Procédure d’essai

Une fois l’éprouvette enlevée du moule, sa masse totale finale MT ainsi que son volume total final VT sont mesurés et enregistrés. La valeur de VT est calculée à partir des dimensions moyennes i.e. la longueur L, la largeur b et la hauteur h de l’éprouvette. Ces mesures sont prises à trois endroits différents de l’éprouvette (aux extrémités et au centre) en utilisant un pied à coulisse.

On trace une marque de référence au centre de la « poutre » (figure 3–15). Ensuite, l’éprouvette est placée minutieusement sur les deux barres de la structure de base (points d’appui). Deux lignes (marques) sont tracées sur chaque tige d’appui (en les divisant en trois tiers) pour faciliter un placement bien centré de l’échantillon. L’extrémité de la tige mobile du capteur électrique de position (LVDT) est enduite d’une petite quantité de colle, et ensuite fixée au centre de la surface inférieure de l’éprouvette, comme illustré à la figure 3–16.

Le logiciel et le chronomètre sont mis en marche dès que le spécimen est mis sur la structure de base du montage. Une fois la première minute passée, les deux tiges de chargement sont placées sur l’échantillon, en utilisant comme référence la ligne centrale et la plaquette de soutien du récipient. Le récipient de plastique vide est mis sur les deux tiges métalliques. Un temps de transition d'une minute est prévu (entre l’application de ces poids) afin de permettre au système de se stabiliser. Après environ trois minutes (temps requis pour installer les tiges et l’éprouvette), la valve du réservoir est ouverte pour laisser couler l’eau vers le récipient de chargement à une vitesse moyenne correspondant à un taux de mise en charge de 0,013 N/s (0,8 N/min). Le chargement se poursuit jusqu’à la rupture de l’éprouvette (qui se produit typiquement en moins de 30 minutes). La valve du réservoir est alors fermée immédiatement et le récipient avec l’eau est enlevé. Il est important que la structure de base soit à niveau, faute de quoi le récipient (avec l’eau) pourrait se renverser.

Un caméscope est utilisé dans le but d’enregistrer l’essai incluant le moment d’apparition de la fissure. Ceci permet de bien identifier par la suite la forme et l’endroit de cette fissure. Le même protocole est répété afin d’évaluer la réponse des échantillons à différentes teneurs en eau (w0 et w) correspondant à divers degrés de saturation.

Figure 3–16 : Photographie illustrant le montage utilisé pour l’essai de flexion avec quatre points d’appui sur des éprouvettes de résidus miniers non saturés.

On pèse le récipient avec l’eau. Le moment précis où la rupture se produit, et le déplacement (final et en fonction du temps) de la « poutre » peuvent être déterminés à partir des données du logiciel d’acquisition et de la courbe de calibration du capteur. La rupture de l’éprouvette est identifiée lorsque l’écart entre deux valeurs de tension consécutives est disproportionné.

La teneur en eau massique finale w de l’éprouvette prismatique (« poutre ») est déterminée à partir d’un morceau de matériau prélevé après la fracture. Ce fragment d’échantillon est placé dans un petit récipient et pesé (MH). La masse de solides Ms est obtenue après séchage au four pendant 24 heures à une température autour 105 C. La teneur en eau finale w (%) est calculée en utilisant Ms et MH de l’échantillon prélevé.

Les valeurs finales de la masse totale et volume total de l’éprouvette (MT et VT) ainsi que la teneur en eau finale w permettent par la suite de déterminer l’indice des vides final e et la porosité n de l’échantillon, selon les expressions suivant :

ρ ρ ρ (3–5) (3–6) (3–7) (3–8)

où Vs est le volume de solides; VT et Vs sont en cm3_{; MT est en grammes; ρs est la masse} volumique des grains solides en g/cm3_{; Dr est la densité relative des grains solides (-); ρw = 1} g/cm3_.

Les densités (ou masses unitaires, ou volumiques) sèche ρd et humide ρhum sont calculées à partir des équations suivantes :

ρ

ρ (3–10)

Le degré de saturation Sr est calculé en utilisant l’équation 3–11. La masse de solides Ms est déterminée à partir de la teneur en eau finale w et de la masse totale finale de l’échantillon MT.

(3–11)

La résistance en traction de l’échantillon, σt, est calculée dans un premier temps en utilisant l’équation 3–12, basée sur la théorie élastique de flexion (décrite précédemment au chapitre 2).

σ avec (3–12) (3–13) où

σt = Résistance à la traction du résidu non saturé (N.m-2₎ Mmax = Moment de flexion appliqué à la rupture (N.m). L = Longueur de l’éprouvette (m)

b = Largeur de l’éprouvette (m). h = Hauteur de l’éprouvette (m).

Pmax = Masse totale appliquée à la rupture de l’éprouvette lors des essais de flexion (kg) g = Accélération gravitationnelle (= 9,81 m/s2)

Le déplacement à la base de l’éprouvette en fonction du temps est obtenu en utilisant l’équation de calibration du LVDT (voir équation 3–4). Les valeurs de tension de sortie (entrants du logiciel LabView 7.1) sont transformées en valeurs de la position de la tige du LVDT. Le déplacement à

un temps ti est le résultat de la différence entre la position à ti et la position initiale (à t = 0). Le déplacement maximal δmax correspond au déplacement calculé pour la valeur de tension obtenue à un temps ti égal à la durée de l’essai de flexion (temps de chargement tf).

Lorsqu’aucune mesure de déplacement aux fibres supérieures n’est effectuée, on a supposé que le déplacement en traction est égal à celui en compression (δt = δc). Cela veut dire que la déformation au centre de l’éprouvette en traction εt est présumée égale à la déformation en compression εc. La déformation en traction à la rupture εt max peut être calculée à l’aide de l’équation suivante (Al-Layla et al., 2007; Dowling, 2007):

ε δ

(3–14)

avec

δt max = Déplacement mesuré au centre de l’éprouvette, à la fibre inférieure [m]. Fmax = Charge appliquée à la rupture= Pmax.g [N].

Mesure du déplacement en haut de l’éprouvette.

Pour les essais de flexion qui comprennent aussi la mesure du déplacement à la fibre supérieure au centre des éprouvettes, on procède de la façon suivant :

Une fois que la « poutre » a été bien placée sur la structure de base et le LVDT inférieur a été installé correctement, la plaquette fixée au LVDT supérieur est délicatement mise sur la marque de la « poutre » (au centre) et le logiciel et le chronomètre sont démarrés. Ensuite, on suit les instructions décrites dans la section précédente.

Les deux LVDT utilisés doivent être calibrés à chaque journée d’expérimentation, tel que décrit à la section 3.2.5, afin de déterminer précisément le déplacement au centre des fibres supérieure et inférieure de l’éprouvette.

La résistance en traction σt du matériau et la contrainte en compression à la fibre supérieure de l’échantillon σc max peuvent être calculées selon la méthode directe à l’aide des équations suivantes (Duckworth, 1951; Al-Layla et al., 2007; Dowling, 2007):) :

σ σ ε δ (3–15) (3–16) (3–17) σc max = Contrainte en compression à la fibre supérieure au centre de l’éprouvette, à la rupture (N.m-2₎

δc max = Déplacement mesuré au centre à la fibre supérieure de l’éprouvette, à la rupture (m). εc max = Déformation en compression maximale au centre de l’éprouvette, à la rupture (-).