Monitoring and diagnosis of structural pathologies in lighthouses
Instrumentation et diagnostic des pathologies structurelles des phares
Résumé
Lighthouses represent an invaluable cultural and technical heritage that must be preserved as long as possible. This manuscript thesis focuses on the case of masonry lighthouses built over the coast, which are exposed to environmental actions but not to the wave action. These lighthouses, mostly built during the 19th century and until the beginning of the 20th century, show structural disorders. The aim of the thesis is to formulate a structural diagnosis method based on a structural health monitoring implemented on the structure. The case study of the research is the Ile Vierge lighthouse, currently being the tallest stone masonry lighthouse in Europe due to its 80.0m high. It was built between 1897 and 1902 on an island located at the West of Finistère with two local construction materials (granite and kersanton stones). In 2011, Service des Phares et Balises notices the presence of a vertical cracking pattern in the upper part of the tower. The cracks prevail over the entire height of the lantern's basement wall, where the lantern support is fixed by 16 metal embedded anchors. This thesis focuses to find the origin of cracks by data analyses from the structural health monitoring implemented on the lighthouse and to formulate a diagnosis methodology for this type of buildings. The hypotheses studied are wind actions as well as thermal actions on the structure. The multidisciplinary research method considers the mechanical characterization of rocks, the calculation of mechanical actions presents on the structure, the collection of data from the health structural monitoring and the statistical analysis by multivariable correlation. The opening crack is analyzed according with the actions considered. In addition, the approach exposes how cyclic thermal actions and fatigue phenomena can generate stresses close to the tensile strength of kersanton and therefore explain the crack vertical pattern.
Les phares représentent un patrimoine culturel et technique inestimable qu'il faut conserver le plus longtemps possible. La thèse se concentre sur le cas des phares en maçonnerie construits le long du littoral, exposés aux actions environnementales mais pas à l'action des vagues. Ces phares, construits pour la plupart au cours du 19ème siècle et jusqu'au tout début du 20ème siècle, présentent des désordres structurels. Le but de la thèse est de développer une méthode de diagnostic des pathologies observées sur la base d'un plan de surveillance mis en œuvre sur ouvrage. La thèse est construite sur une étude de cas : le phare de l'Ile Vierge qui est le plus haut phare en pierre d'Europe avec ses 80 m de hauteur. Il a été construit entre 1897 et 1902 sur un ilot situé à l'extrémité Ouest du Finistère avec deux pierres locales (granite et kersanton). En 2011, le Service des Phares et Balises de Brest a remarqué la présence d'un schéma de fissuration verticale en tête de la tour sur toute la hauteur du mur qui supporte la lanterne par l'intermédiaire de 16 montants métalliques encastrés sur la périphérie. Ces travaux de thèse ont pour objectif de trouver l'origine des fissures au moyen de l'analyse des données issues de l'instrumentation installée sur le phare pendant toute la recherche, et de formuler une méthodologie de diagnostic pour ce type d'ouvrage. Les hypothèses formulées et étudiées sont l'action du vent et l'action thermique. La méthode de recherche pluridisciplinaire inclut la caractérisation mécanique des roches, le calcul des actions mécaniques agissantes sur la structure, le recueil des données issues de l'instrumentation installée sur site et l'étude statistique par corrélation multivariable. La variation de l'ouverture des fissures est étudiée au regard des actions prises en compte. De plus, la démarche permet de démontrer comment les actions thermiques cycliques et les phénomènes de fatigue peuvent générer des contraintes proches de la résistance en traction du kersanton et donc expliquer l'apparition des fissures.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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