Etude du comportement et du compactage de pâtes granulaires par simulation numérique discrète - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Behavior and compaction of highly concentrated suspensions: a numerical study

Etude du comportement et du compactage de pâtes granulaires par simulation numérique discrète

Résumé

Highly concentrated suspensions are commonly encountered materials, e.g. in civil engineering. This work is devoted to the numerical simulation of the behavior and the compaction of 2D non-Brownian and noncolloidal very concentrated suspensions made of rough circular grains embedded in a highly viscous Newtonian liquid. We use a model in which the sole effect of the liquid is to introduce lubrication interactions between neighbouring grains and we present a quasistatic simulation technique enabling to simulate the behavior of such a system when it is subjected to a given stress state. Thanks to this method, we show that when an isotropic pressure is applied on a material sample, it behaves, when the grain roughness vanishes, as a dry granular assembly made of frictionless grains. The behavior of a 3D dry granular material made of frictionless grains is consequently investigated. This model granular material is submitted to static anisotropic loads and to simple shear tests in the quasistatic limit. In this limit, static and dynamic macroscopic friction coefficients are nonzero and coincide, dilatancy vanishes, and the material satisfies a Lade-Duncan failure criterion. Then the behavior of a 2D highly concentrated lubricated suspension made of rough grains subjected to simple shear tests is studied. Results are compared with those obtained from similar tests performed on 2D dry granular assemblies. Eventually, a study of the compaction of a highly concentrated lubricated suspension is done and we show that compaction is related to the decrease of the mobilization of intergranular friction.
De nombreux matériaux du génie civil, comme le béton ou les enrobés bitumineux, sont des pâtes granulaires, c'est-à-dire des suspensions dont la concentration volumique en inclusions solides est très élevée. Ce travail porte sur la modélisation et la simulation numérique discrète du comportement et du compactage de pâtes granulaires 2D non browniennes et non colloïdales constituées de grains élastiques rugueux de forme circulaire, baignant dans un liquide newtonien de très grande viscosité. Après avoir introduit un modèle de pâte granulaire dans lequel le seul effet du liquide est d'induire des interactions de lubrification entre paires de grains proches, nous présentons une méthode numérique quasi-statique permettant de simuler le comportement de ces systèmes lorsqu'ils sont soumis à un état de contrainte donné. L'étude de l'état d'équilibre adopté par une pâte granulaire lubrifiée lorsqu'on lui applique une pression isotrope montre que, dans la limite où la rugosité des grains est nulle, un tel système se comporte comme un assemblage sec de grains non frottants. C'est la raison pour laquelle nous étudions ensuite le comportement de ces assemblages en 3D lorsqu'on les soumet à des chargements statiques anisotropes ainsi qu'à des essais de cisaillement simple dans la limite quasi-statique. Nous montrons en particulier que les coefficients de frottement interne statique et dynamique sont non nuls et coïncident, que ces assemblages ne présentent aucune dilatance et qu'ils satisfont un critère de rupture de Lade-Duncan. Le comportement d'une pâte granulaire lubrifiée 2D faite de grains de rugosité finie soumise à un cisaillement maintenu est ensuite analysé et nous comparons nos résultats avec ceux obtenus en cisaillant des assemblages granulaires secs 2D. Finalement, nous étudions de manière détaillée les paramètres influençant le compactage d'une pâte granulaire lubrifiée et mettons en évidence la réduction de la mobilisation du frottement intergranulaire accompagnant la densification du matériau.
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Dates et versions

tel-00667564 , version 1 (07-02-2012)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00667564 , version 1

Citer

Pierre-Emmanuel Peyneau. Etude du comportement et du compactage de pâtes granulaires par simulation numérique discrète. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00667564⟩
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