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LAMATIVIE • SUPPRESSION DU SOUTERRAIN DE LA VERRERIE (1962-1964)

ANCIEN TUNNEL DE LA VERRERIE - VIADUC DE LA VERRERIE SUR LA CÈRE
 
LIGNE 719 - SAINT-DENIS-PRÈS-MARTEL - VIESCAMP-SOUS-JALLÈS • PK 674 • ANCIEN TUNNEL DE LA VERRERIE (165 M) • VIADUC DE LA VERRERIE (240 M) SUR LA CÈRE
 
M 13/07/1977 • LAMATIVIE (46) • 44° 58' 40.1" N 02° 03' 05.6" E
 

LA SUPPRESSION DU SOUTERRAIN DE LA VERRERIE
situé sur la ligne d'Aurillac à St-Denis-près-Martel
par
A. Remondet, Ingénieur Chef de l'Arrondissement de Montluçon
et
J. Valentin, Ingénieur Chef de la Section des Ouvrages d'Art du Service de la Voie et des Bâtiments de la Région Sud-ouest de la S.N.C.F. [*]

GÉNÉRALITÉS

“ Depuis sa construction en 1885, le souterrain de la Verrerie, situé sur la ligne d’Aurillac à St-Denis-près-Martel, entre les gares de Laroquebrou et de Lamativie, a été une source constante d’inquiétude en raison de sa mauvaise tenue. Les déformations de ses maçonneries sous les mouvements du terrain encaissant favorisés par la situation de l’ouvrage à flanc de coteau, les dislocations qui en résultent dans le revêtement ont atteint une telle ampleur que la S.N.C.F. a dû se résoudre à supprimer l’ouvrage et à dévier la voie ferrée en épousant le lit de la rivière La Cère. Cette déviation est essentiellement constituée par un viaduc en béton armé de 240 m de longueur, formé de 16 travées de 15 mètres d’ouverture et raccordé par des murs de soutènement au tracé primitif.

LE SOUTERRAIN DE LA VERRERIE

a) Situation de l ‘ouvrage

Le souterrain de la Verrerie est situé sur la ligne à voie unique d’Aurillac à St-Denis-près-Martel. Dans cette partie de la ligne et plus particulièrement entre les stations de Laroquebrou et de Lamativie, la voie ferrée suit au plus près les bords de la Cère, au fond d’une gorge profonde. Le tracé en plan et en profil est extrêmement tourmenté (courbes de 250 m de rayon et déclivités de 20 mm/m). Sur les 16 km de parcours entre les deux stations, il a fallu construire 17 souterrains.

La Cère coule au fond d’une vallée très étroite, à 300 m en contrebas du plateau. Ses gorges sont sauvages, pratiquement sans accès autre que la voie ferrée elle-même. Les revers sont abrupts, hérissés de blocs énormes, coupés de ravins profonds et tapissés d’éboulis de toute nature couverts par une végétation assez dense.

Du fait de la construction du barrage de St-Étienne-Cantalès, la rivière a été disciplinée et son débit est très limité. En période de crue, il peut néanmoins atteindre 800 m³ seconde.

Il faut remarquer que lors des études d’avant-projet de construction de la ligne, le souterrain de la Verrerie n’existait pas. Le tracé comportait une tranchée de 23 m de profondeur maximale sur l’axe du chemin de fer. Ce n’est qu’à la suite de reconnaissances faites au moyen d’une galerie d’essai que la tranchée initialement prévue fut remplacée par un souterrain dont la longueur fixée d’abord à 65 m passa successivement à 107, puis à 135 et enfin à 165 m.

Ces modifications successives traduisaient déjà le bouleversement, la nature très particulière des terrains et les difficultés que l’on allait y rencontrer.

b) Construction de l’ouvrage

Le projet fut définitivement approuvé le 24-8-1882 et le souterrain de la Verrerie fit partie du premier lot, dit de Lamativie, comprenant 4 300 m de ligne et 6 tunnels.

Ses caractéristiques sont celles des autres ouvrages de la ligne. Cependant vers la tête côté Aurillac, l’épaisseur des piédroits fut augmentée jusqu’à 0,80 m et un radier de 0,70 m d’épaisseur prévu sur les 53 premiers mètres. Enfin, en raison de la nature ébouleuse des terrains, la tête fut prolongée côté montagne par un énorme mur à parement courbe de 4,75 m d’épaisseur à la base.

Côté rivière, et sur 13 m de longueur, le piédroit a 2,50 m d’épaisseur et présente un fruit extérieur de 1/5. ces deux murs sont reliés au-dessus de l’extrados par un mur biais de 1,00 m d’épaisseur.

En plan, le tunnel est en courbe et contrecourbe de 300 m de rayon séparées par un alignement droit de 76 m. Il est en pente de 15 mm/m ver St-Denis-près-Martel.

Les travaux commencèrent en juillet 1883. À partir de la galerie de tête creusée en 1881, on procèda aux abattages puis à la construction de la voûte. Après enlèvement du stross on construisit les piédroits.

Les travaux furent marqués par des difficultés continuelles et particulièrement par deux effondrements, l’un relativement peu important à 35 m de la tête côté St-Denis et l’autre très important lors des travaux de terrassement de la tête côté Aurillac. Pour ce dernier, on trouve trace dans les rapports de l’époque de 700 m³ de déblais, de l’emploi de 12 000 heures de main-d’œuvre et de l’utilisation de 40 m³ de glaise pour colmatage des fissures du terrain.

Malgré ces difficultés, l’ouvrage fut à peu près terminé en septembre 1885, soit deux ans après le début des travaux.

Pendant que l’on achevait l’ensemble du lot dans lequel est inclus le tunnel, les mouvements du terrain s’accentuaient à la tête côté Aurillac d’une manière si intense qu’à la réception provisoire de l’ensemble du lot (juillet 1887) l’Administration formula des réserves concernant, en particulier, la tête Aurillac du souterrain qui, entièrement disloqué, dut être démolie et reconstruite (1888).

Finalement la ligne fut ouverte en 1891 et le PV de reconnaissance du 1/6/90 ne fait pas mention du souterrain de la Verrerie.

Signalons, au passage, qu’en 1894 un train de voyageurs dérailla et bascula dans la Cère après avoir heurté un rocher tombé sur la voie ; il y eut des victimes. Par Décision Ministérielle la vitesse de circulation entre Laroquebrou et Lamativie fut réduite à 50 km/h et une tournée de surveillance quotidienne fut prescrite. Ces mesures sont encore en vigueur aujourd’hui.

c) Consolidations successives

Bien que le souterrain de la Verrerie n’ait pas attiré particulièrement l’attention au cours des premières années d’exploitation de la ligne, il fut cependant déjà l’objet d’une certaine surveillance.

Cette surveillance fut efficace puisque dès 1893 on constata les premières fissures. On plaça des témoins qui se brisèrent et en 1895 un premier rapport faisait état de quelques fissurations, d’un mouvement des maçonneries dont ne put indiquer l’ancienneté, la tête de l’ouvrage ayant certainement été reconstruite en 1888 avec un certain désaxement.

Il se confirma que le coteau continuait son mouvement et poussait sur les maçonneries de l’ouvrage. Les piédroits paraissaient relativement stables mais la voûte semblait se coucher vers la rivière.

Des vérifications d’alignement par jalons et repères furent effectuées périodiquement. Elles montrèrent que la tête de l’ouvrage continuait à se déporter vers la rivière. En même temps les fissurations de l’ouvrage s’aggravaient. Des gonflements étaient constatés dans le piédroit côté montagne et de nouvelles fissures apparaissaient.

Devant cette situation qui fut attribuée à un tassement du piédroit côté Cère, on procéda à des sondages qui firent apparaître que le mur piédroit de 2,50 m était fondé sur des éboulis entremêlés d’argile dont la masse est traversée par les eaux d’infiltration provenant de la montagne et baignée par la Cère aux époques de crue.

Les premiers travaux importants furent alos entrepris (1910-1911). Le mur côté Cère fut repris en sous œuvre au moyen de puits descendus jusque sur de gros blocs rencontrés en fond de fouille.

Cette consolidation sur les 13 premiers mètres fut partiellement efficace mais la cause du mal n’ayant pas disparu, les désordres continuèrent à se manifester et la situation fut à nouveau jugée suffisamment critique pour conduire en 1926 à la mise sur cintre des 40 premiers mètres du souterrain.

Le souterrain était également devenu très humide, les mortiers délavés, les maçonneries très déjointoyées, et le déversement de la tête de l’ouvrage se poursuivit, atteignant maintenant 24 cm.

On exécuta alors les drainages du piédroit côté montagne à partir de deux premières niches du souterrain, qui furent approfondies de 3 m, et à partir de galeries blindées intermédiaires des 1,80 x 0,80 m. Ces galeries exécutées au prix de difficultés énormes furent remplies de pierres sèches et des dalots conduisirent les eaux recueillies au caniveau central du souterrain.

En même temps, on renforça la butée côté Cère par création de contreforts au droit des puits de 1911 dont l’assise fur reportée au rocher en place à 10 m en contrebas de la voie. Au total 7 contreforts furent construits sur les 24 premiers mètres.

Ces travaux, exécutés en 1931-1932, furent complétés par :

  • la création de deux anneaux en béton armé de 0,18 m d’épaisseur et de 6 m de longueur dans les zones les plus désorganisées :
  • des réparations localisées des maçonneries et des fermetures de fissures au moyen de ciment injecté sous pression.

Ces travaux apportèrent une certaine amélioration à l’ouvrage, mais assez rapidement les anciennes fissures réapparurent en même temps que de nouvelles se formaient.

Les anneaux en béton armé se désagrégèrent et la désorganisation des maçonneries continua sous l’action lente et inexorable des poussées provenant de la montagne.

En 1958, les désordres devinrent si graves que le souterrain dut être de nouveau mis sur cintres entre les 18 et 69 premiers mètres à partir de la tête côté Aurillac.

En 1961, il fallut établir une surveillance permanente de l’ouvrage. La nécessité d’une solution définitive s’imposa alors.

LA DÉVIATION DE LA LIGNE

Avant-projet

Plusieurs solutions furent successivement envisagées mais certaines d’entre elles furent assez vite écartées en raison de leurs difficultés probables, de leur prix de revient excessif ou de leurs incertitudes.

C’est ainsi que :

  • la déviation de la ligne par percement de la montagne en dehors de la zone d’éboulis aurait nécessité un allongement excessif du tracé au prix de dépenses énormes ;
  • la découverte des 60 premiers mètres de l’ouvrage nécessitait des terrassements très importants et dangereux ainsi que la construction de soutènements importants et de stabilité douteuse ;
  • la consolidation par injections des maçonneries de l’ouvrage et du terrain encaissant était très aléatoire. L’état de l’ouvrage interdisait de multiplier les forages et imposait des pressions d’injection très réduites qui n’auraient pas permis de travers des couches d’argiles d’épaisseurs inconnues mais sans doute importantes. En outre la présence de certains vides considérables dans la masse des éboulis risquait de mettre en œuvre des tonnages énormes sans la certitude d’arriver à un résultat efficace.

Dans ces conditions, le choix ne pouvait porter que sur l’une des solutions suivantes :

1) Reconstruction des 60 premiers mètres de l’ouvrage, par les méthodes classiques avec fondations descendues au rocher en place et profil dissymétrique des maçonneries pour résister aux pressions.

2) Déviation de la ligne par la vallée de la Cère et abandon du souterrain.

Sondages de reconnaissance

  • Côté montagne, deux puits de 35 m de profondeur, de 1,60 m de diamètre, furent foncés à partir du terrain naturel, à 30 et 50 m de la tête Aurillac et à 7,20 m et 3,60 m du piédroit.

Ces puits descendus aux prix d’énormes difficultés (avancement moyen de 0,20 m par jour) confirmèrent la nature ébouleuse du terrain formé de blocs de toutes dimensions, enrobés d’argile ou parfois juxtaposés de telle sorte qu’il existait des vides importants entre eux.

  • Côté rivière, d’autres puits de profondeur variable furent descendus jusqu’au rocher sur un tracé en rayon de 200 m.

Cet ensemble de sondages permit d’arriver aux conclusions suivantes :

  • Le rocher en place, formé de roches cristallophylliennes où dominent la granulite se relève lentement de l’amont vers l’aval. À la tête côté Aurillac, il se situe à environ 10 mètres de profondeur sous le rail et il arrive sensiblement au niveau du radier à 50 m environ de cette tête.
  • La présence au-dessus de la granulite, d’une couche de galets roulés montre que la Cère a été rejetée de son ancien lit par l’éboulement relativement récent (du point de vue géologique) de tout un pan du coteau dans lequel est creusée la tête du souterrain.
  • L’amoncellement des éboulis est très perméable jusqu’au niveau des naissances ; puis l’accumulation des produits fins de décomposition forme une couche imperméable qui ne peut évacuer l’eau qu’à travers les parois disloquées du souterrain en entraînant une certaine quantité des matériaux fins.

Solution définitive

Cette campagne de sondages avait montré la possibilité de reconstruire le souterrain dans les 60 premiers mètres mais aussi toutes les difficultés que cette reconstruction rencontrerait.

Un appel d’offres fut lancé pour préciser le montant total des travaux. Bien que les solutions présentées par les Entreprises pressenties fussent très différentes, en particulier en ce qui concerne la recherche du rocher en place pour asseoir les fondations de l’ouvrage renforcé, il était évident que cette reconstruction était très onéreuse, et ce, d’autant plus que la conduite des travaux nécessitait le détournement de certaines circulations ferroviaires pour dégager des intervalles de travail suffisamment longs.

Pendant ce temps, l’étude des déviations se poursuivait.

La solution présentant le maximum de sécurité consistait à développer la ligne sur la rive droite de la Cère, la rivière étant franchie deux fois au moyen d’ouvrages métalliques importants.

Deux autres solutions maintenant la ligne sur la rive gauche, avec des rayons de 250 m et 200m, étaient également possibles mais présentaient l’inconvénient de nécessiter de gros terrassements au voisinage de la zone dangereuse dans la traversée de l’éboulis.

Du point de vue financier et par ordre de dépenses croissantes, les solutions se présentaient comme suit :

1) déviation par la rive gauche,

2) reconstruction du souterrain sur 60 mètres,

3) déviation par la rive droite.

Finalement, la solution apparut clairement en considérant que la vitesse limite de la section de la ligne fixée à 50 km/h par la Décision Ministérielle de 1894, dont il est fait mention ci-dessus, autorisait des rayons de l’ordre de 150 m et des déclivités de 200 mm par mètre. Dans ces caractéristiques (R= 155 m) le tracé se développait entièrement sur la rive gauche de la Cère et permettait de passer en remblai sur la zone dangereuse.

Description de la déviation

Le tracé adopté (R= 155 m) présente le grand avantage de se développer à une cote supérieure à celle du terrain naturel dans toute la zone dangereuse de l’éboulis là où des terrassements auraient pu conduire à une remise en mouvement de l’ensemble des terres et entraîner ainsi la ruine définitive du souterrain avant l’achèvement des travaux de la déviation.

Dans toute cette zone, la voie est supportée par un viaduc en béton armé appuyé sur des piles en béton descendues jusqu’au rocher en place.

Entre les deux culées, l’ouvrage comprend 4 tabliers à 3 travées continues de 15 mètres de portée et un tablier à 4 travées continues de 15 m également de portée.

Les deux culées, d’un type classique, sont prolongées par des murs de soutènement pour se raccorder au tracé primitif de part et d’autre du souterrain actuel.

Les dispositions sont très classiques et ne comportent que deux particularités :

  • l’emploi de tubes d’éverite d’un diamètre de 0,60 m, mis en place au cours du ferraillage et qui ont pour but d’élargir l’ouvrage en réduisant le cube de béton ;
  • l’emploi, pour la première fois sur la S.N.C.F. dans un ouvrage inférieur, de barres d’acier à haute adhérence pour les armatures principales. Ce type d’armature, par le taux élevé des contraintes qu’il permet, risque de favoriser la multiplication des fissurations du béton et l’on évite habituellement de l’employer dans les ouvrages sous voie. Son emploi dans le viaduc de la Verrerie a été cependant autorisé mais avec une réduction de 17 kg/mm² du taux de contrainte maximal.

Les piles et culées en béton de ciment de laitier sont fondées sur le rocher. La section moyenne des piles est de 15 m² (5,50 x 2,80 m) jusqu’au niveau des plus hautes eaux. Au-dessus, leur section est réduite à 6 m² (4,50 x 1,40 m).

Des joints sans épaisseur à emboîtement sont exécutés à la jonction des culées et des murs de soutènement et tous les 10 m le long de ces derniers.

Exécution des travaux

L’Entreprise Segrette fut déclarée adjudicataire des travaux, en février 1962. Le délai d’exécution prévu était de 400 jours.

Compte tenu de la longueur du chantier, de ses difficultés d’accès (accès unique par le rail), des travaux préparatoires importants à exécuter pour mener à bien des travaux qui se situent constamment le long d’un talus abrupt, la phase initiale d’installation du chantier demanda plus de 3 mois. Les terrassements nécessaires pour descendre jusqu’au rocher les fondations des piles et culées démarrèrent et rapidement des difficultés surgirent.

Difficultés rencontrées

C’est d’abord le niveau très variable de la rivière, consécutif aux crues et aux lâchers d’eau du barrage de St-Étienne-Cantalès. Ces variations de niveau, bien qu’annoncées par E.D.F., génèrent les travaux à plusieurs reprises en inondant les fouilles après submersion des batardeaux.

Mais les difficultés les plus importantes vinrent encore du terrain.

Malgré les sondages exécutés au droit de la culée côté Aurillac et dans les premières piles en rivière, il fallut descendre à près de 4 m en dessous des cotes initialement prévues pour trouver le rocher en place sur la totalité de la surface des fondations.

Il fallut injecter à plusieurs reprises les nombreuses diaclases rencontrées, établir une dalle armée au-dessus d’une faille de 2 m de largeur rencontrée sous la fondation de la culée Aurillac et multiplier les ancrages dans le rocher sain.

L’avancement de ces difficiles travaux de terrassement, exécutés au coin éclateur dans les gros blocs (la proximité du souterrain et le danger d’éboulement interdisaient l’emploi d’explosifs) fut très lent et très pénible de sorte que les travaux prirent un retard considérable qui fut augmenté par la dureté de l’hiver 1962-1963.

Situation du chantier fin 1963

Au moment où ce compte rendu est rédigé (septembre 1963) la situation du chantier est la suivante :

Toutes les piles, à l’exception de la pile 5, sont terminées ou sur le point de l’être.

Les culées sont également terminées et l’on travaille aux murs de soutènement qui les prolongent.

Les deux tabliers extrêmes (l’une de quatre travées côté Lamativie, et l’autre de trois travées côté Laroquebrou) sont coulés et le tablier n° 3 est en cours de ferraillage.

Malgré les difficultés de recrutement de personnel, tout est mis en œuvre pour que la déviation de la ligne soit livrée à la circulation dans les plus courts délais. ”

[Le viaduc de la Verrerie a été mis en service le mercredi 4 mars 1964 N.D.L.R.]

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