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Évaluation de la vulnérabilité sismique des églises en maçonnerie non armée bâties selon le plan Conefroy

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Carrier, Roxanne (2020). Évaluation de la vulnérabilité sismique des églises en maçonnerie non armée bâties selon le plan Conefroy. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le Québec est caractérisé par un aléa de moyenne sismicité et les précédents tremblements de terre ont démontré la grande capacité de propagation des ondes sismiques dans le sol. Ces deux facteurs peuvent résulter en des dommages importants aux bâtiments historiques, construits principalement de maçonnerie de pierre. La maçonnerie non armée (MNA) est un matériau reconnu pour sa vulnérabilité aux tremblements de terre, laquelle a été observée durant les séismes historiques au Québec et ailleurs dans le monde. La province héberge environ de 900 établissements religieux (Québec, 2013). Uniquement sur l’île de Montréal, 108 églises en MNA, construites avant 1945, ont été répertoriées grâce à une recherche antérieure. Ces structures sont particulièrement vulnérables à cause de leurs murs élancés comportant de grandes ouvertures. Un examen de l’inventaire a permis de regrouper les églises en fonction du type de façade afin d’étudier leur vulnérabilité structurale aux séismes. Ainsi, les typologies Néo-Roman, Baillargé, Conefroy et Italienne Baroque sont avancées. Ce mémoire se concentre
sur la typologie Conefroy, très présente sur le territoire québécois.

L’évaluation de la vulnérabilité sismique de cette typologie est réalisée avec une étude de cas : l’église Sainte-Famille de Boucherville. L’étude des caractéristiques architecturales et structurales ainsi que des quelques dommages observés lors des séismes passés a permis de constater des similitudes entre les églises du Québec et celles d’Italie. C’est pourquoi l’étude de la vulnérabilité est réalisée en suivant la méthodologie italienne basée sur le principe de l’identification de macroéléments et la reconnaissance de leur mécanisme de rupture suite à un relevé des caractéristiques géométriques et structurales. Or, certaines spécificités des églises Conefroy, tel que l’emplacement du clocher ou les caractéristiques structurales de la toiture, nécessitent de vérifier l’applicabilité de la méthodologie italienne par des analyses complémentaires afin d’approfondir les connaissances sur le comportement sismique de ces églises.

Des modèles numériques 3D sont construits afin de comprendre l’influence de chaque composante sur le bâtiment : les murs de maçonnerie, la tour clocher et la toiture. Des analyses modales, calibrées sur des mesures de vibrations ambiantes, permettent dans un premier temps de reconnaître les principaux mécanismes de rupture. Le renversement du pignon de la façade et des murs latéraux sont les premiers modes de ruptures obtenus à la suite de ces analyses. La comparaison entre les différents modèles 3D a permis de mettre en évidence l’augmentation de la rigidité de la façade lorsque cette dernière est connectée à la toiture. Inversement, la toiture apporte une rigidité plus faible aux murs latéraux de l’église où on observe une diminution de la période de 0,1 seconde seulement. Une interaction entre la tour clocher en bois et la façade en MNA est aussi observée de sorte que ces derniers ont les mêmes modes de vibration. Finalement des analyses temporelles linéaires sont appliquées aux modèles afin d’évaluer la réponse de l’église à un accélérogramme du séisme du Saguenay de 1988 ressenti à Boucherville.

Titre traduit

Seismic vulnerability assessment of non-armed masonry churches built according to the Conefroy design

Résumé traduit

Quebec is characterized by a moderate seismic hazard and previous earthquakes have demonstrated the high capacity of the ground to propagate the seismic waves. These two factors can result in significant damage to historic buildings, built mainly of stone masonry. Unreinforced masonry (URM) is a material known for its vulnerability to earthquakes, which has been observed during historical earthquakes in Quebec and around the world. The province is home to approximately 900 religious establishments (Québec, 2013). On the island of Montreal alone, 108 URM churches, built before 1945, have been identified through previous research. These structures are particularly vulnerable because of their slender walls with large openings. A review of the inventory regrouped the churches according to typology of the facade in order to study their structural vulnerability to earthquakes: the Neo-Romanesque, Baillargé, Conefroy, and Italian Baroque typologies. This dissertation focuses on the Conefroy typology, which is very present on the Quebec territory.

The evaluation of the seismic vulnerability of this typology is carried out with a case study: the Sainte-Famille church in Boucherville. The study of the architectural and structural characteristics, as well as the few damages observed during past earthquakes, has shown similarities between churches in Quebec and those in Italy. This is why the study of vulnerability is carried out following the Italian methodology based on the principle of identification of macroelements and recognition of their failure mechanism following a survey of geometrical and structural characteristics. However, some specificities of Conefroy churches, such as the location of the bell tower or the structural characteristics of the roof, require to verify the applicability of the Italian methodology through complementary analyses in order to deepen the knowledge of the seismic behavior of these churches.

3D numerical models are built in order to understand the influence of each component on the building: the masonry walls, the bell tower and the roof. Modal analysis, calibrated on ambient vibration measurements, allowed to recognize the main failure mechanisms. The overturning of the gable of the façade and the side walls are the first modes of rupture obtained following these analyses. The comparison between the different 3D models has highlighted the increase in the rigidity of the façade when it is connected to the roof. On the other end, the roof did had a lower influence on the rigidity of the side walls of the church where a decrease of only 0.1 second was observed in the period. An interaction between the wooden bell tower and the URM façade is also observed in a way that they have the same mode shape. Finally, linear temporal analyses are applied to the models in order to evaluate the response of the church to an accelerogram of the 1988 Saguenay earthquake felt in Boucherville.

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 221-227).
Mots-clés libres: vulnérabilité sismique, églises, maçonnerie non armée, Conefroy, Québec, modélisation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nollet, Marie-José
Codirecteur:
Codirecteur
Parisi, Maria Adelaide
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 28 sept. 2021 17:34
Dernière modification: 28 sept. 2021 17:34
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2708

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