Dimensionner les ouvrages en maçonnerie
Marcel Hurez
Nicolas Juraszek
Marc Pelcé
Eyrolles
afnor
Chapitre 1 Le marché unique européen13
Chapitre 2 Caractérisation des matériaux et éléments constitutifs23
Chapitre 3 Propriétés et caractéristiques des ouvrages de maçonnerie43
Chapitre 4 Analyse structurale59
Chapitre 5 Dimensionnement à l'état limite ultime (ELU)93
Chapitre 6 Dimensionnement à l'état limite de service (ELS)161
Chapitre 7 Mise en oeuvre165
Chapitre 8 Durabilité et mise en oeuvre221
Chapitre 9 Exercices pratiques231
Annexe A Sécurité incendie - résistance au feu281
Annexe B Complément pour le calcul au séisme291
Annexe C Prescriptions géométriques relatives aux groupes d'éléments de maçonnerie299
Annexe D Prescriptions relatives aux maçonneries en blocs de coffrage301
Annexe E Tableau de synthèse de résistance à la compression des maçonneries309
Annexe F Caractéristiques géométriques des aciers d'armature311
Annexe G Adresses utiles313
Bibliographie317
Préface3
Avant-propos5
Symboles et notations7
Chapitre 1 Le marché unique européen13
1.1 Les Eurocodes
13
1.2 Le Règlement Produits de construction (RPC)
14
1.3 Le dimensionnement des structures par les Eurocodes
14
1.4 L'Eurocode 6
16
1.5 Termes et définitions
16
1.5.1 Termes relatifs à la maçonnerie16
1.5.2 Termes relatifs à la résistance de la maçonnerie17
1.5.3 Termes relatifs aux éléments de maçonnerie18
1.5.4 Termes relatifs au mortier19
1.5.5 Termes relatifs au béton de remplissage20
1.5.6 Termes relatifs aux armatures20
1.5.7 Termes relatifs aux composants accessoires20
1.5.8 Termes relatifs aux joints de mortier20
1.5.9 Termes relatifs aux types de mur21
1.5.10 Autres termes relatifs aux maçonneries22
1.5.11 Termes utilisés dans l'exécution des travaux22
Chapitre 2 Caractérisation des matériaux et éléments constitutifs23
2.1 Les éléments de maçonnerie
25
2.1.1 Les types d'éléments25
2.1.1.1 Principales caractéristiques définies par les normes produits27
2.1.1.1.1 Blocs en béton de granulats courants ou légers (NF EN 771-3)27
2.1.1.1.2 Exemple de marquage pour les blocs de granulats courants ou légers28
2.1.1.1.3 Blocs en béton cellulaire autoclavé (NF EN 771-4).28
2.1.1.1.4 Exemple de marquage pour les blocs de béton cellulaire autoclavé29
2.1.1.1.5 Éléments en terre cuite (NF EN 771-1)29
2.1.1.1.6 Exemples de marquage pour les briques de terre cuite30
2.1.1.1.7 Pierre naturelle (NF EN 771-6)30
2.1.1.1.8 Blocs de coffrage (NF EN 15435, NF EN 15498 ou ETAG 009)31
2.1.2 Classement en groupes32
2.1.3 Catégorie déclarée33
2.1.4 Dimensions de coordination33
2.1.5 Résistance à la compression déclarée34
2.1.6 Résistance à la compression moyenne normalisée fb34
2.1.7 En résumé36
2.2 Le mortier de montage
36
2.2.1 Types de mortier et compositions37
2.2.2 Résistance à la compression fm38
2.2.3 Adhérence entre éléments et mortier38
2.3 Le béton de remplissage
39
2.3.1 Résistances caractéristiques fck et fcvk39
2.4 Les armatures
39
2.4.1 Diagramme contrainte-déformation40
Chapitre 3 Propriétés et caractéristiques des ouvrages de maçonnerie43
3.1 Résistance caractéristique à la compression de la maçonnerie fk
43
3.1.1 Exemples de calcul de fk45
3.1.1.1 Éléments de terre cuite (montage à joints minces)45
3.1.1.2 Blocs en béton (montage maçonné)46
3.1.1.3 Blocs de béton cellulaire autoclavé (montage à joints minces)46
3.1.2 Cas de maçonneries montées à joints interrompus46
3.1.3 Cas des blocs à bancher47
3.1.4 Cas des maçonneries chargées parallèlement au lit de pose47
3.2 Résistance caractéristique au cisaillement fvk
48
3.2.1 Cas particulier : résistance verticale au cisaillement de la jonction entre deux murs49
3.3 Résistance caractéristique à la flexion fxk
50
3.4 Résistance caractéristique à l'adhérence acier-béton fbok
51
3.5 Déformation
52
3.5.1 Relation contrainte-déformation52
3.5.2 Module d'élasticité E54
3.5.3 Module de cisaillement G55
3.5.4 Fluage, retrait, gonflement et dilatation thermique55
3.6 Matériaux accessoires
56
3.6.1 Attaches, feuillards, corbeaux et ancrages56
3.6.2 Linteaux ou prélinteaux préfabriqués57
Chapitre 4 Analyse structurale59
4.1 Sécurité des structures : les bases
59
Qu'est-ce qu'un état limité ?59
Quelles sont les probabilités acceptables d'atteindre un état limite ?59
Calcul de la probabilité de ruine : les bases du calcul de probabilités60
A-t-on le même niveau de fiabilité partout en Europe ?61
Durée de vie de l'ouvrage61
L'analyse semi-probabiliste ou méthode des coefficients partiels de sécurité62
4.1.1 Vérification aux états limites63
4.1.1.1 Les situations de projet63
4.1.1.2 États limites ultimes (ELU)63
4.1.1.3 États limites de service (ELS)64
4.1.2 Actions sur les ouvrages64
4.1.2.1 Valeurs de calcul des effets des actions65
4.1.2.2 Actions permanentes65
4.1.2.3 Actions variables66
Charges d'exploitation sur les planchers et les toitures66
Charges d'exploitation des cloisons67
Charges horizontales sur les parapets68
4.1.2.4 Charge de neige S68
Valeurs caractéristiques de la charge de neige sur une toiture69
4.1.2.5 Charges de vent W70
Pression dynamique de base qb71
Pression dynamique de pointe qp(z)71
Pression dynamique w sur une paroi72
4.1.2.6 Actions accidentelles73
4.1.3 Combinaisons d'actions pour les calculs73
4.1.3.1 Combinaisons à l'ELU73
4.1.3.2 Combinaisons à l'ELS74
4.1.4 Valeurs de calcul de la résistance75
4.1.5 Coefficients partiels pour la maçonnerie gammaM75
4.2 Analyse des ouvrages
76
4.2.1 Imperfections géométriques77
4.2.2 Effets du second ordre77
4.2.3 Murs de maçonnerie soumis à un chargement vertical77
4.2.3.1 Élancement des murs77
4.2.3.2 Hauteur effective des murs de maçonnerie hef78
Mur raidi sur un bord vertical78
Mur très long : (...) 15 ou 3079
4.2.3.3 Calcul de la hauteur effective hef79
4.2.3.4 Épaisseur effective des murs de maçonnerie tef81
Mur raidi par des poteaux81
Mur creux82
4.2.4 Ouvrages de maçonnerie armée soumis à un chargement vertical82
4.2.4.1 Élancement des murs82
4.2.4.2 Portée utile des poutres de maçonnerie83
4.2.4.3 Portée utile des poutres hautes84
4.2.4.4 Portée limite des ouvrages de maçonnerie armée soumis à une flexion hors plan84
4.2.5 Murs de maçonnerie soumis à un cisaillement85
4.2.5.1 Répartition des murs de contreventement87
4.2.5.2 Répartition des forces horizontales87
Détermination de la rigidité des murs87
4.2.5.3 Effet de la torsion88
Détermination du centre de rigidité C89
Répartition des charges horizontales (centre de rigidité excentré)90
Calcul de la force complémentaire WMxi90
4.2.5.4 Partition des charges verticales accompagnant le calcul de la résistance au cisaillement91
4.2.5.5 Répartition des contraintes de cisaillement91
4.2.6 Ouvrages de maçonnerie armée soumis à un cisaillement91
4.2.7 Murs de maçonnerie soumis à un chargement latéral92
4.2.7.1 Caractérisation des appuis92
4.2.7.2 Calcul des moments sollicitants92
Chapitre 5 Dimensionnement à l'état limite ultime (ELU)93
5.1 Mur soumis principalement à un chargement vertical réparti
95
5.1.1 Méthode générale (mur armé ou non)95
5.1.1.1 Calcul de la résistance de la maçonnerie96
5.1.1.2 Coefficient de réduction Phi en tête et en pied de mur96
5.1.1.3 Calcul des moments fléchissants Mid (méthode forfaitaire)97
Cas d'un mur de rive98
Cas d'un mur intermédiaire98
5.1.1.4. Calcul des moments fléchissants (méthode des rigidités)98
5.1.1.5 Exemple 5.1 : comparaison des deux méthodes de calcul des moments fléchissants100
5.1.1.6 Coefficient de réduction Phim à mi-hauteur du mur101
5.1.1.7 Exemple 5.2 : vérification de la résistance verticale des murs pour un bâtiment de trois niveaux (méthode générale)103
5.1.2 Méthode simplifiée (mur non armé)105
5.1.2.1 Conditions d'utilisation105
5.1.2.2 Résistance à une charge verticale106
5.1.2.3 Exemple 5.3 : vérification de la résistance par la méthode simplifiée - comparaison avec l'exemple 5.2108
5.2 Mur soumis à des charges concentrées
109
5.2.1 Dispositions pour les éléments de maçonnerie des groupes 2, 3 ou 4110
5.2.2 Dispositions pour les éléments de maçonnerie du groupe 1110
5.2.3 Exemple 5.4 : vérification de la résistance des appuis d'un linteau112
5.3 Murs de maçonnerie soumis à un chargement latéral et vertical
114
5.3.1 Méthode simplifiée pour les murs chargés au vent115
5.3.2 Méthode simplifiée pour les murs de soubassement116
5.3.2.1 Conditions d'utilisation116
5.3.2.2 Vérification117
5.3.3 Méthode générale pour les murs pas ou faiblement chargés verticalement118
5.3.3.1 Détermination du moment sollicitant MEd118
Cas particulier d'un mur très long118
Cas particulier d'un mur très haut118
Cas général : murs appuyés sur 3 ou 4 bords119
Détermination des coefficients alpha1 et alpha2119
Détermination de fxd2,app avec des armatures préfabriquées dans les joints d'assises120
Tableaux pour déterminer alpha2122
5.3.3.2 Détermination du moment résistant MRd132
5.3.3.2.1 Résistance d'un mur de maçonnerie non armée ou chaînée132
5.3.3.2.2 Résistance d'un mur de maçonnerie armée avec armatures dans les joints d'assise132
5.3.3.3 Application pour différents éléments de maçonnerie132
5.3.3.3.1 Deux bords verticaux libres133
5.3.3.3.2 Quatre bords raidis135
5.3.3.3.3 Un bord vertical libre137
5.3.3.3.4 Un bord horizontal libre140
5.3.4 Méthode simplifiée pour le calcul des cloisons142
5.4 Murs soumis à un cisaillement
144
5.4.1 Murs de maçonnerie non armée144
5.4.1.1 Exemple 5.5 : résistance au cisaillement d'un mur non armé145
5.4.2 Murs de maçonnerie armée146
5.4.2.1 Cas 1 : mur ne comportant que des armatures verticales146
5.4.2.2 Cas 2 : mur ne comportant que les armatures horizontales147
5.4.2.3 Cas 3 : mur comportant des armatures verticales et horizontales147
5.4.2.4 Exemple 5.6 : résistance au cisaillement d'un maçonnerie armée147
5.4.3 Murs de maçonnerie chaînée149
5.4.4 Résistance au basculement des murs armés ou chaînés verticalement150
5.4.5 Exemple 5.7 : résistance au cisaillement d'un mur de maçonnerie chaînée152
5.4.5.1 Vérification de la résistance au cisaillement152
5.4.5.2 Vérification de la résistance au basculement153
5.5 Éléments armés soumis à une flexion et à un effort tranchant
153
5.5.1 Généralités153
5.5.2 Vérification des ouvrages de maçonnerie armée soumis à une flexion154
5.5.2.1 Moment résistant MRd d'une section rectangulaire armée155
5.5.2.2 Moment résistant MRd d'une section armée composite155
5.5.3 Vérification des ouvrages de maçonnerie armée en cisaillement156
5.5.4 Cas des murs armés verticalement soumis à un chargement latéral (flexion composée)156
5.5.4.1 Moment résistant157
5.5.4.2 Résistance à l'effort tranchant157
5.5.5 Cas des linteaux157
5.5.5.1 ELU de flexion158
5.5.5.2 ELU d'effort tranchant159
Chapitre 6 Dimensionnement à l'état limite de service (ELS)161
Chapitre 7 Mise en oeuvre165
7.1 Dispositions constructives générales
165
7.1.1 Résistance et contreventement165
7.1.1.1. Plancher fonctionnant en diaphragme166
7.1.1.2. Chaînages périphériques et liaisons verticales167
7.1.1.3 Mur de contreventement167
7.1.1.4 Transfert des charges latérales168
7.1.1.5 Liaisons entre les murs169
7.1.1.6 Liaisons par feuillard d'ancrage171
7.1.2 Choix des murs selon l'exposition171
7.1.2.1 Exposition à la pluie171
7.1.2.2 Murs de sous-sol176
7.1.2.2.1 Choix du revêtement extérieur selon le dispositif de drainage177
7.1.3 Joints de rupture et de fractionnement178
7.1.3.1 Joints de rupture et de fractionnement horizontaux des murs d'habillage178
7.1.3.2 Joints de rupture et de fractionnement verticaux178
7.1.4 Épaisseur minimale des murs179
7.1.5 Surface minimale des murs180
7.1.6 Charges concentrées : longueur minimale d'appui180
7.2 Appareillage des éléments de maçonnerie
181
7.2.1 Recouvrement des éléments d'une maçonnerie non armée181
7.2.2 Recouvrement des éléments d'une maçonnerie armée181
7.2.3 Recouvrement des éléments prétaillés en pierre naturelle destinés à rester apparents182
7.2.4 Joints verticaux183
7.3 Matériaux
184
7.3.1 Mortiers de montage184
7.3.1.1 Performance minimale du mortier pour une maçonnerie armée186
7.3.2 Béton de chaînage186
7.3.3 Armatures186
7.3.3.1 Diamètre minimal de l'armature187
7.3.3.2 Rayon de cintrage187
7.3.3.3 Enrobage minimal des armatures187
7.3.3.4 Espacement des aciers d'armature188
7.3.3.4.1 Espacement maximal des cadres et étriers d'effort tranchant188
7.3.3.5 Sections minimales des armatures189
7.3.3.5.1 Armatures coulées dans du béton (section minimale)189
7.3.3.5.2 Armatures placées dans les joints d'assise189
7.3.3.5.3 Armatures concentrées dans des alvéoles (section maximale)190
7.3.3.5.4 Partie de maçonnerie travaillant en flexion (linteau, poutre haute, etc.)190
7.3.3.6 Ancrage et recouvrement des armatures192
7.3.3.6.1 Longueur d'ancrage utile (...)b,u192
7.3.3.6.2 Longueur de recouvrement entre barres tendues ou comprimées192
7.3.3.7 Arrêt des barres tendues dans une section fléchie193
7.3.3.8 Ancrage des armatures longitudinales sur appuis simples194
7.3.3.9 Ancrage des armatures d'effort tranchant194
7.3.3.10 Maintien des barres d'armature comprimées195
7.3.4 Les enduits de façade196
7.3.4.1 Compatibilité entre enduit et maçonnerie196
7.3.5 Treillis anti-fissuration197
7.4 Préparation des matériaux
198
7.4.1 Mortiers et bétons de remplissage198
7.4.2 Adjuvants et additions198
7.4.3 Proportion d'eau dans le béton de remplissage198
7.4.4 Gâchage198
7.4.5 Durée d'utilisation des mortiers et du béton de remplissage198
7.4.6 Gâchage par temps froid198
7.5 Montage des éléments de maçonnerie
199
7.5.1 Adhérence entre le mortier et les éléments de maçonnerie199
7.5.2 Joints199
7.5.3 Jointoiement et rejointoiement des maçonneries autres qu'à joints minces200
7.5.3.1 Jointoiement200
7.5.3.2 Rejointoiement200
7.5.4 Empochements200
7.5.5 Incorporation de membranes d'étanchéité201
7.5.6 Joints de rupture201
7.5.7 Incorporation de matériaux d'isolation thermique201
7.5.8 Nettoyage des maçonneries de parement201
7.5.9 Procédés de protection et de cure au cours de la construction201
7.5.10 Protection contre la pluie201
7.5.11 Protection contre les cycles de gel-dégel201
7.5.12 Protection contre les effets d'une faible humidité202
7.5.13 Protection contre les dommages d'origine mécanique202
7.5.14 Hauteur de construction journalière de la maçonnerie202
7.6 Détails de mise en oeuvre
202
7.6.1 Assise202
7.6.2 Coupure de capillarité203
7.6.3 Chaînages horizontaux205
7.6.4 Chaînages verticaux206
7.6.5 Armatures de continuité207
7.6.6 Chaînages des maçonneries confinées (ou chaînées)208
7.6.6.1 Dispositions particulières aux maçonneries des groupes 1 et 2209
7.6.7 Trumeaux210
7.6.7.1 Jonction allège-trumeau porteur211
7.6.8 Appuis de planchers212
7.6.9 Linteaux212
7.6.10 Parois externes des murs creux ou doubles212
7.6.10.1 Mur d'habillage reposant sur le plancher212
7.6.10.1.1 Cas A1 : chaînage de plancher apparent213
7.6.10.1.2 Cas A2 : Le bandeau ou le chaînage sont masqués par un élément rapporté par collage après coulage du béton213
7.6.10.1.3 Cas A3 : Le bandeau ou le chaînage sont masqués par un habillage constitué de demi-éléments de maçonnerie (mulots) mis en fond de coffrage avant coulage du béton214
7.6.10.2 Mur d'habillage filant devant les planchers214
7.6.10.3 Section et nombre d'attaches215
7.6.10.4 Calcul du nombre d'attaches (Eurocode 6)216
7.6.11 Saignées et réservations (Eurocode 6)216
7.6.11.1 Saignées et réservations verticales216
7.6.11.2 Saignées horizontales ou inclinées217
7.7 Tolérances de mise en oeuvre
219
7.8 Chargement de la maçonnerie en phases provisoires
220
Chapitre 8 Durabilité et mise en oeuvre221
8.1 Durabilité
221
8.1.1 Classes d'exposition des ouvrages de maçonnerie221
8.2 Spécifications relatives aux matériaux et à leur mise en oeuvre
224
8.2.1 Spécifications admissibles pour les éléments de maçonnerie224
8.2.2 Spécifications du mortier de montage225
8.2.3 Spécifications du béton de remplissage225
8.2.4 Spécifications des armatures226
8.2.4.1 Choix des aciers selon la classe d'exposition226
8.2.4.2 Distances d'enrobage227
8.2.4.3 Armatures préfabriquées pour joints d'assise228
8.2.5 Linteaux229
8.2.6 Composants accessoires et cornières230
Chapitre 9 Exercices pratiques231
9.1 Calcul d'une façade porteuse chargée au vent (méthode générale)
231
9.1.1 Hypothèse de calcul231
9.1.2 Vérification aux états limites de résistance232
9.1.3 Calcul de la pression du vent w à l'ELU233
9.1.4 1re vérification : résistance en partie supérieure du mur233
9.1.4.1 Charge Nid,h en tête de mur234
9.1.4.2 Excentricité ei,h en tête du mur234
9.1.4.3 Coefficient de réduction (...)i,h en tête de mur (équation 5.5)235
9.1.4.4 Résistance de la maçonnerie en partie supérieure (équation 5.3)235
9.1.5 2e vérification : résistance en pied de mur236
9.1.5.1 Charge Nid,b en pied de mur236
9.1.5.2 Excentricité ei,b en pied de mur236
9.1.5.3 Coefficient de réduction (...)i,b en pied de mur (équation 5.5)237
9.1.5.4 Résistance de la maçonnerie en partie inférieure (équation 5.3)237
9.1.5.5 Vérification de la résistance en partie inférieure (équations 9.1.1 et 9.1.2)237
9.1.6 3e vérification : résistance en partie médiane du mur238
9.1.6.1 Charge Nmd en partie médiane238
9.1.6.2 Excentricité à mi-hauteur emk238
9.1.6.3 Coefficient de réduction (...)m240
9.1.6.4 Résistance de la maçonnerie et Vérification de la résistance240
9.1.7 Vérification au cisaillement des appuis240
9.2 Calcul d'une façade non porteuse chargée au vent (méthode simplifiée)
241
9.2.1 Hypothèse de calcul241
9.2.2 Vérification à l'état limite ultime de résistance241
9.2.3 Calcul de la pression du vent w à l'ELU242
9.2.4 Vérification de la résistance de la maçonnerie242
9.2.4.1 Calcul en maçonnerie non armée242
9.2.4.1.1 Calcul du moment de rupture selon l'axe horizontal (Mrd1)242
9.2.4.1.2 Calcul du moment de rupture selon l'axe vertical (Mrd2)242
9.2.4.1.3 Calcul des moments sollicitants242
9.2.4.1.4 Vérification de la résistance243
9.2.4.2 Calcul en maçonnerie armée
243
9.2.4.2.1 Calcul de la section armée243
9.2.4.2.2 Calcul des moments sollicitants243
9.2.4.2.3 Vérification de la résistance244
9.3 Calcul de la résistance d'un linteau en maçonnerie
244
9.3.1 Vérification de l'ELU en flexion244
9.3.1.1 Longueur effective de la poutre
244
9.3.1.2 Vérification de la résistance de la section
245
9.3.1.3 Calcul des armatures
245
9.3.2 Vérification de l'ELU d'effort tranchant247
9.4 Exemple de calcul : mur de soubassement
248
9.4.1 Données249
9.4.2 Vérification par la méthode simplifiée249
9.4.3 Vérification par la méthode générale250
9.4.3.1 Résistance en tête de mur
250
9.4.3.2 Résistance en pied de mur
251
9.4.3.3 Résistance à mi-hauteur
252
9.4.3.4 Vérification de résistance à z = (...)
254
9.4.3.5 Vérification du cisaillement en pied de mur
255
9.4.4 Conclusions255
9.5 Exemple de calcul : mur de soutènement (section composite)
256
9.5.1 Documents de référence256
9.5.2 Dimensionnement256
9.5.3 Prédimensionnement et chargement257
9.5.4 Données du projet258
9.5.4.1 Caractéristiques des matériaux259
9.5.4.2 Caractéristiques géométriques de l'ouvrage260
9.5.5 Actions et sollicitations260
9.5.5.1 Calcul des sollicitations dues à la poussée des terres et à la charge q261
9.5.6 Vérification des différents états limites263
9.5.6.1 Vérification de la stabilité au renversement (ELU - EQU)263
9.5.6.2 Vérification de la stabilité au glissement (ELU - GEO, glissement)263
9.5.6.3 Vérification de la capacité portante du sol (ELU - GEO, portance)264
9.5.6.4 Vérification du voile de maçonnerie et de l'aile armée (résistance interne de l'ouvrage)266
9.5.6.5 Calcul des aciers longitudinaux de la semelle (sections S2 et S3)268
9.5.6.6 Dispositions constructives271
9.6 Répartition des forces horizontales : application au séisme
271
9.6.1 Documents de référence271
9.6.2 Dimensionnement271
9.6.3 Détermination des sollicitations sismiques et prise en compte des effets de la torsion271
9.6.4 Vérification des murs de contreventement276
Annexe A Sécurité incendie - résistance au feu281
A.1 Exigence de résistance au feu selon le type d'établissement
281
A.2 Résistance au feu des éléments
283
A.2.1 Résistance au feu des maçonneries de blocs en béton de granulats courants285
A.2.2 Résistance au feu des maçonneries de blocs en béton cellulaire autoclavé286
A.3 Dispositions constructives
286
A.3.1 Liaisons et joints286
A.3.2 Canalisations électriques, tuyaux et câbles288
Annexe B Complément pour le calcul au séisme291
B.1 Conditions sur les matériaux
292
B.1.1 Les éléments de maçonnerie292
B.1.2 Les mortiers de jointoiement293
B.1.3 Le béton de remplissage294
B.1.4 Les armatures294
B.2 Dispositions constructives minimales pour les maçonneries chaînées
294
B.2.1 Chaînages verticaux296
B.2.2 Dimensionnement des murs de contreventement296
Annexe C Prescriptions géométriques relatives aux groupes d'éléments de maçonnerie299