LES ÉDITIONS DU CERIB

Justifi cation de l’emploides blocs linteau

en zones sismiques

Justifi cation for the use of lintel blocks in seismic zones

ProduitsSystèmes 160.E-V2

NJ/BHT/MAPO 138 / Produits – Systèmes

Réf. 160.E-V2

Janvier 2010

par

Nicolas JURASZEK

Baptiste HAINAULT

Justifi cation de l’emploi des blocs linteauen zones sismiques

Justifi cation for the use of lintel blocks in seismic zones

issn 0249-6224

ean 9782857552178

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Études et Recherches

Avant-propos

Ce rapport est articulé en deux parties :

- la première partie est destinée au lecteur qui souhaite apprécier

très rapidement si l’étude évoquée le concerne, et donc si les

méthodes proposées ou si les résultats indiqués sont directement

utilisables pour son entreprise ;

- la deuxième partie de ce document est plus technique ; on y

trouvera donc tout ce qui intéresse directement les techniciens de

notre industrie.

© CERIB – 28 Épernon

160.E – novembre 2008 - ISSN 0249-6224 – EAN 9782857552178

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La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les « copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective » et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, « toute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite » (alinéa 1er de l’article 40).Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.

Études et Recherches

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S O M M A I R E

Résumé ...................................................................................................... 5

1. Synthèse de l’étude .................................................................................. 7

1.1. Domaine concerné ..............................................................................................7

1.2. Problématique .....................................................................................................7

1.3. Apports de l’étude ...............................................................................................7

1.4. Intérêts et conséquences .......................................................................................7

2. Dossier de recherche................................................................................ 9

2.1. Constitution des corps d’épreuve ...........................................................................9

2.2. Essais ..............................................................................................................11

2.3. Analyse des résultats .........................................................................................14

2.4. Conclusion .......................................................................................................21

2.5. Bibliographie ....................................................................................................21

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Études et Recherches

Études et Recherches

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RésuméPrescription des règles PS92

Ces règles donnent la possibilité au projeteur de considérer les blocs en béton

servant de coffrage dans le calcul de l’épaisseur du chaînage.

L’épaisseur réservée pour le béton coulé en place ne doit pas être toutefois inférieure

au 2/3 de l’épaisseur du mur (soit 13 cm dans le cas de murs de 20 cm).

Prescription futures de l’Eurocode 8

Ce paragraphe impose que les dimensions de la section transversale des chaînages

horizontaux ne soient pas inférieures à 150 mm.

Il n’est par contre pas précisé si le chaînage doit être entièrement coulé en place.

Investigation expérimentale

Des essais cycliques alternés effectués au CSTB à la demande du CERIB sur des

chaînages entièrement coulé en place et composites (blocs linteaux et béton coulé

en place) n’ont pas montré de différence de comportement entre les deux types de

chaînage.

Il n’a été constaté aucune désolidarisation entre les blocs et le béton coulé en

place et aucun endommagement des blocs en béton de géométrie conformes aux

prescriptions des Règles PS 92.

Conclusion

Les précisions des Règles PS92 concernant la défi nition des chaînages horizontaux

peuvent être reconduites. Ainsi, lors de l’utilisation de blocs de coffrage en béton pour

la réalisation de chaînages horizontaux, la dimension minimale du chaînage coulé en

place peut être ramenée à 2/3 de l’épaisseur du mur.

SummaryThe new paraseismic regulations (Eurocode 8) require that bond beams have a

cross-section with dimensions greater than or equal to 15 cm. In France, a great

number of horizontal bond beams are produced using 20 cm thick lintel blocks,

with an available cross-section for casting the concrete that is slightly smaller than

the 15 cm diameter required (the dimensions of the available cross-section are

generally between 11 and 14 cm).

This study gives the technical justifi cations demonstrating the satisfactory seismic

behaviour of such lintel blocks. Tests carried out at the CSTB have established

that these lintel blocks behave in an equivalent way to a 15 cm x 15 cm reinforced

concrete bond beam. The study therefore concludes that the concrete used to

make the blocks contributes fully to the strength of the bond beam.

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Études et Recherches

Études et Recherches

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1.1. Domaine concerné

Cette étude concerne l’utilisation des blocs linteau en béton destinés à la réalisation de chaî-nages horizontaux en zones sismiques dans les ouvrages en maçonnerie.

1.2. Problématique

L’Eurocode 8 (§ 9.5.3 (3)) impose que la section transversale des chaînages horizontaux ne soient pas inférieures à 150 mm. Il n’est par contre pas précisé si le chaînage doit être entière-ment coulé en place ou, comme dans les PS-92, le béton des blocs peut être pris en compte pour partie. Des essais, effectués au CSTB, ont permis de comparer les comportements de chaînages réalisés avec et sans blocs linteau.

1.3. Apports de l’étude

Les essais réalisés dans le cadre de cette étude concernent des corps d’épreuve constitués de blocs linteau de tailles et de fabricants différents afi n d’être représentatifs du marché de ce type de produits.Cette étude a démontré expérimentalement que le comportement sismique des chaînages horizontaux réalisés à partir de blocs linteau était équivalent à un chaînage en béton armé de section 15 cm x 15 cm, respectant donc les exigences de l’Eurocode 8. Les précisions apportées par les PS92 sur la défi nition du chaînage horizontal restent donc valables avec l’Eurocode 8.

1.4. Intérêts et conséquences

Les blocs linteau sont couramment utilisés pour réaliser des chaînages horizontaux. Cette étude a permis de démontrer que le béton des blocs participait pleinement au comportement mécanique du chaînage et que le comportement global était équivalent à une section de béton armé de 15 cm x 15 cm, supérieure à la section minimale imposée en zones sismiques. Les précisions apportées par les PS92 sur la défi nition du chaînage horizontal peuvent être reconduites. Ainsi, lors de l’utilisation de blocs de coffrage en béton pour la réalisation de chaî-nages horizontaux, la dimension minimale du chaînage coulé en place peut être ramenée à 2/3 de l’épaisseur du mur

1. Synthèse de l’étude

8

Études et Recherches

Études et Recherches

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2.1. Constitution des corps d’épreuve

L’objectif des essais étant de comparer le comportement sismique de chaînages réalisés avec et sans bloc linteau, différents types de corps d’épreuve ont été réalisés :- deux chaînages témoins en béton armé de section 15 cm x 15 cm ;- six chaînages réalisés à partir de blocs linteau.

Trois types différents de blocs linteau ont été testés (deux essais par type de bloc), représen-tatifs du marché. Leurs caractéristiques géométriques sont indiquées dans la fi gure 1.

BL1 BL2 BL3

198

190

105

1103838

R61

3535

40

240

102 4242

50

R30 R40R40

140°

121,7

3030196

+ +

198

195

45

4040 118

30 30

50R10

493

50

196

4

3010230

4

EN 490

4

34,5

3030 138494

198

Les parois des blocs sont pleines (pas d’alvéoles horizontales ou verticales) et ont une épais-seur minimale de 3 cm. Dans tous les cas, le diamètre horizontal disponible pour le coulage du béton armé est inférieur à 14 cm (au lieu des 15 cm obligatoires) et supérieur à 11 cm.

2. Dossier de recherche

Figure 1caractéristiques géométriquesdes blocs linteau utilisés

10

Études et Recherches

La longueur des corps d’épreuve est de 150 cm. Chacun d’eux est constitué de 3 blocs lin-teau (fi gures 2 et 3).

Figures 2 et 3montage des corps

d’épreuve

Figures 2 et 3montage des corps

d’épreuve

Les témoins sont en béton armé et ont une section transversale de 15 cm x 15 cm. Le béton est directement coulé dans des moules.

Le chaînage est constitué de 4 HA 12 pour les aciers longitudinaux et de HA 5 pour les cadres. Ces cadres sont espacés de 15 cm. La nuance des aciers est HA 500-3 pour les aciers longi-tudinaux (fyk = 500 MPa et de classe B) et HA 500-2 pour l’acier des cadres (fyk = 500 MPa et de classe A) en conformité avec les exigences de la NF EN 1998-1 (Eurocode 8).

HA 12

HA 5

Noyau de cintrage30 mm

100 mm

100

mm

Figure 4schéma du chaînage

Figure 4schéma du chaînage

Le remplissage des blocs linteau et des témoins est effectué avec un béton fl uide traditionnel dont la composition est donnée dans le tableau 1.

Matériau Volume

Granulats 4/8 900 kg

Sable 0/5 840 kg

Ciment 350 kg

Eau 164 l

Plastifi ant-Entraîneur d’air 5 l

Tableau 1composition du béton (par m3)

Tableau 1composition du béton (par m3)

Études et Recherches

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La résistance du béton a été mesurée sur trois cylindres de 11 cm de diamètre et de 22 cm de hau-teur suivant la norme NF EN 12390-3. La résistance moyenne mesurée est fcm = 52,8 MPa [2].

2.2. Essais

Les essais ont été menés au Laboratoire de Structures du CSTB conformément aux moda-lités défi nies par le CERIB. L’objectif des essais étant d’étudier le comportement au séisme des chaînages constitués de blocs linteau, le chargement devait pouvoir simuler les actions sismiques. Pour cette raison, un chargement de type traction-compression sous forme de 500 cycles sinusoïdaux de fréquence 1 Hz et amplitude variable a été défi ni.

Les amplitudes appliquées en traction et en compression ont été les suivantes :- 10 cycles d’amplitude maximale ± 115 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 170 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 225 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 230 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 235 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 240 kN ;- 10 cycles d’amplitude maximale ± 245 kN ;- 430 cycles d’amplitude maximale ± 250 kN.

Ce type de chargement est inspiré de la norme NF EN 12512 « Essais cycliques d’assembla-ges réalisés par organes mécaniques ».

La fi gure 5 représente le chargement appliqué au cours du temps.

Figure 5 évolutiondu chargementau cours du temps

Figure 5 évolutiondu chargementau cours du temps

Les chaînages étant constitués de 4 HA 12 avec une limite caractéristique d’élasticité fyk = 500 MPa, la limite d’élasticité des aciers en traction est atteinte pour un chargement de :

( =××π×= (Le chargement prévu entraînera donc une plastifi cation des aciers.

12

Études et Recherches

La fi gure 6 donne le schéma de transmission du chargement au corps d’épreuve.

La transmission du chargement est effectuée par l’intermédiaire d’une platine en acier qui transmet les efforts de compression au béton et de traction aux aciers. Un lit de ciment a été ajouté de manière à assurer une bonne surface de contact entre le corps d’épreuve et la platine.

Le dispositif de mesure est constitué :- d’un capteur de force de marque Schlumberger de ± 600 kN d’étendue de mesure, mesu-

rant la charge totale appliquée au corps d’épreuve ; le dispositif de mesure de la charge est de classe 2,

- d’un ensemble de huit capteurs de déplacement de marque Chauvin-Arnoux, de type L10R de ± 5 mm d’étendue de mesure, mesurant la déformation du corps d’épreuve ; les capteurs de déplacement sont de classe 0,2 selon la norme NF E11-062.

La fréquence d’échantillonnage est de 50 Hz.

Les huit capteurs sont disposés sur deux faces opposées à raison de quatre capteurs par face. Leur répartition s’effectue selon le schéma présenté par la fi gure 7.

La fi gure 8 est une vue générale du dispositif d’essai.

Le récapitulatif des essais effectués est donné dans le tableau 2.

Numéro du corps d’épreuve

Numéro d’essai CSTB

Type de linteau

Section (mm2)

Longueur (mm)

Nombre de cycles réalisés

Remarques

1 07173 BL1 190 x 198

1 500

500

2 07170 BL1 190 x 198 500

3 07175 Témoin 150 x 150 500

4 07172 BL3 195 x 198 500

5 07169 BL3 195 x 198 67

Rupture d’un HA 12

probablement suite

à un déséquilibrage

du chargement.

6 07168 Témoin 150 x 150 132

Rupture du système

de transmission

du chargement entre

le vérin et la platine.

7 07174 BL2 240 x 196 500

8 07171 BL2 240 x 196 500

Tableau 2récapitulatif

des essais

Tableau 2récapitulatif

des essais

À noter qu’un neuvième essai était prévu sur un linteau témoin, mais n’a pu être réalisé à cause d’une rupture du corps d’épreuve lors du montage de celui-ci sur le bâti d’essai.

Études et Recherches

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Chaînage

Soudure

Rondelle en acier

Platine

Lit de ciment

Corps d'épreuve

Figure 6schéma du système de transmissiondu chargement au corps d’épreuve

Figure 7schéma de répartition

des capteurs de déplacement

Figure 8vue généraledu dispositif d’essai

Figure 8vue généraledu dispositif d’essai

14

Études et Recherches

2.3. Analyse des résultatsPour pouvoir justifi er le fait que le bloc linteau a un comportement équivalent à un linteau en béton armé de section 15 cm x 15 cm, deux points sont à vérifi er :- les blocs linteau ne doivent pas s’endommager au cours des cycles ;- la rigidité du linteau réalisé avec des blocs doit être équivalente à celle des témoins.

Concernant le premier point, aucun des essais sur les blocs linteau n’a fait apparaître une détérioration du corps d’épreuve. Il n’y a jamais eu de rupture de tout ou partie des blocs. Ceux-ci sont demeurés liés au béton coulé pour le chaînage, même s’il a été constaté une faible fi ssuration au niveau de l’interface (bloc-béton).

Le tableau 3 montre le relevé des fi ssurations observées sur les corps d’épreuve à la fi n des essais.

1 – BL1 2 – BL1

Faces A & B Faces C & D Faces A & B Faces C & D

Non fi ssurées

Tableau 3relevé des

fi ssurations

Études et Recherches

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7 – BL2 8 – BL2

Faces A & B Faces C & D Faces A & D Faces B & C

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Études et Recherches

4 – BL3 5 – BL3

Faces D & A Faces B & C Face A Faces B, C & D

Non fi ssurées

Études et Recherches

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3 – Témoin 6 – Témoin

Faces A & B Faces C & D Faces A & B Faces C & B

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Études et Recherches

Les fi ssures relevées sur les linteaux témoin ou avec blocs, sont principalement perpendi-culaires au chargement. Elles résultent de la fi ssuration lors des phases de traction lors des cycles de chargement.On constate également que les blocs linteau, bien que fi ssurés, ne sont ni endommagés, ni épaufrés. L’importante rugosité des blocs permet une bonne accroche du béton de remplis-sage.Concernant la rigidité, les fi gures 9 à 14 donnent les courbes Force-Déplacement et l’évolu-tion de la rigidité au cours des cycles pour les essais n° 2, 5 et 6.

250

200

150

100

50

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

- 50

- 100

- 150

- 200

- 250

Déplacement (mm)

Forc

e (k

N)

Figure 9courbe Force-

Déplacement de l’essai n° 2 (BL1)

Figure 9courbe Force-

Déplacement de l’essai n° 2 (BL1)

1500

1000

500

00 50 100 150 250200 300 400 450350 500

Cycle

Rig

idité

(kN

/mm

)

TractionCompressionTraction théoriqueCompression théorique

x

Figure 10évolution de la

rigidité au cours des cycles au cours

de l’essai n° 2 (BL1)

Figure 10évolution de la

rigidité au cours des cycles au cours

de l’essai n° 2 (BL1)

Études et Recherches

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250

200

150

100

50

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

- 50

- 100

- 150

- 200

- 250

Déplacement (mm)

Forc

e (k

N)

Figure 11courbe Force-Déplacement de l’essai n° 5 (BL3)

Figure 11courbe Force-Déplacement de l’essai n° 5 (BL3)

1500

1000

500

00 10 20 30 50 6040

Cycle

Rig

idité

(kN

/mm

)

TractionCompressionTraction théoriqueCompression théorique

x

Figure 12évolution de la rigidité au cours des cycles durant l’essai n° 5 (BL3)

Figure 12évolution de la rigidité au cours des cycles durant l’essai n° 5 (BL3)

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Études et Recherches

250

200

150

100

50

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

- 50

- 100

- 150

- 200

- 250

Déplacement (mm)

Forc

e (k

N)

Figure 13courbe Force-Déplacement de l’essai n° 6

(témoin)

Figure 13courbe Force-Déplacement de l’essai n° 6

(témoin)

1500

1000

500

00 20 40 8060 100 120

Cycle

Rig

idité

(kN

/mm

)

TractionCompressionTraction théoriqueCompression théorique

x

Figure 14évolution de la

rigidité au cours des cycles durant l’essai

n° 6 (témoin)

Figure 14évolution de la

rigidité au cours des cycles durant l’essai

n° 6 (témoin)

Ces courbes montrent que la rigidité reste élevée au cours des cycles sans une diminution qui serait synonyme d’endommagement.On constate que la rigidité en traction est égale dans les trois cas, car seuls les aciers tra-vaillent (la résistance du béton étant faible ou nulle). En compression, les fi ssures se referment ce qui permet aux linteaux de recouvrer une rigidité élevée.On peut noter également que la rigidité en compression est plus importante dans le cas des

Études et Recherches

21

blocs linteau. Ceci s’explique par le fait que la section de béton est plus importante. Ce qui prouve que les blocs participent bien à la rigidité du linteau.Les autres essais, bien que la mesure des déplacements soit très bruitée, aboutissent aux mêmes conclusions.

2.4. Conclusion

Contrairement aux règles PS92, l’Eurocode 8 n’apporte pas de précisions sur la réalisation de chaînages horizontaux composites. Des essais réalisés au CSTB dans le cadre de cette étude ont permis de valider la défi nition donnée par les PS92 avec les exigences de l’Eurocode 8. Ainsi, lors de l’utilisation de blocs de coffrage en béton est possible à condition que l’épais-seur réservée pour le béton coulé en place ne soit pas inférieure à 2/3 de l’épaisseur du mur (soit 13 cm dans le cas de murs de 20 cm).Les essais cycliques alternés effectués au CSTB sur des chaînages horizontaux entièrement coulé en place et composites n’ont pas montré de différence de comportement entre les deux types de chaînage. Il n’a été constaté aucune désolidarisation entre les blocs et le béton coulé en place et aucun endommagement des blocs en béton de géométrie conformes aux prescriptions des Règles PS 92.

2.5. Bibliographie

[1] Calcul des structures pour leur résistance aux séismes. Partie 1 : Règles générales, actions sismiques et règles pour les bâtiments.NF EN 1998-1, Eurocode 8 ; 2005.

[2] Essais de compression-traction sur des linteaux en béton armé.Rapport d’essais CSTB n° EEM 07 26009125 ; octobre 2007.

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