Surfométrie sur dalles

Une seconde campagne de mesures a été entamée avec le palpeur modifié (longueur plus importante et bille d’extrémité de rayon 1,5 mm) et a permis d’obtenir des résultats comparables entre dalles sablées et dalles polies.La Figure 56 donne un exemple de visualisation tridimensionnelle des surfaces obtenues, rectifiée par le plan des moindres carrés.

Comme déjà précisé précédemment, l’effet principal de ce nouveau palpeur est de cacher le spectre des hautes fréquences et de mettre en évidence celui des basses

fréquences, représentatives du phénomène d’ondulation de surface. Ceci est

particulièrement évident lorsque l’on compare les paramètres statistiques ou les paramètres d’amplitude sur la surface redressée et la surface brute filtrée en basses fréquences : les valeurs obtenues sont du même ordre de grandeur, tandis que les paramètres relatifs à la rugosité du support sont très faibles et peu significatifs par rapport aux paramètres d’ondulation (voir Tableau 34).

Tableau 34 : paramètres statistiques et d’amplitude mesurés sur surface sablée A14 (mesures en µm)

Surface redressée Basses fréquences Hautes fréquences

SPt 1310,05 SWt 1288,69 SRt 384,73 SPa 156,24 SWa 151,88 SRa 8,57 SPq 195,47 SWq 190,17 SRq 14,37 SPp 502,43 SWp 491,74 SRp 188,59 SPv 807,61 SWv 796,95 SRv 196,14 SPtm 474,99 SWtm 446,15 SRtm 76,33 SPpm 253,04 SWpm 237,39 SRpm 32,29 SPvm 221,95 SWvm 208,76 SRvm 44,04 PSmx 5802,01 WSmx 6298,18 RSmx 1791,66 PSmy 5567,45 WSmy 6006,80 RSmy 1727,82

Une première analyse des résultats porte sur la comparaison des paramètres statistiques et d’amplitude. La seconde partie de l’analyse a pour but d’étudier la portance des surfaces, ainsi que l’évaluation du volume libre potentiellement « occupable » par la barbotine de ciment en contact avec le support.

Dalle polie PA4

Dalle sablée A11

4.3.1. ANALYSE DES PARAMETRES STATISTIQUES

Outre les paramètres Xt, Xa et Xq, nous avons introduit les paramètres Xsk, appelé skewness22 de la surface considérée et Xek, kurtosis23 de la surface considérée.

Tableau 35 : paramètres statistiques d’ondulation des surfaces polies et sablées (mesures en µm)

Paramètre Dalles polies Dalles sablées

PA1 PA2 PA3 PA4 A11 A12 A13 A14

Wt 743 320 220,4 501,8 1178 965,7 1246 1289

Wa 32,92 15,41 10,79 19,65 126,51 141,76 151,16 151,88

Wq 50,52 22,98 16,83 31,97 157,65 174,81 187,33 190,17

Wsk - 3,65 - 3,46 - 3,28 - 4,2 - 0,16 0,11 - 0,17 - 0,37

Wek 28,66 29,89 23,53 35,44 3 2,55 2,94 3,33

Le test statistique du t de STUDENT montre une différence entre dalles sablées et polies. Cette différence est beaucoup moins nette pour le paramètre Wt à cause de la valeur exceptionnelle de PA1, correspondant à un "accident" de surface.

4.3.2. PARAMETRES D’AMPLITUDE

Les paramètres donnant les hauteurs de saillies (pic) ou de vallées (creux) sont déjà définis précédemment. Ils permettent, avec les paramètres statistiques, de définir le profil de la surface (voir à ce sujet le chapitre relatif à l’étude de la profilométrie). Un paramètre important dans la modélisation de la surface est le pas moyen des irrégularités Xsm, c’est-à- dire la distance moyenne sur un axe (X ou Y) séparant deux intersections de la surface avec le plan moyen.

Tableau 36 : paramètres d’amplitude de l’ondulation des surfaces polies et sablées (mesures en µm)

Paramètre Dalles polies Dalles sablées

PA1 PA2 PA3 PA4 A11 A12 A13 A14

Wtm 147,37 50,21 37,77 81,9 430,94 430,65 431,80 446,15 Wpm 32,43 20,97 13,04 21,9 206,03 228,08 196,73 237,39 Wvm 114,94 29,23 24,74 60 224,91 202,57 235,07 208,76 WSmx 7184,66 6799,78 4226,77 6948,83 5498,9 6297,56 5958,05 6298,18 WSmy 7179,27 4741,86 4644,98 5805,70 5161,2 5976,68 6252,98 6006,8

22 _{skewness : quotient de la moyenne des altitudes des différents points élevés au cube par le cube du}

paramètre Xq

23 _{kurtosis : quotient de la moyenne des altitudes des différents points élevés à la puissance 4 par le}

Le test statistique du t de STUDENT, appliqué pour les trois premiers coefficients, met en évidence une différence nette entre les surfaces sablées et polies : il s'agit donc de

paramètres significatifs pour la caractérisation des surfaces.

La quantification de la différence du pas moyen des irrégularités suivant les axes X ou Y n'a pas beaucoup de sens ni de signification pour nous : s'il est vrai que le polissage semble introduire une orientation préférentielle de l'ondulation pour les granulats polis, cet effet est beaucoup moins évident en ce qui concerne la surface dans son ensemble. D'autre part, cette constatation semble fort peu à propos pour ce qui concerne les surfaces sablées. C'est la raison pour laquelle nous avons considéré les valeurs des paramètres Smx et Smy comme provenant d'une même population. Le test statistique a porté sur la comparaison entre surfaces sablées et polies et a permis de conclure qu'il n'existe pas de différence significative entre les deux types. Tout se passe donc comme si la fréquence d'ondulation restait la même, quelle que soit la préparation de surface.

Figure 57 : symbolisation de l'effet du polissage sur l'état de surface

De ce point de vue, nous avons affaire à une surface isotrope. C'est plutôt l'amplitude des ondulations qui va caractériser la différence entre les deux types de surfaces.

4.3.3. COURBES DE PORTANCE

Les paramètres d'état de surface dérivés de la courbe d'ABBOTT permettent d'analyser non seulement la profondeur des creux, mais également la forme du profil.

CR = hauteur relative de pics

CF = profondeur du profil, à l'exclusion des pics et des creux dépassant CL = hauteur relative des creux

Figure 58 : paramètres de la courbe d'ABBOTT

Le paramètre CF donne une information sur la platitude de la surface : plus la pente du profil est faible, plus la valeur de CF est petite. Le paramètre CL donne quant à lui une idée de l'importance du volume vide, en dessous du domaine du profil intérieur.

Le tableau ci-après permet une comparaison de ces paramètres pour les deux types de préparation de surface.

Tableau 37 : paramètres de la courbe d'ABBOTT pour les surfaces sablées et polies

Paramètre Dalles polies Dalles sablées

PA1 PA2 PA3 PA4 A11 A12 A13 A14

CR 26,4 16,07 10,55 18,93 158,76 190,04 181,61 163,26

CF 55,26 26,34 16,52 29,78 237,46 270,9 284,29 278,75

CL 71,93 32,55 35,60 48,88 228,97 233,51 262,54 289,20

L'analyse statistique des résultats confirme la différence significative entre les coefficients obtenus pour les surfaces sablées et polies.

La valeur relative des paramètres CR et CL pour les dalles polies montre que la surface comporte bien plus de creux que de saillies, ce que nous savions intuitivement et que nous avions déjà mis en évidence dans l'étude des paramètres d'amplitude en profilométrie : c'est donc une technique très intéressante pour la discrimination des surfaces.

L'analyse de la courbe du taux de portance permet également de définir, en fonction du niveau de coupe, le volume de vides sous-jacent, correspondant à un taux de portance défini. La Figure 59 montre l'allure de courbes permettant d'évaluer ce volume "libre" en fonction du niveau de coupe.

Figure 59 : évolution du volume de vides en fonction du niveau de coupe de la courbe de taux de portance (dalle polie PA4)

Le volume moyen disponible peut être évalué comme suit.

Tableau 38 : volume des vides des surfaces sablées et polies

Surface Taux de portance

(%)

Niveau de coupe (µm)

Volume des vides (mm³) Sablée A11 0,04 6,52 517,06 A12 0,02 5,19 558,1 A13 0,05 6,72 567,25 A14 0,02 6,61 587 Moyenne : 557,35 Polie PA1 0,14 4,52 107,8 PA2 0,06 2 38,78 PA3 0,02 2,86 54,17 PA4 0,06 2,95 78,95 Moyenne : 69,93

N.B. : il faut être bien conscient que la hauteur maximum des profils vaut 1245 µm pour les surfaces sablées et 542 µm pour les surfaces polies.

Le volume du matériau d'apport nécessaire pour remplir toutes les anfractuosités de surface est donc 8 fois plus grand pour les dalles sablées que pour celles qui sont polies; ce volume constitue un volume global et ne prend pas en compte la forme des "trous" qui, vu la forme de la courbe de portance et les valeurs du paramètre CF, sont plus étroits pour les surfaces polies et présentent plutôt une forme en "bouteille à encre" (ou queue d'aronde) pour les surfaces sablées.

Les dimensions de cette ondulation de surface sont telles que la pénétration de la barbotine ne sera pas due à des pressions capillaires mais plutôt à la pression extérieure, mise en œuvre au moment de l'application.