Influence of physical characteristics on the mechanical and dynamic parameters of granular materials

Abstract

La présente étude examine de plus près les impacts potentiels des paramètres physiques et mécaniques des sables sur les corrélations théoriques et empiriques existantes les plus célèbres entre les résultats des essais de pénétration dynamique in situ et la vitesse de l'onde de cisaillement des matériaux granulaires. À cet effet, un vaste programme d'investigation en laboratoire a été réalisé. Plusieurs études paramétriques détaillées ont été effectuées sur les propriétés physiques (par exemple: la taille moyenne des grains, le coefficient d'uniformité et la forme des particules) des sables propres et des matériaux granulaires (densité relative proche des sables siliceux). La variation de certains paramètres mécaniques (par exemple: l'indice de densité et l’indice des vides) a également été prise en compte au cours du programme de laboratoire. Un appareil de laboratoire innovant permettant de réaliser les tests de pénétration de site les plus utilisés, à savoir le test de pénétration standard (SPT) et le test de pénétration au cône (CPT) a été développé au laboratoire Géotechnique et Géo-environnemental de l'Université de Sherbrooke au Québec, Canada, dans le cadre de ce programme de doctorat. Ce simulateur permet de réaliser des émulations pour les SPT et les CPT dans des conditions de rigidité-résistance très contrôlées qui représentent plusieurs conditions rencontrées in situ. Les conditions aux limites contrôlées ont donné l'occasion d'effectuer des études paramétriques. En plus d'enregistrer les résultats des tests de pénétration, les comportements de déformation-contrainte ont également été enregistrés instantanément tout autour des bords des échantillons testés en plusieurs endroits. Le nombre de coups de pénétration standard corrigé en fonction de l'énergie (N60) a ensuite été corrélé aux paramètres géotechniques susmentionnés des sables propres. Les corrélations proposées ont été comparées aux corrélations pertinentes les plus connues dans le domaine géotechnique. Les analyses de régression sur les comparaisons effectuées montrent que les corrélations actuelles ont donné une meilleure précision de 19,7%. De même, la résistance de pénétration au cône (qc) et la friction du manchon (fs) ont également été corrélées aux paramètres géotechniques concernés dans cette étude pour les sables propres. Les corrélations proposées ont également été soumises à plusieurs comparaisons avec d'autres corrélations d'usage courant. Les corrélations nouvellement développées montrent 18% plus de précision. D'autre part, la technique de l'actionneur à anneau piézo-électrique (P-RAT), également développée dans le laboratoire Géotechnique et Géo-environnemental de l'Université de Sherbrooke, Québec, Canada, a été utilisée pour mesurer la vitesse de l'onde de cisaillement en laboratoire. Des corrélations modifiées de la vitesse de l'onde de cisaillement avec les paramètres mécaniques étudiés des sables propres ont également été développées. Des discussions sur les divergences existantes entre les tendances théoriques de la plupart des corrélations de littérature de SPT-N60⁓Vs; CPT-qc⁓Vs; et CPT-fs⁓Vs ont été réalisées. Les raisons probables de telles déviations de tendances ont été suggérées. En revanche, des observations de comportements communs ont été illustrées. Finalement, une approche unifiée a été suggérée en corrélant les résistances des tests de pénétration à la vitesse de l'onde de cisaillement en fonction du développement de l'indice de densité des sables, tandis que la variation des paramètres physiques peut entraîner un changement de pente des corrélations proposées.