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Caractérisation des propriétés mécaniques des bâtiments en maçonnerie non armée pour l'évaluation du risque sismique

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Moretti, Pascal (2017). Caractérisation des propriétés mécaniques des bâtiments en maçonnerie non armée pour l'évaluation du risque sismique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les structures en maçonnerie non armée (MNA) sont considérées parmi les plus vulnérables aux séismes. Le manque d’information sur les propriétés mécaniques des bâtiments en MNA de pierre de l’Est du Canada rend l’évaluation sismique fiable très difficile. Les normes nordaméricaines étant principalement destinées à la conception avec de la maçonnerie de brique, la détermination des caractéristiques mécaniques de la MNA de pierre doit s’appuyer sur les normes Européennes et les travaux de recherche expérimentale. Cette recherche se concentre sur la caractérisation des matériaux de base de la maçonnerie de pierre, pierre et mortier de ciment et de chaux, de petits spécimens de maçonnerie et de murets de maçonnerie à une paroi.

Le type de pierre retenu pour les essais est un calcaire de type St-Marc avec un mortier de ciment et de chaux ayant des proportions de 1 :2 :8 pour le ciment portland, la chaux hydratée et le sable, respectivement. Des essais de résistance à la compression ont été realizes sur des unités de pierre et des échantillons de mortier prélevé durant la construction des spécimens de la première phase expérimentale. La résistance moyenne de la pierre et des échantillons de mortier est de 101 ± 13 MPa et 3,3 ± 0,2 MPa, respectivement. Les proprieties mécaniques de petits spécimens de maçonnerie construits avec deux ou trois unités de pierre ont été établies. La résistance à la compression moyenne obtenue est de 33,2 ± 3,2 MPa avec un module d’élasticité correspondant de 2 823 ± 186 MPa. Les essais de résistance au cisaillement des joints ont permis de déterminer une cohésion et un coefficient de friction de 0,56 MPa et 0,85 respectivement. La résistance à la flexion du joint horizontal moyenne est de 0,23 ± 0,03 MPa. Finalement, pour la dernière phase du programme expérimental, des essais de résistance à la traction diagonale ont été réalisés sur les murets de maçonnerie à une paroi. La résistance à la compression moyenne des échantillons de mortier prélevé sur les murets est de 8,0 ± 0,9 MPa. La résistance à la traction diagonale moyenne est de 0,41 ± 0,08 MPa et le module de cisaillement correspondant est de 487 ± 10 MPa.

Les résultats des essais de résistance à la compression et à la traction diagonale ont permis d’évaluer la courbe de capacité d’un prototype de bâtiment de deux étages en MNA de la région du Vieux-Montréal et du Vieux-Québec. Cette courbe de capacité expérimentale, comparée à des courbes de capacité basées sur des données tirées de la littérature a permis de faire valoir l’importance de déterminer les propriétés mécaniques de la MNA afin d’obtenir des modèles fiables sur lesquelles baser l’évaluation et les décisions de réhabilitation.

Compte tenu de l’intérêt de l’évaluation sismique des bâtiments en MNA existants, des recommandations sont faites pour améliorer les connaissances sur les propriétés des matériaux des bâtiments en MNA de pierre dans l’Est du Canada.

Titre traduit

Characterisation of mechanical properties of unreinforced masonry buildings for seismic risk assessment

Résumé traduit

Unreinforced masonry (URM) buildings are considered among the most vulnerable to earthquakes. The lack of information on mechanical properties of stone URM buildings in Eastern Canada makes reliable seismic evaluation even more difficult. North American standards for testing masonry are primarily intended for the design of brick masonry structures. The characterisation of mechanical properties of stone URM must therefore be based on European standards and experimental researches. This research is focused on the characterisation of stone masonry components, limestone units and cement – lime mortar, small masonry specimens and one leaf masonry wallets.

The stone selected for the experimental programme was St-Marc limestone. A cement – lime mortar was used with 1:2:8 ratios for cement, lime and sand, respectively. Compressive strength tests were carried out on stone units and on mortar samples taken from the mortar batch used during the construction of the URM specimen for the first phase of the experimental programme. The average stone and mortar compressive strengths were 101 ± 13 MPa and 3,3 ± 0,2 MPa, respectively. The mechanical properties of URM small specimens made of two or three stone units were established. The average compressive strength was 33,2 ± 3,2 MPa and corresponding elastic modulus 2 823 ± 186 MPa. The joint shear sliding strength tests lead to a cohesion and friction coefficient equal to 0,56 MPa and 0,85, respectively. The flexural bond strength of the horizontal joint was 0,23 ± 0,03 MPa. Finally, the last phase of the experimental programme consisted in evaluating the diagonal tension strength of one-leaf stone masonry wallets. The average mortar compressive strength for the wallets was 8,0 ± 0,9 MPa. The results gave a diagonal strength of 0,41 ± 0,08 MPa and corresponding shear modulus of 487 ± 10 MPa.

The results of the compressive and diagonal tension tests were used to generate the capacity curve for a prototype stone URM building of two stories typical of the Old-Quebec and Old-Montreal region. This capacity curve based on experimental data was then compared to capacity curves obtained from literature data to promote the importance of the mechanical properties of URM to derive reliable models to base our assessment and define rehabilitation strategies.

Considering the interest of seismic assessment of existing URM buildings, recommendations are made to improve knowledge on mechanical properties of stone URM buildings of Eastern Canada.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Bibliographie : pages 159-162.
Mots-clés libres: Maçonnerie de pierre Matériaux Propriétés mécaniques. Maçonnerie de pierre Effets des tremblements de terre sur Canada (Est) Calcaire. Mortier. Maçonnerie de pierre Matériaux Essais de compression. Cisaillement (Mécanique) Flexion (Mécanique) Maçonnerie de pierre Matériaux Essais dynamiques. Risques sismiques. arme, capacité, courbe, maconnerie, vulnérabilité sismique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 16 avr. 2018 19:21
Dernière modification: 16 avr. 2018 19:21
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2027

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