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Wikigeotech:Élancement

De Wikibardig
figure 1 : éprouvettes cylindriques à gauche d'élancement 1 (10x10cm) et à droite d'élancement 2 (10x20cm) (crédit photo : Cerema LR Blois)



Sommaire

Définition

L’élancement correspond au rapport entre la hauteur d'une éprouvette et la longueur de sa base. C’est un chiffre sans dimension et les valeurs en hauteur ou en base de l’éprouvette n’ont en soi aucune importance.
La valeur de l’élancement permet facilement d’identifier la forme de l’éprouvette.
Ainsi, un élancement de 2, représente une éprouvette dont la hauteur est le double du diamètre (dans le cas d’un cylindre, voir figure 1) ou de la longueur de sa base (dans le cas d’un pavé).
Un élancement de 1 correspond à une éprouvette dont la hauteur est égale au diamètre de la base du cylindre (figure 1) ou au côté du cube (figure 3).

Influence de l'élancement sur les paramètres mécaniques d'un matériau

figure 2 : influence de l'élancement sur la résistance à la compression uniaxiale d'une roche (données Ifsttar)

Dans les essais mécaniques réalisés sur des éprouvettes, la forme de l’éprouvette va influencer le résultat des essais. Pour un même matériau testé par exemple en résistance en compression, il est possible d’obtenir des résultats pouvant aller du simple au double uniquement du fait de la forme de l’éprouvette. La forme de l’éprouvette soumise à l’essai, et principalement ce que l’on appelle son élancement, est donc un paramètre important à définir afin d’interpréter correctement le résultat de l’essai.
La figure 2 montre clairement qu'une petite éprouvette d'élancement 0,5 à une résistance plus élevée qu'une éprouvette dans le même matériau d'un élancement de 1 et de 2.

explication du phénomène

Les conditions de l'essai influencent la résistance mesurée dans le matériau. En effet, les plateaux en acier qui enserrent l’éprouvette compriment et empêchent le déplacement des bords de l'éprouvette directement en contact avec le métal. Au niveau de la zone de contact métal-éprouvette, le matériau est comprimé et ne peut se déplacer : sa résistance est artificiellement augmentée dans une zone qui correspond au cône d'influence du frettage métal-éprouvette.
Sorti de cette zone d'influence, c'est-à-dire approximativement au milieu de l'éprouvette, le matériau n'est plus influencé par cette pseudo-résistance et se déforme selon les contraintes imposées par l'essai. La valeur mesurée est considérée comme représentative de celle du matériau testé.
Dans le cas d'une éprouvette cubique dont le rapport hauteur / largeur vaut 1, il est normal d'obtenir une résistance en compression plus importante qu'une éprouvette d'élancement 2 car au centre de l'éprouvette (où se produit la rupture), la section est encore soumise à de la compression transversale liée au frettage des plateaux.

Il convient donc de connaître l'impact des zones d’influence du frettage selon l’élancement[1] :

  • L/D=1 : les deux cônes d’interpénètrent, la résistance à la compression est alors surévaluée ; on considère que l'élancement est faible
  • L/D=2 : les cônes sont séparés, la distribution des contraintes au centre de l’éprouvette n’est plus perturbée ; on considère que la valeur mesurée, dès lors que la rupture apparaît dans la zone centrale de l’éprouvette, est proche de la valeur intrinsèque au matériau testé ;
  • L/D=3 : les cônes sont bien éloignés mais il y a un risque de compression excentrée de l’éprouvette, si les faces ne sont pas rigoureusement parallèles ; on considère que l'élancement est fort.

correction des valeurs

Les essais réalisés sur des éprouvettes en béton ont permis d'établir des coefficients de correction selon les dimensions des éprouvettes. Les Eurocodes donnent des valeurs selon la forme et les dimensions des éprouvettes. Le guide de bonne pratique du Cerib[2] récapitule ces informations dans des tableaux synthétiques.


Choix de l'élancement en fonction des essais

figure 3 : éprouvettes de roches carottée à gauche et sciée à droite, d'élancement 1
En France, les éprouvettes sont souvent de forme cylindrique : il est en effet plus facile de prélever par carottage en rotation ou de confectionner des éprouvettes homogènes dans un cylindre que dans un cube/pavé. En Allemagne, l'utilisation des cubes est plus fréquente.

Pour caractériser les paramètres mécaniques de résistance, il est souvent préconisé :

  • en résistance en compression simple (compression uniaxiale) : élancement 2 ;
  • en résistance en compression diamétrale (mode brésilien) : élancement 1 ;



Par domaine :

  • pour la reconnaissance des terrains en place, en mécanique des roches (NF P94-420[3] ou ASTM[4] ou ISRM[5] les deux derniers modes opératoires étant ceux recommandés par l'Eurocode EN 1997-2[6]) : c'est un élancement 2 qui est recommandé et il est demandé de travailler sur des cylindres ;
  • pour la qualification des pierres naturelles et également des enrochements la norme (EN 1926[7]) demande que l'on travaille sur des cubes de 50 mm ou 70 mm d’arêtes ou alternativement des cylindres de 50 ou 70 mm de diamètre et hauteur, d'élancement 1;
  • pour les études de traitement des sols, le choix de la taille de l'éprouvette cylindrique est dépendant de la taille du Dmax des grains et les recommandations sont fixées dans le GTS[8].


Références

  1. Dufaut P., Homand F. 2000. Manuel de mécanique des roches Tome I Fondements. Editions Presses des Mines. 280 pages.
  2. BAVELARD G, BEINISH H. 2006. Guide de bonnes pratiques des essais de compression sur éprouvettes béton. Edition Cerib. 27 pages
  3. AFNOR. 2000. NF P94-420. Roches - Détermination de la résistance à la compression uniaxiale.
  4. ASTM D 7012 Standard Test Methods for Compressive Strength and Elastic Moduli ao Intact Rock Core Specimens under varying States of Stress and Temperatures.
  5. R. Ulusay and J.A. Hudson. 2007. The Complete ISRM Suggested Methods for Rock Characterization, Testing and Monitoring:1974-2006. Edited by International Society for Rock Mechanics. Aussi appelé "Blue Book".
  6. AFNOR. 2007. NF EN 1997-2. Eurocode 7 : calcul géotechnique - Partie 2 : reconnaissance des terrains et essais. 2ème tirage de 2010
  7. AFNOR. 2007. NF EN 1926. Méthodes d'essai des pierres naturelles - Détermination de la résistance en compression uniaxiale
  8. LCPC-Sétra. 2000. Guide pour le traitement des sols à la chaux et/ou aux liants hydrauliques - application à la réalisation des remblais et des couches de formes.240 pages.
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