Modéliser les effets de caractéristiques géométriques des granulats sur les propriétés des mélanges granulaires du génie civil

Economiser les ressources naturelles impose d’adapter en permanence la production de granulats aux besoins du marché. Or, le marché s’appuie sur des exigences souvent empiriques, ayant pour conséquence la stérilisation d’une partie de la production. Afin de rationaliser ces exigences, une compréhension qualitative et quantitative de l’effet des caractéristiques des granulats sur les propriétés des mélanges granulaires est nécessaire. Les travaux scientifiques présentés ci-après illustrent l’aptitude d’un outil récent, la simulation numérique discrète, à servir cet objectif.

Influence de la géométrie des particules sur la structure d’empilements granulaires denses

Fig. 5

L’influence de la polydispersité, de l’aplatissement, de l’allongement et de l’angularité de granulats secs modèles sur la compacité maximale d’un empilement a été examinée par simulation numérique discrète à l’aide du code de calcul en dynamique des contacts LMGC90 (université de Montpellier). Les résultats montrent notamment que les particules anguleuses permettent d’atteindre une compacité plus élevée que les particules arrondies, que la présence de particules longues n’a pas d’incidence sur la compacité maximale, enfin que l’empilement devient plus compact et s’ordonne (fig. 5) lorsque la proportion d’éléments plats excède 50% en volume. Thèse de J.F. Camenen, Ifsttar, Université de Rennes I, SNCF.

Influence de l’angularité des granulats sur les propriétés d’écoulement dense

Fig. 6

La simulation numérique discrète a également permis d’examiner le rôle joué par l’angularité des granulats vis-à-vis des propriétés d’écoulement du squelette granulaire des matériaux du génie civil, celle-ci influençant fortement leur maniabilité à la mise en œuvre. Dans la configuration simple d’un plan rugueux d’inclinaison variable, l’écoulement obéit qualitativement aux lois établies avec d’autres matériaux granulaires modèles. En régime permanent, la compacité diminue linéairement (fig. 6) et l’angle de frottement interne augmente linéairement avec un nombre sans unité (nombre inertiel) caractéristique du régime d’écoulement. L’écoulement permanent se produit pour une inclinaison du plan d’autant plus élevée que les particules sont anguleuses, ce qui fournit au passage un test simple de caractérisation de l’angularité des granulats. 

Fig. 7

Enfin, l’écoulement des grains anguleux fait apparaître une zone statique au contact du plan incliné (fig. 7), dont l’épaisseur décroît avec la rugosité de la paroi. Post-doctorat d’E. Azéma, Ifsttar.