GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES

Transcription

1 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 1

2 PRÉAMBULE La géotechnique a toujours été la partie cachée de la construction. Il n y a nulle trace des fondations dans les représentations de ponts, de maisons, de monuments Il faut pourtant poser ces constructions sur le sol ou la roche et parfois c est complexe et conduit à des problèmes plus ou moins longtemps après. Cet exposé porte sur les cathédrales, qui sont des bâtiments emblématiques des villes françaises et ont traversé les siècles. Il aurait pu porter sur tout autre type de maison ou d ouvrage. Il est de bon ton de penser que la science moderne est la seule source de connaissance réelle Pourtant tous ces constructions tiennent. Les constructeurs devaient avoir compris quelques règles! Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 2

3 LES RÈGLES DE BASE Tous les schémas de fondations ont la même allure. Les fondations de colonnes ou de rangées de colonnes ou de murs s élargissent en s enfonçant. Toutes les études modernes ont montré que la résistance du sol aux charges augmente quand la surface augmente et quand la profondeur augmente. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 3

4 La surface augmente le volume du sol qui résiste, donc la résistance sous la fondation. La profondeur (encastrement) augmente le volume du sol qui résiste, donc la résistance sous la fondation. On descend jusqu à ce que la résistance soit suffisante ou jusqu à ce que l on trouve une couche plus résistante. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 4

5 La partie souterraine des constructions devait souvent ressembler à ceci. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 5

6 Fondations sur rocher Page 6

7 Venise Structure typique de bâtiment Fixation en fer Brique et chaux Poutres de bois Fondations sur pieux de bois pour les sols mous ou peu résistants Page 7

8 QUELQUES EXEMPLES Les fondations de la cathédrale de Milan (1390 à 1630) Niveau de la surface du sol Niveau supérieur de la nappe Upper ground water level Niveau inférieur de la nappe Lower ground water level Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 8

9 Les besoins de fondations : piliers et quelques murs LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar Argile limonosableuse Graviers compactés 10 m Variations de la nappe en 1976 Argile limoneuse grise Fondations supposées de la tour Asinelli (Bologne) Page 9

10 Effondrement du campanile de la place Saint Marc à Venise 14 juillet 1902 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 10

11 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 11

12 Venise, le nouveau campanile (1912) Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 12

13 Venise Fondations de l ancien et du nouveau campanile Avant 1902 Après 1912 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 13

14 Les fondations de la cathédrale de Mexico ( ) Page 14

15 Coupole Tours Chœur Coupe longitudinale de la cathédrale Page 15

16 Le bâtiment est construit sur un terre-plein compacté reposant sur des pieux Terre-plein Pieux Cryptes Page 16

17 Terre-plein Vue en plan Page 17

18 Cathédrale Murs de maçonnerie Église du Sacré Cœur Terre-plein de la cathédrale Pieux de bois Terre-plein du Sacré Cœur Page 18

19 Avant Deux fondations de colonnes de la cathédrale de Strasbourg Page 19

20 Conclusion Page 20

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22 Babylone, porte d Ishtar Dans l antiquité aussi on savait trouver des solutions aux problèmes les plus complexes Page 22

23 Les charges transmises au sol diffèrent selon la conception de l édifice. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 23

24 Cathédrale d Avignon (murs porteurs) Page 24

25 Cathédrale LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar de Chartres (voûtes sur croisées d ogives et piliers ; contreforts) Page 25

26 Notre-Dame LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttarde Paris (voûtes sur croisées d ogives et piliers ; contreforts) Page 26

27 Cathédrale LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar Saint-Apollinaire de Valence Page 27

28 Cathédrale LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar Saint-Front de Périgueux (église à coupoles) Page 28

29 Saint-Etienne de Beauvais Chœur gothique 16e s 6 travées L = 32 m 39,4m 8,6 m Église romane 12ème siècle Longueur 68 m 6 travées L = 18 m 38 m (D'après le dessin de Yves Boiret) Page 29

30 Page 30 Beauvais, Saint-Etienne Partie romane

31 Page 31 Beauvais, Saint-Etienne Partie gothique

32 Les pathologies et leur réparation Les pathologies des cathédrales sont issues de leurs déformations. Pour comprendre un problème de mécanique, il faut toujours chercher comment l objet étudié (massif de sol, structure, ) se déforme. Pour une cathédrale, les déformations se traduisent par la fissuration des murs ou poteaux, la dislocation des voûtes et des arcs et ces désordres proviennent toujours de déplacements des fondations. On va en déduire la cause probable des désordres et la façon d y remédier. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 32

33 Pathologie des arcs LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar 1. Écartement ou tassement différentiel des appuis (Église de Vétheuil) Page 33

34 Pathologie LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar des piliers et murs 1. La poussée des arcs repousse les piliers et les murs (Église de Vétheuil) Le mur pivote avec les piliers auxquels il est lié et se détache des murs transversaux. Page 34

35 Pathologie LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar des piliers et murs 2. La poussée des arcs repousse les piliers de la nef (Église de Vétheuil) Les piliers sont courbés et certains se désagrégent. Page 35

36 Pathologie LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar des piliers et murs : flexion, fissuration Page 36

37 Église des Andelys LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar Inclinaison des piliers (fondations sur sols déformables et poussée des voûtes) Page 37

38 Église de Civray Contrefort déversé sous la poussée des voûtes intérieures. L église est fondée sur pilotis dans un ancien marécage. Page 38

39 Pathologie : église de La Souterraine Page 39

40 Fissuration des murs extérieurs Page 40

41 Fissuration visible à l intérieur Page 41

42 Fissuration des contreforts (formation d arcs) Page 42

43 Reprise en sous-œuvre d une église ancienne Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 43

44 Pathologie et réparations de la cathédrale de Mexico Plan de la cathédrale Page 44

45 LES PLÉNIÈRES 2012 de l Ifsttar Le lac de Mexico à l arrivée de Cortès Page 45

46 Sierra Nevada Lac TLATELOLCO PANORAMA DU BASSIN DE MEXICO A L ÉPOQUE AZTÈQUE (Ouest Est) (Panorama d après Covarrubias, 16ème siècle) TENOCHTITLAN Templo Mayor = 40m hors sol 7 constructions successives entre 1325 et 1514 Enfoncement = 12m Page 46

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48 Tassement différentiel en 1991 (en mètres) Page 48

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53 Renforcement de la structure Page 53

54 Extraction du sol sous les zones ayant peu tassé Page 54

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58 La tour de Pise, partiellement redressée en 2001 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 58

59 La tour de Pise, partiellement redressée en 2001 Analyse - Grande fragilité de la structure de la tour - Plus grande épaisseur d argile du côté sud, cause de plus de tassement, amplifié par l inclinaison Solution 1. Renforcement de la structure de la tour 2. Mise en place de surcharge côté «haut» 3. Mise en place de câbles pour tirer la tour vers la gauche 4. Extraction du sol sous le côté haut de la tour (48 m 3 ) 5. Démontage du dispositif après de redressement de 48cm (sur 4,47m) Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 59

60 Temple des Capucines, édifié en 1787 à Mexico (Justo et al., 2003) Réparation : relevage en utilisant 159 pieux «de contrôle» en 1979 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 60

61 CONCLUSION La gestion du patrimoine de bâtiments est un domaine important pour l activité géotechnique, même si elle est peu mise en valeur. Elle porte sur les interactions du sol avec la construction, mais aussi sur l évolution des matériaux au cours du temps et leur entretien. Chaque cas est différent, mais nous en avons l habitude en géotechnique et il faut comprendre les terrains et les déformations des constructions pour trouver les solutions optimales. Cette activité peut être passionnante et souvent innovante. Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR Page 61