Une équipe de scientifiques de l'Institut des sciences industrielles (IIS) de l'Université de Tokyo a récemment découvert le mécanisme à l'origine du phénomène selon lequel le sol et le sable deviennent plus forts lorsqu'ils sont frappés à plusieurs reprises. Cette découverte a des implications importantes pour la compréhension et la prévision du comportement du sol et du sable dans diverses applications d'ingénierie, notamment la construction de routes, la stabilisation des pentes et l'ingénierie parasismique.

Lorsqu’une force est appliquée au sol ou au sable, les particules se réorganisent pour former un emballage plus dense, ce qui entraîne une résistance accrue. Ce phénomène est connu sous le nom de densification des sols. Cependant, le mécanisme exact par lequel les frappes répétées améliorent la densification du sol n’était pas bien compris.

Pour étudier cela, l’équipe de recherche de l’IIS a mené une série d’expériences à l’aide d’une machine d’essai d’impact spécialement conçue. Ils ont laissé tomber une bille d'acier de différentes hauteurs sur un échantillon de sable et ont mesuré la force nécessaire pour pénétrer dans le sable. L’équipe a observé que la résistance à la pénétration augmentait avec l’énergie d’impact, ce qui indique que le sable devenait plus résistant à mesure qu’il était frappé plus fort.

Pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents, l’équipe a réalisé d’autres expériences en utilisant des caméras à haute vitesse et une tomodensitométrie (TDM) aux rayons X. Les enregistrements des caméras à grande vitesse ont révélé que l'impact de la bille d'acier a généré des ondes de choc à grande vitesse qui se sont propagées dans le sable. Ces ondes de choc ont induit un réarrangement et une densification des particules, entraînant une augmentation de la résistance du sol.

Les tomodensitogrammes à rayons X ont fourni des images détaillées de la structure interne de l'échantillon de sable avant et après l'impact. Les images ont confirmé le réarrangement des particules de sable et montré la formation de régions plus denses au sein de l’échantillon. Ces régions plus denses ont contribué à l’augmentation globale de la résistance du sol.

Les résultats de l'équipe fournissent des informations précieuses sur le comportement du sol et du sable soumis à des charges d'impact répétées. Comprendre ce mécanisme est essentiel pour concevoir et optimiser les structures qui interagissent avec le sol ou le sable, telles que les fondations, les remblais et les bases routières. En prenant en compte les effets des charges d'impact répétées, les ingénieurs peuvent garantir la sécurité et l'intégrité de ces structures dans diverses applications.

Les résultats de la recherche sont publiés dans la prestigieuse revue « Nature Communications » et représentent une avancée significative dans notre compréhension de la mécanique des sols et de l’ingénierie géotechnique.