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UNIVERSIT DE SHERBROOKEFacult de gnie

Dpartement de gnie civil

COMPORTEMENT SISMIQUE DUN MUR EN MAONNERIEARME ENTIREMENT REMPLI DE COULIS

Mmoire de Matrise s Sciences AppliquesSpcialit : gnie civil

Composition du jury :Patrick PAULTRE (directeur)Charles-Philippe LAMARCHE (rapporteur)Jean PROULX

Yvener GERTIN

Sherbrooke (Qubec), CANADA Janvier 2014

Rsum

Les structures en maonnerie font partie des structures qui sont les plus vulnrablesaux secousses sismiques en raison de leurs caractristiques mcaniques, de leurs compo-santes et de leurs problmes dinteraction. Les contraintes de traction et de cisaillementrsultant des sollicitations sismiques sont lorigine des dgts les plus catastrophiquesque connaissent ces ouvrages, en particulier ceux qui nont pas t construits suivant desnormes parasismiques.

De nombreuses recherches ont t menes dans loptique de comprendre les mcanismesde rupture des murs en maonnerie afin de les dimensionner pour une rponse adquateaux sollicitations sismiques.

Ce document sinscrit dans le cadre dun projet de recherche qui vise mieux connatrele comportement sismique de la maonnerie. Il se consacre une tude analytique dela rponse sismique de murs en maonnerie arme et non arme en plus dune tudeexprimentale dun mur en maonnerie arme dans une perspective damlioration de leurcomportement.

Outre la contribution littraire qui repose sur ltude comparative des maonneries deremplissage, confines et armes suivant leurs modes de rupture et des critres de perfor-mance, ce projet vise aussi apporter de nouvelles donnes relatives lavancement desrecherches sur ces structures par les essais exprimentaux relatifs au comportement cy-clique en plan du spcimen de mur en maonnerie arme et par les essais de caractrisationdes matriaux constitutifs du mur.

Les rsultats qui sont analyss sont les paramtres de rigidit, de rsistance, de capacitde dformation et de capacit de dissipation dnergie. Ils confirment la prdominancedu mcanisme de rupture par flexion avance par les calculs de capacit. De plus, lespcimen montre une capacit de dissipation dnergie relativement leve en plus dunlger pincement des boucles dhystrsis.

Mots-cl : comportement sismique, maonnerie arme, maonnerie de remplissage, ma-onnerie confine, essai cyclique

i

Remerciements

Je tiens formuler mes remerciements lendroit de mon directeur de recherche, leprofesseur Patrick Paultre, pour lencadrement ncessaire la ralisation de ce mmoirede matrise. De plus, mes sincres remerciements vont aux cinq techniciens, soit ClaudeAub, Jeason Desmarais, Karl Desrochers, Raphal Prvost, Laurent Thibodeau et RajkoVojnovic, puisquils mont t dune aide prcieuse.

Ma gratitude sexprime envers des collgues du Centre de recherche en gnie parasis-mique et en dynamique des structures (CRGP), principalement envers Steeve Ambroiseet Olivier Gauron, pour leur participation et leurs nombreux conseils qui mont beaucoupaid.

Je tiens aussi formuler une attention particulire ma mre Germilie Petit-Frre, monfrre Jacquis Gertin et ma copine Jeadreuse Desrameaux pour leur soutien psychologique.

Mes sincres remerciements sadressent aussi tous mes proches et amis qui, dunemanire ou dune autre, ont contribu la ralisation de ce projet de recherche.

ii

Table des matiresRsum i

Remerciements ii

Liste des figures v

Liste des tableaux vii

1 INTRODUCTION 11.1 Mise en contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Problmatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.3 Orientation du projet de recherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.4 Objectifs du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 REVUE DE LITTRATURE 52.1 Maonnerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Maonnerie non arme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3 Les modes de rupture des murs en maonnerie non arme . . . . . . . . . . 72.4 Les facteurs influenant la performance sismique . . . . . . . . . . . . . . . 122.5 Maonnerie confine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.6 Maonnerie arme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 DESCRIPTION DU PROJET 413.1 Dimensions et composantes du spcimen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413.2 Capacit en compression et en flexion du spcimen . . . . . . . . . . . . . 453.3 Capacit en cisaillement du spcimen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523.4 Dimensionnement de la fondation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563.5 Liaison mur de maonnerie et fondation du spcimen . . . . . . . . . . . . 61

4 PROGRAMME EXPERIMENTAL 654.1 Montage exprimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.2 Construction du spcimen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654.3 Caractrisation des matriaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684.4 Protocoles de chargement et procdures dessais . . . . . . . . . . . . . . . 71

5 RSULTATS EXPRIMENTAUX 775.1 Caractrisation de la maonnerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775.2 Rsultats de lessai cyclique quasi statique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

6 CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS 117

A MAONNERIE 119A.1 Historique de la maonnerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119A.2 Maonnerie de bton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

B Caractristiques mcaniques de la maonnerie daprs CSA S304.1-04 [39] 127

iii

C PHOTOS : CONSTRUCTION DU SPCIMEN ET DES PRISMES 129

Bibliographie 139

iv

Liste des figures2.1 Mcanisme de ruine des ossatures par jeu avec leur remplissage de maonnerie. 82.2 Modes de rupture en plan dun mur de remplissage en maonnerie non arme. 102.3 Rupture hors plan dun mur de remplissage par crasement de la maonnerie. . 122.4 Rupture par cisaillement au niveau dun mur en maonnerie confine : gauche. 212.5 Rupture de flexion dans des panneaux en maonnerie confine. . . . . . . . . . 222.6 Rponse sismique hors plan de murs en maonnerie confine. . . . . . . . . . . 242.7 Effets sismiques hors plan dans des murs en maonnerie confine. . . . . . . . 242.8 Construction en maonnerie arme avec cavit contenant du coulis. . . . . . . 292.9 Mcanisme de rupture par flexion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.10 Mcanisme de rupture par cisaillement dans un squat shear wall . . . . . . 312.11 Longueur de la rotule plastique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.1 Gomtrie et dtails de ferraillage du spcimen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 433.2 Spcifications pour la hauteur effective. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463.3 Paramtres de contraintes et de dformations la condition quilibre. . . . . 503.4 Diagramme dinteraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513.5 Rsistance au cisaillement fournie par les armatures. . . . . . . . . . . . . . . 533.6 Cisaillement de design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553.7 Contraintes axiales sous le spcimen dues P et M . . . . . . . . . . . . . . 563.8 Dtails du ferraillage de la fondation (vue en plan). . . . . . . . . . . . . . . . 593.9 Dtails du ferraillage de la fondation (vue transversale). . . . . . . . . . . . . . 593.10 Dtails du ferraillage de la fondation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.11 Liaison mur de maonnerie et fondation du spcimen. . . . . . . . . . . . . . . 63

4.1 Mise en place du coffrage de la fondation ( gauche), coffrage complet avec lesgoujons installs ( droite). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2 Fondation en bton arm et goujons dattentes des armatures verticales. . . . 664.3 Construction du mur en maonnerie - A gauche : les 9 premires ranges,

droite : le mur en entier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674.4 Mesure de laffaissement du coulis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 694.5 Les 4 prismes de coulis ( gauche), le premier prisme ( droite). . . . . . . . . 694.6 Les prismes de deux moitis dunit ( gauche), les prismes de deux units (

droite). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 704.7 Les prismes 4 ft x 4 ft ( gauche), les prismes de quatre ranges dunits(

droite). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 714.8 Montage exprimental et systme de guidage latral. . . . . . . . . . . . . . . 724.9 instrumentation : jauges de deformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744.10 instrumentation : LVDT et potentiomtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.1 Cubes de mortier pour lessai de compression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 785.2 Prismes de coulis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795.3 Fissures sur les faades principale et transversale dun bloc comprim. . . . . . 805.4 Courbes force-dplacement des units de bloc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.5 Prisme de deux moitis dunit et lignes de ruptures sur les faades. . . . . . 845.6 Courbes force-dplacement des prismes de deux units. . . . . . . . . . . . . . 855.7 Prisme de deux units et lignes de ruptures sur les faades. . . . . . . . . . . . 865.8 Prisme 600mm 800mm et fissures sur les faades. . . . . . . . . . . . . . . 885.9 Courbes force-dplacement des prismes 600mm 800mm. . . . . . . . . . . . 895.10 Fissures longitudinales dans un prisme test en compression diagonale. . . . . 90

v

5.11 Fissures transversales dans un prisme test en compression diagonale. . . . . . 915.12 Courbes rsistance-dformation des prismes 1200mm 1200mm. . . . . . . . 925.13 Essai de traction sur les armatures utilises dans la construction du mur. . . . 955.14 Courbes contraintes - chantillons darmature 10M. . . . . . . . . . . . . . . . 965.15 Courbes contraintes - chantillons darmature 15M. . . . . . . . . . . . . . . . 975.16 Courbes contraintes - chantillons darmature 25M. . . . . . . . . . . . . . . . 985.17 Courbes hystrsis exprimentales du mur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995.18 tat dendommagement du mur latteinte de la rsistance maximale ( 4 y). 1015.19 Dbut des dommages svres (5 y ct nord et 6 y ct sud). . . . . . . . . 1025.20 crasement des blocs et du coulis aux extrmits nord et sud du mur. . . . . . 1035.21 Variation de la rigidit normalise en fonction du dplacement. . . . . . . . . . 1045.22 Fraction de lnergie dissipe par amortissement durant un cycle. . . . . . . . 1075.23 Courbe de comportement rel et courbe idalise lastoplastique. . . . . . . . 1095.24 Variation du dplacement latral en fonction de la hauteur. . . . . . . . . . . 1115.25 Courbures du mur en fonction de la hauteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1125.26 Courbes M-Phi relle et idalise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

A.1 Unit de maonnerie en bton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

C.1 Cintreuse utilise pour la confection des triers. . . . . . . . . . . . . . . . . . 129C.2 Confection des triers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130C.3 Armatures coupes pour la confection des triers. . . . . . . . . . . . . . . . . 131C.4 Montage du ferraillage de la fondation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131C.5 Bche de protection en plastique en-dessous de la fondation. . . . . . . . . . . 132C.6 Prparation du ferraillage pour les poutres de fondation. . . . . . . . . . . . . 133C.7 Coffrage de la fondation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133C.8 Coulage du bton de la fondation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134C.9 La fondation en bton arm, goujons et mise en place des armatures verticales. 134C.10 Bloc creux utilis pour la construction du mur en maonnerie. . . . . . . . . . 135C.11 Construction du mur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135C.12 Montage pour la construction du mur et mur achev. . . . . . . . . . . . . . . 136C.13 Test daffaissement du coulis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136C.14 talement du coulis - 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137C.15 Mesure de laffaissement du coulis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137C.16 Les prismes de maonnerie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138C.17 Appareils pour les tests de compression. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

vi

Liste des tableaux2.1 Armature minimum exige par ACI 530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Valeurs limites de la quantit darmatures utiliser . . . . . . . 443.2 Moment critique en fonction de la charge axiale normalise . . . . . 523.3 Sollicitations de dimensionnement de la poutre longitudinale . . . . . . . . . . 573.4 Sollicitations de dimensionnement des poutres transversales . . . . . . . . . . 57

4.1 Dtail des capteurs de dplacement installs pour lessai cyclique. . . . 74

5.1 Rsultats de lessai de compression sur les cubes de mortier . . . . . 785.2 Rsultats de lessai de compression sur les prismes de coulis . . . . . 795.3 Dimensions des units de blocs . . . . . . . . . . . . . 825.4 Rsultats de lessai de compression et estimation de f m des blocs individuels 825.5 Dimensions des prismes de deux moitis dunit de blocs . . . . . 835.6 Rsultats de lessai de compression : prismes de deux moitis de blocs . . . . . 835.7 Dimensions des prismes en maonnerie de bton de deux units de bloc . 845.8 Rsultats de lessai de compression (prismes deux blocs) . . . . . . . . . . . . 855.9 Proprits gomtriques des prismes 600mm 800mm en maonnerie de bton 875.10 Rsultats de lessai de compression (prismes 600mm 800mm) . . . . . . . . 885.11 Rsultats de lessai de compression diagonale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 925.12 Rsultats de lessai de traction sur les chantillons de barres 10M . . . 955.13 Rsultats de lessai de traction sur les chantillons de barres 15M . . . 955.14 Rsultats de lessai de traction sur les chantillons de barres 25M . . . 965.15 Variation de la rsistance en fonction de lamplitude des cycles . . . . 1065.16 nergie dissipe en fonction des tats dendommagement spcifiques du mur . 1085.17 Paramtres de la courbe idalise et de ductilit . . . . . . . . 1095.18 Ductilit en courbure du spcimen . . . . . . . . . . . . 1135.19 Dplacement latral au sommet du spcimen d au cisaillement . . . . 1155.20 Longueur quivalente de la rgion de la rotule plastique . . . . . . 115

A.1 Les exigences relatives la rsistance et labsorption des briques en bton . . 123A.2 Les exigences relatives la rsistance et labsorption des blocs en maonnerie 125

B.1 Rsistance spcifique en compression (f m) normale au lit de mortier constituantlarticulation des briques en maonnerie pleines . . . . . . . . 127

B.2 Rsistance en compression spcifie (f m), normale au lit de mortier constituantlarticulation des units de maonnerie en bton . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

B.3 Rsistance spcifique en traction due la flexion, ft . . . . . . . 128B.4 Facteurs de correction des rsistances caractristiques des prismes en maon-

nerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

vii

Symbole Dfinitiona Profondeur du bloc rectangulaire de contrainte de compression quivalenteAe Aire effective de la section transversale du mur en maonnerieAg Aire brute de la section transversale du mur en maonnerieAs Section transversale des armatures en tensionAs Section transversale des armatures en compressionAv Section transversale des armatures de cisaillementb Largeur effective de la section transversale du mur en maonneriec Distance de laxe neutre la fibre extrme la plus comprimedb Diamtre dune armature donnedv Longueur effective pour le calcul du cisaillementEm Module lastique de la maonnerieEs Module lastique de lacierf m Rsistance en compression spcifie de la maonnerieft Rsistance spcifie en traction de la maonnerie due la flexionmu Dformation maximale de la maonnerie la fibre la plus comprimev Pourcentage darmatures verticalesh Pourcentage darmatures horizontalesm Facteur de rsistance de la maonneries Facteur de rsistance de lacier Coefficient de frottementhw Hauteur du panneau de mur (sans la poutre de chargement)H Hauteur totale du spcimen de murlw Longueur du murlhb Longueur de dveloppement de base du crochet en tensionlp Longueur de la rgion de la rotule plastiqueMf Moment pondr la section de calculPd Charge axiale de compression la section considre, base sur 0,9 fois le poids

propre plus une charge axiale pondre provenant de la flexion des poutres decouplage (quand cest le cas), N

P2 Force de compression dans la maonnerie normale au plan de glissementPf Charge axiale pondrePo Rsistance axiale nominalePr Rsistance axiale pondrePr,max Rsistance axiale maximale pondreTs Force de traction dans les barres verticales de section AsVf Cisaillement pondr la section de calculVr Rsistance en cisaillement pondre la section de calculVr,max Rsistance en cisaillement maximum possible

viii

Chapitre 1

INTRODUCTION1.1 MISE EN CONTEXTE

Ltude du comportement sismique des structures en maonnerie revt une impor-tance considrable au regard de lutilisation de la maonnerie travers le monde, de sonanciennet et de sa facilit de mise en uvre. Dans diverses rgions, les techniques deconstruction, aussi varies quanciennes, sont gnralement inadquates au comportementstable de ces structures sous sollicitations sismiques. Ainsi, depuis plusieurs dcennies, destudes sont ralises pour comprendre le matriau dans ses capacits structurelles et soncomportement sous sollicitations sismiques.

Si ladquation de la structure, par rapport aux sollicitations sismiques, peut tre va-lue par des critres de performances structurelles (rigidit, rsistance, capacit de dfor-mation, capacit de dissipation dnergie), ces derniers ont, par consquent, une grandeimportance dans le choix du type de structure de maonnerie (maonnerie confine, ma-onnerie arme, maonnerie non arme, maonnerie de remplissage) et permettent de lescaractriser.

Les recherches qui concernent les murs en maonnerie, particulirement celles sintres-sant lanalyse de leurs modes de rupture, contribuent grandement lamlioration ducomportement sismique de ces structures et renforcent les normes parasismiques souventplus rcentes que beaucoup de ces structures. Par consquent, llaboration de mthodesde renforcement ou de conception parasismique se rvle imprative.

Dans la premire partie de cette tude, un document de dfinition de ce projet derecherche a t propos (repris en majeure partie dans la revue de littrature ou dansle premier chapitre du prsent document). Ce document dfini le projet de recherchedun point de vue analytique et exprimental suivant une approche comparative des ma-onneries de remplissage, confines et armes partir des tudes et ralisations qui lesconcernent. Outre la contribution littraire qui en rsulte, de nouvelles donnes relatives lavancement des recherches sur ces structures, par le biais des essais exprimentauxrelatifs au comportement cyclique en plan dun mur en maonnerie arme rempli de cou-lis, y sont aussi relies. Les sections et paragraphes qui suivent, relatifs la revue delittrature, la description, le dimensionnement du spcimen, le programme exprimental

1

2 Chapitre 1. INTRODUCTION

et les rsultats associs, constituent les principales parties de la suite de ce mmoire dematrise qui sinscrit dans le cadre des projets de recherches du Centre de recherche engnie parasismique (CRGP) de lUniversit de Sherbrooke.

1.2 PROBLMATIQUE

La contribution structurale de la maonnerie est considre comme lune des principalesproccupations des chercheurs traitant la performance des structures en maonnerie lorsdes sismes passs. Ltude des mcanismes de ruine associs, linteraction avec dautresstructures ou matriaux, qui ne sont pas moins traits, se fait dans le but dvaluer sacontribution structurale qui a t nglige ou mconnue. Donc, un problme dvaluationou de prise en compte de la contribution structurale de la maonnerie se pose. Autrementdit, il est question de sa performance structurelle au regard de la rsistance, la rigidit,la capacit de dformation et la capacit de dissipation dnergie. En dautres termes,quel type de structure de maonnerie adopter en fonction dun niveau de risque sismiquedonn ? Quel comportement sismique peut prsenter une structure en tenant compte desmcanismes de rupture les plus probables et les sollicitations envisages (intensit, durede chargement et mode dapplication) ? Quels sont les caractristiques de la vulnrabilitde la structure en question ?

Une meilleure comprhension du comportement de ces structures passe ncessairementpar lanalyse des diffrents paramtres prcits, desquels dpend sa performance ou sacontribution structurale. Ce mmoire de matrise propose dapprofondir les recherchesdvaluation de la performance sismique des murs en maonnerie par le biais dun spcimende mur en maonnerie arme test sous sollicitation quasi statique cyclique en plan, tenantdune charge axiale normalise (P/Agf m) quivalant 0,10. Pd est la charge axiale decompression la section considre, Ag est laire brute de la section transversale du muren maonnerie et f m est la rsistance en compression spcifie de la maonnerie. Cettevaluation se fera suivant une approche qui prend en compte les tudes ralises afin decomparer la performance dudit spcimen et dapporter de nouvelles donnes ncessaires la comprhension du comportement sismique des structures en maonnerie arme.

1.3 ORIENTATION DU PROJET DE RECHERCHE

Les recherches relatives ce projet se font dans le but dapprofondir ltude de la r-ponse sismique des structures en maonnerie arme suivant les directives du Centre derecherche en gnie parasismique (CRGP). Ces recherches se rduisent principalement caractriser le comportement cyclique en plan dun mur en maonnerie arme rempli de

1.4. Objectifs du projet 3

coulis la suite des tudes analytiques comparatives de comportement des murs en maon-nerie arme et non arme. Plus prcisment, il sera analys la maonnerie de remplissage,la maonnerie confine et la maonnerie arme suivant des critres de performances. Parconsquent, les recherches se porteront sur ltude en plan de leurs modes de ruptureet lanalyse des paramtres de rsistance, de rigidit, de capacit de dformation et decapacit de dissipation dnergie.

Ainsi, un panneau de mur en maonnerie arme rempli de coulis a t soumis unessai cyclique quasi statique au laboratoire de structures de lUniversit de Sherbrooke.Des prismes ont aussi t tests en compression centre et en compression diagonale pourla caractrisation de la maonnerie en compression et en cisaillement. Ces essais ont servi valuer la performance structurelle du spcimen pour vrifier les similitudes ou les di-vergences de comportement par rapport aux autres types de maonnerie ou aux donnesexistantes.

1.4 OBJECTIFS DU PROJET

De manire gnrale, il est question dapprofondir la comprhension du comportementsismique des structures en maonnerie par lvaluation de la performance structurelle dunspcimen de mur en maonnerie arme ncessaire au dveloppement des mthodes de ren-forcement ou de conception de structures en maonnerie pour une meilleure performancesous charges sismiques. De manire spcifique, les objectifs sont les suivants :

inventorier et analyser les modes de rupture dans le plan et hors plan des structuresen maonnerie arme et non arme ;

comparer la rponse sismique des structures en maonnerie arme et non armesuivant les paramtres de rsistance, rigidit, capacit de dformation et capacit dedissipation dnergie ;

caractriser exprimentalement le comportement dun montage en maonnerie armesous un chargement cyclique quasi statique ;

dduire des essais exprimentaux raliss de nouvelles donnes sur les facteurs in-fluenant la performance sismique des murs en maonnerie dans le plan.

Les deux premiers points se rfrent la revue de littrature constituant la premire partiedu document. Les deux autres sont, de prfrence, lis la phase exprimentale et lanalysedes rsultats associs.

Chapitre 2

REVUE DE LITTRATUREUne synthse des recherches lies la maonnerie en termes de comportement sismique

est prsente dans cette partie du projet. En premier lieu, une prsentation du matriaumaonnerie est faite. Cette prsentation est suivie de linventaire des diffrents types destructures associs la maonnerie, analyss suivant diffrents modes de rupture ainsi queles principaux facteurs influenant leur performance sismique.

2.1 MAONNERIE

2.1.1 Gnralits

La maonnerie est un type de construction qui remonte des sicles dutilisation et quia subi des modifications en fonction de lunit de maonnerie, le mortier appel lier cesunits, les armatures et le coulis de remplissage des units creuses. Considre comme lundes principaux matriaux utiliss dans les sicles passs, elle participe dans pratiquementtous les types de structures allant de lunit dhabitation pour aboutir aux forteresses etaux cathdrales. Ldification des pyramides Maya et gyptiennes qui sont parmi les plusclbres structures en maonnerie qui ont traverses des millnaires en tmoignent.

Cette utilisation accrue de la maonnerie sexplique par son accessibilit, sa rsistanceen compression, sa durabilit, sa richesse en couleur, sa simplicit de mise en uvre et sonfaible cot de construction [7].

2.1.2 Le matriau

Pour CSA S304.1 [40] soccupant de la conception des structures en maonnerie etCSA A179 traitant des proprits et spcifications du mortier et du coulis, le terme ma-onnerie se rfre une construction dunits poses avec du mortier et pouvant contenirdu coulis et des armatures ou fixe individuellement par un mtal dencrage dans unestructure de support. La maonnerie est un matriau base de blocs qui peuvent tredes pierres ou des lments fabriqus (bloc ou brique de bton ou dargile), dont la liai-son est assure par du mortier de liants hydrauliques (chaux, ciment, pltre, sable, eau,

5

6 Chapitre 2. REVUE DE LITTRATURE

etc.) [25]. Les principaux types de blocs utiliss dans les constructions en maonnerie sontles suivants [25] :

Les blocs maonner pleins qui comprennent la pierre, les briques pleines de terrecuite, les blocs pleins de bton et les blocs de bton cellulaire.

Les briques et blocs perfors de terre cuite et de bton mis en uvre avec leursperforations.

Les blocs maonner creux qui comprennent les briques creuses de terre cuite et lesblocs creux de bton. Les blocs qui ont leurs perforations parallles au plan de posesont assimils des blocs creux.

Le mortier, qui joue le rle de liaison aux units, est un mlange de matriaux basede ciment o des matriaux, soit des agrgats et de leau utiliss pour les lits, les joint etsert de liaison aux lments de maonnerie. En ce qui a trait du coulis, il est inject danscertains murs en maonnerie. Il est fait dun mlange affaissement lev de matriauxcimentaires, soit des agrgats et de leau, dune consistance approprie pour le coulage oupompage sans sgrgation des constituants.

Le Code canadien de conception des structures en maonnerie [39] spcifie que lesproprits mcaniques des composantes de la maonnerie sont spcialement le mortier,le coulis et les units en maonnerie de bton et en argile. Pour la caractrisation de lamaonnerie, des tables de dtermination de la rsistance en compression spcifie (f m)de la maonnerie, normale au lit de mortier qui constitue larticulation des briques enmaonnerie pleines et des units en maonnerie en bton, sont donnes. Il en est de mmepour la rsistance spcifie en traction de la maonnerie due la flexion, ft.

2.1.3 Les types douvrages en maonnerie

Diffrentes typologies de construction en maonnerie existent et les techniques deconstruction sont aussi varies. De faon gnrale, les principales structures en maon-nerie se rfrent la maonnerie non arme et la maonnerie arme au regard de laprsence darmatures, la quantit, la distribution et sa participation ou non dans la re-prise des charges.

Une classification plus exhaustive des murs en maonnerie, en ce qui concerne leur fonc-tion de partition ou de reprise des charges, regroupe les murs en mur de remplissage aveccadre, mur de remplissage sans cadre, mur en maonnerie confine et mur en maonneriearme.

Le comportement global de ces murs, qui dpend dans une certaine mesure des caract-ristiques mcaniques des lments constitutifs garantissent que la stabilit de la structurevarie en fonction du type de mur. Cette stabilit est renforce par lagencement correct

2.2. Maonnerie non arme 7

des lments qui est li des techniques de construction garantissant une bonne liaisonou engrnement entre les lments composants les contraintes dans le mortier pas tropleves [54].

2.2 MAONNERIE NON ARME

Pour la norme canadienne relative aux structures en maonnerie [39], un btiment enmaonnerie non arme est considr comme un type de construction base dunit demaonnerie (bloc dargile, bloc de silicate de calcium, bloc de bton) sans lutilisationdarmatures autres que celles qui sont requises pour lancrage ou pour le contrle desvariations importantes de dimensions.

Plusieurs auteurs se rfrent la fonction de reprise des charges de ces structureset tablissent deux principaux types douvrages en maonnerie non arme qui sont lesmurs porteurs et les murs non-porteurs [7], [26], [68]. Contrairement aux structures non-porteurs, les premiers jouent un rle structural de premier plan, au sens quils participent la reprise des charges verticales, incluant leur poids propre, et les charges latrales.Dautres auteurs les regroupent en plusieurs catgories qui sont les suivantes :

le mur porteur plein : il est assez pais et peut tre construit avec diffrentes unitsde maonnerie ;

le mur porteur creux : il est compos de deux murs espacs, mais attachs structu-ralement lun lautre de faon ragir solidairement aux efforts. Lespace a pourbut damliorer lisolation thermique de louvrage et douvrir une barrire la pn-tration de leau. Cet espace doit tre dau moins 50mm (2 po) [26] ;

le placage ; le mur de partition : il sert dlimiter les espaces confrant la structure la fonction

pour laquelle elle a t construite ; le mur de remplissage : gnralement en faade contournant ou ceinturant la struc-

ture.

2.3 LES MODES DE RUPTURE DES MURS EN MAONNERIE NONARME

Dans ltude du comportement de la maonnerie, lidentification des diffrents modesde rupture se rvle dune importance considrable. Plusieurs approches peuvent treconsidres pour comprendre la rupture de la maonnerie sous charge sismique. Dunepart, une tude locale des modes de rupture [79] lis la fissuration le long des jointsde mortier et au travers des briques et, dautre part, lis lcrasement par compression,traction ou cisaillement de ces mmes blocs. De faon gnrale, les modes de rupture de la


maonnerie sont tudis selon quils sagissent des ruptures en plan ou des ruptures horsplan du mur.

Du fait de la propagation des secousses sismiques dans toutes les directions, le mode derupture rel dun lment peut tre une combinaison de ces modes cits prcdemment.Toutefois, lidentification dune rupture rsultant de la combinaison de deux ou plusieursruptures de base se rvle difficile faire sur un site aprs un tremblement de terre. Parconsquent, la rupture est gnralement attribue au seul effet des forces transversales [29].

2.3.1 Rupture en plan

Les murs avec cadre structurel et murs de remplissage, du fait de la diffrence decomportement entre le mur en maonnerie et le cadre, sont complexes en ce qui concerneltude des modes de rupture qui sont difficiles prdire [35]. Ces derniers sont multiples etdpendent de la rsistance et de la rigidit du cadre par rapport celles de la maonneriede remplissage. Lossature en bton arm se dforme la faveur du jeu existant entreles diffrentes composantes qui sentrechoquent au lieu de rsister ensemble sous leffetdes secousses. Ce mouvement diffrentiel fait clater la maonnerie qui, avant de rompre,exerce une pousse sur la jonction poteau-poutre. Elle amorce ensuite la rupture de latte du poteau et prpare leffondrement de lossature [25] (fig. 2.1). La prsence de lamaonnerie de remplissage dans les cadres empche ces derniers de se dformer librementce qui entrane ainsi la rupture par cisaillement des poteaux de ces cadres, le tout pouvantconduire leffondrement complet de la construction [77].

Figure 2.1 Mcanisme de ruine des ossatures par jeu avec leur remplissage de maonnerie,[129].

Shing et Mehrabi [112] ont identifi cinq principaux mcanismes de rupture des cadresremblays de murs de remplissage. La rupture peut provenir dun mcanisme de flexion

2.3. Les modes de rupture des murs en maonnerie non arme 9

pure (A), dun mcanisme de glissement (B, D), dun mcanisme de tension diagonale (C),dun mcanisme de compression diagonale (E) ou dune combinaison de ces mcanismesprsents la figure 2.2.

Dans le mode purement flexionnel (A), le cadre et le remplissage agissent comme unseul lment la flexion. Ce comportement se produit souvent un faible niveau de chargeo la sparation du cadre et le remplissage ne sest pas produite. Quand les panneaux deremplissage sont traits comme un lment non structural, ils ont tendance se sparerdu cadre un niveau de charge modre si les deux ne sont pas solidement attachs. Ence qui concerne les cadres non lancs, la rupture par flexion est rare, car il se produitgnralement la sparation du mur avant la rupture par flexion.

En ce qui concerne le mode B, il est caractris par une fissure horizontale coulissante la mi-hauteur du cadre. Cela introduit un comportement de colonne courte et est donctrs indsirable. Des rotules plastiques peuvent se former la mi-hauteur du cadre. Pourles cadres en bton arm, les colonnes auront une forte tendance dvelopper une rupturepar cisaillement.

Pour le mcanisme de compression diagonale (mode C), des fissures diagonales se pro-pagent dun coin charg lautre pouvant parfois tre jointes par une fissure horizontale la mi-hauteur. Dans ce cas, le remplissage peut dvelopper un mcanisme de tension dia-gonale qui conduit ventuellement un broyage du bton de langle, des rotules plastiquesou une rupture par cisaillement dans les membres du cadre.

Quant au mode D, il est caractris par le glissement de plusieurs lits de mortier(fissures horizontales) dans la maonnerie de remplissage. Cela se produit souvent dansles remplissages avec de faibles joints de mortier et peut rsulter en un comportementassez ductile, condition que la rupture par cisaillement fragile des colonnes puisse trevite.

Enfin, le mode E prsente un mcanisme de compression diagonale distinct avec deuxfissures parallles distinctes. Il est souvent accompagn du broyage du bton du coin.Parfois, ce broyage peut galement se produire au centre du remplissage.

Pour le mcanisme de glissement dans les murs de remplissage, la fissuration dbutedans les ranges limitrophes du coin suprieur charg et elle chemine diagonalement versle centre du mur tout en continuant lhorizontale [35]. En suivant ce rapport, quelquesparamtres dimensionnels peuvent conditionner la tenue dun mcanisme comparative-ment un autre. Ainsi, les dimensions relatives des units de maonnerie et du mur deremplissage, surtout le rapport h/l du mur infrieur deux fois le rapport h/l de lunit,semblent tre un facteur qui contribue la formation dune fissuration horizontale au lieudune fissuration diagonale dun coin lautre. Ce mcanisme se distingue par le fait quilnentrane pas la cration dune colonne courte et dune rotule plastique vis--vis du plan


Figure 2.2 Modes de rupture en plan dun mur de remplissage en maonnerie non arme[112].

de glissement du mur [112]. Cependant, ce glissement qui peut se dvelopper dans plusieursjoints dpendamment de la rsistance du mortier. De plus, une rupture par cisaillementest probable dans un cadre de bton arm.

En ce qui concerne le mcanisme de tension diagonale, la fissuration dbute au centredu mur et se propage ensuite vers les coins avec une inclinaison approximativement gale celle de la diagonale [35]. Le cheminement de la fissuration dans les joints ou au traversdes units dpend toujours de la rsistance relative du mortier et des units. Cependant,en prsence defforts de compression importants, la rsistance au cisaillement des joints estplus importante [35]. Au centre du mur, les contraintes de tension la base du mcanismede glissement sont maximales et elles diminuent avec laugmentation de la longueur decontact et de la rigidit du cadre [113]. Par contre, le dveloppement du mcanisme decompression diagonale pourrait avoir lieu [112].

Par rapport au cadre se trouvant dans sa priphrie, le mur de remplissage nest passujet au mcanisme de basculement. Il est, de prfrence, expos au mcanisme de com-pression diagonale dans lequel il y a la formation dune bielle dlimite par la fissurationdiagonale avec la possibilit dun crasement de la maonnerie, des rotules plastiques oudune rupture en cisaillement dans le cadre [112]. Cette fissuration diagonale stend pro-

2.3. Les modes de rupture des murs en maonnerie non arme 11

portionnellement au dplacement latral dcomposant le mur de maonnerie en de petitsprismes chargs axialement. Il en rsulte donc une forme dinstabilit hors plan de lamaonnerie fissure et comprime amenant la rupture du mur [35].

Vue les performances relativement bonnes de la maonnerie en compression, les rupturesen compression sont graduelles et sont prcdes par une grande augmentation du tauxde dformation de la diagonale [113]. Toutefois, ce nest pas le cas des murs construitsavec des units creuses, car la fissuration peut faire place une rupture soudaine [35]. Dufait de la grande proportion de vide lie leur forme, les units creuses sont gnralementplus rsistantes que les units pleines et, par consquent, plus fragiles. Le mcanisme decompression diagonale est caractris par lcrasement des units de maonnerie lorsquela rsistance de ces dernires est moindre que celle du mortier [93]. La longueur de contactentre le mur et le cadre varie avec la rigidit du cadre. De plus, plus le cadre est rigide,plus lcrasement de la maonnerie stend des appuis vers le centre du mur [113].

2.3.2 Rupture hors plan

Les sollicitations hors plan du mur de remplissage induisent des fissures qui sont ca-ractristiques de certaines sollicitations. Les modes de ruptures les plus inventoris serapportent lcrasement lappui et linstabilit transversale due la flexion horsplan. Le motif de fissuration qui en rsulte tmoigne du type de flexion auquel le mur estsoumis ; flexion uniaxiale ou biaxiale lie aux conditions linterface cadre-mur [130].

Comme dans le cas dun chargement en plan, le motif de fissuration dun mcanisme detension diagonale a t remarqu dans le mur de remplissage charg hors de son plan [10].Le mcanisme de tension et de balancement des segments a t aussi remarqu. Dans cemcanisme, la fissuration qui en rsulte produit la sparation du mur en segments qui sebalancent et dont le mouvement est limit par le cadre. Il se produit alors des contactssegment-segment et segment-cadre en ce qui concerne une cration defforts de compressiondans le plan du mur. La ressemblance du mur une arche trois rotules, communmentappel effet darche se caractrise par la diminution de la surface de contact en fonctionde laugmentation de la flche au centre et de la tendance lcrasement en compressionde la maonnerie dans les zones de contact [86].

Le mcanisme dcrasement a lieu dans les murs de remplissage qui ont une assezbonne rigidit (figure 3). La possibilit de lapparition dinstabilit, avant leffet darche etle dveloppement du mcanisme dcrasement de la maonnerie, est lie un lancementimportant du mur ou une faible rigidit du mur ou du cadre [91].


Figure 2.3 Rupture hors plan dun mur de remplissage par crasement de la maonnerie[86].

2.4 LES FACTEURS INFLUENANT LA PERFORMANCE SISMIQUE

Ayant comme fonction la protection des vies et des biens, les structures sont appeles,en fonction de leur importance, ne pas subir de grands dplacements ou des dommagesstructuraux au cours dun vnement sismique. Pour dautres, les structures doivent treaussi ductiles que possible pour viter leffondrement structural [102]. Il en rsulte donc unecertaine performance de la structure dpendamment de son comportement sismique ou duniveau de dommages quelle a subi. Plusieurs facteurs peuvent caractriser la performancesismique dune structure en maonnerie et dont la prise en compte permet de contrlerles dommages jusqu les minimiser. Il sagit de la rsistance, la rigidit, la capacit dedformation et la capacit de dissipation dnergie.

2.4.1 La rigidit2.4.1.1 Chargement en plan

En suivant la nature htrogne de la maconnerie (units de maonnerie lies parun joint de mortier qui peuvent tre de rsistances diffrentes) qui la rend fragile auxsollicitations sismiques, les murs prsentent par contre une rsistance relativement bonneen compression leur confrant une assez bonne rigidit. Pour les murs de remplissage, larigidit est directement proportionnelle la rsistance en compression de la maonnerie[10].

Les mmes constats de dgradation de la rigidit avec lendommagement du mur dereplissage sans cadre sont fait avec une rduction de la rigidit de 50 % au moment de lafissuration [93]. Les relations chargement hors plan-rigidit en plan se traduisent par une

2.4. Les facteurs influenant la performance sismique 13

diminution de la rigidit en plan de plus de 50 % [58], [63] pour un chargement prliminairehors plan atteignant jusqu 75 % de la rsistance maximale hors plan. Cette rigidit estdautant plus leve que la friction entre le cadre et le mur est bonne. Linfluence de lafriction est dautant plus importante que le rapport h/l augmente [43]. La rigidit aug-mente avec la charge axiale, plus prcisment dune valeur de 30 % pour une augmentationde 50 % de la charge axiale [87]. Le manque de contact entre le mur et la poutre diminuela rigidit initiale lorsque la rotation du mur nest pas suffisante pour rduire lespaceentre la poutre et le mur au coin de chargement [43]. La rigidit se dtriore aussi par laprsence de connecteurs entre le cadre et le mur donnant lieu des contraintes localises,donc de la fissuration [44].

Dautres paramtres influent sur la rigidit des murs de remplissage. Une diminutionnon proportionnelle de 20 % 40 % de la rigidit a t obtenue pour un taux douverturede la section horizontale du mur quivalant environ 50 % [72], [93]. Par ailleurs, la rigiditaugmente avec le nombre de baies, car une augmentation de 50 % 70 % de la rigiditest enregistre lorsquon passe dun simple baie un double, alors quun triple baie a aumoins deux fois la rigidit dun simple baie [3], [93].

2.4.1.2 Chargement hors plan

Pour un chargement hors plan, la rigidit flexionnelle du mur nest pas trop approfon-die dans la littrature. Les rapports qui sy consacrent montrent que la rigidit diminueavec lendommagement du mur, la fissuration et lcrasement du mortier et de la maon-nerie [60], [88]. la suite dun total de 22 tests effectus sur huit panneaux de murs deremplissage en maonnerie pour des chargements en plan et hors plan, Shapiro et al. [108],ont montr que, pour un taux de dformation correspondant 3% de la hauteur du mur(/h = 0,03), les contraintes de compression verticales dues des charges de gravit si-mules ont augment la premire rigidit hors plan, mais avaient peu dinfluence sur lecomportement une fois que la contrainte verticale devenait infrieure aux forces hors plandu mur. Lapplication simultane des contraintes dans le plan augmente aussi lgrementla premire rigidit hors plan, mais avec peu deffet sur la rsistance hors plan.

2.4.2 La rsistance2.4.2.1 Chargement en plan

Les diffrents mcanismes de rupture affectent la rsistance dun mur de remplissagecharg dans son plan dpendamment de la faon dont la fissuration samorce dans les unitsde maonnerie ou les joints de mortiers, des dimensions du mur et de la densit douverture.En ce sens Angel et Abrams [10] ont observ une proportionnalit entre la rsistance la


fissuration et le dplacement crant la fissuration et que cette proportionnalit varie avecle type de mortier. Pour un mme mcanisme de rupture, le mur prsente une rsistancesuprieure de 10 % 50 % sil est construit avec des blocs pleins plutt quavec des blocscreux [87], [93].

Pour la compression diagonale avec crasement de la maonnerie, une diminution rapidede la rsistance du montage exprimental est enregistre aprs le maximum avec unerserve de 40 % 50 % de la rsistance aprs la rupture et la chute de plusieurs rangesdunits [58]. la suite du comportement densemble, il peut y avoir redistribution desefforts en prsence dun endommagement local au coin de chargement. Cela aurait pourconsquence daugmenter la longueur de contact entre le mur de remplissage et les colonnesafin de maintenir le mcanisme de compression diagonale [43] avec une diminution rapidede la rsistance du systme la suite dun endommagement du mur prs de la base.

la suite des recherches effectues sur des murs de remplissage, Stafford Smith [113]a montr que la rsistance du systme cadre-mur de remplissage est proportionnelle larigidit relative du cadre par rapport au mur de remplissage. Toutefois, ses montages nefussent pas des cadres avec mur de remplissage proprement dit, car Flanagan, Bennett,Richard et Beavers [58] ont dmontr que cette rigidit relativement grande na pas men une diffrence significative de rsistance du vrai systme cadre avec mur de remplissage.

Le type de connexion des lments du cadre peut influencer la rigidit, en ce sens oune connexion poutre-colonne flexible dont la transmission de moment nest pas autori-se change le mode de rupture et diminue la rsistance du systme de prs de 50 % aumaximum et de 25 % la fissuration [44]. Les mmes effets sont enregistrs lorsque lemur de remplissage na pas de contact avec le dessous de la poutre ou les colonnes ad-jacentes [58], [116]. Le retrait du mortier constituant le joint peut crer cet espace parrapport la poutre. Dans ce cas, le mouvement du mur peut rtablir le contact et larsistance ne se trouve pas affecte [116]. Des tentatives de rtablissement de ce contactpar lajout de connecteur nest pas une bonne solution, car cette disposition est loriginede fissuration lextrieur de la diagonale [44] mme si elle ninfluence pas la rsistancede lensemble.

la suite dune tude sur des murs de remplissage de blocs de bton pour lvaluationde la rsistance, Flanagan et Bennett [57] ont trouv que la rsistance ne varie pas avec lematriau du cadre (bton ou acier). Par contre, le matriau constituant le mur influe surla rsistance de la maonnerie lorsque les cadres sont en acier et les murs en brique, tuilestructurale, brique ou bloc de bton.

Te-Chang et Kwo-Hung [116] ont montr, dans une tude numrique, quun systmemur-cadre o il y a contact par friction linterface prsente une augmentation de r-sistance de 10% 20% comparativement au cas o il ny aurait pas de friction. La


rsistance varie aussi avec la charge verticale, car une augmentation de 50% de la chargeverticale peut augmenter la rsistance maximale de 25% [87]. Cependant, la distributionde la charge verticale entre les colonnes et la poutre ne semble pas influencer la rsistancedun cadre avec mur de remplissage. La prsence douvertures, gnralement constituespar les portes et fentres dans les murs de remplissage induisant une rduction de lasection horizontale jusqu 50%, contribue la diminution de la rsistance de 20% 30% [58], [66], [72], [93].

Linfluence du nombre de baies est non ngligeable sur la rsistance du mur en ma-onnerie. Un facteur de 3,9 est affect la rsistance dun mur de remplissage simpleconstitu de blocs pour valuer celle dun remplissage double de mmes caractristiques.Un triple baie constitu de briques voit sa rsistance quivaloir 1,2 fois celle dun simplebaie remplie de briques [3].

Les courbes hystrsis relatives aux essais cycliques renseignent sur la variation de larsistance qui se dgrade par rapport la rsistance du mur lors du premier cycle enfonction du nombre de cycle que prsente le systme [35]. La perte de rsistance dansun mur de remplissage lors de la deuxime phase du chargement cyclique varie entre10% et 15% de la rsistance du systme [72]. Centeno [32] et Mehrabi et al. [87] ontmontr que la rsistance varie avec le type de chargement, car les murs ont une plus petitersistance et une plus grande dgradation de rsistance pour un chargement cyclique oudynamique comparativement un chargement statique. En ce qui concerne linfluencedes caractristiques hors plan par rapport la rsistance en plan des murs dont le cadreassure le confinement , un chargement hors plan quivalant environ 75% de la rsistancemaximale hors plan ninflue pas sur la rsistance en plan du mur de remplissage [58], [64].


La rsistance du mur de remplissage sollicit hors plan atteint sa valeur maximale lapproche de lapparition des premires fissures qui est suivie par une dgradationgraduelle de cette valeur jusqu 50% de la rsistance correspondant un dplacementde 50% de lpaisseur du mur [60]. Le motif de fissuration dans le mur de maonnerie,soit par les joints de mortier, soit par les units de maonnerie, soit par le glissementdes rangs de maonnerie, a une relation directe avec la dgradation de la rsistance dusystme [8], [45], [91]. Leffet darche est plus probable avec les murs pais et plus grandeest la rsistance correspondante [58]. Par contre, leffet darche a moins dimportancedans lvaluation de la rsistance lorsque les murs prsentent un petit rapport h/t qui leurconfrent un comportement semblable une plaque paisse [56].

La rigidit en flexion des colonnes dun cadre de mur de remplissage influe sur larsistance du systme avec une augmentation de la rsistance en fonction de la rigidit,


mais une diminution rapide du taux daugmentation de la rsistance [8], [45]. Il en estde mme pour la rigidit en torsion des colonnes constituant surtout les cadres avec unegrande rigidit en flexion [45].

Les joints horizontaux dun mur de remplissage sont fortement sollicits en tension lasuite du glissement qui a lieu entre le mur et les colonnes adjacentes induisant une flexionverticale. linverse, une flexion horizontale est produite par le glissement linterfacehorizontale du mur avec la poutre causant la fissuration dans les joints verticaux ou di-rectement au travers des units de maonnerie dpendamment de lintensit de la charge.Lutilisation dattaches peut prvenir le glissement du mur de maonnerie de mme quelapplication de mortier entre le mur et les lments du cadre [41]. Le mme rsultatsobtient aussi avec les ailes des colonnes dun cadre en acier [45].

2.4.3 La capacit de dformation2.4.3.1 Chargement en plan

Daprs les tudes ralises par Mehrabi et al. [87] sur des murs de remplissage en termesde dformation due un chargement en plan, il y a dabord lapparition des premiresfissures entre 0,17% et 0,46% de la hauteur du mur, puis celles caractristiques de larsistance maximale de 0,21% 0,91%. Pour un dplacement entre 1% et 2% de lahauteur du mur, 20% de la rsistance maximale est puise. Les fissures saccentuent etse multiplient avec laugmentation de la charge. Pour un taux de dformation de 1% 1,7% la plastification de larmature des colonnes a lieu, tandis que pour la poutre elle sefait vers 3%.

En ce qui concerne lvolution de ltat dendommagement en fonction du dplacementlatral impos, contrairement Mehrabi et al. [87], Kakaletsis et Karayannis [72] ont trouvque, pour une rupture par compression diagonale avec crasement de la maonnerie, il y aeu fissuration initiale un dplacement de 0,3% et plastification de larmature des colonnesvers 1,1%, soit avant la rponse maximale. Le dplacement correspondant la rsistancemaximale quivaut 1,2% de la hauteur du mur, tandis que pour la plastification delarmature de la poutre, le dplacement atteint approximativement une valeur de 0,9%.

la suite des essais raliss avec rupture par compression diagonale, Dawe et Seah [44]ont trouv une valeur de 0,9% pour la rsistance maximale et de 7,5% pour 50% de larsistance maximale aprs lavoir atteinte [44].

Dans le cas dun mode de rupture par glissement, le dbut de fissuration correspond undplacement de 0,3%, un mouvement de glissement se fait autour de 1% et une fissurationhorizontale importante jusqu un dplacement correspond 3,55% de la hauteur dumur [32].


La prsence des ouvertures dans les murs de remplissage na pas modifi considrable-ment les dformations releves dans les murs sans ouverture. Toutefois, il y a une rupturepar glissement dans la portion au-dessus et en-dessous des ouvertures. Si ltat de fissura-tion est pratiquement le mme, la plastification se produit plus tt pour des dplacementsallant de 0,3% 0,9%, de mme que lapparition des rotules plastiques (de 0,3% 0,9%).La capacit de dformation des murs augmente avec les ouvertures, particulirement cellesconstitues par les portes, car, dans le cas des murs sans ouverture, la rsistance maximaleest atteinte entre 0,9% et 1,9%, alors quil reste encore 85% de cette rsistance entre 1,9%et 3,5% [72], [93].


La dformation correspondant la rsistance maximale hors plan des murs de remplis-sage sans charge axiale a une valeur de 0,3% de la hauteur du mur et saccompagne dela fissuration. Elle est de prfrence 1,6% pour une charge axiale applique [?]. Mme enprsence dune fissuration importante, une grande partie de la capacit de dformation estencore disponible en dessous dun dplacement de 50% de lpaisseur du mur [63].

cause de la prsence de la flexion horizontale qui ne semble pas avoir de limite destabilit comme pour la flexion verticale, les murs ont une grande capacit de dplacementhors plan. Un mur non support au sommet, mais bien retenu sur les cts, a subi undplacement 30% suprieur son paisseur tout en fournissant encore 50% de sa rsistancemaximale [60]. Plus le mur et les cadres sont rigides, moins la capacit de dformationhors plan sera importante [91].

2.4.4 La capacit de dissipation dnergie

La dissipation de lnergie est souvent mesure indirectement, donc avec une certainemarge derreur par le taux damortissement qui est parfois considr comme un indicateurde lnergie dissipe dans un systme dynamique. Vu que peu dessais dynamiques ont traliss sur des murs de maonnerie et que la publication de taux damortissement visqueuxquivalant calculs partir des courbes dhystrsis dessais cycliques est relativementrcente pour la maonnerie, cette faon de quantifie lnergie dissipe peut se rvlerinadquate [117].

2.4.4.1 Chargement en plan

la suite des essais dynamiques effectus sur des murs de remplissage, Hashemi etMosalam [61] ont trouv un taux damortissement quivalant 12% pour une structureendommage en comparaison son quivalant non endommage pour laquelle ce taux est


de 5% en moyenne. Ce taux damortissement a t calcul partir de la priode de lastructure teste et partir du rapport de lnergie dissipe sur lnergie de dformationmaximale chaque cycle. La capacit de dissipation dnergie du mur de remplissage,durant un deuxime cycle de chargement, se dgrade de 15% 33% [72]. Cette dgradationest aussi releve dans les murs de remplissage avec ouvertures, particulirement celles avecdes portes, et est approximativement de 30% [72].

Le type ou la densit de vide dans lunit de maonnerie influence la capacit dedformation du mur de remplissage. Ainsi, Mehrabi et al. [87] ont constat que les mursde remplissage construits avec des blocs pleins montrent une meilleure dissipation dnergieque ceux construits avec des blocs creux.

Du fait du comportement non linaire des composantes la base du systme mur-cadre,le comportement hystrtique du mur de remplissage se traduit par une rponse inlastiquenon-linaire [36]. Les comportements des principales composantes sont les suivants : lafissuration et lcrasement de la maonnerie, la fissuration du bton, la plastification delacier, la dgradation du mcanisme dadhsion/friction et la variation de la longueur decontact le long de linterface mur/cadre. De plus, linteraction mur-cadre qui influe sur lesautres caractristiques du comportement du systme mur-cadre contribue la dissipationde lnergie, surtout en phase inlastique [116].


Le comportement hors plan des murs de remplissage prsente une linarit beaucoupplus prononce que le comportement en plan jusqu un dplacement correspondant 20%de lpaisseur du mur indiquant une plus faible capacit de dissipation dnergie [64]. Grif-fith et al. [?] ont raliss des essais sur des spcimens de murs, pour lesquels les paramtrestests incluent le rapport h/l, la prsence dune ouverture et leffet dune charge verticalede compression supplmentaire. Daprs ces essais, chaque mur prsente des valeurs detaux damortissement relativement constantes en fonction des cycles de chargement avecun dplacement maximal suprieur 10 mm. Ces taux damortissement quivalant ont desvaleurs comprises entre 13% et 18% et ont t estims partir des courbes dhystrsis. Ilsont dmontr quun mur en flexion biaxiale hors plan peut manifester un comportementnon linaire aprs latteinte de sa rsistance maximale.

2.5 MAONNERIE CONFINE

La vulnrabilit des structures en maonnerie non arme en prsence des forces sis-miques est la base des dommages les plus catastrophiques que connaissent ces struc-tures. Au regard de lutilisation massive que connaissent ces ouvrages, il devenait de plus

2.5. Maonnerie confine 19

en plus urgent dattnuer cette vulnrabilit par limplmentation de nouvelles techniqueset mthodes de calcul. Si certains problmes sont rsolus par lapport des cadres en btonarm ou en acier, dautres sont rests entiers, en se rfrant au problme dinteractionentre cadre et mur de remplissage, qui ont des comportements diffrents. Cela expliquelorientation vers la maonnerie confine qui se veut tre une alternative en ce qui a trait aucomportement de la maonnerie de remplissage [30] pour les btiments de faible hauteur.

2.5.1 Caractristiques dun mur en maonnerie confine

Les constructions en maonnerie confine se composent de murs de maonnerie et derenforcements verticaux et horizontaux (lments de confinement) construits sur les quatrects du mur. Les lments de confinement ont gnralement des sections transversalesplus petites que leur correspondant dans les constructions ossature en bton arm. Ceslments sont rigs aprs la construction du mur en maonnerie dentele ses extrmitsafin de crer les liaisons de confinement mur-lments [30].

2.5.2 Rle des principales composantes dun mur enmaonnerie confine

Les murs en maonnerie, aids par les lments de confinement, transmettent les chargesde gravit de la dalle la fondation. Ils agissent aussi en tant que murs de refend quirsistent des forces sismiques horizontales dans leur plan. Ils sont donc confins par despoutres (tirants) et des colonnes et ils ne comportent pas dimportantes ouvertures afindassurer une performance sismique satisfaisante.

Les lments de confinement sont efficaces pour amliorer la stabilit et lintgrit desmurs en maonnerie face aux forces sismiques dans le plan et hors plan. Ils minimisentla rupture sismique fragile des murs en maonnerie et ils les protgent dune compltedsintgration en cas de sismes majeurs. Ils contribuent (en particulier les colonnes) lastabilit globale du btiment pour les charges gravitaire.

2.5.3 Performances des btiments en maonnerie confine

La premire utilisation dclare des constructions en maonnerie confine fut la recons-truction des btiments dtruits lors du sisme Messine en 1908 (Italie 7,2) qui a caus lamort de plus de 70 000 personnes. Leur performance fut si vite constate quils ont timplants un peu partout dans le monde au cours des 30 dernires annes, particulire-ment en Europe mditerranenne (Italie, Slovnie, Serbie), en Amrique latine (Mexique,Chili, Prou, Colombie, en Argentine, etc.), en Moyen-Orient (Iran, Algrie, Maroc), enAsie du Sud (Indonsie) et en Extrme-Orient (Chine).


Les constructions rgulires en maonnerie confine dans le plan qui ont des plan-chers dtages rguliers et une densit de murs suffisante ont tendance se comporternormalement malgr des petits problmes de conception et de construction. La mauvaiseperformance de ces structures est gnralement associe une quantit insuffisante demurs dans une ou les deux directions principales dune structure, des dimensions insuffi-santes des lments de confinement, les problmes dans les armatures longitudinales descolonnes en termes de quantit et de dtails, les discontinuits des poutres, les connexionsinadquates des diaphragmes et des configurations structurelles inappropries [89].

Le tremblement de terre de 1939 de magnitude 7,8 au Chili revt une importanceparticulire, car de cette priode datent les premiers rapports relatifs la performanceparasismique des constructions en maonnerie confine. Pour une intensit modifie de IX lchelle Mercalli (MMI), plus de 50% des btiments en maonnerie confine inspectsont survcu au tremblement de terre sans aucun dommage, tandis que prs de 60% des b-timents en maonnerie non arme taient partiellement ou entirement crouls entranant30 000 morts. Dans les annes qui suivent, la maonnerie confine a t expose plusieurssismes importants au Chili, Llolleo de 1985 de magnitude 7,8 et, plus rcemment, soit le27 fvrier 2010, le tremblement de terre de Maule de magnitude 8,8 [89].

2.5.4 Mcanismes de rupture

linstar des murs de remplissage, les murs en maonnerie confine sont sollicitspar les charges agissant sur la structure entranant la rupture ou la ruine en fonction delintensit ou la direction dapplication de ces charges. En ce qui concerne les secoussessismiques, les mcanismes de rupture dans les murs en maonnerie confine correspondant deux scnarios possibles [89] :

Les forces gnres par les secousses sismiques agissent dans la direction parallle laxe longitudinal du panneau qui peuvent tre considres comme des forces dans leplan du mur.

Les forces agissent selon un axe perpendiculaire au panneau ou chargement hors plandu mur.

2.5.4.1 Mcanismes de rupture dans le plan

Les effets des secousses sismiques dans le plan du mur de maonnerie confine peuventengendrer un mcanisme de rupture en cisaillement ou un mcanisme de rupture parflexion [118], [119], [128]. La fissuration diagonale distribue dans le plan du mur estla caractristique principale du mcanisme de rupture par cisaillement. La destruction dulien mortier-brique ou bloc (mcanisme cisaillement-frottement), ou les fissures de traction


dans les lments en maonnerie, sont les principales causes des dommages enregistrs dansles panneaux confins.

Lorsque sappliquent les forces sismiques, dans une premire phase, le panneau de murreprend les effets des charges sismiques sans lapport considrable des lments de confi-nement. Avec laugmentation de lintensit des charges, la fissuration samorce dans leplan du mur et il y a une transmission qui se fait du mur vers les colonnes adjacentes.Cela a pour effet dengendrer des contraintes de traction et de compression dans les co-lonnes [120]. Pour des valeurs de chargement correspondant la charge ultime, les dgtsdans les colonnes se concentrent au sommet et la base du mur. Le cisaillement dans lespoteaux peut tre limit par une quantit adquate darmatures transversales suffisam-ment espaces dans les zones dextrmit de ces colonnes.

Selon les rsultats des tests effectus par Prez [103] sur un spcimen de mur en maon-nerie confine port dans deux directions, soumis charges latrales cycliques, un motiftypique de dommages sous forme de fissures de cisaillement diagonale apparat dans leplan du mur. La rupture a eu lieu sous la forme dune fissure diagonale qui sest propage travers les murs et les colonnes. Ce mcanisme est susceptible de se produire dans lesbtiments avec des colonnes de sections petites dont la largeur ne dpasse pas 1,5 foislpaisseur du panneau.

Figure 2.4 Rupture par cisaillement au niveau dun mur en maonnerie confine : gauche [128], droite [2].

la suite des observations faites sur un ensemble de dommages ds plusieurs se-cousses sismiques (Tehuacn de 1999, Tecomn de 2003 au Mexique, le sisme de 2001 auSalvador, Maule 2010 au Chili), le plus courant des dommages enregistrs est la rupturepar cisaillement dans le plan de murs de maonnerie confine, la base [89].

Le mcanisme de rupture par flexion, d des charges latrales dans le plan, est


caractris par une fissure horizontale dans les joints du lit de mortier situe sur le cttendu du panneau [128]. La sparation des colonnes du panneau a t observe danscertains cas quand la connexion dente mur-colonne nassurait pas ou tait inexistante. Parconsquent, une fissuration horizontale se propageait dune colonne lautre en traversantles murs sous forme de fissure de cisaillement. Le mcanisme de rupture par flexion nestpas aussi critique que le mcanisme de cisaillement, car il ne conduit pas la rupturefragile, bien que le broyage et la dsintgration de la maonnerie dans les zones danglecomprimes du panneau peuvent avoir lieu. En participant la reprise des charges degravit dans les btiments endommags en maonnerie confine, les colonnes jouent unrle essentiel dans la stabilit verticale de la structure [6]. Leur rigidit axiale leve et leurrsistance en traction et en compression leur permettent dintervenir graduellement dans lareprise dune grande partie de la charge de gravit en fonction de ltat dendommagementdes murs et du mcanisme de transmission des charges.

La rupture dune colonne a gnralement lieu lorsque des fissures se propagent dansun panneau de maonnerie et traversent la colonne et la cisaillent. Cette rupture peutavoir lieu, soit en raison du mcanisme de rupture la flexion (fig. 2.5), soit en raisondu mcanisme de rupture par cisaillement. Il a t observ que le nombre de liens auxconnexions poutre-colonne et le dtail des armatures longitudinales semblent jouer un rledans la rsistance au cisaillement des colonnes. Le flambage des aciers longitudinaux a tobserv lorsque les dimensions ou lespacement des armatures transversales aux extrmitsdes colonnes nont pas t suffisants ou lorsque lcrasement des lments de maonneriea eu lieu [89].

Figure 2.5 Rupture de flexion dans des panneaux en maonnerie confine [128].


2.5.4.2 Mcanisme de rupture hors plan

Les secousses sismiques dans la direction hors du plan du mur de maonnerie provoquentdes contraintes de flexion et de cisaillement dans le mur. Elles peuvent entraner la fis-suration et leffondrement possible du mur en le renversant (rupture par renversement).En raison dune augmentation des acclrations spectrales en fonction de la hauteur dubtiment, les effets sismiques hors plans sont plus prononcs au niveau du plancher sup-rieur (fig. 2.6) [89]. Ltendue des dgts et la possibilit de rupture du mur dpendent dutype de toit et du type de diaphragme (rigide ou flexible) que constituent les planchers etla faon dont le mur est attach ses lments de confinement. Le mcanisme de flexionhors plan est critique principalement pour les immeubles avec diaphragmes flexibles quine sont pas capables de transmettre des forces latrales sur les panneaux de mur rigidesorientes dans la direction de laction sismique. Dans certains cas, ce mcanisme peut aussitre critique dans les btiments avec des diaphragmes rigides en raison de forces dinertiegnres par les vibrations des parois transversales (voir la figure 2.6). Pour prvenir larupture hors plan des panneaux confins, lespacement maximal entre les colonnes et lespoutres du mur doit avoir une valeur limite et on doit rendre possible linteraction entreles murs et les lments de confinement par les interfaces dentels [89]. Le mcanismede rupture hors plan des panneaux dans des btiments avec des diaphragmes rigides estsimilaire aux caractristiques dune dalle supporte sur tous les cts et le mcanismeest soumis une charge uniformment rpartie (figure 2.7). Ce type de dommage a tobserv au niveau du deuxime tage dun btiment de trois tages endommag au Chili(tremblement de terre 2010, Maule) [89].

Les poutres en bton arm jouent un rle important dans lamlioration de la rsistancehors plan des murs en maonnerie confine dans les btiments avec des diaphragmesflexibles. Ces poutres doivent avoir une section suffisante et elles doivent tre armesdarmatures respectant les spcifications (quantit et dtails des armatures) [89].

2.5.5 Les facteurs influenant la performance sismique

2.5.6 Rigidit

Dans une construction en maonnerie confine la rigidit est initialement gale tousles niveaux de plancher, mais leffondrement se produit au premier niveau en raison desfortes charges sismiques, provoquant la fissuration de la maonnerie et une diminutionde la rigidit rsultante latrale [4], [5], [107]. Pour des dimensions de la largeur de lasection des lments de confinement qui sont suprieures au double de lpaisseur du mur,la rigidit relative de ces lments est considre comme importante par rapport celle dupanneau. Par consquent, le comportement du panneau de mur de maonnerie confine


Figure 2.6 Rponse sismique hors plan de murs en maonnerie confine :a) mcanisme de la rponse sismique [118] ;b) dommages observs ltage suprieur dun btiment aprs le sisme Maule 2010 [23].

Figure 2.7 Effets sismiques hors plan dans des murs en maonnerie confine :a) mcanisme de dalles dans deux directions ;b) signes de dommages du sisme Maule, 2010 au Chili [30].

est semblable celui dun mur en maonnerie de remplissage avec cadre en bton arm.La rigidit du panneau de mur compare celle du diaphragme, qui peut tre la toitureou un plancher influence la rpartition de la force de cisaillement totale vers les lmentsverticaux (murs) [89].

Dans les btiments avec des diaphragmes flexibles, la distribution des forces de cisaille-ment sur les murs est indpendante de leur rigidit relative. Ces diaphragmes agissentcomme une srie de poutres simples horizontales stendant entre les murs. Un diaphragmeflexible doit avoir une rsistance suffisante pour transfrer les forces de cisaillement versles murs, mais ne peut pas distribuer les forces de torsion sur les murs dans le sens per-


pendiculaire la secousse sismique [89].Dans les btiments avec des diaphragmes rigides, les forces de cisaillement dans les murs

sont directement proportionnelles la rigidit relative du panneau par rapport la rigidittotale de lensemble des panneaux dans la mme direction. Dans les btiments de faiblesniveaux, la rigidit de la paroi est proportionnelle la surface de la section transversale.Les distributions prcdentes ne sappliquent quaux btiments de faible hauteur o larponse en cisaillement est prdominante dans les murs [89].

Des effets de torsion doivent tre pris en considration, car ils peuvent augmenter lesforces sismiques dans une partie des murs. La dgradation au niveau de la rigidit estobserve pour un faible niveau de taux de dformation (avant la fissuration diagonale),probablement cause de la fissuration en flexion dans les colonnes et lajustement desbriques. Pour un mme niveau de dformation appliqu aux diffrents cycles dun essai, larigidit affiche une nouvelle dgradation. Par contre, lapplication des charges verticalesaugmente la rigidit.

Le type douverture affecte la rigidit initiale. Alcocer et al. [5] ont test, sur tablevibrante, trois chantillons chelle 1/2 de btiments typiques de logement faible cotdun et de trois tages construits au Mexique. Ils ont constat que la perte de rigidit esttypique mme des taux de dformation beaucoup plus faible que celle correspondant la fissuration incline initiale de la maonnerie. Ce phnomne est d la fissuration deflexion naissante la paroi et, peut-tre, certaines microfissures dans les matriaux de lamaonnerie, la perte locale de liaison de mortier et dajustement de la position des briques.La rigidit rsiduelle est de lordre de 20% de la rigidit initiale non fissure pour un tauxde dformation gal 0,5% aboutissant une dcroissance parabolique de la rigidit.

2.5.7 Rsistance

Dans une structure en maonnerie confine, plusieurs facteurs influencent la rsistancede la structure aux forces sismiques. Linsuffisance de la densit de mur, labsence dl-ments de confinement autour des ouvertures entranant un nombre insuffisant de panneauxconfins sont de facteurs qui peuvent diminuer la rsistance latrale de la structure. Lamauvaise qualit des matriaux peut entraner une rsistance insuffisante au cisaillementdes murs de maonnerie confine [89]. La prsence de poutres rigides au sommet des pan-neaux de mur, des poutres intermdiaire au niveau des linteaux/longrines, linstallation degoujons horizontaux entre les murs et les colonnes et influencent la transmission efficacedes charges hors plan et contribuent la rsistance hors plan du mur.

Du fait du monolithisme de la maonnerie et des lments de confinement, la rsistanceen cisaillement dun panneau de mur en maonnerie confine peut tre considre comme


la somme des contributions du mur de maonnerie et des colonnes. Toutefois, la rsistanceau cisaillement des colonnes ne peut tre atteinte aprs la fissuration du panneau demaonnerie, donc aprs la diminution de sa rsistance en cisaillement. En consquence, unecontribution partielle des colonnes la rsistance au cisaillement dun panneau maonnerieconfine parait tre logique [89].

La rsistance dun panneau de mur en maonnerie confine ne dpend plus de la contri-bution de la maonnerie aprs lapparition de la fissuration diagonale dans le mur. Parcontre, la rsistance du panneau est maintenue jusqu ce que les rgions critiques deslments de confinement des murs soient compltement fissures. Cela montre que la d-formation latrale importante et la ductilit peuvent tre atteintes avant la rupture dunmur en maonnerie confine bien conu et construit [89]. la suite des essais ralisssur des murs en maonnerie, K. Ishibashi et Meli [?] ont conclu que la rsistance de lamaonnerie dpend de celle de la brique et dpend moins des caractristiques du mortier.

2.5.8 Capacit de dformation

Mme aprs la fissuration diagonale longeant le plan du mur en maonnerie, la rsis-tance du mur en maonnerie confine est maintenue jusqu ce que les rgions critiques deslments de confinement soient compltement fissures. Cela montre que des dformationslatrales importantes et la ductilit peuvent tre atteintes avant la rupture du panneaude maonnerie confine [89]. Les rsultats exprimentaux de Sergio M. Alcocer et al. [5]indiquent, pour le spcimen 1, que les premires fissures diagonales ont eu lieu pour untaux de dformation de 0,36%. La propagation des fissures dans les extrmits des co-lonnes, cisaillant ainsi ces lments, a un taux de dformation de 0,67%. La dformationcorrespondant la fin du test quivaut un taux de 1,83%, tandis que pour le spcimen3, particulirement au rez-de-chausse, les premires fissures diagonales sont formes untaux de dformation de 0,25%. La propagation de la fissuration incline aux extrmits descolonnes a t constate pour un taux de dformation de 0,43%. Un mcanisme dtagemou a t facilement observ pour un taux de dformation maximale de 1,75%.

2.5.9 Capacit de dissipation dnergie

Pineda [104] a ralis des essais au chargement cyclique par incrment de charge jusqulapparition de la premire fissure, sur trois murs de 2,50m 2,50m avec treillis defils darmature souds et fixs la surface des murs au moyen de broches en acier etrevtus de 2,5 cm dpaisseur de mortier. Trois pourcentages darmature ont t considrs : = 0,07%, = 0,15% et = 0,21%.

2.6. Maonnerie arme 27

Pour le premier mur, = 0,07%, quelques fissures horizontales ont t enregistressur les colonnes et des fissures uniformes inclines sur la maonnerie qui ont t causespar leffet bnfique des armatures. Les cycles dhystrsis sont symtriques dans la phaselinaire et relativement large avec beaucoup dnergies dissipes. Le maillage de fil mtal-lique naugmente pas la rigidit initiale, mais modifie la quantit dnergies dissipes.

Pour caractriser la performance de btiments tests chelle 1/2, Alcocer et al. [6]ont dfini trois limites correspondant la fissuration initiale ou la phase lastique, larsistance et la rupture. Ils ont relev que les cycles lintrieur de la phase lastique ontsubi une hystrse attribue la fissuration de flexion des panneaux aux stades initiaux.Le btiment 1 test sur la table vibrante, a montr des cycles dhystrsis stables etsymtriques des taux de dformation levs. Pour le spcimen 3, les courbes dhystrsissont dabord stables et symtriques la phase lastique, puis marques par une perte levede rsistance et de rigidit en raison des dommages sur les panneaux et aux extrmitsdes colonnes. Pour les lments gouverns par le cisaillement et sujets des dformationsinlastiques, les courbes de rponse prsentent de svres pincements, en particulier autaux de dformations latrales levs associ la rupture de la structure.

Les expriences ralises par Hori et al. [67] sur des chantillons de mur en blocs debton soumis un chargement cyclique latral ont abouti des dformations horizontalesde spcimens principalement produites par le glissement des joints de mortier. Aussi, larsistance est relativement stable mme avec des niveaux levs de dplacements et descycles dhystrsis relativement importants. Le processus de dchargement na pas annulle glissement rsiduel des joints de mortier. Par consquent, le spcimen a rsist lacharge latrale par des contraintes de frottement des joints de mortier mme aprs quedes fissures se sont produites. De plus, la rsistance na pas diminu de faon drastiquemme dans le cas de dplacements levs et un comportement ductile.

2.6 MAONNERIE ARME

2.6.1 Gnralits

Les recherches dattnuation de la vulnrabilit des structures en maonnerie non ar-me en vue damliorer leur comportement sismique ont beaucoup progress au cours desdernires dcennies. Si bien quune amlioration au mur non arm a t trouve avec lesconstructions des murs en maonnerie de remplissage avec cadre en bton ou acier, maisconfronts la problmatique dinteraction mur-cadre. La maonnerie confine qui intgreles tirants (lments de confinement en priphrie) en lieu et place des cadres dans lastructure du mur, amliore grandement la rigidit du mur, sa rsistance et sa ductilit.Toutefois, elle offre une performance trs limite par rapport au bton arm en termes de


rsistance, ductilit et dissipation dnergie. Lanalyse des problmes prcdemment citset les recherches sur les tremblements de terre passs qui les ont engendrs ont montrque, pour une pleine utilisation de la rsistance et de la capacit de dissipation dnergiede la maonnerie, le mur en maonnerie doit tre renforc [125], [118].

2.6.2 Caractristiques des structures en maonnerie arme

La maonnerie arme est un type de construction o les armatures sont incorporesdans les joints de mortier ou places dans des trous remplis de coulis de bton [125], [118].Diffrentes pratiques et techniques de construction ont t dveloppes dans les dcen-nies passes pour la ralisation de la maonnerie arme. Les types de mur en maonneriearme sont faits en fonction de la disposition des armatures, du type dunit de maonne-ries utilises et du mode de remplissage avec du coulis (murs entirement remplis versuspartiellement remplis).

Beaucoup de constructions en maonnerie non arme utilisent des units creuses enbton [90], [126], [125] ou des units dargile [131] qui sont renforces par des barresdacier ou de coulis. Un systme peu diffrent se base sur la maonnerie arme de cavitremblaye de mortier qui est lun des types de maonnerie ayant un bon comportementsismique (fig. 2.8). Dans la cavit est place une maille en acier constituant les armaturesverticales et horizontales. Aprs achvement des dtails darmature, la cavit est remplieavec du coulis [125]. Dautres systmes dvelopps en Europe sont base dunits dargileperfores combines avec des armatures verticales concentres [27], [80], [115], [121].

Un autre groupe auquel on peut faire rfrence est le systme de murs arms de typepoche qui est beaucoup utilis dans la construction en maonnerie dingnierie structurelle.Les armatures du panneau vertical peuvent tre places dans les cavits verticales formesentre les lments de maonnerie, pleins ou creux. Pour ce type de mur, les armaturesverticales sont places en position idale avant la pose des lments de maonnerie. Lesaciers horizontaux sont placs dans les lits de mortier suivant un certain espacement. Lesconduits verticaux forms dunits de maonnerie (fig. 2.8), sont remplis avec du bton oudu coulis au fur mesure que la construction progresse [125]. Dans les zones sismiques,les constructions en maonnerie arme sont gnralement conues pour des btimentsrsidentiels de faibles hauteurs qui rsistent aux forces sismiques horizontales avec lespanneaux de murs dans les directions principales du btiments [118].

Un pourcentage minimum darmatures horizontales est fix dans les diffrents codesde structures en maonneries. La norme CSA S304.1-04 [39] fixe 0, 002Ag le minimumdarmatures totales (avec une rpartition minimum de 0, 00067Ag dans chaque direction)pour les murs sujets la compression et la flexion. Pour lEurocode 8 [53], le taux


Figure 2.8 Construction en maonnerie arme avec cavit contenant du coulis.

darmatures est de 0,05% dans la direction horizontale et 0,08% dans la direction verticale.Le code ACI spcifique la maonnerie (ACI 530) fixe quelques exigences en ce quiconcerne larmature minimum, dont les dtails sont exposs dans le tableau 2.1 qui suit.

Tableau 2.1 Armature minimum exige par ACI 530 pour les btiments sp-ciaux en maonnerie arme.

Espacement maximum vertical et hori-zontal des armatures

(i) Longueur ou hauteur du btiment,(ii) 1219mm si moins

Section minimum pour les armatures ver-ticales

Au moins un tiers de la section exigepour les armatures de cisaillement hori-zontales

Les armatures de cisaillement horizontales doivent tre ancres autour des arma-tures verticales avec un crochet normal

Les thories du bton arm peuvent tre appliques aux murs en maonnerie armeentirement remplis de coulis [48].

2.6.3 Mode de rupture des murs en maonnerie arme

Vue la performance sismique des murs en maonnerie arme, ils sont un peu partoututiliss pour amliorer la performance sismique des structures en maonnerie. Donc, denombreuses recherches exprimentales se font en ce qui concerne leur comportement soussecousses sismiques et les mcanismes de ruptures dans le plan et hors plan. Do diff-rentes sollicitations et combinaisons de sollicitations visant la rsistance en compression,la flexion et le cisaillement sont considres.


2.6.3.1 Mcanisme de rupture en plan

Dans la conception parasismique des structures en maonnerie, du fait du caractreductile quil tmoigne, le mcanisme de flexion revt une importance particulire. Lors dumcanisme de rupture par flexion, il y a formation de rotule plastique, crasement de lamaonnerie dans les sections critiques des murs et plastification des armatures verticales[78], [99], [109]. Les murs pour lesquels la flexion est le type de sollicitation principaleont montr quon peut obtenir de bonne approximation avec la thorie de la flexion etlhypothse de Bernoulli relative la dformation des sections planes [111]. La quantitdarmatures de flexion doit tre limite pour viter dventuelles ruptures fragiles parcisaillement. Dans ce cas, larmature de flexion ne doit pas tre trop tendue avant que lafibre de maonnerie la plus comprime atteigne la dformation maximale ( [51]). Cettecondition peut tre garantie par un design adquat du nombre et de la rpartition desarmatures de flexion garantissant une ductilit approprie.

Figure 2.9 Mcanisme de rupture par flexion.

Dans les structures en maonnerie arme, lorsque les panneaux de mur sont le sige derupture par cisaillement, ils prsentent un comportement fragile qui est marqu par unechute de rsistance aprs latteinte de la valeur maximale [99]. Le mcanisme de rupturepar cisaillement est caractris par la fissuration de traction diagonale ou le glissement encisaillement travers les joints de mortier. En fonction de lvolution des sollicitations,des dformations ont lieu dans les panneaux dont les valeurs dpendent de la rsistance dela maonnerie, de la quantit et de la rpartition des armatures. Pour des contraintes detraction suprieures la rsistance la traction de la diagonale principale de la maonnerie,une fissuration de traction diagonale apparat dans le plan du mur [126].


Lintensit de la contrainte axiale, llancement du mur et la rsistance de la maonneriesont de paramtres qui influencent le mcanisme de rupture par cisaillement. De plus, ilfaut signaler la contribution des armatures horizontales et verticales qui participent peuavant la fissuration diagonale, mais contribuent beaucoup la reprise du cisaillement aprsla fissuration diagonale ainsi que les agrgats via la friction intergranulaire [71], [75], [78].Une conception visant une quantit adquate darmatures transversales, ainsi que leurrpartition et leur ancrage, peut amliorer le comportement des murs en maonnerie armepar rapport au mcanisme de rupture par cisaillement [78].

Figure 2.10 Mcanisme de rupture par cisaillement dans un squat shear wall .

la suite de la composition htrogne de la maonnerie, les murs en maonneriesont sujets des plans de glissement le long dune fissure horizontale continue ou entredeux fissures inclines. Une quantit importante darmatures horizontales compares auxarmatures verticales dans un mur sous chargement cyclique peut favoriser le mcanismede rupture au glissement ( [51]). Du fait de la non-continuit entre la base du mur et lasemelle de fondation (coules en deux temps) donnant lieu un frottement insuffisant, unplan de glissement se cre linterface. Pour une valeur leve des contraintes la base du


mur, il y a plastification des armatures de flexion et glissement ventuel. La rsistance auglissement est amliore lorsque que la force de serrage due la compression augmente lefrottement et la force intergranulaire entre en vigueur. Ce mcanisme peut tre empchpar une quantit adquate darmatures de flexion uniformment rpartie fournissant leffetde goujon et une force de serrage [105].

Ds que les rponses dans le plan peuvent tre principalement le rsultat de la rsistancedes murs pour les forces dinerties des murs et des autres parties de la structures, tellesque les masses des planchers, la rponse hors plan des murs est due la masse dinertiedes murs qui rpondent lexcitation du niveau du plancher [99].

2.6.3.2 Mcanisme de rupture hors plan

Les secousses sismiques dans une direction normale aux murs provoquent des effortshors plan de ces murs entranant des contraintes de flexion et de cisaillement dans ladirection perpendiculaire pouvant entraner la rupture hors plan. Du fait que les accl-rations augmentent avec la hauteur, la rponse sismique hors plan est plus importante auniveau des planchers suprieurs quau niveau des planchers infrieurs de la structure. Lesconnexions inadquates des murs aux diaphragmes, constitues par les planchers, causentdventuelles ruptures hors plan qui peuvent galement conduire une rupture de cesdiaphragmes [31].

Dpendamment de la position des murs ou des charges en prsence, les murs peuventtre soumis la flexion dans les directions horizontale et verticale induisant donc uncomportement hyperstatique. Il est donc impratif de prendre en compte la rsistance latraction due la flexion verticale et celle due la flexion horizontale. La flexion verticaledpend essentiellement de la rsistance la traction de lunit de mortier linterface desjoints horizontaux, tandis que la flexion horizontale dpend e la rsistance au frot

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