Un modèle rhéologique pour les argiles gonflantes

A constitutive model for expansive clays

¹ 1. Euro-Geomat Consulting, 51, route d'OIivet, Orléans 45100 France. Tél. (33) 38. 66.22.20 Fax (33) 38.66.24.70 2. Centre de Recherche sur la Matière Divisée, Groupe Géomatériaux Université d'Orléans. CNRS, rue Léonard De Vinci, Orléans 45072, France Tél. (33)38.41.73.30 Fax (33) 38.41.70.63, France
² Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA), route du Panorama Robert Schuman, BP 38, Fontenay-aux-Roses 92266, France. Tél. (33-16-1)41.17.8178 Fax (33-16-1) 41. 17. 84.08, France

Résumé

Après avoir rappelé les mécanismes physico-chimiques d< déformation des argiles saturées à l'échelle de la microstructure en condition isotherme, nous proposons un modèle élasto-plastique pour les argiles gonflantes. La formulation considère que pour les états de contrainte normalement consolidés, les déformations irréversibles proviennent essentiellement de la déformation des macro porosités, et sont traduites par la plasticité associative. En revanche pour les états de contrainte surconsolidés, des contraintes internes de répulsion non équilibrées prennent naissance au niveau des micro-porosités et provoquent la dilatance irréversible des macro-porosités. Le gonflement macroscopique induit par ce dernier mécanisme est formulé par un deuxième mécanisme plastique à écrouissage combiné, isotrope et cinématique. Le modèle rhéologique est formulé dans le cadre de la plasticité à écrouissage mécanique positif pour les états de contrainte normalement consolidés et à écrouissage « physico-chimique » pour les états de contrainte surconsolidés. Le modèle permet de représenter les caractéristiques fondamentales du comportement des argiles gonflantes saturées notamment l'existence d'une boucle d'hystérésis très marquée sur des chemins œdométriques cycliques et la présence d'une déformation volumique de contractance sur les chemins triaxiaux pour une argile gonflante surconsolidée. Le modèle comporte huit paramètres rhéologiques qui sont obtenus aisément i partir d'essais œdométriques et triaxaux. Enfin l'article présente des simulations sur différents chemins de sollicitation cycliques et les compare aux résultats expérimentaux réalisés sur l'argile de Boom. On constate que la prédiction du calcul est assez proche des résultats expérimentaux, ce qui confirme la possibilité de reproduire les caractéristiques les plus importantes du comportement des argiles gonflantes.

Abstract

After remembering the physico-chemical mechanism of saturated clay in isothermal conditions, we propose an elasto-plastic model for expansive clays. The formulation considers in normally consolidated states, an irreversible strain of microstructure due to macro-pores compaction. The irreversible macroscopic strains result from the deformation of microstructures are described with associative plastic law. In the overconsolidated states, the repulsive stresses provoke an irreversible dilatancy of macro-pores. The macroscopic swelling of the last phenomenon is formulated by the second plastic mechanism with the combined isotropic and kinematics hardening. The rheological model schematises the normally consolidated states by mechanical hardening and the overconsolidated states by « physico-chemical » hardening. The model is able to describe the fundamental characteristic of saturated expansive clays, especially the hysteresis loop in odometer tests and the existence of the volume change in triaxial tests at over-consolidated states. The model needs eight parameters that must be identified by means of the odometer and triaxial tests. Finally, this paper shows the predictions of model for the different tests with the experiments performed on Boom clay. The comparison between experimental results and model confirm the behaviour of the expensive clays.