Caractérisation des matériaux de matelas naturels J-C. Dupla, J. Canou, A.Q. Dinh, I. Andria- Ntoanina, G. Baudoin, L. Thorel Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 1
Plan Objectifs Matériaux étudiés Dispositifs d essais Synthèse des essais sur la grave de St-Ouen l Aumône (G1) Conclusion Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 2
Objectifs Bases de données pour la modélisation sur plusieurs matériaux de «référence» - Identification des matériaux - Réalisation de programmes d essais complets (triaxiaux en compression et en extension) - Détermination des caractéristiques élastiques (E, ν) et de rupture (c, ϕ ) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 3
Matériaux (1) Grave de St-Ouen l Aumône (EUROVIA) Grave de Chelles (YPREMA) - matériau recyclé - caractérisation réalisée par le CNAM (27) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 4
Matériaux (2) Mélange de sables d Hostun (matelas) : essais en centrifugeuse -mélange de 5 granulométries (IFSTTAR Nantes) Sables et graviers d Hostun, micro ballast (Matelas) et Mélange sable d hostun + billes de polystyrène (sol compressible) : Essais sur modèle 1g Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 5
Matériaux naturels Dispositifs d essais Triaxial 3 mm Triaxial 1 mm Bishop et Wesley (7 mm) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 6
Grave de St-Ouen l Aumône Identification Analyse granulométrique Limites d Atterberg VBS Teneur en carbonate Compactage Proctor Essais triaxiaux (Triaxial 3 mm) 2 compacités : 95 % et 85 % de l OPM 3 pressions de confinement : 25, 5 et 1 kpa Essais de compression et d extension avec phases de décharge-recharge Mesures locales des déformations Trajet de chargement asservi en extension Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 7
Identification de la grave de St-Ouen l Aumône 1 8 Essai 1 Essai 2 Passant 6 4 6 2 5 At argiles très plastiques 1E-3,1,1 1 1 1 Diamètre (mm) Indice de plasticité I P 4 3 2 Ap argiles peu plastiques Lt limons très plastiques Ot sols organiques très plastiques 1 Lp limons et Op sols organiques peu plastiques 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 Limite de liquidité W L Grave limoneuse Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris
Essais de compactage Proctor Masse volumique sèche ρ d (g/cm " ) 2.5 Courbe Proctor corrigée (/D) Courbe Proctor brute (/2) 2.45 Courbe de saturation (S R =1%) 2.4 2.35 2.3 2.25 2.2 2.15 2.1 2.5 2. 1.95 w opm =8, % ρ d =2,7 g/cm 3 Essais Proctor modifié 1.9 4. 4.5 5. 5.5 6. 6.5 7. 7.5 8. 8.5 9. 9.5 1. 1.5 11. 11.5 12. Teneur en eau w w OPM = 8,% ; ρ d OPM = 2,7 g/cm 3 Journées des 22 et 23 avril 21
Essai typique (compression) Déviateur q (kpa) 4 3 2 1 w=7.8 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c 2 4 6 8 1 12 Déformation axiale ε a Déviateur q (kpa) 13 12 11 1 9 8 7 6 5 4 3 E=273 MPa w=7.7 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c.8.1.12.14.16 Déformation axiale ε a Déviateur q (kpa) 26 25 24 23 22 21 2 19 18 E=252 MPa w=7.7 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c.28.3.32.34 Déformation axiale ε a Mesure du module sur les phases de déchargerecharge 32 36 8 31 Déformation volumique -ε v 6 4 2 w=7.8 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c 2 4 6 8 1 12 Déformation axiale ε a Déviateur q (kpa) 3 29 28 27 w=7.7 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 E=16 MPa Essai 3 (σ c.48.5.52.54 Déformation axiale ε a Déviateur q (kpa) Déviateur q (kpa) 35 34 33 E=191 MPa w=7.7 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c 32.98 1. 1.2 1.4 Déformation axiale ε a 25 245 24 235 23 225 22 215 21 25 2 195 E=27 MPa 19 w=7.7 % ; ρ d 1,97 g/cm 3 185 Essai 3 (σ c 18 3.98 4. 4.2 4.4 Déformation axiale ε a Module E (MPa) 4 38 36 34 32 3 28 26 24 22 2 18 16 14 12 1 8 6 w=7.8 % ; ρ d =1,97 g/cm 3 Essai 3 (σ c 1 2 3 4 5 Déformation axiale ε a Journées des 22 et 23 avril 21
Essai typique (extension) 2 18 16 14 Grave G1 w=7,3 % ; ρ d =1,76 g/cm 3 essai 12 (σ c =1 kpa) Module E (MPa) 12 1 8 6 4 2 2 4 Niveau de déformation axiale ε a 11 Journées des 22 et 23 avril 21
Synthèse des résultats 1 9 8 Compression w=7.7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 essai 1 (σ c =1 kpa) essai 2 (σ c =5 kpa) essai 3 (σ c ρ d =95 % ρ d,opm Extension w=7,7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 essai 16 (σ c essai 17 (σ c =5 kpa) essai 19 (σ c =1 kpa) Déviateur q (kpa) 7 6 5 4 3 2 1 2 4 6 8 1 12 Déformation axiale ε a Déviateur q (kpa) -1-2 -3-1 -8-6 -4-2 Déformation axiale ε a Déformation volumique -ε v 8 7 6 5 4 3 2 1-1 w=7.7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 essai 1 (σ c =1 kpa) essai 2 (σ c =5 kpa) essai 3 (σ c 2 4 6 8 1 12 Déformation axiale ε a Déviateur de contraintes q (kpa) C Grave BG1 w=7,7 B% ; ρ d =1,96 g/cm 3 Bessai 16 (σ c Linear Fit of Dataqp'l_C essai 17 (σ -1 c =5 kpa essai 19 (σ c =1 kpa) -2-3 1 2 3 Contrainte moyenne p (kpa) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris
Module d Young ρ d =95 % ρ d,opm Compression w=7.7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 Extension essai 2 (σ c =1 kpa) Module E (MPa) 7 6 5 4 3 essai 5 (σ c =5 kpa) essai 3 (σ c Module E (MPa) 2 1 Grave G1 w=7,7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 essai 16 (σ c essai 17 (σ c =5 kpa) essai 19 (σ c =1 kpa) 2 1 2 4 Niveau de déformation axiale ε a,,5 1, 1,5 2, 2,5 3, 3,5 4, 4,5 5, Niveau de déformation axiale ε a Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris
Caractéristiques de rupture Compression ρ d =95 % ρ d,opm Extension Contrainte de cisaillement τ (kpa) -5-1 -15-2 c'=18 kpa ϕ'=48,2 Grave G1 w=7,7 % ; ρ d =1,96 g/cm 3 essai 19 ( σ c =1 kpa) essai 17 ( σ c =5 kpa) essai 16 ( σ c ρ d =85 % ρ d,opm -25 5 1 15 2 25 3 Contrainte normale σ n (kpa) Contrainte de cisaillement τ (kpa) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 w=7,5 % ; ρ d =1,76 g/cm 3 c'=1 kpa ϕ'=46,8 Contrainte de cisaillement τ (kpa) -5-1 -15-2 c'=13 kpa ϕ'=47,2 Grave G1 w=7,57 % ; ρ d =1,76 g/cm 3 essai 12 (σ c =1 kpa) essai 13 (σ c =5 kpa) essai 14 (σ c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 Contrainte normale σ n (kpa) -25 5 1 15 2 25 3 Contrainte normale σ n (kpa) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris
Synthèse des paramètres obtenus Compression Extension (1) C : Compression ; E : Extension (2) E : pente décharge-recharge (,1% de déformation axiale) (3) Inclinaison des contraintes à la rupture (q/p) Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 15
Essais avec mesures locales des déformations Module de compression K Module d Young E Coefficient de Poisson ν Journées des 22 et 23 avril 21
Comparaison mesures locales et globales Module d'young E (MPa) 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Compression Essai 1 (mesures locales) Essai 1 (mesures globales) Essai 11 (mesures locales) Essai 11 (mesures glbales) Grave silico-calcaire Triaxial 3 mm w=7,4 % - ρ d =1,76 g/cm 3 Extension..1.2.3.4.5.6.7.8.9 1. 1.1 1.2 Déformation axiale ε 1 Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris
Conclusion Programmes expérimentaux sur différents matériaux (naturels et traités) -Essais d identification -Essais triaxiaux de compression et d extension -Mesures locales des déformations -Mesures des paramètres d élasticité et de rupture Base de données pour la modélisation Réunion technique du CFMS, 4 octobre 211, CNAM Paris 18