Comportement expérimental statique et dynamique des sables et modélisation "élasto-visco-plastique" anisotrope en petites et moyennes déformations

par Alan Ezaoui

Thèse de doctorat en Génie civil. Mécanique des sols

Sous la direction de Hervé Di Benedetto.

Soutenue en 2008

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Une étude sur sable d’Hostun S28 sec et saturé a été menée en petites et moyennes déformations sur un appareil triaxial de précision développé à l’ENTPE. Ce prototype expérimental permet d’appliquer de nombreux types de chargements sur un échantillon cylindrique de sable, confiné sous une pression d’air contrôlée. Des chargements quasi-statiques peuvent être appliqués sur l’echantillon, contrôlés en force et en déplacement à partir des capteurs internes de la cellule. La mesure des déformations est assurée par un système de mesures locales, disposé sur la partie centrale de l’échantillon. Des capteurs sans-contact de grande précision permettent d’étudier le comportement du matériau dans le domaine des petites déformations (quelques 10-6 m/m) jusqu’au domaine des moyennes et grandes déformations (quelques 10-2 m/m). En outre, des sollicitations dynamiques par propagation d’ondes radiales et axiales, sont effectuées au sein du spécimen à partir d’un ensemble de capteurs piézoélectriques. La procédure expérimentale adoptée comporte des essais de compression et d’extension triaxiale en milieu sec et saturé au cours desquels, des périodes de fluages, des périodes de relaxations, des changements rapides de la vitesse de sollicitation, des sollicitations cycliques de très faibles amplitudes et dynamiques par propagation d’ondes, sont appliqués à différents états de contrainte. A partir de ces sollicitations cycliques statiques de très faibles amplitudes et des propagations d’ondes, le tenseur rhéologique quasi-élastique reliant les incréments de contrainte et de déformation, sous hypothèse d’isotropie transverse du milieu, a pu être complètement déterminé et ce pour différents états de contrainte-déformation au cours des chargements suivis. Les évolutions expérimentales de ce tenseur ont pu permettre d’illustrer divers propriétés relatives aux paramètres quasi-élastiques du matériau. Enfin, dans le domaine des moyennes déformations, quelques propriétés de plasticité (irréversibilité des déformations, phénomènes d’écrouissage isotrope et cinématique, sensibilité vis à vis de l’histoire du chargement) ont pu être mises en évidence au cours de grands chargements cycliques, et complètent certains aspects relevés dans la littérature. Une analyse des phénomènes visqueux est également menée à partir des périodes de fluages, de relaxation et des changements rapides de la vitesse de sollicitation. La modélisation proposée se fonde sur un formalisme analogique à trois composantes permettant de traduire l’interdépendance des comportements élastique, plastique et visqueux du matériau. La composante élastique est développée à partir du modèle hypoélastique DBGS. Une amélioration de ce modèle, modèle DBGSP, est proposée et permet de traduire l’anisotropie matérielle initiale et celle induite par l’état de contrainte-déformation. Les résultats obtenus sur sables d’Hostun et sur grave routière sont probants. La composante plastique repose sur le formalisme des matériaux standards non-généralisés. Une approche nouvelle est proposée pour l’écrouissage cinématique à partir d’une généralisation de la loi de Masing. Enfin, un modèle visqueux nommé Visqueux Evanescent (VE), permet de traduire les phénomènes visqueux particuliers observés dans le cas des sables. La modélisation proposée permet de simuler l’ensemble des phénomènes visqueux observés expérimentalement lors de premières charges: fluage, relaxation et sauts de contrainte suite à un changement rapide de la vitesse de déformation.

  • Titre traduit

    = Static and dynamic experimental behaviour of sand and anisotropic "elasto-viscoplastic" modelling for small and middle strain


  • Résumé

    A study on sand Hostun S28 dry and saturated was conducted in small and medium deformations on a triaxial apparatus developed precisely to ENTPE. This experimental prototype can apply many types of loads on a cylindrical sample of sand, confined in a controlled air pressure. Of quasi-static loads can be applied to the sample, controlled strength and movement from the internal sensors of the cell. The extent of deformation is ensured by a system of local, arranged on the central part of the sample. Sensors without contact with high accuracy are used to study the behaviour of the material in the field of small deformations (a few 10-6 m / m) to the field of medium and large strains (some 10-2 m / m). In addition, solicitations dynamic propagation of radial and axial waves are made in the specimen from a set of piezoelectric sensors. The experimental procedure consists of tests of compression and extension triaxial in dry and saturated during which, periods of creep, relaxation periods, the rapid change in speed of solicitation, solicitation cyclical low amplitudes and dynamic wave propagation, are applied to various states of duress.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVII-307 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 263-274

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3342)
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