Renforcement de la maçonnerie historique par les composites TRM

Reinforcement of old masonry structures with TRM composites

• Auteur / Autrice : Nadia Tarifa
• Direction : Frédéric Duprat, Zakaria Ilyes Djamai
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions / LMDC
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Yotte
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fazia Fouchal, Jean-Patrick Plassiard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Yotte, Sofiane Amziane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (mécanique)

Maçonnerie

Mots clés libres

Maçonnerie

Composite TRC

Cisaillement

Shear forces

TRC composites

Masonry

Résumé

Les monuments historiques en maçonnerie représentent un héritage culturel, artistique, historique, et scientifique. De nombreux séismes ont mis en évidence la vulnérabilité de ces structures qui subissent des dommages importants.Dans ce contexte, le présent sujet de thèse, à caractère expérimental et numérique, vise à approfondir la connaissance relative au comportement de murs maçonnés, principalement ceux renforcés par matériaux composites vis-à-vis de sollicitations dans leur plan. Ils s’inscrivent dans le cadre de la réhabilitation du patrimoine bâti vis-à-vis du risque sismique notamment du fait de la reconsidération du zonage en France rendu, depuis peu, plus exigeant. Aussi, d’un point de vue technologique, ces travaux visent à apprécier, évaluer et hiérarchiser l’intérêt et les potentialités de solutions de réparation/renforcement mobilisant des matériaux composites à base de matrice minérale et de renfort textile (Textile Reinforced Mortar, TRM).Dans une première partie, à l’échelle du matériaux composite (TRM), une étude d’optimisation visera à identifier le couple matrice minérale/ renfort textile optimal pour le renforcement de murs en maçonnerie. A cet effet, une campagne expérimentale visant à identifier les performances mécaniques en traction directe des composites TRM constitués de différentes formulations de matrices minérales renforcées par différents configurations de renfort textile (verre 1 ou 2 couches) sera réalisée dans l’optique de sélectionner le couple matrice/ renfort textile qui sera par la suite utilisé pour la réparation de murs maçonnés.Dans un second temps, à l’échelle de l’élément de structure, une campagne expérimentale portant sur des murs maçonnés en brique de terre cuite renforcés par composites TRM, sera conduite sous sollicitations quasi statique puis cycliques de cisaillement dans le plan des murs ( en utilisant le banc de cisaillement du LMDC) avec pour impératif, la nécessité de restituer les conditions limites de sollicitations sous séisme.La technique de corrélation d’images sera mobilisée au cours de l’expérimentation afin d’identifier les champs de déformations locales dans la maçonnerie ainsi que dans le renfort TRM. Cette dernière sera par la suite utilisée pour évaluer le taux de travail (et donc de participation) du matériau composite dans la réparation. La technique de mesure de champs de déformation par fibre optique sera quant à elle utilisée pour identifier les caractéristiques de déformation (éventuel glissement) à l’interface renfort composite / mur en maçonnerie et cela en collant une fibre sur chaque composant.Enfin dans une dernière partie et d’un point de vue modélisation analytique et numériques des modèles de recalcul de capacité portante de structures renforcées par composites TRM seront proposés afin de vulgariser le concept et de faciliter son intégration dans le monde industriel ainsi que dans les codes de calcul.

Historic masonry monuments represent a cultural, artistic, historical and scientific heritage. Numerous earthquakes have highlighted the vulnerability of these structures, which suffer considerable damage.Against this backdrop, this experimental and numerical thesis aims to deepen our understanding of the behavior of masonry walls, mainly those reinforced with composite materials, under in-plane loads. The project is part of a broader approach to the rehabilitation of built heritage in the face of seismic risk, particularly in view of the more stringent zoning requirements recently introduced in France. From a technological point of view, this work aims to assess, evaluate and prioritize the interest and potential of repair/reinforcement solutions using composite materials based on a mineral matrix and textile reinforcement (Textile Reinforced Mortar, TRM).In the first part, at the scale of the composite material (TRM), an optimization study will aim to identify the optimum mineral matrix/textile reinforcement pairing for the reinforcement of masonry walls.To this end, an experimental campaign aimed at identifying the mechanical performance in direct tension of TRM composites made from different formulations of mineral matrices reinforced by different configurations of textile reinforcement (1 or 2-layer glass) will be carried out with a view to selecting the matrix/textile reinforcement pair that will subsequently be used for the repair of masonry walls.Secondly, on a structural element scale, an experimental campaign will be carried out on clay brick masonry walls reinforced with TRM composites, under quasi-static then cyclic shear stresses in the plane of the walls (using the LMDC shear bench), with the imperative of restoring the limit stress conditions under earthquake conditions.The image correlation technique will be used during the experiment to identify local deformation fields in the masonry and in the TRM reinforcement. The latter will then be used to assess the work rate (and hence participation) of the composite material in the repair. The technique of measuring deformation fields using optical fibers will be used to identify deformation characteristics (possible slippage) at the composite reinforcement/masonry wall interface, by gluing a fiber to each component.Finally, from an analytical and numerical modeling point of view, models for recalculating the load-bearing capacity of structures reinforced with TRM composites will be proposed in order to popularize the concept and facilitate its integration in the industrial world as well as in calculation codes.