Actions du seisme sur le batiment

L’évolution du marché de la construction, faisant intervenir le développement de la maison individuelle, la réhabilitation de l’habitat existant, l’économie d’énergie et le développement de filière de valorisation de déchets, fait appel à de nouveaux types de granulats légers tels que verre expansé, polystyrène, granulats de bois, schistes et argile expansés. Le choix de l’association matrice-granulats légers dépend donc des propriétés souhaitées. Les nouvelles possibilités d’association matrice-granulats légers, sont nombreuses et leur avantage est non négligeable tant en construction qu’en rénovation. En effet, il est possible de réaliser des bétons légers remplissant non seulement la fonction mécanique, mais aussi la fonction d’isolation thermique, phonique et atténuation des vibrations dispensant du recours à l’ajout d’un matériau isolant.

Les structures en portiques auto-stables adoptées en zones sismiques en Algérie, calculées suivant le règlement parasismique algérien (dimensionnement, ferraillage et exécution) ont montré un bon comportement lors des derniers séismes qu’avait connu le pays. Néanmoins, la vulnérabilité des remplissages en maçonnerie a été la cause de nombreux dégâts corporels et matériels. En effet, la maçonnerie non renforcées est l’un des matériaux de construction de bâtiment les plus utilisés. La plupart de ces bâtiments ont été construits avec peu ou pas du tout de considération sismique. Ce qui est plus grave encore, ce sont les modifications et les suppressions de certains éléments de structure, sans prise en considération des dangers sismiques dans les nouvelles constructions après leur finition. Libellés en maçonnerie, le mortier est un matériau composite anisotrope responsable de la création d’une distribution homogène des contraintes, de corriger les irrégularités des blocs et accommodant les déformations. Selon la littérature, son influence sur la résistance à la compression de la maçonnerie est réduite. Néanmoins, la meilleur manière de comprendre le comportement de la maçonnerie est l’expérimental. Dans ce thème, plusieurs thèses ont été réalisées et soutenues au laboratoire de Génie Civil de l’UBMA.

ACTIONS DU SEISME SUR LE BATIMENT 

Lorsqu’un tremblement de terre se produit, la structure d’un bâtiment subit un choc provoqué par trois actions différentes  :
❖ Oscillation horizontale qui peut provoquer des déplacements relatifs des étages à l’origine de baies éclatées, des ruptures de cloison ou de chutes de plafonds. Le cisaillement peut entraîner des glissements de la structure par rapport aux fondations (surtout pour les structures en bois), des fissures obliques dans les murs en maçonnerie ou en béton, des ruptures d’éléments porteurs (par traction d’un côté et compression de l’autre). La rigidité latérale des bâtiments est généralement plus faible que la rigidité verticale.
❖ Oscillation verticale qui peut provoquer une chute de corniches, des fissures des balcons et des encorbellements, des fissures des planchers sur lesquels il y a des poids importants isolés, une poussée horizontale des poutres des toits en pente lorsqu’elles ne sont pas correctement chaînées.
❖ Action de rotation ou de torsion qui peut provoquer des fissures verticales à la zone de jonction des murs entre eux. Les effets sont très importants dans le cas des bâtiments de forme irrégulière ou lorsque la répartition du poids de la structure ne coïncide pas avec la répartition de sa rigidité.

COMPORTEMENT DU REMPLISSAGE EN MAÇONNERIE DANS LES PORTIQUES AUTO-STABLES

La présence de remplissages à faible résistance au cisaillement est néfaste aux structures soumises aux efforts sismiques, étant donné que le poids propre de la maçonnerie augmente l’effort induit dans la structure, sans aucune contribution structurelle. En effet, dans le calcul sous charges horizontales des structures contreventées par portiques auto-stables, on néglige la rigidité des éléments de maçonnerie de remplissage. La participation du remplissage sous charges horizontales pose un problème à cause de la faible résistance au cisaillement des unités de maçonnerie liées par du mortier. Le remplissage en maçonnerie a une influence importante sur le comportement des structures [2]. Cependant, La défaillance en traction ou au cisaillement dans les colonnes ou poutres du cadre est également un problème fréquent. En effet, si le cadre a une résistance suffisante pour assurer l’équilibre statique, l’accroissement de la charge provoque la ruine du remplissage en maçonnerie. Dans le cas des cadres en béton, la rupture du panneau de brique de maçonnerie est initiée par la fissuration le long de la diagonale sous compression et se termine par s’effondrer globalement ou par écrasement des coins chargés, en plus d’une autre possibilité de rupture par cisaillement le long des joints de mortier. En résumé, les différents modes de rupture peuvent être classés en cinq modes distincts :

1. Ecrasement en coin: Ce type de défaillance fréquemment observé, est associée à l’écrasement de remplissage au moins dans un coin . Ce mode de rupture se produit lorsque la maçonnerie de remplissage a une faible résistance à la compression.

2. Compression localisée au centre de la diagonale: Ce mode de rupture est manifesté par l’écrasement du remplissage localisé dans sa région centrale. dans les remplissages avec un rapport d’élancement élevé, la ruine peut avoir lieu suite à l’instabilité au flambement dans le plan de chargement. En fait, ce type de rupture se produit rarement en pratique dans les panneaux parce que l’épaisseur du remplissage, conçue pour satisfaire l’isolation acoustique et l’exigence de protection contre l’incendie réduit l’élancement des murs en maçonnerie. En outre, les forces d’inertie en dehors de la direction du plan de la paroi peuvent également provoquer ce type de défaillance. L’effet combiné dans le plan et hors du plan de chargement diminue la résistance de la paroi en augmentant la probabilité de défaillance du mur dans les deux sens [4].

3. Cisaillement par glissement : Ce type de ruine se produit dans les panneaux où les joints de mortier sont plus faibles que les éléments de maçonnerie ou bien dans les panneaux à faible élancement dont le cisaillement est plus dominant que la compression. Ce type d’endommagement est largement observé.

4. Fissuration en diagonale : se présente sous la forme d’une fissure en diagonale qui relie le coin chargé de haut au coin opposé du bas. Ce type de défaillance est connu dans des cadres avec joints faibles et remplissage à haute résistance à la compression ou dans des cadres faibles. Certaines recherches ne considèrent pas ce phénomène comme mode de défaillance, car le remplissage possède une charge supplémentaire après fissuration dans la direction diagonale

5. Défaillance par endommagement du cadre : Lorsque le panneau de remplissage a une haute résistance à la compression, la charge appliquée est reprise par le remplissage et transférée au cadre qui l’entoure en provoquant la défaillance dans les colonnes. Si, dans le processus de conception l’effet de la résistance importante du remplissage sur le cadre environnant n’est pas pris en considération, ce type d’échec est inévitable. Il convient de noter que les modes 1 et 3, de défaillance respectivement par écrasement des angles et de glissement par cisaillement sont les plus importants au point de vue pratique.

En Algérie, la maçonnerie est négligée dans les calculs car elle n’est exploitée qu’en usage de remplissage dans les structures contreventées par portiques, elle n’a aucune fonction de portance, en l’absence de réglementation de calcul conforme. Sa fabrication produit des éléments hétérogènes, fissurés et de caractéristiques variables. Ceci rend son comportement dans la structure complexe et difficile à normaliser. Cependant, il existe certaines normes simplifiant le comportement de la maçonnerie par l’utilisation de modèles linéaires qui considèrent la maçonnerie comme un matériau homogène en se basant sur les propriétés mécaniques déterminées au moyens d’essais simple sur petits murs ou prismes [5]. Néanmoins, la validité de ces modèles reste insuffisante. F.B Houti et al [6] ont étudié le comportement des murs en maçonnerie d’après des essais de compression avec orientations des joints à 0°, 45° et 90° en prenant en considération un mortier de ciment et un mortier bâtard. Le travail met en évidence l’importance des joints et de leur orientation qui sont souvent à l’origine des ruptures. D’une part, le mode de rupture dans le cas des joints à 90° est atteint par fissuration de traction s’initialisant dans le joint de mortier parallèle à l’axe de chargement, et d’autre part, la rigidité de la maçonnerie et sa résistance à la rupture augmentent lorsque l’orientation du plan de joint diminue de 90° à 0°. Les mêmes résultats sont confirmés par AW. Page .

LA MAÇONNERIE DANS LE REGLEMENT PARASISMIQUE ALGERIEN

En effet, le Règlement Parasismique Algérien, (article 2.5.5) [9], exige que la structure et ses éléments aient une ductilité suffisante pour pouvoir dissiper une grande part de l’énergie induite par le mouvement sismique et conserver leur résistance de calcul sous déformation imposées ainsi le développement de rotules plastiques doit se faire en dehors des nœuds, de façon à ne remettre en cause ni le cheminement des forces verticales, ni la stabilité de la structure et de ses éléments porteurs. Quant aux éléments qui ne participent pas au contreventement, ils doivent pouvoir conserver leurs capacités portantes sous l’effet des déformations imposées. L’emploi de matériaux fragiles dont les résistances en traction et au cisaillement sont faibles (béton non armé, maçonnerie non chaînées) est à proscrire pour la réalisation des éléments de contreventement. Le chapitre IX du règlement parasismique algérien donne les différents articles à appliquer pour la conception des structures en maçonnerie porteuse. Par exemple, les éléments en maçonnerie (colonnes, murs extérieurs, balcons…) qui n’ont pas une fonction porteuse ou de contreventement (R.P.A article 6.2.2) peuvent modifier d’une façon considérable le comportement de la structure et donner lieu à des désordres importants lorsqu’ils subissent des secousses sismiques. Lors d’un séisme d’une certaine importance, les éléments non structuraux peuvent être sollicités par l’ossature qui se déforme. Leur présence peut influencer le comportement de la structure en modifiant la période d’oscillation et en induisant éventuellement une torsion additionnelle d’ensemble. Donc les éléments non structuraux deviennent ainsi provisoirement porteurs d’où le risque de subir des dommages importants s’ils ne sont pas conçus pour résister aux sollicitations sismiques. Quant à la maçonnerie liée au système de contreventement, l’R.P.A définit 17 types de systèmes de contreventement. L’objet de cette classification se traduit par l’attribution d’une valeur numérique qui est le coefficient de comportement R. La classification des systèmes structuraux est faite en tenant compte de leur fiabilité et de leur capacité de dissipation de l’énergie vis-à-vis de l’action sismique et le coefficient de comportement correspondant est fixé en fonction de la nature des matériaux constitutifs, du type de construction, des possibilités de redistribution d’efforts dans la structure et des capacités de déformation des éléments dans le domaine post-élastique. Dans cette classification la maçonnerie intervient dans les catégories 1a, 1b et 12c article 3.4. Les structures en maçonnerie soumises au séisme nécessitent généralement des remplissages plus ou moins résistants pour participer à reprendre les efforts sismiques. En Algérie, les éléments de remplissage utilisés ont des résistances très faibles, mais un poids important. Cela pose le problème d’augmenter l’effort sismique sans participer à la résistance. Nous avons alors pensé à renforcer le remplissage pour le faire participer à la résistance aux charges horizontales. Le renforcement des murs en maçonnerie par ajout de revêtement ductile en nappes de fibres de jute ou de composite fibré permettront peut être à notre remplissage d’avoir une meilleure résistance au cisaillement, qui est tant recherchée dans de telles structures.

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Table des matières

Introduction
Chapitre 1 Généralités et synthèses bibliographiques
1.1 INTRODUCTION
1.2 ACTIONS DU SEISME SUR LE BATIMENT
1.3 COMPORTEMENT DU REMPLISSAGE EN MAÇONNERIE DANS LES PORTIQUES AUTO-STABLES
1.4 LA MAÇONNERIE DANS LE REGLEMENT PARASISMIQUE ALGERIEN
1.5 LE JUTE
1.5.1 La plante
1.5.2 La fibre
1.5.3 La toile de jute
1.5.4 Les statistiques économiques (FAO 2012)
1.5.4.1 Production
1.5.4.2 Exportations
1.5.4.3 Importations
1.5.5 Transformation de la fibre de jute
1.5.6 Avantages et inconvénients du jute
1.5.7 Structure de la fibre de jute
1.5.8 Modification de la microstructure de la surface de la fibre de jute
1.6 LES BETONS LEGERS
1.6.1 Fonctionnalisation des bétons légers
1.7 LES MATERIAUX COMPOSITES
1.7.1 Composites à matrice polymère
1.7.1.1 Composites souples
1.7.1.2 Composites rigides
1.7.2 Composites à matrice minérale
1.7.3 Utilisation des composites dans les travaux de réhabilitation
1.7.4 Les composites fibres/ciment
1.7.4.1 Composites fibres végétales/ciment
1.7.4.2 Les composites amiante/ciment
1.7.4.3 Les composites fibres de verre/ciment
1.8 CONCLUSION ET CHOIX DE LA MATRICE
Chapitre 2 Matériaux et techniques expérimentales
2.1 INTRODUCTION
2.2 MATÉRIAUX UTILISÉS DANS LA CONSTRUCTION DES MURETS
2.2.1 Eléments de maçonnerie
2.2.1.1 Masse volumique apparente
2.2.1.2 Masse volumique absolue
2.2.1.3 Capacité d’absorption d’eau pondérale
2.2.1.4 Capacité d’absorption d’eau volumique
2.2.1.5 Capacité d’absorption d’eau par capillarité
2.2.1.6 Résistance à la compression des unités de brique
2.2.2 Mortier utilisé dans la construction des murets
2.2.2.1 Sable
2.2.2.1.1 Echantillonnage du sable
2.2.2.1.2 Analyse Granulométrique
2.2.2.1.3 Module de finesse (MF)
2.2.2.1.4 Equivalent de sable (Es)
2.2.2.1.5 Masse volumique
2.2.2.2 Ciment
2.2.2.3 Eau
2.2.2.4 Composition du mortier
2.2.2.5 Caractéristiques physiques du mortier
2.2.2.6 Résistances mécaniques du mortier
2.3 ETUDE DES MURETS EN MAÇONNERIE
2.3.1 Mode de fabrication des murets
2.3.2 Dispositif expérimental de compression
2.4 MATERIAUX COMPOSITES
2.4.1 Fibres de jute
2.4.1.1 Mesure du coefficient d’absorption d’eau des fibres végétales
2.4.1.2 Caractéristiques physique et chimiques de la fibre de jute
2.4.1.3 Caractérisation mécanique de la fibre de jute
2.4.2 Ciment
2.4.3 Chaux hydraulique
2.4.3.1 Propriétés chimiques de la chaux
2.4.3.2 Propriétés physiques de la chaux
2.4.3.3 Propriétés mécaniques de la chaux
2.4.4 Sable
2.4.4.1 Analyse granulométrique du sable (R.Lanchon)
2.4.5 Eau
2.4.6 Fluidifiant
2.5 TECHNIQUES EXPERIMENTALES
2.5.1 Matériau à l’état frais
2.5.1.1 Compatibilité chimique
2.5.1.1.1 Hydratation des silicates
2.5.1.1.2 Hydratation des aluminates
2.5.1.1.3 Mécanismes d’hydratation d’un ciment Portland
2.5.1.1.4 Inhibition de l’hydratation du ciment
2.5.1.1.5 Maniabilité
2.5.1.1.6 Procédure de fabrication des composites
2.5.1.1.7 Mesure de la teneur en air occlus
2.5.1.1.8 Essai de prise
2.5.2 Matériau à l’état durci
2.5.2.1 Propriétés physico-mécaniques
2.5.2.1.1 Masse volumique apparente sèche
2.5.2.1.2 Module d’élasticité dynamique
2.5.2.1.3 Résistances mécaniques
2.6 CARACTERISATION DE LA MATRICE
2.6.1 Propriétés hydriques
2.6.1.1 Etude des variations dimensionnelles
2.6.1.2 Domaine capillaire
2.6.1.3 Détermination de la sorptivité
2.6.2 Propriétés thermiques des matériaux : conductivité thermique
2.6.3 Etude de la déformabilité du composite ciment-fibres de jute
Chapitre 3 Résultats expérimentaux et analyse
3.1 INTRODUCTION
3.2 MODES DE RUPTURE DES MURS EN MAҪONNERIE
3.3 COMPORTEMENT DES MURETS EN BRIQUES CREUSES
3.3.1 Mesure des déformations
3.3.2 Principe de fonctionnement des capteurs à jauge
3.3.2.1 Montage en quart de pont
3.3.2.2 Montage en demi-pont
3.3.2.3 Montage en pont complet
3.3.3 Calcul des contraintes
3.3.3.1 Murets construits en briques de 12 trous
3.3.3.1.1 Murets Non Enduit de mortier (notés M12tNE)
3.3.3.1.1.1 Cas 1: Utilisation de deux jauges horizontales (J1, J2)
3.3.3.1.1.2 Cas 2: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2) et une jauge horizontale(J3)
3.3.3.1.1.3 Cas 3 : Utilisation d’une jauge horizontale (J1) et une jauge verticale (J2)
3.3.3.1.2 Murets Avec Enduit de mortier de ciment (M12tAE)
3.3.3.1.2.1 Cas1: Utilisation d’une jauge horizontale (J1) et une jauge verticale (J2)
3.3.3.1.2.2 Cas 2: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2) et une jauge horizontale(J3)
3.3.3.1.2.3 Cas3: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2)
3.3.3.1.3 Murets Avec Enduit de ciment renforcé d’une nappe de toile de Jute(M12tAEJ)
3.3.3.1.3.1 Cas1: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2) et une jauge horizontale(J3)
3.3.3.1.3.2 Cas2: Utilisation d’une jauge verticale (J1) et deux jauges horizontales(J2,J3)
3.3.3.2 Murets construits en briques de 8 trous
3.3.3.2.1 Muret Non Enduit (M8tNE)
3.3.3.2.1.1 Cas1: Utilisation de deux jauges horizontales (J1, J2)
3.3.3.2.1.2 Cas 2: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2) et une jauge horizontale(J3)
3.3.3.2.1.3 Cas3: Utilisation d’une jauge horizontale (J1) et une jauge verticale (J2)
3.3.3.2.2 Muret Avec Enduit (M8tAE)
3.3.3.2.2.1 Cas1: Utilisation de deux jauges horizontales (J1, J2)
3.3.3.2.2.2 Cas2: Utilisation d’une jauge horizontale (J1) et deux jauges verticales (J2,J3)
3.3.3.2.2.3 Cas3: Utilisation d’une jauge horizontale (J1) et une jauge verticale (J2)
3.3.3.2.3 Murets en briques à 8 trous renforcés d’une nappe de toile de jute
3.3.3.2.3.1 Cas1: Utilisation de deux jauges horizontales (J1, J2) et une jauge verticale(J3)
3.3.3.2.3.2 Cas2: Utilisation de deux jauges verticales (J1, J2) et une jauge horizontale(J3)
3.4 CONCLUSION
Conclusion

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