Lernzettel: Principes fondamentaux de la maçonnerie

📋 Plan du Cours

1. Vocabulaire de la maçonnerie
2. Matériaux de maçonnerie
3. Terre crue et terre cuite
4. Pierre et bétons
5. Mortiers et caractéristiques thermiques
6. Durabilité des matériaux
7. Caractéristiques mécaniques
8. Flambement des poteaux
9. Charges latérales des poteaux
10. Mécanique des murs

📖 1. Vocabulaire de la maçonnerie

🔑 Notions clés & Définitions

• Maçonnerie : La maçonnerie est l’assemblage d’éléments de maçonnerie pour former un ouvrage.
• Élément de maçonnerie : Un élément de maçonnerie est un produit préfabriqué destiné à être utilisé dans des ouvrages de maçonnerie.
• Joint : Un joint est l’intervalle entre deux éléments de maçonnerie.
• Mortier : Un mortier est un mélange de sable et d’un liant, comme l’argile, la chaux ou le plâtre.
• Appareillage : L’appareillage est la disposition des éléments de maçonnerie visant un fonctionnement monolithique.

📝 Points essentiels

• Un parpaing réalise l’épaisseur totale d’un mur.
• Une panneresse a une longueur et une hauteur apparentes.
• Une boutisse a sa plus grande dimension placée dans le sens de l’épaisseur du mur.
• Un moellon est une pierre à bâtir partiellement ou totalement taillée, maniable par un homme seul.
• Un linteau est l’élément qui soutient le mur au-dessus d’une ouverture.
• Un jambage désigne la maçonnerie de part et d’autre d’une ouverture.

💡 Astuce mémo

Joint = l’espace; Mortier = sable + liant; Appareillage = “mise en place” pour un mur monolithique.

📖 2. Matériaux de maçonnerie

🔑 Notions clés & Définitions

• Terre cuite : Matériau céramique obtenu par cuisson d’une terre argileuse, qui confère à l’élément une structure minérale.
• Béton de ciment : Matériau minéral obtenu à partir de granulats, de ciment et d’eau, moulé lors de la fabrication.
• Béton cellulaire : Matériau minéral à structure alvéolaire, produit à partir de sable siliceux, chaux, ciment, eau et un agent moussant à base d’alumine.
• Conductivité thermique : Grandeur reliant le flux de chaleur à une différence de température à travers un matériau, exprimée en W/m·°C.

📝 Points essentiels

• La terre cuite est produite par cuisson d’une terre argileuse entre 900 et 1200°C.
• Le béton de ciment est un mélange de granulats, ciment et eau fabriqué par moulage.
• Le béton cellulaire est obtenu avec sable siliceux, chaux, ciment, eau et un agent moussant à base d’alumine.
• Un mortier peut associer sable avec ciment et/ou chaux, et utiliser du plâtre quand le liant est du gypse cuit vers 150°C.
• La conductivité thermique se mesure en W/m·°C et l’inertie thermique en kWh/m3·°C.
• Les matériaux sensibles à l’eau liquide incluent la terre crue, le plâtre, certaines pierres et mortiers.

💡 Astuce mémo

Cuisson = 900–1200°C ; Plâtre = 150°C : pense aux “degrés” du liant pour retrouver vite le type de terre ou de mortier.

📖 3. Terre crue et terre cuite

🔑 Notions clés & Définitions

• Terre crue : Matériau de maçonnerie à base d’argile qui présente une sensibilité marquée à l’eau liquide et aux cycles gel-dégel.
• Terre cuite poreuse : Matériau issu d’argile cuite qui reste sensible à l’eau liquide et peut se dégrader sous l’action du gel quand il est poreux.
• Moisissures : Dégradation biologique susceptible d’apparaître dans des matériaux poreux quand ils restent suffisamment humides.
• Lessivage : Désagrégation progressive liée à l’action de l’eau liquide qui entraîne une perte de matière de certains éléments en terre crue et mortiers.

📝 Points essentiels

• La terre crue et certains mortiers ou pierres sont sensibles à l’eau liquide, ce qui peut conduire au lessivage et à la destruction.
• Le développement de moisissures concerne surtout les matériaux poreux, comme la pierre poreuse, la brique poreuse et le béton cellulaire.
• La sensibilité au gel dépend surtout de la porosité et de l’exposition à l’humidité et au froid.
• Sont indiqués comme sensibles au gel : terre crue, pierres gelives, terre cuite poreuse et béton cellulaire.
• Pour limiter la dégradation, on met en œuvre des protections contre la pluie et l’humidité du sol, puis on protège aussi du froid quand le risque de gel est présent.

💡 Astuce mémo

Eau liquide → lessivage ; humidité + froid → gel ; humidité persistante → moisissures.

📖 4. Pierre et bétons

🔑 Notions clés & Définitions

• Élancement : L’élancement mesure la sensibilité d’un poteau à l’instabilité en reliant une dimension $B$ à la hauteur $L$.
• Flambement : Le flambement est une rupture par instabilité où un poteau comprimé se déforme latéralement jusqu’à la perte de capacité.
• Résistance par frottement : La résistance au cisaillement due au frottement correspond à la force maximale transmissible avant glissement.
• Basculement : Le basculement est une perte d’équilibre due au moment déstabilisateur créé par une charge latérale et compensé par la stabilisation du poids.

📝 Points essentiels

• La contrainte de compression vaut \sigma = F/S, avec l’exemple $F=50\,kN$ et $S=600\,mm\times 600\,mm$ donnant \sigma=0,14\,MPa.
• La déformation verticale d’un poteau comprimé se calcule par $dL=\,L\times F/(E\times A)$, et l’exemple $L=3000\,mm$, $E=30000\,MPa$, $A=360000\,mm^2$, $F=50\,kN$ donne $dL=0,014\,mm$.
• Le risque de flambement augmente avec la hausse de la charge, l’augmentation de l’élancement, la souplesse du matériau, des appuis moins bien bloqués, une rectitude initiale moindre, l’excentrage et l’action de charges latérales.
• L’élancement se prend sous la forme $\text{Elancement}=B/L$, avec pour $L=3\,m$ : $B=0,3\,m\Rightarrow10$, $B=0,6\,m\Rightarrow5$, $B=0,15\,m\Rightarrow20$.
• La résistance au glissement par frottement vérifie $R_{x,fr}^{\max}=R_z\times k$ où, pour des matériaux de maçonnerie, $k\in[0,6;0,8]$, et avec $R_z=2\,kN$ et $k=0,6$ on obtient $R_{x,fr}^{\max}=1,8\,kN>F_x=1\,kN$ donc pas de glissement.
• Pour le basculement, le critère utilisé conduit à $d=3/19{,}5=0,15\,m$ pour le modèle considéré, et comme $d<0,3\,m$ le poteau reste stable.

💡 Astuce mémo

Élancement $=B/L$ : plus $B$ grand ou $L$ petit, plus le poteau risque le flambement.

📖 5. Mortiers et caractéristiques thermiques

📖 6. Durabilité des matériaux

📖 7. Caractéristiques mécaniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Résistance en compression : La résistance en compression correspond à la capacité d’un matériau à supporter un effort de compression sans rupture.
• Résistance en traction : La résistance en traction désigne la capacité d’un matériau à reprendre des efforts qui tendent à l’allonger sans rompre.
• Résistance au cisaillement : La résistance au cisaillement caractérise le niveau d’efforts tangentiels que le matériau peut supporter avant endommagement ou rupture.
• Sollicitation en flexion : La sollicitation en flexion décrit le comportement d’un élément soumis à un chargement qui crée un moment et provoque contraintes de flexion et déformations associées.

📝 Points essentiels

• Pour éviter le basculement d’un poteau, on impose une condition d’équilibre en moments autour de O en comparant le moment déstabilisateur au bras $d$, avec $d=0,23/1,5=0,15\,m$ pour la configuration donnée.
• Avec la vérification de frottement, on calcule $Rx_{fr.max}=Rz\times k$ avec $k\ge 0,7$, puis $Rx_{fr.max}=1,5\times 0,7=1,05\,kN$ et on exige $Rx_{fr.max}>Rx$.
• Pour le poteau étudié, l’absence de glissement est vérifiée avec $F_x=1\,kN$ et $P=1,5\,kN$ par une réaction d’équilibre et une limite de frottement suffisante.
• Pour une arche chargée, la contrainte maximale en pied est évaluée par $f_c=R/S$ avec $S=200\,mm\times 200\,mm=40\,000\,mm^2$ et $R=\sqrt{R_z^2+R_x^2}$.
• Exemples de contrainte d’appui en pied (même section) : pour $R_x=1,8\,kN$, $R=2,84\,kN$ donc $f_c=0,07\,MPa$ ; pour $R_x=3,05\,kN$, $R=4,05\,kN$ donc $f_c=0,1\,MPa$.
• Exemples chiffrés complémentaires : pour $R_x=6,46\,kN$, $R=6,82\,kN$ donc $f_c=0,17\,MPa$ ; pour $R_x=38,07\,kN$, $R=38,14\,kN$ donc $f_c=0,95\,MPa$.

💡 Astuce mémo

Stabilité poteau : $d=0,23/1,5=0,15<0,3$ (moins de 0,3 m) + frottement via $k_{min}=0,7$ puis $Rx_{fr.max}=Rz\,k$.

📖 8. Flambement des poteaux

📖 9. Charges latérales des poteaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Composante verticale Rz : La composante verticale de la réaction d’appui est la partie du chargement transmise selon l’axe vertical.
• Composante horizontale Rx : La composante horizontale de la réaction d’appui est la partie du chargement transmise selon l’axe latéral.
• Réaction totale R : La réaction totale d’appui résulte de la combinaison entre la composante verticale Rz et la composante horizontale Rx.
• Contrainte maximale fc : La contrainte maximale au pied s’obtient en divisant la réaction R par l’aire de la section considérée.

📝 Points essentiels

• La réaction totale s’obtient par le calcul du module : $R=\sqrt{Rz^2+Rx^2}$, comme avec $Rz=2,2$ kN et $Rx=1,8$ kN donnant $R=2,84$ kN.
• Pour $Rz=2,2$ kN et $Rx=3,05$ kN, on trouve $R=4,05$ kN et donc une contrainte $fc=4\,050\,\text{N}/40\,000\,\text{mm}^2=0,1$ MPa.
• Pour $Rz=2,2$ kN et $Rx=6,46$ kN, on trouve $R=6,82$ kN et $fc=6\,820\,\text{N}/40\,000\,\text{mm}^2=0,17$ MPa.
• Quand la composante horizontale domine (ex. $Rx=38,07$ kN pour $Rz=2,2$ kN), la réaction totale reste proche de $Rx$ : $R=38,14$ kN.
• Avec la même section (200 mm × 200 mm), l’aire vaut $40\,000$ mm$^2$ et la contrainte maximale suit directement $fc=R/S$ en N/mm$^2$ (donc en MPa).

💡 Astuce mémo

Module de réaction : Pythagore $R=\sqrt{Rz^2+Rx^2}$, donc si $Rx$ grandit, $R\approx Rx$.

📖 10. Mécanique des murs

🔑 Notions clés & Définitions

• Arc de décharge : Élément maçonné placé dans un mur pour reporter les charges vers les appuis latéraux au lieu de les transmettre directement au linteau.
• Linteau : Élément horizontal de fermeture d’une ouverture, travaillant à la reprise des efforts transmis par la maçonnerie au-dessus.

📝 Points essentiels

• Le fonctionnement mécanique d’une arche s’étend à d’autres types de chargements et permet d’obtenir d’autres formes d’arcs.
• Un arc de décharge associé à un linteau sert à gérer la transmission des efforts dans un mur au niveau d’une ouverture.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
900	Cuisson de la terre argileuse (terre cuite)
1200°C	Cuisson de la terre argileuse (terre cuite)
150°C	Gypse cuit utilisé pour le plâtre (mortier)
1400°C	Argile cuit à environ 1400°C (ex. mortier sable + ciment)
900°C	Calcaire cuit à environ 900°C (ex. mortier sable + chaux)
2001	Référence bibliographique (thèse PhD thesis)
1934	Exemple d’arche funiculaire (Viaducto de Segovia)
1836	Exemple de voute de parement (Avignon)
1342-1352	Exemple de voutes (Basilique Saint-Denis)
1260 environ	Exemple de voutes (Nef et transept)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre le joint (intervalle) et le mortier (mélange sable + liant) : ce ne sont pas des “matériaux” mais deux fonctions différentes dans l’assemblage.
2. Mélanger panneresse et boutisse : la panneresse a longueur/hauteur apparentes, la boutisse a la plus grande dimension placée dans le sens de l’épaisseur du mur.
3. Croire que tous les matériaux sont sensibles au même agent de dégradation : la terre crue/plâtre/pierres et mortiers sont sensibles à l’eau liquide, tandis que le gel dépend surtout de porosité + humidité + froid.
4. Penser que l’eau liquide et le gel sont identiques : l’eau liquide mène au lessivage, alors que le gel (avec humidité) provoque fissuration/effritement.
5. Prendre l’élancement à l’envers : elancement = B/L, donc augmenter L diminue l’élancement (et donc le risque de flambement).
6. Oublier le critère “d < 0,3 m” dans le basculement : la stabilité est indiquée quand d vaut 0,15 m dans les modèles vus.
7. Confondre le module de réaction et la réaction totale : R = √(Rz² + Rx²), donc on ne doit pas prendre R=Rx quand Rx ne domine pas.

✅ Checklist Examen

1. Définir maçonnerie, élément de maçonnerie, joint, mortier et appareillage.
2. Identifier par définition parpaing, panneresse, boutisse, moellon, linteau et jambage.
3. Donner la composition et le procédé de fabrication du béton de ciment (granulats + ciment + eau, fabrication par moulage).
4. Donner la composition du béton cellulaire (sable siliceux, chaux, ciment, eau, agent moussant à base d’alumine).
5. Retrouver les ordres de grandeur de cuisson cités pour la terre cuite (entre 900 et 1200°C) et pour le plâtre (gypse cuit vers 150°C).
6. Expliquer l’enchaînement “eau liquide → lessivage” et “humidité persistante + matériau poreux → moisissures”, puis citer les matériaux sensibles au gel.
7. Lister les paramètres qui augmentent le risque de flambement (charge, élancement, souplesse, blocages, rectitude, excentrage, charges latérales).
8. Calculer la contrainte de compression σ = F/S et vérifier l’exemple numérique F=50 kN, S=600 mm×600 mm donnant 0,14 MPa.
9. Calculer la déformation verticale dL = L×F/(E×A) et l’élancement elancement = B/L sur les valeurs données (B=0,3 ; 0,6 ; 0,15 m).
10. Vérifier la résistance au glissement avec Rx.fr.max = Rz×k pour les k de maçonnerie (entre 0,6 et 0,8) et conclure si Rx.fr.max > Rx.
11. Vérifier la stabilité au basculement en calculant d (d=3/19,5 ou d=0,23/1,5) et conclure avec la condition d<0,3 m.
12. Pour une arche : définir arc de décharge et linteau, puis calculer R = √(Rz²+Rx²) et fc = R/S pour une section claveau 200 mm×200 mm, en utilisant Rz et Rx des exemples.