Modélisation de structures maçonnées par homogénéisation numérique non-linéaire : application aux ouvrages d'intérêt archéologique

par Delphine Raffard

Thèse de doctorat en Sciences et techniques

Sous la direction de Jean-Pierre Henry.

Soutenue en 2000

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .


  • Résumé

    Une méthodologie de modélisation pour prédire ou expliquer, le comportement de grands ouvrages maçonnés de type ponts, et plus particulièrement les ouvrages anciens est proposée. La maçonnerie considérée ici, est' un assemblage régulier de pierres liées par du mortier d'épaisseur égale, et modélisée en deux dimensions. Cette démarche, pragmatique, consiste à transposer des outils de modélisation développés en mécanique des roches au cas des structures maçonnées. Dans ce but et pour obtenir des temps de calculs réduits, le comportement d'une structure maçonnée a été modélisé par un modèle continu anisotrope, construit numériquement à partir du comportement des constituants, et comparé avec, d'une part, une modélisation de type discrète, et d'autre part, avec un test sur structure. La méthodologie proposée se déroule en 3 phases : 1. Le modèle discret, permettant de construire le volume représentatif (VR) de maçonnerie nécessaire à l'identification du modèle continu, a été défini. Un mortier romain reconstitué et des pierres calcaires ont été caractérisés et modélisés par des modèles élastoplastiques. L'interface pierre/mortier a été ensuite caractérisée au travers deux études expérimentales: au niveau local, par un test de compression simple sur un composite pierre-mortier-pierre contenant un joint d'assise incliné instrumenté par une méthode optique; au niveau global par des essais de cisaillement direct. Une première évaluation des termes de la matrice de rigidité des interfaces a été proposée. Une loi d'endommagement continu a ainsi été identifiée, et a permis de reproduire assez fidèlement le comportement local du composite. 2. Un volume de maçonnerie a alors été construit à partir des constituants retenus. Des essais numériques sur le V. R, dans les axes de structures et hors axes, ont permis de caractériser son comportement global Le VR a été modélisé par un modèle anisotrope qui a été identifié et validé en champs uniformes. Ce modèle, à un mécanisme, permet de reproduire le comportement du VR mais ne simule pas correctement le comportement transverse qui est caractérisé par une forte contractance. 3. La démarche proposée a d'abord été validée en comparant les réponses d'un test sur arche, instrumenté par la méthode optique, et celles de sa micro modélisation. Le modèle discret, et plus particulièrement l'interface, a été validé dans le domaine des compressions. La confrontation du modèle anisotrope au modèle discret par la simulation d'un test sur une arche a montré l'apport de la loi anisotrope hors du domaine de traction qui n'a pas été exploré. L'approche de type macro-modélisation proposée, permet, de gagner des temps de calcul considérables tout en obtenant une précision du même ordre que la modélisation par éléments distincts.

  • Titre traduit

    Numerical modeling of old masonry using non-linear homogenization


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Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Annexes : Bibliogr. (113 réf.)

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