Mesure de la résistance en traction

La résistance en traction de la matrice peut être obtenue par trois types d’essais : essai de traction directe, essai de flexion et essai de fendage appelé aussi essai Brésilien. Les deux derniers classés comme des essais de traction indirecte. Dans ce qui suit, nous nous intéressons à la résistance en traction de la matrice à 7 jours.

a) Traction directe

L’essai de traction directe est généralement difficile à mettre en œuvre compte tenu des problèmes d’alignement. Pour cet essai, deux types d’éprouvettes ont été testées : cylindriques et parallélépipédiques.

Les éprouvettes cylindriques utilisées ont un diamètre de 34 mm et une hauteur de 70 mm. Deux ronds pleins métalliques dotés d’un écrou ont été collés sur chaque face de l’éprouvette cylindrique et reliés à la machine de traction au moyen des tiges filetées (figure 2.28). Ce dispo-sitif d’essai permet de garantir un bon alignement de l’éprouvette et réduire les efforts parasites de flexion. L’essai a été réalisé avec 2 jauges parallèles à l’axe de traction équiréparties autour du cylindre pour mesurer la déformation longitudinale et une jauge perpendiculaire à l’axe de traction pour mesurer la déformation transversale. Nous avons réalisé un essai de traction directe sur 3 éprouvettes et un essai de traction avec cycle charge-décharge-recharge sur une éprouvette. Les courbes contrainte-déformation obtenues pour les deux cas sont présentées sur la figure 2.29. En général, le comportement est linéaire. Pour quelques éprouvettes, nous obser-vons une légère perte de linéarité à environ 80% de la contrainte ultime, liée à la propagation des microfissures. La figure 2.30 montre que les courbes charge-décharge dans la phase linéaire sont quasiment confondues, cela montre que le comportement de la matrice dans cette phase est élastique. La résistance en traction σ_t (en MPa) est déterminée par :

σ_t = 4 ^F

πd2 (2.5)

Avec F la charge maximale (N) et d le diamètre de l’éprouvette (mm).

Le coefficient de Poisson ν peut être aussi déterminé. Il correspond à la pente de la courbe déformation transversale-déformation longitudinale de l’éprouvette (figure 2.31).

Figure 2.29 – Comportement mécanique en traction directe des éprouvettes cylindriques de K3

Figure 2.30 – Réponse d’une éprouvette cylindrique à une traction charge-décharge dans la phase élastique

Figure 2.31 – Détermination du coefficient de Poisson à partir de la courbe déformation transversale-déformation longitudinale

Les éprouvettes parallélépipédiques utilisées sont de dimensions 140 × 20 × 5 mm (figure 2.32.a). Elles ont été confectionnées à l’aide d’un moule en silicone (figure 2.32.b). Les plaques sont démoulées 24 heures après le coulage de la matrice. Des talons d’aluminium de 50 × 20 × 4 mm, préalablement percés (∅ 8 mm), ont été utilisés (figure 2.32.c). La zone des talons non forée de 25 × 20 × 4 mm a été collée aux extrémités de l’éprouvette au moyen de l’Eponal 380, et la zone contenant le trou a été laissée libre (figure 2.32.a). Une jauge longitudinale a été ensuite collée sur chaque éprouvette.

Figure 2.32 – (a) Géométrie de l’éprouvette, dimensions en mm ; (b) Moule de silicone utilisé et (c) Eprouvettes de traction parallélépipédiques

Les essais de traction ont été réalisés avec la même machine utilisée pour la caractérisation du comportement en traction des fils de verre (cf. figure 2.5). L’essai est asservi en déplacement

à une vitesse de 1mm/min. L’effort de traction est appliqué par le biais de mors rotulés (figure 2.33). Ce type de mors est bien adapté à ces éprouvettes car ils permettent de diminuer les effets de flexion parasites au niveau des talons dues aux défauts de fabrication des éprouvettes et d’éliminer la pression exercée dans le cas des mors à mâchoires auto-serrantes qui peut endommager l’éprouvette.

Figure 2.33 – Dispositif expérimental de l’essai de traction

Les courbes contraintes déformation obtenues sont présentées sur la figure 2.34. La résistance en traction σ_t (en MPa) est déterminée par :

σ_t = ^F

S ^(2.6)

Avec F la charge maximale (N) et S la section de l’éprouvette, ici on a S = 100 mm2.

Le tableau 2.12 donne la valeur moyenne et le coefficient de variation (CV) de la contrainte ultime σ_t et du module élastique E_t des deux types d’éprouvettes ainsi que le coefficient de Poisson ν des éprouvettes cylindriques.

Tableau 2.12 – Caractéristiques mécaniques en traction directe de la matrice K3 Eprouvette ^{σt Et ν} Moyenne (MPa) CV (%) Moyenne (GPa) CV (%) Moyenne CV (%) Cylindrique 2.21 5.3 4.62 7.7 0.18 3.8 Parallélépipédique 3.07 3.2 5.92 1.9 - -b) Traction indirecte

En raison de la difficulté de la réalisation des essais de traction directe, on fait souvent appel à des essais indirects comme l’essai de fendage et l’essai de flexion.

L’essai de fendage a été réalisé sur trois éprouvettes cylindriques identiques à celles de traction directe. Cet essai consiste à appliquer diamétralement une charge sur l’éprouvette posée entre les deux plateaux d’une presse (figure 2.35a). La rupture s’obtient par traction le long du diamètre vertical, entraînant un fendage vertical de l’éprouvette. La résistance en traction σ_t (en MPa) peut être déterminée par la formule suivante :

σ_t= 2 ^F

πdL ^(2.7)

Avec F la charge maximale (N), d le diamètre de l’éprouvette (mm) et L la hauteur de l’éprou-vette (mm).

L’essai de flexion trois points a été réalisé sur trois éprouvettes prismatiques 40×40×160 mm. (figure 2.35b). La résistance en flexion σ_t (en MPa) a été déterminée à partir de la formule suivante :

σ_t = ^{3F l}

2bh2 (2.8)

Avec F la charge à la rupture en flexion (N), l = 100 mm, b et h sont respectivement la largueur et la hauteur de l’éprouvette, ici on a b = h = 40 mm.

(a) (b)

Figure 2.35 – Essais de traction indirecte : (a) essai de fendage et (b) essai de flexion trois points

La valeur moyenne et le coefficient de variation de la résistance en traction σ_t obtenue par essai de fendage et essai de traction trois points sont présentés dans le tableau 2.13.

Tableau 2.13 – Caractéristiques mécaniques en traction indirecte de la matrice K3

Essai ^σt

Moyenne (MPa) CV (%)

Fendage 2.59 5.2

Etude du comportement à l’arrachement