Pas simplement du béton ! Le coulis peut être semblable, mais il est spécialement conçu pour la maçonnerie.
La construction en maçonnerie porteuse est utilisée pour toutes sortes d’applications, allant de structures relativement simples à un seul étage à des bâtiments plus complexes à plusieurs étages dans des zones sismiques. Un élément important des assemblages de maçonnerie est le coulis, qui peut être nécessaire pour augmenter le degré de résistance au feu ou la résistance aux charges de la maçonnerie, ou bien pour lier les barres d’armature aux blocs, ce qui leur permet d’agir ensemble pour résister aux charges.
De nombreux concepteurs et rédacteurs de devis sont plus familiers avec la construction en béton et, par conséquent, utilisent couramment les spécifications du béton pour le coulis à maçonnerie. Cette pratique est incorrecte et doit être évitée pour assurer la conformité avec les normes de la CSA en matière de maçonnerie. Bien que les matériaux de base du coulis à maçonnerie soient les mêmes que ceux du béton (granulats, ciment, eau), l’environnement, l’objectif et les conditions de coulage sont très différents. Par conséquent, il est nécessaire pour le coulis à maçonnerie d’avoir des propriétés très différentes de celles qui seraient souhaitables pour le béton.
Le coulis à maçonnerie peut être spécifié selon deux voies de conformité différentes selon la norme CSA A179-14 : Mortier et coulis pour maçonnerie d’éléments, soit la spécification des proportions, ou la spécification des propriétés.
Une erreur fréquente lors de la spécification du coulis à maçonnerie est de ne pas comprendre les différences du au coulis de maçonnerie par rapport au coulis utilisé pour d’autres applications. L’objectif de cet article est d’expliquer ces différences et de donner un aperçu de la manière dont le coulis peut être spécifié conformément aux normes CSA de maçonnerie et fournir une performance structurale appropriée.
Une partie intégrante de notre série sur les devis descriptifs pour la maçonnerie
Des recommandations accompagnées d'explicatifs sur la manière dont elles ont été formulées. Nous tenons à remercier le comité technique de l’AEMQ pour son soutien pour la traduction de ce document. Cliquez ici pour voir la série complète.
Avis de non-responsabilité
Les informations présentées sont destinées à des fins éducatives pour les concepteurs, les prescripteurs ou les entrepreneurs. Il ne s'agit pas d'un avis technique formel, car les projets de maçonnerie peuvent comporter des détails et des considérations qui sont propres à un projet particulier et qui peuvent dépasser le cadre du contenu de cette page.
Recommandations
Le coulis de maçonnerie est différent du béton ou des coulis utilisés dans d’autres aspects de la construction. Les coulis de maçonnerie doivent être spécifiés selon les exigences concernant les proportions ou selon les propriétés, conformément à la norme CSA A179-14 : Mortier et coulis pour la maçonnerie d’éléments. Les exigences de résistance élevées doivent être évitées, et un affaissement élevé est nécessaire. Pour la grande majorité des conceptions, pour lesquelles la résistance des assemblages de maçonnerie sont tirées du tableau 4 de la norme CSA S304-14, il n’est pas nécessaire de spécifier une résistance plus élevée du coulis, quelle que soit la résistance des blocs utilisée. En général, il suffit d’indiquer dans un devis que le coulis (fin ou à gros grains) doit répondre aux exigences de la norme CSA A179-14 en matière de proportions, sans spécifier de résistance minimale.
Discussion
Spécification du coulis selon les proportions ou selon les propriété – les deux méthodes sont acceptables !
Le coulis de maçonnerie doit répondre aux exigences de la norme CSA A179-14 : Mortier et coulis pour maçonnerie d’éléments. Cette norme prévoit deux voies de conformité distinctes pour spécifier le coulis : la spécification des proportions et la spécification des propriétés. Les coulis spécifiés en fonction des proportions doivent être mélangés sur le chantier avec des matériaux conformes aux exigences du Goupe CSA et selon les proportions volumétriques indiquées dans le tableau 5 de la norme. Les coulis spécifiés en fonction des propriétés permettent aux fabricants d’utiliser des matériaux novateurs pour améliorer les propriétés ou le comportement du coulis de maçonnerie, mais ils doivent respecter des exigences d’essai strictes pour assurer une performance acceptable.
Tailles et granulométries admissibles des agrégats
La taille des granulats pour les coulis à maçonnerie ne correspond généralement pas aux granulométries acceptables pour le béton. Les granulats pour le béton sont généralement plus grossiers et plus rudes que les granulats pour les coulis à maçonnerie. La plupart des fournisseurs de granulats proposent donc du « sable à mortier » ou du « sable à maçonnerie » pour permettre le dosage des coulis à maçonnerie conformes aux normes CSA. En outre, les granulométries sont également différentes selon le type de coulis (coulis fin ou coulis à gros grains). Les exigences en matière de granulométrie pour les coulis à maçonnerie se trouvent dans le tableau 1 de la norme CSA A179-14: Mortier et coulis pour maçonnerie d’éléments.
Les deux types de coulis conviennent à la construction en maçonnerie, mais chacun a ses propres avantages. Un coulis à gros grains nécessite moins de ciment par volume et est généralement une alternative moins couteuse au coulis fin, tandis que le coulis fin est nécessaire dans les maçonneries fortement renforcées ou autrement encombrées. Par exemple, en présence d’armatures verticales et horizontales, en particulier au niveau des jonctions par recouvrement (épissures), un coulis fin peut faciliter une liaison complète entre le coulis, l’armature et les éléments de maçonnerie, tout en réduisant la probabilité d’avoir des vides.
En fonction de la taille de l’élément et de la configuration de l’armature, un coulis fin peut être nécessaire pour respecter le dégagement minimal de l’armature dans l’alvéole de l’élément de maçonnerie, comme indiqué dans la norme CSA A371-14 Maçonnerie des bâtiments:
8.2.5.7.1 Dégagement
Le dégagement entre la surface d’une barre et toute surface d’un élément de maçonnerie ne doit pas être inférieure à 6 mm pour le coulis fin et à 13 mm pour le coulis à gros grains. Les âmes transversales d’éléments creux ou demi-pleins peuvent être utilisés comme support pour les armatures horizontales.
CSA A371
Il s’agit d’un cas où les normes de la CSA exigent un type de coulis particulier. Tant qu’un coulis respecte toutes les autres dispositions de la norme CSA A179 par l’une ou l’autre des voies de conformité, l’entrepreneur en maçonnerie peut choisir d’utiliser un coulis fin ou à gros grains et s’attendre à des résultats satisfaisants.
Exigences de résistance minimale – pas toujours nécessaires
Il n’y a pas d’exigences minimales en matière de résistance en compression pour les coulis spécifiés en fonction de leurs proportions, car ils ont fait leurs preuves grâce à l’expérience acquise et à des décennies de recherche.
Les résistances en conception des assemblages de maçonnerie indiquées dans le tableau 4 de la norme CSA S304-14 sont basées sur des coulis spécifiés selon leurs proportions. Les coulis coulis spécifiés selon leurs proportions ont généralement une résistance à la compression minimale de 10 à 12 MPa à 28 jours d’âge lorsqu’ils sont coulés dans des moules cylindriques non absorbants. Cependant, une fois de plus, aucune résistance minimale n’est requise si le coulis est préparé correctement selon les exigences pour la spécification des proportion.
La résistance minimale à la compression à 28 jours d’âge pour les coulis spécifiés selon les propriétés est de 10 MPa et 12,5 MPa, pour les coulis fin et à gros grains grossiers, respectivement. Les concepteurs familiarisés avec la construction en béton, ou avec les coulis en général, peuvent penser que cette résistance est faible. Cependant, la résistance à la compression du coulis utilisé dans la maçonnerie dépend de sa consistance au moment du coulage, de la taille des vides qu’il devra remplir et du niveau d’absorption des éléments de maçonnerie en contact avec le coulis.
Les propriétés clés suivantes différencient les coulis à maçonnerie du béton conventionnel :
Un affaissement tès élevé est nécessaire pour une mise en place correcte
Le coulis à maçonnerie doit être suffisamment fluide pour remplir tous les vides à l’intérieur des alvéoles des éléments de maçonnerie et encapsuler complètement l’armature, ce qui nécessite un coulis à affaissement élevé (entre 200 mm et 275 mm) et, par conséquent, un rapport eau/ciment élevé.
L’excédent d’eau est absorbé une fois qu’il est placé
Un rapport eau/ciment élevé est également nécessaire pour remplacer l’humidité absorbée par la maçonnerie environnante. Les coulis ne sont pas « coulés » dans un moule non absorbant, ils sont coulés dans des éléments de maçonnerie qui sont absorbants et qui aspireront l’eau libre du coulis.
La résistance du cylindre ne reflète pas la résistance dans le mur
La résistance à la compression des cylindres de coulis ne permet pas une comparaison réaliste avec les conditions in situ. Un cylindre de coulis est coulé dans un moule non absorbant, alors que le coulage in situ du coulis se fait dans les alvéoles des éléments de maçonnerie en béton. Les conditions de durcissement ne sont pas les mêmes. Les éléments de maçonnerie absorbent une partie de l’humidité du coulis, ce qui réduit le rapport eau/ciment et augmente donc la résistance à la compression réelle in situ du coulis. Ce processus d’absorption joue également un rôle important dans l’établissement d’une liaison solide entre le coulis et les éléments de maçonnerie.
La norme CSA S304-14 Calcul des ouvrages en maçonnerie donne des indications à cet effet :
12.4.1.2
Au lieu d’une détermination plus détaillée de la résistance du coulis in situ, la valeur de f’gr dans l’article 12.4 doit être considérée comme 1,5 fois la résistance du cylindre de coulis à 28 jours d’âge déterminée conformément à la méthode d’essai de la norme CSA A179.
Note: Pour un coulis spécifié selon les proportions, conformément à la norme CSA A179, une valeur typique supposée pour la résistance in situ de f’gr est de 20 MPa. La résistance du coulis in situ est plus élevée que celle des cylindres coulés dans des moules non absorbants car l’aspiration par les éléments de maçonnerie réduit la teneur en eau du coulis.
CSA A371
Pour les calculs d’inginierie en maçonnerie, la résistance à la compression in situ du coulis peut être estimée à 1,5 fois la résistance d’un cylindre de coulis à 28 jours d’âge, ou simplement à 20 MPa pour le coulis spécifié selon les proportions, à moins qu’une détermination plus détaillée de la résistance du coulis in situ ne soit fournie.
Rendement marginal décroissant pour toute augmentation de la résistance du coulis
En lien avec cette « faible » résistance du coulis, il convient de noter qu’une résistance plus élevée du coulis n’entraîne qu’une augmentation minime de la résistance de l’assemblage en maçonnerie. Un programme expérimental mené par Drysdale et Hamid[1] a déterminié une augmentation minimale de la résistance de l’assemblage (ligne continue) lorsque le coulis est passé de 15 MPa à 45 MPa.
Cette augmentation était bien inférieure à l’augmentation de la résistance que l’on pourrait attendre en ajoutant la résistance du coulis dans la zone remplie de coulis à la résistance de l’assemblage creux (ligne pointillée) :
Bien qu’il puisse être tentant de spécifier un coulis plus fort pour correspondre à la résistance de l’élément de maçonnerie, des décennies d’essais et d’expérience ont démontré des rendements décroissants avec des résistances de coulis plus élevées. La résistance à la compression sur laquelle les ingénieurs se basent pour leurs calculs de conception tiennent compte de la résistance relativement faible et de l’affaissement élevé du coulis, comme le montre la norme CSA S304-14 : tableau 4, note (4).
Même des résultats d’essais de contrôle de la résistance de cylindres de coulis de 10 MPa, pour un coulis à spécifié selon les porportions, sont conformes pour la construction avec des éléments à résistance spécifiée de 30 MPa. Il est bien plus important que le coulis soit fluide et qu’il remplisse tous les vides, en liant l’armature aux éléments, que d’avoir une résistance plus élevée avec un affaissement plus faible au moment de la coulée.
Notes :
[1] R. G. Drysdale and A. A. Hamid, “Behaviour of Concrete Block Masonry under Axial Compression”, ACI Journal, Vol. 76, No. 6, 1979, pp. 707-721.
Un affaissement élevé est la propriété la plus importante du matériau.
L’affaissement requis du coulis pour la maçonnerie en éléments est de 200 mm à 275 mm et est généralement obtenu en mélangeant le coulis avec un rapport eau/ciment élevé (ce qui réduit la résistance du cylindre de coulis). L’utilisation de plastifiants ou d’adjuvents réducteurs d’eau permet d’obtenir des coulis à haute résistance et à fort affaissement ; cependant, ces produits peuvent augmenter la viscosité du coulis de sorte qu’il collera aux extrusions de mortier et aux âmes transversales des éléments, créant ainsi des vides dans le mur. Les plastifiants peuvent être utilisés efficacement, mais il est recommandé de limiter l’utilisation de plastifiants aux coulis spécifiés selon leurs propriétés dont la performance et la fiabilité ont été éprouvées, plutôt que d’ajouter des plastifiants sur le chantier pour obtenir un certain affaissement. L’intérieur des alvéoles des éléments de maçonnerie peut être très encombré : extrusions de mortier, barres d’armature pouvant être orientées dans plusieurs directions (ce qui est particulièrement préoccupant au niveau des épissures), âmes transversales décalées d’un rang à l’autre, évasements des parois de face et des âmes transversales des éléments, etc. En raison de cet encombrement, la propriété la plus importante d’un coulis à maçonnerie est sa fluidité, qui favorise l’absence de vides. Mélanger suffisamment d’eau pour obtenir un affaissement d’environ 275 mm permettra de mettre en place le coulis sans avoir besoin de plastifiants.
Attention à la spécification de coulis à maçonnerie sans retrait pour les applications de maçonnerie standard
Les coulis à maçonnerie répondant aux exigences pour la spécification selon le dosage de la norme CSA A179, utilisant des matériaux et des procédures conventionnels, ont fait leurs preuves. Ils possèdent les propriétés requises pour les coulis dans les nouvelles constructions de maçonnerie.
Cependant, certains pensent que les coulis sans retrait ou expansifs peuvent améliorer les propriétés des constructions en maçonnerie et, par conséquent, certains fabricants ont commencé à produire des coulis pré-mélangés avec des agents expansifs pour réduire le retrait. Bien qu’il soit possible que les coulis conformes aux spécifications de performance de la norme CSA A179-14 contiennent un agent expansif, le fabricant d’un tel produit doit toujours démontrer qu’il satisfait à toutes les exigences de la norme. On ne doit pas supposer que l’utilisation d’un coulis sans retrait ou expansif présente un avantage pour l’assemblage de la maçonnerie sans vérification par des essais d’assemblage, fournis par le fabricant, et approuvés à la satisfaction du concepteur. Il est rappelé aux concepteurs que les essais réalisés pour déterminer les propriétés de résistance et de durabilité des assemblages de maçonnerie dans le cadre de l’élaboration des normes CSA ont été effectués en utilisant un coulis conventionnel spécifié selon le dosage (sans additifs, plastifiants ou agents expansifs).
Bien que le produit de chaque fabricant soit différent, il faut faire preuve de prudence lorsqu’on spécifie un mélange de coulis sans retrait de marque déposée et il est essentiel que le mélange spécifié soit un matériau destiné à être utilisé dans la construction de maçonnerie. Certains types de coulis sans retrait, non destinés à l’usage dans la maçonnerie, sont mélangés à un affaissement très faible ou nul, ont un rapport eau/ciment très faible et ne répondent pas aux exigences de la norme CSA A179. Les coulis sans retrait sont souvent utilisés pour des applications très localisées, par exemple sous des surfaces portantes telles que des plaques de base. Le concepteur doit s’assurer de bien comprendre tout produit breveté destiné à une application spécialisée, et pour lequel chaque fabricant fournit des directives dans ses propres spécifications, afin de prévoir son usage en conséquence.
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