Sollicitation statique monotone

Les deux protocoles utilisés pour évaluer le comportement au cisaillement de murs maçonnés sont l’essai de compression diagonale et l’essai de compression- cisaillement combiné.

(a) Essais de compression diagonale

L’essai de compression diagonale peut être effectué conformément à la recommandation ASTM E 519 ou la norme RILEM TC-76 LUM [RIL(1994)].

Figure 1-24 : Configuration de chargement et un banc d’essai de compression diagonale [ISM(2011)].

Selon ces normes, les spécimens maçonnés sont quasiment carrés d’une longueur au moins égale à 4 fois la longueur d’une brique. Le principe de cet essai est d’encastrer deux angles opposés à l’aide de sabots très rigides et de haute résistance. La longueur d’encastrement doit être égale à au moins 1/10 de la longueur d’un côté du mur, Figure 1-24. La charge de compression est

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appliquée progressivement (à une vitesse d’environ 0,1mm/s selon Ismail et al. [ISM(2011)]), jusqu'à la rupture.

Gabor [GAB(2002)], Petersen [PET(2009)], Ismail et al. [ISM(2011)] ont noté que le comportement global du panneau de maçonnerie sous compression diagonale, représenté par la courbe de la force de compression en fonction du déplacement relatif le long de la bielle tendue (ou comprimée), est quasiment linéaire élastique avec l’existence d’un faible palier post-élastique, Figure 1-25.

Figure 1-25 : Courbe force-déplacement des murs sous compression diagonale [PET(2009)]

Un mode de rupture par traction diagonale est observé. La rupture traverse soit uniquement les joints soit également les briques en fonction des propriétés mécaniques des différents constituants, Figure 1-26. Cette rupture est l’un des modes de ruine qui peut apparaître dans un mur lors d’une sollicitation sismique dans le plan.

Figure 1-26 : Rupture le long de la diagonale traversant les briques et les joints [GAB(2002)] et traversant les joints [SAT(2008)]

Toutefois, la rupture du panneau maçonné sous compression diagonale dépend aussi des conditions aux limites (la longueur d’encastrement). Gabor [GAB(2002)] a montré que, pour le cas des spécimens de briques en terre cuite, si cette longueur d’encastrement n’est pas assez grande (1/6 de la longueur d’un côté du spécimen), une rupture locale se produira.

(b) Essais de compression- cisaillement

Ce type d’essai consiste en un mur de type console fixé au niveau de sa base (ou fixé- fixé) soumis à une pré-compression normale constante combinée avec un effort de cisaillement en tête

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du mur. Afin de simuler ces conditions aux limites et de chargement, le banc d’essai doit disposer d’un système rigide pour fixer la fondation (et la tête du mur), d’un système permettant d’appliquer et maintenir la charge de compression constante durant tout le long de l’essai et aussi d’un système pour appliquer la charge de cisaillement, Figure 1-27.

Figure 1-27 : Exemples de bancs d’essais de type console [VAS(2005)] et de type fixé- fixé [MAR(2007)]

¾ Comportement global

En raison de l’hétérogénéité du mur maçonné et du comportement non- linéaire du mortier, le comportement au cisaillement d’un mur maçonné, représenté par la courbe de charge- déplacement latéral en tête du mur, n’est pas élastique parfait bien que le niveau de déplacement global (déplacement en tête du mur) reste faible (Oliveira [OLI(2003)] ; Vasconcelos [VAS(2005)] ; Marcariet al. [MAR(2007)], Capozucca [CAP(2011)]), Figure 1-28.

Figure 1-28 : Courbe charge-déplacement latéral d’un mur non renforcé sous sollicitation compression-cisaillement [MAR(2007)]

¾ Modes de rupture

Lorsque le mur est soumis à ce type de chargement, le mur peut se rompre soit par cisaillement pur (ou glissement), soit par traction diagonale, soit par flexion ou par soulèvement (Magenes et Calvi [MAG(1997)]), selon sa géométrie (ratio dimensionnel entre la hauteur et la largeur du mur H/L), la relation entre les charges verticale et horizontale et les caractéristiques des matériaux.

- Rupture par flexion- soulèvement: les premières fissures apparaissent dans les zones soumises aux efforts de traction maximaux, à la base du mur, provenant de la flexion dans le plan. Le mur agit comme un corps rigide et tourne autour de la zone comprimée. A l’état limite ultime, l’effondrement peut se produire par renversement dans le plan ou

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basculement hors plan. Ce mode de rupture apparaît généralement lorsque le ratio H/Let la résistance au cisaillement du mur sont relativement élevés et que le chargement vertical est faible.

- Rupture par flexion- écrasement : la fissuration se manifeste d’abord dans les zones où la contrainte de traction est maximale mais le balancement du mur ne se produit pas. Par conséquent, le cisaillement est redistribué vers les zones comprimées. La zone la plus comprimée à la base du mur est écrasée ou des fissures diagonales apparaissent provoquées par le glissement de l’interface brique/mortier. A l’état limite ultime, deux situations peuvent se présenter : rupture par écrasement de la zone comprimée ou fissuration excessive suivant la diagonale. Ce mode de rupture se produit lorsque le ratio dimensionnel H/L et la compression sont élevés.

- Rupture par traction diagonale : ce mode est caractérisé par l’apparition d’une fissure diagonale prenant son origine au centre du panneau et s’étendant dans cette direction jusqu’à l’extrémité de ce dernier. C’est un mode associé au cisaillement du mur. La fissure diagonale peut traverser les joints horizontaux et verticaux mais peut aussi se propager à travers les éléments de maçonnerie ; cela dépend de la résistance du mortier, des éléments ainsi que de l’interface entre les deux. Ce mode de rupture apparaît généralement avec un ratio dimensionnel modéré et une grande charge verticale.

- Rupture par glissement : suite à la formation de fissures horizontales de traction dans les joints horizontaux, un plan de glissement potentiel peut se former le long des joints horizontaux endommagés. Le glissement des joints se produit quand le ratio dimensionnel est faible et que la charge verticale est aussi faible.

Figure 1-29 : Modes de rupture dans le plan de murs non- renforcés.

Ces modes de ruptures ne sont que des modes principaux et, en général, la rupture observée d’un mur sous cisaillement dans le plan est souvent la combinaison entre ces trois modes principaux. Dès lors, il est crucial d’identifier les facteurs précurseurs des différents modes de rupture. En effet, une identification des principaux paramètres pilotant la ruine des murs maçonnés permettra par la suite une meilleure valorisation des renforts.

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¾ Etudes paramétriques

Dans l’ensemble des travaux que l’on peut trouver dans la littérature (Calvi et al. [CAL(1996)] Magenes [MAG(1992)], Mann et Muller [MAN(1982)]), il est établi que les paramètres les plus influents sur le comportement des murs de maçonnerie chargés dans leur plan sont le ratio dimensionnel (H/L) et l’intensité de la charge verticale.

- Ratio dimensionnel (H/L)

Une étude analytique de Calvi et al. [CAL(1996)] s’est penchée sur l’influence de ce paramètre sur le comportement d’un mur sous compression-cisaillement. La relation entre les modes de rupture principaux est illustrée dans la Figure 1-30 qui montre l’effet de l’évolution du ratio dimensionnel. Lorsque les conditions aux limites sont déterminées, une augmentation de ce paramètre tend à conduire à une rupture par flexion (« rocking »), tandis qu’une diminution conduit aux ruptures de type cisaillement (soit par traction diagonale, soit par glissement).

En ce qui concerne l’influence de ce paramètre sur la résistance au cisaillement d’un mur sous ce type de chargement, Yi et al. [Yi(2004)], grâce à leurs résultats expérimentaux couplés à des études dans la littérature, ont conclu que l’augmentation du ratio dimensionnel s’accompagne d’une diminution de la résistance au cisaillement, Figure 1-30.

L’amélioration de la résistance associée à de faible ratio peut être expliquée par un rôle plus important du fonctionnement par mécanisme de treillis avec un cisaillement repris principalement par une bielle de compression diagonale.

(a) (b)

Figure 1-30 : Influence du ratio dimensionnel (a)- sur les modes de rupture du mur (les conditions aux limites sont fixé- fixé) [CAL(1996)] et (b)-sur la résistance au cisaillement

[YI(2004)]

- L’intensité de la charge verticale

De manière analytique, Calvi et al. [CAL(1996)] ont établi une relation entre l’intensité de la charge verticale et le mode de rupture. Selon les auteurs, quand la géométrie et les conditions aux limites sont fixées, une augmentation de la charge verticale a tendance à conduire à une rupture de type traction diagonale, cependant une faible charge verticale tend à être associée aux ruptures de type glissement ou par flexion, Figure 1-31(a).

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L’augmentation de la charge verticale a aussi un impact sur la résistance latérale. Plus cette charge est grande plus la résistance augmente, Figure 1-31(b). Cette influence est mise en relief dans les études de Magenes [MAG(1992)] ; Oliveira [OLI(2003)] ; Yi et al. [Yi (2004)] et Vasconcelos [VAS(2005)].

Toutefois, lorsque la charge verticale est augmentée, la résistance au cisaillement du mur est améliorée mais la capacité de déformation est diminuée. De plus, les murs sollicités par une charge verticale élevée sont plus rigides que des murs associés à une faible charge verticale,

Figure 1-36.

(a) (b)

Figure 1-31 : Influence de la charge verticale sur (a) – les modes de rupture (les conditions aux limites sont fixé- fixé) [CAL(1996)] et (b)- sur la résistance au cisaillement [YI(2004)] 1.3.1.2. Sollicitations cycliques

Figure 1-32 : Configuration de chargement et un exemple d’un banc d’essai de sollicitation cyclique [ELW(2005)]

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Généralement, le banc d’essai de sollicitations cycliques est basé sur celui de l’essai compression- cisaillement statique monotone avec seulement une modification sur le dispositif horizontal pour pouvoir effectuer un chargement réversible, Figure 1-32.

(a) Comportement global

La charge est appliquée de manière cyclique et la courbe de relation force- déplacement latéral obtenue est du type de celle représentée sur la Figure 1-33. Toutefois, le comportement global traduit par la courbe enveloppe des cycles est similaire à celui d’une sollicitation quasi- statique monotone, Figure 1-35.

Figure 1-33 : Courbe force- déplacement latéral obtenue lors d’un essai cyclique [TOM(2000)]

(b) Modes de rupture

Sous ce type de chargement, quatre modes de rupture principaux sont identifiés, similaires à ceux identifiés dans le cas de sollicitations monotones représentés sur la Figure 1-29.

Les paramètres qui influencent le comportement et les modes de rupture sont voisins de ceux présentés dans la précédente étude paramétrique de sollicitations monotones de type compression- cisaillement.