Essais de résistance en cisaillement sur des briques ...novabrik.com/wp-content/uploads/2016/05/TestShearFR.pdf · PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques

ESSAIS DE RÉSISTANCE EN CISAILLEMENT SUR DES BRIQUES «NOVABRIK»

FIXÉES À UN MUR EN BÉTON

Dossier CRIQ 670-PE20888

Rapport technique Monsieur Michel Bouchard Monsieur Denis Légaré ALBA Inc. BPR Ingénieurs-conseils 331, 7e Avenue 4655, boul. Wilfrid-Hamel Dolbeau (Québec) G8L IY8 Québec (Québec) G1P 2J7 MARC BRUNET CONSEILLER EN DÉVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUE HÉLÈNE VAILLANCOURT, ING. GINETTE DELISLE, ING. RESPONSABLE DE PROJET DIRECTRICE MONTRÉAL, LE 3 NOVEMBRE 1997

PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques «Novabrik» / Alba

ii

Les essais se sont déroulés le 21 et 22 octobre 1997 au Hall d'essai du CRIQ à Montréal en présence de Michel Bouchard et Marc Fortin de la compagnie Alba inc. Les échantillons ont été reçus au CRIQ le 10 octobre 1997. Les personnes suivantes ont collaboré au projet : • Hélène Vaillancourt, ing., responsable de projet • Daniel Carrier, tech. • Christian Leroux, tech. • René Schmidt, aide-tech. Ce rapport ne doit pas être reproduit sans l'autorisation écrite du Centre de recherche industrielle du Québec (CRIQ), sauf en entier par le client identifié à la page titre. Nombre total de pages: 23 incluant 13 pages d'annexe. Les résultats consignés dans ce rapport ne se référent qu'aux produits décrits dans ce rapport. Les équipements et l'instrumentation utilisés lors des essais étaient vérifiés et/ou étalonnés. Les certificats d'étalonnage sont tous retraçables jusqu'aux étalons du Conseil national de recherche du Canada (CNRC) et/ou au National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis et sont disponibles sur demande. Le CRIQ est enregistré ISO 9001:1987, certificat no 187-0075-18 et, de plus, l'activité Essais est accréditée par le Conseil canadien des normes, enregistrement no 138.

PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques «Novabrik» / Alba

iii

TABLE DES MATIÈRES

page 1.0 MANDAT ................................................................................................................... 1 2.0 ESSAIS DE CISAILLEMENT .................................................................................... 1 2.1 Description des échantillons ........................................................................... 1 2.2 Méthodologie utilisée et montage d'essai ....................................................... 2 2.3 Résultats obtenus ........................................................................................... 3 3.0 CONCLUSION........................................................................................................... 7 ANNEXE A: Protocole de test proposé par BPR Ingénieurs-conseils ANNEXE B : Figures

PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques «Novabrik» / Alba 1

1.0 MANDAT

À la demande de la compagnie Alba inc. et de la compagnie BPR Ingénieurs-conseils, le CRIQ a procédé à des essais de résistance en cisaillement sur deux murs de briques sans mortier «Novabrik» fixées à un mur de blocs de béton. Des fourrures en métal ont été utilisées pour le premier mur et le but de l'essai était de vérifier la résistance en cisaillement du système de fixation brique-fourrure. Le deuxième essai a été fait sur un mur monté avec des fourrures en bois et son but était de mesurer la résistance du système de fixation brique-fourrure-béton. Les paramètres des essais ont été déterminés par la compagnie BPR Ingénieurs-conseils. La description de ces paramètres est présentée à l'annexe A. Certaines conditions d'essai ont toutefois été adaptées et modifiées. Ces modifications sont décrites dans le présent rapport.

2.0 ESSAIS DE CISAILLEMENT 2.1 Description des échantillons

Alba inc. a fourni les blocs de béton pour le mur de base, l'isolant, les vis et les briques. Le CRIQ a fourni les fourrures en bois et en métal. La palette de briques qui a été utilisée a été identifiée par le numéro d'échantillon E007542. Un mur en blocs de béton en forme de C a été monté par un maçon le 8 octobre 1997, soit 2 semaines avant les essais. Ce délai était requis afin que le mortier soit sec au moment des essais. Les côtés du C avaient pour fonction de maintenir l'équilibre du mur en cas de flexion exagérée lors de l'essai. Certains blocs utilisés avaient une surface non-lisse (éclatée). Ces blocs ont été positionnés de façon à ce que la face lisse soit à l'intérieur du C où le mur de briques devait être installé. Une modification au mandat initial a été faite afin d'ajouter un test supplémentaire sur un mur de briques avec fourrures de métal. La surface extérieure du C a donc été utilisée. Cela a nécessité de la part d'Alba inc. le polissage des quelques blocs dont la surface n'était pas lisse. Deux murs de briques de 8 pieds de hauteur par 4 pieds de largeur ont été montés sur le mur de base en béton. Ces murs ont été montés par la compagnie Alba inc. le 21 octobre 1997 de la façon suivante :

Mur de briques avec fourrures en métal (figures 1 et 2) Des fourrures en métal jauge 20 ont été utilisées. Deux ont été vissées horizontalement dans le mur de béton à quelques pouces du sol. Les autres fourrures ont été vissées en position verticale à 16 pouces de distance. De plus, une fourrure «starter» en métal a été vissée par-dessus une fourrure horizontale afin de soutenir le premier rang de briques. Les fourrures jauge 20 ont une forme en C avec des ailettes plates sur le côté. Elles ont été vissées dans le béton par


les ailettes, alternativement du côté droit et du côté gauche et à tous les 10 pouces. Des vis à béton TapCon de 3/16 par 1¼ pouce ont été utilisées. Les briques ont ensuite été vissées dans les fourrures avec des vis à béton Reliable 3/16 par 4 pouces. De longues vis ont été utilisées afin que leur bout ait pénétré dans le béton de 1¼ pouce. La forme en C dans laquelle les briques ont été vissées était creuse. Les vis passaient donc successivement à travers la brique, la fourrure, un espace vide et le béton. Toutes les briques du premier rang ont été vissées dans la fourrure horizontale avec 2 vis. Pour le reste du mur, les briques ont été vissées à tous les 16 pouces dans les fourrures verticales et ce, à tous les 4 rangs. Cependant, les briques ont été vissées aux 3 rangs au haut du mur afin de terminer avec l'avant-dernier rang. Le rang supérieur n'était pas vissé et il était maintenu en place sur l'avant-dernier rang grâce au système d'imbrication des briques «Novabrik». Pour ce rang, Alba inc. a conçu des briques spéciales dont la surface supérieure était plane et plus large que celles des briques normales. Le but était d'augmenter la surface de contact au point d'application de la charge.

Mur de briques avec fourrures en bois (figures 3 et 4) Deux pouces d'isolant rigide ont été placés sur le mur en béton. Par-dessus l'isolant, une fourrure en bois de 6 pouces par 3/16 de pouce a été placée en position horizontale à quelques pouces du sol et des fourrures en bois de 4 pouces par 3/16 de pouce ont été placées en position verticale à tous les 16 pouces. Les fourrures (et l'isolant) ont été vissées dans le béton à tous les 10 pouces avec des vis à béton Reliable 3/16 par 4 pouces, laissant ainsi environ 1¼ pouce de longueur de vis dans le béton. De plus, une fourrure «starter» en métal a été vissée par-dessus la fourrure en bois horizontale afin de soutenir le premier rang de briques. Les briques ont ensuite été vissées dans la fourrure en bois (et l'isolant) avec des vis à bois traitées no 8 de 2½ pouces, sans atteindre le béton. Les briques ont été vissées de la même façon et à la même fréquence que pour le mur avec fourrures en métal.

2.2 Méthodologie utilisée et montage d'essai

Une arche mécanique a été montée au-dessus du mur pour soutenir un vérin hydraulique installé au-dessus et au centre du mur de briques. La force de cisaillement verticale a été appliquée sur toute la largeur (4 pieds) du dernier rang de briques par l'intermédiaire d'une surface d'acier de 3 pouces de largeur par 4 pieds de longueur. Un contre-plaqué de 3/4 pouce d'épaisseur a été placé entre la poutre d'acier et la brique. Le déplacement du vérin hydraulique a été utilisé pour évaluer le déplacement vertical de la poutre qui appliquait la force. Une cellule de charge d'une capacité de 22 000 lb a été installée sur le vérin hydraulique. Le vérin a d'abord été placé au-dessus du mur de briques avec fourrures en métal sur lequel le premier essai a été effectué. Il a ensuite été glissé sur l'arche et fixé


au dessus du mur de briques avec fourrures en bois et le deuxième essai a eu lieu. Pour chaque essai, la charge a été appliquée à un taux de 2 000 livres par minute jusqu'à ce qu'une charge de 2 150 livres ait été atteinte. Cette charge a été maintenue pendant 30 secondes. Elle correspond à 2,5 fois la charge nominale, cette dernière étant le poids de la brique. Pour le mur de 4 pieds par 8 pieds, le poids de la brique est d'environ 860 livres. La charge a ensuite été augmentée au même taux de 2 000 livres par minute jusqu'à rupture ou jusqu'à ce que le client nous demande d'arrêter. Lors des essais, les instruments suivants ont été utilisés : • actuateur hydraulique 20 pouces MTS, modèle 204-63, n/s 1053; • cellule de charge 22 kips MTS, modèle 661.21A-03, n/s 1074; • contrôleur Instron, modèle 8580, n/s H0009/2.

2.3 Résultats obtenus

Mur avec fourrures en métal Une précharge de 300 livres était appliquée avant le début de l'essai. Cette charge n'a pas été prise en considération avant de fixer la valeur de la charge lors de l'arrêt de 30 secondes. Par conséquent, la charge a été maintenue à 2 450 livres plutôt qu'à 2 150 livres, un cas plus critique que prévu. Aucun mouvement du mur de briques n'a été observé (à l’œil nu) pendant le chargement jusqu'à 2 450 livres et pendant l'arrêt de 30 secondes. Par la suite, la charge a été augmentée jusqu'à 15 300 livres sans que des bris soient apparents. À cette valeur dépassant largement 2,5 fois la charge nominale, le client nous a demandé d'arrêter le test.

Les résultats du déplacement en fonction de la charge sont présentés au tableau 1 et à la figure 5. Le déplacement enregistré est très faible (0,04 pouce) et il est demeuré stable au cours de la période d'arrêt à 2 450 livres. La valeur maximale enregistrée à une charge de 15 300 livres est de 0,38 pouce. La résistance de ce mur est très élevée.


TABLEAU 1

Échantillon E007542 avec fourrures en métal, Essai no 1 Charge de cisaillement verticale appliquée sur le dessus du rang supérieur de briques

Charge (lbf) Déplacement

( po) Charge(lbf) Déplacement

(po) 300 0,00 8 010 0,14

1 000 0,01 9 601 0,16 2 005 0,03 10 014 0,19 2 450 0,04 11 007 0,21 2 450 0,04 12 007 0,24 3 001 0,05 13 003 0,27 3 999 0,07 14 008 0,31 4 999 0,08 15 012 0,35 6 002 0,10 15 304 0,38 7 019 0,12

Les briques ont été dévissées le lendemain de l'essai. Le haut du mur est montré à la figure 6 après que les briques du rang supérieur aient été retirées. Aucun bris n'a été observé sur les briques non-vissées. Trois vis retenant les briques à la fourrure et au béton ont cassé, dont une à l'intérieur de la brique. Il est possible que ces trois vis aient été fracturées lors de leur installation. Toutes les autres vis retenant les briques ont plié de quelques degrés seulement à l'intersection vis-fourrure. Plusieurs briques vissées ont été fracturées ou fissurées mais l'ampleur des dommages était plus importante au haut du mur qu'en bas. De même, les vis étaient moins pliées en bas du mur qu'en haut et l'élargissement des trous de vis dans les fourrures était plus important en haut. Aucun bris de vis ou de brique n'a été observé dans le rang inférieur où toutes les briques étaient vissées avec 2 vis. Les résultats de la charge en fonction du déplacement et les observations montrent que le support offert par ce système est excellent. Les bris étaient beaucoup plus importants en haut du mur qu'en bas, ce qui indique qu'une partie importante de la charge était transmise au mur de béton par le biais des vis. La charge n'était que partiellement transmise vers le bas et les briques du bas étaient très peu sollicitées avec le mode de chargement utilisé. Les fourrures et les vis endommagées ont été envoyées au client pour fins d'observation.


Mur avec fourrures en bois Pour cet essai, une précharge de 100 livres était appliquée au début de l'essai. Cette précharge a été prise en considération pour déterminer la valeur de la charge lors de l'arrêt de 30 secondes. La charge a donc été maintenue à une valeur de 2,5 fois la charge nominale (le poids de la brique), soit 2 150 livres. Au début de l'essai jusqu'à la charge de 2 150 livres, aucun bris n'a pu être détecté. Un craquement aurait été entendu si une vis s'était cassée. La charge a été maintenue sans qu'aucun mouvement soit apparent. Le déplacement était alors de 0,13 pouce, tel qu'indiqué au tableau 2. Cependant, un léger déplacement de 0,01 pouce a été enregistré lors de l'arrêt. Ensuite, la charge a été augmentée de nouveau et, aux alentours de 7 000 ou 8 000 livres, quelques craquements causés par des bris ont été entendus. La fréquence des bris a augmenté avec la charge. Le test a été arrêté après que de nombreux craquements aient été entendus et que le mur se soit affaissé d'un peu plus d'un pouce. La charge maximale appliquée a atteint 10 000 livres, ce qui dépasse largement 2 150 livres, soit 2,5 fois la charge nominale.

TABLEAU 2

Échantillon E007542 avec fourrures en bois, Essai no 2 Charge de cisaillement verticale appliquée sur le dessus du rang supérieur de briques

Charge (lbf) Déplacement

(Po) Charge (Ibf) Déplacement

(po) 103 0,00 5 516 0,37 500 0,04 6 013 0,42

1 002 0,08 6 499 0,47 1 500 0,10 7 017 0,53 2 005 0,13 7 505 0,59 2 154 0,13 7999 0,70 2 150 0,14 8 505 0,78 2 503 0,15 9 002 0,87 3 006 0,17 9 511 0,98 3 501 0,21 10 010 1,29 3 999 0,25 10 009 1,34 4 512 0,29 8 073 1,72 4 999 0,33


La charge appliquée en fonction du déplacement est présentée sous forme graphique à la figure 7. On voit que la charge a atteint un plateau aux alentours de 10 000 livres et qu'elle a diminué par la suite, alors que le déplacement a continué à augmenter. Cela indique que la capacité maximale du mur a été atteinte lors de cet essai. Cependant, à cause du mode de contrôle du chargement lors de l'essai, le plateau et la diminution de charge ont eu lieu en quelques secondes seulement tandis que l'augmentation de la charge de 0 à 10 000 livres a duré environ 5 minutes. Après l'essai, les éléments composant le mur étaient positionnés en cascade. Le mur de béton était évidemment resté immobile, l'isolant s'était légèrement affaissé, les fourrures de bois avaient baissé d'environ 1 pouce par rapport au mur de béton et les briques étaient positionnées un peu plus bas. Le mur a été démonté et des observations ont été faites. Dans tous les rangs non-vissés, les briques étaient intactes sauf une qui a fort probablement cassé sous l'impact lorsque la brique au-dessus s'est fracturée. Dans les rangs vissés, il s'est avéré qu'un peu plus de la moitié des vis étaient cassées et que les autres vis avaient plié. Elles étaient pliées à environ 75° au haut du mur (voir figure 8), l'angle étant de plus en plus faible vers le bas du mur. Les briques étaient cassées lorsque les vis les retenant avaient plié tandis que la majorité des briques étaient intactes aux endroits où les vis étaient cassées. Donc, la résistance de la brique est à peu près équivalente à la résistance des vis. Dans le rang du bas où toutes les briques étaient maintenues avec 2 vis, les vis et les briques étaient intactes après l'essai. Cependant, l'isolant était cassé à l'arrière de la fourrure horizontale et les vis fourrure-béton étaient pliées ou cassées (voir figure 9). Quelques unes avaient été fixées dans le mortier plutôt que dans le béton, ce qui a pu affaiblir la résistance de la fixation fourrure-béton.

À l'exception du rang inférieur, les vis servant à fixer les fourrures (et l'isolant) au béton étaient intactes. Cependant, il y a eu élargissement des trous de vis dans les fourrures en bois, ce qui explique l’affaissement des fourrures par rapport au mur de béton. Les fourrures et les vis ont été envoyées à Alba inc. pour fins d'observation.


3.0 CONCLUSION

Des essais de cisaillement sur le système de fixation des briques «Novabrik» ont été réalisés au CRIQ. Deux murs de briques ont été bâtis par Alba inc. sur un mur de base en blocs de béton en utilisant soit des fourrures en métal ou des fourrures en bois. L'essai avec les fourrures en métal avait pour but de déterminer la résistance du système de fixation brique-fourrure tandis que le but de l'essai avec les fourrures en bois était de vérifier la résistance du système de fixation brique-fourrure-béton. Le mur de briques avec fourrures en métal offre un excellent support. L'essai de cisaillement sur ce mur a montré qu'une force de plus de 15 000 livres causait certains bris au système de fixation des briques. Le déplacement du mur de briques était de moins de 0,4 pouce. Les vis étaient légèrement pliées et les trous de vis dans les fourrures s'étaient élargis. Quelques vis seulement étaient cassées. Cependant, la majorité des briques retenues par des vis étaient fissurées ou cassées. Les vis étaient plus pliées au haut du mur qu'en bas, ce qui indique qu'il y avait un transfert effectif de la charge au mur de béton par le biais des vis. Le déplacement du mur à une charge de 2,5 fois la charge nominale était très faible. L'essai de cisaillement sur le mur avec des fourrures en bois a été arrêté à une charge de 10 000 livres après que de nombreux craquements causés par les cassures de vis aient été entendus. Un peu plus de la moitié des vis retenant les briques aux fourrures étaient cassées. Les briques retenues par ces vis étaient généralement intactes. Les autres vis étaient pliées et les briques étaient cassées. Les éléments composant le mur étaient affaissés en cascade (isolant, fourrure, brique). Le déplacement des fourrures a été causé par l'élargissement des trous de vis retenant les fourrures au béton. Cependant, les vis étaient intactes. Le déplacement à une charge de 2,5 fois la charge nominale était plus important que celui obtenu pour l'autre mur avec fourrures en métal, cependant, le mur est demeuré stable lorsque la charge a été maintenue pendant 30 secondes. Les essais effectués dans le cadre de ce projet ont été réalisés selon le devis proposé par les ingénieurs-conseils BPR (annexe).

Les résultats de ces essais sont transmis à BPR pour fins d'analyses.

PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques «Novabrik» / Alba A1

ANNEXE A

PROTOCOLE DE TEST PROPOSÉ PAR BPR INGÉNIEURS-CONSEILS


BPR

PRODUITS ALBA INC.

BRIQUES NOVABRIK

RÉFÉRENCE: S95-0023 (440)

BRIQUE NOVABRIK DE ALBA - TEST STRUCTURAL REQUIS Titre du test Fixation de la brique dans un mur de fond en blocs de béton. But visé par le test Vérifier la résistance au cisaillement des attaches de la brique fixée dans un bloc de béton. Description du montage Le montage à utiliser est décrit sur le croquis ci-joint. Méthodologie Appliquer en cinq (5) points une charge concentrée sur le rang supérieur de briques au taux de 2000 lbs total/minute jusqu'à la rupture de l'un des composants de l'assemblage. Mesurer le déplacement de la brique par rapport au mur de bloc en fonction des différents chargements. Résultats à présenter Présenter la capacité ultime de l'assemblage (à la rupture) ainsi que la courbe des déplacements en fonction des charges appliquées. Cela permettra de conclure quelle charge peut être appliquée sur l'assemblage avant que les déformations apparentes ne se produisent. Québec, le 9 mai 1997 BPR Ingénieurs-conseils


BPR

NOVABRIK

FOURRURE 1’’ x 4’’ @ 16’’ C/C

VIS A BRIQUE #8 x 2 ½’’

ISOLANT RIGIDE 3 ½ ‘’ OU 4’’

COUMUR DE FOND

MEMBRANE PARE-AIR/PARE-VAPEUR TELLE QUE PERMA-BARRIERE DE GRACE

BLOC DE BETON 190mm

VIS A BETON TAPCON 1/4 ‘’ x 6’’

PE TYPE EN BLOCS DE BÉTON

PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques «Novabrik» / Alba B1

ANNEXE B

Figures


Figure B1. Mur de briques avec fourrures en métal lors du montage.


Figure B2. Base du mur avec fourrures en métal : 2 fourrures horizontales, 1 fourrure verticale et la fourrure «starter».


Figure B3. Mur de briques avec fourrures en bois et isolant lors du montage.


Figure B4. Mur de briques avec fourrures en bois.


Projet ALBA PE202888 97/10/22

Forc

e (lb

)

Déplacement (po)

Figure B5. Charge de cisaillement verticale en fonction du déplacement. Échantillon E007542 avec fourrures en métal. Essai no 1.


Figure B6. Haut du mur de briques avec fourrures en métal après l’essai. Le rang supérieur de briques a été enlevé.


Projet ALBA PE202888 97/10/22

Forc

e (lb

)

Déplacement (po)

Figure B7. Charge de cisaillement verticale en fonction du déplacement.

Échantillon E007542 avec fourrures en bois. Essai no 2.


Figure B8. Mur de briques avec fourrures en bois après l’essai.


Figure B9. Bas du mur de briques avec fourrures en bois après l’essai.

Documents

Essais de résistance en cisaillement sur des briques ...novabrik.com/wp-content/uploads/2016/05/TestShearFR.pdf · PE20888 / Essais de résistance en cisaillement sur des briques