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Thèse Année : 2015

Diagnosis Methodology of historical Masonry Structures

Méthodologie de Diagnostic de Structures Maçonnées Anciennes

Résumé

The French architectural heritage is a considerable wealth to be preserved. In this context, a methodology of structural diagnoses of historical monuments is proposed. This type of building is mainly composed of masonry that should be understood. The CNAM Library, masterpiece of gothic architecture is an ideal case study to validate the proposed approach. This edifice presents pathologies as crack pattern and tilts walls. The objective of this work is to identify the origin of these pathologies and to estimate the safety factor of the ruin of the building. First of all, an investigation carried out on the building is presented. It includes historical research, a campaign of non-destructive and destructive testing radar, sound velocity, core sampling and structural monitoring. From this first study, some potential causes of the pathologies are ruled out. Furthermore, the heterogeneous nature of the masonry leads to consider this material at different scales. A damage model is used at each scale in order to simulate the mechanical behavior of this geo-material. A homogenization process is then introduced. It consists to the evaluation of the homogeneous behavior of the masonry from its geometry and the mechanical characteristics of its components. This method allows considering the heterogeneity of masonry at the structural scale. The mechanicals characteristics of the calcareous materials are obtain from sound velocity measurement through the use of correlation curves. The homogenization procedure consists to simulate the behavior of a numerical masonry wall subjected to a compressive test. Then, a calculation at the structural scale is proposed. A compression failure criterion on the normal strength is proposed to estimate the safety factor of the structure according to the international standards. Firstly, it includes a partial safety factor to consider the dispersion of resistance of the masonry. Secondly, another coefficient takes into account the compressive failure phenomenon at a crack section. Global analysis of a span of the church is presented. The load history is simulated. The comparison of the measured crack on site with the profile obtained by the model leads to estimate the current state of stress of the building. A margin of security is proposed. Finally, a comprehensive summary of this study is presented.
Le but de la thèse est d’élaborer une méthodologie de diagnostic structurel des monuments historiques en maçonnerie de pierre. Elle se concentre sur les édifices gothiques comportant des voûtes à croisées d’ogives. La bibliothèque du CNAM à Paris, chef d’oeuvre de l’architecture gothique datant du 13è siècle, constitue un cas d’étude idéal pour valider la démarche proposée. Cet édifice présente des pathologies dont il convient de déterminer l’origine. Le but final est d’estimer la marge de sécurité de la construction vis-à-vis de la ruine. Après une recherche en archives, une campagne d’investigations est menée sur l’édifice. Elle comprend une campagne d’essais destructifs et non-destructifs, ainsi qu’une reconnaissance des désordres présents sur l’ouvrage. A l’issue de ces premières recherches, les causes potentielles de désordres sont listées et analysées. Dans un second temps, la recherche est portée sur le comportement mécanique des maçonneries. Le caractère hétérogène de la maçonnerie conduit à considérer ce matériau à différentes échelles. A l’échelle « micro », les pierres et le mortier sont étudiés séparément. Les caractéristiques des calcaires sont obtenues à partir de méthodes ultrasoniques. Un modèle d’endommagement orthotrope est développé et amélioré pour s’adapter spécifiquement aux maçonneries de pierres de taille. Pour réaliser l’analyse structurelle (échelle « macro »), une procédure d’homogénéisation est ensuite développée. Sur la base des résultats de ces deux premières étapes, une étude de la structure de la bibliothèque du CNAM de Paris est menée. Un critère de rupture en compression est proposé en respectant la logique des normes internationales. Il introduit un coefficient de sécurité partielle et un coefficient dit « de fonctionnement » spécialement créés pour l’étude des structures maçonnées anciennes et adaptables à tout type de sollicitations. L’analyse globale d’une travée de l’édifice est présentée. Le phasage constructif et l’histoire de chargement des murs et des voûtes sont simulés. La comparaison du schéma de fissuration observé sur site avec le profil de fissuration déterminé par le calcul fournit une estimation de l’état de contrainte actuel de l’édifice. La marge de sécurité vis-à-vis de la ruine de la structure est alors déduite. Enfin, une synthèse globale de cette étude de cas est présentée et généralisée à tout édifice en maçonneries anciennes.
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Dates et versions

tel-01403780 , version 1 (27-11-2016)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01403780 , version 1

Citer

Thomas Parent. Méthodologie de Diagnostic de Structures Maçonnées Anciennes. Génie civil. Université Toulouse 3, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01403780⟩
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