Sols grenus sous fortes contraintes

Granular soils under high stresses

Laboratoire de Mécanique des Solides (E.P., E.N.P.C., E. N.S.M.) associé au C.N.R.S., France

Résumé

Des problèmes géotechniques de plus en plus fréquents nécessitent une bonne compréhension du comportement mécanique des sols grenus sous fortes contraintes jusqu'à 50 MPa : battage des pieux, compactage dynamique, fondations profondes, explosions, chocs, puits et tunnels à grande profondeur, barrages de grande hauteur, etc.

L'approche expérimentale proposée est développée dans le cadre du concept de l'état caractéristique basé sur les mécanismes physiques de déformations irréversibles au cours du chargement :

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  serrage de la matrice solide (consolidation),

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  désenchevêtrement de la structure granulaire (dilatance),

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  rupture et/ou attrition des grains conduisant à un seuil de contrainte (p_B) appelé limite de comportement dilatant du matériau granulaire au-delà de laquelle la dilatance ne peut plus se manifester.

Les résultats expérimentaux obtenus sur plusieurs matériaux granulaires ont montré que l'angle de frottement interne caractéristique φ_c associé à une vitesse de dilatance nulle est un paramètre intrinsèque indépendant de la porosité initiale, de la contrainte moyenne et insensible aux modifications de la granularité au cours de l'essai.

Abstract

A thorough understanding of the mechanical behaviour of granular soils under high stresses (up to 50 MPa) is needed for solving increasingly frequent geotechnical problems such as pile driving, dynamic compaction, deep foundations, explosions, shocks, wells and tunnels at great depth, high dams, and so on...

The proposed experimental approach is developed within the framework of the concept of the characteristic state based on the physical mechanisms of irreversible deformations during loading :

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  tightening of the solid matrix (consolidation),

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  interlocking breakdown of the granular structure (dilatancy),

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  crushing and/or attrition of grains leading to a stress threshold p_B called limit of dilating behaviour of granular material beyond which dilatancy cannot occur.

Experimental results obtained with several granular materials showed that the characteristic internal friction angle φ_c associated with a zero dilatancy rate is an intrinsic parameter independent on the initial porosity, on the mean stress and insensitive to the modifications of grain'size distribution in the course of loading.