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Effet du retrait du sol sur une maison expérimentale
Effects of soil shrinkage on an experimental house
Makki L.
Champlan, France (anciennement IFSTTAR)
Bourgeois E., Burlon S., Magnan J.-P., Duc M.
Université Paris-Est, IFSTTAR, Cité Descartes, Champs-sur-Marne, France
RÉSUMÉ : Cet article présente les résultats d’essais réalisés sur un modèle en vraie grandeur de maison en maçonnerie, construite sur
des vérins pour simuler différentes distributions de tassements de sa fondation lors d’une période de sécheresse. Les résultats des
observations faites lors de plusieurs essais sont présentés. Une modélisation numérique du comportement de la maison expérimentale
a été effectuée. Pour le calcul tridimensionnel en éléments finis au moyen du logiciel CESAR-LCPC, on a utilisé des éléments de
volume pour les parpaings, les joints en mortier et le béton des semelles et des chaînages, tandis que les armatures étaient représentées
par des éléments linéiques superposés au maillage volumique. Pour représenter les conditions de l’étude expérimentale, trois calculs
ont été effectués, en enlevant tous les appuis sous un quart de la maison, puis sous la moitié de la maison, puis sous un autre quart de
la maison. Les calculs ont donné des résultats proches des mesures.
ABSTRACT: This paper presents the results of tests carried out on a full scale model house built on jacks to simulate the different
settlement distribution of its foundations during a period of drought. Results of observations made during several tests are presented.
A numerical analysis of the behaviour of the experimental house was realized. The three-dimensional finite element analysis using the
FEM code CESAR-LCPC uses volumetric elements for the concrete blocks, the mortar joints and the concrete of the footing and of
the wall ties, whereas the reinforcing bars are modelled using one-dimensional elements, superimposed to the volumetric mesh. Three
analyses were performed, in order to match the conditions of the experiments: the supports were suppressed under one fourth, then the
half, then another fourth of the house. The calculations gave results close to the measurements.
MOTS-CLÉS
:
maison individuelle, maçonnerie, retrait du sol, instrumentation, vérin hydraulique, modélisation, élément fini.
KEYWORDS: Single house, masonry, soil shrinkage, instrumentation, hydraulic jack, modelling, finite element.
1 INTRODUCTION
Les dommages produits par les effets de la sécheresse sont
particulièrement fréquents dans les maisons individuelles à un
seul niveau ou avec un étage, construites sur des fondations
superficielles. Ces dommages résultent de la combinaison d’un
aléa, le tassement produit par le retrait d’un sol argileux, et de la
vulnérabilité de la construction, c'est-à-dire son incapacité à
résister aux forces et moments créés par la perte partielle
d’appui sous les fondations. Pour progresser dans la
compréhension de ces dommages, la construction d’une maison
expérimentale, que l’on pourrait soumettre à des cycles de
retrait et gonflement du sol de fondation, mais aussi renforcer et
retester ensuite, a été décidée. Ce travail a été effectué dans le
cadre du projet ANR ARGIC (2007-2009 : Analyse du retrait-
gonflement et ses incidences sur les constructions, sous la
coordination du BRGM) et de l’opération de recherche du
LCPC qui porte sur l’effet de la sécheresse sur les constructions
(2006-2010). Pour maîtriser le calendrier de ces recherches, il a
été décidé de concentrer l’étude sur le fonctionnement de la
maison elle-même, sans dépendre du comportement au cours du
temps d’un sol argileux sous les fondations, par nature aléatoire.
La maison a été construite hors sol, dans un hall d’essai du
Centre d’expérimentation routière du Centre d’Études
Techniques de l’Équipement Normandie-Centre à Rouen. Elle
est connue sous le nom de « Station MISS » (Maison
Individuelle Soumise à la Sécheresse). Le choix a été fait de
commander à un maçon la construction d’une maison de
dimensions standard, en suivant les prescriptions des normes
(DTU) applicables à la construction des maisons individuelles.
La seule particularité de cette maison est que les semelles de
fondation ont été construites sur des appuis métalliques que l’on
peut remplacer par des vérins dans les zones où l’on veut
modifier les conditions d’appuis des fondations. Des mesures
des mouvements verticaux des fondations, des déformations des
chaînages et des efforts dans les vérins ont été organisées, ainsi
qu’un suivi visuel de la formation des fissures dans les murs et
les fondations. Cet article présente la construction du dispositif
expérimental et les résultats des premiers essais. Il présente
aussi l’analyse numérique en éléments finis effectuée au LCPC
en utilisant le module MCNL du code de calcul CESAR-LCPC
et compare les résultats des calculs avec les observations faites
sur la maison expérimentale.
2 ÉLÉMENTS BIBLIOGRAPHIQUES
Différents auteurs ont travaillé sur le fonctionnement mécanique
des constructions en maçonnerie pour comprendre leur
comportement sous différentes sollicitations, telles que la
compression uniaxiale, la traction uniaxiale, le chargement
biaxial et le cisaillement (Fouchal 2006, Hendry 2001). Ces
sollicitations élémentaires se combinent dans la réponse
mécanique de l’ouvrage en maçonnerie et contribuent à ce que
l’on peut appeler la « résistance » de la construction. Ces
auteurs sont arrivés à la conclusion que les discontinuités
inhérentes à la maçonnerie, c'est-à-dire les interfaces entre les
briques et le mortier, fragilisent son comportement et que la
rupture des structures en maçonnerie est essentiellement due à
la différence des propriétés mécaniques des briques et des joints
(Hilsdrof 1969). Nous avons choisi de modéliser séparément les
parpaings et les joints comme des éléments de volume ayant un
comportement mécanique élastoplastique, de façon à pouvoir
identifier précisément la position des zones les plus sollicitées
