Contribution à l'étude du comportement THM des sols partiellement saturés : aspects expérimentaux et modélisation

par Matthieu Dumont

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Abdelghani Saouab.

Soutenue en 2011

à Le Havre .

mots clés

• Comportement THM
• Comportement thermohydromécanique
• Loi constitutive
• Contrainte capillaire
• Kaolinite P300
• Bentonite du Wyoming
• Sols -- Saturation en eau
• Kaolin
• Bentonite

Résumé

Ce travail de recherche vise à améliorer les connaissances et à mieux cerner le comportement thermo-hydro-mécanique des sols fins. Un volet théorique présente un modèle simple de loi de comportement thermohydromécanique (THM). Le concept de contraintes effectives est élargi aux sols non saturés, avec l’introduction d’une contrainte capillaire. Cette contrainte capillaire est basée sur un modèle micro-structural et calculée à partir de forces d’attraction dues aux ménisques d’eau. Le phénomène d’écrouissage dû à la désaturation du matériau et à l’effet thermique sont modélisés avec un nombre réduit de paramètres des matériaux et basé sur des modèles existants. Le comportement THM est qualitativement et quantitativement modélisé en utilisant les données expérimentales, incluant les chemins de drainage sous contrainte mécanique, avec passage entre les états saturé et non saturé, les chemins de chauffe sous une succion constante, et un chemin déviatorique avec succion et une température imposées. Le volet instrumental et expérimental présente le développement d’un oedometre permettant de réaliser des essais à température et succion imposée. Des chargements THM ont été réalisés sur de la kaolinite P300 et de la bentonite du Wyoming.

Titre traduit

Contribution to the study of the THM behavior of partially saturated soils : experiments and modeling

Résumé

This research work aims to improve knowledge and to better understand the thermohydromechanical behaviour of fine soils. A theorical aspect describes a simple thermohydromechanical (THM) constitutive model for unsaturated soils. The effective stress concept is extended to unsaturated soils with the introduction of a capillary stress. This capillary stress is based on a microstructural model and caculated from attraction forces due to water menisci. The effect of desaturation and the thermal softening phenomenon are modelled with a minimal number of material parameters and based on existing models. THM process is qualitatively and quantitatively modelled by using experimental data and previous work to show the application of the model, including a drying path under mechanical stress with transition between saturated and unsaturated states, a heating path under constant suction and a deviatoric path with imposed suction and temperature. The instrumental and experimental aspect presents a modified oedometer cell to test soils under controlled temperatures and suctions. THM loadings tests have been investigated for two materials: kaolin P300 and Wyoming bentonite.