Optimisations mécaniques des constructions en matériaux locaux - Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat
Thèse Année : 2014

Mechanical optimizations for constructions using local materials

Optimisations mécaniques des constructions en matériaux locaux

Résumé

Local materials used in civil engineering are directly available on construction site or close places. Among these materials, we studied soil, the rubble stone masonry (stone masonry associated with clay mortar or lime mortar), and the pudding concrete. New constructions using local materials are promising to compete with conventional materials, due to their low embodied energy and reduction of waste. However, until now, these constructions remain limited in the world and particularly in France, due to difficulties of implementation: low strength, lack of design rules and implementation guide. Therefore, the general objective of this thesis is to facilitate the use of local material to build the sustainable constructions. So, study in material and structural scales has been done on this type of construction. At the scale of the material, the mechanical behavior of the local materials has been studied by determining their mechanical properties by laboratory tests. An optimization procedure for the composition of the materials according to their strength has also been proposed for earthen materials (compacted earth, mixed earth and concrete of pudding). At the structural scale, mechanical and dynamical behaviors of constructions using local materials have been studied on some structures. Firstly, the mechanical behavior of a new stone masonry bridge was studied by measuring its displacements at the stage of the formwork removal. The singular profile of the displacements field with a singularity for voussoirs very close to the keystone was found. A 2D numerical analysis of the formwork removal using DEM was proposed to provide better insight on mechanisms that took place on site. The reduction of the extent of the contact zone between the voussoirs enabled finding the peculiar displacement field observed on-site. Secondly, the dynamic behavior of an old rubble stone masonry building was studied by determining its dynamic characteristics using in-situ measurements of background noise. Then, a 3D numerical model using FEM was validated by comparing with experimental results. Seismic vulnerability of the building was also estimated by a simulation of the seismic actions in this model according to EC8. Thirdly, an optimization procedure for the arch shape was proposed in the case of concrete of pudding stone house. The principle of justification of the stability using the yield design analysis was also discussed
Les matériaux locaux utilisés en génie civil se définissent comme présents directement sur les sites de construction ou lieux proches. Parmi ces matériaux, nous avons étudié la terre crue, la limousinerie (maçonnerie de pierre associée au mortier de terre de chaux maigre) et le béton de poudingue (un béton maigre à base de granulat de poudingue). L’objectif général de cette thèse est de faciliter l’utilisation des constructions durables en matériaux locaux. Les études à l’échelle du matériau et à l’échelle de la structure ont été effectuées sur ce type de construction. À l’échelle du matériau, le comportement mécanique des matériaux locaux a été étudié. Une procédure d’optimisation de la composition des matériaux en fonction de leur résistance mécanique a été également proposée. À l’échelle de la structure, le comportement des constructions en matériaux locaux a été étudié par les études de cas. Premièrement, le comportement mécanique d’un pont neuf, voûté en limousinerie, a été étudié en effectuant des mesures in situ du champ de déplacements du pont lors du décintrement. Le pont a également été modélisé par un modèle 2D utilisant la MED. La modélisation du phénomène de contacts partiels dans la zone des voussoirs adjacents du voussoir de clé a permis de retrouver le profil particulier du champ de déplacements mesuré, ce qui ne peut pas être effectué par la MEF. Deuxièmement, l’auscultation dynamique d’un bâtiment en limousinerie a été effectuée par des mesures de bruit de fond. Un modèle 3D utilisant la MEF a été fait et validé en le comparant avec les résultats expérimentaux. Une simulation des actions sismiques conformément à l’EC8 a été effectuée afin d’estimer sa vulnérabilité aux séismes. Troisièmement, le comportement d’une maison en béton de poudingue a été étudié. Une procédure d’optimisation de la forme de voûte a été proposée pour ce type de construction. Puis, les principes de justification de la stabilité par la méthode de calcul aux contraintes admissibles ont également été proposés
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04875677 , version 1 (09-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04875677 , version 1

Citer

van Huong Tran. Optimisations mécaniques des constructions en matériaux locaux. Construction durable. École Nationale des Travaux Publics de l'État [ENTPE], 2014. Français. ⟨NNT : 2014ENTP0014⟩. ⟨tel-04875677⟩
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