Contribution to experimental and numerical studies of a silt tensile behavior: Distinct elements Approach
Contribution à l'étude expérimentale et numérique du comportement d'un limon sollicité en traction : Approche par éléments discrets
Résumé
The study of the tensile strength behaviour of a clay soil constitutes a new field investigation. It is generally accepted in geotechnical engineering that soil exhibit no or negligible tensile strength. However, there is significant evidence that interparticle forces arising capillary is an origin of a significant tensile strength particularly for a fine and clayey soils. The experimental difficulties related to the tensile parameters determination remain. At the same time, the classical extrapolation of the indirect tensile tests, such Brazilian test and bending test, used usually in rock mechanics and for concrete, remain largely uncertain. One of these aspects is the difficulty to interpret the results from the different tests.The main purpose of this research was to experimentally examine the results via several Brazilian tests and bending tests and to use as numerical support the Distinct Element Method (DEM). This approach was accomplished by conducting several tests on the silt clay which was provided from Nabeul City. In fact the site was previously intended for a protection liner of a landfill. The major conclusions obtained from this research include experimental and numerical results, tended to improve that the split tensile test can not give the uniaxial tensile strength, even if we guarantee the in-center crack initiation by double flats diametrically opposite. However, the bending test can give a good prediction of the uniaxial tensile strength, especially using the analytical differential model. In fact, it seems that this model which is not based on a preferred behavior law assumption, leads to the same numerical stress diagram in tension zone.
L'étude du comportement des sols fins sollicités en traction a suscité l'intérêt des chercheurs et des ingénieurs pour de nombreuses applications depuis plus d'un demi siècle. Cependant, elle est restée sans issues claires, notamment pour l'identification du comportement des sols en traction pour des états de saturations différentes. La complexité est essentiellement d'origine expérimentale. Cette question est de nouveau posée. Des contributions récentes, assez prometteuses, permettent d'apporter un éclairage nouveau sur ces aspects. Ce travail de recherches s'intègre donc dans cette voie, où l'on cherche à apporter des éléments de réponse quant à la faisabilité et à l'interprétation d'un certain nombre d'essais de laboratoire de traction directe ou indirecte.En se focalisant sur la détermination de la résistance à la traction d'un sol fin à un état de saturation donné, on a réalisé des essais au laboratoire sur un limon (assimilé à un matériau fin), se trouvant sur un site choisi initialement pour héberger un centre de stockage des déchets solides ménagers. La problématique relative à ce type d'application, est liée au fait qu'un tel sol (le limon) est utilisé majoritairement pour la construction de la couche de couverture, et qu'il risque donc d'être fortement sollicité en traction par flexion quand les déchets subissent des tassements. Dans ce but, l'étude expérimentale a été orientée vers des essais de traction indirecte à savoir l'essai de fendage et l'essai de flexion.La complexité d'une telle étude réside, d'une part, dans l'interprétation qu'on peut en faire et, d'autre part, dans le couplage des effets de plusieurs paramètres (liés à la préparation de l'échantillon, les conditions initiales de saturation et de densité des échantillons, les dimensions des éprouvettes, les conditions aux limites associées à ces essais).En faisant une étude paramétrique et une analyse fine de la réponse de ce matériau, via une méthodologie numérique qui nous semble bien appropriée (méthode des éléments distincts, DEM), nous avons apporté des éléments de réponse aux interprétations des essais de traction indirecte. L'approche DEM est appliquée selon une démarche de calibrage des paramètres sur la base des essais de cisaillement au triaxial. On montre que l'essai de fendage ne pourrait pas fournir la résistance à la traction uniaxiale (valeur de référence obtenue numériquement par la DEM par un essai de traction directe) même si l'initiation de la fissure apparaissait au centre. Une telle condition n'est satisfaite que pour un aplatissement de l'éprouvette cylindrique d'un angle au centre de la section par rapport à la génératrice variant de 10° à 12°.D'un autre côté, l'essai de flexion interprété selon le modèle différentiel semble donner une bonne estimation de la résistance à la traction uniaxiale.Dans ce travail de recherches, bien que la démarche numérique par éléments distincts semble dépendre des essais de laboratoire nécessaires au calage, sa potentialité demeure très importante puisque, non seulement elle offre l'opportunité de simuler des essais complexes de laboratoire, mais aussi elle permet d'avoir des outils d'interprétation fiables.
Domaines
Sciences de l'ingénieur [physics]
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