6.3.1 É
CHANTILLONS À L’
ÉTUDEL’ensemble des formulations présentées dans le Chapitre 3ont fait l’objet d’essais mécaniques. Après séchage en ambiance contrôlée (à 23°C et 60%HR), les échantillons sont séchés en étuve à 40°C jusqu’à stabilisation de leur masse avant chaque essai. Les masses volumiques présentées dans ce chapitre correspondent donc à l’état des échantillons juste avant essai, soit après séchage à 40°C.
6.3.2 C
OMPRESSION SIMPLE6.3.2.1 C
YLINDRESLes essais de compression simple sur éprouvette cylindrique (∅16*32 cm) sont réalisés sur une machine de compression type Instron 8803 équipée d’un capteur de force de 50kN. Les échantillons n’ont pas été surfacés du fait de la difficulté à les usiner de manière précise. En revanche, afin de conformer l’appareillage à des surfaces de contact non parfaitement parallèles, un plateau bas rotulé est utilisé. Le plateau haut n’est pas rotulé. Les données de force du capteur et de déplacement du plateau bas sont récupérées.
Afin de mesurer de manière plus précise la déformation longitudinale du matériau, une cage extensométrique semblable à celles utilisés pour l’évaluation du module d’Young d’éprouvettes de béton [261]est utilisé(Figure 6-9, gauche). Il est composé de deux plateaux indépendants, qui s’ancrent dans le matériau à l’aide de pointes réglables, et entre lesquels sont placés des capteurs de déplacement type LVDT. Le dispositif mesure la déformation du tiers central de l’éprouvette (soit sur 10 cm).
Figure 6-9: À gauche, dispositif d'acquisition de données de déformation lors d'essais de compression sur éprouvette cylindrique (extensomètres). À droite, même installation sans extensomètres.
La déformation transversale est mesurée grâce au couple extensomètre à fourche + chaînette (Figure 6-9, gauche). Ce dispositif a été développé au laboratoire et utilisé sur d’ancien travaux publiés [256]. Des dispositifs semblables sont utilisés pour la caractérisation du béton [261]. La chaînette est placée à mi-hauteur de l’échantillon.
Le protocole d’essai est le suivant :
- Chargement cyclique (1mm/min) sur plusieurs paliers de contraintes fixées ; au dernier palier déchargement complet
- Retrait des extensomètres (Figure 6-9, droite)
- Chargement monotone (1mm/min) jusqu’à rupture ou limite de déplacement de la traverse
Les essais sont réalisés en deux temps afin de permettre à la fois la mesure précise des déformations dans la phase pseudo-élastique et la caractérisation de la rupture ou de la densification, sans endommager le matériel d’acquisition. La vitesse de chargement est suffisamment lente pour considérer que l’essai est réalisé en conditions quasi-statiques.
6.3.2.2 C
UBESLa Figure 6-10 présente le dispositif d’acquisition lors des essais de compression sur éprouvette cubique (10 cm de côté). Ces essais sont réalisés sur la même machine, équipée de la même façon (capteur de force 50kN et un plateau inférieur rotulé). En revanche, les déformations transverses sont mesurées à l’aide de deux capteurs de déplacement type LVDT dont les extrémités sont placées contre le centre des faces verticales. En parallèle, un système d’acquisition vidéo 2D, utilisé avec le logiciel ARAMIS (Figure 6-11, gauche), est mis en place de manière à avoir un autre moyen de mesure des déformations axiale et orthogonale. Grâce au logiciel, 3 extensomètres virtuels sont placés sur la surface du cube (Figure 6-11, droite). Les éprouvettes sont, avant essai, peintes en blanc et tachetées de noir pour créer un mouchetis repérable à l’analyse vidéo. L’aspect de surface n’est pas lisse et homogène. Les aspérités trop importantes créent des zones non analysables par le logiciel (Figure 6-11, droite).
Figure 6-10: Dispositif d'acquisition pour essai de compression sur éprouvette cubique.
Le protocole d’essai est le même que pour les cylindres et les paliers sont réalisés aux mêmes contraintes. L’essai s’effectue en un seul temps, les capteurs LVDT sont enlevés au cours de l’essai pour ne pas les endommager. Ces géométries cubiques permettent notamment de caractériser le matériau dans différents sens de compression, afin d’évaluer l’anisotropie du comportement mécanique. La Figure 6-12 présente les deux directions testées : l’essai type perpendiculaire où la force de compression est perpendiculaire aux couches du matériau (ce sens correspond à celui utilisé pour les essais sur cylindre) ; l’essai type parallèle où la force de compression est parallèle aux couches du matériau (plus représentatif d’un mur de terre-chanvre projeté).
Figure 6-12: Direction d'application de la force pour caractérisation de l'anisotropie de comportement.
6.3.2.3 É
VALUER LE MODULE ET LA LIMITE D’
ÉLASTICITÉLa Figure 6-13 présente les définitions des différents modules de compression évaluables lors d’un essai de compression. La limite d’élasticité, définie précédemment comme la valeur de contrainte au passage de la phase pseudo-élastique (phase 1) à la phase plastique (phase 2), est évaluée ici (Figure 6-13A) sous l’intersection des tangentes de ces deux phases. La pente de la tangente de la première phase donne le module d’élasticité apparent.
Afin de traiter rapidement les résultats des nombreux essais, un programme (codé en VBA sur Excel) a été développé pendant la thèse. Celui-ci réalise les actions suivantes :
- Repérage des points d’inflexion importants pour définir les extremums des cycles ;
- Calcul des pentes entre extremums, moyenne et écart type entre les trois premiers cycles ;
- Calcul des pentes maximales au sein des cycles, moyenne et écart type entre les trois premiers cycles ; - Établissement des tangentes des phases 1 et 2 et de leur pente ;
- Recherche du point d’intersection des deux tangentes et de la correspondance sur la courbe (limite d’élasticité σe).
Ainsi, le programme permet le calcul d’un module de déchargement entre l’extremum haut et bas d’un cycle, et celui du module tangent (pente maximale au cours d’un cycle). Le module sécant en chargement cherché, correspond à la pente entre l’extremum bas d’un cycle et le point auquel la courbe reprend sa course initiale (hors cycle). Ce point n’est pas identifié par le programme. Nous considérons ici une différence très faible entre ce point et l’extremum haut d’un cycle. Les résultats de modules sécants et tangents présentés par la suite correspondent toujours à la moyenne entre les trois premiers cycles, avec l’écart type entre ceux-ci.
Concrètement, chaque module correspond à un cas de chargement particulier. Le module apparent permet d’observer la réponse mécanique du matériau à un chargement initial, potentiellement permanent. Ensuite, Les cycles correspondent à la réponse mécanique à des sollicitations temporaires. Dans notre cas, nous effectuons ces cycles dans le domaine des petites déformations (entre 0 et 1%, Figure 6-13B). Ainsi, le module sécant mesuré en déchargement est très proche du même module en chargement.
Les résultats de limite d’élasticité seront toujours présentés selon les déformations globales évaluées entre plateaux. En revanche, comme nous l’avons vu précédemment, l’exploitation des résultats bruts peut amener à estimer le module d’élasticité de différentes manières suivant la géométrie de l’échantillon et les mesures exploités (capteurs du plateau, extensomètre, chaînette, vidéo…). La Figure 6-14 résume ces différentes méthodes de mesure et d’analyse des résultats. Les extensomètres et l’analyse d’image étant utilisés seulement durant les cycles et non sur l’essai complet, le module d’élasticité apparent n’est pas évalué avec ces méthodes de mesure.