Modélisation discrète du comportement cyclique des matériaux granulaires

Discrete modelling of the cyclic behaviour of granular materials

• Auteur / Autrice : Yuhanis Yunus
• Direction : Bernard Cambou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Simulation par ordinateur

Mots clés libres

Essais cycliques

Variables locales

Résumé

Les matériaux granulaires présentent un comportement complexe lié essentiellement à leur nature discrète. L’évolution du comportement des matériaux granulaires à l’échelle globale est ainsi liée à l’évolution de variables à l’échelle locale et principalement l’échelle du contact. Ce travail s’articule selon deux axes : d’une part, la compréhension de la propriété macroscopique et microscopique du matériau granulaire et d’autre part, l’étude de l’évolution de variables comme l’indice des vides, l’angle de frottement, ou l’anisotropie. La méthode utilisée consiste à réaliser des simulations numériques discrètes sur un ensemble de particules sphériques pour des densités variées : lâche, mi dense et dense. Différents chemins de sollicitation cyclique sont analysés : monotone, cyclique alterné ou semi alterné drainé, chemin drainé ou à volume constant pour différentes contraintes de confinement. Pour chacune des simulations, les variables locales et les variables moyennes à l’échelle de l’échantillon sont analysées. Dans les simulations réalisées, les propriétés obtenues à certains états repères ne semblent pas dépendrent de la contrainte de confinement. Par contre, l’angle de frottement au pic augmente avec la densité. De même, l’angle de frottement à l’état caractéristique semble être très significativement dépendant de l’histoire du chargement et diminue avec la densité. La variation de l’indice des vides dans la phase de contractante dépend de l’état initial, en particulier son anisotropie. La valeur de l’indice des vides à l’état critique à partir de l’essai monotone en compression est plus faible que la valeur de l’indice des vides critique de l’essai monotone en extension. Les points (e, ln(p’)) à l’état critique ne s’articulent pas précisément autour d’une droite, mais appartiennent à en fuseau Δe=0. 02 conforme aux résultats expérimentaux. Par la suite, les variables pilotant le modèle phénoménologique CJS3 ont été analysées au travers de l’évolution de la structure interne du matériau. Notamment, nous avons pu identifier l’évolution de la surface pseudo élastique (de charge) du mécanisme déviatoire lors des essais cycliques. Nous avons montré que si l’on dispose d’une bonne mesure de la structure interne il est alors possible de proposer des modèles à la fois simples et beaucoup plus réalistes. Un effort doit être cependant entrepris pour mieux relier l’évolution des variables internes du milieu difficilement mesurables (telles que l’anisotropie) avec des variables globales plus faciles à quantifier et donc à introduire dans un modèle phénoménologique.