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Caractérisation expérimentale de la résistance latérale des murs de brique traditionnelle pour l'analyse de la fragilité

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Touraille, Jonathan (2019). Caractérisation expérimentale de la résistance latérale des murs de brique traditionnelle pour l'analyse de la fragilité. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les structures en maçonnerie non armée (MNA) sont reconnues pour être les plus vulnérables aux séismes. Cependant, leur utilisation est largement répandue dans l’Est du Canada, que ce soit pour la réalisation de murs porteurs ou non porteurs dans les bâtiments résidentiels, les bâtiments industriels, les églises, etc. Nombre de ces bâtiments furent construits avant l’établissement de normes et codes parasismiques, ce qui tend encore à augmenter leur vulnérabilité vis-à-vis des séismes. Le travail de recherche présenté ici a pour finalité de mieux évaluer la résistance de ces bâtiments face aux charges latérales. Il consiste ainsi en un projet expérimental dont l’objectif principal est de caractériser le comportement de murs de MNA de brique traditionnelle soumis à un chargement cyclique. Cela permettra d’une part, d’évaluer plus précisément la résistance sismique de ce type de mur, et d’autre part, d’établir un plan efficace de renforcement de ces bâtiments.

Le programme expérimental comprend la caractérisation de la MNA de brique et de ses constituants. Les murets mis à l’essai sont composés de deux épaisseurs de briques d’argile pleines séparées par un joint de mortier de ciment et de chaux, reproduisant les caractéristiques d’un mur porteur de MNA traditionnelle. La première phase du programme experimental consiste à réaliser des essais de traction diagonale sur six murets (459 mm x 459 mm x 204 mm et 861 mm x 861 mm x 204 mm), avec en parallèle, des essais de compression et de cisaillement sur respectivement 18 et 54 échantillons de maçonnerie. Les résultats obtenus permettent de paramétrer la deuxième phase du programme expérimental. Celle-ci consiste à réaliser des essais de sollicitation cyclique sur trois murets (861 mm x 660 mm x 204 mm) afin de déduire la courbe de capacité bilinéaire sous différents niveaux de contrainte normale. En parallèle, des essais de compression et de cisaillement sont respectivement réalisés sur 9 et 27 échantillons de MNA. Tous les échantillons de MNA sont construits à partir des gâchées de mortier utilisées pour les murets.

Les murets présentent une résistance moyenne à la traction diagonale de 0,79 ± 0,03 MPa et un module d’élasticité en cisaillement moyen de 2,08 ± 0,17 GPa. Les échantillons quant à eux livrent les caractéristiques suivantes : résistance à la compression moyenne du mortier, de la brique, de la MNA de 5,35 ± 1,0 MPa, 26,3 ± 4,8 MPa et 14,8 ± 2,1 MPa, respectivement; module d’élasticité moyen de la brique et de la MNA de 3,6 ± 1,1 GPa et de 3,18 ± 0,82 GPa; coefficient de friction de 0,94 et une cohésion de 0,29 MPa, obtenus lors des essais en cisaillement.

À l’issu du programme expérimental, les propriétés mécaniques déterminées sont ensuite utilisées pour calibrer des modèles issus de la littérature ainsi qu’un modèle numérique de muret de MNA en macro-élément sur le logiciel spécialisé 3-Muri©. Les résultats obtenus sont comparés avec ceux des essais de sollicitation cyclique ce qui permet ainsi une analyse de la validité de ces différents modèles quant à la prédiction du comportement de la MNA sous certaines conditions.

Titre traduit

Experimental investigation on the lateral strength of unreinforced brick masonry walls

Résumé traduit

Damage surveys from worldwide past earthquakes have shown that unreinforced masonry (URM) structures are typically associated with the highest proportion of damage. In Eastern Canada, these structures are widely used as load-bearing or non-load-bearing walls in older residential, industrial or institutional buildings. Most of them are considered as pre-code buildings, as they were built prior to the introduction of seismic requirements in codes and standards. In order to improve the assessment of their lateral load resistance, an experimental project was carried out to investigate the mechanical parameters and the force-displacement capacity of traditional Unreinforced Brick Masonry (UBM). The objective of this research project is to characterize the behaviour of traditional UBM walls under cyclic loading to allow a better evaluation of their lateral resistance under seismic loads.

The experimental program includes the characterization of the mechanical properties of the UBM and its constituents. It is composed of two phases of tests on UBM assembly samples and two-leaf UBM wallets. Assembly samples and wallets were built with manufactured moulded clay bricks typically used as replicas of traditional UBM, and cement-lime mortar used to match the mechanical properties of the original traditional cement-lime mortar. The first phase included a diagonal shear tests on six wallets (459 mm x 459 mm x 204 mm and 861 mm x 861 mm x 204 mm), as well as compressive and joint shear sliding tests on 18 and 54 UBM assembly samples respectively. The results from this phase were used to define the second phase, which consisted in carrying out quasi-static-cyclic tests on three wallets (861 mm x 660 mm x 204 mm) to capture the lateral nonlinear hysteresis behaviour of the UBM. The lateral force deformation behaviour of the wallets, under three different vertical loads, was used to develop bilinear capacity curves. The phase also included the compressive and joint shear sliding tests on 9 and 27 UBM assembly samples respectively. For a better characterization of the UBM, the assembly samples were made with mortar extracted from batches used to build the different wallets.

Several properties were obtained form the tests. The diagonal shear tests gave an average diagonal tensile strength of 0,79 ± 0,03 MPa and an average shear modulus of 2,08 ± 0,17 GPa. The UBM samples tested in compression showed an average compressive strength of mortar, brick and UBM of 5,35 ± 1,0 MPa, 26,3 ± 4,8 MPa et 14,8 ± 2,1 MPa, respectively. The average elasticity modulus of brick and UBM was 3,6 ± 1,1 GPa and 3,18 ± 0,82 GPa, respectively. A coefficient of friction of 0,94 and a cohesion of 0,29 MPa were obtained from the shear tests on UBM samples.

Mechanical properties of the UBM and the displacement capacity of the wallets were then used to calibrate models taken from the literature and a macro-element model of the wallets using the equivalent frame modelling method with the software 3-Muri©. Results of this study will contribute to a better evaluation of the lateral resistance and seismic performance of UBM buildings, thereby improving damage prediction for seismic risk studies and selection of efficient rehabilitation and strengthening strategies.

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 183-188).
Mots-clés libres: MNA, traction diagonale, sollicitation cyclique, compression, cisaillement
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 26 mars 2019 18:45
Dernière modification: 26 mars 2019 18:45
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2241

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