Eléments de métrologie en génie civil Par HIHI Ghassane & FTOUHI Reda

Plan Introduction Force Contrainte Pression

Mesurer En physique et en sciences de l’ingénieur, mesurer consiste à comparer une grandeur physique qui caractérise un objet (ou un événement) avec celle de même nature choisie comme unité de mesure. Le dispositif qui permet de réaliser la mesure est un instrument de mesure (ou appareil de mesure).

Force Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux objets ou systèmes, une action mécanique capable d'imposer une accélération, ce qui induit une modification du vecteur vitesse (une force exercée sur l'objet fait aller celui-ci plus vite, moins vite ou le fait tourner). Au minimum deux forces exercées sur l'objet sont nécessaires pour induire une déformation de celui-ci.

Unités L'unité de mesure (SI) d'une force est le newton, symbole N, en hommage au savant. Le newton équivaut à 1 kg⋅m⋅s-2, c'est-à-dire qu'un newton est la force colinéaire au mouvement qui, appliquée pendant une seconde à un objet d'un kg, est capable d'ajouter (ou de retrancher) un mètre par seconde à sa vitesse. On a utilisé également le kilogramme-force (kgf), force exercée par une masse de 1 kg dans le champ de pesanteur terrestre (au niveau de la mer), et qui vaut donc 9,81 N, ainsi que la sthène qui vaut 1 kN. Ont fait aussi un grand usage d'un multiple du kilogramme-force : la tonne de poussée. Là où l'on utilisait le kgf, on utilise maintenant le décanewton (daN) : 1 daN = 10 N = 1,02 kgf. Les anglo-saxons utilisent parfois la livre-force : 1 lbf ≃ 4,45 N

Instruments Tous les appareils servant à mesurer une force reposent dans leur principe de fonctionnement sur la troisième loi de Newton : l'idée est de déterminer l'effort nécessaire qu'il faut opposer à la force à mesurer pour atteindre l'équilibre dynamomètre qui est en général constitué d'un ressort dont on connaît la raideur k et dont une extrémité est attachée à un point fixe. On applique la force à mesurer sur l'autre extrémité du ressort et l'on mesure la variation de longueur Δl du ressort. On en déduit la force F par la relation que nous avons vue plus haut : F = k⋅Δl La mesure de la longueur Δl est généralement faite par un comparateur. La force F étant directement proportionnelle à Δl, il suffit de graduer le cadran du comparateur en newtons plutôt qu'en mètres.

Mode oppératoir (Contient des graphiques volumineux)

Lorsque la force à mesurer est importante, on peut utiliser une barre massive comme « ressort » (cf. la loi de Hooke). (schéma)

Contrainte la notion de contrainte résulte de la considération des forces intérieures qui naissent dans un objet lorsqu'on le déforme. Une contrainte est une force divisée par une surface, est donc homogène à une pression

La jauge de contrainte La jauge de contrainte est le dispositif le plus utilisé pour mesurer les contraintes, son fonctionnement repose sur le principe physique selon lequel la résistance électrique d’un fil se modifie proportionnellement à sa déformation lorsque ce fil est étiré ou comprimé par une force exercée. Cette modification de la résistance peut ainsi être utilisée comme indicateur de la force exercée. Il est ainsi possible de procéder à des mesures de traction et de pression sans utiliser des éléments de mesure précontraints.

Pression On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.

Piézomètre Les piézomètres « ouverts » sont de simples tubes, qui permettent depuis la surface d'accéder à l'eau d'une nappe phréatique. Ils permettent d'en relever le niveau piézométrique à l'aide d'une sonde (poids ou contacteur électrique). Il existe des systèmes plus sophistiqués utilisant un capteur de pression en bout de tube.

Pressiomètre : L’essai pressiométrique est un essai obligatoire au Maroc dans la construction des routes. Il s’agit d’un essai de chargement statique du terrain en place effectué grâce à une sonde cylindrique dilatable radialement, introduite dans un forage.

Schéma pressiomètre

N.B Ceci n’est pas la présentation finale, il manque des schéma et figures illustratifs qu’on a pas pu insérer vu les contraintes de taille allouée par le site