Caractérisation exprérimentale de l'érosion de volume de matériaux pulvérulents

Experimental characterisation of internal erosion in cohesionless matters

• Auteur / Autrice : Yacine Sail
• Direction : Pierre-Yves Hicher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux granulaires

Hydraulique

Sols -- Érosion

Mots clés libres

Suffusion

Résumé

L’érosion interne est l’un des mécanismes majeurs d’instabilité d’ouvrages hydrauliques en terre. L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension et de caractériser les phénomènes mis en jeu lors de l’érosion de volume des sols, notamment en ce qui concerne leur développement et leur incidence sur le comportement mécanique du matériau. Pour atteindre cet objectif, un oedo-perméamètre de grande dimension a été développé, permettant le suivi dans le temps: des variations locales de densité et de pression interstitielle, de la masse érodée, du débit injecté, et du tassement de l'échantillon. Nous avons ensuite réalisé une campagne d’essais paramétriques sur des mélanges de billes de verre. Cette campagne a permis de valider le montage expérimental et les mesures réalisées en s’assurant du recoupement de ces dernières. Les processus d’initiation et de développement de l’érosion de volume ont été identifiés sur des échantillons à granulométrie discontinue contenant 40% et 20% de fines. Différentes interprétations basées sur le gradient hydraulique, la vitesse d’écoulement, la contrainte de cisaillement, et la puissance d’érosion ont été étudiées. La sensibilité et/ou l'invariance de chacune de ces approches vis-à-vis de la longueur de l'échantillon, du pourcentage de fines, de la contrainte axiale et de l’historique de chargement sont discutées. Le tassement induit de l'échantillon est également étudié en relation avec le volume de particules érodées, et les variations locales de densité. Enfin, des essais ont été effectués sur un sol provenant d’une digue du Rhin, au cours desquels on montre l'importance du mode de réalisation des échantillons

Internal erosion is one of the major instability mechanisms in hydraulic earth structures. This work aims to improve the understanding and to characterize the phenomena involved during the internal erosion of soils. In particular we focus on the development of such phenomena and their impact on the mechanical behaviour of soil. To achieve this objective, a large oedo-permeameter device was developed allowing the monitoring of the local variations in density and interstitial pressure, the eroded mass, the injected flow and the axial deformation of sample. Parametric tests were performed on mixtures of glass beads. Firstly, the experimental device and measurements have been validated by ensuring the cross checking of these latter. Then initiation and development processes of internal erosion were identified for gap-graded samples containing 40% and 20% of fines. Different interpretations based on hydraulic gradient, flow velocity, shear stress and erosion power were studied. Sensitivity and/or invariance of each approach are discussed with respect to the sample length, the percentage of fines, the axial stress and the loading history. The induced settlement of sample is also studied in relation to the eroded particle volume, and local variations in density. Finally, the importance of the way of building samples was showed thanks to tests conducted with a soil from dikes of Rhine.