Direction des routes Service expertise ETUDE DES MURS DE SOUTENEMENT EN MACONNERIE DE PIERRES SECHES. B. Villemus

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1 Direction des routes Service expertise ETUDE DES MURS DE SOUTENEMENT EN MACONNERIE DE PIERRES SECHES B. Villemus

2 INTRODUCTION Maçonnerie sans liant. Règles de l art essentielles. Technique ancestrale répandue à travers le monde. Régions démunies : mise en œuvre sans eau ni ciment Europe méditerranéenne : - préservation du patrimoine, de l environnement, des paysages... - absence de cadre technique suffisant pour établir des documents reconnus Connaissance scientifique nécessaire

3 QUELQUES DISPOSITIONS TECHNIQUES

4 PLAN DE LA DEMARCHE Etude théorique de la stabilité I - Stabilité externe Le mur en pierre sèche doit se comporter comme un monolithe Utilisation du cadre des murs poids II - Stabilité interne Conditions pour garantir le quasi-monolithisme du mur Coefficients de stabilité interne Etude expérimentale III - Essais en laboratoire Trois niveaux : - pierres - interfaces - maçonnerie elle-même (simplifiée) Résultats expérimentaux IV - Essais sur murs d échelle 1 en calcaire Validation du modèle V - Essais sur mur d échelle 1 en schiste Pierres plus élancées, mur plus régulier Vérification et enrichissement des résultats

5 Etude théorique de la stabilité I - STABILITE EXTERNE 1 - Hypothèses mur γm H coin de rupture de Coulomb R remblai ϕr γr V M O Fondations rigides. Problème plan (transversalement au mur). Cadre des murs-poids pour un mur monolithe (faibles déplacements). Torseur M,V et H des efforts en O (milieu de la base) - R : résultante - V : composante verticale - H : composante horizontale - M : moment résultant Excentricité par rapport à O : e=m/v

6 I - STABILITE EXTERNE 2 - Stabilité au renversement Excentricité relative : k =excentricité/base Règle du «tiers central» : k < 1/6 Fondation rigide : k < 1/4 Rupture certaine : k > 1/2 R R O e=b/6 B k=1/2 k=1/4 O B

7 II - STABILITE INTERNE 1 - Problématique R O e=b/2 B Limites du comportement quasi-monolithique du mur Modes probables de rupture interne découplés : glissement interne renversement interne Coefficients de stabilité correspondants

8 II - STABILITE INTERNE 3 - Glissement interne sens positif y=0 V chargement H H V (cm=0) H=V.tan(ϕM) α ω Θ=ω-α ω y y Fg(y,ω )= α=0 V(y,ω ).tan(ϕ M ω ) H(y,ω ) Glissement selon la stratification? Cinématique enrichie : glissement potentiel incliné de ω ω peut s expliquer par l existence de Θ (rotation locale) Fg ne prend pas en compte la perturbation géométrique Rupture certaine pour : Fg (y, ω) < 1

9 III - ESSAIS DE LABORATOIRE 2 - Essais de cisaillement b - Essais de cisaillement inter-lits V H u V H V hauteur du mur H poussée du remblai u déplacement horizontal du lit de pierre soumis à V et H

10 IV - ESSAIS DE CHARGEMENT DE MURS EN TAILLE REELLE (CALCAIRE) 1 - Mise au point a - Principe Collaboration entre maçons, associations, collectivités territoriales, ministères. Construction des murs selon les règles de l art avec la pierre calcaire de St-Gens. Chargement par pression d eau (distribution connue). Instrumentation : capteurs et stéréophotogrammétrie. b - Objectifs Faire varier la géométrie des murs Faire varier l inclinaison des lits de pierres

11 2 - Construction des murs et caractéristiques b=1,2m f1=15% h=4m b=0,6m b=0,9m b=0,65m f1=15% mur 1 f1=12% mur 2 α=0 mur 3 α=0 longueur (m) mur 4 α=0 α=-4,5 mur 1 mur 2 mur 3 mur épaisseur B en pied (m) 0,9 0,9 1,8 0,9 pierres : γs (kn/m3) 21,0 21,0 21,0 21,0 γm (kn/m3) 15,4 15,0 15,7 16,0 vides 25% 27% 24% 23% indice des vides e 0,33 0,37 0,32 0,30 remarques h=2m pierres humides pierres humides

12 3 - Chaîne de mesure a - Principe Voie 11 déplacement horizontal u hauteur d eau hw Voie 10, h10=360cm Voie 9, h9=238,5cm mur en pierres sèches Voie 8, h8=146,5cm «mur 3» Voie 7, h7=75,5cm Voie 6, h6=55,5cm Voie 5, h5=38cm Voie 4, h4=21cm Voie 0 Voie 1 Voie 2 Voie 3 alimentation +10V continu pont de jauge acquisition avec ESAM

13 4 - Résultats bruts de la stéréophotogrammétrie

14 d - Evolution du profil du parement externe position verticale y des cibles de mesures par rapport à la fondation (cm) initial k=0,1 140 k=1/6 120 k=0, k=0, position horizontalex / à l'arrière du mur (cm) 200

15 f - Etude des mesures stéréophotogrammétriques

16 6 - Bilan de la mesure cinématique du mur 3 a - Méthode expérimentale Faibles déplacements : mesures par capteur et par stéréophotogrammétrie identiques. Grands déplacements : 15% de différence et conservation de l allure de la déformée. méthodes complémentaires et fiables b - Résultats Domaine de comportement quasi-monolithique (pour k<1/4) Rupture par glissement interne qui ne coïncide pas avec la stratification : ω=11,5 (α=0 ) - non visible sur les modèles réduits - explicable par l existence d une rotation locale: Θ=ω-α

17 V - ESSAIS DE CHARGEMENT DE MURS EN TAILLE REELLE (SCHISTE) 1 - Principe Continuité de la campagne expérimentale précédente Construction des murs selon les règles de l art avec le schiste de «Galta» 2 - Objectifs Vérifier les résultats déjà obtenus pour une maçonnerie différente : - pierres plus élancées, moins résistantes, moins frottantes - maçonnerie plus régulière Enrichir les données expérimentales

18 3 - Construction du mur et caractéristiques b=1,16m b=1,2m f1=15% f1=15% h=4m h=4,25m mur 3 mur 5 α=0 α=-8,5 mur 3 mur 5 longueur (m) 3 2 épaisseur B en pied (m) 1,8 0,9 pierres : γs (kn/m3) 21,0 26,5 γm (kn/m3) 15,7 18,0 vides 24% 32% indice des vides e 0,32 0,47 assises α=0 α=-8,5

19 capteurs (milieu de la face avant) mesure manuelle (côté droit face arrière) mesure manuelle (côté gauche face arrière) y (cm) y (cm) b - Evolution du profil du parement externe état initial kr=0, kr= kr=0, kr=0,301 (état final) x (cm) u (mm) à l'état final 300

20 c - Stéréophotogrammétrie

21 e - Etude des mesures stéréophotogrammétriques

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25 5 - Comparaison du modèle avec l expérience pour le mur 5 a - Calculs chargement limite : hw= 3,62m premier plan de glissement assises : α = - 8,5 glissement interne oui deuxième plan de glissement renversement non non k 0,31 0,31 Fr(h,0) 1,50 1,50 Fg(h- 0.1, α) 1,21 1,21 oui hauteur/fondation hg=15cm angle d inclinaison/horizontale ω=0 0,99 Fg(h-hg, α) hg=30cm Θ= ω - α Θ=8,5 Θ=11 Θ des murs en calcaire Θ=10,5 (mur 3 et 4) Θ=11 (théorique) (mur 1 et 2) ω=2,5 0,96 b - Résultats Adéquation des coefficients de stabilité Le glissement interne ne coïncide pas avec la stratification L interprétation donne une rotation locale de même ordre de grandeur que pour les murs calcaires

26 CONCLUSION a - Modèle de calcul Rustique, basé sur le calcul des murs poids Conditions de stabilité interne spécifiques : - renversement - glissement incliné de ω (différent de la stratification) b - Expérience Adéquation des coefficients de stabilité du modèle Plan de glissement interne différent de la stratification nécessité de prendre en compte l inclinaison ω du glissement potentiel - ω non prévisible a priori mais limité par la technologie constructive (boutisses, ) - interprétation : Θ = ω-α 10 Méthode expérimentale: - mesure des déplacements fiable et complémentaire (stéréo capteurs) - mesure des forces cohérente (efforts globaux) - distribution différente de l hypothèse classique c - Perspectives Analogie avec les matériaux granulaires (anisotropie et forte densité) Prédiction de ω