Analyse et conception des structures clavées : démarches théorique et expérimentale

par Paul Nougayrede

Projet de thèse en Architecture

Sous la direction de Maurizio Brocato et de Thierry Ciblac.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Ville, Transports et Territoires , en partenariat avec GSA - Géométrie, Structure et Architecture (laboratoire) depuis le 01-11-2019 .


  • Résumé

    Le contexte actuel engage les différents acteurs du domaine de l'architecture et de la construction à réinterroger de plus en plus les méthodes de conception et les techniques de production architecturales, au regard des problématiques liées au changement climatique et à la raréfaction de certaines ressources. Dans cette optique, la réhabilitation de l'utilisation du matériau pierre semble bénéficier, depuis quelques décennies, d'un intérêt grandissant pour plusieurs raisons (qualités mécaniques, durabilité importante, potentielle ressource de proximité…) et notamment pour ce qui concerne les structures clavées, c'est-à-dire constituées de claveaux en pierre, taillés et appareillés. Les propriétés fascinantes de ces différents types de structures (arcs, voûtes, dômes, plates-bandes, etc…) font encore aujourd'hui l'objet d'une grande diversité de travaux de recherches qui mettent en œuvre différentes approches pour l'étude de leur stabilité, selon les différents cas. L'utilisation du calcul à la rupture et de l'analyse limite permet notamment de contourner les difficultés inhérentes à la modélisation du matériau pierre puisque, pour des critères de rupture donnés, on peut déterminer relativement aisément un domaine de stabilité potentiel à partir des seules hypothèses géométriques et de chargements extérieurs. L'application de cette méthode a trouvé écho dans une longue tradition d'étude des structures en maçonneries patrimoniales qui ont ainsi pu faire les preuves de son efficacité. Sans utiliser de méthodes restrictives et contraignantes (méthode des réseaux de forces, par exemple) on se propose d'implémenter numériquement les approches du calcul à la rupture et de l'analyse limite de la manière la plus générale possible en s'appuyant sur des outils de résolutions mathématiques avancés. Ainsi, on pourra envisager la conception de structures clavées originales et complexes. Plusieurs expérimentations constructives testant notamment les propriétés des joints particuliers (joints multi-facettes, joints courbes, etc…) pourront alors voir le jour. Outre l'intérêt pédagogique de ces constructions expérimentales inédites, une campagne d'essais et de modélisations complémentaires (comportement sous sollicitations sismiques et charges de vents notamment) permettra d'estimer les capacités des structures clavées réalisées et d'évaluer le processus de conception.

  • Titre traduit

    Analysis and design of stereotomic structures: theoretical and experimental approaches


  • Résumé

    The current context urges the various players in the field of architecture and construction to increasingly question architectural design methods and production technologies, regarding issues linked to climate change and the scarcity of resources. That's why for a few decades there has been a renewed interest for using stone material, for several reasons (mechanical qualities, important durability, potential local resource...) and in particular for stereotomic masonry structures made up of stone voussoirs, cut and fitted. The fascinating properties of these different types of structures (arches, vaults, domes, jack arch, etc.) are still the subject of a great research diversity today which implements different approaches in order to model their stability, depending on the different cases. Using yield design theory and limit analysis makes it possible to avoid the inherent difficulties for stone mathematical modeling since, for given failure criteria, potential stability domain can be relatively easily determined from the only geometric assumptions and external loadings. This particular method has already proven its effectiveness in a long tradition of studying historic masonry structures. Without using restrictive and constraining methods (force network method, for example), we propose to numerically implement the yield design theory and limit analysis approaches in the most general way possible, relying on advanced mathematic resolution tools. Thus, we can consider the design of original and complex stereotomic structures. Several constructive experiments testing the properties of unconventional joints (multi-faceted joints, curved joints, etc.) will then be possible. In addition to the educational interest of these new experimental constructions, a campaign of additional tests and behavior modeling (under seismic stresses and wind loads for example) will be used to estimate the holding capacities of the stereotomic masonry structures and to evaluate the design process.