GÉOTECHNIQUE
Effet des sollicitations cycliques
La connaissance des effets nocifs des sollicitations répétées est importante dans la mesure où le critère de rupture, pour les sols comme pour les roches, ne se déduit pas d'une façon simple de celui du chargement monotone. Les sollicitations cycliques, classées par ordre de périodes décroissantes, peuvent provenir du rythme saisonnier (remplissage annuel d'un barrage ou d'un silo), du rythme de la marée ou de celui des vagues, ou encore des séismes.
Critère de rupture statique
Encyclopædia Universalis France
Pour un sable sec, ou pour un sable saturé d'eau mais sollicité suffisamment lentement pour que la pression interstitielle se dissipe, le critère de rupture statique le plus général peut se représenter dans l'espace des contraintes (O, σ1, σ2, σ3) par un cône a symétrie ternaire de sommet O à l'intérieur duquel est emboîté un autre cône qui définit l'état caractéristique, c'est-à-dire l'état de contrainte dans un trajet de chargement monotome partant de σ1 = σ2 = σ3, où la variation de volume s'inverse ; après qu'il se soit produit une contraction, il se produit un foisonnement lorsqu'on approche de la surface représentant le critère de rupture. En première approximation, un chargement cyclique passant du point A au point B engendre une augmentation cyclique asymptotique de la densité, et cette augmentation est d'autant plus grande que le point de départ A' est loin du point B. Pour un trajet tel que AC, qui franchit la surface caractéristique, la densité croît puis décroît et, au bout d'un certain nombre de chargements, un cycle stable s'établit pour la variation de volume. Enfin, si le point C s'approche très près de la surface de rupture, le sol subit de grandes déformations, et la densité tend vers la densité critique.
Si les sollicitations sont appliquées suffisamment rapidement pour que l'eau interstitielle n'ait pas le temps de s'échapper d'un sable saturé, la tendance à la contraction du squelette granulaire engendre à chaque cycle un incrément de pression interstitielle qui diminue les forces de contact entre les grains. Lorsque u atteint la pression de confinement, les forces de contact s'annulent, et il existe un moment au cours du cycle où il n'y a plus de résistance : c'est le phénomène de liquéfaction des sables saturés, qui est particulièrement redoutable en cas de séisme, puisque le sol perd toute portance.
Pour les roches, les sollicitations cycliques sont aussi très néfastes. Mais la source de l'endommagement est différente et se situe dans le développement des fissures : à partir d'un certain seuil de contrainte, la fermeture suivie de l'ouverture des fissures provoque une extension progressive de leur longueur, puis la coalescence, enfin la ruine. Le phénomène est un peu analogue à la fatigue des métaux, même si la source de l'endommagement est plus grossière et différente dans les roches. Le nombre de cycles de chargement intéressant dans la pratique est aussi beaucoup plus petit pour les roches que pour les métaux : quelques milliers au lieu de quelques millions.
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Écrit par
- Pierre HABIB : professeur, conseiller scientifique du laboratoire de mécanique des solidesprésident de G3S (GIP Etude des structures souterraines de stockage)
Classification
Médias
Sol limoneux
Encyclopædia Universalis France
Loi de Coulomb : une Terre se réduit à une droite
Encyclopædia Universalis France
Surface de rupture et angle de dilatance
Encyclopædia Universalis France
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