Essais mécaniques  Après avoir considéré précédemment, des modèles théoriques de rupture et la déformabilité d’un matériau rocheux, nous passerons en revue, dans cette partie, les principaux essais des matériaux rocheux en s’efforçant de mettre en évidence les effets des conditions d’essais sur les propriétés mesurées.

Essai de compression simple L’enregistrement des déformations axiale et transversale d’une éprouvette cylindrique (h=2 ou 2.5 d) de roche en fonction de l’effort appliqué lors d’un essai de compression simple se présente habituellement comme indiqué à la figure suivante. La vitesse de mise en charge dite statique correspond à un temps de 5 à 15 minutes pour atteindre la charge maximum.

Facteurs influençant les résultats d’essais Les courbes (,) sont influencés par différents facteurs, notamment la forme et les dimensions des éprouvettes, les conditions d’appui, la vitesse de mise en charge et l’orientation.

Les éprouvettes d’un même échantillon ne sont pas parfaitement identiques à cause de l’hétérogénéité de ce dernier. Il faut un grand nombre d’éprouvettes (par exemple >7) pour pouvoir définir correctement la distribution des résistances par la valeur moyenne et la dispersion. Effet d’échelle : la résistance diminue lorsque la dimension croît.

Le comportement du matériau est influencé par le rapport h/d (élancement =rapport longueur au diamètre). Il est recommandable de considérer des rapports h/d compris entre 2.5 et 3. De nombreuses formules ont été proposées pour relier la résistance mesurée en fonction du rapport h/d. A titre d’exemple, la loi proposée par Protodiakonov. On voit que la résistance d’une éprouvette avec h/d = 1 est 15% supérieure à celle d’élancement généralement recommandé h/d =2.5.

L’orientation préférentielle des défauts de structure conduit à une anisotropie du matériau. Pour un schiste la résistance varie en fonction de l’inclinaison de la contrainte sur le plan de litage et du degré de confinement.

Les grandes vitesses de chargement mènent à des accroissements de résistance. La S.I.M.R. (Société Internationale de Mécanique des Roches) recommande des vitesses de mise en charge comprises entre 0.5 et 1 MPa/s. Le degré de saturation peut aussi influencer fortement la résistance même pour des porosités faibles, la résistance diminue lorsque le degré de saturation augmente.

Essai de compression ponctuelle Il consiste à remplacer les plateaux plan de la presse par des appuis sphériques de 5mm de rayon transmettant un effort très localisé. L’état de contrainte dans la région centrale d’un corps quelconque comprimé entre deux pointe dépend peu de la forme de ce corps.

Cet essai est normalisé en considérant un coefficient de résistance sous charge ponctuelle (Point Load Strength Index) Is (50) en vue d’établir une classification subjective des roches. La détermination du coefficient de résistance sous charge ponctuelle Is (50) se fait comme suit : F : effort de rupture D : distance entre les points de contact

Les dimensions des échantillons admis pour la détermination du coefficient de résistance sous charge ponctuelle

Corrélation entre l’indice de résistance ponctuelle et les résistances.

Essai de compression triaxial Il faut considérer au terme triaxial sa signification consacrée en mécanique des sols et correspondant à 2 = 3. Vu les valeurs absolues de la résistance des roches, les cellules triaxiales doivent être très résistantes, les pressions latérales couramment atteintes étant de l’ordre de 100 MPa et pouvant même être de 1000 MPa. Des précautions spéciales doivent être prises du point de vue de la sécurité.

Les premiers essais triaxiaux sont dus à Von Karman qui a publié en 1911 les résultats repris à la figure ci-contre. Il apparaît une modification du comportement du matériau qui passe d ’un caractère fragile sous faibles contraintes latérales, à un comportement plastique sous fortes valeurs de 2 = 3.

Plus récemment, grâce à la mise au point de machines asservies, les courbes complètes (1,1) ont pu être tracées même pour de faibles valeurs de la pression de confinement.

Les éprouvettes utilisées ont une forme cylindrique d’élancement 2 Les éprouvettes utilisées ont une forme cylindrique d’élancement 2.5 à 3. Elles sont contraintes latéralement par un fluide (de l’eau ou de l’huile), ce qui impose 2 = 3, pour éviter toute pénétration de ce fluide, il faut placer une membrane périphérique (en caoutchouc ou en cuivre).

Essai de traction La résistance à la traction des roches est faible par rapport à la résistance à la compression. Les ruptures à la traction risquent donc de se produire plus souvent que celles par excès de compression. Il est donc primordial de déterminer la résistance à la traction.

Traction simple L’essai de traction simple (directe) se réalise en principe comme pour les matériaux ductiles pour lesquels il est le plus fréquemment utilisé. Les éprouvettes utilisées sont de forme cylindrique circulaire obtenues par carottage. La fixation des éprouvettes se fait par collage de leur bases (à l’aide d’une résine) aux plateaux d’acier

Essai brésilien L’essai le plus couramment utilisé pour déterminer la résistance à la traction des matériaux fragiles est l’essai brésilien. On considère un cylindre soumis à deux charges linéaires directement opposées. Les contraintes sur le plan de chargement, dans sa région centrale, dans le cas d’un matériau linéairement élastique sont constantes et valent : P : charge totale appliquée d : diamètre du disque h : épaisseur du disque