Maçonnerie armée et systèmes structuraux
Introduction au chapitre
Ce chapitre couvre les principes fondamentaux de la maçonnerie armée, les systèmes structuraux en maçonnerie, et les exigences du Code canadien du bâtiment (CCB) ainsi que de la norme CSA A371 (Maçonnerie de béton — Construction sur chantier) et CSA S304 (Calcul des maçonneries). Pour l’examen Sceau rouge, vous devez maîtriser non seulement les techniques d’installation, mais aussi les calculs de base, les détails d’armature, les critères de conformité et les pièges courants liés aux structures porteuses et aux murs de contreventement.
1. Définitions et principes fondamentaux
1.1 Maçonnerie armée vs non armée
La maçonnerie armée est un assemblage de blocs, de briques ou de pierres dans lequel des barres d’acier (armatures) sont noyées dans du mortier ou du béton de remplissage (coulis) afin de reprendre des efforts de traction, de cisaillement et de flexion. La maçonnerie non armée repose uniquement sur la résistance en compression des éléments et du mortier.
| Caractéristique | Maçonnerie non armée | Maçonnerie armée |
|---|
| Reprise de traction | Nulle ou négligeable | Oui, par l’acier |
| Hauteur maximale typique | Limitée | Plus élevée |
| Résistance sismique | Faible | Élevée (avec ductilité) |
| Utilisation courante | Murs intérieurs, cloisons | Murs porteurs, murs de fondation, bâtiments multi-étages |
1.2 Composants du système armé
Armature verticale : barres placées dans les cavités des blocs ou dans les cellules remplies de coulis.
Armature horizontale : barres placées dans les joints de mortier (lits) ou dans des blocs spéciaux (blocs en U, blocs de chaînage).
Coulis : béton fluide à gros granulat fin (6 mm à 10 mm) injecté dans les cavités pour enrober l’acier et solidariser les éléments.
Gaine ou conduit : espace réservé dans le bloc pour recevoir l’armature et le coulis.
1.3 Principe de comportement mécanique
La maçonnerie armée agit comme un matériau composite : la maçonnerie reprend les compressions, l’acier reprend les tractions. La collaboration est assurée par l’adhérence (liaison acier-coulis) et par l’ancrage aux extrémités (crochets, scellements).
> Point clé pour l’examen : La résistance nominale d’un mur armé en flexion est calculée selon les principes du béton armé, mais avec des coefficients de résistance propres à la maçonnerie (φm = 0,60 pour la maçonnerie, φs = 0,85 pour l’acier selon CSA S304).
2. Exigences normatives et codes applicables
2.1 CSA S304 — Calcul des maçonneries
La norme CSA S304 est la référence pour le dimensionnement des maçonneries armées et non armées au Canada. Elle définit :
Les résistances de calcul des matériaux (blocs, mortier, coulis, acier).
Les exigences de ductilité pour les zones sismiques.
Les épaisseurs minimales de murs.
Les espacements maximaux des armatures.
Principales règles à connaître :
Article 4.2.2 : Résistance à la compression de la maçonnerie (f’m) déterminée par essais ou valeurs tabulées.
Article 7.3 : Armature minimale dans les murs porteurs (0,13 % de la section brute pour les murs armés).
Article 7.4 : Espacement maximal des armatures verticales : 4 fois l’épaisseur du mur, sans dépasser 1200 mm.
Article 7.5 : Espacement maximal des armatures horizontales : 3 fois l’épaisseur du mur, sans dépasser 800 mm.
2.2 CSA A371 — Construction sur chantier
La norme CSA A371 régit la mise en œuvre : pose des blocs, préparation du mortier, coulage du coulis, contrôle de la qualité. Points essentiels :
Section 5.4 : Le coulis doit être coulé dans les cavités avant que le mortier ne prenne (dans les 30 minutes suivant la pose des blocs).
Section 6.2 : Les barres d’armature doivent être propres, exemptes de rouille détachée et positionnées avec un enrobage minimal de 20 mm (intérieur) et 40 mm (extérieur ou exposé aux intempéries).
Section 6.5 : Les armatures verticales doivent être maintenues en position par des supports ou des attaches approuvées, espacées d’au plus 1200 mm verticalement.
2.3 Code canadien du bâtiment (CCB)
Le Code national du bâtiment du Canada (CNB) renvoie aux normes CSA pour les détails techniques. Les exigences de résistance au feu et de séparation des compartiments sont définies au CNB, mais les calculs structuraux relèvent de la CSA S304.
> Règle pratique : Pour l’examen, retenez que le CNB impose des murs coupe-feu d’une épaisseur minimale de 140 mm pour les blocs de béton, avec un indice de résistance au feu (IRF) de 45 minutes à 4 heures selon l’épaisseur et le type de granulat.
3. Types de systèmes structuraux en maçonnerie
3.1 Mur porteur (charge verticale)
Le mur porteur transmet les charges des planchers et de la toiture aux fondations. Il doit résister à la compression, au flambement et au cisaillement.
Calcul de la charge axiale maximale (formule simplifiée) :
Charge admissible = φm × f’m × Aire nette × Facteur de réduction pour l’élancement (k)
Où :
φm = 0,60
f’m = résistance spécifiée (ex. 15 MPa pour blocs standards)
Aire nette = section du bloc moins les vides non remplis
k = facteur dépendant du rapport hauteur/épaisseur (H/t)
Exemple : Mur de 190 mm d’épaisseur, hauteur 3,0 m, f’m = 15 MPa, aire nette = 0,12 m² par mètre linéaire.
H/t = 3000 / 190 = 15,8 → k = 0,65 (tableau CSA S304)
Charge admissible = 0,60 × 15 × 10⁶ Pa × 0,12 m² × 0,65 = 702 kN/m
3.2 Mur de cisaillement (contreventement)
Les murs de cisaillement reprennent les forces horizontales (vent, séisme). Ils doivent être armés dans les deux directions et ancrés aux fondations et aux planchers.
Exigences clés :
Armature verticale minimale dans les zones de bord (éléments de rive).
Armature horizontale continue dans les joints de lit ou dans des blocs spéciaux.
Raccordement aux planchers par des ancrages (goujons) espacés d’au plus 1200 mm.
3.3 Mur de soutènement (charges latérales)
Les murs de soutènement en maçonnerie armée sont courants pour les fondations et les murs enterrés. Ils doivent résister à la poussée des terres (pression latérale) et à la poussée hydrostatique.
Pression latérale des terres : p = K × γ × h
Où :
K = coefficient de pression (actif : 0,33 ; au repos : 0,50)
γ = poids volumique du sol (≈ 18 kN/m³)
h = hauteur du sol retenu
Exemple : Mur de 2,5 m de haut, sol sec, K = 0,33.
Pression maximale en pied = 0,33 × 18 × 2,5 = 14,85 kN/m²
Poussée totale = ½ × 14,85 × 2,5 = 18,56 kN/m
3.4 Mur-rideau et mur de remplissage
Les murs-rideaux (non porteurs) sont fixés à la structure principale. Ils doivent être conçus pour les charges de vent et les mouvements différentiels (dilatation, tassement). Les joints de dilatation doivent être prévus tous les 6 à 12 m selon le type de bloc et les conditions climatiques.
4. Détails d’armature et dispositions constructives
4.1 Armature verticale
Diamètre minimal : 15M (15 mm) pour les murs porteurs armés.
Diamètre maximal : 25M (25 mm) pour éviter les problèmes de coulage du coulis.
Espacement maximal : 1200 mm (ou 4 × épaisseur du mur).
Ancrage en pied : les barres doivent être scellées dans la fondation avec un crochet standard de 90° ou 180° (longueur de développement selon CSA S304, article 8.3).
4.2 Armature horizontale
Diamètre minimal : 10M (10 mm).
Espacement maximal : 800 mm (ou 3 × épaisseur du mur).
Placement : dans les joints de lit (mortier) ou dans des blocs en U remplis de coulis.
Chevauchement : 40 × diamètre pour les barres en traction (ex. 40 × 10 mm = 400 mm).
4.3 Coulis et enrobage
| Élément | Enrobage minimal (mm) |
|---|
| Armature verticale, intérieur | 20 |
| Armature verticale, extérieur (exposé) | 40 |
| Armature horizontale dans joint | 15 |
| Armature en contact avec le sol | 50 |
4.4 Longueur de développement et chevauchement
La longueur de développement (ld) est la longueur d’ancrage nécessaire pour transmettre la pleine force de l’acier à la maçonnerie. Elle dépend du diamètre de la barre, de la résistance du coulis et de la position (horizontale ou verticale).
Formule simplifiée (CSA S304) :
ld = 0,45 × db × fy / (k × √f’m)
Où :
db = diamètre de la barre (mm)
fy = limite élastique de l’acier (400 MPa pour barres 400R)
k = 1,0 pour barres verticales, 1,3 pour barres horizontales (moins bonnes conditions d’adhérence)
Exemple : Barre 15M (db = 15 mm), fy = 400 MPa, f’m = 15 MPa, verticale.
ld = 0,45 × 15 × 400 / (1,0 × √15) = 2700 / 3,87 = 698 mm → arrondir à 700 mm
5. Calculs pratiques pour l’examen
5.1 Vérification de la résistance en compression
La résistance axiale d’un mur armé est donnée par :
Pr = φm × 0,80 × f’m × (Ae – As) + φs × fy × As
Où :
Ae = aire effective de la section (mm²)
As = aire de l’acier (mm²)
0,80 = facteur de réduction pour excentricité et imperfections
Exemple : Mur de 190 mm × 1000 mm (1 m de longueur), f’m = 15 MPa, As = 400 mm² (2 barres 15M), fy = 400 MPa.
Ae = 190 × 1000 = 190 000 mm²
Pr = 0,60 × 0,80 × 15 × (190 000 – 400) + 0,85 × 400 × 400
Pr = 0,60 × 0,80 × 15 × 189 600 + 136 000
Pr = 1 365 120 + 136 000 = 1 501 120 N = 1501 kN
5.2 Vérification de la flexion (moment résistant)
Pour un mur armé soumis à un moment fléchissant (ex. poussée des terres), le moment résistant est :
Mr = φs × As × fy × (d – a/2)
Où :
d = distance de la fibre extrême comprimée au centre de l’armature (mm)
a = hauteur du bloc de compression = (φs × As × fy) / (0,85 × φm × f’m × b)
Exemple : Mur de 190 mm, d = 150 mm, As = 400 mm², fy = 400 MPa, f’m = 15 MPa, b = 1000 mm.
a = (0,85 × 400 × 400) / (0,85 × 0,60 × 15 × 1000) = 136 000 / 7650 = 17,8 mm
Mr = 0,85 × 400 × 400 × (150 – 17,8/2) = 136 000 × 141,1 = 19 189 600 N·mm = 19,2 kN·m
5.3 Vérification du cisaillement
La résistance au cisaillement d’un mur armé est :
Vr = φm × (vm × b × d + 0,25 × N / d + φs × Av × fy × d / s)
Où :
vm = résistance au cisaillement de la maçonnerie (≈ 0,16 × √f’m MPa)
N = charge axiale (N)
Av = aire des étriers ou armature horizontale (mm²)
s = espacement des armatures horizontales (mm)
Exemple : Mur avec N = 100 kN, b = 190 mm, d = 150 mm, f’m = 15 MPa, Av = 100 mm² (barre 10M), s = 400 mm.
vm = 0,16 × √15 = 0,62 MPa
Vr = 0,60 × (0,62 × 190 × 150 + 0,25 × 100 000 / 150 + 0,85 × 100 × 400 × 150 / 400)
Vr = 0,60 × (17 670 + 1667 + 12 750) = 0,60 × 32 087 = 19 252 N = 19,3 kN
6. Mise en œuvre et contrôle de la qualité
6.1 Préparation et coulage du coulis
Le coulis doit avoir une consistance fluide (affaissement de 200 à 250 mm au cône d’Abrams).
Le coulage se fait par levées de 1,2 m maximum, avec piquage ou vibration pour assurer le remplissage complet.
Le coulis doit être coulé dans les 30 minutes suivant la pose des blocs (CSA A371, section 5.4).
Par temps chaud (> 30 °C), le coulis doit être coulé dans les 20 minutes.
6.2 Contrôle de l’armature
Vérifier le positionnement des barres avant coulage (enrobage, espacement).
Vérifier les chevauchements : longueur minimale de 40 × db pour les barres en traction.
Vérifier les crochets : angle de 90° ou 180°, longueur de la patte = 12 × db.
Les barres doivent être libres de rouille ou de toute substance qui réduirait l’adhérence.
6.3 Essais et échantillonnage
| Essai | Norme | Fréquence |
|---|
| Résistance du mortier (cubes) | CSA A179 | 1 série par jour ou par 50 m³ |
| Résistance du coulis (cubes) | CSA A371 | 1 série par jour ou par 10 m³ |
| Affaissement du coulis | CSA A23.2 | Chaque livraison |
| Résistance des blocs | CSA A165 | 1 série par lot de 10 000 blocs |
7. Pièges à éviter
Voici les erreurs les plus fréquentes à l’examen Sceau rouge sur ce sujet :
146.Confondre les coefficients de résistance : φm = 0,60 pour la maçonnerie, φs = 0,85 pour l’acier. Ne pas inverser.
147.Oublier le facteur 0,80 dans le calcul de la résistance axiale (excentricité et imperfections).
148.Utiliser l’aire brute au lieu de l’aire nette pour les blocs creux non remplis.
149.Négliger l’enrobage minimal : 20 mm intérieur, 40 mm extérieur, 50 mm en contact avec le sol.
150.Confondre espacement maximal vertical et horizontal : 1200 mm vertical, 800 mm horizontal.
151.Oublier que le coulis doit être coulé dans les 30 minutes suivant la pose des blocs.
152.Utiliser la formule de cisaillement sans inclure la contribution de la charge axiale (le terme 0,25 × N / d).
153.Ne pas vérifier la longueur de développement pour les barres horizontales (facteur k = 1,3).
154.Confondre les unités : convertir les MPa en N/mm² (1 MPa = 1 N/mm²).
155.Ignorer les exigences sismiques : dans les zones sismiques, l’espacement des armatures est réduit (600 mm max vertical, 400 mm max horizontal).
8. Résumé
La maçonnerie armée combine la résistance en compression de la maçonnerie et la résistance en traction de l’acier.
Les normes de référence sont CSA S304 (calcul) et CSA A371 (construction).
Les armatures verticales sont espacées d’au plus 1200 mm ; les armatures horizontales d’au plus 800 mm.
Le coulis doit être fluide, coulé par levées de 1,2 m, et dans les 30 minutes suivant la pose.
Les calculs de résistance utilisent les coefficients φm = 0,60 et φs = 0,85.
La résistance axiale inclut un facteur de 0,80 pour les imperfections.
La résistance au cisaillement inclut la contribution de la charge axiale et des armatures horizontales.
Les enrobages minimaux sont de 20 mm (intérieur), 40 mm (extérieur) et 50 mm (sol).
Les chevauchements sont de 40 × db minimum pour les barres en traction.
Les essais de contrôle portent sur le mortier, le coulis et les blocs, avec des fréquences définies par les normes CSA.
9. Questions d’auto-évaluation
170.Quelle est la différence fondamentale entre une maçonnerie armée et non armée ?
171.Quels sont les coefficients de résistance pour la maçonnerie et pour l’acier selon la CSA S304 ?
172.Quel est l’espacement maximal des armatures verticales dans un mur porteur armé ?
173.Quelle est la longueur de développement d’une barre 15M verticale (fy = 400 MPa, f’m = 15 MPa) ?
174.Un mur de 190 mm d’épaisseur, 3,0 m de haut, f’m = 15 MPa, est soumis à une charge de 500 kN/m. Vérifiez si la résistance est suffisante (Ae = 0,12 m²/m, As = 400 mm²/m).
175.Quel est l’enrobage minimal pour une armature en contact avec le sol ?
176.Dans quel délai le coulis doit-il être coulé après la pose des blocs ?
177.Quels sont les trois termes qui composent la résistance au cisaillement d’un mur armé ?
10. Références normatives
CSA S304 : Calcul des maçonneries
CSA A371 : Maçonnerie de béton — Construction sur chantier
CSA A165 : Blocs de béton de maçonnerie
CSA A179 : Mortier et coulis pour maçonnerie
Code national du bâtiment du Canada (CNB) : Exigences générales et résistance au feu
> Conseil final : Pour l’examen, mémorisez les valeurs numériques clés (φm, φs, espacements, enrobages, délais) et entraînez-vous à résoudre des calculs de résistance axiale et de flexion avec les formules simplifiées. La précision des unités et le respect des coefficients sont les critères les plus évalués.
