1232
Proceedings of the 18
th
International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris 2013
Une différence importante entre le chemin de contraintes de
l’essai triaxial et des charges mobiles est le cisaillement.
Différemment des points directement sous la charge appliquée,
les points en amont et en aval expérimentent aussi une légère
réduction du confinement et une augmentation de la contrainte
déviatorique due au cisaillement. La présence de cisaillement
mène aussi à la rotation de l’axe de contraintes. Différents
auteurs ont montré (Grabe and Clayton, 2009, Ishikawa et al.,
2011, parmi d’autres) que le ballast et les matériaux des
plateformes ferroviaires répondent différemment à ces deux
chemins de contraintes. Une augmentation de la déformation
verticale permanente est observée dans le cas de rotation de
l’axe des contraintes principales.
L’évolution de l’angle de rotation de l’axe des contraintes
principales
1
en fonction du temps est étudiée selon la position
dans la cellule périodique (Figure 3). La position entre traverses
est montrée sur la Figure 6. On observe que dans ce cas la
couche de ballast subi une rotation maximale de plus de 60°
(30° positive et négative), valeur qui réduit avec la profondeur.
La plateforme subit une rotation maximale de 20%. Par contre,
les points directement sous la traverse sont soumis à des angles
de rotation plus petits (Figure 7). Comme la voie ferrée possède
un support discret, les points de la cellule périodique suivent des
chemins de contrainte différents. La discontinuité du support
mène à une concentration de la charge sous traverse, ce qui
augmente la part de la contrainte verticale vis-à-vis du
cisaillement et donc limite la valeur maximale de
1
. Les points
entre traverses subissent des contraintes normales moins
importantes et de contraintes de cisaillement plus élevées, ce qui
augmente l’angle de rotation. Une répartition progressive des
contraintes normales et de cisaillement est obtenue en
profondeur et cette non-homogénéité est moins observée dans la
couche intermédiaire et la plateforme.
Figure 6. Rotation de l’axe des contraintes principales
1
pour
différentes couches entre traverses (cas élastique; vitesse de 150km/h)
Figure 7. Rotation de l’axe des contraintes principales
1
pour
différentes couches sous traverse (cas élastique; vitesse de 150km/h)
6CONCLUSION ET TRAVAUX À VENIR
Les géomatériaux ferroviaires possèdent différents dégrées de
complexité, leur réponse mécanique dépend de leur état initial,
du chemin de contraintes imposé et pour les matériaux fins aussi
du dégrée de saturation. Seulement des modèles rhéologiques
complexes peuvent prendre ces différents aspects en compte.
Le modèle élastoplastique ECP a été choisi afin de modéliser
la réponse mécanique de la couche intermédiaire et de la
plateforme. Les paramètres du modèle ont été calibrés à partir
de résultats d’essais triaxiaux disponibles dans la littérature.
Même si des paramètres ont été aussi calibrés pour le ballast,
une attention particulière doit être portée à la modélisation de ce
matériau. Il présente grande dilatance à faible confinement,
condition rencontrée en voie avant stabilisation. Dans ce sens,
une procédure pour faire évoluer l’état initial doit être
développée, basée sur les procédures effectuées en voie.
Les résultats des simulations élastique et élastoplastique ont
montré les atouts des modèles complexes : prise en compte des
phénomènes irréversibles et évolution de l’état initial.
L’influence du support discret sur les voies ballastées dans
l’angle de rotation de l’axe de contraintes principales a été aussi
étudiée. Le support contribue à des chemins de contraintes
différents selon la position dans la cellule périodique. L’angle
de rotation est plus petit sous traverse vis-à-vis entre traverse
pour les couches proches du support. Une homogénéisation
progressive des contraintes est obtenue en profondeur.
7REFERENCES
Alves Fernandes, V., Costa d’Aguiar, S., Lopez-Caballero, F. 2012.
Influence of soil properties variability on the railway track response
under moving load.
Proceedings of the 2
nd
Int. Conf. on
Tansportation Geotechnics
(en anglais)
Aubry, D., Hujeux, J.-C., Lassoudière, F., and Meimon, Y. 1982. A
double memory model with multiple mechanisms for cyclic soil
behaviour.
Proceedings of the Int. Symp. Num. Mod. Geomech
.,
Balkema, 3-13. (en anglais)
Costa d’Aguiar, S. 2008.
Numerical modelling of soil-pile axial load
transfer mechanisms in granular soils
. PhD, Ecole Centrale Paris,
France. (en anglais)
Fortunato, E. 2005.
Renovação de plataformas ferroviarias – Estudos
relativos à capacidade de carga
. PhD, Universidade do Porto,
Portugal (en portugais).
Fortunato, E., Pinelo, A., Fernandes, M. M. 2010. Characterization of
the fouled ballast layer in the substructure of a 19th century railway
track under renewal.
Soils and Foundation, 50(1):55-62.
(en
anglais)
Fukushima, S. and Tatsuoka, F. 1984. Strength and deformation
characteristics of saturated sand at extremely low pressures.
Soils
and Foundations, 24(4):30–48
. (en anglais)
Gräbe, P. J., Clayton, C. R. I. 2009. Effects of Principal Stress Rotation
on Permanent Deformation in Rail Track Foundations.
Journal of
Geotechnical nad Geoenvironmental Engineering 135(4):555-565.
(en anglais)
Hujeux, J.-C. 1985. Une loi de comportement pour le chargement
cyclique des sols.
In V. Davidovici, editor, Génie Parasismique,
Presses ENPC, France, pp. 278-302
. (en anglais)
Indraratna, B., Salim, W., Rujikiatkamjorn, C. 2011.
Advanced Rail
Technology – Ballasted Track
. CRC Press/Balkema. (en anglais)
Ishikawa, T., Sekine, E., Miura, S. 2011. Cyclic deformation of granular
material subjected to moving-wheel loads.
Canadian Geotechnical
Journal 48(5):691-703.
(en anglais)
Jeffs, T., Marich, S. 1987. Ballast characteristics in the laboratory
.
Conference on Railway Engineering, Perth, pp. 141-147.
(en
anglais)
Lopez-Caballero, F., Modaressi-Farahmand-Ravazi, A. 2008.
Numerical simulation of liquefaction effects on seismic SSI
. Soil
Dynamics and Earthquack Engineering 28(2): 85-98.
(en anglais)
Roscoe, K. H., Schofield,A; N., Wroth, C. P. 1958. On the yielding of
soils.
Géotechnique 8(1), 22–52
. (en anglais)
Suiker, A. 2002.
The mechanical behaviour of ballasted railway tracks
.
PhD, Delft University of Technology, Netherlands. (en anglais)
Saez, E. P. R. 2009.
Dynamic non-linear soil-structure interaction
.
PhD, Ecole Centrale Paris, France. (en anglais)
Trinh, V. 2010.
Comportement hydromécanique des matériaux
constitutifs de plateformes ferroviaires anciennes
. PhD, Ecole
Nationale des Ponts et Chaussées, France.