Étude des rapports entre stéréotomie et résistance des voûtes clavées

Study of relations between sterotomy and resistance of cut-stone vaults

• Auteur / Autrice : Mathias Fantin
• Direction : Maurizio Brocato
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Architecture
• Date : Soutenance le 13/12/2017
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ville, Transports et Territoires (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géométrie, structure, architecture (Paris) - Géométrie- Structure et Architecture / GSA
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Gady
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maurizio Brocato, Alain Ehrlacher, Nathalie Domède, Thierry Ciblac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gianmarco De Felice, Jean-Claude Morel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Stéréotomie

Voûtes

Mots clés libres

Stéréotomie

Voûte

Stabilité

Calcul à la rupture

Plate-Bande

Voûte plate

Stereotomy

Vault

Stability

Yield design

Flat arch

Flat vault

Résumé

Cette thèse vise à mieux comprendre l'influence de la coupe des pierres sur la résistance des arcs et des voûtes clavés en général, et des couvrements plans en particulier. L'étude historique et typologique des plates-bandes et des voûtes plates, à travers les exemples construits et les traités d'architecture et de coupe des pierres du XVIe au XVIIIe siècle, forme le préalable à l'étude mécanique de ces constructions. Les plates-bandes à joints en~X, les plates-bandes en fausse-coupe, et les voûtes plates d'Abeille sont étudiées en détail en raison de leur stéréotomie savante. Les règles géométriques utilisées pour l'appareillage des plates-bandes, d'une part par les architectes, et d'autre part par les appareilleurs et tailleurs de pierre, émergent de ce travail. Une extension de la méthode des réseaux de forces est proposée, pour tenir compte de l'appareil des voûtes, pour raffiner les réseaux, et pour intégrer rigoureusement les réseaux à la théorie du calcul à la rupture. Des stratégies de calcul pour la recherche des chargements extrêmes, dont la détermination fonde la faisabilité de la technique, sont proposées. Les études mécaniques conduites considèrent les arcs en plein-cintre et dômes hémisphériques, les plates-bandes et voûtes plates, et les voûtes hélicoïdales. Elles illustrent la précision de l'estimatif proposée pour le coefficient de sécurité géométrique, l'influence de la coupe des pierres pour les couvrements plans, et les possibilités et limites de l'application de la méthode des réseaux de forces à l'étude des constructions clavées

This work aims at a better understanding of the influence of stereotomy on the stability of stone-cut archs and vaults in general, and flat archs and flat vaults in particular. A study of the history and typology of flat archs and flat vaults, through the consideration of existing examples and treaties of architecture or stereotomy from 1500 to 1800, is a preambule to the mechanical study of these constructions. Flat archs with X-joints, flat archs en fausse-coupe, and Abeille's flat vaults are studied in detail because of their specific stereotomy. Geometric rules used to determine joint orientation, by architects on the one hand, and by stone masons on the other hand, emerge from this work. An extension of the force network method is presented, in order to take into account the vaults' stonework, to find new equilibrium solutions by refining networks, and to comply rigourously with the theory of yield calculus. Calculus strategies for the search of limit loads, whose determination is essential for the technique, are given. Mechanical studies are conducted on cylindrical archs and hemispherical domes, flat archs and flat vaults, and helicoidal vaults. They show the precision of the geometric safety factor estimate, the influence of stone cutting on flat archs and vaults, and the possibilities and limits of using the force networks method to study stone-cut vaults