Notions pour entrepreneur en structures de maçonnerie 4.1

La notion de flèche admissible en ingénierie structurelle est un concept important, particulièrement dans la conception de structures en maçonnerie, en bois, en acier, ou en béton. Voici une définition et une explication de ce terme :

Flèche Admissible

• Définition : La flèche admissible d'un élément structurel, comme une poutre ou un linteau, est la déformation maximale verticale que cet élément peut subir sous charge sans compromettre la fonctionnalité, l'esthétique ou la sécurité de la structure. Cette déformation est généralement mesurée au point le plus fléchi de l'élément.

Calcul de la Flèche Admissible

• La flèche est souvent exprimée en termes de rapport entre la longueur de la portée de l'élément et la déflexion maximale admissible. Par exemple, les notations "1/240", "1/360", "1/420", etc., représentent le rapport entre la longueur de la portée (l) et la déflexion maximale permise.

Application Pratique

• Choix du Rapport : Le choix du rapport de flèche admissible dépend de l'usage de la structure et des critères de conception spécifiques. Par exemple, des structures sensibles aux vibrations ou celles supportant des matériaux fragiles peuvent nécessiter des ratios plus stricts (comme 1/480 ou 1/600).
• Importance en Maçonnerie : En maçonnerie, les éléments tels que les linteaux ou les arcs doivent être conçus pour limiter la flèche afin de prévenir des fissurations ou des déformations qui pourraient affecter la stabilité de l'ensemble de la structure murale.

Considérations de Sécurité

• Les normes de sécurité prescrivent des limites de flèche pour s'assurer que les déformations sous charges n'impactent pas négativement la performance de la structure ou ne conduisent pas à un inconfort pour les occupants.

L'évaluation de la flèche admissible est donc un élément critique du processus de conception pour garantir que les structures répondent à la fois aux exigences de performance et de durabilité.

Voici les définitions des termes associés aux structures de maçonnerie :

1. Ancrage :

   • Définition : Un dispositif ou une technique utilisé(e) pour fixer solidement un élément structurel à un autre, souvent en reliant des murs, des poutres ou des éléments structurels à des fondations ou à d'autres parties du bâtiment.
   • Rôle en maçonnerie : Les ancrages sont essentiels pour maintenir la stabilité des murs et prévenir les mouvements sous l'effet des charges latérales (vent, séismes) ou verticales.

2. Mortier :

   • Définition : Mélange de ciment, de chaux, de sable et d'eau utilisé comme liant entre les unités de maçonnerie (briques, pierres, blocs).
   • Rôle en maçonnerie : Le mortier assure l'adhérence entre les unités de maçonnerie, comble les espaces pour créer une surface uniforme et contribue à la résistance globale de la structure.

3. Linteau :

   • Définition : Élément horizontal placé au-dessus d'une ouverture (porte, fenêtre) pour soutenir la charge du mur situé au-dessus.
   • Rôle en maçonnerie : Le linteau répartit les charges de la maçonnerie supérieure sur les côtés de l'ouverture, assurant ainsi la stabilité de la structure.

4. Fluage :

   • Définition : La déformation lente et progressive d'un matériau sous une charge constante ou prolongée.
   • Rôle en maçonnerie : Le fluage affecte particulièrement les matériaux comme le béton et la maçonnerie. En raison du fluage, les éléments structurels peuvent se déformer au fil du temps, affectant la stabilité des structures si cela n'est pas pris en compte lors de la conception.

5. Contreventement :

   • Définition : Élément structurel disposé de manière diagonale ou horizontale pour renforcer la stabilité d'un bâtiment contre les charges latérales.
   • Rôle en maçonnerie : Le contreventement aide les structures de maçonnerie à résister aux forces latérales telles que les vents forts ou les tremblements de terre.

6. Allège :

   • Définition : Partie du mur située sous une fenêtre.
   • Rôle en maçonnerie : L'allège renforce le mur sous la fenêtre, apportant un support et une stabilité supplémentaires à l'ensemble de la structure.

Ces termes sont essentiels pour comprendre les éléments de base et les concepts qui sous-tendent la construction et la stabilité des structures en maçonnerie.

Dans le domaine de la construction, particulièrement pour les petits bâtiments, la différence entre un mur de fondation "appuyé latéralement" et un mur qui ne l'est pas est importante. Voici une explication de cette différence selon les normes du Code national du bâtiment du Canada (CNB) section 9.15.4.2 :

Mur de Fondation Appuyé Latéralement

• Définition : Un mur de fondation appuyé latéralement est un mur qui est soutenu ou stabilisé sur les côtés par des éléments structurels perpendiculaires, tels que les murs de refend ou les planchers.
• Rôle du Support Latéral :
  • Les éléments latéraux limitent les déplacements latéraux du mur de fondation, renforçant sa stabilité.
  • Ils répartissent également les charges de la structure.
  • Ce support réduit le risque de flambement ou de déformation du mur sous la pression du sol ou des charges structurelles.

Mur de Fondation Non Appuyé Latéralement

• Définition : Un mur de fondation qui n'est pas appuyé latéralement est isolé, ne recevant pas de support supplémentaire de la part d'autres éléments structurels perpendiculaires.
• Impact :
  • Un mur non appuyé latéralement doit être conçu de manière plus robuste pour résister aux pressions du sol et supporter les charges structurelles.
  • La conception doit tenir compte d'un potentiel plus élevé de déformation ou de flambement en raison de l'absence de support latéral.

Conséquences Pratiques

• Les murs de fondation non appuyés latéralement peuvent devoir être construits plus épais ou être renforcés pour assurer la stabilité de la structure.
• La présence de planchers, murs de refend ou contreventements reliés aux murs de fondation permet de les qualifier comme "appuyés latéralement".

Les normes précisent que le support latéral doit être présent à des intervalles réguliers, selon les exigences spécifiques du CNB, pour être qualifié comme tel.

Dans la construction, en particulier dans le contexte du Code national du bâtiment du Canada (CNB) section 9.20.3.1, voici les principales caractéristiques de la chaux utilisée dans le mortier :

1. Plasticité et Travail :

   • La chaux améliore la plasticité du mortier, le rendant plus facile à travailler.
   • Elle contribue également à la cohésion, ce qui permet une application plus uniforme.

2. Adhérence :

   • La chaux confère au mortier une meilleure adhérence aux surfaces, améliorant ainsi l'adhésion des unités de maçonnerie.

3. Résistance à la Fissuration :

   • La chaux réduit la probabilité de fissuration en raison de ses propriétés élastiques, ce qui permet au mortier de mieux absorber les mouvements ou les changements structurels.

4. Durabilité :

   • La chaux améliore la durabilité du mortier, notamment en rendant la structure plus résistante aux intempéries et en augmentant sa longévité.

5. Perméabilité à la Vapeur :

   • La chaux rend le mortier plus perméable à la vapeur, permettant à l'humidité de s'échapper des murs tout en les protégeant de l'infiltration.

6. Résistance Chimique :

   • La chaux offre une certaine résistance aux attaques chimiques, rendant le mortier plus durable dans des environnements agressifs.

7. Esthétique :

   • Le mortier à base de chaux a un aspect plus esthétique, souvent préféré dans les restaurations ou les constructions traditionnelles.

Ces caractéristiques expliquent pourquoi la chaux est fréquemment utilisée dans les mortiers pour la maçonnerie, en particulier dans les structures historiques et traditionnelles.

La norme canadienne (CSA A179) définit différents types de mortier selon leurs usages et leurs propriétés spécifiques. Voici un résumé des types les plus couramment utilisés (M, N, S, O, et R), ainsi que leurs usages et caractéristiques :

Type M

• Usages : Principalement utilisé pour les structures soumises à des charges importantes ou exposées à des conditions extrêmes, comme les fondations, les murs porteurs et les cheminées.
• Propriétés :
  • Très forte résistance à la compression.
  • Moins d'adhérence que d'autres types en raison de sa forte teneur en ciment.
  • Adapté aux situations nécessitant une grande résistance mécanique.

Type N

• Usages : Idéal pour la construction générale de murs porteurs intérieurs ou extérieurs, de murs non porteurs, et de maçonnerie décorative.
• Propriétés :
  • Résistance modérée à la compression.
  • Bonne adhérence et facilité de travail.
  • Fréquemment utilisé dans les constructions résidentielles.

Type S

• Usages : Adapté pour les murs extérieurs porteurs, les murs soumis à des charges latérales élevées (comme les murs de soutènement), les cheminées et les fondations.
• Propriétés :
  • Haute résistance à la compression.
  • Bonne adhérence, flexible et résistant aux forces latérales.
  • Excellent pour les applications nécessitant à la fois une bonne résistance et une certaine flexibilité.

Type O

• Usages : Principalement utilisé dans la rénovation/restauration de structures historiques ou pour les murs non porteurs en intérieur.
• Propriétés :
  • Faible résistance à la compression.
  • Très bonne flexibilité, évitant les fissures dans les structures plus anciennes.
  • Pas adapté pour les murs porteurs ou soumis à des charges importantes.

Type R

• Usages : Rarement utilisé aujourd'hui, le mortier de type R était traditionnellement utilisé pour les réparations.
• Propriétés :
  • Très faible résistance à la compression.
  • Souvent considéré comme obsolète en raison de sa faible durabilité.

Résumé

Les différents types de mortier permettent aux ingénieurs et aux maçons de sélectionner un produit adapté aux exigences spécifiques de chaque projet, garantissant ainsi la durabilité et la stabilité de la structure.

La qualité du mortier utilisé sur un chantier peut être influencée par plusieurs facteurs. En voici quelques-uns avec des suggestions de moyens de contrôle pour assurer un mortier homogène et durable :

1. Homogénéité du Mélange :

   • Facteurs : Les proportions de chaque composant (ciment, chaux, sable, eau) doivent être respectées pour obtenir un mélange uniforme. Le sous-mélange ou la surmélange peuvent affecter l'homogénéité.
   • Contrôle :
     • Suivre les ratios exacts des composants.
     • Utiliser un équipement de mélange approprié.
     • Mélanger suffisamment longtemps pour obtenir une consistance uniforme.

2. Assèchement par le Vent :

   • Facteurs : Le vent peut provoquer un séchage rapide du mortier en surface, le rendant friable et moins adhérent.
   • Contrôle :
     • Couvrir les piles de matériaux et les mélanges de mortier avec des bâches ou des couvertures.
     • Ajouter un retardateur de prise au mortier si nécessaire.
     • Travailler par sections pour minimiser l'exposition.

3. Température :

   • Facteurs : Les températures extrêmes (très froides ou très chaudes) peuvent affecter le durcissement et l'adhérence du mortier.
   • Contrôle :
     • Éviter le travail en cas de températures en dessous de 5 °C ou au-dessus de 30 °C.
     • En hiver, préchauffer les matériaux et garder le mortier chaud.
     • En été, humidifier légèrement la surface pour éviter une évaporation rapide.

4. Humidité :

   • Facteurs : L'humidité ambiante influence le taux d'évaporation de l'eau du mortier, ce qui peut affecter le durcissement.
   • Contrôle :
     • Ajuster le rapport eau/mélange en fonction de l'humidité ambiante.
     • Couvrir ou humidifier les surfaces de maçonnerie après le jointoiement pour assurer une cure lente.

5. Contaminants dans l'Eau ou le Sable :

   • Facteurs : L'utilisation d'eau ou de sable contaminé par des substances chimiques, des sels ou d'autres impuretés peut réduire l'adhérence et la durabilité du mortier.
   • Contrôle :
     • Utiliser de l'eau potable.
     • Sélectionner des agrégats propres et les tamiser au besoin.

6. Temps d'Utilisation :

   • Facteurs : Le mortier doit être utilisé dans un délai défini, au-delà duquel il peut commencer à durcir, perdant ainsi sa plasticité.
   • Contrôle :
     • Ne préparer que la quantité nécessaire pour une période courte.
     • Mélanger régulièrement et jeter le mortier qui a dépassé son temps d'utilisation recommandé.

En surveillant ces facteurs, les entrepreneurs peuvent garantir une bonne qualité de mortier, contribuant ainsi à la durabilité et la stabilité des structures.

Dans le cadre de la conception et de la construction des structures, il est crucial de prendre en compte les différentes charges qui peuvent affecter une structure. Voici les principales charges auxquelles une structure peut être soumise :

1. Charges Permanentes (Charges Mortes) :

   • Définition : Ce sont des charges constantes dues au poids des éléments structurels et non structurels permanents, comme les murs, les planchers, la toiture, etc.
   • Exemples : Poids des matériaux de construction, revêtements, équipements fixes.

2. Charges Variables (Charges Vives) :

   • Définition : Ce sont des charges non permanentes, susceptibles de varier en fonction du temps et des usages de la structure.
   • Exemples : Occupants, meubles, équipements mobiles.

3. Charges Climatiques :

   • Neige : La neige accumulée sur les toitures exerce une pression supplémentaire, variant en fonction de la localisation et de l'altitude.
   • Vent : La pression et la succion exercées par le vent sur la structure, affectant principalement les murs et les toitures exposés.
   • Pluie : L'accumulation d'eau de pluie sur les toitures mal drainées peut créer des charges importantes.

4. Charges Sismiques :

   • Définition : Charges induites par les mouvements du sol lors d'un tremblement de terre.
   • Impact : Les charges sismiques exercent des forces horizontales et verticales pouvant provoquer des secousses et des déplacements significatifs.

5. Charges de Construction :

   • Définition : Charges temporaires générées pendant la phase de construction, telles que les équipements lourds, les échafaudages et les matériaux stockés sur place.

6. Charges Thermiques :

   • Définition : Les variations de température entraînent une expansion ou une contraction des matériaux, générant des contraintes internes dans la structure.

7. Charges Dynamiques :

   • Définition : Charges provoquées par des mouvements brusques, tels que les vibrations des machines, les passages de véhicules lourds, ou les explosions.

8. Charges d'Impact :

   • Définition : Charges résultant d'un choc soudain, comme la chute d'un objet lourd ou un accident de véhicule.

9. Charges Hydrostatique et Hydrodynamique :

   • Définition :
     • Hydrostatique : Pression statique exercée par l'eau ou un autre liquide au repos contre les fondations, les murs ou les structures immergées.
     • Hydrodynamique : Pression exercée par un liquide en mouvement, pouvant résulter d'une inondation ou de l'écoulement d'eau.

Chaque type de charge doit être soigneusement évalué en fonction des conditions locales et des réglementations pour garantir la sécurité et la stabilité des structures.

Une charge latérale est une force exercée horizontalement sur une structure. Elle peut avoir un impact significatif sur la stabilité et l'intégrité de celle-ci. Voici une explication détaillée de ses causes et conséquences :

Causes

1. Vent :

   • Nature : Les vents forts exercent une pression latérale sur les murs, les toitures et les fondations.
   • Facteurs : La direction, la vitesse et la hauteur d'un bâtiment affectent la force exercée par le vent.

2. Séismes :

   • Nature : Les secousses sismiques provoquent des mouvements rapides et imprévisibles du sol, appliquant des forces horizontales sur les structures.
   • Impact : Les secousses peuvent provoquer le basculement ou l'effondrement des bâtiments.

3. Pression de la Terre :

   • Nature : La terre exerce une pression latérale sur les murs de soutènement, les fondations, et d'autres structures enterrées.
   • Facteurs : La composition du sol, l'humidité et la profondeur affectent cette pression.

4. Impact Accidentel :

   • Nature : Les collisions accidentelles, comme les chocs de véhicules ou les objets tombant, appliquent une force latérale soudaine.
   • Exemple : Accident de voiture contre un pilier, grue tombant sur une structure.

5. Explosion :

   • Nature : Les explosions créent des ondes de choc puissantes qui peuvent projeter une force latérale sur les bâtiments voisins.

Conséquences

1. Déformation :

   • Les charges latérales peuvent entraîner la déformation des éléments structurels, comme les murs, les poteaux et les poutres.
   • Les structures flexibles peuvent s'incliner ou se courber sous l'effet de ces forces.

2. Fissuration :

   • Les charges horizontales provoquent des fissures diagonales ou horizontales dans les murs et les fondations.
   • Cela peut fragiliser la structure, rendant ses éléments moins stables.

3. Effondrement Partiel ou Total :

   • Une structure affaiblie par les forces latérales peut subir un effondrement partiel (murs, toitures) ou complet (structure entière).

4. Renversement :

   • Les bâtiments qui ne sont pas ancrés correctement peuvent basculer ou se renverser sous l'effet des forces sismiques ou des vents forts.

Mesures de Protection

• Renforcement : Ajouter des renforts diagonaux ou des contreventements pour augmenter la rigidité.
• Ancrage : Assurer que les éléments structurels sont bien ancrés à la base et entre eux.
• Flexibilité : Concevoir des structures flexibles qui absorbent les charges latérales en se déformant sans s'effondrer.

En comprenant les causes et les conséquences des charges latérales, les concepteurs peuvent mieux planifier des structures qui restent stables même face à ces forces.

La différence entre une charge concentrée et une charge uniformément répartie est importante dans le domaine de la conception structurelle. Voici une explication des deux types de charges :

Charge Concentrée

• Définition :

  • Une charge concentrée est une force appliquée sur une petite zone ou un point spécifique d'une structure.
  • Elle est souvent représentée comme une force ponctuelle dans les calculs structurels.

• Exemples :

  • Le poids d'une colonne ou d'un poteau supportant une poutre.
  • Les pieds de meubles ou d'équipements lourds qui reposent sur un plancher.
  • Le point d'impact d'une grue ou d'un outil sur une dalle.

• Impact :

  • Elle crée un stress important sur la zone où elle est appliquée, ce qui peut entraîner une déformation ou une fissuration localisée.
  • Les structures doivent être conçues pour répartir cette force afin d'éviter des dommages.

Charge Uniformément Répartie

• Définition :

  • Une charge uniformément répartie est une force distribuée sur une surface ou une longueur, créant une pression constante sur l'ensemble de la zone.

• Exemples :

  • Le poids des occupants, meubles et équipements d'un étage.
  • La pression du vent ou de la neige sur une toiture.
  • La charge de la terre contre un mur de soutènement.

• Impact :

  • Elle répartit les contraintes sur une surface plus large, réduisant le risque de surcharge ponctuelle.
  • Les structures doivent être conçues pour résister à cette force distribuée, en tenant compte de la direction et de l'intensité.

Comparaison et Applications Pratiques

• Design Structurel :
  • Lors de la conception, il est crucial d'identifier et de quantifier les charges concentrées et réparties pour assurer la sécurité et la stabilité de la structure.
• Solutions :
  • Pour les charges concentrées, les solutions comprennent des renforts supplémentaires, des fondations solides et des supports dédiés.
  • Pour les charges uniformément réparties, la conception structurelle doit prévoir une distribution homogène des forces, des éléments porteurs adéquats et une flexibilité suffisante.

Ces distinctions aident les ingénieurs à choisir les matériaux et les conceptions appropriés pour répondre aux exigences de sécurité et de durabilité.