CAISSONS A L'AIR COMPRIMÉ
Après avoir eu recours, pour supporter les piles des grands ponts, à deux ou plu-ieurs tubes en fonte descendus à l'aide de l'air comprimé, on se demanda s’il ne serait pas possible d’enfoncer d'un seul coup de grands caissons ayant la forme et la section même de la pile. Le système devait être évidemment plus solide et plus économique.
Les premières épreuves sur grande échelle en ont été faites par Brunel au pont de Sallash. et par Fleur Saint-Denis, en France, au pont de Kehl sur le Rhin; ces premières épreuves furent coûteuses parce que l'expérience faisait défaut. Quelque temps après on appliqua le système d'uue manière plus économique au pont de la Voulte, sur le Rhône.
Le procédé modifié servit ensuite aux fondations du pont sur le Scorff, à Lorient, puis à celles du pont de Nantes. Il est entré aujourd'hui dans la pratique courante et a reçu dans ces dernières années de nombreuses app'ications tant en France qu'à l'étranger.
Plusieurs maisons importantes ont aujourd'hui la spécialité de ces opérations, et l’on peut sans crainte mettre en adjudication les fondations par caissons à air comprimé.
Nous allons donner la description des travaux de ce genre les plus intéressants, soit par leur importance, soit par les perfectionnements réalisés.
Caisson du pont de Saltash (1859). — Le pout de Saltash présente une pile centrale fondée sur le rocher, à travers un banc de 5"20 d'épaisseur. à une profondeur de 25 mètres au-dessous des hautes mers et de 19*60 au-dessous des basses mers de vive eau. On eut recours à l'emploi de l'air comprimé dans un caisson en tôle fermé à sa partie supérieure, procédé déjà employé, mais qui n'avait pas encore été appliqué sur une vaste échelle et dans des circonstances aussi diffciles. On chercha d'ailleurs à perfectionner le procédé connu eu réduisant l'iutervention de l'air comprimé à la phase de l'upération où elle était indi-peusable pour revenir le plus tôt possible à un système de travaux moins coûteux.
Le caisson se compose de deux parties sensiblement cylindriques; la partie inférieure a 6 mètres de hauteur et 10°67 de diamètre; la partie supérieure a 11°29 de diamètre à sa base et 17 mètres de hauteur; celle-ci a permis de construire le parement en maçonnerie à distance de enveluppe qui a été enlevée après l'achèvement de la construction. Dans ce but, la partie superieure était séparée du cylindre inferieur par un joint horizontal et divisée en deux parties demi-cylindriques égales par deux joints verticaux.
La partie inférieure est recouverte d’un dôme en tôle et divisée en deux par une cloison prismatique concentrique à l’enveloppe extérieure; ces deux enveloppes sont réunies par des cloisons intermédiaires, dirigées suivant des plans passant par l'axe du caisson ; chacune est percée à sa partie supérieure d'une ouverture qui - permet la libre communication de l’une à l’autre sur toute la circonférence. Les burds des parois en tôle ont élé découpés de manière à s'appliquer exactement sur le rocher, dont la forme avait été déterminée d'avance avec la plus grande précision. C'est seulement pour le travail à exé- FER ei | cuter dans cet espace Fig. 118.
annulaire À qu'on a eu recours à l'air comprimé ; après avoir enlevé la vase qui l’encombrait au moment de l’échouage, on l'a rempli en maçonnerie de granit et de ciment de Portland, comptant que cette maçonnerie, une fois élevée sur 1"50 à 2 mètres de hauteur et 1"10 d'épaisseur moyenne, formerait un bâtardeau suffisamment étanche pour protéger tous les travaux, et permettrait de travailler comme dans un caisson ordinaire après avoir enlevé le dôme. Ces prévisions ne se sont réalisées que fort incomplèlement; quand on a essayé de cesser le travail des pompes à air, la hauteur de maçonnerie indiquée tout à l'heure s'est trouvée insuffisante pour faire équilibre à la pression de l’eau ; tout l’ouvrage a été disloqué et il a fallu continuer ! emploi de l'air comprimé jusqu'à 5 mètres de hauteur au-dessus du rocher.
Gette chambre à air annulaire est mise en communication avec les pompes foulantes par un cylindre vertical en tôle B, auquel conduit un passage incliné ménagé sous le dôme. C'est par ce cylindre qu'on a introduit les ouvriers, enlevé les déblais et apporté les matériaux; à son sommet était fixée une écluse à air. Ce cylindre, de 1°83 de diamètre, était tangent, par une de ses arêles, à un autre plus grand, de 3"05 de diamètre, dans lequel il était contenu, et qui aboutissait À la partie centrale du dôme inférieur; il était destiné à faciliter les épuisements dont on parlera plus loin.
Le cylindre supérieur, destiné à supporter dans la seconde période du travail la pression de l’eau extérieure, était consolidé par des fers à T verticaux , par deux étages de diaphragmes annulaires, et par la couverture supérieure horizontale ; ses parois étaient liées par des tendeurs aux
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cylindres intérieurs. Une ventelle, placée à peu près à mi-hauteur et manœuvrée d’eu haut par une tige à vis, permettait d'introduire de l’eau dans l’intérieur,
Ce caisson avait été construit sur la rive Est de la rivière, dans la position la plus favorable au lançage, c'est-à-dire, le bord inférieur placé en avant et le passage d'air de la chambre annulaire au petit cylindre central placé à la partie supérieure, position qui devait être maintenus pendant le flottage. Il fallait, en effet, qu’au moment de l'introduction de l'eau dans le cylindre pour le dresser verticalement, l’air contenu dansla chambre annulaire pût s’échavper par les orifices des cloisons et par ce passage qui devait pour cela être immergé en dernier lieu. On devait empêcher tout mouvement de rotation pendant et après le lançage ; dans ce but, six tonnes un quart de lest avaient été placées au-dessus du dôme, dans la partie qui devait rester plongée ; mais en même temps, il était nécessaire, pour opérer le lançage, de modifier le tirant d’eau naturel du caisson ; en effet, il aurait flotié sans charge sous une inclinaison de 1/4 à 1/3, son extrémité inférieure plongeant de 6 ou 7 mètres; or, les plus grandes marées ne s'élèvent, à Saltash, qu'à 5"50. On plaça près du sommet 40 tonnes de lest qui réduisirent l’inclinaison à 1/6 et le tirant d’eau à 4"60. Le cylindre fut lancé le 45 mars 4854, remorqué dans la partie profonde de la rivière et amarré comme un navire.
Pour l’échouer quatre pontons furent fixés par des amarres et des échafaudages destinés à le guider dans son mouvement de descente ; trois de ces pontons ont été placés d'avance, laissant ouvert l'intervalle réservé au caisson; le quatrième était mouillé à proximité. Quand tout fut préparé, on admit l’eau par la ventelle en laissant descendre les 40 tonnes de lest jusqu'à ce que le caisson eût atteint la position verticale; son tirant d’eau était alors de 45"20. On l'amena enire les trois pontons, auquel on réunit le quatrième, et on le conduisit au lieu de l'échouage, fixé de toutes parts par des amarres qu'on pouvait rapidement roidir ou mollir; alors la ventelle fut rouverte, le caisson descendit et s’enfonca de lui-même jusqu'aux couches de vase plus résistantes précédant le rocher.
On acheva la descente en le chargeant de près de 150 tonnes de lest et en remplissant d’eau avec des pompes la partie supérieure au niveau de la rivière.
Cette opération avait eu lieu le 20 mai 1854: elle ne réussit pas du premier coup : le cylindre avait un surplomb de 4°50; on le releva; ce surplomb fut réduit à {4/25 dans le second échouage, qui eut lieu le 7 juin suivant, et corrigé complètement plus tard en creusant sous les bords inférieurs. La première benne de vase n'a été retirée qu'un mois après ; ce temps a été employé à monter les appareils et à faire un mattage soigné pour rendre les parois étanches. Une quinzaine d'ouvriers étaient employés à la fois dans la chambre annulaire; ils ne travaillaient pas plus de trois heures consécutives.
Des pompes d’'épuisement étaient montées sur l’un des pontons ; leur but était de diminuer la pression à laquelle étaient suumis les ouvriers, surtout à marée haute ; elles épuisaient dans le compartiment central de
manière à diminuér la charge de ce côté, et pouvaient produire une différence de niveau de 4 mètres entre l'intérieur et l'extérieur.
La pile centrale a été construite en granit jusqu’à 2 mètres environ au-dessus des plus hautes mers ; au-dessus de cette maçonnerie s'élèvent quatre piliers en fonte, solidement liés entre eux, et supportant une arcade qui sert de passage à la voie et de point d'appui à l'extrémité des tubes.
Caissons du pont de Kehil (fig. 1 et 2, pl. XXXIT ; pl. XXXIII, pl. XXXIV. — Tous les détails pratiques sur les dispositions générales et d'exécution de cet ouvrage d'art sont consignés dans le mémoire de MM. Vuigner et Fleur-Saint-Denis; laissons-les exposer comment ils furent conduits à adopter le système des caissons :
« D'après les prescriptions du traité international, les piles extrêmes devaient être exécutées en maçonnerie jusqu'à 2 mètres en contre-bas de l’étiage; les piles intermédiaires devaient être formées de trois tubes en fonte, de 3 mètres de diamètre, et les fondations de ces piles devaient être descendues à 45 mètres au moins en contre-bas des plus basses eaux connues.
« En discutant la question relative aux fondations des piles intermédiaires, nous avons reconnu que l'emploi des tubes en fonte, de 3 mètres de diamètre, pour les fondations et l'élévation des piles intermédiaires, présenterait dans l’espèce des inconvénients très graves.
« Et d’abord. au point de vue de l'ornementation , ilnous a paru que les piles intermédiaires, dont on ne verrait en élevation au-dessus des eaux du fleuve que les tubes en fonte de 3 mètres de diamètre, auraient un aspect très maigre et très disgracieux, par rapport aux piles extrêmes construites en maçonnerie et présentant en élévation au-dessus des eaux un massif de 21 mètres de longueur sur 4"50 de largeur, avec couronnement et corniche en pierre de taille; nous avons pensé qu'il y aurait beaucoup plus d'harmonie dans l'ensemble de l'ouvrage, si les piles intermédiaires élaient construites en élévation dans le même système que les piles extrêmes.
« Nous avons reconnu unanimement aussi, d’un autre côté, que le système tubulaire pourrait présenter, dans l'espèce, de grandes difficultés et qu’il résulterait de son emploi une perte de temps assez considérable.
« Les ingénieurs qui se sont occupés de fondations tubulaires savent, en effet, combien il y a de difficultés à enfoncer des tubes en fonte de 3 mètres de diamètre et combien ces ditiicultés augmentent selon la nature des terrains à traverser.
« 11 arrive parfois que, quel que soit le poids additionnel dont on les charge, et bien que la surface extérieure soit parfaitement lisse, les tubes s'enfoncent à peine, par suite des frottements exercés sur leurs parois par les terrains traversés.
« Dans ces circonstances mêmes, un enfoncement subit de plus de 1 mètre succède quelquefois à un statu quo opiniâtre pendant un certain laps de temps.
« Souvent aussi il arrive que les tubes ont des mouvements de soulèvement de plus de 2 mètres, ou qu’en opérant l’enfoncement d'un tube on dérange ceux déjà en place.
« D'un autre côté, l'expérience avait appris que, dans le système de fondation tubulaire, les tubes d'une pile ne pouvaient être enfoncés que successivement; de plus, comme il n'y a pour chaque tube qu'une seule cheminée à air avec une écluse qu'il faut manœuvrer pour chaque passage d'ouvriers ou de matériaux de déblais et de construction, et démonter au fur et À mesure d’addition d’anneaux à la cheminée, il en résulte une perte de temps considérable,
« Nous avons pensé que, si ces difficultés et ces inconvénients avaient eu lieu lorsqu'il s'était agi d’enfoncer des tuhes à une profondeur de 40 à 12 mètres dans une eau tranquille comme la Saône, par exemple, a fortiort en devait-il être ainsi pour atteindre une profondeur de 15 mètres à 20 mètres dans un fleuve à courant rapide comme le Rhin, sujet à des crues torrentielles, et dont le lit est assez mobile pour qu'il s’y fasse des affouillements de plus de 45 mètres de profondeur.
« Dans l'espèce, il eût fallu plus de deux campagnes pour opérer l’enfoncement des tubes devant composer les piles intermédiaires , attendu que le régime à maintenir dans les eaux du Rhin n'aurait pas permis de travailler aux deux piles en même temps.
« Ces diverses considérations ont dû nous faire rechercher si l'on ne pourrait pas employer, pour les fondations des piles intermédiaires, un autre système plus simple et exigeant moins de temps dans l'exécution.
« M Fleur-Saint-Denis, ingénieur principal à Strasbourg, avait eu d'abord la pensée d'employer nn caisson en tôle fermé sur les parois latérales et à la surface supérieure, garni d'une grande cheminée de service et de deux cheminées à air; de faire exécuter les maçonnreries au-dessus de ce caisson au fur et à mesure qu'il s’enfoncerait, et de le remplir de maçonnerie lorsqu'il serait descendu à la hauteur déterminée, le sol devant être déblayé au-dessous et dans l’intérieur du caisson pour déterminer l'enfoncement, et les produits de ces déblais devant être enlevés au moyen de bennes manœuvrées dans la grande cheminée de service.
« On peut résumer comme il suit le caractère et les principaux avantages de ce système de caisson surmonté de chambres à air et de cheminées de service, sur lequel on maçonne à sec au fur et à mesure de son
nfoncement :
« Dans le système de fondations tubulaires, il est nécessaire, pour empêcher les tubes de se soulever, lorsqu'ils sont à une assez grande profondeur, de les charger de très forts contrepoids qu'il faut enlever ensuite. Cet inconvénient n'existe pas dans le système nouveau, puisque la maçonnerie, exécutée au-dessus du caisson au fur et à mesure qu'il s'en'once, forme naturellement cette surcharge, qui devient permanente et utile.
« Par suite de l'exécution de ces maçonneries, pendant la descente du caisson, la pile est fondée dans les meilleures conditions de solidité possibles, lorsque le caisson est desceniu à la profondeur voulue.
« La grande cheminée de service, qui traverse le caisson, étant dis-
posée pour que les eaux s’y maintiennent au niveau du fleuve, on peut y opérer incessamment et sans éclusage l'enlèvement des produits de dragage.
« L'objection la plus grave à faire au système, c'était la difficulté de diriger à volonté, et de prévenir contre toutes les chances possibles de déversement, de dislocation et de rupture, des caissons en tôle d'aussi grandes dimensions, surtout l’une de ces dimensions dépassant de beaucoup les deux autres; en admetlant toutefois le système, il parut possible d'en conserver les principaux avantages et d'en faire disparaître les inconvénients, en divisant le caisson en plusieurs parties indépendantes et isolées.
« En conséquence, il fut entendu que l'on proposerait définitivement le mode des fondations consistant, en résumé, dans l’enfoncement simultané, pour chacune de ces piles, de trois caissons en tôle juxtaposés, dont la descente pût être dirigée de telle sorte qu'elle fût la même régulièrement pour tous les caissons d'une pile, chaque caisson devant être garni de deux chambres à air avec leur cheminée, et d’une grande cheminée centrale de service, et des caissons en bois devant être superposés aux caissons en fer, au fur et à mesure de leur enfoncement dans le sol.
« Pour les fondations des piles extrêmes, on adopta le système admis pour les piles intermédiaires en accolant quatre caissons au lieu de trois. »
Pour suivre facilement les explications ci-après, il est nécessaire de se reporter aux planches.
La planche XXXII donne une coupe verticale sur le grand axe d'un caisson; c'est donc une coupe suivant un plan parallèle à l’axe longitudinal du pont.
La planche XXXIII est une coupe de la pile culée, faite par un plan vertical parallèle au cours du fleuve.
La planche XXXIV représente une cheminée à air et la coupe d’une pile en voie d'achèvement.
À 42 mètres environ à l'amont du pont définitif, on a établi un pont provisoire de service, formé de poutres américaines en bois; ce pont portait deux voies ferrées qui se prolongeaient jusqu'aux vastes chantiers ménagés sur la rive gauhe du fleuve. De la sorte, on obtenait une grande rapidité dans l’approvisionnement et la distribution des matériaux.
I1 eût été impossible d'immerger les caissons dans le courant rapide du Rhin, aussi a-t-il fallu entourer l'emplacement de chaque pile d’une enceinte de pieux et palplanches jointifs de manière à déposer les caissons dans une eau tranquille.
Au-dessus de chaque pile on a établi nn immense hangar en charpente permettant de mettre les machines et les travailleurs à l'abri des intempéries. Ce hangar est à deux étages : l'étage supérieur est au niveau du pont de service, et il supporie une grue roulante qui va chercher les matériaux dans les wagons pour les conduire en place; au-dessous de cette plate-forme, on trouve un second plancher sur lequel on fait descendre les matériaux au moyen de trappes ; c'est à cet étage que l’on procède à l’exécution des maçonneries.
Les caissons représentés sur les planches XXXII et XXXILE ont servi à la construction de la pile-culée de ia rive française. Chaque caisson à 580 de long, sur 7 mètres de large et 3"67 de haut. et est composé de feuilles de tôle de 0"008 d'épaisseur et de 0"90 de largeur maxima, fortement assembiées les unes aux autres et renforcées par des contreforts verticaux, des ceintures horizontales et de doubles cornières aux angies.
La calotte est soutenue par un réseau de poutres transversales et longitudinales ; dans ce réseau est réservé l'emplacement des deux cheminées à section circulaire qui sont surmontées de chambres à air, et de la grande cheminée centrale à section elliptique dans laquelle se meut la drague qui enlève les déblais.
A la base de la grande cheminée est un plancher volant en bois, sur lequel se tiennent deux ouvriers qui attaquent le sol, le désagrégent et poussent les détritus sous la cheminée centrale, où ils sont enlevés par les godets.
Pour se rendre compte de l'effort auquel étaient soumis les caissons, il faut remarquer qu'ils ont à supporter la pression de Pair extérieur, le poids des maçonneries superposées, et la pression latérale du gravier; une partie de cette pression est équilibrée par la pression de l'air comprimé à l'intérieur. Chaque caisson pesait 34,500 kilogrammes.
Pour la pile-culée, les quatre caissons ont été juxtaposés sur la plateforme inférieure de l’échafaudage, juste au-dessus de l'emplacement qu'ils devaient occuper; chacun d'eux est soutenu aux quatre angles par des vérins, ou tiges de fer terminées à la partie supérieure par une vis qui s'engage dans un écrou fixe; l’écrou fixe repose sur la plate-forme supérieure, et en le faisant tourner on fait descendre ou monter la vis, et l'angle du caisson suit le mouvement; on allonge la tige du vérin au fur et à mesure de la descente, en ajoutant de nouvelles barres de fer d'une hauteur égale à celle de la vis.
La grande cheminée centrale traverse le caisson auquel elle est fixée; elle le dépasse à la partie inférieure de 0"30 environ afin de pénétrer dans l'eau du puisard creusé par la drague ; elle le dépasse aussi de 060 à la partie supérieure et on la prolonge au moyen d'anneaux en tôle de 2 mètres de hauteur et de O"OU8 d’épaisseur. Nous l'avons déjà dit, cette cheminée communique à la partie supérieure avec l'atmosphère, l’eau s'y élève donc jusqu'au niveau du fleuve, et la chaîne à godets fonctionne dans ce tube comme elle le ferait en pleine eau.
De chaque côté de la cheminée centrale, on remarque unecheminée plus petite qui est surmontée d’une chambre à air; cette cheminée fait corps à la partie inférieure avec le plafond du caisson, qu'elle dépasse de 0"60 par en haut, et de 0"30 par en bas. et on l’allonge à volonté au moyen d'anneaux en tôle de 2 mètres de bauteur; chaque anneau porte sept échelons, et l’ensemble de ces échelons constitue une échelle verticale par laquelle les ouvriers montent et descendent.
« Chacune de ces cheminées était surmontée d’une chambre ou sas à air, d'une hauteur totale de 4"10, dont 3"30 avec un diamètre de 2 mètres hors œuvre, et 0"80 formant une partie conique pour pouvoir être
raccordée avec les anneaux; les sas avaient été construits avec des tôles de 0012 d'épaisseur, et ils pesaient chacun 6,000 kilog. environ.
« La chambre à air proprement dite n’avait qu'une hauteur de 3 mèt. entre son plafond et son plancher, qui étaient garnis chacun d'un trou d'homme de 0"50 de diamètre, placé, celui du plafond sur le côté, et celui du plancher inférieur au milieu de la cheminée.
« Ces trous d'homme étaient garnis de clapets, qui étaient alternativement ouverts ou fermés, comme les portes d’une écluse.
« Chaque chambre à air était munie, sur le côté opposé au trou d'homme du plafond, d’un treuil qui servait à descendre dans les caissons les outils, madriers et autres objets ou matériaux nécessaires à l'exécution des travaux.
« L'air était introduit dans la partie conique, au-dessous du plancher des chambres à air, au moyen d’une tubulure armée intérieurement d’un clapet de sûreté, que l’air lancé par les machines ouvrait à chaque émission et qui se refermait de lui-même, de telle sorte que l’air ne pouvait pas sortir des chambres et des caissons, en cas de rupture des tuyaux d’amenée.
« Chaque chambre À air était garnie de prises d’air et de télégaphes nécessaires pour assurer le service.
« Ces cheminées latérales étaient composées de viroles de 2 mètres de longueur, assemblées intérieurement par des boulons et formant des joints étanches à l’air. Un clapet était placé à leur partie supérieure, afin d'enlever les écluses sans que l’air comprimé pût avoir une issue, et, en conséquence, sans déterminer d'interruption dans l'exécution des travaux. À la partie inférieure des chrminées latérales, se trouvait un autre clapet de sûreté, qui n’était manœuvré que lors des changements des chambres à air, d’une cheminée à l’autre.
« L’écluse à air d’une cheminée était enlevée chaque fois que les caissons étaient descendus de 4 mètres; on la reportait alors sur l’autre cheminée, préalablement allongée de deux viroles, et ainsi de suite successivement. »
Au-dessus des caissons en tôle, on élevait , au fur et à mesure de l’enfoncement, des caissons en bois, formés de cadres horizontaux en charpente, avec tirants en fer, sur lesquels s’appuyait une enveloppe de madriers jointifs. À partir d'une cer!aine hauteur, on reconnut l’inutilité de la paroi extérieure, et on se contenta d'élever la maçonnerie au-dessus des parties déjà exécutées.
Le produit des dragages tombait, par des coulottes en tôle, dans les caisses des bateaux marie-salope, qui, une fois pleins, se rendaient sous la grue établie sur le rivage pour être déchargés.
Les machines soufflantes étaient mises en marche par deux machines Cail de 16 chevaux établies sur un bateau, par deux machines Flaud de 10 chevaux établies sur un autre bateau, et par une machine Cavé de 25 chevaux établie sur un autre bateau; c'était là une force considé-
rable, bien supérieure à celle dont on avait besoin en temps ordinaire; mais on avait voulu pouvoir, à un moment donné, parer à tous les accidents. Le tuyautage était en cuivre et toutes les tubulures étaient fer-
mées par des robinets vannes; des tuyaux en caoutchouc mettaient les écluses en communication avec les conduites principales.
La moyenne du fonçage a été de 0"33 par journée de seize heures de travail effectif.
Une fois les caissons parvenus à la profondeur définitive, on remplit la chambre inférieure et les cheminées avec du béton de ciment; cette opération est conduite, comme on le voit, sur la figure 3, planche XXXIV; toutes les viroles des cheminées, qui ne font pas corps avec le caisson, sont déboulonnées par des scaphandres et enlevées; la paroï du cylindre restant est formée avec des briques. La figure 3, plan“he XXXIV, montre la marche successive du travail; on remplit d’abord la chambre inférieure, en faisant descendre à travers le sas du béton que les ouvriers répandent de toutes parts : plus tard, on remplit les vides des cheminées en immergeant du béton: à partir d'une certaine hauteur, on peut même épuiser et travailler à sec.
Voici, pour terminer, un aperçu des prix et des dépenses :
Dregage à opérer à l'intérieur des caissons, 27 francs le mètre cube (dans le système tubulaire, ce prix s’est élevé jusqu'a 100 francs).
Grands caissons de fondation en tôle, prix de revient. . . . . .. 0 fr. 82 le kilog. Chambres à air, prix de revient. . . . . .. rss. 4 05 — Viroles des cheminées, prix de revient. ,.,............ 0 85 —
Les dépenses relatives aux travaux de fondation et maçonnerie enélévation de la pile-
culée française, ont atteint. ...............+... 760,000 fr.
Les dépenses relatives aux travaux de fondation et maçonnerie en élévation d'une pile intermédiaire. .......,....... +... 500,000 — Prix total des fondations et des maçonneries en élévation. . . . . . . 5,250,000 — Le tablier et la superstructure en général ont coûté. ......... 1,730,000 — Total. ........ 8,000,000 fr.
Caissons du pont de la Voulte (1860). — Le pont de la Voulte, construit sur le Rhône pour l'embranchement de Privas, comporte cinq arches en fonte de 55 mètres d'ouverture. Les piles ont été fondées par des procédés qui présentent la plus grande analogie avec ceux du pont de Kehl. Cependant, chaque pile est contenue dans un seul caisson de 142 mètres de long et de 5 mètres de large.
Ce caisson en tôle est divisé en deux parties par un plancher horizontal.
« La partie inférieure forme la chambre de travail où sont exécutés les déblais dans une atmosphère d'air comprimé; les paris de cette chambre supportent tout le poids de la construction supérieure pendant l'opération du fonçage, et le reportent par l'intermédiaire d'une feuille de tôle coupante sur le terrain. En dégradant celui-ci peu à peu sur les bords, on détermine l'enfoncement progressif du caisson. Le plancher et les parois sont consolidés et reliés énergiquement par des armatures
en tôle, comprenant huit solives transversales et deux solives longitudinales en forme de double T, de 0"45 de hauteur, qui se replient en équerre le long des parvis et se terminent inférieurement en biseau.
« La partie supérieure constitue un bâtardeau à l'abri duquel on a pu exécuter à l'air libre les macçonneries de la pile en réglant l’activité du chantier, de manière que le poids de la maçonnerie exécutée produisit un enfoncement régulier du caisson.
« Sur le plancher, s'élèvent trois tubes verticaux, le tube central de 2 mètres de diamètre, dans lequel l'eau s'élève librement, a servi à l’enlèvement des déblais pendant la période du fonçage; une drague à hottes dont l’élinde était placée dans l'axe de ce tube a été montée au sommet; son arbre de couche portait sur un bâtis en bois reposant sur le rebord supérieur du caisson, et descendant avec lui; il était mené par une machine locomubile de la force de huit chevaux; les déblais, arrivés à la partie supérieure de la drague, tombaient dans les glissoires par l’intermédiaire d’une cuiller manœuvrée à la main; ces glissoires les envoyaient dans des chalands qui les emportiaient au loin.
« Les deux autres tubes surmontés de sas à air établissaient la communication de la chambre de travail avec l'extérieur.
« La régularité du mouvement de descente du caisson était assurée au moyen de huit vérins montés sur la plate-forme supérieure de l'échafaudage, trois de chaque côté et un à chaque extrémité du caisson. Ces vérins retiennent le caisson par des chaînes verticales attachées à son bord supérieur.
« Le caisson étant descendu au niveau convenable et les déblais étant terminés, une autre période commence. La drague est démontée, un sas à air est tixé sur le sommet du tube central, et l’on procède au remplissage en maçonnerie de la chambre de travail.
« Dans les dernières piles, les intervalles compris entre les solives de la chambre de travail ont été préalablement garnis en maçonnerie de briques et ciment avant de commencer l'opération de fonçage du caisson. Gette opération a donné de très bons résultats en augmentant la rigidité des parvis de cette chambre, ainsi que le poids nécessaire pour déterminer la descente du caisson. Quand le remplissage de Ja chambre a été terminé, on a démonté et enlevé les trois tubes, on a rempli en maçonnerie les puits qu'ils occupaient et achevé la construction de la pile à l'abri de la hausse du caisson que l’on a aussi démontée ensuite.
« Le poids des fers et tôles d'un caisson de pile était de 39,000 kilogrammes pour une profondeur de 10 mètres au-dessous de l'étiage, y compris la hausse mobile de 2750 de hauteur formant bâtardeau pour la pose du sucle et des premières assises.
« Ce système de fondations a parfaitement réussi au pont de la Voulte et a permis d'exécuter cet ouvrage avec célérité et économie. En effet, le battage des pieux du premier échafaudage a été entrepris en mars 1860, et le pont a été terminé en octobre 1861, soit en tout dix-huit mois, bien que les travaux des échafaudages aient été souvent contrariés et retardés par de nombreuses crues du Rhône.
« L'enfoncement dans le gravier a été en moyenne de 0®60 par vingt-
quatre-heures, mais il atteignait 14 mètre dans les parties les plus faciles.
« L'une des piles, la plus voisine de la rive droite a dû être établie sur un éboulis de la colline oxfordienne qui borde le Rhône de ce côté : cet éboulis était composé de poches marneuses, entre des blocs de calcaire compact de grande dimension. On a jugé nécessaire, pour avoir toute garantie, de descendre la fundation de cette pile de 2 mètres environ dans cet éboulis, ce qui a pu se faire avec un peu plus de temps, mais avec un plein succès.
« Les fondations ont été exécutées par la Société des usines Cail et C° à raison de 60,000 fr. pour chacune des piles et de 62,500 fr. pour la culée, y compris la maçonnerie jusqu'au niveau de l’étiage, et ce prix n’a été un peu dépassé dans le règlement définitif que parce qu'on a dû tenir compte des avaries occasionnées par les crues du Rhône et des difficultés exceptionnelles éprouvées par les causes indiquées ci-dessus dans les fondations de l'une des piles. »
Caissons du pont de Lorient sur le Seorff et du pont de Nantes sur la Loire. — Le pont sur le Scorff, à Lorient, présentait de sérieuses ditlicultés de fondation; une des piles devait être descendue sur le rocher à 24 mètres au-dessous des hautes mers, en traversant une couche de 44 mètres de vase fluide.
M. l'inspecteur général Desnoyers a décrit ce travail dans son remarquable mémoire que nous avons déjà cité plusieurs fois. On avait eu d’abord l’intention de former chaque pile avec deux tubes, réunis à la partie supérieure par une voûte supportant une pile en maçonnerie. Comme l'eau de la mer corrode rapidement le fer, il ne faut pas compter sur la durée des tubes, et le parement du remplissage devait être exécuté en maçonnerie résistante, ce qui compliquait beaucoup le travail.
M. Ernest Gouin, entrepreneur du viaduc, demanda à remplacer les deux tubes par un caisson occupant tout l’espace de la pile, et la Compagnie d'Orléans s'empressa d'accepter cette proposition avantageuse pour elle comme pour le constructeur.
‘ Le système employé présente avec celui du pont de Kehl quelques différences d'exécution : la principale est de s'appliquer à des surfaces de fondation beaucoup plus restreintes, ce qui permet d'enlever les déblais par des sas à air sans avoir besoin de recourir à la complication des norias. Pour chaque pile, on emploie un seul caisson, ce qui facilite beaucoup la manœuvre.
Les figures 119 et 120 donnent une idée de l’ensemble des travaux et de la disposition des chantiers pour la construction des deux piles principales du viaduc du Scorff.
Le caisson proprement dit ou chambre de travail est construit sur la rive, on l'amène en place en le faisant flotter, et sur le plafond de cette chambre vn élève la maçonnerie de manière à obtenir la surcharge nécessaire à l’enfoncement; cette maçonnerie est enveloppée dans un bätardeau en tôle qui prolonge la chambre de travail, et que l'on élève peu à peu.
La section horizontale du caisson est celle qu’on veut donner à la
pile, c’est-à-dire un rectangle terminé par deux demi-cercles.
A l'amont et à l'aval, on remarque deux cheminées cylindriques voisines l’une de l'autre et surmontées d'une écluse commune.
I1 s’est présenté dans ce travail une difficulté particulière, produite par le phénomène des marées; l'équilibre était difficile à établir, puisqu'il fallait résister À une sous-pression variable, et le poids de maçonnerie, nécessaire au moment de la haule mer, devenait beaucoup trop fort à basse mer; il” en résultait une pression considérable sur la tranche inférieure du caisson,
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et cela pouvait amener des déversements. On pourrait bien parer à cet inconvénient en modifiant la pression intérieure de l'air; mais cette
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Fig. 120.
pression doit toujours être assez forte pour que l’eau ne pénètre pas dans la chambre de travail, et pour cette raison elle ne peut guère varier. On est donc forcé de prendre des précautions spéciales pour guider et soutenir l'appareil.
M. Gouin a perfectionné depuis les caissons et les sas à air qu'il avait employés au viaduc du Scorff, et ceux dont il s’est servi aux fondations des ponts de Nantes méritent d'être signalés.
Le caisson est représenté par les figures 4 à 3, pl. XL; il comprend trois anneaux horizontaux en tôle dont les épaisseurs sont, À partir du bas, 0"012, 0010 et 0008; ces anneaux sont appliqués sur des cadres horizontaux fortement entretoisés ; le plafond qui doit supporter une masse énorme de maçonnerie est soutenu
par quatre poutres longitudinales à double T, et celles-ci sont ellesmêmes renforcées par des écharpes inclinées qui vont chercher leurs
points d'appui sur les cadres de la chambre de travail: le plafond est en outre entretoisé par des poutrelles transversales. Sur l'axe de la pile, à chaque bout du caisson, on trouve deux cheminées cylindriques accouplées à la partie supérieure par le sas qu'elles supportent.
Les détails de ce sas sont donnés dans les figures 4 à 7; sa section horizontale est irrégulière; elle est oblongue et porte latéralement deux renfiements & et G, qui sont deux sas particuliers pouvant communiquer par les portes g', g' avec la partie dans laquelle débouchent les deux cheminées; à cette partie est accolé un autre sas Æ dont la section horizontale a la forme d’un croissant, celui-ci serl au passage des ouvriers, qui y pénètrent de l'extérieur par la porte À. et en sortent par la porte ’ pour se rendre aux cheminées. Enfin il existe un qratrième sas K, qui a la forme d’une boîte prismatique dont la grande dimension est horizontale; cette boîte communique avec la chambre des cheminées au moven de la porte 4, et elle débouche à l'extérieur par la porte fr; dans cette boîte est un petit chariot qui roule sur deux rails, lesquels se prolongent à l'extérieur au delà de la porte &.
Au sommet de la chambre des cheminées est une grande poulie J, sur laquelle s’enroule une corde qui à chaque bout porte une benne; chaque benne se meut dans l’axe d’une des cheminées, et l’une monte pen tant que l’autre descend.
Quand une benne pleine arrive en haut, on comprime l'air dans le sas #, la porte # peut s'ouvrir et l’on vide la benne dans le petit chariot, on met alors le sas À en communication avec l'air extérieur, la porte k, que l'on a refermée, ne peut s'ouvrir puisqu'elle est appuyée par la pression qui s'exerce de haut en bas, mais on peut ouvrir la porte #’, faire sortir le chariot et le vider an dehors.
Veut-on maintenant envoyer du béton dans la chambre de travail, on met les sas & et Gen communication avec l’air extérieur, et l’on peut alors ouvrir les portes g, g qui sont à la partie supérieure de l'appareil; on remplit les sas de béton; puis on les met en communication avec l'air comprimé, les portes g se ferment et les portes g' s'ouvrent; le béton tombe dans les bennes qui le descendent à la chambre de travail.
On voit combien tout ce mécanisme est simple, et, en effet, il a parfaitement réussi.
Les fondations du viaduc du Scorff sont revenues à 2,900 francs par mètre carré de la section horizontale supérieure de la pile, et le prix du mètre cube est revenu à 162 francs. Ces prix sont très élevés, mais il faut dire qu'on se trouvait dans des circonstances particulièrement difficiles.
A Nantes, où l’on se trouvait dans de bien meilleures conditions, et où il y avait à fonder de nombreuses piles, ce qui permettait d'utiliser plusieurs lois le matériel, le mètre carré de la section horizuntale supérieure des piles est revenu à 1,550 francs environ, pour une profondeur de 17 mètres au lieu de 18 mètres que l’on avait au viaduc du Scorff, et le mètre cube de fondation est revenu à 92 francs.
Caisson du pont de Vichy, sur l’Allier (1869). — Les cais-
sons en tôle, employés pour la fondation des piles du pont de Vichy, sur l'Allier, ont en plan la forme d’un rectangle terminé par deux demicercles ; leur longueur totale est de 10"40 et leur largeur de 3796. Ce sont donc des appareils de petite dimension.
« La chambre de travail, dit M. l'ingénieur Radoult de Lafosse , est formée d’une paroi verticale en tôle de 7 millimètres d'épaisseur et d'un plafond d'épaisseur égale relié à des poutrelles extérieures rigides dont l'espacement d’axe en axe varie de 0"98 à 1"14. Ces poutrelles sont posées transversalement au droit de contrefiches verticales placées à l'intérieur de la chambre, qui servent à relier le plafond aux parois du pourtour et qui occupent toute la hauteur verticale de la chambre, soit 2220. Les poutrelles et les contrefiches sont en tôle de 6 millimètres bordées de cornières de 5 à 7 centimètres de côté. Enfin des entretoises placées à la base et à la partie médiane de la chambre de travail maintiennent l’écartement des parois opposées.
« L'enveloppe supérieure du caisson est particulièrement destinée à protéger les maconneries fraîches contre le contact immédiat du sol pendant la descente. Elle est formée de tôles de 4 millimètres d'épaisseur rivées et renforcées horizontalement par des couvre-joints et des cornières. »
Sur le plancher s'élèvent deux cheminées ayant 0"84 de diamètre qui servent à établir la communication entre l'extérieur et la chambre de travail au moyen de sas à air.
La maison Caïl s’est servi, pour l'extraction des déblais, d'un appareil ingénieux ayant quelque ressemblance avec un tiroir de machine à vapeur (fig. 121) :
« Cet appareil se compose d’un tiroir e qui reçoit à chacune de ses extrémités un seau destiné à contenir les déblais de la chambre de travail, Le tiroir est enfermé dans une caïsse en fonte d qui pénètre en partie dans le sas à air. Une plaque de friction f formant joint sert à établir alternativement la communication de chaque extrémité du tiroir avec l'air extérieur et avec l'air comprimé. Le mouvement de va-et-vient est donné au tiroir au moyen de brancards g reliés par une poignée L. Le tiroir repose sur deux rails ? sur lesquels il roule au moyen de galets À et d’entretoises :. Ajoutons que il’amplitude de chaque oscillation est limitée par des taquets d'arrêt »m et qu’une vis de pression n sert à ré-. gler le frottemen du tiroir sur la plaque /. »
Cet appareil a fonctonné avec la plus grande régularité ; il a permis de réduire dans une proportion très considérable le nombre des éclusées et d'obtenir une économie notable. Il a, du reste, été perfectionné depuis ; la manœuvre se fait avec une roue dentée et une crémaillère, la manœuvre des seaux et le montage des déblais s'effectuent à l'air comprimé.
Les caissons élaient montés sur des échafaudages, à l'emplacement des piles ; une fois le montage terminé, ils étaient suspendus par des chaînes verticales à quatre vérins installés sur la plate-forme supérieure de l'échafaudage; ils étaient, en outre, guidés dans leur mouvement de
descente par les cadres intérieurs de l’échafaudage entre lesquels ils glissaient à frottement doux. Pendant le fonçage, les maçonneries élaient élevées progressivement A dans la partie supérieure du caisson —# formant bâtardeau, de manière à produire un enfoncement régulier.
Tout le pourtour de ces maçonneries était effectué en maçonnerie de moellons bruts afin de constituer une enveloppe plus résistante pour l'avenir, si les parois métalliques venaient ux jour à disparaître par oxydation.
La descente de tous les caissons a été arrêtée à sept mètres sous l'étiage.
Des expériences faites sur les mortiers ont montré que, contrairement à la crainte émise par M. Cézanne au pont de Szégedin, les mortiers employés dans l’air comprimé ne présentent aucune infériorité par rapport à ceux employés à l'air.
Ces expériences ont été répétées en Amérique et ont conduit à la même conclusion ; afin de faciliter la prise, quelques ingénieurs ménageaient dans le béton des tubes verticaux où l'eau s'élevait librement. Cette précaution fut bientôt reconnue inutile.
La fondation d’une pile à 8 mètres sous l’étiage a été payée à forfait 32,000 francs, avec moins-value de 1,500 francs par mètre d’enfoncement en moins et plus-value de 2,200 francs par mètre en plus. Ces prix comprenaient, outre les fournitures et main-d'œuvre, la maçonnerie jusqu’à la base supérieure du caisson.
Le prix total de la maçonnerie de fondation ressort, d'après les attachements tenus, à 412 fr. 50 le mètre cube, en comptant à 4/5 la dépréciation du matériel, évalué 100,000 francs.
M. Radoult de Lafosse a montré, par une étude comparative, que le système à l’air comprimé avait été, dans l’espèce, au moins aussi écono:
