Étude du comportement au feu des maçonneries de briques en terre-cuite : approche expérimentale et modélisation du risque d'écaillage

Behaviour on fire of masonries in clay brick : experimental approach and modelling of spalling risk

• Auteur / Autrice : Thê Duong Nguyen
• Direction : Ahmed Mébarki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 24/06/2009
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Ouvrages, Durabilité, Environnement et Structures (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi-Échelle
• Jury : Président / Présidente : Hélène Dumontet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmed Mébarki, Hélène Dumontet, Mohammed Hjiaj, Alain Millard, Olivier Dupont, Jean-Vivien Heck, Fékri Meftah
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Hjiaj, Alain Millard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Béton -- Détérioration

Modélisation tridimensionnelle

Construction -- Matériaux -- Essais de comportement au feu

Terres cuites

Briques

Murs en béton

Mots clés libres

Mur

Brique alvéolaire

Terre-cuite

Résistance au feu

Modélisation

Élément fini

Écaillage

Masonry

Hollow brick

Fire-clay

Fire resistance

Modelling

Finite element

Spalling

Résumé

La compréhension du comportement des structures en maçonneries exposées au feu et la prédiction de leur résistance au feu, sont des besoins majeurs, exprimes par les industriels de la terre cuite, à cause du manque d’études disponibles. L’objectif de ce travail est de construire des outils numériques qui sont capables de prédire le comportement et la tenue au feu des murs de briques alvéolaires en terre cuite, porteurs ou non porteurs, montes avec joints épais en mortier traditionnel ou avec joints minces en mortier colle. Pour cela, des investigations expérimentales à l’échelle de matériau et à l’échelle structurale sont menées permettant de comprendre les phénomènes thermo-hygro-mécaniques contrôlant la tenue au feu. Ces phénomènes majeurs sont par la suite pris en compte dans la construction de modèles de comportement, dont la mise en oeuvre numérique permet de disposer d’un outil de simulation de la tenue au feu des maçonneries. Pour le problème thermique, les trois modes de transferts : conduction, convection et rayonnement, avec l’ajustement de l’effet hydrique dans la capacité thermique, permettent de simuler la réponse thermo-hydrique dans la structure alvéolaire en terre cuite. Sur le plan mécanique, la tenue au feu des murs en maçonnerie est abordée du point de vue du risque d’écaillage. Cette rupture, localisée ou diffuse, des parois peut conduire à une perte d’étanchéité du mur ou à celle de son intégrité mécanique. Pour évaluer ce risque, une modélisation thermo-élastique tridimensionnelle est proposée avec la prise en compte de l’évolution des propriétés avec la température. Cette modélisation simplifiée est complétée à un critère d’écaillage de type détachement-voilement. En parallèle avec des calculs de validations, des études paramétriques sont menées afin d’identifier les influences des paramètres thermiques, mécaniques sur le comportement thermo-mécanique des murs

Understanding the behaviour of masonry structures exposed to fire and prediction of their fire resistance, are nowadays one of the major needs, expressed by manufacturers of fire-clay, because of the lack of available studies. The objective of this work is to build numerical tools that are able to predict the behaviour and resistance to fire of walls made with hollow fire-clay brick. The walls may be loadbearing or unloadbearing, joined with thick traditional mortar or thin adhesive mortar. For this purpose, experimental investigations at material scale and structural scale are carried out to understand the thermo-hygro-mechanical phenomena controlling the fire resistance rate. These major phenomena are then taken into account for the construction of behaviour models, which allow to dispose a tool of simulation of fire behaviour of masonry. For the thermal problem, the three transfer modes : conduction, convection and radiation, with the adjustment of the water effect in the heat capacity, can simulate the thermo-hygric response of alveolar structure in the fire-clay. On the mechanical problem, the fire resistance of masonry walls is approached from the point of view of the risk of spalling. This rupture, local or diffuse, of the brick partitions can lead to a loss of integrity or of loadbearing capacity. To evaluate this risk, a three-dimensional thermoelastic modeling is proposed with the taking into account of the evolution of the properties with the temperature. This simplified modeling is completed with a criterion of spalling of type detachment-buckling. In parallel with the validated calculations, parametrical studies are conducted to identify the influence of thermal, mechanical on the thermo-mechanical behaviour of the walls