Le comportement d’interface sol-structure : aspects expérimentaux et numériques

Basic features of soil-structure inferface behaviour

Maître de Conférences à l’Université Joseph-Fourier de GrenobleChercheur à l’institut de Mécanique de Grenoble. UMR 101 Domaine Universitaire. BP 53 X, 38041 Grenoble Cedex, France

Résumé

L’auteur présente tout d'abord quelques données concernant le frottement latéral le long des pieux ancrés dans le sable pour ensuite examiner l'essai élémentaire correspondant (un test de cisaillement direct entre sol granulaire et matériau de construction). L'influence des conditions initiales et le chemin imposé sont mis en évidence.

Le comportement correspondant est décrit grâce à un modèle d'interface utilisant les concepts de dépendance directionnelle et d'interpolation rhéologique ; dans cette approche, les chemins de base sont des essais de cisaillement direct à contrainte normale constante, à volume constant, ainsi que des chemins pseudo-œdométriques. La loi incrémentale correspondante, entre contraintes de contact et déplacements relatifs, est intégrée numériquement le long de divers chemins et comparée à des essais de cisaillement direct à rigidité normale imposée. On montre que la contrainte de cisaillement maxima mobilisée est une fonction monotone de ce paramètre de rigidité.

Une application par la méthode des éléments finis, comparant les prédictions de divers modèles d'interface, dont le précédent, montre l'influence du paramètre principal qu'est le taux de dilatance.

Une évaluation simplifiée du frottement latéral mobilisé le long des pieux, ancrages, clous, est ensuite proposée en vue de l'utilisation dans la méthode des courbes (t-z). Une attention particulière est portée à la détermination de ces courbes, soit à partir d'essais spéciaux de cisaillement direct, soit à partir du modèle théorique d'interface.

Abstract

Firstly experimental data of friction along piles in sand are presented ; the corresponding element test (direct shear test between a granular soil and a rough construction material) is described, showing the effect of the initial conditions and of the prescribed path.

The phenomenon is described by a mathematical model of interface behaviour which employs the concepts of directional dependence and rheological interpolation. The element tests used in that approach are direct shear tests at constant normal stress, at constant volume, and (pseudo) oedometers. The resulting incremental relationship between contact stresses and relative dispacements is numerically integrated for several loading conditions and compared with direct shear experiments at prescribed normal stiffness. It is shown that the maximum mobilized shear stress during such a test can be considered as a mono- tonic function of this stiffness parameter.

A finite element application comparing the predictions of various interface constitutive equations (among them the previous one) shows the influence of the main parameter being the dilatancy rate.

A simplified evaluation of the mobilized friction shear along piles, anchors, nails, is then proposed for use in the so-called t-z curves method. Attention is focussed on the determination of these curves, either from special direct shear tests or from the theoretical interface model.