Pourquoi ce sujet ? Inspiré de mon cours « Pathologie des structures »

2. Pourquoi ce sujet ? Inspiré de mon cours « Pathologie des structures » Maîtrise Complémentaire en Restauration Conservation du Patrimoine Culturel Immobilier. Il est plus « dynamique » de remonter des pathologies aux causes que d’étudier les causes de pathologies possibles. Entrons ensemble, par quelques fissures, dans le monde des structures. Cela nous permettra de mettre en évidence quelques points importants. Comme nous le verrons, comprendre les fissures c’est comprendre les structures

3. Quelques considérations relatives aux fissures • Le côté psy • La fissure est perçue très différemment en fonction de la relation à l’ouvrage : • c’est différent si on est propriétaire, gestionnaire, concepteur,... • Est-ce que c’est grave docteur ? • Cela fait « désordre » ! • Le côté objectif • La fissure est un symptôme, une manifestation visible du fonctionnement interne • Elle peut être le signe avant coureur de désordres plus graves • Il faut comprendre l’origine des fissures pour : • Écarter le risque éventuel ou simplement se rassurer • Orienter la réparation éventuelle • Résoudre un litige • Faut-il toujours réparer les fissures ? • Une fissure est généralement une « libération ». • Les fissures sont « vivantes », les réparer c’est prendre le risque qu’elles réapparaissent au même endroit ou ailleurs • Attention aux effets secondaires : étanchéité, dégradation progressive,.. • En conclusion • Très souvent il faut se limiter à « les assainir » et à « les tenir à l’œil »

4. Encore un mot avant de démarrer On peut répartir les fissures en plusieurs catégories notamment en fonction de leur localisation et de leur origine. 1. Dans les parachèvements dues aux parachèvements Variations dimensionnelles d’origine thermique et/ou hygrométrique 2. Dans les parachèvements dues à la structure Déformation élastique, déformation différée, retrait 3. Dans la structures liées à la structure Celles dont nous parlerons aujourd'hui sont de la troisième catégorie

5. Commençons par un petit dialogue imaginaire avec un étudiant de Maîtrise complémentaire .... • Pourquoi une structure se fissure et ne s’écroule pas ? • Parce qu’elle est hyperstatique • Gloups ! • Petit cours sur l’hyperstatique • Donc une poutre en pierre sur deux appuis, fissurée • cela n’existe pas tandis qu’une poutre en pierre • sur 3 appuis fissurée c’est possible ! • Exact !

6. Si l’étudiant est plutôt futé ! • Mais une poutre en béton armé isostatiquefissurée cela existe ! • Oui, mais elle est isostatique externe mais hyperstatique interne • Re-gloups ! • Je m’explique .... Hypostatique interne Hyperstatique interne Isostatique interne

7. Prenons une poutre en treillis hyperstatique interne avec des diagonales en verre et desdiagonales en câbleet mettons la en charge Il y a fissuration mais il n’y a pas ruine. Il y avait deux « chemins » possibles pour les efforts. L’un raide et l’autre souple. Le chemin le plus raide était le moins résistant

8. La situation : local de classe au rez de chaussée d’une nouvelle école Le problème: Les vitres des châssis en façades « explosent ». Exemple

9. Le châssis et le vitrage sont mis en charge par appui « parasite » de la poutre rive, d’où flambement et ruine ! Cause : raideur insuffisante des poutres de rive, déformation par fluage Remède : permettre le déplacement vertical de la poutre de rive sans contact avec le châssis. Attention aux déformation différées et aux modifications des cheminements des efforts qu’elles induisent

10. Un autre exemple simple .... Poutre isostatique 1 seul « chemin » possible Poutre hyperstatique avec appui central déformable 2 « chemins » possibles La répartition entre les « chemins » se fait en fonction de leurs raideurs Appui central « infiniment » raide Appui central « infiniment mou » Si le « chemin » le plus raide n’est pas suffisamment résistant, il va se fissurer (s’assouplir) pour pouvoir suivre la déformation imposée par le « chemin » utilisé. Ce chemin est plus résistant mais plus déformable.

11. En conclusion La fissuration est liée à un changement de « cheminement » des efforts avec des incompatibilités de déformations entre les différents « chemins » Elle apparaît quand les « chemins » les plus raides sont les moins résistants Un fonctionnement hyperstatique ne conduit pas nécessairement à fissuration. Dans ce cas les différents « chemins » ont une résistance suffisante pour reprendre les efforts qui les sollicitent, ces efforts étant répartis en fonction des raideurs des « chemins ».

12. Exemple : Portique en matériaux ne résistant pas à la traction : maçonnerie, béton non armé, verre,... 1 1. Si contrainte de rupture pas dépassée, « fonctionnement » en poutre bi encastrée sans fissuration 3 Mais si blocage insuffisant, on ira vers un mécanisme .. 2 2. Si contrainte de rupture dépassée, « fonctionnement » en arc : blocage indispensable Il y a eu passage du « chemin poutre » au « chemin arc »

13. L’exemple des « arcs de décharge » 2 « chemins » l’arc et le linteau

14. Sans arc de décharge – linteau souple Formation d’un arc de décharge qui se déformera beaucoup (compression pas perpendiculaire au joints) Réponse 1 : Linteau très raide, pas économique Réponse 2 : Arc de décharge = arc raide Faible déformation de l’arc Faible charge sur le linteau

15. Les appuis Voile (mur) en maçonnerie Appui hyperstatique interne Plusieurs « chemins » possibles Il est possible de percer une baie Colonne Appui isostatique interne

16. Mais en cas de démolition de l’allège .... ? Diffusion des contraintes dans le voile après percement de la baie Augmentation de la charge au sol ... ... tassement ... et ... Attention aux démolitions apparemment anodines qui pourraient perturber les équilibres internes

17. Le béton armé : un exemple type d’hyperstaticité interne Cette poutre en BA est fissurée, est-ce grave docteur ? La reprise de l’effort tranchant • Stade 1: béton non fissuré • Stade 2 : • Stade 3: Accroissement de la déformation Une poutre en BA normalement fissurée est un treillis dans lequel les barres tirées sont les armatures et les barres comprimées les bielles de béton. On a le choix du treillis, il est lié au positionnement des armatures. Plus le treillis est proche du fonctionnement élastique plus la fissuration sera réduite.

18. Parking sociologie

19. C’est la méthode des bielles. Elle permet de comprendre le cheminement des efforts et de positionner les armatures dans les cas complexes Mais elle permet aussi de comprendre ce qu’on fait dans des cas courants .......

20. Exemple - Escalier à paillasse « plissée » Fibre inférieure tendue Il est indispensable de connaître le cheminement des efforts. Il faut les surveiller tout le temps ! On ne peut les perdre de vue que lorsqu’ils sont arrivés à destination, aux fondations.

21. Angles de portique : même problème - même solution

22. La méthode des bielles dans les ouvrages en maçonnerie poutre Fissures mur porteur Ces fissures sont-elles dangereuses ? La méthode des bielles permet d’évaluer la capacité résiduelle d’une structure en maçonnerie.

23. Une autre utilisation de la méthode des bielles Passerelle au bureau Greisch

25. À ELU le tablier seul À ELU et ELS le tablier + les plaques de verre du garde corps Développement de bielles dans les plaques de verre Renforcement passif Analogie avec la poutre sous-tendue La mise en sous-tension soulage la poutre, compense le poids propre. Élément actif

26. Un autre exemple Le signal d’Hensie Sculpteur Moeschal Le problème : fissuration des voiles verticaux, alors qu’ils sont en compression ??? Je voudrais un indice ....

27. Retrouvons notre étudiant ... Les éléments géométriques et les charges étant connues, pouvez-vous déterminer l’effort dans l’étançon ? Oui ! Les caractéristiques géométriques, des matériaux et des charges étant connus, est-il possible de déterminer l’effort dans l’étançons central ? C’est hyperstatique, je maîtrise mais ... ça sent le piège ! Quels éléments complémentaires vous faudrait-il ? Vous devez connaître l’histoire !

28. L’histoire de la mise en charge .... une histoire une autre histoire

29. Influence du mode de construction, du phasage Remède : armatures Le problème est au niveau de la durabilité pas de la stabilité

30. Exemple : les parois moulées des tunnels du métro bruxellois

31. 1 2 1 2 Pour déterminer les efforts au sein d’une structure,..... ...... il faut en connaître l’histoire Sinon on risque de gaspiller, ......

32. La situation : immeuble à appartements bien conçu réalisé il a y environ 15 ans Situation projetée à l’époque La dalle est suffisamment raide, épaisseur 25 cm, pour ne pas perturber la cloison Exemple

33. Modification souhaitée par l’acquéreur du rez lors de la construction Situation réalisée : on ajoute une cloison au rez

34. 15 ans après la construction de l’immeuble, on démoli la cloison du rez après s’être assurée qu’elle l’était pas portante Problème : Fissures significatives entre cloisons et plafond de l’appartement à l’étage Quel est l’origine du problème et la cause du litige?

35. Causes : 1. Il est probable que la cloison inférieure a été réalisée avant la cloison supérieure, dans ce cas elle a servi d’appui et empêché la déformation élastique de la dalle sous le poids de cette cloison. Donc flèche élastique en cas de démolition de la cloison inférieure 2. Le fluage de la dalle en béton conduit à son appui progressif sur la cloison « non portante » La démolition de la cloison inférieure à supprimer cet appui. Cette cloison n’était pas porteuse mais néanmoins chargée ...... Ces fissures vont évoluer dans le temps, fluage sous la nouvelle charge. Ne pas réparer trop vite. Éviter l’effet « cacher donc rapidement cette fissure que je ne saurais voir ! » • Remèdes: • Il aurait fallu laisser un joint au niveau supérieur de la cloison du rez • Ne pas s’en faire et réparer en ayant un peu attendu ...

36. Attaquons du plus costaud ! Église Notre-Dame du Sablon - XVème siècle Eglise du Sablon 1891 (IRPA) Eglise du Sablon 2004

37. On constate principalement deux types de désordres Triforium Arc double Arcs-boutants - Sablon 2004 Nef centrale - Sablon

38. Désordres au triforium Constat : « torsion » du triforium Cause possible : écartement des pieds de l’arc

39. Fissuration du triforium Approche par calcul Élément de validation : effort dans les tirants Modèle élastique non fissurant – sol rigide Effort dans le tirant : 7,42T << 14T(réalité)

40. Modèle avec sections réduites dans les zones de traction (fissuration) Sol rigide

41. Modèle coupe transversale – arc seul (rotule, rouleau)=fissuration maximale Effort dans le tirant : 11,1T

42. Sables bruxelliens

43. Sables bruxelliens

44. Donc ... L’effort dans le tirant est dû à : - poussée d’arc - basculement du bas-côté nord On croyais avoir tout compris mais en cours chantier .... Barre métallique, corrosion, gonflement, déplacement, fissures • Conclusion : • le calcul est un chose mais n’oublions pas • le sol • la réalité technologique Attention les mouvements ne sont peut-être pas totalement terminés. Réparation « libre »

45. Désordres à l’arc double et au mur du fond du triforium Y a-t-il un risque de ruine ? Que s’est-il passé ? Simulation MOSART

46. Deux « chemins »: • L’arc • La poutre en treillis formée par le triforium EGLISE DU SABLON BRUXELLES

47. Analyse de la répartition des charges entre « poutre triforium » et arc Soutien provisoire de la clé de l’arc pendant le démontage du triforium Constat : la quasi-totalité des charges passe par l’arc. Si cela n’avait pas été le cas, comment s’assurer de sa stabilité sous la charge totale?

48. Le retour de la méthode des bielles ! A A • Conclusion : • Ne pas prendre de risques inutiles • Plutôt prendre les moyens et le temps de comprendre Cause: déplacement enA

49. Église à Vertrijk Ce plan contient déjà un indice ....

50. Fissuration en façade latérale