Analyse expérimentale de la vulnérabilité sismique des structures en maçonnerie de terre crue renforcées par bande horizontale

Experimental analysis of the seismic vulnerability of earth masonry reinforced with horizontal bands

• Auteur / Autrice : Santosh Yadav
• Direction : Yannick Sieffert, Philippe Garnier, Florent Vieux-Champagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures, risques (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Emmanuel Aubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dina D'Ayala, Prem Nath Maskey
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Emmanuel Aubert, Jean-Claude Morel, Rohit Jigyasu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maçonnerie

Architecture vernaculaire

Mots clés libres

Bande sismique

Structure de maçonnerie

Construction vernaculaire

Masonry structures

Seismic band

Vernacular construction

Résumé

L’une des plus anciennes techniques de construction dans plusieurs parties du monde est la technique de la maçonnerie. De nombreux pays en développement et les pays les moins avancés utilisent encore la technique de la maçonnerie pour construire des abris, parmi lesquels plusieurs pays se trouvent dans des zones sismiques actives, ce qui augmente la vulnérabilité structurelle. Plusieurs méthodes de renforcement/rénovation des constructions en maçonnerie existent, mais elles sont inaccessibles, coûteuses et non durables. L'étude de recherche sur la compréhension de la pratique traditionnelle est limitée et les pays ne peuvent pas se concentrer sur la recherche juste après la catastrophe. Un scénario similaire a été observé au Népal après le tremblement de terre de Gorkha en 2015 (Séisme principal de 7,8 Mw le 25 avril suivi de deux répliques majeures 6,7 Mw le 26 avril et 7,3 Mw le 12 mai), au cours duquel plus de 775 000 bâtiments se sont complètement effondrés. Les travaux de reconstruction ont commencé avec l'aide des agences donatrices, des ONGI, des ONG et du gouvernement du Népal, mais la qualité du travail n'a pas été maintenue comme observé sur le terrain. Lors de la phase de reconstruction, le gouvernement népalais avait recommandé l'utilisation de bandes sismiques horizontales, une technique traditionnelle de renforcement sismique pratiquée depuis 3000 avant JC. Les gens utilisaient au hasard différents matériaux pour les bandes sismiques dans la même maison. Le comportement sismique réel de ces bandes utilisant et l’impact du choix des matériaux ne sont pas quantifiés. Par conséquent, dans cette étude, nous avons quantifié les performances des deux matériaux les plus couramment utilisés pour les bandes sismiques, qui sont le bois et le béton armé.Une approche multi-échelle est utilisée pour la campagne expérimentale a finale caractérise l’impact du matériaux utilisé pour réaliser les bandes sismiques. La maçonnerie est réalisée en terre crue (brique extrudée ou adobe et mortier de terre). Les propriétés du matériau sont caractérisées expérimentalement. Cinq murs sont testés sous chargement cyclique quasi-statique - trois utilisant de l'adobe et deux utilisant de la brique extrudée. Enfin, trois modèles réduits de maison à l'échelle 1:2 sont testés sous sollicitations dynamiques grâce à une table vibrante.Les résultats d'essais cycliques quasi-statiques fournissent les propriétés fondamentales du comportement structurel des murs en maçonnerie, avec et sans bande sismique. Trois tests dynamiques de maison à échelle réduite mettent en évidence le rôle des bandes sismiques et permettent de comparer leur comportement en fonction des matériaux utilisés comme bande sismique et leur impact sur la fréquence naturelle, l'amortissement, la dissipation d'énergie, le contrôle de la propagation des fissures, etc. Le comportement structurel est amélioré avec l’utilisation des bandes sismiques, et l’usage du béton arme pour les bandes sismiques présente certains avantages en terme de la performance parasismique par rapport au bois.

Masonry structure is one of the oldest building constructions built in several parts of the world. Many developing and least developed nations still use masonry buildings as their basic housing shelter options, among which several countries lie in seismically active zones, increasing structural vulnerability. Several methods of strengthening/ retrofitting the masonry structures are available, but they could be inaccessible, expensive, and non-sustainable. The research study on understanding the traditional practice is limited, and countries cannot focus on the research just after the disaster event. A similar scenario was observed in Nepal after the 2015 Gorkha earthquakes (7.8 Mw main shock occurred on 25th April followed by two major aftershocks 6.7 Mw on 26th April and 7.3 Mw on 12th May), during which more than 775000 buildings completely collapsed. The reconstruction work started with the help of the donor agencies, INGO, NGO, and the Government of Nepal, but the quality of work was not maintained as observed in the field. During the reconstruction phase, the government of Nepal had recommended the use of the horizontal seismic band, a traditional seismic strengthening technique practiced since 3000 BC. People were randomly using different materials for seismic bands in the same house. The actual seismic behavior of such bands using those materials is not quantified in the guidelines. Therefore, in this study, we tried to quantify the performance of the two most commonly seismic band materials, which are timber and reinforced concrete.A multi-scale approach is used for the experimental campaign to study the behavior of two types of materials when used as a seismic band. The materials used for the test are adobe, extruded adobe, and mud mortar. The material properties are characterized experimentally. Five wallets are tested under quasi-static cyclic loading- three walls using adobe and two using extruded adobe brick. Finally, three 1:2 reduced scale models are tested with dynamic shake table tests.The results from quasi-static cycle tests provide the fundamental structural behavior properties of the masonry wall, with and without a seismic band. Three reduced scale dynamic tests on the house model highlight the benefit of having the seismic band and comparing the behavior using two materials as a seismic band regarding the natural frequency, damping, energy dissipation, crack propagation control, and others. The structural behavior is enhanced with the application of the seismic band, and there are some advantages in the performance of the RC band structure over the timber seismic band.