Maîtriser L’essai De Compression Simple Non Confinée

L’essai de compression simple, également connu comme essai de compression uni-axiale, est l’un des tests géotechniques les plus utilisés pour analyser la résistance mécanique des sols et des roches.

Cette méthode directe et efficace évalue la capacité des matériaux géologiques à supporter une charge axiale.

Pourquoi réaliser un essai de compression simple ?

Cette méthode « L’essai de compression simple (uni-axiale) » permet d’évaluer la résistance mécanique des matériaux géologiques et de déterminer directement le Module de Déformation et le Coefficient de Poison (si nécessaire en mesurant la déformation latérale).

L’essai de compression simple peut être réalisé sur les matériaux suivants :

• Sols cohérents (argiles, limons)
• Roches tendres (schistes argileux, calcaires tendres)
• Béton
• Mortier
• Certains composites

Objectif de l’Essai Compression Simple :

• Mesurer la résistance à la compression uniaxiale : Tout d’abord Détermine la contrainte maximale que le sol / Roche peut supporter.
• Évaluer le module de déformation : Caractérise de même la rigidité du sol sous contrainte.
• Estimer la résistance au cisaillement non drainée (Su) : Pour les sols peu perméables, elle représente ainsi environ la moitié de la résistance à la compression uniaxiale.

Importance et utilisation :

• Caractérisation des sols cohérents : L’essai donne en particulier une estimation rapide de la résistance mécanique totale d’un sol cohésif.
• Conception géotechnique : Les résultats permettent de calculer la stabilité des fondations, des talus, ainsi des barrages.
• Étude du comportement des sols : L’essai évalue également la sensibilité d’un sol en comparant les résistances entre les états non remanié et remanié.

Avantages :

• Simplicité : Méthode rapide aussi économique.
• Adaptabilité : Convient aux sols cohérents et roches mais inappropriée pour les sols sableux ou fissurés.

Matériels

• Dispositif de compression : Il applique une charge contrôlée sur l’échantillon.
• Indicateur de déformation : Il suit l’évolution de la forme de l’éprouvette, par conséquent, il mesure les déplacements pour évaluer la résistance.
• Extensomètres : Ces appareils mesurent la déformation axiale, en effet, ils permettent de suivre la compression avec précision.
• Capteurs de déplacement : Ils enregistrent le mouvement des platines, de cette façon, ils assurent une force appliquée de manière uniforme.
• Système d’acquisition de données : Il collecte et enregistre les mesures en temps réel, ainsi, il garantit une analyse précise des résultats.

Outils divers :

• Outil d’extraction et de rectification : Cet outil extrait les échantillons tout en préservant leur structure, ensuite, il ajuste les surfaces des éprouvettes pour respecter les normes en vigueur.
• Balance : Elle mesure avec précision la masse de l’échantillon avant l’essai, garantissant ainsi des résultats fiables.
• Pied à coulisse : Cet outil permet de mesurer précisément les dimensions de l’éprouvette, assurant ainsi leur conformité aux exigences de taille.

Les étapes de l’essai de compression :

Essai de Compression simple non confiné « Sol »:

Préparation de l’échantillon : Tout d’abord, vérifiez que l’éprouvette est correctement formée, plane et respecte les dimensions minimales.

Montage : Ensuite, placez l’éprouvette bien centrée entre les plateaux de l’appareil.

Essai : Pendant l’essai, appliquez la charge à une vitesse de déformation de 1 à 2 % par minute ou selon le besoin. En parallèle, enregistrez en continu la charge et le déplacement automatiquement. L’essai doit s’arrêter lorsque la déformation atteint 15 % ou si la contrainte diminue de 20 %.

Démontage et analyse : Enfin, retirez l’éprouvette et observez attentivement la rupture. Si nécessaire, mesurez la masse sèche ou la teneur en eau pour compléter l’analyse.

Essai de Compression Uni-axiale ou Triaxial « Roche »:

Préparation de l’éprouvette : Usinage et rectification pour obtenir une géométrie conforme (diamètre, hauteur, parallélisme, perpendicularité).

Instrumentation : Installation des jauges de déformation latérale si requis.

Réalisation de l’essai uniaxial

• Positionner l’éprouvette et effectuer les chargements (déplacement axial et latérale si nécessaire).
• Réaliser au moins un cycle de déchargement-rechargement à vitesse de déplacement axial constante.
• Avant le déchargement, la contrainte doit être entre un tiers et deux tiers de la résistance à la compression estimée.
• Pendant le déchargement, la contrainte ne doit pas descendre en dessous d’un tiers de la contrainte maximale atteinte.
• Poursuivre l’essai jusqu’à la rupture de l’éprouvette.

Réalisation de l’essai triaxial

• Placer l’éprouvette dans la cellule triaxiale.
• Augmenter progressivement la pression isotrope jusqu’à la valeur souhaitée.
• Choisir au minimum trois pression de confinement (σ3).
• Poursuivre l’essai comme celui de compression uniaxial, en maintenant la pression latérale constante.

Calcul et Expression des résultats

Calcul de la déformation axiale (ea)

La déformation axiale εa​ est calculée avec la formule suivante :

Où : ΔL est le changement de longueur du spécimen (en mm) et L₀ est la longueur initiale du spécimen (en mm).

Calcul de la déformation latérale (el)

La déformation latérale εl est calculée avec la formule suivante :

Où : D = diamètre initial non déformé (mm) et ΔD est variation du diamètre (mm) ; où une valeur positive indique une augmentation du diamètre et une valeur négative une diminution du diamètre.

Calcul de la section transversale moyenne (A)

La section transversale moyenne après application de la charge est donnée par :

Où :

A₀ est la section transversale initiale du spécimen (en mm²).

ε1 est la déformation axiale (en %).

Calcul de la contrainte de compression (σc)

La contrainte de compression est calculée ainsi :

Où :

P est la charge appliquée (en kPa).

A est la section transversale moyenne (en mm²).  

Calcul Résistance à la compression triaxiale (σ) :

La résistance à la compression est calculée ainsi :

• σ = contrainte différentielle de rupture (MPa) ;
• σ1 = contrainte totale de rupture (MPa) ;
• σ3 = contrainte de confinement (MPa).

Graphique contrainte-déformation

Un graphique contrainte-déformation montre comment un matériau réagit à une force appliquée. Elle donne des informations clés :

• Phase élastique : Zone où la déformation suit directement la contrainte.
• Point de rupture : La contrainte maximale avant que le matériau ne casse.
• Comportement après rupture : Montre si le matériau est fragile (rupture rapide) ou ductile (déformation avant rupture).

La contrainte de compression (σc​) est sur l’axe vertical, et la déformation axiale (ea​) est sur l’axe horizontal.  

Comment déterminer le module de déformation (ou module de Young) :

Le module de Young mesure la rigidité du matériau et peut être trouvé dans la première partie du graphique, où la relation est linéaire. Cela signifie que la contrainte est proportionnelle à la déformation.

La formule est la suivante :

Dans la zone linéaire du graphique, la pente de la courbe donne directement le module de Young. Cela peut être fait manuellement en traçant une droite, ou à l’aide d’un outil informatique qui permet de mieux délimiter la partie linéaire sans erreur.

Résistance au cisaillement non drainée :

La résistance à la compression non confinée, qu détermine en prenant la valeur maximale de la contrainte de compression ou la contrainte à 15 % de déformation axiale.

Calcul du coefficient de Poisson (ν)

Utiliser les déformations moyennes axiale « εa » et latérale « εl » mesurées lors d’un cycle déchargement-rechargement.

Calculer le coefficient de Poisson ν\nuν en utilisant la formule suivante :

Contrôle Qualité (Points Critiques et d’arrêts)

 Points Critiques de Contrôle durant l’Essai de Compression :

1. Vérifier les dimensions de l’éprouvette : Assurez-vous que l’éprouvette respecte l’élancement pour obtenir des résultats aussi précis.
2. Inspecter les équipements : Vérifiez l’état des équipements pour détecter tout dommage visible ainsi que confirmer l’intégrité de l’éprouvette.
3. Centrer l’éprouvette : Placez l’éprouvette au centre de la machine pour éviter tout biais pendant l’essai.
4. Définir la vitesse et la charge de rupture : Paramétrez correctement la vitesse d’application de la charge et la charge de rupture à appliquer.
5. Vérifier l’enregistrement des données : Assurez-vous que les données sont correctement enregistrées, sans erreurs.
6. Collecter les données: Notez soigneusement toutes les informations nécessaires tout au long de l’essai.

 Points d’arrêts durant l’Essai de Compression :

1. Trop de déformation ? Si l’éprouvette se déforme trop, arrêtez l’essai pour éviter de fausser les résultats.
2. Changement dans la courbe ? Si la courbe de contrainte-déformation change de manière imprévue, faites une pause. Cela peut indiquer que quelque chose ne va pas avec l’éprouvette.
3. Rupture de l’éprouvette : Si l’éprouvette se casse ou aussi atteint sa charge de rupture, il est temps d’arrêter l’essai.
4. Problèmes d’enregistrement : Si les données ne sont pas correctement enregistrées, l’essai doit être arrêté pour ne pas perdre de résultats fiables.
5. Problèmes avec la machine : Si la machine a des soucis techniques, arrêtez tout pour éviter de fausser les mesures.