Caractérisation structurale des bâtiments en maçonnerie de pierre du Québec pour les études de risque sismique

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Les bâtiments en maçonnerie de pierre constituent une part importante du patrimoine bâti à caractère historique du Vieux-Québec et du Vieux-Montréal. Ces constructions ont trop souvent démontré leur vulnérabilité lors des séismes à travers le monde (Haiti 2010, Cristchurch 2011), confirmant l’importance d’inclure ces bâtiments particulièrement vulnérables dans l’évaluation du risque sismique en milieu urbain. En absence de données sur les dommages subis lors de séismes passés, comme c’est le cas au Québec, des modèles mécaniques simples permettent de déterminer à quel niveau de demande sismique (accélération ou déplacement) les modes de rupture probables sont enclenchés dans les principaux éléments structuraux du bâtiment et ainsi, estimer les dommages potentiels. Les modèles développés à ce jour considèrent pour la plupart la rupture dans le plan (cisaillement ou flexion des murs ou piliers, cisaillement des linteaux) et négligent trop souvent la rupture hors plan responsable des chutes d'éléments en pierre (cheminées, parapets, etc.), et présentant un risque pour les passants et générant des débris pouvant nuire à la circulation des biens et services essentiels. Par ailleurs, les résultats obtenus par ces modèles dépendent des propriétés mécaniques de la pierre et du mortier, de la composition des murs et de la configuration géométrique des éléments de la structure. Plus l’incertitude sur ces paramètres est grande, plus l’estimation des dommages est approximative. À ce jour aucune étude n'a été faite sur l'évaluation des propriétés mécaniques et des modes de rupture spécifiques à la maçonnerie de pierre des bâtiments du Québec et en particulier de la rupture hors plan des murs coupe-feu, des cheminées et des murs de façades non-connectés aux planchers. Le projet de recherche proposé s'intègre dans un programme à long terme sur l'étude du risque sismique associé aux bâtiments à maçonnerie non-armée (MNA) incluant les bâtiments en pierre à caractère historique du Québec. À court terme on propose de caractériser la réponse structurale de la maçonnerie de pierre et de développer des courbes de fragilité sismique intégrant les ruptures dans le plan et hors plan tout en réduisant les incertitudes. Outre une revue exhaustive de la littérature, l'approche méthodologique propose trois volets principaux : (1) Étude du comportement dans le plan des murs de MNA en caractérisant les matériaux par des essais en laboratoire et en mesurant les paramètres requis pour modéliser la réponse des murs sous charges sismiques; (2) Étude du comportement hors plan en caractérisant la géométrie des éléments sensibles et développement de modèles mécaniques simples pour générer des courbes de fragilité pour la rupture hors plan; (3) Étude de l’influence des incertitudes des modèles de capacité et de fragilité sur la distribution des dommages. Les résultats des essais de caractérisation serviront à quantifier les incertitudes des paramètres introduits dans le processus d’analyse de fragilité. L'originalité de ce projet réside sur la caractérisation de la maçonnerie de pierre du Québec dans l'intention d'évaluer sa vulnérabilité sismique, sur la quantification des critères limites d'états de dommages sur la base de valeurs de déplacements mesurables pour la maçonnerie de pierre et ensuite sur l'intégration des modes de rupture dans le plan et hors plan. Les résultats de ce projet de recherche permettront de définir des courbes de fragilité qui pourront être intégrées aux études de risque sismique en milieu urbain, et qui serviront également au développement et à la calibration de méthodes de sélection des bâtiments en vue de leur évaluation sismique.