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Chaînages horizontaux sur les murs en maçonnerie existante : cas d’utilisation et avantages

Pourquoi réaliser des chaînages horizontaux sur les murs en maçonnerie existante pour améliorer la résistance et la réponse sismique


La mise en place des chaînages horizontaux sur les murs en maçonnerie existante est l’une des interventions de renforcement les plus efficaces pour prévenir le basculement des murs hors du plan et absorber les forces horizontales en cas de séisme

Dans cet article, nous verrons les différents types de chainages parmi lesquels choisir, comment réaliser un cordon en acier, quels sont ses effets sur le comportement sismique global d’un bâtiment en maçonnerie, et comment il réduit la vulnérabilité sismique associée à une intervention d’amélioration de la maçonnerie existante avec l’aide d’un logiciel de calcul de structure en maçonnerie.

Types de chaînages horizontaux pour l’amélioration sismique des bâtiments en maçonnerie

La réalisation d’un chainage (inter-étage ou de couverture) est souvent nécessaire pour assurer un comportement de type boîte des bâtiments existants en maçonnerie. Le chainage peut être réalisé avec différentes techniques de construction. Chaque matériau a ses avantages et ses inconvénients qui peuvent influencer le comportement global du bâtiment et même compromettre sa stabilité en cas de séisme.

Jusqu’aux années 90, le type d’intervention le plus courant pour la rénovation des bâtiments historiques en maçonnerie était certainement la réalisation de chaînages en béton armé, placés au sommet du bâtiment. Ces interventions étaient souvent associées à la réfection de la toiture existante qui, dans de nombreux cas, impliquait le retrait des structures en bois (poutres, chevrons, panneaux, tuiles, etc.) et la réalisation de nouveaux planchers en béton armé. Le résultat était certainement une augmentation de la charge pesant sur la structure existante et une augmentation de la rigidité.

En effet, cette technique si répandue s’est rapidement révélée peu efficace, voire dangereuse en cas de séisme, et a été progressivement remplacée par d’autres types d’interventions. L’expérience a en effet montré qu’à la suite de séismes, les bâtiments ayant subi ce type d’intervention présentaient des dommages très reconnaissables : maçonneries très endommagées (dans de nombreux cas complètement désagrégées) et cordons en béton armé parfaitement intacts.

Pourquoi cela se produit-il ? 

Ce qui se produit est appelé «effet de poutre». En pratique, le chaînage en béton armé, caractérisé par une rigidité excessive par rapport à la mauvaise qualité de la maçonnerie sous-jacente, décharge le poids de la toiture principalement sur les coins du bâtiment. La partie centrale de la maçonnerie est donc laissée libre et, sans l’effet de la charge verticale, elle est plus sujette au basculement hors du plan ou à la désagrégation. Ainsi, la réalisation d’éléments fortement rigides au sommet d’une maçonnerie de mauvaise qualité peut entraîner l’effondrement par désagrégation de la maçonnerie elle-même. La force sismique se concentre sur les éléments de moindre rigidité, causant des dommages graves aux maçonneries.

Une solution pour lutter contre ce phénomène pourrait être d’intervenir de manière améliorative sur la cohésion, la résistance et l’ancrage des panneaux muraux, ainsi que sur la rigidité du cordon lui-même. Pour garantir que le panneau mural maintienne sa cohésion même en cas de séisme, il est nécessaire d’opter pour des interventions telles que : 

  • le rejointoiement des joints de mortier ;
  • l’application de plaques en béton armé ;
  • les renforts avec des fibres de carbone (FRP) ;
  • les injections de mortier ;
  • les coutures armées ;
  • etc.

Pour s’assurer d’effectuer correctement les vérifications sur la maçonnerie existante et sur le cordon en béton armé, il est toujours judicieux d’utiliser un logiciel avec solveur FEM intégré pour le calcul.

Bande anti basculement

Bande anti basculement

En résumé, si l’on veut réaliser un chaînage en béton armé, il est toujours opportun de : 

  • améliorer la qualité de la maçonnerie existante par des interventions de consolidation ;
  • dimensionner correctement le cordon, en choisissant une hauteur maximale comprise entre 20 et 25 cm ;
  • utiliser un béton de faible résistance et de faible module d’élasticité, en privilégiant un béton léger ;
  • relier le cordon à la maçonnerie sous-jacente à l’aide de barres d’acier encastrées dans la maçonnerie.

D’autres solutions alternatives au chaînage en béton armé pourraient inclure la réalisation de chaînages en : 

  • maçonnerie armée de briques, réalisés en plaçant une armature avec des barres d’acier au milieu d’un cordon en briques pleines. Il peut donc être réalisé uniquement si la maçonnerie sous-jacente atteint une épaisseur d’au moins trois têtes de brique en terre cuite. Cette épaisseur est nécessaire pour créer le revêtement en briques autour de l’armature. Si la maçonnerie a une épaisseur d’au moins 30/40 cm, c’est une excellente alternative au cordon en béton armé. En effet, ayant une rigidité inférieure, il répartit les charges de manière plus uniforme ;
  • acier, adapté également aux maçonneries à épaisseur réduite (30 cm), se caractérise par sa légèreté et son faible impact ;
  • maçonnerie armée avec grille GFRP, réalisée avec des fibres de verre, de carbone ou d’un autre matériau similaire résistant à la traction.

Chaînages les horizontaux sur les murs en maçonnerie : qu’est-ce que c’est et comment les réaliser

Les chaînages horizontaux en acier peuvent être réalisés de deux manières : 

  • à travers deux structures en treillis réalisées avec des angles et des plats métalliques, placées sur la paroi interne et externe de la maçonnerie et reliées entre elles par des barres traversantes ;
  • à l’aide de plaques ou profilés en acier placés sur les deux faces de la maçonnerie et reliés entre eux par des barres traversantes.

Le chaînage horizontal doit avoir une largeur égale à l’épaisseur de la maçonnerie et une section adéquate. Il peut être réalisé en acier structurel ou en acier au carbone. Chaque technologie de construction a ses avantages et ses inconvénients.

Dans ce contexte, la connexion entre le cordon et la maçonnerie sera assurée par l’adhérence, l’engrènement et le frottement. De plus, dans le cas du cordon sommital, il est opportun de prévoir une consolidation de la maçonnerie sommitale avant la mise en œuvre du cordon et une connexion du cordon à la maçonnerie sous-jacente par la réalisation de barres traversantes. Voici quelques détails constructifs à respecter pour la réalisation des cordons en acier : 

  • la hauteur minimale du chaînage doit être égale à la hauteur de la dalle ;
  • la largeur du cordon doit être au moins égale à celle de la maçonnerie ;
  • pour une maçonnerie d’épaisseur jusqu’à 30 cm, un retrait maximal du cordon depuis le bord extérieur ne dépassant pas 6 cm et 1/4 de l’épaisseur est autorisé ;
  • la section de l’armature longitudinale du cordon doit être d’au moins 8 cm² ;
  • les étriers doivent avoir un diamètre minimal de 6 mm et un pas maximal de 25 cm.

Bénéfices sur le comportement sismique du bâtiment

Les chaînages horizontaux servent à relier les panneaux muraux entre eux, en particulier ceux sommitaux, où la maçonnerie est soumise à une compression moins importante par rapport aux murs inférieurs, car elle est soumise à des charges verticales moins importantes. La présence d’un cordon sommital améliore l’interaction avec les structures de couverture et garantit un comportement boîte du bâtiment. De plus, il évite le basculement hors du plan du mur du dernier niveau si le cordon est bien connecté à la maçonnerie sous-jacente et contribue à absorber la poussée du toit, en cas de toiture poussante.

Le chaînage horizontal améliore la transmission des actions horizontales (vent, séisme, composante horizontale de la force due à l’action poussante de la couverture, etc.) des planchers aux murs en maçonnerie soumis à des actions dans le plan.

Pousser le bardage sur la maçonnerie existante

Pousser le bardage sur la maçonnerie existante

En résumé, si l’intervention sur le bâtiment existant comprend également le remplacement de la toiture, il est conseillé de prévoir l’absorption de la poussée éventuelle en utilisant des chaînes de section appropriée, en réservant au chaînage horizontal uniquement la fonction de redistribution des forces horizontales générées par le vent et le séisme.

Chaînages horizontaux : schémas statiques pour le dimensionnement et le calcul

Pour dimensionner la section minimale du cordon en acier, il faut d’abord définir le schéma statique pour le calcul des sollicitations et des déplacements. Le schéma statique à adopter sera un schéma de poutre continue sur plusieurs appuis, chaque appui représentant l’action de liaison exercée par le mur de contrevent.
La charge uniformément répartie horizontalement agissant sur le schéma de poutre continue sera générée par les actions suivantes : 

  • action sismique générée par la masse des murs et de la couverture reliée au chaînage ;
  • action du vent agissant sur les zones d’influence des murs reliés au chaînage ;
  • poussée du toit en cas de toit poussant et en l’absence de chaînes.

En combinant correctement les actions pour obtenir les combinaisons de charge à l’État Limite Ultime (ELU) et à l’État de Service (ELS), en utilisant les coefficients partiels de combinaison prescrits par la Norme Technique, il sera possible de calculer les sollicitations à l’État Limite Ultime et les déplacements à l’État de Service pour dimensionner le chaînage horizontal. Pour s’assurer de réaliser le calcul correctement et dans le respect de la réglementation, il est toujours judicieux de procéder en utilisant un logiciel de calcul structurel.

 

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