forte dépendance sur le mécanisme de rupture impliquant à la fois la rupture des joints et le fractionnement latéral. L’augmentation de la résistance à la compression sous sollicitation bi-axiale s’explique par le frottement dans les joints et par le frottement interne dans les briques et dans le mortier.
Figure 1-15 : Modes de rupture d’une maçonnerie constituée de briques d’argile soumise à un chargement bi-axial, [DHA(1985)]
1.2.2.4. Comportement en cisaillement
La résistance au cisaillement du joint de mortier a une importance majeure dans la résistance d’un mur maçonné à des forces horizontales. En effet la capacité portante du mur est principalement influencée par la tenue au cisaillement de ce joint de mortier.
(a) Essais de caractérisation
L’étude bibliographique révèle que de nombreuses configurations d’essais sont proposées pour mesurer la résistance au cisaillement uniaxial d’un joint de mortier. Les dispositifs diffèrent principalement sur le nombre de briques constituant les assemblages et sur leur arrangement. La plupart des études se basent sur des couplets (Figure 1-16 (a)) ou sur des triplets (Figure 1-16 (b)) mais des assemblages à plus grand nombre de briques sont parfois envisagés.
Le comportement au cisaillement du joint de mortier peut être caractérisé par des essais sur des couplets (cisaillement direct) ou des triplets comme dans la Figure 1-16.
20 Figure 1-16 : Couplet (a) et triplet (b) utilisés pour caractériser le comportement au
cisaillement du joint
La multiplicité des dispositifs s’explique notamment par le fait qu’en pratique, il est difficile de concevoir un dispositif d’essai, simple, permettant d’appliquer le chargement sans engendrer d’effet de flexion parasite : l’excentricité entre la force appliquée et la ligne médiane du joint de mortier favorise l’apparition de la flexion. Par ailleurs, Rachid Popal [POL(2013)] a montré numériquement que pour un dispositif d’essai fixé (couplet et triplet), la distribution des contraintes le long du joint et donc la résistance au cisaillement uniaxiale dépend de l’élancement des briques. Ces différents éléments participent à expliquer qu’un seul et même dispositif ne recueille pas l’unanimité des auteurs.
¾ Essais sur des couples de briques
Hofmann et Stock [HOF(1986)] ont proposé un essai sur des couplets de briques assurant certes une distribution de contraintes dans le joint particulièrement uniforme mais dont la complexité de l’appareillage limite l’utilisation. Van der Pluijm [PLU(1993)] (Figure 1-17 a) a proposé un dispositif d’essai plus simple et permettant en plus de faire varier la contrainte de pré-compression (ce n’est pas le cas dans [HOF(1986)]).
Une des limites du dispositif de Van de Pluijm [PLU(1993)] est que le joint de mortier est soumis à des contraintes de traction élevées.
¾ Essais sur des configurations à trois briques ou plus
Les assemblages constitués d’au moins 3 briques ont l’avantage de présenter une symétrie tant au niveau de la géométrie que du système de chargement. Cela induit généralement une mise en place des spécimens plus aisée et la possibilité d’utiliser des mécanismes d’application des charges moins complexes.
Aucun dispositif n’est universel et la recommandation du choix d’un dispositif d’essais est restrictive. Van der Pluijm [PLU(1993)], Olivera [OLI(2003)] ; Adbou et al. [ADB(2006)] ; Vasconcelos [VAS(2005)] ; Fouchal [FOU(2006)] ; Parisi [PAR(2010)] et Luccioni [LUC(2010)] ont utilisé des essais de cisaillement direct sur des couplets. Cependant, les essais de cisaillement sur des triplets conformément à la norme NF EN1052-3 ou d’après la norme RILEM TC-76 LUMB5 (1991) ont été utilisés dans des études de Lourenço et al. [LOU(2004)] ; Gabor [GAB(2002)] ; Fouchal [FOU(2006)] ; Nascimento [NAS(2006)] ; Mohammed [MOH(2006)] ; Bronius ; et al. [BRO(2009)] ; Tizapa[TIZ(2009)] ; Zimmermann [ZIM (2011)] ; Alecci et al. [ALE(2013)].
21 Figure 1-17 : Différents essais de caractérisation du comportement au cisaillement du joint
de mortier : essai sur des couplets (a) ; essais sur des triplets sans joints de mortier horizontaux (b) ; sur des triplets avec joints horizontaux alignés (c) et non alignés (d).
(b) Relation entre la contrainte de cisaillement et le déplacement relatif
Grâce à ces essais, on peut caractériser le comportement au cisaillement uni-axial du joint de mortier de la maçonnerie par des courbes contrainte – déplacement relatif entre deux briques adjacentes. Considérons par exemple l’étude de Van der Pluijm [PLU(1993)]. Il a effectué une étude détaillée de caractérisation du comportement au cisaillement de la maçonnerie (reprise par Lourenço [LOU(1996)]). Il s’agit d’essais de type cisaillement direct sur des couplets de briques d’argile pleines.
Figure 1-18 : Configuration de l’essai de cisaillement direct sur des couplets et les courbes de comportement au cisaillement du joint de mortier selon différents niveaux de
compression [PLU(1993)]
La configuration de l’essai est montrée sur la Figure 1-18 : le couplet de briques est soumis à une pression de confinement constante et normale au joint, puis une contrainte de cisaillement est appliquée progressivement jusqu'à la rupture, en pilotant le déplacement. Différents niveaux de
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contraintes de compression sont appliqués : 0,1 ; 0,5 et 1MPa. Le déplacement relatif entre deux briques adjacentes est mesuré grâce à un capteur LVDT.
Les résultats expérimentaux obtenus à partir de ces essais ont montré que le comportement au cisaillement du joint de mortier est caractérisé par une courbe exponentielle d’adoucissement avec un niveau de frottement résiduel, Figure 1-18. Ce résultat est généralisable à d’autres types de briques et d’autres configurations d’essais: essais sur des triplets de briques de terre cuite pleines et creuses (Abdou et al. [ADB(2006)]) ; essais sur des triplets de briques de terre cuite creuses (Gabor[GAB(2002)]) ; essais sur des triplets de briques calcium- silicate creuses (Bronius et al. [BRO(2009)]), ou essais sur des couplets de briques de pierre (Vasconcelos [VAS(2005)]).
Ce comportement au cisaillement peut être caractérisé par deux phases. La première est associée à une forte rigidité jusqu’au pic correspondant à la contrainte de cisaillement maximale (Wu) qui résulte de l’adhérence brique-mortier (ou mortier/mortier). Après ce pic, en raison de la dégradation progressive de ce dernier, la phase d’adoucissement se produit, caractérisée par une chute de la résistance jusqu’à la valeur résiduelle (Wr) qui traduit l’effet de frottement de l’interface brique/mortier ou mortier/mortier.
(c) Critère de rupture
Le comportement au cisaillement du joint de mortier (les résistances maximales (Wu) et résiduelles (Wr)) dépend fortement de la contrainte normale de pré-compression (Vn). Cette dépendance, mise en évidence dans la plupart des études, est caractérisée par une relation linéaire et obéit au critère de Mohr- Coulomb, Figure 1-19.
Figure 1-19 : Résistances au cisaillement (maximale et résiduelle) en fonction de la contrainte de pré-compression [VAS (2005)]
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Et
߬ ൌ ܿ ߪǤ ݐܽ݊I (1-4)
Où, (c, I) et (cr, Ir) sont la cohésion et l’angle de frottement, respectivement initiaux et résiduels. Sans être universelle, cette relation a été identifiée par de nombreuses études, Tableau 1-4. Toutefois, Basoenondo [BAS (2008)] a effectué une étude expérimentale sur la relation de la résistance au cisaillement du joint de mortier en fonction de la contrainte de compression. Les essais portent sur des triplets de briques d’argile pleines. L’auteur a proposé un banc d’essai qui permet d’appliquer une charge constante de compression puis une charge de cisaillement augmentée progressivement jusqu’à la rupture, Figure 1-20. Dans la présente étude, la charge de compression varie entre 0 et 0,5MPa.
Figure 1-20 : Banc d’essai de cisaillement sur des triplets [BAS (2008)]
Trois types de mortier différant par leur résistance à la compression ont été testés : mortier A (fcm = 28,8MPa) ; mortier B (fcm=17,6MPa) et mortier C (fcm=11,8MPa).
Figure 1-21 : Relation non-linéaire entre la résistance au cisaillement et la contrainte de confinement [BAS (2008)]
Concernant la résistance au cisaillement en fonction de la contrainte de confinement, il a été trouvé qu’elle dépend du niveau de confinement. Toutefois, cette relation n’est pas linéaire et
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dépend de la qualité du mortier utilisé, Figure 1-21. L’auteur constate que l’utilisation d’un mortier résistant tend à augmenter la résistance au cisaillement mais l’effet n’est pas le même pour tous les niveaux de contraintes de compression latérale. A faible précompression, certes, le mortier le plus résistant conduit à une résistance au cisaillement supérieure (lorsque la contrainte de compression latérale V =0 MPa, la résistance au cisaillement (߬௨) augmente de 0,1MPa lorsque la résistance du mortier passe de 12 à 29MPa) mais l’effet est surtout sensible à fortes précompressions (lorsque V=0,5MPa, ߬௨ augmente de 0,6MPa lorsque la résistance du mortier passe de 12 à 29MPa). Ainsi, Basoenondo [BAS (2008)] adopte des courbes de tendance logarithmiques pour modéliser l’évolution des résistances au cisaillement en fonction des contraintes de compression latérale.
L’étude de Myriam Denis [DEN(1994)] portant sur des maçonneries de terre conduit à des conclusions similaires. Elle a constaté un comportement à la rupture différent aux faibles et aux fortes précompressions (changement de comportement à la valeur V =0,2MPa). Aux fortes précompressions, l’influence de la qualité du mortier est plus nette.
Le Tableau 1-4 présente comparativement des essais de cisaillement du joint de mortier de littérature.
Tableau 1-4 : tableau comparatif des essais de cisaillement du joint de mortier
Auteur Type de brique compression du mortier Résistance en Critère de rupture ࢛ ࢚ࢇII࢛ ࢘ ࢚ࢇII࢘
ABD(2006)
brique de terre
cuite pleine 20MPa Linéaire 1,61 1,05 0,00 0,88 brique de terre
cuite creuse 1,27 1,05 0,45 0,89
AUG(2011) brique de tuf 2,5MPa Linéaire 0,15 0,29 0,08 0,26 ZIM(2011) brique de terre cuite pleine 3,58MPa Linéaire 0,21 0,71 - -
0,22MPa Linéaire 0,03 0,64 - - CHU(2010) brique d'argile
pleine 0,6MPa Linéaire 0,05 1,33 - -
GAB(2002) brique de terre
cuite creuse 9,5MPa Linéaire 1,64 0,36 0,50 0,93 LOU(2004) brique d'argile creuse - Linéaire 1,39 1,03 - -
ROC(2010) - - Linéaire 0,39 0,99 0,00 0,76
VAS(2005) brique de pierre - Linéaire 0,36 0,63 - - BAS(2008) brique d'argile pleine
28,8MPa
bilinéaire
- - - -
17,6MPa - - - -
11,8MPa - - - -
DEN(1994) terre cuite Brique de 1,5MPa – 2,4MPa Bilinéaire - - - - (d) Paramètres influençant le comportement en cisaillement
Différents paramètres influencent la cohésion et l’angle de frottement : Adbou et al. [ADB(2006)] ont étudié le comportement au cisaillement à la fois sur des triplets de briques de
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terre cuite pleines et creuses et ont montré que le type de briques (creuse et pleine) influence les cohésions initiale et résiduelle tandis qu’il n’influence pas l’angle de frottement.
Un autre paramètre sensible est la résistance du mortier. Nous donnons un exemple de l’étude d’Alecci et al. [ALE (2013)], à partir des essais expérimentaux sur des triplets de briques de terre cuite et trois types de mortier se distinguant par leur résistance à la compression : CA (fcm
=0,96MPa) ; MB (fcm =2,75MPa) et CE (fcm =8,33MPa).
Figure 1-22 : Résistance au cisaillement du joint de mortier en fonction de la résistance en compression du mortier [QAI(2012)]
Ces essais ont été effectués sans charge de confinement. Les résultats obtenus ont montré que la résistance au cisaillement du joint de mortier des spécimens constitués avec les mortiers CE et MB est respectivement 10 fois et 5 fois plus grande que celle des spécimens constitués à base de mortier CA. Autrement dit, la maçonnerie est d’autant plus résistante au cisaillement que le mortier est résistant. Cette conclusion a été confirmée aussi dans l’étude de Basoenondo [BAS(2008)], Figure 1-21 : la résistance au cisaillement du joint de mortier de types A et B est plus grande de 50% et de 30% que celle du type C. Une autre étude de Qaisar et al. [QAI(2012)], réalisée sur des triplets de briques de terre cuite avec trois types de mortier CS (Sand- Cement) ; CSK (Sand- Sement- Khaka) et CK (Sand- Khaka), a montré que plus la résistance en compression du mortier est grande, plus la résistance au cisaillement du joint de mortier augmente, Figure 1-22.