LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar Sciences et techniques du Génie Civil
JOURNÉES GÉOTECHNIQUE
GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES
AUTRANS – 02 au 04 octobre 2012
GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES
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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 !
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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.
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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.
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La partie souterraine des constructions devait souvent ressembler à ceci.
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Fondations sur rocher
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Venise – Structure typique de bâtiment
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Fixation en fer
Brique et chaux
Poutres de bois
Fondations sur pieux de bois pour les sols mous ou peu résistants Page 7
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QUELQUES EXEMPLES Les fondations de la cathédrale de Milan (1390 à 1630)
Niveau de la surface du sol Niveau supérieur de la nappe Niveau inférieur de la nappe Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR
Upper ground water level
Lower ground water level
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Les besoins de fondations : piliers et quelques murs
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Argile limonosableuse Graviers compactés 10 m
Variations de la nappe en 1976 Argile limoneuse grise
Fondations supposées de la tour Asinelli (Bologne)
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Effondrement du campanile de la place Saint Marc à Venise
14 juillet 1902 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR
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Venise, le nouveau campanile (1912) Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR
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Venise – Fondations de l’ancien et du nouveau campanile Avant 1902
Après 1912 Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR
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Les fondations de la cathédrale de Mexico (1560-1573) Page 14
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Tours
Coupole
Chœur
Coupe longitudinale de la cathédrale Page 15
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Le bâtiment est construit sur un terre-plein compacté reposant sur des pieux
Terre-plein
Pieux
Cryptes Page 16
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Terre-plein
Vue en plan Page 17
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Cathédrale Murs de maçonnerie
Terre-plein de la cathédrale
Église du Sacré Cœur
Terre-plein du Sacré Cœur Pieux de bois
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Avant
Deux fondations de colonnes de la cathédrale de Strasbourg Page 19
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Conclusion
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Babylone, porte d’Ishtar
Dans l’antiquité aussi on savait trouver des solutions aux problèmes les plus complexes
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Les charges transmises au sol diffèrent selon la conception de l’édifice.
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Cathédrale d’Avignon GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES
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(murs porteurs)
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Cathédrale de Chartres LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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ET CATHÉDRALES GÉOTECHNIQUE (voûtes sur croisées d’ogives GÉOTECHNIQUE et piliers ; contreforts) JOURNÉES
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Notre-Dame de Paris LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
JOURNÉES ET CATHÉDRALES (voûtes sur croisées d’ogives GÉOTECHNIQUE et GÉOTECHNIQUE piliers ; contreforts) Sciences et techniques du Génie Civil
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Cathédrale Saint-Apollinaire GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES de Valence LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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Cathédrale Saint-Front de GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES Périgueux LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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(église à coupoles)
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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
(D'après le dessin de Yves Boiret)
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38 m
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Beauvais, Saint-Etienne – Partie romane
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Beauvais, Saint-Etienne – Partie gothique Page 31
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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.
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Pathologie des arcs
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1. Écartement ou tassement différentiel des appuis (Église de Vétheuil)
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Pathologie des piliers GÉOTECHNIQUE ET CATHÉDRALES et murs LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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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.
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Pathologie des piliers et murs LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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2. La poussée des arcs repousse les piliers de la nef (Église de Vétheuil) Les piliers sont courbés et certains se désagrégent.
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Pathologie des piliers et murs : flexion, fissuration LES PLÉNIÈRES 2012 de l’Ifsttar
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Église des Andelys
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Inclinaison des piliers (fondations sur sols déformables et poussée des voûtes)
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Église de Civray Sciences et techniques du Génie Civil
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Contrefort déversé sous la poussée des voûtes intérieures. L’église est fondée sur pilotis dans un ancien marécage.
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Pathologie : église de La Souterraine
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Fissuration des murs extérieurs
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Fissuration visible à l’intérieur
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Fissuration des contreforts (formation d’arcs)
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Reprise en sous-œuvre d’une église ancienne
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Pathologie et réparations de la cathédrale de Mexico
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Plan de la cathédrale Page 44
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Le lac de Mexico à l’arrivée de Cortès Page 45
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Sierra Nevada
Lac
TLATELOLCO PANORAMA DU BASSIN DE MEXICO A L’ÉPOQUE AZTÈQUE (Ouest Est)
TENOCHTITLAN Templo Mayor = 40m hors sol 7 constructions successives entre 1325 et 1514 Enfoncement = 12m
(Panorama d’après Covarrubias, 16ème siècle)
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Tassement différentiel en 1991 (en mètres)
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Renforcement de la structure
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Extraction du sol sous les zones ayant peu tassé
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La tour de Pise, partiellement redressée en 2001
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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 m3) 5. Démontage du dispositif après de redressement de 48cm (sur 4,47m) Jean-Pierre MAGNAN - IFSTTAR
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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
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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.
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