc pour quitter ou atteindre les trottoirs de la gare.

L’augmentation de la circulation exigeait un élargissement de cette partie Nord de la gare qui conduisait à augmenter le nombre des voies sur le pont.

Or, on ne pouvait songer à obtenir ces voies supplémentaires en accolant simplement un nouveau viaduc à l’ancien.

Pareille solution aurait entraîné, à cause de la proximité du tunnel, (forcément maintenu dans sa situation actuelle), trop de difficultés dans la disposition des voies, notamment dans leurs liaisons.

D’ailleurs, l’ancien ouvrage datait de 1857.

Il avait été construit rapidement pour remplacer un viaduc en maçonnerie détruit par une crue exceptionnelle de la Saône. Sa constitution et son aspect se ressentaient de la hâte avec laquelle on avait dû le réaliser.

Il comportait (Figures 2 et 3), au-dessus de la Saône, deux tabliers métalliques à une voie accolés, qui se prolongeaient, au-dessus de chacun des quais par des ponts voûtés en maçonnerie, à deux voies.

Chaque tablier était formé de deux poutres droites à âme pleine, en deux travées solidaires, de 60 m de portée chacune.

La pile, en rivière, était constituée par une palée de trois tubes creux cylindriques en fonte fondés à l’air comprimé et remplis de béton.

Bien que les tabliers métalliques aient été renforcés successivement en 1886, 1893 et 1905, ils commençaient à accuser, sous l’accroissement des charges roulantes, des taux de travail relativement élevés. Ils présentaient, en outre, des défauts de principe auxquels on n’avait pu remédier : manque de contreventement horizontal, attaches médiocres par boulons, des pièces de ponts sur les poutres principales, espacement trop grand des rivets entraînant une forte oxydation entre les paquets de tôles des semelles.

L’aspect du pont métallique, enfin, laissait fort à désirer, nous l’avons dit, et la ville de Lyon souhaitait à juste titre, le voir remplacer par un ouvrage plus décoratif.

On prit donc le parti de reconstruire le viaduc au-dessus de la Saône, et, par voie de conséquence, les deux ouvrages maçonnés qui l’encadraient et franchissaient le quai des Etroits sur la rive droite, le quai Rambaud sur la rive gauche. Ces deux ponts voûtés étaient, en effet, de trop faible ouverture (8 m) pour que la ville de Lyon pût accepter leur allongement. On aurait créé ainsi, en un point où le trafic routier est considérable, deux véritables tunnels de plus de 20 m de longueur. Il fallut donc, en reconstruisant ces ouvrages au-dessus des quais, en augmenter la portée.

Caractéristiques des nouveaux ouvrages

La position en plan du nouveau viaduc était imposée par le voisinage immédiat du souterrain de Saint Irénée, sur la rive droite, et de la tête de gare sur la rive gauche. L’élargissement désiré devait s’opérer tout entier vers l’aval.

On ne pouvait envisager aisément, à cause des besoins de la navigation et de la circulation routière d’une part, et d’autre part, de la nécessité de conserver à très peu près le niveau des voies, l’établissement d’un pont en maçonnerie, et on se décida à construire un viaduc métallique sur la Saône, encadré par deux tabliers également métalliques au-dessus des quais.

La nécessité de disposer, sur les ouvrages mêmes, de nombreuses liaisons entre les voies (Figure 5), conduisait à la solution de tabliers sous ballast qui présentaient l’avantage de se prêter à la réalisation des phases des travaux de voies et aussi des modifications possibles dans l’avenir.

Après de nombreuses conférences entre les représentants de la Ville de Lyon, du Service de la Navigation et de la Compagnie, on mit au point la silhouette de l’ouvrage et ses données techniques principales. Une des plus grosses difficultés concernait la construction des nouvelles piles, qui venaient encombrer les deux passes qui existaient de chaque côté de l’ancienne pile, laissée obligatoirement encore en service pendant une partie des travaux.

Tablier sur la Saône

On s’arrêta finalement aux dispositions suivantes pour le tablier sur la Saône (Figure 6) : poutres sous rails de hauteur variable en trois travées (travée centrale de 61 m de portée et deux travées latérales de 32 m chacune), membrure supérieure droite, membrure inférieure courbe, avec, à la clef de la travée centrale, une légère brisure de la courbure inférieure, afin de donner à celle-ci un profil, satisfaisant pour l’oeil, d’arc ogival surbaissé. Cette solution entraîna la mise en place aux culées de contrepoids formés par une masse de béton, que l’on arma en y noyant de vieux rails.

Le tablier prévu pour cinq voies (bien qu’il n’en porte actuellement que quatre) comporte des poutres à âmes doubles et treillis simples. La membrure supérieure est enrobée dans une dalle en béton armé, présentant une largeur de 20,20 m entre garde-corps. Des passerelles en béton armé s’appuyant sur les entretoisements inférieurs des poutres facilitent la visite du tablier.

Les piles de trois mètres de largeur sont constituées par des noyaux en béton de ciment, revêtus de pierres de taille (figure 7).

On a conservé les culées de l’ancien ouvrage, qui ont été simplement allongées vers l’aval.

Tabliers sur les quais

Le quai des Etroits (rive droite) est franchi par un tablier métallique biais de 21,50 m de portée comportant des poutres pleines composées, reliées à leur partie supérieure par une dalle en béton armé de 20,20 m de largeur entre garde-corps. Il est séparé du tablier central par une pile culée (établie sur l’ancienne culée allongée) dont l’épaisseur variable rattrape le biais du quai des Etroits par rapport à l’axe de l’ouvrage.

Le pont sur le quai Rambaud comprend deux travées solidaires de 15,20 m, constituées par des poutrelles enrobées. Sa largeur, entre garde-corps, varie de 20,20 m, côté Saône à 28 m côté Sud, ce qui permet, à partir de la rivière, l’épanouissement du faisceau de la tête de gare.

L’étanchéité des divers ouvrages est réalisée au moyen de chapes en asphalte et des caniveaux, ménagés dans les accotements, permettent d’y loger les diverses canalisations.

Exécution des piles et culées

Nous ne parlons ici que des piles et culées du pont sur la Saône, les fondations de l’allongement des culées, côté opposé à la rivière, des deux tabliers des quais n’ayant présenté aucun intérêt spécial (fondations sur béton sans pieux).

Les fondations des piles nouvelles du pont sur la Saône, absolument distinctes des anciennes, nous l’avons dit, ont été exécutées à l’air comprimé.

On avait d’abord envisagé de fonder sur pilotis les allongements des culées anciennes mais des sondages révélèrent à quelques mètres de profondeur, la présence d’anciens enrochements qui auraient empêché le fonçage des pieux; on décida donc de recourir, pour les allongements des culées anciennes, comme pour les piles nouvelles, à l’emploi de l’air comprimé.

Les caissons des piles mesuraient 6 m de largeur et 24 m de longueur, avec extrémités en demi-cercles.

Les caissons des culées étaient des rectangles, arrondis aux angles, de 7 m sur 10 environ.

Les surfaces des caissons, couteaux compris, étaient de 138 m2 pour les piles, 72,5 m2 pour les culées.

Les chambres de travail avaient deux mètres de hauteur, avec deux sas pour les piles et un seul pour les culées. Leur éclairage était assuré électriquement, à raison de 1 lampe de 50 bougies par 14 m2.

Les hausses mesuraient 0,965 m de hauteur utile pour les piles et 1,47 m pour les culées.

Faute de place, on dût monter successivement les caissons des piles au même emplacement, du 26 Avril au 12 Juin 1928 pour la pile rive gauche, du 3 Juillet au 29 Août pour la pile rive droite. Les caissons furent ensuite ripés sur chalands, amenés ainsi au milieu des échafaudages montés sur pieux battus en rivière, et suspendus par vérins à ces échafaudages. On procéda ensuite au bétonnage de la crinoline et du plafond.

L’immersion, par descente sur vérins, commença le 18 Août 1928 pour le caisson de la pile rive gauche et le 4 Octobre pour le caisson de la rive droite. L’immersion de ce dernier fut terminée le 16 Octobre sans incident.

Le caisson de la pile rive gauche, qui se trouvait en plein courant, s’échoua prématurément le 23 Août par suite des remous violents que créa le passage à vive allure d’un remorqueur dans la passe contiguë. Il était, à ce moment, suspendu aux échafaudages par dix vérins reposant chacun sur deux poutrelles jumelées. Celles-ci basculèrent et se déformèrent, les vis des vérins furent tordues. Le relevage et les réparations demandèrent huit jours. Finalement, la descente du caisson fut terminée le 9 Septembre.

Le fond de la rivière, régularisé par scaphandrier, était environ à la cote 156,30 et le niveau moyen des eaux à 160,50. Les fondations furent arrêtées à la cote 143,30 pour la pile rive gauche et à la cote 145 pour l’autre. Le fonçage de chacun des caissons dura huit mois.

Un accident sérieux survint le 11 Décembre 1928, au caisson de la rive droite au moment d’une crue de la Saône qui atteignait près de deux mètres, une péniche, entraînée par le courant, vint s’échouer brutalement, en travers des échafaudages de la pile rive droite. Elle guillotina les pieux de l’avant-bec, emporta la plateforme en charpente, et heurta violemment les hausses du caisson.

Fort heureusement, on avait pris des précautions à l’avance, à la suite de deux incidents analogues, qui s’étaient produits les 1er et 3 Décembre, à la pile rive gauche, mais qui avaient été moins graves et n’avaient pas intéressé le caisson : les maçonneries avaient été montées dans les hausses, au cours du fonçage et maintenues constamment à 1,50 m au moins au-dessus du niveau des eaux. Cette manière d’opérer avait l’inconvénient d’exiger une précision beaucoup plus grande dans le fonçage, mais elle permit au caisson de supporter le choc du 11 Décembre, sans autre mal qu’une déformation limitée des hausses et une déchirure qui purent être réparées sans trop de peine. Les hausses conservèrent toutefois un renflement avec deux bosses de 50 à 70 cm, qui augmentaient les frottements à la descente, et tendaient à faire pencher et dévier le caisson.

Pour le maintenir, on soutint le plafond de la chambre de travail par des étais, du côté où il penchait, et, en même temps, on dégarnit sous le couteau, du côté opposé.

Des mesures analogues furent d’ailleurs adoptées pour le caisson de la rive gauche, parce que, sous ce caisson, le sol avait des résistances très différentes du côté quai et du côté rivière.

La méthode de fonçage adoptée eut pour conséquence de réduire à 8 ou 9 cm par jour la vitesse de descente, pendant une vingtaine de jours pour chaque caisson, mais les résultats furent très satisfaisants, puisque, finalement, les deux caissons furent mis en place l’un à 3 cm, l’autre à 4 cm de leur position théorique.

Chacun d’eux avait eu à traverser, sur deux mètres d’épaisseur, les anciennes fondations, pieux, béton, enrochements, du pont en maçonnerie emporté en 1856. La descente n’en fut pas sensiblement retardée bien qu’il eût fallu débiter à la dynamite certains blocs trop volumineux pour être évacués.

Dans l’ensemble, les terrains rencontrés étaient constitués par du gravier mélangé de sable plus ou moins argileux, avec blocs erratiques de granit ou de calcaire; sur le dernier mètre, on trouva du ghor granitoïde sur lequel furent assises les fondations.

Les caissons des culées, foncés d’abord par havage, puis à l’air comprimé, rencontrèrent également de vieilles fondations, d’anciens égouts et d’anciens perrés. Mais néanmoins, leur fonçage ne présenta aucune difficulté et l’on atteignit une vitesse de descente de 0,50 m par jour. La fondation fut assise sur du gravier pur, à peu près au niveau des anciennes fondations voisines.

Le remplissage des chambres de travail fut effectué au moyen de béton de pierre cassée granitique et sable de Saône, à 350 kg de ciment 20/25.

Au total, le fonçage des piles et culées mit en jeu un cube de 4 340 m3 de terrassements et de maçonneries, 173 000 heures d’ouvriers furent employées à l’ensemble du travail (installation du chantier, échafaudages, fonçages et maçonneries).

Exécution du tablier métallique principal

Nous l’avons signalé, la présence simultanée, dans la Saône, de la palée de l’ancien pont et des échafaudages des nouvelles piles gênait beaucoup la navigation, très active dans la traversée de Lyon.

Aussi dut-on supprimer la vieille palée aussitôt que cela fut possible, c’est-à-dire dès que l’on put faire reposer l’ancien tablier sur les piles nouvelles, convenablement surhaussées de façon provisoire.

Cette première opération ne présenta pas de difficultés, les anciennes poutres étant à âme pleine, de hauteur constante et de section peu variable sur leur longueur, on se borna à vérifier expérimentalement, au Manet Rabut, que le travail du métal restait dans des limites raisonnables.

On procéda alors à l’enlèvement de la palée ancienne, on vida les colonnes de fonte de leur béton, puis on cassa la fonte ou on la coupa au chalumeau dans les parties qui dépassaient l’eau et les parties immergées furent brisées au fond du lit par des explosifs.

On entreprit ensuite de monter les trois poutres aval du nouvel ouvrage, qui se trouvaient en dehors de l’ancien viaduc. Ce montage s’opéra sur échafaudage pour les travées de rive et pour une portion de la travée centrale, en porte-à-faux pour le reste. La dalle en béton armé fut coulée au-dessus de ces trois poutres. On fit subir les épreuves réglementaires à cette partie du tablier futur et on put y reporter provisoirement la circulation. On attaqua après cela la démolition de la partie sous voie 2 (aval) de l’ancien tablier. On en découpa les pièces au chalumeau par tronçons de deux ou trois tonnes, qu’on évacuait au moyen d’une grue circulant à l’emplacement de l’ancienne voie 1. Les tronçons étaient découpés, d’abord, en porte-à-faux dans la travée centrale, puis dans les travées de rive, qu’on soutenait par des échafaudages.

Une fois l’emplacement de la voie 2 libéré, on monta les poutres 4 et 5 nouvelles qui servirent à leur tour de supports à la grue pour le démontage de la voie 1 ancienne, et pour le montage des poutres 6 et 7.

Enfin, les poutres étant toutes en place, on exécuta la deuxième partie de la dalle en béton

Exécution des tabliers au-dessus des quais

En même temps que l’on procédait au montage de la partie aval du tablier sur la Saône, on réalisait, du même côté, l’élargissement des ouvrages sur le quai Rambaud et sur le quai des Etroits.

Le tablier du quai des Etroits comprenait 21 poutres, dont onze furent mises en place en dehors des anciennes voûtes. La dalle en béton armé fut coulée sur ces onze poutres.

Après déviation des voies, sur la partie ainsi établie du nouveau tablier, on mit les anciennes voûtes sur cintres, et on les démolit sans difficultés particulières.

Au-dessus du quai Rambaud, la présence de la tête de la gare de Perrache ne permit pas d’opérer d’une façon aussi simple. On ne pouvait, en effet, libérer la totalité de l’emplacement correspondant aux voûtes en maçonnerie, emplacement sur lequel devaient subsister des voies et des appareils.

On ne pouvait d’ailleurs songer à apporter la moindre entrave à la circulation des trains et aux manoeuvres extrêmement intenses en ce point de la gare. Le nombre des mouvements journaliers au Poste 1 atteignant 2 400 au cours de la période des travaux, c’est dire l’impossibilité où l’on se trouva de disposer du moindre intervalle pour une opération de montage de quelque importance.

Nous rappelons qu’il s’agissait d’un tablier de 20 à 28 m de largeur en deux travées solidaires destiné à remplacer trois voûtes de 8 m, avec piles de 2 m.

Ce tablier comportait 26 poutres, les huit premières (en partant de l’aval) purent être posées en dehors des voûtes existantes, les dix poutres amont purent être mises en place au cours de la construction de la deuxième moitié du viaduc principal, après démolition de la partie correspondante des voûtes, en dehors de toute circulation de trains.

Pour établir la partie centrale de l’ouvrage (poutres 9 à 15), il fut nécessaire de constituer au préalable un tablier provisoire en poutrelles larges ailes de 320, espacées de 0,45 m. Ces poutrelles reposaient sur les piles et culées des voûtes existantes convenablement aménagées, par l’intermédiaire de chevêtres formés de trois poutrelles larges ailes de 220.

Sous ce tablier provisoire qui supportait la voie ferrée, on put démolir les voûtes jusqu’à l’aplomb des piles, en même temps que l’on construisait la palée métallique intermédiaire du futur tablier.

On introduisit ensuite, sous l’extrémité en porte-à-faux des chevêtres, deux poutrelles définitives, parallèlement à leur position finale. Les chevêtres furent calés sur la seconde des poutrelles ainsi approchées. La maçonnerie de support des chevêtres fût démolie sur une longueur de deux mètres, et la première poutrelle poussée en avant au contact de la maçonnerie conservée; les chevêtres furent alors calés sur cette première poutrelle. On avança la seconde, on introduisit une troisième poutrelle, on cala sur la seconde, on démolit une nouvelle tranche de maçonnerie et on avança la première. On cala alors sur la troisième poutrelle, l’on avança la seconde contre la première et ainsi de suite.

Cette méthode permit de supprimer peu à peu l’appui des piles et d’écluser lentement, mais sans interruption de la circulation ni sujétion trop grande, sept poutrelles pesant chacune une dizaine de tonnes.

La suppression du tablier provisoire, après enrobement des poutrelles définitives, ne présenta aucune difficulté particulière.

Remaniement de la tête Nord de la Gare de Lyon- Perrache 1I

Les figures 1 et 5 donnent une idée de l’importance des améliorations apportées à la tête de la gare Lyon Perrache I par l’élargissement du viaduc de la Quarantaine et de ses ouvrages d’accès, et aussi de la complication des travaux, en un point de circulation aussi active. Il fallut passer par 65 phases de travaux. Encore opéra-t-on en majeure partie en se servant du nouveau poste I électrodynamique et on peut se demander si pareille transformation aurait été pratiquement réalisable avec les transmissions rigides d’un poste Saxby.

Les remaniements de voies en question entraînèrent l’élargissement, par tabliers de 13 mètres en poutrelles enrobées, d’un pont sur la rue d’Alger, l’allongement d’un pont voûté sur la rue Dugas - Montbel et la construction d’importants murs de soutènement.

Importance des travaux exécutés

Le poids de métal des nouveaux ouvrages (sur la Saône et sur les quais) s’élève à 2 700 t dont 2 000 pour le pont sur la Saône.

Ce dernier nombre, qui s’applique à un tablier pouvant supporter cinq voies, et calculé - suivant les dispositions du Règlement de 1927, est intéressant à comparer avec le nombre de 1 200, représentant le poids de l’ancien tablier sur la Saône, qui ne comportait que deux voies.

• Les dépenses, dont une partie est à le charge de la ville de Lyon en raison des améliorations que lui procure la réalisation du projet, ont été les suivantes, en nombres ronds :
  • Fondations par caissons : 3 600 000 francs,
  • Métal : 7 000 000 francs,
  • Béton armé, maçonnerie et divers : 4 800 000 francs
  • Démolition et dragages 700 000 francs.

Ces chiffres s’appliquent aux trois ouvrages de la Quarantaine et des quais Rambaud et des Etroits, mais non aux travaux de la tête de la gare.

La somme portée aux « démolitions » ne comprend pas l’enlèvement de l’ancien tablier de la Quarantaine qui restait la propriété du Constructeur, - ainsi d’ailleurs que la fonte de l’ancienne palée en rivière.

Ajoutons que les travaux de construction du pont durèrent quatre ans, en raison de toutes les sujétions rencontrées, d’Avril 1928 à Avril 1933.