1.1 Variables étudiées
Les essais présentés ici sont des essais triaxiaux drainés. Il convient alors de défi-nir, dans un premier temps, les conventions de signes, les variables utilisées ainsi que les équations permettant de mesurer les déformations axiales, radiales et volumique. Dans un second temps, les différents types de chargement. Les contraintes de com-pression ainsi que les contractions sont définies comme positives (convention de signe de la mécanique des sols).
Le schéma de la Figure 4.1 synthétise la mesure des déformations axiales et ra-diales, l’application des contraintes de confinement p et déviatorique q [2].
Figure 4.1 – Vues de face et du dessus de l’essai triaxial.
Les quatre capteurs axiaux mesurent les déformations axiales selon l’équation suivante : εz= 1 l ∆dSC3+ ∆dSC4 2 − ∆dSC1+ ∆dSC2 2 (4.1)
où ∆dSCi= dSCi− d0
SCi, avec dSCiles longueurs définies dans le schéma de la Figure 4.1 et d0
SCi ces mêmes longueurs à l’état initial.
Les mesures des déplacements du bas et du haut s’effectuent par deux paires de capteurs et permettent d’annuler la distorsion de l’échantillon due à une hétérogénéité du matériau.
Les trois capteurs radiaux mesurent les déformations radiales selon l’équation suivante :
εr= ∆dSC5+ ∆dSC6+ ∆dSC7
3 (4.2)
La contrainte déviatorique q est appliquée sur la surface de l’échantillon par le cha-peau, qui est lui-même appuyé par la presse via un piston. On calcule cette contrainte grâce à l’équation suivante :
q = F
S (4.3)
Avec
F [N] : force appliquée sur la surface supérieure de l’échantillon S [m2] : section actuelle de l’échantillon telle que
S = S0
(1 + εr)2 (4.4)
avec S0 [m2] : section initiale de l’échantillon
Enfin, les déformations volumiques εv sont calculées via les déformations locales (radiales et axiales) selon l’équation suivante :
εv = εz+ 2εr (4.5)
1.2 Description du protocole d’essai
Deux types de chargements ont été réalisés pour chaque terre, chaque humidité re-lative, chaque pression de confinement et chaque température, comme illustré dans la Figure 4.2. Le premier type de chargement est un test de compression classique : char-gement à vitesse constante jusqu’à la rupture. Ceci permet de mesurer la contrainte déviatorique maximale, notée qmax dans la suite de ce chapitre. Le deuxième type de chargement consiste à charger et décharger successivement avec un niveau de contrainte déviatorique croissant, respectivement 20%, 40%, 60% et 80% de qmax; où qmax est la contrainte déviatorique maximale obtenue dans le premier type d’essai sans cycle, pour chaque terre, chaque humidité relative, chaque pression de confine-ment et chaque température. Les cycles sont supposés ne pas avoir d’influence sur la résistance à la compression. De plus, le comportement du matériau est supposé li-néaire et élastique pendant les cycles. Cette hypothèse est classiquement admise pour les sols et est utilisée dans la plupart des modèles élasto-plastiques. Par conséquent, ce deuxième type de chargement permet de mesurer les deux paramètres élastiques
présents dans la loi de Hooke, c’est-à-dire le module d’Young E et le coefficient de Poisson ν, ainsi que leurs variations avec la contrainte axiale maximale appliquée sur l’échantillon. Ces derniers sont alors estimés selon les expressions suivantes :
E = ∆q cycle ∆εcyclez ; −ν = ∆ε cycle r ∆εcyclez (4.6) où ∆qcycle, ∆εcycle
z , et ∆εcycle
r sont les différences en termes de contraintes axiales, de déformations axiales et de déformations radiales entre l’état de chargement axial maximal et minimal d’un cycle.
Figure 4.2 – Les deux types de chargement dans le plan contraintes / déformations. Les chargements ont été appliqués en imposant un taux de déplacement axial constant égal à 2 µm.s−1 en chargement et déchargement. Cette vitesse de charge-ment, qui est 10 fois inférieure à celle préconisée par la norme XP-P13-901, a été imposée par la fréquence de capture des caméras stéréoscopiques utilisées dans le chapitre 6. Avant chaque essai, un pré-chargement jusqu’à 200 kPa a été appliqué pour la mise en place de l’échantillon.
Les premiers cycles (20% et 40% de qmax) sont répétés 3 fois afin d’évaluer les variations des modules d’élasticités de chaque boucle. La détermination du module d’Young et du coefficient de Poisson est une régression linéaire de toute la boucle de décharge et de recharge. La décharge jusqu’à 200 kPa permet d’évaluer les déforma-tions résiduelles à la fin de chaque cycle.
Après chaque essai, l’échantillon est pesé et séché à 105°C afin d’obtenir sa teneur en eau.
Dans cette partie sont également étudiés les impacts de l’humidité relative (23%RH, 75%RH, 97%RH à 30°C) et de la pression de confinement (1 bar et 6 bar) sur les trois terres ALX, CRA et STR. De plus, des essais ont été effectués à une température de 21°C à deux humidités relatives différentes (75%HR et 97%HR) et à une pression de confinement de 1 bar. La première pression de 1 bar est celle qui permet à la fois
d’assurer le fonctionnement du dispositif et d’être au plus près des conditions d’essais de compression simple afin d’effectuer des comparaisons avec les mesures présentées par la suite. Afin d’amplifier les effets dus au confinement, la deuxième pression a été choisie égale à 6 bar. Il n’y a pas eu d’essai avec des pressions de confinement intermédiaires par manque de temps et d’échantillons. Les températures d’essais cor-respondent aux températures de régulation de la salle d’essai (21°C) et de l’étuve (30°C).
1.3 Récapitulatif des échantillons
Au vu du grand nombre d’échantillons, une méthode d’appellation a été appliquée. Le nom générique des échantillons est établi comme suit :
X − HR − T − p − c − n (4.7)
X : nom de la terre (X = ST A, CRA ou ALX) HR : humidité relative d’équilibrage en % T : température du test
p : pression du test
c: type de test ("ac" pour avec cycles et "sc" pour sans cycle). n: numéro de l’échantillon
Les Tableaux 4.1 et 4.2 regroupent le nombre d’échantillons dans chaque catégorie, respectivement pour la terre ALX et les terres CRA et STR. A noter que les cases grisées sont un exemple illustratif d’appellation d’un échantillon : ALX-23%-30°C-6b-sc-0.
Terre ALX
HR 97% 75% 23% 97% 75%
T 30°C 21°C
Pression 1bar 6bar 1bar 6bar 1bar 6bar 1bar
Cycles sc ac sc ac sc ac sc ac sc ac sc ac ac
N° 0 1 ; 2 0 1 0 1 ; 2 0 1 0 1 ; 2 0 1 1 ; 2 1 ; 2
Nombre 1 2 1 1 1 2 1 1 1 2 1 1 2 2
Tableau 4.1 – Tableau récapitulatif des échantillons de la terre ALX.