Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires : rétention d'eau et comportement mécanique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

Micromechanical approach of capillarity in granular media : water retention and mechanical behaviour

Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires : rétention d'eau et comportement mécanique

Résumé

This work deals with study of humid granular media. We mainly study media containing weak water percent (around 2%). The influence of capillarity on water retention and mechanical beha- viour is analyzed. At each state of equilibrium, water distribution is obtained by applying a homogeneous suction in the entire elementary representative volume. The approach is a multi-scale approach based on experimental/modelling at the local scale (interaction between grains) and produces discrete element simulations of the macroscopic behaviour which are compared to experimental results. At the scale of interactions, an experimental study of the liquid bridge piloted by suction validates a model based on the toroidal approximation of the liquid bridge shape. At constant suction, we note that the criterion of rupture proposed by Lian in the case of traction at constant volume is no more valid. At the macroscopic scale, simulated water retention curves are close to experimental water retention curves made on a model sample composed of glass beads. Then, the mechanical behaviour is simulated. We remark a loss of co- hesion in function of suction because of the reduction of the liquid bridge density. The introduction of a roughness allows a best representation of the transition between the non saturation state and the dry state. The analysis of the stress reveals the pertinence of the stress tensor associated with traction interactions to analyze the evolution of rupture stress (simple compression) in function of suction.
Ce travail de thèse est consacré à l'étude des milieux granulaires humides. On étudie prin- cipalement le cas de faibles teneurs en eau. L'influence du phénomène de capillarité sur la rétention d'eau et sur le comportement mécanique du milieu est analysée. A chaque état d'équilibre, la distribution d'eau dans le milieu granulaire est obtenue en appliquant une succion homogène dans un volume élémentaire représentatif. La méthode multi-échelles utilisée se nourrit d'expérimentations/modélisation à l'échelle des interactions entre les grains, et produit des simulations en éléments discrets du comportement ma- croscopique qui sont comparées aux résultats d'expérimentation. A l'échelle des interactions capillaires, une étude expérimentale du pont liquide pilotée en succion permet la validation d'un modèle basé sur l'approximation toroïdale du profil du pont liquide. Dans le cas d'un essai à succion constante, on note que la distance de rupture des ponts liquides n'obéit plus au critère de Lian valide dans le cas d'un essai de traction à volume constant. A l'échelle macroscopique, les courbes de rétention d'eau simulées sont proches des courbes de rétention d'eau expérimentales réalisées sur des milieux modèles composés de billes de verre. Enfin, le comportement mécanique macroscopique est simulé. On note une fragilisation du matériau en fonction de la succion dans le domaines des faibles teneurs en eau qui s'explique par une diminution de la densité des ponts liquides. La prise en compte d'une rugosité des grains permet une meilleure description de la transition entre un état humide et un état sec. L'analyse des contraintes montre la pertinence du tenseur des contraintes associé aux interactions de traction pour analyser l'évolution de la contrainte à la rupture (compression simple) en fonction de la succion.
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Dates et versions

tel-00821687 , version 1 (11-05-2013)

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  • HAL Id : tel-00821687 , version 1

Citer

Jean-Philippe Gras. Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires : rétention d'eau et comportement mécanique. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2011. Français. ⟨NNT : 2011MON20049⟩. ⟨tel-00821687⟩
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