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Modélisation par macroéléments de bâtiments en maçonnerie non-armée pour analyse de fragilité

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Kraiem, Mohamed Hassen (2019). Modélisation par macroéléments de bâtiments en maçonnerie non-armée pour analyse de fragilité. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les bâtiments en maçonnerie non-armée (MNA) sont considérés comme très vulnérables aux sollicitations sismiques vu qu’ils ont été construits avant l’établissement des codes parasismiques. Des nombreuses structures dans l’Est de Canada sont construites en MNA de pierre ou brique. Malheureusement, le manque de données sur les propriétés mécaniques de ce type de structure rend leur évaluation sismique non fiable. Cette recherche se concentre sur le développement d’un processus permettant d’évaluer la vulnérabilité sismique des bâtiments en MNA. Elle consiste à évaluer la résistance latérale de ces bâtiments et à développer les courbes de fragilité pour l’estimation des pertes économiques.

À partir d’inventaires caractérisant les bâtiments en MNA du Vieux-Québec et de Montréal, deux prototypes de bâtiments en maçonnerie non-armée, un en pierre pour Québec et l’autre en brique pour Montréal, sont sélectionnés afin d’évaluer leur vulnérabilité sismique. Les prototypes sont modélisés en 3D par l’approche des macroéléments qui considère la structure comme un assemblage d’éléments de murs (piliers, linteaux, etc..) dont le comportement en plan est défini par le balancement, le cisaillement et la traction diagonale. La modélisation et l’analyse statique non-linéaire des prototypes sont réalisées à l’aide du logiciel 3Muri©, lequel permet de déterminer le modèle de capacité du bâtiment, i.e. : sa résistance latérale en fonction du déplacement. Les propriétés mécaniques des matériaux utilisées dans la modélisation sur 3Muri© sont les résultats des essais en laboratoire dans des projets antérieurs. La réponse des bâtiments obtenue par l’approche de macro-éléments est ensuite comparée aux résultats donnés par les équations de prédiction de la résistance latérale et les déplacements caractéristiques. Une analyse paramétrique est ensuite réalisée pour obtenir à la fin un modèle de capacité médiane qui prend en considération la variabilité des propriétés géométriques et mécaniques des prototypes.

Un processus est développé afin de générer les courbes de fragilité de distribution log-normal. Ce processus considère la variabilité du modèle de capacité ainsi que les résultats de la modélisation pour définir les degrés de dommages en termes de déplacement. Une étude comparative est réalisée entre différentes approches de fragilité : européenne « Euler », américaine « Hazus » et « Québec ou Montréal » avec les paramètres développés dans cette étude. Les résultats montrent que Hazus sous-estime les dommages par rapport aux résultats de ce travail de recherche et Euler est le plus conservateur en estimant plus de dommage. Pour un bâtiment en MNA de brique à Montréal, l’effet du type de toiture, à mansarde ou à fausse mansarde, et la localisation isolée ou bâtiments en rangée sont aussi considérés.

Titre traduit

Fragility assessment of unreinforced masonry building with macro-element modelling

Résumé traduit

Unreinforced masonry buildings (MNA) are very vulnerable to seismic solicitations since they were built before seismic codes were established. Many buildings in East Canada are made of MNA: stones or bricks. The lack of data about mechanical properties of this type of constructions make it complicated to evaluate the seismic vulnerability. The aim of this study is to develop a process to evaluate the seismic vulnerability of MNA constructions. To do so, the lateral resistance of these buildings is to be evaluated, the curves of fragility are established then to end up with an estimation of economic losses.

In this study, prototypes were selected among the existing buildings in Old Québec and Montréal: one prototype made of stones for Quebec City and one made of bricks for Montreal. The selection was from existing inventory. These prototypes are modeled in 3D using the macro-element approach. In the macro-element approach, the structure is considered as an assembly of a wall elements (pillars, spandrel…) which have a plane behaviour defined by bending, shearing and diagonal traction. The modeling and the non-linear static analysis of the prototypes were performed using the software 3Muri©, which allows to define the capacity model of the building, i.e.: its lateral resistance according to the displacement. The material mechanical proprieties used in modeling with 3Muri© are taken from laboratory tests results in past research projects. The outputs are afterwards compared to the results obtained with the equations of prediction of lateral resistance and characteristic displacements. A parametric analysis is performed finally to obtain a model of median capacity taking into consideration the variability of geometrical and mechanical proprieties of the prototypes.

A process was developed to generate fragility curves with log-normal distribution taking into consideration the degree of damage, in terms of displacement, issued from the results of modeling. Different approaches of fragility were used: “Euler” for Europe, “Hazus” for US and the parameters from this study. A comparison between these approaches showed that “Hazus” underestimates the damage comparing to the estimation issued from this work, whereas, “Euler” is more conservative with more estimated damage. For MNA brick building in Montreal, the effect of the roof type, mansard or false mansard, and the localisation: isolated or in a row of buildings, are also considered.

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 169-176).
Mots-clés libres: maçonnerie, pierre, brique, séisme, fragilité, vulnérabilité
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Codirecteur:
Codirecteur
Khaled, Amar
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 26 nov. 2019 19:56
Dernière modification: 26 nov. 2019 19:56
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2409

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