Contribution à l’étude du comportement différé des géomatériaux avec prise en compte des conditions thermo-hydriques

par Hugo Troupel

Thèse de doctorat en Géotechnique

Sous la direction de Jean-Michel Pereira.

Soutenue le 15-12-2017

à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de navier (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Cosenza.

Le jury était composé de Jean-Michel Pereira, Matthieu Vandamme, Olivier Cuisinier.

Les rapporteurs étaient Béatrice Baudet, Henry Kwai-Kwan Wong.


  • Résumé

    La compréhension des phénomènes différés affectant le comportement mécanique des géomatériaux est essentielle pour permettre un dimensionnement plus juste des ouvrages. C'est pourquoi nous avons étudié le lien entre les différents essais permettant de caractériser les effets du temps ou de la vitesse sur le comportement mécanique des géomatériaux. Dans un premier temps, nous nous sommes attachés à caractériser l'influence du mode de sollicitation sur l'état de contrainte d'une argile en condition oedométrique. Nous avons réalisé différents types d'essais sur une argile saturée drainée : des essais à vitesse de déformation contrôlée, des essais de fluage et des essais de relaxation. D'après notre étude, il apparaît que l'état de contrainte axial et radial ne dépend pas de la vitesse de consolidation imposée, et cela, sur une large gamme de vitesses. Le chemin de contrainte en condition oedométrique est donc, au regard de nos résultats expérimentaux, à la fois une propriété de nature de l'argile et une propriété d'état du matériau. Pour étudier l'influence des facteurs environnementaux que sont la température et l'humidité relative sur le comportement mécanique de géomatériaux, nous avons développé un dispositif expérimental original permettant de contrôler la contrainte axiale, la température et l'humidité relative de l'éprouvette en condition oedométrique. Le dispositif a été testé sur un sable et sur un béton cellulaire en condition isotherme. Concernant le sable, une série d'essais oedométriques par paliers de chargement a montré que les indices de compression et de gonflement du sable ne semblent pas affectés par la température et l'humidité relative. Cependant, la température modifie le comportement hydro-mécanique du sable. En effet, à 25 °C, le chemin de contrainte et ainsi le coefficient des terres aux repos ne dépendent pas de l'humidité relative, alors qu'à 41 °C, le coefficient des terres aux repos diminue avec l'augmentation de l'humidité relative. Concernant le béton cellulaire, nous avons été contraints à travailler en condition uniaxiale, il a été montré que l'indice de compression augmente avec l'humidité relative et cela quel que soit le niveau de contrainte appliqué. Enfin, une modélisation élasto/visco-plastique a été mise en place pour rendre compte des effets de vitesse sur le comportement mécanique saturé d'un géomatériau. Après avoir discuté du rôle de chaque paramètre, nous avons identifié les paramètres permettant de reproduire l'allure des essais expérimentaux. De plus, après avoir calibré le modèle à l'aide de deux essais CRS, nous avons prédit un essai CRS à une autre vitesse de manière probante

  • Titre traduit

    Contribution to the study of the time-dependent behavior of geomaterials taking into account the thermo-hydric conditions


  • Résumé

    A better understanding of deferred phenomena affecting geomaterials behaviour is essential to allow a more efficient design of structures. We studied the link between tests used to characterize deferred effects on the mechanical behavior of geomaterials. First, we focused on the influence of the stress load on the stress path of clay in oedometric condition. We carried out different types of tests on saturated drained clay: strain rate tests, creep tests and relaxation tests. Our study shows that the state of axial and radial stresses and thus the earth coefficient at rest do not depend on the strain rate imposed over a wide range of strain rates. The stress path in oedometric condition is therefore, with regard to our experimental results, both a characteristic of the clay and a property of the state of the sample. To study the influence of environmental factors such as temperature and relative humidity on the mechanical behavior of geomaterials, we developed an original experimental device to control the axial stress, temperature and relative humidity of the specimen in oedometric condition. The device was tested on sand and on cellular concrete i isothermal condition. Regarding the sand, a series of oedometer tests by loading steps showed that the index of compression and the index of swelling of the sand does not seem affected by temperature and relative humidity. However, the temperature modifies the hydro-mechanical behavior of the sand. Indeed, at 25 °C, the stress path and thus the earth coefficient at rest of soil does not depend on relative humidity, whereas at 41 °C, the earth coefficient at rest decreases with an increase in relative humidity. Concerning cellular concrete, we have been forced to work in uniaxial condition, it has been shown that the compression index increases with relative humidity regardless of the level of stress applied.Finally, an elasto/visco-plastic model has been implemented to account for time effects on the mechanical behavior of a saturated geomaterial. After discussing the role of each parameter, we have identified parameters to reproduce results of the experimental tests. In addition, after calibrating the model using two CRS tests, we predicted a CRS test at another strain rate in a convincing manner


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