Revue / Review Article

La mécanique dissipative des géo-matériaux granulaires et ses applications pratiques en Génie Civil

The dissipative mechanics of granular geomaterials and its practical applications in Civil Engineering

^★ Auteur de correspondance : efrossard52@gmail.com

Résumé

L’article, résultant d’un travail de long terme sur la physique des géo-matériaux granulaires et la pratique du génie civil de grandes infrastructures, synthétise une vision nouvelle du comportement mécanique de ces matériaux, à partir d’approches dissipatives micromécaniques originales. Après le contexte et les hypothèses-clé, il présente les aspects essentiels des structures dissipatives induites par la friction de contact élémentaire, associée à des spécificités de mécanique statistique dans ces matériaux en mouvement quasi-statique, et leur expression multi-échelle par des relations tensorielles fortes : les équations de la dissipation d’énergie résultant de la friction. Sur cette base, est ensuite établi un large ensemble de propriétés pratiques d’usage général en génie civil, incluant : le critère de rupture, le couplage résistance au cisaillement/variations de volume, la compaction cyclique, l’équilibre géostatique « au repos »… Bien que l’essentiel de l’article soit focalisé sur les caractères induits par la friction de contact, une dernière section présente d’autres propriétés-clé induites par la rupture des granulats, autre processus dissipatif après la friction de contact. Ces propriétés incluent des incidences explicites sur les effets d’échelle dans le comportement structural d’ouvrages, vérifiées sur de grands ouvrages.

Abstract

The paper, resulting from a long-term work into the physics of granular geomaterials, as well as into the engineering of large civil works, reviews and summarizes a new vision of granular geomaterials mechanical behavior, through original micro-mechanical dissipative approaches. After a section on background and key assumptions, it begins on main theoretical features of dissipative structures induced by elementary contact friction, associated with specific statistical mechanics properties within granular materials in quasi-static motion, and their multi-scale expression into key tensor relations: the equations of energy dissipation resulting from contact friction. On this basis, is then developed explicitly a wide set of practical properties of general use in civil engineering covering: the failure criterion, the coupling shear strength/ volume changes, the cyclic compaction, the geo-static equilibrium “at rest”… Although most of the paper focusses on contact friction induced features, a last section presents other key features resulting from particle breakage, the other main dissipative process after contact friction. These results include explicit incidences on size effects in civil works structural behavior, verified on large embankments.