CONSTRUCTIONS DE MACONNERIE1. Problématique

2. Caractéristiques des blocs à maçonner

3. Observations post-sismiques

4. Notions générales

5. La maçonnerie chaînée

6. La maçonnerie armée

7. La maçonnerie de remplissage des ossatures

8. Dalles et diaphragmes

9. Coefficients de comportement

10. Eléments secondairesPatricia BALANDIER pour DDE de la Martinique -

SECQUIP

1. PROBLEMATIQUE

• La dissipation d’énergie dans le domaine post-élastique doit pouvoir se faire sans rupture fragile de la plupart des liaisons mécaniques, de manière à ce que la capacité portante des éléments de la construction soit préservée.

• Or la maçonnerie est par nature un mode de construction qui comporte un grand nombre de liaisons à mode de rupture fragile (entre les blocs et le mortier de liaison).

PROBLEMATIQUE

• La dissipation d’énergie en phase post-élastique doit pouvoir se faire sans rupture fragile de la plupart des liaisons mécaniques, de manière à ce que la capacité portante des éléments de la construction soit préservée.

• Le respect de certaines règles constructives pour les constructions de maçonnerie leur confère un bon comportement sous séisme si les dimensions du bâtiment restent modestes.

2. Les blocs à maçonner

• PS-92 - § 12.112:

Les matériaux constitutifs concernés sont :

• - Les moellons de pierre

• - Les pierres de taille ou prétaillées

• - Les briques et blocs de terre cuite

• - Les blocs en béton

• - Les blocs de béton cellulaire

Les blocs manufacturés

• Leurs normes respectives fixent les catégories de briques et de blocs et les résistances réglementaires correspondantes à la compression.

• En zone sismique, les éléments structuraux principaux en blocs creux doivent comporter au moins une paroi intermédiaire longitudinale.

Blocs admis perforés pour les murs de contreventement

Les blocs à maçonner pleins (et assimilés) sont:• La pierre

• Les briques pleines de terre cuite

• Les blocs pleins de béton

• Les blocs de béton cellulaire

• Les briques et blocs perforés de terre cuite et de béton mis en œuvre avec leurs perforations perpendiculaires au plan de pose

Blocs perforés assimilés à des blocs pleins

Fc >120 Bars

Les blocs à maçonner creux sont:

• Les briques creuses de terre cuite et les blocs creux de béton. Sont assimilés à des blocs creux (résistance en compression inférieure à celle du mortier de pose) les blocs qui ont leurs perforations parallèles au plan de pose

Incidence du choix des blocs

• Les règles PS-92 autorisent des dimensions maximales des panneaux entre deux chaînages.

• Plus les blocs sont résistants, plus les dimensions autorisées sont importantes (moins de chaînages nécessaires)

• Les paramètres conditionnant les dimensions autorisées des panneaux de maçonnerie sont:– La nature des blocs (pleins ou creux)

– L’épaisseur des blocs

3. OBSERVATIONS POST-SISMIQUES SUR LES CONSTRUCTIONS EN MACONNERIE

• Dislocation des blocs à maçonner non «confinés»:– Eclatement des angles, des ouvertures…

– Dislocations en chaîne.

• Rupture fragile entre les éléments de la structure pour liaisons insuffisantes– Déversement des façades

– Chute de toiture

– Chute de planchers

• Rupture de points faibles– Ruine de niveaux sur pilotis

– Ruine de poteaux mal situés, mal conçus, mal dimensionnés

MAQUETTE DE MACONNERIE SUR TABLE VIBRANTE

Cet essai a été réalisé pour mettre en évidence le mode de ruine des constructions de maçonnerie traditionnelles, c’est à dire n’étant pas conçues et réalisées en respectant les règles de construction parasismique en maçonnerie avec panneaux de contreventement confinés par des chaînages de béton armé dans les trois directions.

Eclatementdes angles

Dislocation àpartir des ouvertures

non confinées

Dislocations en chaîne

• Séisme ligure de 1887

Déversement des façades

Déversement des façades

Problématique des maçonneries courbes

4. NOTIONS COMMUNES

• Mise en œuvre

• Murs porteurs ou maçonnerie de remplissage?

Généralités, mise en oeuvre

• Les dispositions des PS-92 viennent en complément des dispositions générales ou s’y substituent

• Les joints verticaux doivent toujours être remplis

• Les murs à double parois doivent faire l’objet de justifications des attaches sous action sismique

• Les maçonneries de pierre doivent être réalisées avec des assises horizontales

Mur porteur ou maçonnerie de remplissage?

• Attention :

Il faut bien distinguer

• les murs porteurs de maçonnerie chaînée par du béton armé

• les ossatures de béton armé remplies ensuite par de la maçonnerie.

Mur porteur de maçonnerie

• o avant le séisme, les descentes de charges statiques sont acheminées par l’ensemble des murs,

• o pendant le séisme, les charges dynamiques horizontales alternées sont acheminées par les panneaux de maçonnerie les plus rigides (selon les deux directions). Ils assurent le contreventement de la construction.

Maçonnerie de remplissage des ossatures

• o Avant le séisme, les descentes de charges statiques sont acheminées par l’ossature porteuse,

• o pendant le séisme, les panneaux de remplissage pleins empêchent l’ossature de se déformer librement. Le jeu qui existe toujours un peu entre l’ossature flexible et la maçonnerie rigide les fait s’entrechoquer.

• Bien que les règles PS-92 autorisent ce type de construction, il est potentiellement dangereux

5. LA MACONNERIE CHAINEE

• Structures porteuses comportant des chaînages de béton armé mis en oeuvre après l’exécution de la maçonnerie. Aucune maçonnerie avec bord libre.

PS-92 - § 12.232 : Maçonnerie chaînée

• Le principe de calcul de résistance consiste àassimiler l’ensemble formé par les panneaux de maçonnerie et par les chaînages en béton armé qui les encadrent à un système triangulé dont les éléments diagonaux sont constitués par les bielles actives susceptibles de se former dans la maçonnerie.

• Si les bielles ont une pente comprise entre ½et 2, il n’est pas nécessaire de justifier le non-glissement au droit des joints.

Définition des bielles

• La largeur w de ces bielles est prise, dans les calculs, égale à la plus petite des deux valeurs d/6 et 4e, soit :

• w = min (d/6 ; 4 e) avec :

• d= longueur de la bielle (diagonale du panneau)

• e = épaisseur brute de la maçonnerie.

• La contrainte de compression dans la maçonnerie doit être inférieure à la résistance caractéristique divisée par γm, les armatures des chaînages sont calculées suivant les règles de béton armé.

• Ces bielles ne doivent pas être trop horizontales pour que la composante verticale compression évite le cisaillement des lits de mortiers, ni trop verticales pour que le panneau ne soit pas sollicité en flexion.

Bielle active Si la résistance de la bielle n’est pas assurée il y a fissuration

Localisation des chaînages• PS-92 - § 12. 2221: Principes• chaînages horizontaux :• au niveau des fondations (éventuellement),• au niveau de chaque plancher,• au niveau haut ;• chaînages verticaux, au moins :• à tous les angles saillants et rentrants de la construction,

• aux jonctions de murs,• encadrant les ouvertures de hauteur supérieure ou égale à 1,80m ;

• Aucun élément de mur ne doit présenter de bord libre en maçonnerie.

GEOMETRIE DES MURS DE CONTREVENTEMENT

• Afin de conférer à l’ensemble maçonnerie –chaînages une bonne résistance aux déformations, il convient de limiter la surface des panneaux qui constituent les murs et de leur donner une épaisseur suffisante.– En ce qui concerne la surface des panneaux, des règles sont définies par les différents codes.

– Pour les épaisseurs, le standard de 15 cm est déjàprohibé par de nombreuses règles, ne serait-ce que parce qu’il ne permet pas l’enrobage correct des aciers dans les chaînages. L’utilisation de blocs à maçonner de 20 cm minimum est recommandé, même dans les cas où ce n’est pas obligatoire.

CONTREVENTEMENT VERTICAL

• Les panneaux de contreventement vertical, ou « trumeaux », résistent aux efforts horizontaux dans leur plan et assurent la descente des charges dynamiques vers les fondations.

DISPOSITION DES MURS DE CONTREVENTEMENT

• Ces murs doivent être disposés régulièrement dans les deux plans orthogonaux.

• Les différents « trumeaux » de contreventement doivent avoir des largeurs comparables (1,10m minimum en zone II et 1,50m en zone III) et être superposés pour favoriser un comportement homogène de la structure.

• Les règles forfaitaires (comme les PS-MI) exigent que le contreventement soit assuré par des trumeaux de façades dont impérativement les angles.

• La distance entre refends de devrait pas excéder 7m, certaines règles fixent des portées inférieures (Algérie: 5m).

Trumeaux• E> ou = 15 cm(20 cm pour les éléments

creux)

• L et H < ou = 5m

• S < ou = 20 m2

• D blocs creux < ou = 25 E

• D blocs pleins < ou = 40 E

Autres murs structuraux

• E> ou = 15 cm (20 cm pour les éléments creux)

• H et L < ou = 5m

• Encadrement des ouvertures selon les règles en fonction de la taille des baies– Petites baies (catégorie P) aucune dimension supérieure à 1, 5m

– Moyenne baie (catégorie M) une dimension au moins supérieure à 1,5m

– Grande baie (catégorie G) une dimension supérieure à 2,5m

Panneaux de faibles dimensions pour blocs de faible épaisseur

Manque d’inertie transversale des blocs de faible épaisseur

Nombreux chaînages, mais pas de trumeau

Des vrais trumeaux, mais des fourreaux dans les chaînages

Chaînages horizontaux• Dimensions

– E: Sur toute l’épaisseur du mur (totale si double paroi) ou 2/3 minimum pour éviter les ponts thermiques.

– H: 15 cm minimum

• Armatures longitudinales: 4 barres, une dans chaque angle, espacées de 20 cm maximum

• Résistance en traction minimum 80 kN

• Armatures transversales: espacement < ou = à H ou 25 cm.

Section des chaînages

Chaînages verticaux

• Dimensions

– Idem chaînages horizontaux avec sections maximum aux angles

• Armatures longitudinales: Idem chaînages horizontaux avec possibilités de minorer les dimensions

– si aN < 0, 25g, et si H < 3m.

Nœuds des chaînages

• La continuité et le recouvrement des armatures des divers chaînages concourants doivent être assurés dans les trois directions.

Problématique des blocs à chaîner

Règles d’encadrement des baies

aN P M G

< 0,25g - -

< 0, 35g -

>ou =

0,35g

Encadrement

et liaison aux

chaînages

Encadrement

Encadrement et

liaison aux

chaînages sauf si

dimensions du

panneau < 3.20m

Encadrement

sauf si

dimensions

du panneau

< 3.20m

Encadrement et

liaison aux

chaînages

Encadrement des baies

Types de cadres admis pour les baies des structures en maçonnerie

• Métal ou béton armé résistance en traction définie.

• Pour le béton armé (par deux barres longitudinales):

• - dimension minimale de 7 cm et implantation sur toute l’épaisseur du mur (sauf règles des 2/3 applicables aux chaînages)

• - résistance en traction minimale (domaine élastique) requise :

• o 40 kN en zone Ia

• o 60 kN en zone Ib

• o 85 kN en zone II

• o 120 kN en zone III

• - espacement des deux barres 20 cm maximum (si mur épais rajouter une troisième barre)

Types de cadres admis pour les baies des structures en

maçonnerie• Métal ou béton armé résistance en traction définie

6. LA MACONNERIE ARMEE

• Les maçonneries armées sont chaînées selon les dispositions exposées précédemment.

• Leurs armatures peuvent être:

– Horizontales uniquement

– Horizontales et verticales

Maçonneries armées horizontalement(tous types de blocs)

• Lits d’armatures continues allant de chaînage vertical à chaînage vertical (ancrages corrects)

• Au moins deux barres par lit à proximité des parements

• Enrobage vertical et horizontal 2cm minimum

• Résistance en traction (élastique) 13 kN

• Espacement maximal des barres 20 cm

• Barres rectilignes et posées sans flèche supérieure à1cm/2m

• Ecartement maximal entre les lits 50 cm

Maçonneries armées horizontalement et verticalement

(blocs prévus à cet effet)

• Lits d’armatures continues allant de chaînage à chaînage (vertical et horizontal). Ancrages corrects.

• Sections minimales entre deux chaînages: 0,5/1000 de la section correspondante des panneaux (1/20), diamètre mini 5mm.

• Ecartement maximal entre les lits (verticaux et horizontaux): 60 cm

Maçonnerie armée et chaînée

Avantages et inconvénients

• L’avantage des maçonneries armées est un gain en coefficient q et de dimensionnement des bielles actives et celui des maçonneries armées dans les deux directions est de pouvoir être assimilées à des voiles de BA,

• Mais les obligations de qualité sur chantier et le coût de la main d’œuvre rendent alors la mise en œuvre de voiles beaucoup plus intéressante.

PS-92 - § 12.233 : Maçonneries armées

§ 12.2331 : Maçonnerie armée horizontalement• Pour les éléments structuraux principaux, le principe de calcul est celui indiqué au paragraphe 12.232 de la maçonnerie chaînée.

§ 12.2331 : Maçonnerie armée horizontalement et verticalement

• Deux possibilités sont offertes pour le calcul des éléments structuraux principaux :

- modélisation analogue à celle des maçonneries chaînées, en prenant pour le calcul de la contrainte dans la maçonnerie une largeur w = min (d/5 ; 5 e),

- calcul en section type béton armé , les armatures verticales des chaînages et des parties courantes devant équilibrer les tractions des zones tendues.

7. Maçonnerie de remplissage des ossatures

• Il s’agit du problème de compatibilité de comportement entre une ossature de béton armé et des parois de maçonnerie (ou charpentes métal et maçonnerie).

• Or il s’agit bien d’un point de vue constructif d’une seule et même structure qui présente les défauts des limites de compatibilité de comportement entre les blocs hourdés qui supportent peu de déformation et les ossatures qui par définition doivent pouvoir se déformer librement (dans les limites recherchées par le BET).

§ 12.2241 : Principe• Cet article traite des maçonneries réalisées dans les ossatures de béton armé ou précontraint et qui n’ont pas été mécaniquement liées à celles-ci.

• Sont considérées comme remplissages les panneaux de maçonnerie sans fonction porteuse caractérisée vis-à-vis des charges verticales. 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 (voir 12.2341) constituent des éléments structuraux principaux, il s’agit en général de panneaux complets sans ouverture.

§ 12.2242 : Dispositions constructives• Les maçonneries doivent satisfaire aux conditions géométriques définies en 12.222 et les éléments d’ossature en béton armé doivent satisfaire aux règles du chapitre 11 du présent document, relatif au béton armé.

• Les baies et ouvertures doivent recevoir au minimum un encadrement suivant les règles du § 12.2227 . De même les bords libres des panneaux partiels doivent recevoir au minimum un encadrement suivant les dispositions du § 12.2227 pour les ouvertures de la catégorie G.

• Lorsque les panneaux complets avec ouverture et les panneaux partiels sont pris en compte dans la modélisation (12.2341) ces encadrements doivent être dimensionnés pour les sollicitations résultantes.

Limites de sécurité des règles…

• Rappelons que le commentaire de l’article 12.2241 précise que le « comportement des constructions concernées apparaît comme assez aléatoire ». Ceci en raison de la difficulté à établir des protocoles de mise en œuvre fiables pour une réponse homogène maçonnerie-ossature en cas de séisme.

Maçonnerie de remplissage armée découplée de la structure

Séisme de Bhuj 2001

8. CONDITIONS DE RIGIDITE DES PLANCHERS

Les différents types de planchers et toitures « plaques »ne constituent un « diaphragme rigide » que dans le respect de certaines dispositions constructives qui assurent un comportement dynamique satisfaisant.– Solidarisation impérative avec les chaînages périphériques et

poutres qui assurent la liaison avec les palées de stabilité.

– Renforcement des bords des trémies dont les dimensions doivent être limitées (sinon, dispositions compensatrices).

– Si la « plaque » est constituée de plusieurs couches, liaisons entre les couches de façon à assurer un comportement dynamique homogène.

En cas de béton armé éviter les reprises de coulage du

béton entre la dalle et les chaînages, poutres, chapiteaux…

CAS DES PLANCHERS A POUTRELLES ET ENTREVOUS

Les entrevous participent « peu » à la résistance dynamique du plancher, et les poutrelles ont un rôle de « nervures » pour la dalle de compression. Il est capital que les liaisons entre les nervures et la dalle soient effectives pour un comportement dynamique cohérent. La dalle elle même doit être calculée avec un minimum de 4cm (5 cm pour les entrevous de polystyrène, néanmoins préférables aux réhausses isolantes sur entrevous).

• Ces « planchers nervurés ont l’avantage d’avoir une masse réduite.

• Les liaisons entre les poutrelles et la dalle de compression et celle du plancher avec les chaînages horizontaux doivent être

soignées.

9. Calculs et vérifications• Les règles de calcul et de vérification sont données par les PS-92 pour:– Les maçonneries chaînées assimilées à un système triangulé par les bielles actives susceptibles de se former (si leur pente est comprise entre ½ et 2, le non glissement des joints est réputé justifié)

– Les maçonneries armées horizontalement assimilées aux maçonneries chaînées

– Les maçonneries armées horizontalement et verticalement qui peuvent être considérées au choix comme:• Les maçonneries chaînées

• Le béton armé

Coefficients q

• On trouve les coefficients q forfaitaires des maçonneries au chapitre béton armé des PS-92 (voir tableau § PS-92, § 11.7 au chapitre béton armé du présent document). Soit :

• - maçonnerie porteuse chaînée : 2,5

• - maçonnerie porteuse chaînée et armée : 3

• - ossature avec remplissage a posteriori : 1,5

• avec coefficients minorants en cas de bâtiments de régularité moyenne ou irréguliers.

10. Cloisons de distribution e > ou = 10 cm

• Pas de bord libre

• Jonction impérative à d’autres murs, cloisons ou potelets de pleine hauteur

• Si cloison de pleine hauteur, solidaires des planchers pour éviter leur déversement

• Si hauteur partielle cadres liés au gros-œuvre

• Harpage des cloisons perpendiculaires

• S<14m2, H et L < 5m, d<50E

• Encadrement des baies (BA, métal, bois)

Les cloisons de distribution d’épaisseur supérieure à 10 cm

• Elles doivent respecter les dispositions suivantes :

Idem cloisons précédentes et

Chaînages en béton armé en métal ou en bois des panneaux

S < 20 m2, H et L < 5m, d < 50 e

Encadrement des baies (BA, métal, bois) relié àl’ossature ou aux chaînages si type G.

• Vérification de leur participation au comportement dynamique de la structure (raideurs)

Quelques photos de dispositions PS hors règlement

à commenter

Notion de chaînage des maçonneries

Chaînage à posteriori

Chaînage à posteriori

• Gemonaavant

Gemona après le choc principal

Gemona après un 2° choc en réplique