Contribution à la modélisation mécanique et numérique des édifices maçonnés - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2001

Contribution à la modélisation mécanique et numérique des édifices maçonnés

Résumé

From a mechanical point of view, masonry appears as a composite quasi-brittle geomaterial, characterized by the coexistence of three scales of studies (macroscopic, mesoscopic and microscopic) and two closely related mechanical behaviors: the brittle damage and the non associated plasticity. After an extended review of various existing modelling (phenomenological approach, micromechanical approach and multiscale analysis), it is concluded that two major obstacles are pointed out : the influence of bond on the macroscopic mechanical response and the strain localisation. In this work, a discrete micromechanical modelling in a non-smooth dynamical framework is proposed. Masonry material is considered as a divided medium composed of a collection of deformable bodies in interaction through non-smooth interface laws. The basic model for dry joints, based on unilateral contact and dry friction, is enhanced for mortar joints by cohesive zone models, with brittle failure or continuous damage. The computational framework is based on the Non-Smooth Contact Dynamics method, designed to numerically integrate a non-smooth dynamical evolution with unilateral contact and dry friction. Finite element methods are used for non-linear behavior of each body and are modified to take into account the discrete character of the considered structure. Non-smooth interface laws are solved by means of iterative solvers dedicated to large scale complementarity problems. Finally, an interdisciplinary work has been made with architects and building archaeologists, in order to study monumental buildings in their natural context by means of numerical stereophotogrammetry.
Du point de son comportement mécanique, la maçonnerie apparaît comme un géomatériau quasi-fragile composite, caractérisé par la coexistence de trois échelles d'études (macroscopique, mésocopique et microscopique) et deux comportements intimement couplés, l'endommagement fragile et la plasticité non-associée. Suite à une revue bibliographique étendue des nombreuses modélisations déjà proposées (approche macroscopique phénoménologique, approche micromécanique, analyse multi-échelle), il semble que deux points importants restent encore difficiles à traiter : la prise en compte de la structure de l'appareil et la localisation de la déformation liée au caractère adoucissant et non-associé des comportements.
Afin de répondre à ces problèmes, une modélisation micromécanique discrète dans un cadre dynamique non-régulier a été proposée. La maçonnerie est vue comme un milieu divisé composé d'une collection de corps déformables reliés par des lois non-régulières. Le modèle de base pour les joints vifs, composé du contact unilatéral et du frottement de Coulomb est enrichi pour les joints de mortier par des modèles de zone cohésive, fragile ou à endommagement progressif. Le cadre numérique de cette modélisation s'appuie sur la méthode ``Non-Smooth Contact Dynamics'' apte à intégrer la dynamique non-régulière en présence de contraintes unilatérales et de frottement sec. Le comportement des corps est traité par des méthodes aux éléments finis adaptées au caractère discret des structures modélisées. Les lois non-régulières d'interfaces sont résolues quant à elles par des méthodes itératives dédiées aux problèmes de complémentarité de grande taille.
Enfin, une collaboration interdisciplinaire a été conduite avec les architectes et les archéologues du bâti pour mener à bien des études d'édifices monumentaux en utilisant la stéréophotogrammétrie numérique.
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Dates et versions

tel-00163767 , version 1 (12-10-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00163767 , version 1

Citer

Vincent Acary. Contribution à la modélisation mécanique et numérique des édifices maçonnés. Mécanique [physics.med-ph]. Université de la Méditerranée - Aix-Marseille II, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00163767⟩
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