Une méthode pour évaluer un tenseur capillaire dans les sols non saturés
Florent Prunier  1, *@  , Denis Branque  2@  , Jérôme Duriez  3@  , Félix Darve  4@  
1 : Laboratoire GEOMAS
University of Lyon, INSA de Lyon, GEOMAS, F-69621, France,
2 : Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes  (LTDS-LGCB)  -  Site web
CNRS : UMR5513, Ecole Centrale de Lyon, Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne, Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat
2 rue Maurice Audin 69518 Vaulx en Velin Cedex -  France
3 : INRAE
INRAE, Aix-En-Provence
4 : Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble]
Centre National de la Recherche Scientifique : UMR5521, Université Grenoble Alpes, Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology
* : Auteur correspondant

Dans cet article, nous proposons une discussion pour mieux comprendre les mécanismes physiques qui peuvent mettre en échec le principe de contrainte effective dans les sols non saturés. La principale difficulté est que certains états déformés du milieu non saturé peuvent ne pas être statiquement admissibles en conditions saturées. Ceci a conduit à l'introduction des notions de déformation totale mesurée au bord de l'échantillon, de déformation effective qui est conjuguée à la contrainte effective par l'énergie interne du squelette solide et de déformation capillaire qui est conjuguée à la contrainte capillaire par l'énergie interne des différentes interfaces fluide-solide et fluide-fluide. De plus, dans un cas général, la déformation totale ne se décompose pas de manière additive avec les déformations effective et capillaire. Néanmoins, les résultats de Duriez et al. (2018) en DEM dans le régime pendulaire nous encouragent à penser que la déformation effective peut être identifiée à la déformation totale dans les domaines des "petites" déformations et à la rupture. Ainsi, le principe de contrainte effective devrait être utilisable dans les applications d'ingénierie au moins dans ces deux régimes : à savoir les "petites" déformations et la rupture. De là, des formules donnant l'expression du tenseur des contraintes capillaires à la rupture ont été dérivées en différenciant le tenseur des contraintes totales avec un tenseur des contraintes effectives approprié.

Enfin, des essais triaxiaux non saturés ont été réalisés en laboratoire afin de vérifier si l'approche scientifique proposée peut être concrètement exploitée avec des essais standards. A travers ces premiers résultats, nous avons pu constater que l'approche consistant à identifier la déformation effective avec la déformation totale dans la phase de compression isotrope (supposée en petites déformations) semble prometteuse, mais reste délicate à réaliser en raison de la sensibilité des résultats aux erreurs expérimentales pour le niveau de succion considéré relativement faible dans ces travaux. Concernant l'identification de la contrainte capillaire à la rupture, un encadrement de ses valeurs possibles donnant des résultats sûrs en pratique a été proposée. En l'absence d'une description précise de la microstructure des phases fluides, il est montré qu'il est préférable de considérer l'hypothèse d'un tenseur capillaire isotrope comme non sûre. En effet, des solutions physiques telles que q' < q peuvent exister. Une borne inférieure considérant ce cas a été proposée. Elle est probablement très conservatrice dans de nombreux cas, mais elle permet néanmoins d'optimiser la conception plutôt que de ne pas considérer du tous les effets capillaires.


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