Lois de comportement et modélisation des sols

Abstract

Dans toute etude geotechnique, la modelisation est une etape decisive qui conditionne la qualite des analyses de diagnostic ou de prevision du comportement des sols et des ouvrages. Un modele n'est pas seulement une serie d'equations representant le comportement physique ou mecanique du sol, c'est aussi une representation geometrique de l'espace, qui delimite les couches ou volumes occupes par chaque materiau (sol, roche, eau, beton, metal, geosynthetiques, etc.) et precise la place des conditions aux limites et des interfaces, avec leurs conditions de contact. Les modeles utilises dans les etudes de mecanique des sols sont tres divers. Les methodes de calcul classiques admettent en general des geometries simplifiees (couche de sol homogene, massif semi-infini) et reduisent souvent le comportement du sol a des relations unidimensionnelles (theorie de la consolidation) ou bidimensionnelles planes (calculs de stabilite de pente, soutenements) ou axisymetriques (reseaux de drains ou de colonnes, pieux, galeries de tunnels). Les calculs tridimensionnels sont limites aux equations de l'elasticite lineaire pour les fondations superficielles et a certaines etudes d'ecoulements. Les relations entre les forces ou contraintes et les deplacements ou deformations sont souvent lineaires et isotropes pour les calculs de deformations, et de type « rigide-plastique » pour les calculs de stabilite. Les progres des ordinateurs et des methodes d'analyse numerique permettent de depasser les limitations geometriques et rheologiques des methodes de calcul traditionnelles et d'aborder l'etude de problemes aux geometries et lois de comportement complexes, combinant les concepts classiques de compressibilite, de consolidation primaire et de compression secondaire, de resistance au cisaillement, d'etats limites de poussee-butee ou de portance. Cette approche globale passe par la definition d'une loi de comportement specifique a chaque type de sol et par l'utilisation de techniques numeriques appropriees. Le developpement de ces lois de comportement (ou modeles rheologiques) s'appuie a la fois sur les schemas theoriques de la mecanique des milieux continus (elasticite, plasticite, viscosite et leurs combinaisons) et sur les resultats d'etudes experimentales en laboratoire et en place. Suivant l'influence dominante, on peut ainsi obtenir soit des lois tres complexes, qui cherchent a reproduire les moindres fluctuations des courbes experimentales, soit des modeles plus simples qui se limitent a la representation des aspects essentiels du comportement des sols reels.