Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Jean-Pierrre MAGNAN : Ingénieur en chef des Ponts et Chaussées - Directeur technique du pôle géotechnique - Laboratoire central des Ponts et Chaussées (LCPC) - Professeur de mécanique des sols et des roches - École nationale des Ponts et Chaussées (ENPC)
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Philippe MESTAT : Ingénieur civil des Ponts et Chaussées - Chef de la section Rhéologie et modélisation des sols - Laboratoire central des Ponts et Chaussées (LCPC)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans toute étude géotechnique, la modélisation est une étape décisive qui conditionne la qualité des analyses de diagnostic ou de prévision du comportement des sols et des ouvrages. Un modèle n’est pas seulement une série d’équations représentant le comportement physique ou mécanique du sol, c’est aussi une représentation géométrique de l’espace, qui délimite les couches ou volumes occupés par chaque matériau (sol, roche, eau, béton, métal, géosynthétiques, etc.) et précise la place des conditions aux limites et des interfaces, avec leurs conditions de contact.
Les modèles utilisés dans les études de mécanique des sols sont très divers. Les méthodes de calcul classiques admettent en général des géométries simplifiées (couche de sol homogène, massif semi-infini) et réduisent souvent le comportement du sol à des relations unidimensionnelles (théorie de la consoli-dation) ou bidimensionnelles planes (calculs de stabilité de pente, soutènements) ou axisymétriques (réseaux de drains ou de colonnes, pieux, galeries de tunnels). Les calculs tridimensionnels sont limités aux équations de l’élasticité linéaire pour les fondations superficielles et à certaines études d’écoulements. Les relations entre les forces ou contraintes et les déplacements ou déformations sont souvent linéaires et isotropes pour les calculs de déformations, et de type « rigide-plastique » pour les calculs de stabilité.
Les progrès des ordinateurs et des méthodes d’analyse numérique permettent de dépasser les limitations géométriques et rhéologiques des méthodes de calcul traditionnelles et d’aborder l’étude de problèmes aux géométries et lois de comportement complexes, combinant les concepts classiques de compressibilité, de consolidation primaire et de compression secondaire, de résistance au cisaillement, d’états limites de poussée-butée ou de portance. Cette approche globale passe par la définition d’une loi de comportement spécifique à chaque type de sol et par l’utilisation de techniques numériques appropriées.
Le développement de ces lois de comportement (ou modèles rhéologiques) s’appuie à la fois sur les schémas théoriques de la mécanique des milieux continus (élasticité, plasticité, viscosité et leurs combinaisons) et sur les résultats d’études expérimentales en laboratoire et en place. Suivant l’influence dominante, on peut ainsi obtenir soit des lois très complexes, qui cherchent à reproduire les moindres fluctuations des courbes expérimentales, soit des modèles plus simples qui se limitent à la représentation des aspects essentiels du comportement des sols réels.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de janv. 2016 par Félix DARVE, Luc SIBILLE
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Modélisation des massifs de sols saturés3. Développement et validation des lois de comportement
3.1 Principes de développement d’une loi de comportement
La première condition à remplir par une loi de comportement de sol est de représenter le mieux possible tous les aspects essentiels du comportement mis en évidence au cours des essais de laboratoire.
La construction d’une représentation mathématique du comportement d’un sol passe d’abord par le choix du rôle attribué au temps dans le modèle :
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pour les sables, il est généralement admis que les déformations évoluent simultanément avec les états de contraintes et que les effets de la viscosité et du vieillissement sont négligeables. La vitesse de sollicitation n’a donc pas d’influence sur le comportement du matériau ;
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pour les argiles, en revanche, toutes les données expérimentales montrent que les déformations ne sont pas instantanées, ce qui conduit logiquement à privilégier l’approche viscoélastique ou viscoplastique. Les données expérimentales montrent que la loi de comportement des argiles dépend des contraintes effectives, de la déformation et de la vitesse de déformation. La situation serait très simple et il est probable que toutes les méthodes de calcul seraient de type viscoélastique ou viscoplastique, si l’approche adoptée en pratique pour l’étude des tassements des massifs de sols argileux (courbe de compressibilité œdométrique et théorie de la consolidation unidimensionnelle, dans laquelle on ne tient pas compte de la viscosité des déformations du squelette du sol) ne donnait pas des résultats satisfaisants dans la plupart des projets . L’approche élastoplastique (ou même élastique non linéaire) a, pour cette raison, fait l’objet de nombreux développements.
3.2 Aspect tridimensionnel des lois de comportement
La...
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Développement et validation des lois de comportement
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AUBRY (D.), HUJEUX (J.-C.), LASSOUDIÈRE (F.), MEIMON (Y.) - A double memory model with multiple mechanisms for cyclic soil behavior. - Proc. International Symposium on Numerical Models In Geomechanics, Zürich, pp. 3-13, 1982.
-
(2) - BOULON (M.) - Rhéologies et codes de calcul. - In Manuel de rhéologie des géo-matériaux. Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, pp. 349-369, 1987.
-
(3) - BURLAND (J.B.), ROSCOE (K.H.) - On the generalized stress-strain behaviour of wet clay. - In Engineering Plasticity. Heyman-Leckie, Cambridge, 1968.
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(4) - CAMBOU (B.), JAFARI (K.) - Modèle de comportement des sols non cohérents. - Revue Française de Géotechnique, vol. 44, pp. 43-55, 1988.
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(5) - DARNE (F.) - L’écriture incrémentale des lois rhéologiques et les grandes classes de lois de comportement. - In « Manuel de rhéologie des géomatériaux », Presses de l’École Nationale des Ponts et Chaussées, Paris, pp. 129-149, 1987.
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