Chemin privilégié et surface privilégiée

A un instant quelconque, sur la direction privilégiée, nous obtenons un point qui est le plus éloigné de la source. L’ensemble de ces points forme un « chemin » sur lequel l’onde se propage le plus rapidement. Nous observons, sur la Figure 3-34, que ce « chemin » est une droite inclinée à environ 18 degrés par rapport à l’axe OZ. Dans l’espace, cet ensemble de chemins forme une surface conique appelée « surface privilégiée ». Sur cette surface, les ondes se propagent théoriquement plus rapidement que dans les autres directions.

3.6.

Conclusions

Nous avons présenté la détermination des paramètres d’élasticité de sols anisotropes sur différentes plages de déformation et à l’état critique. Cette étude a permis d’augmenter les connaissances sur le comportement élastique des sols anisotropes (anisotropie induite et inhérente). Ces essais nous offrent une vue globale du comportement élastique des sols anisotropes.

La similarité des résultats que nous avons obtenus sur nos sols de référence en petite déformation (évolution des modules avec l’inclinaison des couche et dégradation du module avec la déformation) ou à l’état critique (évolution des modules avec l’inclinaison des chemins de contrainte) avec ceux observés dans les études sur les sols naturels anisotropes citées dans la bibliographie nous permettent d’affirmer que nos sols de références représentent bien des comportements réalistes.

La complémentarité des techniques expérimentales mises en œuvre pour estimer l’anisotropie a permis de dissocier les mécanismes dus à la nature induite ou inhérente du phénomène. Les résultats de ces essais montrent qu’avec la même proportion de composants (70% sable, 30% kaolinite), le comportement des différentes éprouvettes varie selon les conditions de création du sol. Dans le domaine élastique, le mélange est en moyenne deux fois plus résistant que les couches séparées de sable et kaolinite, tandis que, dans le domaine plastique, on observe un comportement inverse. De plus, nous observons que l’anisotropie matérielle des sols tend à être « homogénéisé » avec la pression de consolidation élevée tandis que l’anisotropie induite est quasiment indépendante de la contrainte moyenne. Nous avons pu mettre en évidence, la variation du « niveau d’anisotropie » représenté par les rapports des modules mesurés suivant différentes directions. Dans plusieurs cas, ce rapport semble tendre vers 1 avec l’augmentation de la profondeur ou de la contrainte moyenne effective. La comparaison de nos résultats avec ceux d’études précédentes sur l’argile naturelle a confirmé cette observation.

Pour une plage de déformations plus grande, la variation du module avec le niveau de déformations a été aussi observée. En particulier, dans le cas des sols anisotropes cette variation n’est pas la même toutes les directions. Un modèle expérimental pour tenir en compte de l’influence de l’anisotropie sur la variation des modules a aussi été élaboré et présentée.

La modélisation de la propagation des ondes dans le sol à anisotropie orthotrope nous a fourni des résultats intéressants pour mieux comprendre le comportement dynamique des sols anisotropes. La comparaison entre un modèle prenant en compte l’anisotropie et celui négligeant l’anisotropie du sol a montré que l’anisotropie peut influencer de manière importante les résultats d’un calcul dynamique notamment lorsque le niveau de confinement est élevé. En outre, nos observations ont montré aussi qu’il existe une direction selon laquelle l’onde se propage plus rapidement, cette

direction est complètement différente de celle prédite dans le cas de la non prise en compte de l’anisotropie. La prise en compte de cette dernière est alors indispensable pour obtenir des résultats plus réalistes en particulier dans le cas où on soupçonne un comportement anisotrope du sol s’après les reconnaissances géotechniques.

Pour une plage des déformations moyennes, l’étude de la variation des modules avec les chemins de contraintes a abouti à des résultats très proches de ceux observés sur des sols naturels et ceci pour les deux types d’anisotropie étudiés.

A l’état critique, l’anisotropie induite n’est plus discernable mais dans le cas de l’anisotropie matérielle, la variation du rapport des contraintes critiques en fonction de l’inclinaison des couches est bien enregistrée et ce résultat est similaire à celui établi lors d’une recherche précédente.

L’ignorance de l’anisotropie ou l’absence volontaire de sa prise en compte peut entraîner une sous- évaluation des paramètres de déformation de l’ordre de 85% (en petites déformations) et une surévaluation de l’angle de frottement interne d’environ 18%. Une des conséquences de ces résultats pourrait être de conseiller la réalisation d’essais inclinés en laboratoire pour déterminer les paramètres les plus pertinents lorsque l’existence de l’anisotropie est soupçonnée.

Chapitre 4 :

Comportement des sols anisotropes à l’état

plastique - Loi d’écoulement des sols anisotropes

Nous avons présenté dans le premier chapitre les différents aspects du comportement des sols anisotropes avec les notions d’état limite, d’état critique, de surfaces de charge et de loi d’écoulement et nous avons décrit plusieurs exemples de modèles rhéologiques. Les résultats de nos études expérimentales sur le comportement élastique des sols à anisotropies induite et inhérente ont été présentés dans le chapitre 3. Ces résultats ont mis en évidence l’influence importante de l’anisotropie mais aussi de son type sur le comportement des éprouvettes de sols.

Dans ce chapitre, nous présentons un autre « aspect » du comportement des sols anisotropes, celui qui concerne le domaine plastique. Le comportement plastique des sols a fait l’objet de nombreux travaux au cours des dernières décennies, qui ont conduit à des modèles de comportement de plus en plus complexes. Nous avons présenté plusieurs modèles qui constituent des tentatives de simulation de l’anisotropie induite par l’histoire du chargement subi par le sol : modèles Mélanie, S-CLAY1, Anpétal, etc. Nous avons étudié non seulement la différence entre la surface de charge d’un sol à anisotropie induite et celle du sol à anisotropie inhérente mais aussi comment ces surfaces évoluaient lors de l’écrouissage. Nous analysons et proposons plusieurs lois d’écoulement expérimentales qui peuvent contribuer à améliorer les lois d’écoulement existantes.

Enfin, dans la dernière partie de ce chapitre, nous présentons une étude analytique de nos résultats en modélisant les essais par la méthode des éléments finis avec le progiciel CESAR- LCPC. La comparaison entre les mesures expérimentales et les résultats des calculs numériques nous a permis d’évaluer la capacité des modèles HISS et S-CLAY1 implémentés dans le code de calcul CESAR à simuler le comportement de nos éprouvettes à anisotropie de référence.