EIDGENÖSSISCHE TECHNISCHE HOCHSCHULE LAUSANNE POLITECNICO EDERALE DI LOSANNA SWISS EDERAL INSTITUTE O TECHNOLOGY LAUSANNE INSTITUT DES MATERIAUX LABORATOIRE DE MATERIAUX DE CONSTRUCTION ÉCOLE POLYTECHNIQUE ÉDÉRALE DE LAUSANNE DEPARTEMENT DES MATERIAUX MAÇONNERIE INTRODUCTION Par définition, la maçonnerie est un composé de briques de terre cuite ou d'agglomérés liés entre eux par un mortier et qui se comportent comme un tout. Ce mode de construction remonte quasi aux origines de l'humanité ; un des plus anciens vestiges est constitué par la muraille en pierre de Jericho construite au huitième millénaire avant JC. Tant dans le bâtiment que pour les ouvrages d'art, la maçonnerie fut l'une des techniques de construction prépondérantes jusqu'à l'apparition des structures métalliques et du béton armé. Elle atteint ces heures de gloires dans les édifices religieux de l'art gothique où les architectes et les constructeurs jouaient d'audace pour rendre ces monuments très aériens. Actuellement, la maçonnerie s'utilise presque exclusivement pour des éléments verticaux telle que murs porteurs, cloisonnements ou galandages, généralement pour des constructions de petites dimensions. Si la maçonnerie garde encore un attrait certain dans la construction, c'est que la manutention sur chantier des briques peut être réalisée avec des moyens légers et que la mise en œuvre ne nécessite aucun équipement lourd, il suffit d'une truelle, d'une caisse à mortier, d'un niveau et d'un fil à plomb. OBJECTIS amiliariser les étudiants avec la mise en œuvre et le comportement des maçonneries et de leurs composants. - Réaliser un mortier de ciment et des prismes d'essai. - abriquer des murets d'essai. - Effectuer les essais de résistance des briques, du mortier et des murets. 1
- Etablir une relation entre les résistances des matériaux et celles des murets. 2
1. GENERALITES Comme tout élément de construction, la maçonnerie doit répondre à certaines exigences liées soit à la fonction statique de la construction, soit à la fonction d'enveloppe. onction statique : capacité de l'élément de reprendre les charges (actions directes) et de résister aux déformations imposées (actions indirectes) afin d'assurer la sécurité structurale et l'aptitude au service (limitations des fissures, durabilité, etc.). Dans la maçonnerie, les efforts sont essentiellement verticaux bien que des efforts horizontaux (vent, séisme) ou transversaux existent. onction d'enveloppe : capacité d'un élément de protéger les utilisateurs contre des agressions ou nuisances externes telles que : - les intempéries et le vent, - le bruit (isolation acoustique), - les variations de température externe (isolation thermique), - le feu Toutes ces fonctions doivent être assurées à long terme. On doit donc construire et dimensionner les structures afin de limiter les effets des agressions et en particulier éviter l'apparition de fissure (fréquemment d'ordre statique) et l'absorption d'eau. En Suisse, les bases d'étude, d'exécution et de dimensionnement statique sont données par la norme SIA V 177 "Maçonnerie". Pour des constructions ordinaires, la classification des maçonneries est réalisée sur la base du type de briques ou d'agglomérés avec une définition des exigences minimales quant à la qualité des matériaux de base et de la maçonnerie (voir tableau 1). Ces exigences peuvent être modifiées et complétées lorsqu'on exige des performances particulières que ce soit d'ordre statique (résistance accrue) ou pour l'enveloppe (isolation, mur apparent, résistance au feu). 3
Tableau 1 : Exigences minimums des propriétés mécaniques des maçonneries et de leurs composants (voir aussi la norme SIA V177, pour les autres exigences). Maçonnerie MB MBL MC MCL MK MP MPL Résistance à la 8.0 4.0 8.0 2.0 7.0 3.2 1.8 compression f x [N/mm 2 ] Résistance à la traction 0.15 0.10 0.25 0.15 0.15 0.90 0.60 par flexion f fx [N/mm 2 ] Module d'élasticité E x 4500 2500 8000 2500 4000 2200 1000 [N/mm 2 ] Brique / aggloméré B BL C CL K P PL type Résistance à la compression f b [N/mm 2 ] Résistance à la traction transversale f bq [N/mm 2 ] Mortier type, exemple Résistance à la compression f m [N/mm 2 ] brique terre cuite brique terre cuite légère isolante aggloméré de béton aggloméré de béton à granulats légers silicocalcaire béton cellulaire béton cellulaire léger 28.0 14.0 18.0 5.0 22.0 5.0 2.5 8.0 4.0 5.0 2.0 10.0 - - normal*, prêt à l'emploi bâtard*, prêt à l'emploi, allégé normal, prêt à l'emploi bâtard, prêt à l'emploi, allégé normal, prêt à l'emploi mortier colle 15.0 5.0 15.0 5.0 15.0 - - mortier colle *selon l'ancienne norme SIA 177 : - mortier normal : mortier à base de ciment Portland uniquement (CP 300 à 400 kg/m 3 ) - mortier bâtard : mortier à base de ciment Portland et de chaux (CP 100 + CH 250 kg/m 3 ) 2 GACHAGE D'UN MORTIER DE JOINTOYAGE ET REALISATION D'UN MURET 2.1 But et méthode Déterminer les proportions de ciment, d'eau et de sable de manière à obtenir un mortier présentant les propriétés suivantes: - à l'état frais, une pâte de bonne maniabilité et facilitant le maçonnage; - à l'état durci, un matériau de résistance suffisante (tableau 1). Puis réaliser un muret se composant d'un empilement de 3 briques. Pour un mortier de ciment uniquement, un dosage de l'ordre de 300 à 400 kg/m 3 permet d'atteindre les résistances prescrites. Pour les mortiers devant avoir une 4
résistance de 5 N/mm 2, on peut utiliser le mortier bâtard (CP 100 + CH 250). La composition théorique d'un mortier se fait en déterminant le type de mortier nécessaire, ce qui définit sa teneur en liant. On détermine les teneurs des autres composants sachant que la masse volumique du mortier frais est de l'ordre de 2250 kg/m 3 et que la teneur en eau est de l'ordre de 250 kg/m 3. La quantité d'eau réelle est choisie par le maçon afin d'obtenir un mortier plastique qui puisse aisément être mis en place pour le maçonnage du mur. Ce choix se fait uniquement à l'aspect du mortier et non par pesée. Le maçon adapte généralement la teneur en eau en fonction du type de brique et de leur état. 2.2 Gâchage du mortier Groupe 1 : mortier normal Groupe 2 : mortier avec rétenteur d eau (LAMIT) - Définir la composition d'un mortier de ciment avec un rapport sable sur ciment égal à 4 ainsi que les proportions nécessaires si l'on prend 3 kg de ciment. - Réaliser ce mélange en mélangeant d'abord à sec le sable et le ciment puis en ajoutant l'eau jusqu'à obtenir la consistance souhaitée. - Mesurer la quantité d'eau mise dans le mortier - Déterminer la masse volumique du mortier frais à l'aide d'un pycnomètre - Déterminer la composition réelle du mortier Composants Quantité effective [kg] Composition effective [kg/m 3 ] ciment 3 eau sable 12 Total * * Masse volumique apparente mesurée du mortier frais 5
2.3 Construction de muret A l'aide du mortier préparé, monter 2 murets de 3 éléments avec des briques différentes. - sur la brique d'assise, poser un lit de mortier permettant de réaliser un joint de l'ordre de 0.8 à 1.2 cm - placer la brique sur le lit - régler la verticalité et l'alignement des briques en tapant légèrement sur la face face rectifiée supérieure de la brique face rectifiée - préparer aussi 3 prismes 4/4/16 cm, pour ceci remplir le moule en 2 couches et damer chacune d'entre elle. La surface des prismes doit être lisse. 3. ESSAIS SUR BRIQUES 3.1 But et méthode Contrôle de qualité des briques Essai de compression L'essai consiste à soumettre une brique à une charge de compression jusqu'à ce qu'on atteigne sa charge de rupture f b = rupture S : section nominal de la brique S 6
Les valeurs minimales sont définies dans le tableau 1 3.2 Travail à effectuer Effectuer un essai de compression et un essai de traction transversale sur 2 types de briques différentes. Type de brique B K - section nominale Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance f b [N/mm 2 ] 4. ESSAIS SUR MORTIERS 4.1 But et méthode Contrôle de qualité des mortiers On utilise des éprouvettes normalisées de 4/4/16 cm qui sont d'abord soumises à l'essai de flexion, puis l'on récupère chaque demi prisme pour les essais de compression. Essai de flexion Essai de compression h = 40 l = 100 160 b = 40 40 f fl 3l = 2bh 2 rupture fm = S S : section d'appui (40 x 40 mm) Les valeurs minimales pour la compression sont définies dans le tableau 1 7
4.2 Travail à effectuer Effectuer un essai de flexion et deux essais de compression sur les deux types de mortiers. Eprouvette 1 2 3 moyenne Résistance à la flexion - charge de rupture [kn] - résistance f fl [N/mm 2 ] Résistance à la compression - charge de rupture [kn] / / / - résistance f m [N/mm 2 ] / / / 5. ESSAIS DE COMPRESSION SUR DES MURETS EN MAÇONNERIE 5.1 But et méthode Les essais de compression sur des petits murets en briques permettent de se rendre compte, à moindre coût, de la qualité de la maçonnerie. Selon la norme, l'essai doit être réalisé sur un élément de mur de 1 m 2. On observe surtout l'effet de l'adhésion mortier brique et l'effet de la concentration des charges au niveau du joint. Connaissant les résistances des briques et du mortier, on peut estimer la résistance d'une maçonnerie à l'aide de la formule suivante: f x α β = κ fb fm avec : f b : résistance des briques f m : résistance du mortier 8
κ,α,β : coefficients valant respectivement environ 0.55, 0.65 et 0.25 dans le cas de la maçonnerie simple, ou 0.45, 0.65 et 0.25 dans celui de la maçonnerie composée avec des joints longitudinaux. f m = rupture S S : section nominale Remarque: Les valeurs minimales définies dans le tableau 1 ne peuvent pas être comparées directement avec les valeurs obtenues sur l'essai du petit pilier. 5.2 Travail à effectuer Effectuer un essai de compression sur des piliers préparés à cet effet. Type de brique - section nominale Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance f x [N/mm 2 ] 6. PLAN SUGGERE POUR LE RAPPORT 1. Introduction brève justification des travaux réalisés 2. Gâchage du mortier description des matériaux utilisés calcul de la composition théorique résultats de l'essai de gâchage : masse volumique et composition réelle remarque sur l'exécution de l'essai 9
3. Construction des murets description des matériaux utilisés description des éléments réalisés remarque sur l'exécution 4. Essai de résistance à la compression sur des briques résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais discussion des résultats (par rapport aux valeurs exigées) 5. Essai de résistance sur le mortier résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais discussion des résultats (par rapport aux valeurs exigées) 6. Essai de résistance à la compression sur les murets résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais commentaire et remarques personnelles sur le mode de rupture comparaison des valeurs mesurées avec les valeurs théoriques définies par la formule du 4.1 7. Conclusions remarques et commentaires critiques sur les essais effectués et les résultats obtenus définir les défauts principaux que l'on trouve dans la maçonnerie et donner quelques règles de base pour les éviter. 10