Bande de rupture

Au cours d’un chargement intense d’un sol, de fortes déformations apparaissent en surface et à l’intérieur du sol. Cette déformation se localise alors en bandes, appelées bandes de cisaillement. Le long de cette bande de rupture, la contrainte du sol diminue alors fortement provoquant le cisaillement ou glissement brutal de deux zones distinctes du sol. La propagation de la bande de cisaillement permet alors la séparation du matériau.

Les zones de localisation sont plus connues sous le nom de bandes de cisaillement ; la déformation de la structure associe alors une ou plusieurs de ces bandes, et un certain nombre de blocs quasi-statiques [23]. En général, le comportement du sol dans la zone de bande dépend de la résistance au cisaillement. Ceci permet de prévoir le risque d’apparition de bande de cisaillement dans un sol. Dans les dernières décennies, de nombreux travaux théoriques, expérimentaux et numériques ont été réalisés pour prédire l’apparition des bandes de cisaillement [24][25][26][27][28].

Aydin et al. [26] ont classifié les différents types de bandes de déformation dans les granulaires rocheux. Lorsque le cisaillement est le comportement dominant, les bandes s’appellent les bandes de rupture. Ces bandes de rupture peuvent se faire à volume constant (cisaillement isochore, Figure 1.25 page 25(a)) avec une diminution de volume (cisaillement compactant Figure 1.25 page 25(b)) ou avec une augmentation de volume (cisaillement dilatant, Figure 1.25 page 25(c)). Par contre, s’il n’y a pas de cisaillement dans la déformation, on définit une bande de compaction s’il y a une diminution de volume Figure 1.25 page 25(d) et une bande de dilatation s’il y a une augmentation de volume Figure 1.25 page 25(e).

Figure 1.25: Classification cinématique de la déformation des bandes de cisaillement (a) bande de cisaillement simple (b) bande de cisaillement en compaction (c) bande de

cisaillement dilatant (d) bande en compaction (e) bande dilatant

se sont développées dans des échantillons de grès des Vosges chargés en compression et en extension triaxiale (pour différents rapports d’élancement) sous une pression de confinement de 0 à 60 MPa [29]. On trouve que l’augmentation de pression de confinement conduit à une augmentation de l’angle d’inclinaison de la bande, à une augmentation du nombre de bandes de cisaillement, et à une diminution de la distance entre les bandes.

Depuis l’apparition des technologies d’imagerie, telles que la tomodensitométrie de rayons X (XCT), différentes méthodes ont été utilisées pour réaliser des mesures non invasives de la structure interne des échantillons cisaillés. Il est désormais possible d’étudier expérimentalement leur microstructure en cours d’essai. La tomodensitométrie de rayons X (XCT) est une technologie utilisée en imagerie médicale. Cette méthode permet l’acquisition de la microstructure interne d’un matériau d’une manière non- destructive et avec une grande précision par rapport aux méthodes conventionnelles appliquée sur la surface d’un échantillon [30]. Des méthodes de corrélation numérique sont nécessaires pour interpréter les images obtenues expérimentalement. La plupart de ces procédures sont encore complexes et coûteuses en temps de calcul [31].

Figure 1.26: Illustrations de modèles de bande de cisaillement observées avec change- ment de pression de confinement pour différents essais de compression (a, b) avec deux valeurs d’élancement H / D = 2 et H / D = 1, plus pour les essais d’extension (c)

Higo et al [27] ont appliqué la tomodensitométrie de rayons X pour enregistrer la déformation d’un échantillon de sable saturé au cours de l’essai triaxial (Figure 1.27 page 27). Leur méthode a montré l’apparition et l’évolution d’une bande de cisaillement. Cette méthode est aussi applicable pour étudier la déformation locale de l’échantillon. Hall et al. [32] ont examiné quantitativement la déformation localisée dans un sable partiellement saturé par XCT combinée à une analyse d’images au cours de l’essai triaxial. Leurs travaux ont montré l’évolution de contrainte locale et les rotations des grains au cours de la phase de cisaillement, (Figure 1.29 page 28).

Figure 1.27: Déformation de l’échantillon au cours de l’essai triaxial par CT Desrues et al [33] ont aussi mesuré l’évolution des déplacements et des rotations pour trois différents types de sable par la tomographie de rayons X. A travers ces recherches, le comportement des sables cisaillés peut être observé d’un point de vue microscopique, Figure 1.30 page 28.

Figure 1.28: Différents modes de rupture de l’échantillon

Chen [34] a étudié le cisaillement des sols traités par géo-grilles qui sont utilisées dans les remblais routiers. Une géo-grille est un matériau géosynthétique utilisé pour le renforcement des sols et des matériaux similaires. Chen a classé les différentes formes de rupture de cisaillement au cours de l’essai triaxial en trois types : bande de cisaillement, gonflement de l’échantillon au milieu et gonflement de l’échantillon en haut (Figure 1.28 page 27). Ces formes de défaillance sont liées aux couches de géo-grille embarquées. La bande de cisaillement apparait plutôt dans le cas d’échantillon non renforcé. La rupture par gonflement au milieu est souvent observée dans un échantillon avec renforcement en deux couches en bas de l’échantillon. La rupture par gonflement en haut de l’échantillon se voit souvent dans un échantillon entièrement renforcé.

dispositifs ont été développés pour étudier ce qui se passe à l’intérieur de l’échantillon au cours de l’essai.

Figure 1.29: Rotations des grains au long de l’essai [32]

Figure 1.30: Évolution des déplacements et des rotations de sables au cours de l’essai triaxial sous pression de confinement 100 kPa par une technique d’imagerie et de reconstruction [33]