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Cyclic properties of sand dynamic for seismic applications

Cyclic Properties of Sand Dynamic Behaviour for Seismic Applications THÈSE NO PRÉSENTÉE le décembre À LA FACULTé ENVIRONNEMENT NATUREL ARCHITECTURAL ET CONSTRUIT LABORATOIRE DE MÉCANIQUE DES SOLS PROGRAMME DOCTORAL EN MÉCANIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE POUR L'OBTENTION DU GRADE DE DOCTEUR ÈS SCIENCES PAR Emilie Rascol acceptée sur proposition du jury Prof J -F Molinari président du jury Prof L Vulliet directeur de thèse Prof H Di Benedetto rapporteur Prof D Muir Wood rapporteur Prof J Zhao rapporteur Suisse C Cà mes parents à mon frère C CRésumé La propagation des ondes sismiques dans les sols granulaires peut induire des déformations de grande amplitude en cas de tremblements de terre de forte magnitude Tous les mouvements sismiques ont un contenu fréquentiel variable des amplitudes irrégulières et trois di ?érentes composantes dans des directions orthogonales Dans ce contexte l ? objectif principal de cette recherche est de traiter des e ?ets non-linéaires observés dans les sols granulaires soumis à de tels chargements complexes Les hypothèses et les simpli ?cations utilisées habituellement pour représenter le chargement sismique sont évaluées en se concentrant sur deux aspects principaux i la fréquence de la contrainte cyclique appliquée à l ? échantillon et ii la superposition de deux contraintes indépendantes Pour cela le comportement non-linéaire de deux sables di ?érents le Sable du Leman et le Sable de Fonderie est exploré gr? ce à des tests triaxiaux cycliques et sismiques Ces tests sont e ?ectués en condition de chargement unidirectionnel ou bidirectionnel pour des déformations de moyennes et grandes amplitudes avec des fréquences correspondant à celles induites par les tremblements de terre Une presse triaxiale dynamique a été développée pour e ?ectuer ces essais sur des échantillons de sable secs ou saturés non- drainés Les contraintes latérales et axiales peuvent être appliquées indépendamment avec de grandes amplitudes et de nombreuses formes de signaux dynamiques Un système innovant de capteurs sans contact a été développé pour mesurer en continu le rayon de l ? échantillon Cet équipement se compose de trois capteurs lasers installés autour de la cellule triaxiale et qui détectent la position de la surface de l ? échantillon gr? ce à la triangulation optique Les données mesurées sont traitées gr? ce à un système complexe de calibration pour fournir au ?nal l ? évolution des déformations radiales à mi-hauteur de l ? échantillon La structure qui supporte les capteurs permet leur positionnement précis et est équipée d'un mécanisme manuel de balayage vertical du pro ?l de l'échantillon Des premiers tests triaxiaux sont e ?ectués avec des chargements cycliques classiques pour caractériser le comportement des deux sables dans des conditions pseudo-dynamiques Ces tests secs et saturés permettent de décrire la diminution de la rigidité et le développement d ? un état de rupture qui peut se produire par liquéfaction lorsque le sable est saturé non-drainé i CRÉSUMÉ Des tests cycliques secs et non-drainés e ?ectués sur le Sable du Leman à di ?érentes fréquences de à Hz montrent que le comportement de ce matériau