Mechanical behaviour of ancient masonry

Nathalie Domede (1) , Gérard Pons (1) , Alain Sellier (1) , Youssef Fritih (1)

1 LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions

The aim of this research was to build a behaviour law for ancient masonry made during the 19 th century with bricks and lime mortar bonds. This work should be of interest to researchers involved in the study of ancient masonry structures like arch bridges built in this period. To assess the masonry capacity vaults to support service loads and to determine their collapse loads, engineers need mechanical behaviour laws for their component parts. This experimental research was performed to explore the behaviour of the bricks, of the lime mortar, and of a wall until their failure in compression. In parallel the bricks / mortar interface criterion failure under shear and tensile load is characterised. After laboratory tests, numerical simulations were carried out using a finite element method (FEM) to define an homogenised behaviour law for a macro element including bricks and lime mortar bonds. In this goal, a behaviour law was firstly found for each component and then for the masonry as a whole by a FEM homogenisation process, including the non-linear behaviour domain up to the compression failure. The tension failure being reported into an interface element for which the failure criterion was adjusted on specific tests

Le but de cette recherche est de construire une loi de comportement mécanique pour les maçonneries anciennes faites de briques et de mortier de chaux construites pendant la deuxième moitié du 19è siècle. Ce travail intéresse les chercheurs impliqués dans l’étude des ouvrages anciens en maçonnerie tels que les ponts voûtes construits à cette époque. Pour évaluer la capacité portante des voûtes en maçonnerie et leur charge de rupture, les ingénieurs ont besoin de connaître les lois de comportement mécanique de chacune des maçonneries constitutives. Une recherche expérimentale est entreprise pour déterminer le comportement en compression des briques, du mortier de chaux, d’un élément de mur. Parallèlement l’interface entre les briques et les joints de mortier est caractérisée vis-à-vis des sollicitations de traction et cisaillement. A l’issue des essais, des simulations numériques sont réalisées à l’aide de la méthode aux éléments finis dans le but de proposer une loi de comportement homogénéisée pour les maçonneries de brique travaillant en compression. Un critère de rupture d’interface est également proposé pour décrire la rupture en traction-cisaillement et compléter ainsi la loi homogénéisée pour la compression.

Mots clés: lime; macro element; interface element; mortar; brick; masonry

Domaines: Structures; Mécanique des structures [physics.class-ph]

Nathalie Domede, Gérard Pons, Alain Sellier, Youssef Fritih. Mechanical behaviour of ancient masonry. Materials and structures, 2009, 42 (1), pp.123-133. ⟨10.1617/s11527-008-9372-z⟩. ⟨hal-01743916⟩