Cohésion par capillarité et comportement mécanique de milieux granulaires

Abstract

The capillarity is studied in 3D polydisperse granular materials at the local and macroscopic scales. At the local scale, an explicit model of capillary cohesion is proposed. It includes a local behaviour law and a rupture criterion that depend on the characteristics of the grain pair. The model is validated by experiments on reference grain pairs. This model, intentionally simple, is implemented in a numerical code based on a 3D distinct- element algorithm, together with a numerical method for the distribution of water. Successful comparisons between numerical and experimental macroscopic tests approve the approach allowing thus to study the macroscopic behaviour of wet granular materials. Finally, the inuence of some couplings is also accounted for in order to show the sensitivity of the capillary cohesion to environmental conditions and to illustrate the potential applications of the code.La capillarité dans un milieu granulaire est étudiée aux échelles locale et macroscopique dans le cas 3D polydisperse. A l'échelle locale, un modéle explicite de cohésion par capillarité est proposé. Il comprend une loi de comportement et un critère de rupture locaux fonctions des caractéristiques du doublet. La pertinence du modèle est vérifiée expérimentalement sur des billes de verre. Il est implémenté dans un code de calcul en éléments discrets, en association avec une gestion numérique de la répartition de l'eau dans le milieu. Des essais de compression sont réalisés numériquement et expérimentalement. Leur concordance a permis de valider l'approche en éléments discrets dans le cas de la capillarité, et d'envisager l'étude du comportement macroscopique des matériaux granulaires humides. Enfin, l'influence de certains couplages est abordée afin de montrer la sensibilité de la cohésion par capillarité aux conditions environnementales ainsi que les possibilités offertes par le cod