Wikigeotech:Compression uniaxiale roche

Les essais de référence

La norme NF P94-420 "Roches – Détermination de la résistance à la compression uniaxiale." de décembre 2000, décrit l'essai de référence pour évaluer les performances des matériaux utile pour les études d'ouvrages au rocher, pour la fourniture de matériaux d'enrochement ou pour l'exploitation de gisement de matériaux granulaires.

L'essai décrit dans ce document est plus particulièrement adapté aux roches dont la résistance en compression uniaxiale est supérieure à 1 MPa.
La norme NF EN 1926 «Méthodes d'essai pour pierres naturelles - Détermination de la résistance en compression» (indice de classement : B 10-614) concerne les pierres naturelles et la norme NF P 94-077 «Sols : reconnaissance et essais - Essai de compression uniaxiale» s'applique aux sols.

Dans ce qui suit, c'est la référence à la norme NF P94-420 qui est sous-entendue.

Applications

compression simple sur un échantillon de roche de 50mm de diamètre - Photo : Cerema Toulouse

La résistance en compression uniaxiale σC est exprimée conventionnellement par le rapport entre la force appliquée lors de la rupture de l'éprouvette et l'aire de sa section transversale déterminée avant essai :

σC = Fmax / A
La mesure est dispersée et de manière générale il faut au moins 3 essais pour obtenir une valeur représentative. Au cours de l’essai de résistance en compression simple nous pouvons également mesurer la déformation axiale correspondant à chaque valeur de la contrainte appliquée (E, Module de Young). L'essai est réalisé en imposant un effort de compression vertical croissant, à vitesse constante.

De l’état de saturation dépend largement la valeur de σC. Certaines roches, comme les calcaires tendres, sont sensiblement moins résistantes à l’état saturé qu’à l’état sec : la perte de résistance peut atteindre 50%. La figure 1 illustre l'évolution de la résistance en compressions simple en fonction de la teneur en eau. On constate nettement la chute des valeurs : l'augmentation de 1% de teneur en eau diminue de moitié la résistance. Ce graphique permet de comprendre les cas d'effondrement de cavité lorsque le niveau des nappes phréatiques remonte ou en cas d'ennoyage après arrêt de pompage.

figure 1 : évolution de Rc en fonction de la teneur en eau du matériau (craie du tunnel sous la Manche)

Les valeurs de résistance en compression peuvent servir à évaluer (en première approximation) les caractéristiques à long terme (ou Ru pour résistance ultime) notamment dans le cas des diagnostic de stabilité des cavités souterraines. Les résistance en compression (ou les modules de Young), obtenues par les essais normalisés sont divisées par un coefficient de correction pour évaluer les valeurs à long terme, de :

• 2 pour la craie ;
• 3 pour le gypse ;
• 1,2 à 1,5 pour des calcaires compacts.

Concernant les effets d'échelle et de forme, le calage sur l'expérience régionale est recommandé. L'augmentation de l'élancement induit typiquement une baisse de résistance et une accentuation du comportement fragile (figure 2). Il est classiquement admis de retenir des essais obtenus sur des éprouvettes d'élancement 2 pour évaluer les performances des matériaux. Un élancement 2 est caractérisé par une éprouvette d'une hauteur égale à deux fois son diamètre. Traditionnellement, les éprouvettes ont des diamètres de 50 mm et des hauteurs de 100 mm.
La présence de discontinuités (à orientation verticale et surtout oblique) dans un pilier contribue évidemment à la réduction des valeurs des caractéristiques mécaniques. Lors de la réalisation des essais il est clair que la présence de discontinuité est à noter car cela influence la performance finale.

figure 2 : effet de l'élancement sur la courbe effort-déformation d'éprouvettes d'un calcaire poreux (diamètre constant, hauteur variable) - Source : Ifsttar