Comportement des sables et des mélanges sable / argile sous sollicitations statiques et dynamiques avec et sans "rotations d'axes"
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The behaviour of sands and mixtures of sand/clay are investigated by the means of the prototype “T4C StaDy” developped at DGCB/ENTPE, which is an innovative torsion/compression device. Independent static and dynamic loadings can be applied to a hollow cylinder specimen and the effects of induced anisotropy, sudden or continous rotation of stress principle axes, investigated under three-dimensional stress paths. Dynamic loadings are carried out thanks to piezo-electric transducers. The measurable strain range covers very small strains (several 10-6m/m) to large strains (several 10-2m/m) with an innovative local measurement system. A comprehensive series of triaxial compression tests and torsional shear tests (from an anisotropic initial stress state) were performed including creep, small cyclic and dynamics loadings. Eight terms of the compliance tensor linking strain and stress increments can be determined under small cyclic loadings. Several properties of this tensor are reported. Inverse analysis of dynamic measurements gives also several terms of the compliance tensor. Isotropic elasticity and transverse isotropic elasticity are considered. Static and dynamic measurements show a good agreement all the more since transverse isotropic elasticity is assumed in dynamic analysis. The viscous behavior of the materials can be characterized thanks to creep strains. The proposed modelling is based on a three-component model. Small strain (non viscous) behaviour and viscous behaviour are respectively simulated by the first and the third component. Experimental static, dynamic and creep results are well predicted by the model. The first component is incorporated into field wave propagation equations (cross-hole tests on a nuclear plant site) and allow to determine overall soils and soils skeletons elastic properties under isotropic and anisotropic assumptions. Results enlighten the importance of considering anisotropic soils behaviour.
Abstract FR:
Le comportement des sables et des mélanges sable/argile est étudié à partir du prototype " T4C StaDy " développé au DGCB/ENTPE, qui est un appareil innovant de Torsion Compression Confinement sur Cylindre Creux permettant d'appliquer des sollicitations statiques et dynamiques. Les sollicitations statiques indépendantes de compression/extension, de torsion et de confinement autorisent l'accès à un chemin de contrainte tri-dimensionnel et permet l'analyse de l'anisotropie induite par l'état de contrainte et la rotation des axes principaux. Les sollicitations dynamiques sont générées par un dispositif de propagation d'ondes ultrasonores comprenant des capteurs piézo-électriques. Le système innovant de mesure locale des déplacements permet l'analyse du comportement pour des déformations de quelques 10-6m/m jusqu'à la rupture (quelques 10-2m/m). La procédure expérimentale comporte des essais de compression " triaxiale " et des essais de torsion pure à partir d'un état anisotrope de contrainte, au cours desquels des périodes de fluages, des sollicitations cycliques de faible amplitude et des sollicitations dynamiques sont appliquées à différents états de contrainte. Huit termes du tenseur rhéologique reliant incrément de contrainte et incrément de déformation sont accessibles au travers des sollicitations cycliques de faible amplitude. Des propriétés diverses de ce tenseur sont établies à partir des résultats expérimentaux. Certains termes de ce tenseur sont disponibles à partir des sollicitations dynamiques et d'une analyse inverse. Des hypothèses de comportement élastique isotrope et élastique isotrope transverse (orthotrope de révolution) sont considérées. Une bonne concordance entre ces deux méthodes (statiques et dynamiques) est observée d'autant plus si l'hypothèse anisotrope est considérée. Les déformations de fluage mesurées caractérisent le comportement visqueux de ces matériaux. La modélisation proposée se fonde sur un formalisme tri-composante. Le comportement en petites déformations (non visqueux) et le comportement visqueux sont traités respectivement par la première et la troisième composante. Les simulations retranscrivent fidèlement les résultats expérimentaux statiques, dynamiques et de fluage. L'application de la première composante à des essais dynamiques in situ (de type cross-hole) est traitée sur un site de construction d'une centrale nucléaire. Les approches isotrope et anisotrope proposées permettent de déterminer les paramètres de comportement des sols en place (saturés) et de leur squelette granulaire, illustrant l'importance de considérer le caractère anisotrope du comportement des sols.