Caractérisation des sols par propagation d'ondes analyse critique de la technique des bender extender elements
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The research work deals with the analysis of the « bender-extender elements » technique, used worldwide for the identification of elastic properties in the very small strains domain ( < 10-5 to 10-6). This technique consists in propagating both compression (P) and shear waves (S) through a soil sample. The relevance of the standard interpretation method (called time analysis), which was assessed during an international round robin test, is first discussed. Then, alternative frequency analysis is presented and also criticized. This discussion is supported by an extensive experimental program in dry granular materials (glass beads, lead beads, Toyoura sand, Hostun sand). Both the time and frequency analysis present some subjectivity about the identification of the wave time-of-flight but leads to a similar solution provided that some precautions are taken into account. The frequency analysis highlights a specific evolution of the peak frequency of the output signals versus the applied stress. This evolution is put in parallel with the evolution of the wave velocities. Considering many approaches, we show that the output signals result from the dynamic behaviour of the piezo-ceramics sensors embedded into a constrained soil. Finally, the study is extended to the case of saturated soils and partially saturated soils
Abstract FR:
Ce travail de recherche porte sur l’analyse de la technique des « bender-extender elements », utilisée pour déterminer les propriétés mécaniques des sols dans le domaine des très petites déformations ( < 10-5 - 10-6). Cette technique est basée sur la propagation d’ondes de cisaillement (S) et de compression (P) dans des échantillons de sols. On discute tout d’abord de la pertinence de la méthode d’interprétation standard (méthode dite temporelle), évaluée au cours de la participation à un test comparatif international. On présente ensuite, et on les critique, les méthodes d’interprétation basées sur l’analyse fréquentielle des signaux. Cette critique est supportée par une étude expérimentale dans des milieux granulaires secs (billes de verre, billes de plomb, sable de Toyoura, sable d’Hostun). On montre que ces deux méthodes présentent un caractère subjectif pour l’identification du temps de vol des ondes mais convergent lorsque certaines précautions sont considérées. L’analyse fréquentielle a permis de mettre en évidence une évolution particulière de la fréquence centrale des signaux reçus en fonction de la contrainte appliquée. Cette évolution des fréquences est rapprochée de l’évolution des vitesses de propagation des ondes. Une explication à cette évolution particulière est proposée : les signaux reçus témoignent du comportement dynamique des capteurs piézo-électriques contraints par le sol environnant. Enfin, les travaux sont étendus au cas des milieux granulaires saturés ou partiellement saturés