Modelling by discrete elements of the mechanical behavior of the three-dimensional built works. Contribution to the definition of planar contact elements.
Modélisation du comportement mécanique par éléments discrets des ouvrages maçonnés tridimensionnels. Contribution à la définition d'éléments de contacts surfaciques.
Résumé
This thesis concerns the modelling of three-dimensional built works in large stone course, pre-stressed or containing a large number of blocks. These structures are constructions made of stone blocks, possibly bound by joints of mortar. Their three-dimensional geometries do not generally allow the definition of a representative elementary volume. The mechanical behavior of these buildings or structures, can be studied by methods wich consider the behavior of blocks and their interactions with nearly blocks. We thus chose to model them by the Non Smooth Contact Dynamics discrete element method. The studied monuments are structures in massive stones, with simple regular course (wall) or irregular course (Julian bridge) and prestressed structures (staircase, cupola). On one hand, a new algorithm of detection of the contacts was developed to manage the planar contacts, specific in masonries. One the other hand, the computations of contact reactions often lead to a statically indefinite problem at the local level. We proposed a method of resolution which processes simultaneously all the nodes of a flat connection. The study on academic cases allowed to test the relevance of the method. A comparison was made with the method of existent resolution, implemented in the LMGC90 code.
Cette thèse concerne la modélisation d'ouvrages maçonnés tridimensionnels en grand appareil, précontraints ou comportant un grand nombre de blocs. Ces structures sont des constructions en gros blocs de pierre, éventuellement liés par des joints de mortier, dont les géométries tridimensionnelles ne permettent généralement pas la définition d'un volume élémentaire représentatif. Le comportement mécanique de ces édifices ou structures, peut être étudié par des méthodes qui considèrent le comportement des blocs et leurs interactions avec des blocs voisins, par frottement sec ou en présence de mortier cohésif. Nous avons donc choisi de les modéliser par la méthode des éléments discrets Non Smooth Contact Dynamics. Les monuments étudiés sont des structures en pierres massives, simple appareil régulier (mur) ou irrégulier (pont Julien) et structures précontraintes (escalier, coupôle). D'une part, un nouvel algorithme de détection des contacts a été développé pour gérer les contacts surfaciques, spécifiques aux maçonneries. Diverses applications sur des cas réels, et des comparaisons avec des expériences issues de la littérature, ont montré la robustesse de l'algorithme. Les résultats obtenus par l'analyse des descentes de charges sont cohérents avec les caractères physiques et géométriques des ouvrages considérés. D'autre part, les liaisons de contact conduisent souvent à un problème statiquement indéterminé au niveau local. Nous avons proposé une méthode de résolution qui traite simulatnément tous les noeuds d'une liaison plane. L'étude sur des cas académiques a permis de tester la pertinence de la méthode. Une comparaison a été faite avec la méthode de résolution existante, implémentée dans le code LMGC90.