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Caractérisation des propriétés mécaniques de la maçonnerie de pierre traditionnelle à murs massifs

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Boldireff, Éric (2018). Caractérisation des propriétés mécaniques de la maçonnerie de pierre traditionnelle à murs massifs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les structures construites en maçonnerie non-armée (MNA) sont vulnérables aux séismes et ces dernières sont nombreuse dans les quartiers historiques du Vieux Montréal et du Vieux Québec. Pour conserver cet héritage, il est important de pouvoir prédire les performances structurales des bâtiments en MNA pour mieux estimer les dommages en cas de séismes et aider à prévenir d’éventuelles pertes.

Ce projet vise la caractérisation expérimentale de la MNA de pierre traditionnelle à murs massifs faits de deux parois séparées par un blocage de pierres et de débris de carrier enrobés de mortier. La caractérisation expérimentale permet de déterminer les proprieties mécaniques des matériaux et la résistance de murets de MNA et de développer des modèles plus précis pour le calcul de la capacité structurale des bâtiments en MNA. La MNA étudiée est composée d’une pierre calcaire de type St-Marc guillotinée et d’un mortier de cimentchaux (1 :2 :6) reproduisant les propriétés mécaniques des mortiers de chaux traditionnels.

Le programme expérimental comporte deux phases : la première phase évalue la résistance à la compression du mortier, de la pierre et d’assemblage de MNA. Des résistances en compression moyennes de 5,3 ± 0,1 MPa, de 77,6 ± 7,7 MPa et de 57,7 ± 6,6 MPa ont été obtenues respectivement. Cette phase inclut également l’évaluation de la résistance en cisaillement du joint de mortier. Une cohésion initiale moyenne de 1,05 MPa et un coefficient de friction moyen de 0,39 MPa ont été obtenus à cet effet. Ces valeurs sont dans la plage de valeurs rapportées dans la littérature. La deuxième phase porte sur des murets en MNA à double paroi de 890 mm x 940 mm construits en laboratoire. Deux murets sont mis à l’essai sous chargement cyclique pour déterminer la relation charge-déplacement et des essais de traction diagonale complètent la caractérisation expérimentale. Les spécimens des essais cycliques, qui ont rompu par balancement, ont donné un module de cisaillement initial de 42,2 MPa et 92,0 MPa et une résistance latérale de 0,029 kN/mm et 0,061 kN/mm, respectivement pour des charges de compression équivalente à 0,2 MPa et 0,5 MPa. Les essais de résistance à la traction diagonale ont donné une résistance de 0,31 ± 0,09 MPa.

Cette caractérisation permet de mieux connaître la MNA de l’Est du Canada et contribue à une meilleure évaluation de la capacité structurale des bâtiments construits avec ce matériau. Elle permettra aussi de mieux concevoir les renforcements et les solutions de rehabilitation de ces structures, très susceptibles de ne pas résister aux charges sismiques prescrites par le Code National du Bâtiment du Canada (CNBC) en vigueur.

Titre traduit

Characterisation of mechanical properties of traditional multi-leaf stone masonry walls

Résumé traduit

Unreinforced Masonry (URM) structures are vulnerable to earthquakes and these buildings are common in the heritage neighborhoods of Old Montreal and Old Quebec. To preserve this heritage, it is important to be able to predict correctly the structural performance of URM buildings in order to improve damage estimation in the event of earthquakes and help preventing possible losses.

This project is aimed at the experimental characterization of the traditional multi-leaf stone masonry, made of two walls separated by small locking stones and rubbles filled with mortar. Experimental characterization makes it possible to determine the mechanical properties of materials and the resistance of URM walls and to develop more accurate models for the calculation of the structural capacity of URM stone buildings. The studied URM consists of a guillotined St-Marc limestone and a cement-lime mortar (1: 2: 6) that reproduces the mechanical properties of traditional lime mortars.

The experimental program has two phases: the first phase evaluates the compressive strength of the mortar, the stone and URM assembly. Average compressive strengths of 5.3 ± 0.1 MPa, 77.6 ± 7.7 MPa and 57.7 ± 6.6 MPa were obtained respectively from the undertaken program. The shear strength of the mortar joint is also evaluated in this phase. An average initial cohesion of 1.05 MPa and an average coefficient of friction of 0.39 MPa were obtained for this purpose. The second phase consists in testing 890 mm x 940 mm multi-leaf walls built in the laboratory. Two specimens are tested under cyclic loading to determine the load-displacement relationship and diagonal tensile tests complete the experimental characterization.

This characterization provides a better understanding of the stone URM of Eastern Canada and contributes to improve the evaluation of the structural capacity of buildings built with this material. It will also help define better rehabilitation and reinforcement solutions for these structures, generally not expected to withstand the seismic loads prescribed by the current National Building Code of Canada (NBCC).

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 la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 119-121).
Mots-clés libres: maçonnerie, mortier, pierre, compression, cisaillement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, marie-José
Codirecteur:
Codirecteur
Guizani, Lotfi
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 03 déc. 2018 20:53
Dernière modification: 03 déc. 2018 20:53
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2173

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