Influence de la forme des particules sur la structure des empilements granulaires denses

Influence of the shape of particles on the structure of dense granular packings

• Auteur / Autrice : Jean-François Camenen
• Direction : Yannick Descantes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Compactage

Granulats

Mots clés libres

Polydispersité

Résumé

La maîtrise de la compacité de l'empilement granulaire est essentielle pour la plupart des matériaux du génie civil car elle contrôle dans une large mesure leur résistance aux déformations permanentes. La compacité dépend à la fois des modalités de compactage et des caractéristiques des particules de granulats constituant l'empilement granulaire. Généralement, la compacité souhaitée est atteinte en ajustant les caractéristiques géométriques des granulats, par une approche le plus souvent empirique. Afin de rationaliser cette approche, l'influence des principales caractéristiques géométriques de granulats de taille macroscopique sur la structure d'empilements granulaires secs désordonnés, sans liant et sans frottement a été étudiée en simulant numériquement le compactage en 3D de ces empilements à l'aide du code de dynamique des contacts LMGC90(R). Une première série de simulations numériques réalisées avec des empilements monodisperses de sphères et de pinacoïdes a permis de définir le volume élémentaire représentatif pour atteindre la compacité maximale caractéristique de chaque empilement désordonné. Une secoonde série de simulations a mis en évidence l'influence de la polydispersité des particules, de leur angularité, de la présence des particules plates, des la présence de particules longues ou longues et plates sur la structure de l'empilement. Enfin, il est apparu que la présence de parois pouvait localement engendrer une cristallisation, ou au contraire, un desserrement de l'empilement, tout en perturbant la compacité moyenne. La prise en compte du frottement inter particules constitue une perspective clé, tout comme l'étude de formes de particules plus complexes.

The control of the density of granular packings is essential for the most part of materials of the civil engineering because it controls their resistance in the permanent deformations. The density depends on modalities of compaction and on characteristics of the particles of aggregates constituting the pile of particles. Generally, the whished dansity is reached by adjusting the geometrical characteristics of aggregates by a mostly empirical approach. To rationalized this approach, the influence of the main geometrical characteristics aggregates of macroscopic size on the structure of dry and muddled packings, without binder and without friction was studied by numerical simulation of the compaction of these piles by means of the code of dynamics of the contacts LMGC90(R). First simulations was realized with monodisperses piles of spheres and pinacoïdes allowed to define the representative elementary volume to reach the characteristic maximal density of every muddled poile. A second series of simulations brought to light the inflence of the different size of particles, their edges, the fatness of the particles, presence of long or long and flat particles on the structure of the pile. Finally, it seemed that the presence of walls could locally engender crystallization or the contrary, a relaxion of the pile, while perturbing he average density. The consideration of the friction inter particles constitutes a key perspective, quite as the study of forms of more complex particles.