Experimental testing of masonry structures subjected to extreme loads - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Experimental testing of masonry structures subjected to extreme loads

Essais expérimentaux de structures en maçonnerie soumises à des charges extrêmes

Résumé

Masonry structures are characterized by bricks, stones, or concrete blocks, held together with or without mortar. This is also the case for historical and monumental structures, which are often exposed to accidental or deliberate explosions. In this thesis, we aim to investigate the dynamic response and failure mechanisms of masonry structures when subjected to dynamic loading originating from blast events. The response of stone structures to explosions is insufficient to investigate by relying only on numerical and analytical tools. Therefore, experiments are mandatory to improve the current understanding and validate existing models. To this end, we study the effects of an explosive event on structures using reduced scale experiments under laboratory conditions. We present herein a novel experimental platform (miniBLAST), to study masonry assets based on scaling laws for the rigid-body response of structures. In particular, exploding wires allow us to recreate loading conditions analogous to those in high explosive materials., with minimum costs and high reproducibility. The proposed setup and methodology can be used to investigate, for the first time, the response of masonry structures under blast loads in a safe laboratory environment. Our platform enables us to collect data and analyze in detail the fast dynamics of masonry structures under explosions. The experimental setup offers a high degree of control and repeatability, particularly in terms of the detonation of exploding wires, the resultant blast waves and structural response. Relying on miniBLAST, we analyze the explosive source in detail to understand the explosion mechanism. This study shed light on the influence of electric circuit system on shock wave formation. The calculation of the TNT equivalence factor allows us to up-scale the explosive loads originating from the exploding wire. Our experiments serve the purpose of validating existing numerical works, and reveal the salient features of masonry structures under blast loads. Basing on Particle Tracking Velocimetry to study in 3D the rigid body motion (i.e. the Parthenon of Athens). The results from this experimental platform are intended to enhance and refine both existing and new computational models for structures subjected to blast loads. Moreover, to draw appropriate protective strategies for masonry buildings, ancient and modern ones.
Les structures en maçonnerie se caractérisent par des briques, des pierres ou des blocs de béton, maintenus ensemble avec ou sans mortier. C'est également le cas pour les structures historiques et monumentales, qui sont souvent exposées à des explosions accidentelles ou délibérées. Dans cette thèse, nous visons à étudier la réponse dynamique et les mécanismes de défaillance des structures en maçonnerie lorsqu'elles sont soumises à des charges dynamiques issues d'événements explosifs. La réponse des structures en pierre aux explosions est insuffisante pour être étudiée en se fiant uniquement aux outils numériques et analytiques. Par conséquent, des expériences sont nécessaires pour améliorer la compréhension actuelle et valider les modèles existants. À cette fin, nous étudions les effets d'un événement explosif sur les structures à l'aide d'expériences à petite échelle sous conditions de laboratoire. Nous présentons ici une nouvelle plateforme expérimentale (miniBLAST) pour étudier les actifs en maçonnerie basée sur des lois de mise à l'échelle pour la réponse des structures en corps rigide. En particulier, les fils explosifs nous permettent de recréer des conditions de chargement analogues à celles des matériaux explosifs haute performance, avec des coûts minimes et une grande reproductibilité. La configuration et la méthodologie proposées peuvent être utilisées pour étudier, pour la première fois, la réponse des structures en maçonnerie aux charges explosives dans un environnement de laboratoire sûr. Notre plateforme nous permet de collecter des données et d'analyser en détail la dynamique rapide des structures en maçonnerie sous les explosions. La configuration expérimentale offre un haut degré de contrôle et de reproductibilité, notamment en ce qui concerne la détonation des fils explosifs, les ondes de choc résultantes et la réponse structurelle. En nous appuyant sur miniBLAST, nous analysons en détail la source explosive pour comprendre le mécanisme de l'explosion. Cette étude éclaire l'influence du système de circuit électrique sur la formation des ondes de choc. Le calcul du facteur d'équivalence au TNT nous permet de mettre à l'échelle les charges explosives issues des fils explosés. Nos expériences servent à valider les travaux numériques existants et révèlent les caractéristiques saillantes des structures en maçonnerie soumises à des charges explosives. En utilisant la vélocimétrie par suivi de particules pour étudier en 3D le mouvement des corps rigides (par exemple, le Parthénon d'Athènes). Les résultats de cette plateforme expérimentale sont destinés à améliorer et à affiner à la fois les modèles informatiques existants et nouveaux pour les structures soumises à des charges explosives. De plus, pour élaborer des stratégies de protection appropriées pour les bâtiments en maçonnerie, anciens et modernes.
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Ahmad Morsel - PhD_Maunscript.pdf (15.04 Mo) Télécharger le fichier
Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04738097 , version 1 (15-10-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04738097 , version 1

Citer

Ahmad Morsel. Experimental testing of masonry structures subjected to extreme loads. Engineering Sciences [physics]. Ecole centrale de Nantes, 2024. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04738097⟩
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