Ce chapitre présente des essais de compression uniaxiale, effectués sur des éprouvettes cylindriques construites en PA12 par impression 3D (SLS). Les éprouvettes sont modélisées en utilisant le logiciel Solidworks. Elles font 160 mm de diamètre pour 320 mm d’hauteur, soit 6,5 fois plus grandes
que les éprouvettes testées dans le chapitre 2 – partie A (cf. 2.5). C’est la dimension maximale qu’on peut réaliser avec la technique d’impression 3D SLS. L’éprouvette de compression discontinue
constitue une première tentative de modélisation d’un massif rocheux fracturé à échelle réduite. Des discussions sur la mise à l’échelle des propriétés d’un massif rocheux seront présentées en chapitre 4.
Les joints modélisés sont des joints planaires contenant des ponts rocheux qui sont orthogonaux au plan de la discontinuité. Les ponts ne sont donc pas parallèles à la direction de fabrication. Deux géométries sont testées.
La géométrie A consiste en une éprouvette cylindrique contenant deux discontinuités planaires ayant les caractéristiques géométriques suivantes (figures 3.1a-b)
a. Pendage (dip angle) de 60° vers l’Est, et direction du pendage (dip direction) de N030°
b. Pendage de 55° vers l’Ouest et direction de pendage de N090.
Les angles choisis sont supérieurs à l’angle de frottement des joints au pic (23,5°) caractérisé à partir des essais de cisaillement afin de s’assurer que les joints sont sollicités en cisaillement et que la
résistance globale est pilotée par les discontinuités. La direction du pendage est opposée entre les
deux plans pour qu’ils s’intersectent. Le pendage est légèrement différent entre les deux (5°) afin de
tester l’influence de ce faible écart sur le comportement global.
La géométrie B consiste en une éprouvette cylindrique contenant 48 blocs séparés par huit discontinuités, dont les deux présentes dans la géométrie A, ayant les caractéristiques géométriques suivantes (figures 3.1c-d)
a. Pendage (dip angle) égal à 60° vers l’Est et direction du pendage (dip direction) de N30° ; b. Pendage égal à 55° vers l’Ouest et direction du pendage de N90° ;
c. Pendage égal à 25° vers l’Est et direction du pendage de N0° ; d. Pendage égal à 24° vers l’Ouest et direction du pendage de N45°
e. Pendage égal à 15° vers l’Ouest et direction du pendage de N0° ; f. Pendage égal à 45° vers l’Ouest et direction du pendage de N60° ; g. Pendage égal à 20° vers l’Est et direction du pendage de N0° ; h. Pendage égal à 45° vers l’Ouest et direction du pendage de N0°.
Cette éprouvette a été imprimée en double, le but étant de tester la répétabilité de l’essai et de la technique d’impression. La géométrie B a été construite de manière à ce que les discontinuités
s’intersectent au maximum, et que leur pendage varie entre des valeurs plus faibles et plus élevés que l’angle de frottement des joints. Les discontinuités sont également choisies pour ne pas recouper les surfaces supérieures et inférieures de l’éprouvette sur lesquelles on impose le chargement, afin de minimiser les effets de bords. Cette géométrie doit permettre (i) d’étudier l’effet de la présence de
multiples discontinuités à comportement individuel connu, sur le comportement global de
l’éprouvette; (ii) et d’étudier la déformation et l’interaction entre les blocs formés par les
Figure 3.1 : Éprouvettes de compression, de dimension 16cm x32 cm, construites en PA12 par impression 3D (a et b correspondent à la géométrie A contenant 2 discontinuités, c et d correspondent à la géométrie B contenant 8 discontinuités). La discontinuité rouge correspond à un pendage de 60°, celle en bleue a un pendage de 55°.
Le nombre de ponts sur chaque discontinuité est choisi de sorte à respecter le pourcentage de ponts rocheux existant sur les joints « 12rb-Planar », à savoir 0,6% de ponts sur la surface du joint. Le choix
d’avoir un pourcentage de ponts uniforme sur toutes les surfaces permet théoriquement d’avoir une
cohésion égale pour tous les joints.
Le but principal de l’essai de compression est d’estimer le module de Young équivalent de l’éprouvette
en PA12 en présence des discontinuités et d’estimer sa résistance à la compression. La courbe de comportement global de l’éprouvette (contrainte normale en fonction de la déformation axiale) est construite à partir des valeurs de déplacement entre les plateaux de compression, et de l’effort normal imposé pendant l’essai. Théoriquement, le module obtenu à partir des mesures de l’effort imposé et du déplacement entre les plateaux de compression est inférieur au module réel de l’éprouvette. La
différence entre la raideur de la presse et celle du matériau, ainsi que la nature de l’interface
matériau/plateau, peuvent avoir une influence sur le déplacement mesuré au niveau du plateau, et donc sur le module de Young. Le module global mesuré sur les éprouvettes testées dans ce chapitre donne une idée de l’ordre de grandeur du module réel. Les interfaces de nos éprouvettes étant identiques (les interfaces sont rectifiées de manière similaire pour qu’elles soient planaires), il est possible de comparer le module global de l’éprouvette contenant deux discontinuités et celui de
l’éprouvette contenant huit discontinuités afin de tirer des conclusions sur l’influence de la géométrie sur le module équivalent de l’éprouvette. Six jauges de déformation axiale et trois rosettes (mesures
axiale, transversale et à 45°) distribuées sur chaque éprouvette complètent les mesures de
déformation sur l’éprouvette (figure 3.2). Les trois rosettes sont placées au niveau de l’intersection
blocs au niveau des joints les plus inclinés. Les jauges axiales sont distribuées principalement à
mi-hauteur de l’éprouvette, de manière symétrique. Toutes les jauges sont placées au même endroit pour les éprouvettes A et B, à l’exception des jauges 11, 13 et 15 qui sont placées sur trois discontinuités. Ceci permet de suivre plus spécifiquement le comportement local des joints, même si
les jauges de déformation ne sont pas les plus adaptées pour ce type de mesures parce qu’elles
risquent de se détacher ou de se plier si le joint subit un déplacement brutal. La vitesse de compression
imposée est de 24 µm/min pour un essai sur la géométrie A, et un essai sur l’éprouvette B, et de 12 µm/min sur l’autre essai avec la géométrie B. Dans la suite du texte, les appellations B-v24 et B-v12, font référence à la géométrie B et à la vitesse de déformation appliquée à chaque éprouvette, en µm/min. Des cycles de chargement et déchargement sont exécutés au cours de l’essai pour vérifier si
le comportement de l’éprouvette est purement élastique ou si une plastification de la matrice se
produit durant les cycles. Des mesures sont prises toutes les cinq secondes. Le dispositif expérimental est présenté sur la figure 3.3.
Figure 3.2 : Vue développée des éprouvettes avec la répartition des jauges de déformation sur les deux géométries testées. Les discontinuités ne sont pas présentées dans cette esquisse. Seules des traces, à titre indicatif, des deux discontinuités communes à toutes les éprouvettes (pendage 55° et 60°) sont présentées au niveau de leur croisement aux alentours des rosettes. Les jauges axiales en jaune sont les jauges placées sur des discontinuités de l'éprouvette B.