Comportement instantané et différé des sables des petites aux moyennes déformations : expérimentation et modélisation

Instantaneous and delayed behaviour of sands from small up to medium strains

• Auteur / Autrice : Damien Pham Van Bang
• Direction : Hervé Di Benedetto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anisotropie

Viscosité

Sable

Rhéologie

Milieux granulaires

Résumé

Un nouvel appareil triaxial a spécialement été développé à l'ENTPE pour étudier l'influence du temps et de la vitesse de la déformation sur le comportement du sable d'Hostun sec. Le prototype expérimental offre la possibilité d'appliquer des chargements, contrôlés en contrainte et en déformation à différentes vitesses. Des transducteurs piézoélectriques sont situés sur ses embases pour émettre et recevoir des ondes en compression et en cisaillement. Les déformations axiales et radiales sont obtenues à partir d'un système local de mesure utilisant des capteurs sans contacts et de hautes précisions pour les déplacements. Le comportement des sables est étudié dans le domaine des petites (quelques 10-6 m/m) jusqu'aux grandes déformations (quelques 10-2 m/m). La procédure expérimentale comporte, d'une part, des investigations en petites déformations pour caractériser le comportement instantané, quasi élastique, des sables. Les modules d'Young dans la direction verticale sont déterminés en utilisant deux méthodes. L'une est quasi statique par application de cycles de petites amplitudes de déformations (de quelques 10-5 m/m). L'autre, est dynamique, et repose sur une analyse inverse à partir des vitesses de propagations d'ondes en compression et en cisaillement. Une bonne concordance entre les deux méthodes est observée. Une modélisation de type hypoélastique est utilisée pour les simulations. La campagne expérimentale comprend d'autre part, des essais avec des fluages, des relaxations et des changements de vitesse de déformation pour mettre en évidence le comportement différé des sables. Lors des changements de vitesse de déformation, un aspect particulier du comportement visqueux des sables est observé. Il est décrit par le modèle visqueux évanescent développé au laboratoire. Des simulations pour les fluages, les relaxations et les changements de vitesse sont proposées.

A new triaxial apparatus was developed at ENTPE especially for investigating time and strain rate effects on the behaviour of dry Hostun sand. For this purpose, the test device allows stress and strain controlled tests at different strain rates. Piezoelectric sensors are placed in the platens and used for wave’s propagation tests in compressive and in shear mode. The axial and radial strain measurements are obtained locally by the means of non contact transducers. The behaviour of sand can be studied from very small (some 10-6 m/m) up to large strain domain (some 10-2 m/m). The experimental procedure investigates first the behaviour of sand in the small strain domain which is quasi elastic and non viscous (instantaneous). The determination of the vertical Young modulus is obtained by the use of two methods. One is static by applying cycles at very small strain amplitude (of some 10-5 m/m). The other is dynamic and based on inverse analysis of waves received and emitted by the piezoelectric elements. A good agreement is observed between dynamic and quasi static methods results. A model which is hypoelastic type is presented and used for simulations. The testing program includes also creeps, relaxations tests and tests with stepwise changes in the strain rates to highlight the viscous (or delayed) behaviour of sand. Tests with stepwise changes in the strain rate reveal a specific aspect for sand. This is particularly described by the viscous evanescent model developed in the laboratory. Simulations for creeps, relaxations and stepwise changes in the rate are proposed.