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.
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- Version courante de janv. 2016 par Félix DARVE, Luc SIBILLE
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Développement et validation des lois de comportement2. Lois de comportement des sols
2.1 Introduction
Les matériaux naturels peuvent être regroupés en trois catégories : les roches, les sols pulvérulents (sols granulaires à forte perméabilité, par exemple la plupart des sables et les graves) et les sols cohérents (sols cohérents à faible perméabilité, par exemple la plupart des argiles et des limons). Ces matériaux ont des comportements relativement distincts. Il ne s’agit pas seulement d’un ordre de grandeur différent des caractéristiques de déformabilité et de résistance, mais bien d’un comportement différent du matériau, dû à sa formation au cours des temps géologiques et à l’histoire des chargements qu’il a subis ultérieurement. Les techniques expérimentales utilisées pour déterminer le comportement mécanique des sols et des roches (procédures de prélèvement, dimensions et préparation des éprouvettes, appareils d’essai, procédures opératoires) sont adaptées à ces classes de matériaux. Il faut noter particulièrement que le prélèvement des sables et graviers à l’état naturel est pratiquement impossible et que les lois de comportement déterminées en laboratoire correspondent à des matériaux reconstitués, dont la ressemblance avec les mêmes matériaux en place n’est pas assurée.
HAUT DE PAGE2.2 Principes de modélisation du comportement des sols
La démarche généralement suivie pour déterminer les lois de comportement des sols consiste à dégager des données expérimentales des concepts simplifiés traduisant les caractéristiques essentielles de leur comportement. Ces concepts sont ensuite assemblés pour construire un modèle s’appuyant sur les théories de base de la mécanique des milieux continus (élastoplasticité avec écrouissage et fluage).
HAUT DE PAGE2.3 Schémas théoriques de comportement
Les schémas de comportement élastique linéaire (isotrope ou anisotrope) ou élastoplastique parfait (élasticité linéaire associée à un critère de plasticité...
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Lois de comportement des sols
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.
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(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.
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(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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