Influence de l’étalement granulométrique

Dans cette section, on aborde l’influence de l’étalement granulométrique sur l’essai de pénétration dynamique sur la réponse mécanique macroscopique, le réseau de contacts et sur la dissipation d’énergie. Les trois courbes granulométriques Granulo2, Granulo6 et Granulo7 ont été obtenues en changeant l’étalement granulométrique. Le diamètre maximal des trois granulométries est constant (Dmax = 7.02 mm) (Figure 6-37). Le Tableau 6-4, fournit la compacité maximale obtenue pour chaque granulométrie, qui augmente lorsque le ratio Dmax/Dmin augmente. Ceci s’explique par le fait que les vides entre les particules plus grandes sont remplacées par des particules plus petites.

Figure 6-37. Courbes granulométriques Granulo2, 6 et 7

Pour chaque granulométrie, on effectue 15 essais dynamiques avec une masse d’impactant de 0.5 kg et une vitesse d’impact de 1250 mm.s-1 dans trois échantillons S1, S2 et S3.

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6.4.3.1. Réponse mécanique macroscopique

La Figure 6-38 donne les pénétrogrammes pour 5 essais dynamiques successifs effectués pour l’échantillon S1 et pour les différentes granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7 où le ratio entre les diamètres extrêmes correspond à 2, 5 et 10.

Figure 6-38. Pénétrogrammes de 5 essais dynamiques successifs effectués avec une masse d’impactant de 0.5 kg et une vitesse d’impact de 1250 mm.s-1 effectués dans l’échantillon S1 et pour les trois granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

On observe que les signaux des 4 premiers essais avec les deux granulométries Granulo6 et Granulo7 sont presque similaires. Le pénétrogramme de la granulométrie Granulo2 (étalement granulométrique le plus faible) est quant à lui totalement différent de celui des deux autres granulométries. En outre, l’enfoncement final des 5 essais dynamiques successifs est plus faible pour la granulométrie Granulo2. L’analyse de la transformée de Fourier montre que la gamme de fréquences correspondant aux diamètres extrémes de la granulométrie augmente lorsque Dmax/Dmin augmente. De plus, l’amplitude des fréquences du spectre de Fourier devient faible pour l’étalement granulométrique le plus important. Ainsi, on observe que les oscillations du palier des courbes charge-enfoncement sont plus faibles en amplitude mais plus importantes en fréquence lorsque l’étalement granulométrique augmente (Figure 6-39).

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Figure 6-39. Transformée de Fourier discrète de 5 essais dynamiques successifs pour un échantillon et pour les trois granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

La Figure 6-40 montre que la force de pointe moyenne Fd est encore une fois plus faible pour le matériau plus fin et d’étalement plus important (Granulo7), et que la variabilité de la résistance diminue plus la granulométrie est étalée (Granulo2).

Figure 6-40. Force de pointe moyenne des 15 essais dynamiques effectués avec une masse d’impactant de 0.5 kg et une vitesse d’impact de 1250 mm.s-1 effectués dans l’échantillon S1 et pour les granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

156 6.4.3.2. Evolution du nombre de coordination

La Figure 6-41 représente le nombre de coordination et son évolution au cours de l’enfoncement déterminés dans une bande de 15 cm de large de part et d’autre de la pointe du pénétromètre pour 5 essais successifs effectués dans l’échantillon S1 pour les trois granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7. On observe clairement que le nombre de coordination est plus faible pour le milieu granulaire plus étalé (Granulo7). On observe également que plus l’étalement est faible et plus la variation au cours de l’essai est importante.

Figure 6-41. Evolution du nombre de coordination déterminé dans une bande de 15 cm de large de part et d’autre de la pointe du pénétromètre pour 5 essais dynamiques successifs dans un échantillon et pour les granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

6.4.3.3. Analyse énergétique

Le Tableau 6-7 montre le bilan énergétique moyen pour 5 essais dynamiques successifs effectués dans l’échantillon S1 et pour les trois granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7. On observe que l’énergie dissipée par frottement est plus importante pour la granulométrie Granulo2 (étalement plus faible), tandis qu’elles sont presque similaires pour les deux granulométries Granulo6 et Granulo7 (92.66% contre 92.97%).

Type3 [-]

Injection Dissipation ou Transmission

EI [%] EPT [%] EF [%] EC [%] EK [%] ES [%] EPP [%] Granulo2 92.23 7.77 94.80 4.58 0.00 0.05 0.56

Granulo6 90.00 10.00 92.66 6.12 0.01 0.49 0.73

Granulo7 89.63 10.37 92.97 6.05 0.02 0.24 0.71

Tableau 6-7. Bilan énergétique moyen pour 5 essais dynamiques avec une masse d’impactant de 0.5 kg et une vitesse d’impact de 1250 mm.s-1 effectués dans l’échantillon S1 et pour les trois granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

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Figure 6-42. Energie dissipée par frottement en fonction de l’enfoncement pour 5 essais dynamiqus successifs réalisés dans un échantillon pour les granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7.

La Figure 6-42 représente l’énergie dissipée par frottement en fonction de l’enfoncement pour 5 essais dynamiques successifs réalisés dans un échantillon pour les granulométries Granulo2, Granulo6 et Granulo7. On trouve que la dissipation d’énergie par frottement est plus efficace pour la granulométrie ayant le ratio de Dmax/Dmin le plus petit (Granulo2). En outre, on observe que la taille de la zone la plus sollicitée par frottement diminue lorsque le ratio de Dmax/Dmin augmente (Figure 6-43).

Granulo2 Granulo6 Log (Ef) Figure 6-43. Distribution d'énergie dissipée par frottement pour un coup dynamique avec une masse d’impactant de 0.5 kg et une vitesse d’impact de 1250 mm.s-1 effectués dans l’échantillon S1 et pour les trois granulométries Granulo2 et Granulo6.

158 6.4.4. Conclusion

Dans cette section, l’influence de 3 types de granulométrie (variation de l’étalement, variation du Dmax et variation de la distribution pour un même étalement et un même Dmax) sur l’essai de pénétration dynamique a été analysée. Pour la réponse mécanique macroscopique, plus le diamètre moyen D50 augmente que ce soit en changeant le nombre de particules NP dans l’échantillon, la répartition des particules fines ou l’étalement granulométrique du matériau, plus la force de pointe moyenne augmente et plus la variabilité est importante pour une même énergie d’impact.

Les oscillations du palier des courbes charge-enfoncement sont plus importantes en amplitude lorsque D50 augmente. L’analyse de Fourier des signaux a permis de mettre en évidence que le signal pénétrométrique est beaucoup plus bruité (fréquence d’oscillation plus importante et variable) lorsque l’étalement et la répartition des particules fines augmentent.

Au niveau de l’analyse des contacts, on constate que le nombre de coordination déterminé dans une bande de 15 cm de large de part et d’autre de la pointe du pénétromètre est stable et varie peu quand la taille des particules diminue pour les granulométries Granulo1, 2 et 3. Tandis que le nombre de coordination diminue et évolue fortement au voisinage de la pointe du pénétromètre pour des matériaux plus grossiers. Ces observations peuvent être reliées à l’augmentation du nombre de petites particules sans contact pendant l’essai lorsque l’étalement granulométrique augmente. En outre, le nombre de coordination semble peu influencé par le type de distribution lorsque l’étalement granulométrique est identique.

Concernant l’analyse énergétique, on a trouvé que si l’énergie dissipée par frottement reste le mode prédominant de dissipation de l’énergie au sein du matériau durant l’essai (de l’ordre de 90% de l’énergie injectée), il y a une légère diminution de l’énergie dissipée par frottement lorsque la taille de particule moyenne D50 diminue. En effet, les efforts aux contacts deviennent plus importants, lorsque les particules grossissent. Si les efforts de contacts sont donc plus importants, la dissipation sera plus grande car on mobilisera moins de contacts pour dissiper la même énergie.

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