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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. Fonction statique : Fonction d'enveloppe : 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. capacité d'un élément de protéger les utilisateurs contre des agressions ou nuisances externes telles que : o les intempéries et le vent, o le bruit (isolation acoustique), o les variations de température externe (isolation thermique), o 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). 2
Tableau 1 : Exigences minimums des propriétés mécaniques des maçonneries et de leurs composants (voir aussi la norme SIA V177, pour les autres exigences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selon l'ancienne norme SIA 177 : - mortier normal : mortier à base de ciment Portland uniquement (CP 300 à 400 kgm 3 ) - mortier bâtard : mortier à base de ciment Portland et de chaux (CP 100 + CH 250 kgm 3 ) H$'.) *+--D-(&1+ -$J+1 79:; >":; >9:;?:; 77:;?:; 7:? 9:; ":;?:; 7:; >;:; L L ).1(-ON 01P', -E+0-.& HQ'(1CON 01P', -E+0-.&N (--$J$ ).1(-N01P',-E+0-.& HQ'(1CN01P',-E+0-.&N (--$J$ ).1(-N01P',-E+0-.&.1'&+1 *.--+.1'&+1 *.--+ >?:;?:; >?:;?:; >?:; L L Différents types de matériaux sont utilisés pour bâtir. On distinguera notamment les matériaux naturels (pierres) des matériaux artificiels (briques) obtenus par cuisson de roche naturelle. 3
2. REALISATION D UN ESSAI DE CAPILLARITE Le phénomène de capillarité a été décrit pour la première fois par Léonard de Vinci bien qu il n en comprenait pas encore le fonctionnement. Il observa la montée de liquide dans des tubes de différents diamètres. Avec les matériaux poreux la capillarité peut s illustrer facilement. Lorsqu ils sont trempés dans l eau, on peut voir la montée d une certaine quantité d eau à travers leur structure. Ces matériaux sont constitués de multitude de pores (0.001 à 10 µm voir graphique 1) qui jouent le rôle de capillaires. Silico calcaire Terre cuite Béton Graphique 1 : distribution de taille des pores de 3 matériaux brique silico- calcaire (SC) brique en terre cuite (TC) et Béton (B). Valeurs obtenues par MIP. Trois matériaux sont testés : une brique silico-calcaire, une brique terre cuite, un échantillon de béton. A l aide de l essai de capillarité par trempage, calculer le volume des pores de chaque matériau, le volume de la section saturée en eau. En déduire la porosité, remplir le tableau et expliquer les résultats. 4
Matériau Volume des pores [mm 3 ] Silico Calcaire Terre Cuite Béton Volume de la section saturée [mm 3 ] Porosité OBSERVATIONS (Capillarité) 5
3. GACHAGE D'UN MORTIER DE JOINTOYAGE ET REALISATION D'UN MURET 3.1 But et méthode Réaliser un muret constitué d'un empilement de 3 briques. Un muret est composé de deux éléments, à savoir les briques et le mortier. 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). Les mortiers se différencient des bétons par leur diamètre maximal de granulats. Le tableau ci-dessous reprend les différentes nominations selon la taille des granulats utilisés. Nomination Pâte de ciment Mortier Microbéton Béton Taille des granulats Pas de granulats 0 4 mm 0 8 mm 0 16 mm Tableau 2 : nomination en fonction de la taille des granulats Pour améliorer la maniabilité du mortier et l adhérence du mortier aux briques, de la chaux peux être rajoutée. Pour un mortier de ciment uniquement, un dosage de l'ordre de 300 à 400 kgm 3 permet d'atteindre les résistances prescrites. Pour les mortiers devant avoir une résistance de 5 Nmm 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 kgm 3 et que la teneur en eau est de l'ordre de 250 kgm 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. 6
3.2 Gâchage du mortier Groupe 1 : mortier prêt à l emploi - 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. - Essai d étalement Groupe 2 : mortier bâtard Avant de réaliser le mortier bâtard, il est nécessaire de réfléchir à quel composants ajouter et de comprendre leur effet sur les futures propriétés du mortier. - Définir la composition d'un mortier bâtard d environ 20 kg. - 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. - Essai d étalement - Déterminer la composition réelle du mortier. Tous les groupes : conclure quant à la composition des 2 mortiers Composants Mortier Bâtard Quantité effective [kg] Caractéristiques ec = Masse volumique = Etalement= Total 7
Composants Mortier prêt à l emploi Quantité effective [kg] Caractéristiques Mortier anhydre Eau ec= Masse volumique= Etalement= Total OBSERVATIONS (Gachâge) 8
3.3 Construction de muret Un muret de trois briques sera réalisé. A l'aide du mortier préparé, monter 2 murets de 3 éléments avec des briques différentes : - On vérifiera que les briques aient été préparées correctement pour le maçonnage (propreté, humidité, etc.) ; - 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 en prenant soin à ce que l alignement avec la brique assise soit correct (centré ou décalé?). - Régler la verticalité et l'alignement des briques en tapant légèrement sur la face supérieure de la brique ; Face rectifiée Figure 1. Structure du muret. - Préparer également 3 prismes 4416 cm, pour ceci remplir le moule en 2 couches et taper 2 fois 60 coups sur la table à secousse. La surface des prismes doit être lisse. Ces murets ont été réalisés dans des conditions de laboratoire, à savoir température et humidité dans la norme. Dans le cas de réalisations d œuvres à l extérieur, il est important de se souvenir de l effet des différentes conditions atmosphériques sur le comportement du mortier lors de la prise. 9
OBSERVATIONS (Muret) 10
4. ESSAIS SUR BRIQUES 4.1 But et méthode Ø Contrôle de qualité des briques. Essai de compression G%)44&'7,24'4.)@4,*+)..-)*2)8-'9*)@*2) 7F&-B)()7,+-)44',2=*49*%@7)9*%,2 &..)'B2)4&7F&-B)()-*.*-) * *&,-',&$. + KL4)7.',22,+'2&$()$&8-'9*) Figure 2. Schéma de l essai de compression. Les valeurs minimales sont définies dans le tableau 1. 4.2 Travail à effectuer Effectuer un essai de compression et un essai de traction transversale sur 2 types de briques différentes. Type de brique Silico Calcaire K Terre Cuite B Section nominale Charge de rupture [kn] Résistance fck, cube [Nmm 2 ] 11
OBSERVATIONS (Compression briques) 12
5. ESSAIS SUR MORTIERS 5.1 But et méthode Ø Contrôle de qualité des mortiers. On utilise des éprouvettes normalisées de 4416 cm qui sont d'abord soumises à l'essai de flexion, puis l'on récupère chaque demi prisme pour les essais de compression.?::')$3,$-*,h)<;$?::')$3,$.<=2&,::)<;$ "#$#%& (#$#)&& )*& '#$#%& %& "#" -.0.-1 ", 2 $% + NO%$6,.-0I'77),PGQKGQ++R Figure 3. Schéma des essais de flexion et compression. Les valeurs minimales pour la compression sont définies dans le tableau 1. 5.2 Travail à effectuer Chaque groupe effectue trois essais de flexion et deux essais de compression sur leur mortier. A l aide de la formule suivante, déterminer la résistance à la flexion de chaque type de mortier : " = = 3 2 h Ensuite les demi-prismes sont testés en compression : ", "#$ = 13
Mortier Bâtard 1 2 3 Moyenne Résistance à la flexion - charge de rupture F [kn] - résistance Rfl [Nmm2] Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance fm [Nmm2] Mortier Prêt à l emploi 1 2 3 Moyenne Résistance à la flexion - charge de rupture [kn] - résistance ffl [Nmm2] Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance fm [Nmm2] Conclure. Lors de la rédaction du rapport on n oubliera pas de justifier et développer les formules utilisées, ainsi que de rappeler les principes de base des essais de compression et flexion. 14
OBSERVATIONS (Essais sur mortiers) 15
6. ESSAIS DE COMPRESSION SUR DES MURETS EN MAÇONNERIE 6.1 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 m2. 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: $ # $ " $ fb: résistance des briques fm : résistance du mortier 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. Le schéma de l essai de compression du muret est illustré ci-dessous : $%&'%$( #) " Figure 4. Schéma de l essai de compression sur muret avec 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. 16
6.2 Travail à effectuer Effectuer un essai de compression sur des piliers préparés à cet effet. Muret avec mortier bâtard Silico Calcaire Terre Cuite - section nominale Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance fx [Nmm2] Muret avec mortier prêt à l emploi - section nominale Silico Calcaire Terre Cuite Résistance à la compression - charge de rupture [kn] - résistance fx [Nmm2] OBSERVATIONS (Compression de murets) 17
7. PLAN SUGGERE POUR LE RAPPORT En plus du rapport de TP chaque groupe est tenu à rendre le protocole complété avec les mesures et les observations effectuées durant le TP. Celui-ci devra être rendu à la fin du TP, signé par tous les membres du groupe, et comptera pour 30% de la note finale du rapport. 1. Introduction - brève justification des travaux réalisés 2. Porosité des matériaux - Décrire le test - Résultats de chaque matériau et explication des calculs - Interprétation des résultats en fonction de la microstructure du matériau 3. Gâchage du mortier - Explication du choix des matériaux et de leur impact sur les propriété mécaniques du mortier, ainsi que des proportions utilisés - Calcul de la composition théorique - Résultats de l'essai de gâchage : masse volumique, composition réelle et essai d étalement - Remarques sur l'exécution de l'essai et comparaison des deux mortiers 4. Construction des murets - Description des matériaux utilisés. - Description des éléments réalisés. - Remarques sur l'exécution 5. Essai de résistance à la compression sur des briques - courte description du principe de l essai et justification des formules utilisées - résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais - discussion des résultats (par rapport aux valeurs exigées) 6. Essai de résistance sur le mortier - courte description des principes des essais et justification des formules utilisées 18
- résultats des essais et remarques sur le déroulement des essais - discussion des résultats (par rapport aux valeurs exigées) 7. 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 8. 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. 19