RAPPORT D'ESSAIS N EEM Concernant des essais de chargement alterné (par analogie au séisme) sur maçonneries en blocs béton

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1 DEPARTEMENT SÉCURITÉ, STRUCTURE ET FEU Études et Essais Mécaniques RAPPORT D'ESSAIS N EEM Concernant des essais de chargement alterné (par analogie au séisme) sur maçonneries en blocs béton L'accréditation de la section Laboratoires du COFRAC atteste de la compétence des laboratoires pour les seuls essais couverts par l'accréditation. Seuls les essais identifiés par le symbole effectués sous le couvert de l accréditation. sont Ce rapport d'essais atteste uniquement des caractéristiques de l objet soumis aux essais et ne préjuge pas des caractéristiques de produits similaires. Il ne constitue pas une certification de produits au sens de l'article L à L et R115-1 à R115-3 du code de la consommation modifié par la loi n du 04 août 2008 article 113. En cas d'émission du présent rapport par voie électronique et/ou sur support physique électronique, seul le rapport sous forme de support papier signé par le CSTB fait foi en cas de litige. Ce rapport sous forme de support papier est conservé au CSTB pendant une durée minimale de 10 ans. La reproduction de ce rapport d'essais n'est autorisée que sous sa forme intégrale. Il comporte 17 pages et 7 pages d annexe. A LA DEMANDE DE : PREFABLOC 2 rue des Pamplemousses RE PETITE ILE Ile de la Réunion

2 2/17 TABLE DES MATIÈRES 1. OBJET TEXTES DE RÉFÉRENCE OBJET SOUMIS A L ESSAI IDENTIFICATION DU LABORATOIRE ET PROGRAMME DES ESSAIS CONSTITUTION ET DESCRIPTION DU CORPS D ÉPREUVES Montage Essais sur blocs - Caractéristiques géométriques Identification des blocs Résultats d essais Essais sur mortier - Résistances à la flexion et à la compression Identification du béton Conditionnement des maquettes après montage MODALITÉS DES ESSAIS Mise en place des corps d'épreuves et dispositif de mise en charge Chargement oligocyclique (quasi-statique alterné) DISPOSITIF DE MESURE RÉSULTATS DES ESSAIS... 16

3 1. OBJET 3/17 A la demande de la société PREFABLOC, un essai de caractérisation sur procédé de maçonnerie montée avec des blocs béton a été réalisé. 2. TEXTES DE RÉFÉRENCE [1] Lettre de commande référencée DSSF/EEM 12/272 du 04 octobre 2012, précisant le programme et les modalités des essais. [2] Norme NF EN : Août Méthodes d'essai des éléments de maçonnerie - Partie 1 : détermination de la résistance à la compression. [3] NF EN : septembre 2000 Méthode d essai des mortiers pour maçonnerie- Partie 11 : Détermination de la résistance à la flexion et à la compression du mortier durci [4] Certificat CSTBat. Mortiers-colles de montage de maçonnerie. Règlement technique. Approuvé par le Comité d'évaluation le 08 octobre [5] NF EN : Essais pour béton durci résistance à la compression des éprouvettes (avril 2012) 3. OBJET SOUMIS A L ESSAI Description : maçonneries Origine : PREFABLOC Mise en œuvre : CSTB Date de livraison : 25/02/2013 Dates des essais : 12/07/2013 Opérateur d essais : Pierre-Jean DEGIOVANNI Fait à Marne-la-Vallée, le 01/10/2013 Le responsable du Pôle Structures Julien CORDIER

4 4/17 4. IDENTIFICATION DU LABORATOIRE ET PROGRAMME D ESSAI L essai a eu lieu le 12 juillet 2013 dans le Pôle STRUCTURES du DEPARTEMENT SECURITE, STRUCTURES et FEU, au Centre de Recherche du CSTB de MARNE LA VALLÉE. Le programme d essai est résumé dans le tableau 4.1. Tableau 4.1 : Programme des essais réalisés N d essai Nature de l essai Type bloc Dimensions mur Joints Chaînage vertical et horizontal Nb essais 1 Essai de chargement alterné dans le plan Bloc béton 2 alvéoles L = 3,70m Hmaxi = 2,75m Joints horizontaux à définir - Joints verticaux à définir Chaînages en béton armé 15x15 Remplissage de 2 alvéoles (entraxe de 1,20m) avec insertion d un acier HA Caractérisation mécanique des blocs, dans les 2 directions Caractérisation du mortier 3 + 3

5 5/17 5. CONSTITUTION ET DESCRIPTION DU CORPS D ÉPREUVES 5.1 Montage Le montage du mur se fait par rangées de blocs horizontaux successifs de dimensions 390 x 190 x 190 mm (L x l x h). Les joints verticaux sont remplis. La maquette est montée sur une semelle en béton armé, qui a été coulée horizontalement de façon monolithique. Le coulage des chaînages est réalisé après le montage des blocs. La dimension de la maquette est choisie de telle sorte que, compte tenu de l appareillage envisagé, les diagonales du mur coupent au moins une fois les joints verticaux. L épaisseur de la maquette est conditionnée par le type de bloc utilisé, soit ici 190 mm. Le mortier utilisé pour les joints horizontaux, verticaux et le béton de remplissage des chainages verticaux et horizontaux est un mortier Mur 8/2 de classe de résistance M5 comme décrit dans la fiche technique 5.1. Le chainage horizontal est composé d un poteau à 4 filants en HA10 avec des cadres en HA8 tous les 200 mm. Le ferraillage du chainage vertical est composé aux extrémités de deux poteaux composés de 4 filant en HA10 et de cadres en HA8 tous les 200 mm. En partie courante une barre HA12 est disposée tous les 1,2 mètres. Les barres en partie haute sont pliées à 90 pour être dans le chaînage horizontal (cf. schéma 5.2). La liaison entre le chainage horizontal et les deux poteaux d extrémités est réalisée avec quatre équerres de renforts en HA10 de 500 mm de long et deux U de jonction en HA10 de 500 mm de long. Le montage a été réalisé par le CSTB. Tableau 5.1 : Montage du corps d'épreuve Désignation 1. Caractéristiques géométriques Hauteur de la maçonnerie sans chaînage horizontal H (mm) 2465 Longueur de la maçonnerie L (mm) 3608 Épaisseur t (mm) 190 Epaisseur du chaînage horizontal (mm) 150 Surface brute A = L x t (mm²) Caractéristiques de montage Support Semelle en béton armé Nombre d'éléments par rang 9 Nombre de rangs 13 Nombre total d'éléments 117 Joints horizontaux (mm) 10 Joints verticaux (mm) 10 Assise du 1er lit 10 Chaînage vertical bloc Chaînage horizontal supérieur 150

6 Fiche technique 5.1 : Mortier Mur 8/2 6/17

7 7/ Essais sur blocs - Caractéristiques géométriques Identification des blocs Le type de bloc utilisé (PREFABLOC) est décrit sur photographie 5.1. Photographie 5.1 : Représentation du bloc PREFABLOC 190 mm 390 mm 190 mm Résultats d essais Des essais de compression sur éléments de maçonneries ont été effectués au CSTB conformément à la norme NF EN [2]. Les résultats sont présentés dans les tableaux 5.2 et 5.3. La vitesse de montée en charge est de 15 kn/s pour la compression verticale et de 2.5 kn/s pour la compression horizontale. Pour les essais de compression verticale, la qualité de surfaçage est suffisante pour les exigences de la norme. Aucune préparation supplémentaire des surfaces n a été effectuée. Pour les essais de compression horizontale, le mode de préparation des surfaces est réalisé conformément au chapitre de la norme NF EN 772-1, la surface soumise à la charge étant limitée aux surfaces en contact bloc/bloc (le surfaçage entre les protubérances n est pas effectué). La figure ci-dessous illustre la méthodologie de l essai de compression. Ce mode de préparation de surface est différent de celui présenté dans la note du de l Eurocode 8. Schéma 5.3 : mode opératoire pour les essais de compression horizontale Le conditionnement des corps d épreuve, avant essais, a été effectué par séchage à l air.

8 8/17 Tableau 5.2 : Résultats des essais de compression verticale N du bloc Masse (g) Longueur (mm) Largeur (mm) Hauteur (mm) Charge de rupture (kn) Résistance (N/mm²) ,3 191,1 189, , ,3 191,2 192, , ,1 191,1 192, , ,3 191,1 192, , ,7 191,5 190, , ,9 190,8 191, ,4 Moyenne ,5 Coefficient de variation (%) 10 10,1 Tableau 5.3 : Résultats des essais de compression horizontale N du bloc Masse (g) Longueur L (mm) Epaisseur w (mm) Hauteur h (mm) Charge à la rupture (kn) Résistance (N/mm²) ,3 191,4 189, , ,0 191,4 187, , ,2 191,8 186, , ,2 191,4 186, , ,2 191,2 189, , ,4 191,6 189, ,6 Moyenne ,7 Coefficient de variation (%) 13 13,8

9 9/ Essais sur mortier - Résistances à la flexion et à la compression Les résistances à la flexion et à la compression sont déterminées conformément aux référentiels [3] et [4]. Les essais ont été effectués sur des éprouvettes de dimension 4 cm 4 cm 16 cm. La résistance à la compression a été déterminée sur les demi-prismes provenant des éprouvettes après essais de flexion. Les essais ont été réalisés au moyen d'une presse munie de capteurs de force de 20 kn et 100 kn. Le prélèvement de mortier colle, fait afin de confectionner les éprouvettes destinées aux essais de résistances à la flexion et à la compression, a été réalisé le jour du montage des maçonneries. Les résultats sont consignés dans le tableau 5.4. Tableau 5.4 : Résistance à la flexion et à la compression sur éprouvettes 4 x 4 x 16 Temps et mode de conservation 2 jours dans le moule à (20±2) C et (95±5)%HR + 5 jours hors du moule à (20±2) C et (95±5)%HR + 21 jours à (20±2) C et (65±5)%HR Masse volumique Rt Rc kg/m 3 (N/mm²) (N/mm²) ,35 13,00 11, ,95 12,95 13, ,85 12,90 13,00 Moyenne ,10 12,9 Avec : R t : La résistance à la flexion R c : La résistance à la compression

10 10/ Identification du béton L identification du béton a été réalisée sur le béton de remplissage des chaînages verticaux et horizontal dont la composition est donnée dans la fiche technique 5.1. Les essais de compression ont été réalisés conformément aux modalités définies dans la norme NF EN [5]. Des précisions concernant ces modalités sont données ci-dessous : nombre d éprouvettes par série : 3 conditions de conservation dans l eau : (20 ± 2) C méthode de préparation des surfaces : - machine d essais : LOS BP3000 de capacité 3000 kn de classe 2 (de 60 kn à 300 kn) selon la norme EN de classe 1 (de 300 kn à 3000 kn) selon la norme EN Les résultats des essais sont consignés dans les tableaux 5.5 et 5.6 ci-dessous. Tableau 5.5 : Résistance en compression des éprouvettes de béton conservées dans l air Date de fabrication : Date de l essai : N d éprouvette Masse (g) 29/05/ /06/2013 Mva (kg/m 3 ) Age matériau : Charge maximale (kn) R c (MPa) , , ,3 28 jours Etat humidité surface Type de rupture Surface sèche Rupture correcte Surface sèche Rupture correcte Surface sèche Rupture correcte Moyenne ,7 32,9 Ecart type 14 14,4 0,6 Tableau 5.6 : Résistance en compression des éprouvettes de béton conservées dans l eau Date de fabrication : Date de l essai : N d éprouvette Masse (g) 29/05/ /06/2013 Mva (kg/m 3 ) Age matériau : Charge maximale (kn) R c (MPa) , , ,7 28 jours Etat humidité surface Type de rupture Surface sèche Rupture correcte Surface sèche Rupture correcte Surface sèche Rupture correcte Moyenne ,0 35,6 Ecart type 2 52,8 2,3

11 2 750 mm mm 11/ Conditionnement des maquettes après montage Le corps d épreuve est conservé à l air ambiant du laboratoire jusqu au jour de l essai. Le schéma 5.2 ci-après représente la maquette montée ainsi que l emplacement des ferraillages verticaux et horizontaux. Schéma 5.1 : Plan de montage de la maquette avec les chaînages mm Remplissage des chaînages avec béton Chaînage horizontal 4 HA10 Semelle béton mm Chaînage vertical ancré chimiquement dans la semelle ou soudé aux platines aciers (noyées dans la semelle) Chaînage vertical : 1 HA12, ancré chimiquement dans la semelle Les alvéoles sont remplies de béton.

12 12/17 Schéma 5.2 : Dispositions prises pour la mise en place des ferraillages - Détail A : jonction poteau / chaînage Recouvrement L= 50 cm

13 6. MODALITÉS DES ESSAIS 13/17 L essai est réalisé dans Pôle STRUCTURES du Département Sécurité, Structures et Feu, conformément aux protocoles d'essais définis dans le bon de commande [1]. 6.1 Mise en place des corps d'épreuves et dispositif de mise en charge L'essai est réalisé dans un portique d essais sismiques mis au point par le CSTB. Ce portique est composé d'un double bâti de réaction en acier, très rigide, qui, sous une charge de kn appliquée à une hauteur de 3 mètres, prend une flèche inférieure à 2 mm. Il reçoit un vérin hydraulique asservi d'une capacité maximale de 2400 kn. L'effort statique ou «quasi-statique équivalent» est exercé dans le plan du mur situé à l'intérieur du bâti. Ce portique de réaction est ancré à la dalle d essai par des tiges d ancrage en acier de haute résistance. Afin de limiter ses déplacements hors plan, le portique est contreventé latéralement. Le portique d essais est présenté schématiquement en figure 6.1. Schéma 6.1 : Dessin de la maquette dans le dispositif d'essais Casque pour la transmission de la charge Vérin hydraulique pour le chargement cyclique horizontal Maquette Portique de réaction Tiges d'ancrage Dalle d essai Le corps d'épreuve est placé dans le portique. La semelle du mur est fixée au portique en utilisant un dispositif mixte mécanique par boulonnage et de calage par béton coulé en place. Le casque, pièce métallique coiffant le mur, permet la transmission de la charge induite par le vérin et assure une poussée dans les deux sens (excluant tout effort de traction dans le chaînage horizontal). La tête du vérin double effet est ensuite fixée au casque. Des tirants en acier, assurent la liaison entre le casque et la semelle de façon à compléter la résistance des chaînages verticaux en vue d empêcher une ruine par renversement du mur. Les conditions aux limites sont définies comme libre en tête du mur et encastré en pied. Les déplacements hors plan du mur au niveau du casque sont limités par des guides constitués de rouleaux en acier. Aucun chargement vertical hormis le poids propre du casque n est appliqué à la maçonnerie.

14 14/ Chargement oligocyclique (quasi-statique alterné) Un chargement horizontal cyclique alterné est appliqué en contrôlant le déplacement au sommet du corps d épreuve. Ce chargement est appliqué alternativement en poussant et en tirant d un même côté sur le casque. Celui-ci transmet la charge en tête du mur comme le montre la figure 6.1. Le chargement est constitué de sept à dix trains de cycles d amplitude croissante, chacun de ces trains de cycles comprend environ dix cycles d amplitude constante. Une représentation schématique de ces trains de cycles est donnée dans le schéma 6.2. Schéma 6.2 : Chargement appliqué

15 7. DISPOSITIF DE MESURE 15/17 Il est constitué : - d un capteur de force de 3000 kn de marque FGP et de type FN 3100 mesurant la charge totale appliquée à la maquette. - d un ensemble de 8 capteurs de déplacement de marque SOLARTRON, de type L100, L20, et L15, respectivement d étendue de mesure 50 mm, 10 mm et 7,5 mm mesurant le déplacement spécifique du corps d'épreuve. Les capteurs de déplacement sont de classe 0,2 selon la norme NF E La disposition schématique des capteurs de déplacement est indiquée sur la figure 7.1. Ils sont disposés comme suit : - Les capteurs en tête et pied de chaînage mesurent le déplacement de la tête du mur par rapport à sa base. - Les capteurs verticaux sur la semelle permettent de mesurer le soulèvement de cette dernière ainsi que le décollement relatif mur/semelle. - Les capteurs de déplacement, placés sur le chaînage vertical, sont fixés sur une règle solidaire du corps d'épreuve. Cette règle repose en partie haute sur un appui couteau et est guidée en partie basse par un système de galets mobiles. Ce système permet l analyse des déformations du chaînage vertical. Figure 7.1 : Position des points de mesure de déplacement sur le mur

16 8. RÉSULTATS DES ESSAIS 16/17 Les résultats des essais sont consignés dans : Le tableau 8.1 récapitulatif de l essai donne, la charge élastique, la charge maximale atteinte et les déplacements globaux relatifs à ces charges. Le tableau n 1 en annexe, donne les déplacements globaux imposés au corps d'épreuve à chaque train de cycles (en poussant et en tirant), ainsi que les valeurs correspondantes mesurées. D'autre part, ce tableau donne la fréquence utilisée et les valeurs de force maximale du vérin enregistrées pour chaque train de cycles. La courbe en annexe, donne une représentation graphique de la force appliquée en fonction du déplacement global mesuré en tête du mur. Remarque : Suite à un endommagement trop important de la maçonnerie nous n avons pu tracer que les courbes jusqu à la phase 7 de l essai, soit pour un déplacement imposé au vérin de ± 12 mm. Les photographies en annexe, illustrant les différentes phases de l essai Tableau 8.1 : Tableau récapitulatif N essai Nature essai Joints horizontaux / verticaux Charge Élastique (kn) Déplacement élastique (mm) Charge maximale (kn) Déplacement à la charge max (mm) 1 Alterné collés ,05-458,95 + 5,41-3,70

17 17/17 Courbes force / déplacement global en tête Ces graphiques montrent d'une part, sur une courbe en trait fin les résultats correspondant au dernier cycle de chaque train de cycles et d autre part, une courbe en trait gras représentant l'enveloppe moyenne de l ensemble des trains de cycles. Les mesures réalisées en tête du mur (capteurs d8 et d7), sont à corriger en tenant compte de la valeur de translation horizontale globale du corps d épreuve, mesure donnée par le capteur d5 et de l effet de la rotation globale du corps d épreuve (capteurs d3 et d4). Cette correction prend la forme suivante : Déplacement horizontal global en tête = dh dh ( d5 d9) h d8 l Avec h : la position du capteur horizontal d8 par rapport à la semelle, L : la distance entre les capteurs d7 et d10, Di : déplacement mesuré au point i = 4 à 11 exprimé en mm. Les valeurs de h et l sont montrées sur la figure 8.1. Figure 8.1: Déplacement global en tête Fin de rapport

18 ANNEXE ANNEXE N d essai 1 N d ordre Type de sollicitation Alternées Type de blocs PREFABLOC Joints verticaux Collés Date de l essai 12/07/2013

19 ANNEXE Tableau n 1 : Déplacements imposés et mesurés sur le mur Cycle Imposé au vérin Déplacement (mm) Mesuré sur le mur Fréquence (Hz) Force du vérin (kn) A ± 1 0,10 0, ,23 91,09 B ± 2-0,48 0,52 0,8-170,84 172,85 C ± 4-1,39 1,72 0,7-299,65 311,55 D ± 6-2,39 2,88 0,7-421,60 392,85 E ± 8-3,70 3,70 0,6-458,95 428,10 F ± 10-3,88 4,88 0,5-413,64 440,64 G ± 12-6,42 5,41 0,4-306,34 460,05 H ± 15 Mesures non exploitable en vue de la détérioration importante de la maçonnerie 0,3-230,71 414,46 I ± 20 0,2-131,20 183,65 Schéma n 1 : Schéma de faciès de fissuration du mur ± 1 mm ± 2 mm ± 4 mm ± 6 mm ± 8 mm

20 ANNEXE Demandeur : PREFABLOC Date : 12/07/2013 N d'essai : 1 N d'ordre : Remarque : Essai de chargement alterné sur maçonnerie avec bloc PREFABLOC Joints verticaux: Collés

21 ANNEXE Photographie n 1 : Vue générale avant essai Photographie n 2 : Vue générale après essai

22 ANNEXE Photographie n 3 : Vue de détail de la rupture de la maçonnerie

23 ANNEXE Photographie n 4 : Vue de détail de la rupture de la maçonnerie

24 ANNEXE Photographie n 5 : Vue de détail de la rupture de la maçonnerie