Projet de fin d'études

Paul Lebel

Description

Niveau: Supérieures

• mémoire

Spécialité génie Civil Projet de fin d'études ETUDE PATHOLOGIQUE ET ANALYSE STRUCTURELLE DE LA CATHEDRALE DE PARME Paul Lebel Elève ingénieur de 5ème année Juin 2006

• interprétation du comportement de la structure


• bâtiment


• mecanismes de ruptures


• methode proposee pour les interventions de consolidation des edifices en maçonnerie en zone sismique


• poussées transversales des voûtes de la nef centrale


• classement des mécanismes


• stabilité de la cathédrale


• édifice historique

Sujets

• Mémoire
• Université de Parme
• Bâtiment

Informations

• Publié par: profil-fouv-2012
• Publié le: 01 juin 2006
• Nombre de lectures: 69
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

           

   

  Spécialité génie Civil  

Projet de fin d’études                 ETUDE PATHOLOGIQUE ET ANALYSE STRUCTURELLE DE LA CATHEDRALE DE PARME  

    Paul Lebel Elève ingénieur de 5 ème année         Juin 2006

REMERCIEMENTS   Je souhaite remercier tous ceux qui m’ont aidé tout au long de cette fabuleuse expérience à Parme.   Tout d’abord, rien n’aurait été possible sans la confiance et l’accueil du professeur Carlo Blasi, dès les premiers contacts depuis Strasbourg. Il m’a permis entre autres d’ouvrir mon champ de connaissances et ma culture, notamment architecturale.   Je tiens à remercier également l’ingénieur Eva Coisson, particulièrement dévouée, pour l’aide précieuse qu’elle m’a apportée dans mon travail au quotidien.   Merci aussi aux étudiants en architecture avec qui j’ai travaillé, Giambattista, Martina et Sara, pour tous les bons moments passes en leur compagnie. Je leur dois mon intégration à Parme.  

 

 

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  INTRODUCTION ............................................................................................................................................................ 3   CHAPITRE 1 .................................................................................................................................................................... 5   REVISION CRITIQUE HISTORIQUE DE LA CATHEDRALE DE PARME......................................................... 5   1.1 S UR L ’ ORIGINE DE LA CONSTRUCTION ...................................................................................................................... 5   1.2 U NE NOUVELLE HYPOTHESE SUR LES FORMES A L ’ ORIGINE DE LA COUVERTURE DE LA NEF CENTRALE .................... 9   1.3 L PROBLEME DE LA POUSSEE DES VOUTESE : CONTREFORTS ET CHAPELLES LATERALES ......................................... 15   1.4 L ES INTERVENTIONS AU XVI EME SIECLE  19.... ..............................................     ................................................................ 1.5 R ESTAURATIONS RECENTES .................................................................................................................................... 20   CHAPITRE 2 .................................................................................................................................................................. 22   PATHOLOGIES PRINCIPALES DE LA NEF ........................................................................................................... 22   2.1 L ES FISSURES ET DEFORMATIONS ACTUELLES ET LES MECANISMES DE RUPTURE .................................................... 22   2.1.1 Le détachement de la façade .......................................................................................................................... 22   2.1.2 La flexion de la façade dans son plan ............................................................................................................ 24   2.1.3 Les poussées transversales des voûtes de la nef centrale............................................................................... 25   2.1.4 Les tassements différentiels des piliers........................................................................................................... 27   2.2 M ECANISMES DE RUPTURES .................................................................................................................................... 30   2.2.1 Identification et classement des mécanismes ................................................................................................. 30   2.2.2 Synthèse des mécanismes de rupture intervenant sur la nef centrale de la Cathédrale de Parme................. 32   CHAPITRE 3 .................................................................................................................................................................. 34   ETUDES STATIQUES ET DYNAMIQUES DES VOÛTES DE LA NEF CENTRALE......................................... 34   3.1 C OMPORTEMENT STATIQUE DES VOUTES ................................................................................................................ 34   3.1.1 Introduction et Méthodes de calcul ................................................................................................................ 34   3.1.2 Estimations des poussées des arcs. Comparaison et critique des différentes méthodes................................. 39   3.1.3 Interprétation du comportement de la structure............................................................................................. 57   3.2 M ETHODES DE CALCUL DYNAMIQUE ...................................................................................................................... 59   3.2.1 Méthode POR ................................................................................................................................................. 59   3.2.2 Méthode des forces statiques équivalentes..................................................................................................... 59   3.3 M ETHODE PROPOSEE POUR LES INTERVENTIONS DE CONSOLIDATION DES EDIFICES EN MAÇONNERIE EN ZONE SISMIQUE ...................................................................................................................................................................... 63   CONCLUSION ............................................................................................................................................................... 65   BIBLIOGRAPHIE ......................................................................................................................................................... 67   ANNEXES ....................................................................................................................................................................... 68    

 

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INTRODUCTION   Les 900 ans d’Histoire de la cathédrale de Parme sont marqués par plusieurs séismes ayant fragilisé ce monument. Le mémoire effectué s’intègre dans une étude réalisée au sein de l’université de Parme, dont le but est d’évaluer la stabilité de la cathédrale. L’analyse est limitée à la nef centrale, qui est un des éléments des plus critiques de la structure, mais qui représente seulement une partie de l’analyse globale à effectuer sur tout le bâtiment.   L’étude d’un édifice historique, par la fusion qui s’instaure entre architecture, structure et histoire, nécessite impérativement une approche multidisciplinaire. Même si on veut approfondir un de ces aspects, les autres ne peuvent certainement pas être exclus.   En effet, l’état d’équilibre actuel de constructions anciennes est la conséquence d’événements ayant causé des désordres structurels qui ne doivent pas être ignorés. Tassements du sol, tremblements de terre, phénomènes cycliques, peuvent avoir modifié notablement la distribution des tensions internes du bâtiment, ainsi que des restaurations, ajouts ou démolitions intervenues dans le temps. Une analyse qui ne tient pas compte de ces facteurs risque certainement d’être erronée.   Dans un premier temps, le travail a porté sur l’étude historique du monument complétée de considérations structurelles.   Les résultats obtenus par cette étude permettent une nouvelle interprétation que l’on peut comparer aux études précédentes sur le même sujet, notamment l’histoire et les raisons des formes de la cathédrale, plus particulièrement celles de la nef centrale.   L’étude historique ne peut ignorer la logique du comportement structurel, sous peine de formuler une conclusion historiquement possible mais certainement inacceptable, de même, pour réaliser une analyse statique correcte et complète d’un édifice complexe, comme celui de la cathédrale de Parme, il convient d’accorder une importance fondamentale à l’étude historico architecturale de l’évolution de la structure dans le temps et de ses dommages. Elle permet d’identifier correctement la structure à l’aide de la connaissance de divers types de pathologies récurrentes, pour aboutir à la compréhension du fonctionnement statique de l’édifice qui doit précéder chaque calcul ou analyse.     Il s’en déduit que l’approche des monuments historiques ne peut être conventionnelle comme l’Analyse des Structures qui conçoit le bâtiment en prévoyant son comportement futur. Il paraît plus judicieux de choisir des méthodes empiriques et expérimentales qui se réfèrent aux mécanismes de dommages et de ruptures mis en évidence par l’histoire de l’édifice.   Dans un second temps, une analyse pathologique de la structure a permis d’identifier les principaux mécanismes de rupture et ainsi de comprendre le fonctionnement statique de l’édifice.   Par l’étude historique des monuments et la connaissance empirique des mécanismes de dommages à partir de l’observation des désordres, il devient possible de trouver un lien de continuité de toute l’histoire de la construction : la science et l’art d’édifier ont évolué par la connaissance accrue des expériences passées.   Dans un troisième temps l’objectif est d’expliquer les changements structurels et restaurations intervenus sur la structure. Il a été nécessaire de réaliser des études statiques et dynamiques afin de trouver des causes quantifiables créant les mécanismes de rupture actuels et passés, observés précédemment. Le calcul doit toujours être en accord avec les considérations des études historiques

 

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et pathologiques, basées sur la réalité. Dans cette optique, les modélisations numériques sont fondées sur des hypothèses concernant le comportement structurel du bâtiment ; elles sont ensuite vérifiées par une confrontation avec la réalité.   A partir des études statiques et dynamiques, on peut élaborer une proposition de consolidation des parties instables de la nef centrale.

 

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CHAPITRE 1 REVISION CRITIQUE HISTORIQUE DE LA CATHEDRALE DE PARME   N.B. : Les termes architecturaux employés sont expliqués dans le lexique présenté en annexe 1 page 67.   L’histoire des origines de la cathédrale de Parme n’est pas aujourd’hui complètement privée d’incertitudes, étant donné la pauvreté du fond documentaire, et l’interprétation des hypothèses dérivant de la seule considération stylistique. En faisant des considérations structurelles, on cherche à donner un cadre historique du monument en revoyant les événements passés ainsi que les documents les relatant.   La liste des considérations ci-dessous n’est pas exhaustive. Le but est de sélectionner les éléments essentiels pour comprendre la structure de la cathédrale dans son ensemble, mais aussi en particulier la nef qui est le sujet de l’étude.     1.1 Sur l’origine de la construction   Le premier édifice abritant le culte chrétien à Parme fut une basilique déjà existante au V ème  ou VI ème construite extra muros, la ville étant toujours comprise dans un carré formé par le campsiècle, romain d’origine.   L’unique preuve de cet édifice antérieur est apparue en 1955 : sous le parvis de la cathédrale actuelle, à 2 niveaux de profondeur se trouvaient 2 mosaïques, aujourd’hui déplacées sur le dallage de la crypte.  

    Figure 1.1: Les mosaïques retrouvées en 1955 sous le parvis de la cathédrale [1]         La plus ancienne preuve de l’existence d’une cathédrale remonte à l’année 830. Un autre document de 884 y mentionne “infra civitatem parmensem”, c’est-à-dire dans la cité (Figure 1.2). Elle se situait probablement intra muros suite à la migration des murs de la ville vers le nord due à l’occupation des Lombards. Cette seconde église, avant la vraie cathédrale était déjà dédiée à la Vierge Sainte Marie. Suite à plusieurs incendies, la cathédrale est complètement détruite en 1058. La structure devait être construite pour une bonne partie en bois, vue sa susceptibilité aux incendies et la rapidité de sa reconstruction après ceux-ci.  

 

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            Figure 1.2: L'extension du camp romain, la position de la basilique paléochrétienne (Indiquée par la lettre B) et celle de la cathédrale « infra civitatem » (lettre C) [2]

      A cette période, la ville était depuis 20 ans rangée du côté de l’Empereur dans son désaccord avec la Papauté et était farouchement hostile à la voisine et puissante seigneurie des Canossa.   En 1046 l’évêque de Parme Cadalo, personnage charismatique et ouvertement pour le schisme, arriva à se faire élire antipape avec le nom de Onorio II. Autour de 1055 Caldalo entrepris la construction du nouveau palais épiscopal sur le lieu de l’actuel. Il lui est attribué aussi la décision d’édifier des fondations une nouvelle cathédrale se substituant à celle détruite par le dernier incendie. En réalité il n’y a pas de certitudes sur la date du début des travaux.   En 1092 est citée pour la première fois une nouvelle cathédrale après l’incendie de 1058, cette fois hors des reMParts. Une première hypothèse est que les 2 églises ont été édifiées en réalité au même point, mais que les remparts ont subi un rétrécissement au XI ème  portant la place de la siècle, cathédrale à l’extérieur des murs alors qu’elle était avant à l’intérieur. Mais cette hypothèse est démentie par de nombreux documents, démontrant que les 2 édifices ont été effectivement reconstruits dans des lieux différents.   Il est donc raisonnable de porter la date du début de la construction autour de 1090.   En revanche, la date de la fin de la rébellion schismatique de Parme est connue avec précision, avec la consécration du pape Pascal II : le 31 octobre 1106. A cette date une bonne partie de l’église devait déjà être érigée, au moins dans la partie orientale, et la crypte pouvait suffire pour pratiquer le rite. En 1104, le chœur fut déjà utilisé pour une cérémonie publique. Selon le principe médiéval, le lieu où se tient l’office est construit en premier, la suite pouvant être réalisée “avec une certaine lenteur”.   L’année 1106 marque donc, pour Parme, le passage de l’influence impériale au contrôle papal. Il est probablement accompagné de changements structurels pour la cathédrale avec l’arrivée de formes différentes qui se retrouvent dans l’évolution de la cathédrale. Dans la partie orientale se ressent l’influence nord européenne vraisemblablement de Spire, tandis que le corps longitudinal fut réalisé selon des caractéristiques plus traditionnelles des basiliques.  

 

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