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1 3S-R - Laboratoire sols, solides, structures - risques Grenoble 2 Sols, Solides, Structures-Risques

Abstract : A series of monotonic and cyclic 2D direct shear tests on sand Fontainebleau-rough-smoothmaterial interfaces under constant normal load CNL and constant normal stiffness CNSconditions are presented. The aim of these tests is to simulate the situation along the shaftof piles subjected to a large number of cycles due to environmental or anthropic loadings.These cycles typically 104 are of small amplitude 10, 20 and 40 kPa in terms of shearstress as the service loads are not supposed to produce an early failure. These tests in-clude the series of changing the cyclic amplitude in succession. The problem of loss of sandbetween the box and the rough plate, typical phenomenon in this type of test, receives aspecial attention. It is interesting to observe, according to the initial density, the positionof the -center of cycles- in the stress plane mean cyclic variables. Several factors such asinitial density ID0, initial normal stress n cm0, level of initial mean cyclic stress ratio cm0, reduced cyclic amplitude and imposed normal stiffness in this thesis, k =1000, 2000 and 5000 kPa-mm that influence the intensity of mean cyclic normal ucmand shear wcm displacements are considered. Along CNL paths either dilation or con-traction is exhibited, in agreement with the characteristic state developed by Luong. Theinfluence of the stress path under constant normal stress or prescribed normal stiffnessis also highlighted. It should be highlighted that CNS paths are ever contractive. Themodel of monotonic interface behaviour under CNL and oedometer paths is fully analyt-ical and based on the rate-type framework with the normal relative displacement or theinterface density as unique memory parameter. While the analytical formulations for iden-tification are first proposed to describe the interface behaviour under cyclic CNL condition,the variation of cyclic amplitude and CNS condition are modeled by applying the analyticalformulations for validation using finite analytical increments and introducing the notion ofequivalent number of cycles. For numerical simulations by the FEM Plaxis these tests areinterpreted and formulated according to a pseudo visco-plastic framework, the number ofcycles being a fictitious time. The direct shear tests and two centrifuge pile tests pull-outand compression are also modeled. Recommendations are proposed for the calculation ofreal usual piles under cyclic loading. This thesis is one part of the national French project-ANR and National Program SOLCYP- Research on behaviour of piles subjected to cyclicloading.

Résumé : On présente tout d’abord une série d’essais de cisaillement direct 2D monotones et cycliques sur l’interface sable de Fontainebleau-plaque rugueuse et lisse, `a contrainte normale constante CNL et à rigidité normale imposée CNS. Le but de ces essais est de simuler la situation mécanique le long de pieux soumis à un grand nombre de cycles d’origine environnementale ou anthropique. Ces cycles typiquement 10000 de faible amplitude 10`a 40 kPa en terme de contrainte de cisaillement ne sont pas censes produire de rupture prématurée. Ces tests incluent une série de cycles d’amplitudes successives variées. Le problème de la perte de sable entre la boite et la plaque est traite avec attention. Nous avons interprété l’effet de la position du -centre des cycles- dans le plan de contraintes variables cycliques moyennes et de la densité initiale. Plusieurs facteurs tels que l’indice initial de densité ID0, la contrainte normale cyclique moyenne n cm0, le niveau initial moyen de contrainte de cisaillement cm0, l’amplitude cyclique réduite et la rigidité normale imposée k qui dans cette thèse, va de 1000 `a 5000 kPa-mm, influencent les déplacements relatifs cycliques moyens normal ucm et tangentiel wcm et sont pris en considération.On observe soit de la dilatance, soit de la contractance en accord avec l’état caractéristique développé par Luong. L’influence du chemin de contrainte CNL ou CNS est également analysée. Un modèle phénoménologique et analytique de comportement d’interface sur chemins cycliques CNL est propose. C’est également le cas pour le comportement monotone sur chemins oedométrique et CNL, la variable de mémoire unique étant la densité d’interface sous contrainte ou le déplacement relatif normal. Cette formulation permet de traiter, par incréments analytiques finis, les chemins comportant une variation d’amplitude cyclique, et les chemins CNS, ce qui introduit la notion de nombre de cycles équivalent. On notera que les chemins CNS sont toujours contractants. Ces essais sont utilisés pour aborder la simulation par éléments finis, avec le logiciel Plaxis, selon une approche de pseudo-viscoplasticité, le nombre de cycles tenant lieu de temps fictif. L’essai de cisaillement monotone`a la boite est modélisé en densités faible et forte, ainsi que deux essais de pieux modèles centrifugés, l’un en traction, l’autre en compression. Des recommandations sont proposées pour le calcul courant des pieux sous sollicitations cycliques. Cette thèse a été soutenue par l’ANR SOLCYP et le programme national - recherches sur le comportement des pieux soumis à des sollicitations cycliques-.

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Keywords : Pseudo visco-plasticity Characteristic state Large number of small cycles Mean cyclic path Cyclic loading Granular soil-structure interface Direct shear tests

Mots-clés : Pseudo- visco plasticité Essais de cisaillement direct Interface sol granulaire-structure Chargement cy- clique Chemin cyclique moyen Grand nombre de petits cycles État caractéristique





Author: Suriyavut Pra-Ai -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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