Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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Chapitre 3

Généralités sur les Maçonneries

II.1.INTRODUCTION

On appelle maçonnerie un ouvrage composé de matériaux (blocs béton, briques, pierres, etc.)

unis par un liant (mortier, ciment, plâtre, etc.), le plus souvent dans le but de construire un

mur.

La maçonnerie est considérée comme la technique de construction la plus ancienne et la plus

répandue. En effet, comme elle n'utilise pour l'essentiel que des petits éléments, elle ne

nécessite pas de moyen de manutention important sur le chantier. Elle est donc applicable par

toutes les entreprises, et en particulier par l'artisan maçon qui réalise d'ailleurs la plupart des

constructions pavillonnaires.

On distingue deux types de maçonneries :

Maçonnerie porteuse

Ils se composent de murs intérieurs, qui représentent les cloisons, et de murs extérieurs qui

sont des murs de remplissage dont les fonctions sont l’isolation et l’étanchéité. Ils ne sont pas

acteurs de la stabilité de l’ouvrage. Un exemple type d’un mur non porteur est la cloison.

Seule la fonction séparative est recherchée, il n’y a pas de charges autres que sa charge propre

qui sont reprises.

Maçonnerie non porteuse

Ces élévations à la différence des murs non porteurs sont de plus grande envergure, leur

charge propre n’est plus négligeable. Elles sont généralement utilisées dans les parois

doubles, elles assurent notamment l’homogénéité architecturale des façades. Par leurs

envergures, elles sont fixées en plusieurs points à la structure porteuse stable, afin d’éviter que

corrélation de leur hauteur avec la faible épaisseur de leur base ne les rendent instables.

On note donc l’existence de murs constitués de plusieurs parois parallèles. Ces dispositions

sont principalement prises pour répondre à des normes d’isolation thermiques, acoustiques…

tous les matériaux, ayant des propriétés différentes, ne sont donc pas concernés par cette mise

en œuvre particulière.

II.2. Domaine d'application

Comme tout élément de construction, la maçonnerie doit répondre à certaines exigences

liées soit à la fonction statique de la construction, soit à la fonction d'enveloppe.

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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Fonction statique : capacité de l'élément de reprendre les charges (actions directes) et

de résister aux déformations imposées (actions indirectes) afin d'assurer la sécurité structurale

et l'aptitude au service (limitations des fissures, durabilité, etc.). Dans la maçonnerie, les

efforts sont essentiellement verticaux bien que des efforts horizontaux (vent, séisme) ou

transversaux existent.

Fonction d'enveloppe : capacité d'un élément de protéger les utilisateurs contre des

agressions ou nuisances externes telles que :

- les intempéries et le vent,

- le bruit (isolation acoustique),

- les variations de température externe (isolation thermique),

- le feu,

II.3. Systèmes constructifs

Les systèmes constructifs sont :

- les maçonneries chaînées ;

- les maçonneries armées ;

- les ossatures en béton armé ou précontraint avec remplissage en maçonnerie.

Figure II.1 maçonnerie armée [3] Figure II.2 maçonneries chaînée [3]

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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II.4. Éléments structuraux

II.4.1 Matériaux utilisés en maçonnerie

La maçonnerie utilisée pour la réalisation des structures des bâtiments et ouvrages

représentent un ensemble de pierres artificielles ou naturelles réunies par mortier au fur et à

mesure de leur juxtaposition .En fonction de la nature du liant ; on distingue les mortiers de

ciment les mortiers de chaux et les mortiers composés (ciment-chaux et argile-ciment).La

chaux et l’argile ont la propriété d’augmenter la plasticité et le pouvoir de rétention d’eau et

du mortier ; qualités fort utiles pour la bonne tenue de la maçonnerie. Les mortiers dont la

masse volumique à sec est supérieure ou égale à 1500 kg/m3 sont dits lourds ; si < 1500

kg/m3, on dit que le mortier est léger.

Il existe des relations empiriques qui permettent de préciser la valeur moyenne (espérée) de

la charger de rupture R des différents types de maçonneries, exprimée en kg/cm2

(MPa)

La résistance de calcul est :

kRR / (II-1)

Où

k : est un coefficient de sécurité dépendant du matériau. On prend k =2 en

compression et k =2,25 en traction.

: est la valeur moyenne de charge de rupture.

II.4.2. Spécifications concernant les matériaux

II.4.2.1. Pierre

La pierre de construction est répartie en catégories selon sa provenance et son coefficient

de dureté. On en cite : la pierre calcaire, roche ou pierre marbrière, granit, grès.

La résistance à la rupture en compression. A défaut de détermination expérimentale, la

résistance caractéristique est prise égale à la valeur minimale, pour le calcul sous action

sismique.

II.4.2.2. La pierre de taille

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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Le terme pierre de taille désigne les blocs de pierre dont toutes les faces sont dressées,

c'est-à dire taillées pour obtenir des plans plus ou moins parfaits. Les joints du parement (face

visible du bloc) sont alors rectilignes, l'appareil (arrangement de la maçonnerie) est polygonal.

La hauteur de l'assise (rang de pierres de même hauteur) va distinguer :

Le « grand appareil » (plus de 35 cm de haut)

Le « moyen appareil » (entre 35 et 20 cm)

Le « petit appareil » (moins de 20 cm)

II.4.2.3. blocs creux

Pour les éléments structuraux principaux, les briques ou blocs creux doivent comporter au

moins une paroi intermédiaire orientée parallèlement au plan de l’élément.

II.4.2.4. briques, blocs de terre cuite et de béton

Briques et blocs de terre cuite ;

Blocs de béton ;

Blocs de béton cellulaire.

Les valeurs des résistances caractéristiques à prendre en compte dans les calculs sont les

valeurs minimales de chaque catégorie, garanties soit par une marque de conformité à la

norme, soit par des essais systématiques de réception.

II.4.3. Caractéristiques principales des blocs

blocs de en béton

Dimensions de coordination

Les dimensions d'appellation d'un bloc destiné à être enduit comprennent :

La hauteur, longueur, largeur du bloc après fabrication.

La hauteur et la longueur en dimensions de coordination modulaire.

Ces dimensions de coordination modulaire sont exprimées en centimètre, différente des

dimensions de fabrication du bloc car elles tiennent compte de l'épaisseur moyenne des joints

horizontaux (1cm) et de l'épaisseur apparente des joints verticaux (6 mm).

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Figure II.3 Les dimensions d'appellation d'un bloc en béton [4]

Classe de résistance

Les blocs, qui par définition servent à construire des murs, doivent assurer une fonction de

portance. Il en résulte que l'une de leurs propriétés essentielles est la résistance à l'écrasement.

Les maçonneries d'un même type se distinguent par leur classe de résistance. Celle-ci est

déterminée par la valeur garantie de leur résistance à l'écrasement. Cette classification est

basée sur la résistance caractéristique R, exprimée en MPa, rapportée à la section nette de

l’élément.

Figure II.4 Section brute et nette d'un bloc en béton [4]

Les classes de résistance nominale des blocs destinés à être enduits et de ceux destinés à rester

apparents sont indiquées dans le tableau ci-dessous :

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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TABLEAU II.1 Les classes de résistance nominale des blocs [4]

La classe représente la contrainte de rupture exprimée en bars (B40 = 40 bars = 4 MPa).

Les lettres B, L, P, LP signifient :

B : blocs en béton de granulats courants ;

L : blocs en béton de granulats légers ;

P : blocs apparents en béton de granulats courants ;

LP : blocs apparents en béton de granulats légers.

Briques creuses

Elle est utilisée pour la réalisation de murs plus résistants, plus isolants, moins sensibles à

l’humidité. Les alvéoles, contenant de l’air procurent une isolation thermique supérieure à

celle des briques pleines.

Les briques creuses, beaucoup plus légères, et de plus grandes dimensions, permettent la

réalisation de murs spécialement isolants. Ces produits ouverts aux deux extrémités,

comportent des cloisonnements intérieurs longitudinaux continus sur toute la longueur. En

revanche, leur résistance à la compression est très faible. Cette maçonnerie reçoit

généralement un enduit ou crépissage et trouve son utilisation principalement dans les

maisons individuelles ou en remplissage pour les séparations intérieures de bâtiments. On

distingue deux désignations de brique creuse.

C : briques à faces de pose continues, montrées a joints de mortier horizontaux continus.

R J : brique a rupture de joint, an d'améliorer le comportement thermique du mur.

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R J : brique a rupture de joint, an d'améliorer le comportement thermique du mur.

TABLEAU II.2 Résistance à l’écrasement des briques creuses [4]

Blocs de béton cellulaire

Aussi appelé thermopierre pour ses caractéristiques d’isolation acoustique. La thermopierre

est donc une combinaison d'eau, de sable, de chaux et d'air, ce qui lui confère les

caractéristiques d'une pierre (solide, dur, indéformable, imputrescible et ininflammable) et les

caractéristiques d'un isolant (l'air emprisonné dans les alvéoles est le meilleur des isolants). Sa

composition en fait un matériau très simple à travailler, sa pose ne nécessite du mortier –colle,

l’épaisseur des liants est donc très faible. Ce matériau est poreux, il convient donc de le

protéger des milieux humides ; il est aussi friable, il faut donc le manier avec précaution

cependant les coupes à la scie égoïne.

II.5. Caractéristiques des mortiers

Maniabilité,

Adhérence aux blocs,

Résistance équivalente à celle du bloc,

Résistance aux conditions climatiques

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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Figure II.5 La composition du mortier [5]

Le tableau précédent informe aussi sur la composition des enduits. Les murs de

maçonnerie ne sont pas laissés à l’état brut. Hormis les éléments pierreux pleins (briques

pleines, pierre de taille…), les autres blocs manufacturés tels les parpaings, les briques

creuses, les blocs de béton cellulaire nécessite un enduit. Ce dernier consiste à étaler une

couche protectrice, sur leurs faces apparentes, de matière sur ces matériaux afin de rendre le

mur étanche et de le recouvrir les imperfections pour par la suite pouvoir effectuer un

ravalement. Ils sont à base de mortier, suivant la nature des matériaux on privilégiera des

mortiers bâtards à d’autres.

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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II.6. maçonneries de remplissage dans des ossatures en béton armé ou précontraint

II.6.1. Principe

Sont considérés comme remplissages les panneaux de maçonnerie sans fonction porteuse

caractérisée vis-à-vis de la charge verticale. Ces panneaux peuvent être " complets ", c'est-à-

dire remplir complètement l'espace délimité par deux poteaux et deux poutres, ou être "

partiels ".

Pour la vérification sous action sismique, les panneaux pris en compte dans la modélisation

constituent des éléments structuraux principaux, il s'agit en général de panneaux complets

sans ouverture.

Le comportement des constructions concernées apparaît comme assez aléatoire. On ne

dispose pas à l'heure actuelle d'éléments expérimentaux suffisamment complets pour

permettre l'étude rationnelle de ces bâtiments.

Les panneaux partiels sont par exemple ceux comportant une imposte en partie haute ou

une fenêtre le long d'un poteau.

II.6.2. éléments structuraux principaux

Des éléments structuraux principaux doivent être prévus dans deux directions

perpendiculaires et dimensionnés, Ces éléments doivent être constitués de trumeaux bordés de

chaînages verticaux et ne doivent comporter aucune ouverture. Il est toutefois toléré dans un

panneau des percements de diamètre inférieur ou égal à 20 cm en dehors de l'emprise des

diagonales.

Les caractéristiques géométriques de ces trumeaux doivent satisfaire aux conditions

suivantes :

Épaisseur brute minimale :

15 cm pour les murs en éléments pleins ;

25 cm ou 30 cm pour les murs en éléments creux ;

Le principe de calcul de résistance consiste à assimiler les panneaux de maçonnerie à un

système triangulé dont les éléments diagonaux sont constitués par les bielles actives

susceptibles de se former dans la maçonnerie.

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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La largeur w de ces bielles est prise, dans les calculs, égale à la plus petite des deux valeurs

d/6 et 4e, soit :

e

dw 4;

6min (II-2)

Où :

d : est la longueur de la bielle (diagonale du panneau) ;

e : est l'épaisseur brute de la maçonnerie;

Commentaire :

Lorsqu’un mur de maçonnerie est soumis aux poussées horizontales violentes d’un séisme,

les lits de mortier n’arrivent pas à assurer une cohésion satisfaisante entre les blocs à

maçonner qui se disloquent, même pour des déformations modérées du mur. Le mortier est

ainsi le lieu de ruptures « fragiles ». Par ailleurs, les blocs eux-mêmes n’acceptent

pratiquement pas de déformation sans rupture (ce qui n’est pas le cas du béton armé, grâce à

ses armatures).

Figure II.6 Cisaillement induit par les remplissages [6]

Ainsi la dislocation partielle ou totale de la construction peut survenir pour des intensités

locales du séisme assez faibles si on ne prend pas la précaution de confiner (encadrer) par des

chaînages appropriés chacun des panneaux de maçonnerie et chacune des ouvertures pour

limiter les déformations.

Le système de chaînage limite les déformations des panneaux et empêche la maçonnerie de

se disloquer, même si elle commence à fissurer, en la « confinant ». Les armatures des

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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chaînages doivent constituer un réseau continu et résistant depuis les fondations jusqu’à la

toiture.

Figure II.7 Mode de rupture de panneaux de maçonnerie chaînée [7]

Commentaire

Pour limiter les déformations et empêcher la dislocation de la maçonnerie, chaque panneau,

chaque ouverture, doivent être « confinés » par un « cadre » de béton armé résistant : des

chaînages pour les panneaux et des encadrements pour les ouvertures.

Les dimensions des panneaux et ceux des ouvertures doivent être modérés pour que la

résistance soit effective.

II.7. Sollicitations résistantes

II.7.1. Actions parallèles au plan moyen des éléments structuraux

Les sollicitations résistantes sont calculées compte tenu de l'application aux résistances

caractéristiques des matériaux, ou-considérées comme telles, des coefficients de sécurité

partiels suivants :

Béton de granulats courants : ᵞm= 1,5

Pierres

Briques et blocs de terre cuite : ᵞm= 0,5 N

Blocs de béton : ᵞm= 0,5 N

Blocs de béton cellulaire : ᵞm= 0,5 N

Acier : ᵞm= 1,0

Le coefficient N est précisé pour chaque matériau dans le DTU 20.1 (NF P 10-202).

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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II.8. Principes de calcul

II.8.1. Actions parallèles au plan moyen

Les éléments verticaux de mur (éléments structuraux principaux) sont considérés comme des

consoles encastrées à leur base.

II.8.2. Actions perpendiculaires au plan moyen

On considère que les panneaux de maçonnerie fonctionnent en plaques non encastrées sur

les appuis. Les appuis sont constitués par les chaînages horizontaux et verticaux.

Pour les panneaux non armés, entre chaînages, la contrainte de traction doit être inférieure

ou égale à 0,3 MPa.

Dans le cas de la maçonnerie armée, les panneaux sont justifiés par un calcul type " béton

armé " ; le cas échéant, les panneaux peuvent être considérés comme continus sur certains de

leurs appuis.

II.9. Déformations horizontales

Il peut être admis en outre que les déformations horizontales du système, et par voie de

conséquence les moments de flexion dans l'ossature, sont entièrement conditionnées par le

raccourcissement des bielles, la rigidité propre de l'ossature étant négligée devant celle des

panneaux.

Cette simplification est en apparence en faveur de la sécurité. Toutefois, cet avantage est

plus apparent que réel car il est compensé par le fait que l'intégrité des panneaux de

maçonnerie, soumis à la fois à une compression diagonale et aux flexions résultant de l'action

de la composante de l'action sismique perpendiculaire à son plan et très sensibles aux

imperfections d'exécution, n'est pas entièrement fiable.

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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II.10. Poussée des bielles

La résistance de tous les éléments actifs retenus dans le modèle doit être justifiée. Il doit

être vérifié en particulier que les poteaux sont aptes à résister au cisaillement et au moment de

flexion développés par les poussées des bielles, compte tenu des délestages opérés par la

composante verticale de ces dernières et de ceux consécutifs aux effets de la composante

verticale de l'action.

Figure II.8 Schéma de fonctionnement d'une ossature avec remplissage en maçonnerie [8]

II.11. Règles de calcul

II.11.1. Détermination des caractéristiques mécaniques des parois des maçonneries

II.11.1.1. Résistance moyenne de rupture à la compression

Pour la détermination de la résistance moyenne de rupture en compression R, deux

méthodes peuvent être utilisées :

1. Essais directs sur murets ou petits piliers effectués conformément aux modalités

« Essai des matériaux de maçonnerie : Compression sur murs »

Le but de l’essai est de déterminer la résistance à la compression d’un muret en faisant

varier les paramètres briques ou blocs et mortier de la façon suivante ;

Murets constitué de briques ou de blocs donnés assemblés à partir de différentes

compositions de mortier ;

Murets constitués d’un mortier donné de différents types de briques ou blocs.

L’essai sera exécuté conformément à la norme citée en référence.

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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La résistance à la compression du muret sera donnée par :

S

PRC

(II-3)

P : charge de rupture en MN

S:section effective moyenne du muret en m2

Rc : résistance à la compression du muret en MPa

2. Application de la formule (II-4) connaissant les résistances des matériaux (blocs,

mortier) de la maçonnerie :

2

3*55,0 bmR (II-4)

Où :

R : résistance moyenne de rupture en compression exprimée en « MPA »

Ϭm : résistance à la compression du mortier exprimée en « MPA »

Ϭb : résistance à la compression du bloc ou de la brique exprimée en « MPA »

Commentaire :

Des essais sur murs ou colonnes à échelle réelle, d’éléments de structure (hauteur d’étage)

peuvent également être réalisés mais de tels essais sont très couteux et il est difficile de les

interpréter sur un nombre limité de maquettes.

L’application de la formule (II-4) est plus pratique. Les valeurs de δm, δb normalisées

facilitent son application.

Les résistances moyennes de rupture (en compression, flexion, cisaillement) permettent de

déterminer les valeurs des résistances admissibles de calcul ainsi que le module de

déformation longitudinale E.

II.11.1.2. Module de déformation longitudinale

Le module de déformation initiale E0 est pris dans les calculs courants égale à :

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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RE *0 (II-5)

E0 : exprimé en « MPA »

R : valeur moyenne de la résistance de rupture exprimée en « MPA »

α : constante élastique de la maçonnerie définie dans le tableau ci-dessous en fonction du

type de la maçonnerie et de la classe du mortier.

Tableau II.3Valeur du Coefficient α [9]

Dans notre étude, l’évolution du module de déformation longitudinale est effectué par :

Caractéristiques des matériaux

Mortier бm=10 MPa (valeur supposée).

Bloc de brique бb= 5 MPa (valeur supposée).

Caractéristiques du mur en maçonnerie

Résistance moyenne de rupture

2

3*55,0 bmR

Avec :

бm =10 MPa

бb = 5 MPa

classe du

mortier(MPa) Résistance nulle du mortier (mortier

fraichement posé)

Type de maçonnerie > 25 10 4

Brique pleine

de terre cuite

Brique

Silico-

calcaire 1000 750

200

Brique de béton

léger ou cellulaire

Béton de terre

stabilisée plâtre

750 500

200

Brique pleine de terre

cuite creuse

750

200

Chapitre 2 : Généralités sur les maçonneries

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D’ou R=3,46 MPa

Module de déformation longitudinale

RE *0

α =750

E0= 2598,587 MPa

Conclusion

Les maçonneries sans dispositions constructives particulières ont une faible résistance à

l'effort tranchant, notamment parce que les panneaux sont longs par rapport à leur hauteur, ce

qui est défavorable à la formation de bielles dans les panneaux. Pour améliorer la résistance

aux séismes, des dispositions constructives peuvent augmenter la ductilité dans une certaine

mesure ; mais il est plus efficace d'augmenter la résistance à l'effort tranchant, en agissant sur

la qualité et la quantité de la maçonnerie.