Modélisation discrète du comportement mécanique desouvrages maçonnés en pierre. Aspects expérimentaux - Analyse énergétique

Abstract

Ce projet de recherche vise à développer un code de calcul adapté à l'étude des structures maçonnées, utilisable en bureau d'études. Le code aux éléments discrets LMGC90 est choisi comme moteur de calcul pour sa capacité à décrire le comportement de milieux divisés comme ceux rencontrés en maçonnerie. Un modèle de zone cohésive frictionnelle (noté FCZM) est proposé permettant de décrire l'endommagement progressif et la dissipation d'énergie associés au comportement quasi-fragile et au frottement de l'interface pierre-mortier. Sous sollicitations combinées de traction et cisaillement, le modèle décrit la rupture en Mode mixte I+II de l'interface, tandis que sous sollicitations combinées de compression et cisaillement, un couplage entre les comportements cohésif et frictionnel, basé sur le niveau d'endommagement, conduit à l'expression d'une contrainte de friction croissante associée au comportement adoucissant de l'interface. Sur cette base, les paramètres cohésifs et frictionnels du modèle FCZM sont déterminés par l'intermédiaire d'essais de caractérisation (traction directe et cisaillement) menées sur des assemblages de pierres calcaires jointoyées au mortier de chaux. Une validation du modèle FCZM est proposée à l'échelle d'un mur. Ce dernier est soumis à un essai de rupture en cisaillement sous charge verticale constante. La confrontation des réponses expérimentales et simulées fournit une large base de validation du modèle FCZM. Si la statique de l'essai est bien décrite à partir des valeurs d'entrée du modèle FCZM issues de la caractérisation, la description de la cinématique nécessite quant à elle de recourir à une calibration des propriétés élastiques des blocs et de dégrader les propriétés cohésives des interfaces par l'intermédiaire d'un champ d'endommagement initial uniforme. Sur cette base, l'utilisation de champs d'endommagements non-uniformes permet de capturer les différents enclenchements de mécanismes de rupture constatés expérimentalement en fonction des murs testés.