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Geomaterials may exhibit timedependent behaviors as their microstructures evolve. This process may vary from a few minutes (sand) to several days or even years (soft soils). To describe this time-dependent behavior, viscoplastic models are commonly used. Other than providing an intrinsic description of the viscous behavior, rate-dependent constitutive laws are sometimes presented in the literature as a regularization technique. In this thesis, we study the possibility to use viscoplastic constitutive laws in transient problems to describe the time-dependent response of soft soils and strain localization. Analytical and numerical studies are presented and several conclusions are found based on the Hill’s criterion, the Rice’s criterion, a numerical perturbation algorithm and classical linear perturbation theory. It turns out that the use of viscoplastic models in transient problems is not able to regularize the problem. Viscoplastic models are then integrated in a higher order continuum, the second gradient model. Problems concerning the uniqueness, bifurcation and mesh dependency are examined and a classical linear perturbation analysis is presented. The combination of a second gradient model with viscoplastic laws makes possible both to regularize the problem and to take into account rate effects. Finally, the bearing capacity and progressive failure of a shallow foundation are analyzed in order to demonstrate the performance of the approach on a real case study.; Les géomatériaux présentent des comportements plus ou moins dépendants du temps, car leur microstructure évolue. Ce processus peut varier entre quelques minutes (sable) et plusieurs jours voire plusieurs années (sols mous). Pour décrire un comportement dépendant du temps, des modèles viscoplastiques, dépendant de la vitesse, sont couramment utilisés. Autre qu'une description intrinsèque du comportement visqueux, la dépendance à la vitesse de la loi constitutive est également présentée quelques fois dans la littérature comme une technique de régularisation. On étudie dans cette thèse la possibilité d'utiliser une loi de comportement viscoplastique pour décrire le comportement transitoire des sols mous dépendant du temps et la localisation des déformations. Des études analytiques et numériques sont présentées et plusieurs conclusions sont trouvées sur la base du critère de Hill, du critère de Rice, d'un algorithme de perturbation numérique et de la théorie classique de perturbation linéaire. Il s'avère que l'utilisation d'un modèle viscoplastique pour des chargements transitoires ne permet pas de régulariser le problème. Afin de proposer une stratégie de modélisation performante, les modèles viscoplastiques sont ensuite intégrées dans un milieu à microstructure et plus spécifiquement dans un modèle second gradient. Des problèmes concernant l'unicité, la bifurcation et la dépendance au maillage sont examinés et une analyse classique de perturbation linéaire est présentée. La combinaison d'un modèle second gradient avec des lois viscoplastiques permet de régulariser le problème et de prendre en compte l'influence de la vitesse de la sollicitation. Afin de démontrer la performance de l'approche dans un cas réel, une fondation superficielle est analysée en mettant l’accent sur sa capacité portante et sa défaillance progressive.

Geomaterials may exhibit timedependent behaviors as their microstructures evolve. This process may vary from a few minutes (sand) to several days or even years (soft soils). To describe this time-dependent behavior, viscoplastic models are commonly used. Other than providing an intrinsic description of the viscous behavior, rate-dependent constitutive laws are sometimes presented in the literature as a regularization technique. In this thesis, we study the possibility to use viscoplastic constitutive laws in transient problems to describe the time-dependent response of soft soils and strain localization. Analytical and numerical studies are presented and several conclusions are found based on the Hill’s criterion, the Rice’s criterion, a numerical perturbation algorithm and classical linear perturbation theory. It turns out that the use of viscoplastic models in transient problems is not able to regularize the problem. Viscoplastic models are then integrated in a higher order continuum, the second gradient model. Problems concerning the uniqueness, bifurcation and mesh dependency are examined and a classical linear perturbation analysis is presented. The combination of a second gradient model with viscoplastic laws makes possible both to regularize the problem and to take into account rate effects. Finally, the bearing capacity and progressive failure of a shallow foundation are analyzed in order to demonstrate the performance of the approach on a real case study.; Les géomatériaux présentent des comportements plus ou moins dépendants du temps, car leur microstructure évolue. Ce processus peut varier entre quelques minutes (sable) et plusieurs jours voire plusieurs années (sols mous). Pour décrire un comportement dépendant du temps, des modèles viscoplastiques, dépendant de la vitesse, sont couramment utilisés. Autre qu'une description intrinsèque du comportement visqueux, la dépendance à la vitesse de la loi constitutive est également présentée quelques fois dans la littérature comme une technique de régularisation. On étudie dans cette thèse la possibilité d'utiliser une loi de comportement viscoplastique pour décrire le comportement transitoire des sols mous dépendant du temps et la localisation des déformations. Des études analytiques et numériques sont présentées et plusieurs conclusions sont trouvées sur la base du critère de Hill, du critère de Rice, d'un algorithme de perturbation numérique et de la théorie classique de perturbation linéaire. Il s'avère que l'utilisation d'un modèle viscoplastique pour des chargements transitoires ne permet pas de régulariser le problème. Afin de proposer une stratégie de modélisation performante, les modèles viscoplastiques sont ensuite intégrées dans un milieu à microstructure et plus spécifiquement dans un modèle second gradient. Des problèmes concernant l'unicité, la bifurcation et la dépendance au maillage sont examinés et une analyse classique de perturbation linéaire est présentée. La combinaison d'un modèle second gradient avec des lois viscoplastiques permet de régulariser le problème et de prendre en compte l'influence de la vitesse de la sollicitation. Afin de démontrer la performance de l'approche dans un cas réel, une fondation superficielle est analysée en mettant l’accent sur sa capacité portante et sa défaillance progressive.

To understand the behavior of the grouted rock anchors, the behavior of the grout-rebar interface has been studied for decades, by the mean of pull-out tests, in order to establish its constitutive model. However, these studies did not consider the influence of grout's thickness or rock's stiffness, while these parameters define the confinement conditions and thus influence the failure mechanisms of the grout-rebar interface. This paper presents a numerical approach to study the grout-rebar interface behavior. Pullout tests under different values of confinement pressure have been reproduced numerically. A particular attention has been paid to the behavior of the grout material, with consideration of sizeeffect on the simulation of the local plastic failure. The comparison between the numerical results with the experimental data showed a good agreement and allowed to validate the numerical model. The latter will be used to perform a parametric study of the tangential behavior of the grout-rebar interface for different confinement conditions., La compréhension du comportement des ancrages passifs scellés au rocher nécessite de définir celui de l'interface barre-scellement. Sollicitée en cisaillement, différents mécanismes de rupture interviennent suivant les conditions de confinement. Or les modèles issus des études expérimentales se limitent à un comportement tangentiel sans considérer l'influence de paramètres comme l'épaisseur de scellement ou la rigidité de la roche. Cette étude présente une approche numérique pour étudier le comportement tangentiel de l'interface barre-scellement en tenant compte du comportement radial. Pour cela, des essais d'arrachement sur de faibles longueurs de barres scellées ont été reproduits numériquement. Une attention particulière a été portée à la définition du comportement du matériau de scellement afin de reproduire les différents mécanismes de rupture possibles. Pour décrire le comportement en traction, ainsi que celui en compression, l'effet d'échelle a été pris en compte. La confrontation entre les résultats numériques et expérimentaux permet de valider ce modèle numérique. Ce dernier va être utilisé pour effectuer une étude paramétrique du comportement tangentiel de l'interface en faisant varier les conditions de confinement.

International audience; Les comportements mécaniques à la rupture de bétons constitués de granulats recyclés (BGR) et de sables recyclés (BSR) ont été étudiés en utilisant une analyse synchronisée d'essais en flexion trois points avec la technique de corrélation d'images. Les profils d'ouverture de fissure et les zones de localisation des déformations (ZLD) ont été calculés pour analyser et comparer la zone de traitement de la fissure pour chaque formulation à des niveaux de chargement importants. Le BGR et le BSR semblent se comporter de la même manière que le béton de granulats naturels (BGN), mais on observe que les fissures pour le BGR apparaissent plus tôt et se développent plus rapidement par rapport au BGN. Les gravillons recyclés aident à générer une zone de traitement de la fissure plus longue et plus large, ainsi qu'une valeur de déformation plus élevée, alors que le sable recyclé conduit à une ZLD plus large.