NATURE DE L EFFORT MECANIQUE

varier un peu la proportion du sable ; le seul point important est de conserver constante la proportion d'eau pour un poids donné de ciment. Voici les résultats d'expériences faites dans ce sens par M. Durand-Claye pour comparer le sable artificiel de quartzite broyé fabriqué à Boulogne avec des sables naturels de différentes provenances; les mortiers ont été faits, dans tous les cas, avec trois parties de sable pour une de ciment, et la proportion d'eau a été de 4i ,6 7c du poids de ciment.

Nature du sable

Artilic. de Boulogne.

Naturel de Leucate .

Artific, de Boulogne.

Naturel de Leucate.

Artific. de Boulogne.

Naturel de St-Hilaire Artific. de Boulogne.

Naturel de Rosières.

Arrachement

jours

jo urs

Ecrasement

jours

jours

Rapport moyen

Nature de l'effort mécanique. — Les forces employées pour rompre les briquettes de mortiers peuvent être appliquées de façons très

différentes et les formes des éprouvettes rompues peuvent être également variées dans de grandes limites; les chiffres de résistance varient du tout au tout avec ces conditions.

On peut essayer de rompre les briquettes par écrasement, par arrachement, par flexion^ par torsion. En appliquant les lois de la résistance des matériaux et supposant que, jusqu'à la rupture, les mortiers conservent une élasticité parfaite, ce qui est très discutable, on peut calculer les efforts maxima supportés en certains points du mortier; ce sont ces efforts ainsi calculés et rapportés au centimètre carré que l'on donne toujours comme chiffre de résistance.

Les essais de rupture à Vécrasement sont ceux qui donnent les résultats les plus constants à condition d'opérer sur des briquettes dont les dimensions soient considérables par rapport à la grosseur du sable employé. Pour les sables usuels, ayant 2 millimètres comme plus grande dimension, on doit employer, pour l'écrasement, des briquettes ayant au moins 5o millimètres de côté, le plus souvent, on emploie des cubes ayant 70 ou 100 millimètres de côté. Les résistances à Técrasement rapportées au centimètre carré sont sensiblement indépendantes de la dimension des cubes, à condition cependant que

NATURE DE l'eFFORT MECANIQUE 93

la pression soit exercée uniformément sur toule la surface. Ce mode d'essai, incontestablement le meilleur, est cependant peu répandu ; il n'est, pour ainsi dire jamais employé comme essai de réception, il y a à cela deux raisons : pendant longtemps, on a cru que Teseai à l'écrasement était moins régulier que les autres, parce que les machines employées ne se prêtaient pas à une répartition convenable de TefFort; on y arrive aujourd'hui très bien en appliquant sur l'échantillon à écraser un bloc de métal, une calotte sphérique, qui est attaqué par la machine à son sommet et assure un centrage exact de l'effort, par suite, une répartition uniforme de la pression. Dans les presses hydrauliques très employées autrefois le défaut de parallélisme des deux plateaux amenait souvent un écrasement en cominençant par une arête du cube et se continuant ainsi de proche en proche. L'effort nécessaire était alors, beaucoup plus faible que cela n'aurait éfé nécessaire si la pression s'était exercée simultanément sur toute la surface.

Le plus grave inconvénient des essais h l'écrasement est de nécessiter des machines très puissantes et parlant, très coûteuses dont le tarage est difficile h faire : ainsi, pour écraser

des cubes de lo centimètres de côté, il faut une machine pouvant exercer un effort d'au moins 5o tonnes.

Les essais di arrachement sont à peu près seuls employés aujourd'hui, aussi bien pour les essais de réception que pour le contrôle de la fabrication dans les usines. Cela a été le résultat d'une erreur consistant à croire que, dans l'essai de traction, les efforts se répartissent uniformément sur toute la section des briquettes comme dans l'effort à la compression et que, par suite, les altérations de la surface des briquettes inévitables dans les bacs où ils sont conservés n'influent pas notablement sur les résultats de cet essai. En réalité, il n'en n'est rien, les expériences de M. Durand-Claye ont montré que l'effort nécessaire pour rompre à la traction des briquettes semblables ne croissait pas proportionnellement à leur section mais seulement proportionnellement à leur périmètre ; il a montré, en outre, que toutes les défectuosités voisines de la surface des briquettes, bulles d'air, défauts de compacité, diminuaient considérablement la résistance mesurée, tandis que des solutions de continuité considérables au cœur de la briquette ne se faisaient pas sentir. On emploie, pour cet essai, une machine due à un ingénieur allemand, Michaëlis,

NATURE DE l'eFFORT MECANIQUE

qui casse des briquettes de 5 centimètres carrés de section. Les résistances à la traction indiquées dans tous les tableaux relatifs aux cimenls sont donc le cinquième de Teffort total mesuré avec cette machine^ mais si Ton voulait rompre des briquettes de section plus forte, on n'aurait pas le droit de comparer les résistances par centimètre carré obtenues sur ces briquettes avec les briquettes type aujourd'hui employées. Les anciennes briquettes du service des Ponts et Chaussées en France avaient 25 centimètres carrés de section, elles donnaient une résistance par centimètre carré environ moitié plus faible que les briquettes Michaëlis ; ces machines ont l'avantage d'être très portatives et très bien étudiées dans leurs détails, ce qui permet d'obtenir des mesures rapides et très exactes, il n'est pas à présumer que d'ici longtemps on renonce à leur emploi au moins pour les essais faits dans les grandes usines, ou dans les laboratoires d'essai.

L'essai de flexion proposé par Vicat pour apprécier la qualité des liants hydrauliques a le grand avantage de pouvoir être exécuté très simplement et sans aucune machine : dans cet essai, les différentes régions de la briquette ne sont pas également allongées, c'est pour ce motif que l'on a abandonné ces essais pour pren-

cire ceux à la traction, abandon qui n'est pas justifié comme nous l'avons indiqué plus haut. On aurait grand intérêt, dans les petits chantiers ou dans les petites usines qui ne possèdent pas à proprement parler de laboratoire d'essai, de reprendre ces essais à la flexion qui peuvent se faire sans machine, de façon à contrôler, dans une certaine mesure, la qualité des produits fabriqués ou livrés; on peut facilement faire des briquettes en pâte pure d'un centimètre carré de section et 12 centimètres de longueur et les casser entre deux appuis distants de 10 centimètres. Pour la rupture, on suspend au milieu, avec une ficelle, un seau léger en fer blanc dans lequel on verse progressivement de l'eau : connaissant le poids du vase et mesurant le volume de l'eau versée dans le seau au moment de la rupture on a tous les éléments nécessaires pour calculer la résistance du ciment essayé. Pour le mortier, on prendra des éprouvettes de 2 centimètres de côté et de la même longueur.

Les essais à la torsion n'ont jamais été essayés et ne semblent présenter aucun intérêt ; on a essayé quelques autres essais dérivant de l'essai à la compression, tel l'essai de poinçonnement ou l'essai de cisaillement mais jusqu'ici rien d'intéressant ne s'est dégagé de ces tentatives*

NATURE DE l'eFFORT MECANIQUE 97

On peut se demander s'il existe une certaine relation entre les chiffres et la résistance obtenue dans l'essai à l'écrasement, à Ja traction ou à la flexion : en gros, ces trois résistances varient sensiblement d'une façon proportionnelle, la proportionnalité ne peut pas être rigoureuse parce que les phénomènes mis en jeu ne sont pas identiques et surtout les irrégularités qui viennent fausser les résultats des mesures agissent différemment dans ces différents essais tant à cause des dimensions différentes des éprouvettes que de la façon inégale dont les différentes régions de la briquette sont intéressées dans le phénomène de la rupture.

Le rapport entre les résultats de l'essai à la traction et ceux de l'essai à la flexion est assez constant. On calcule la résistance par centimètre carré dans l'essai à la flexion au moyen de la formule

dans laquelle F est la charge exprimée en kilogrammes, la dislance des appuis exprimée en centimètres (lo par exemple) et a, le côté de l'éprouvette également en centimètres (2 par exemple)

Hé Ls GiîAîlîUitii «* Eeoais des Malôriùux hydrauliques 7

En lui comparant la résistance à la traction obtenue, en divisant l'effort total de rupture d'une briquette, de 5 centimètres carrés par la section de la briquette, on trouve un rapport de la flexion à la traction directe sensiblement égal à 1,9.

Le rapport entre Tessai à la traction et l'essai à la compression est plus variable.

En prenant des durées de durcissement, croissant de 7 jours à un an, le rapport varie de 8 à 16, c'est-à-dire du simple au double, mais il est difficile, pour les essais à longue durée, d'avoir une comparaison utile parce que la carbonatation des briquettes agit tout différemment sur les petites briquettes de l'essai de traction et les gros cubes de l'essai d'écrasement.

Pour les essais de mortiers à 28 jours le rapport de l'écrasement à la traction est voisin de 9.

On est quelquefois tenté, en raison des variations de ce rapport, d'employer simultanément les deux modes de rupture à l'écrasement et à l'arrachement pour arriver à une comparaison plus exacte des qualités des différents liants : c'est une erreur, il suffit de faire une convention arbitraire et de choisir l'un ou l'autre de ces deux modes, la divergence entre les résultats des deux essais ne dépasse pas les

causes d'erreur que comporte chaque mesure individuelle ; c'est donc une complication sans au" cune espèce d'intérêt.

Conditions du durcissement. — Les conditions de température, d*immersion ou de conservation à Tair ont une influence notable sur le durcissement comme nous Tavons déjà indiqué en étudiant la composition des mortiers destinés aux essais. Il est donc indispensable de définir d'une façon précise ces différentes conditions pour rendre les essais comparables.

Enfin un point non moins important à- définir est la nature du support sur lequel on a laissé les briquettes faire prise dans les moules avant de les immerger ; généralement, on les place sur un support imperméable, une plaque de marbre ou de fonte, dans certains cas, on les pose sur un support poreux, en plâtre par exemple, qui absorbe rapidement l'excès d'eau employée au gâchage. Cet artifice, en localisant la cristallisation initiale des éléments actifs du ciment dans les espaces les plus étroits où l'eau est retenue par capillarité, augmente considérablement la résistance initiale et même, dans une certaine mesure, la résistance finale des briquettes soumises aux essais.

Voici les conventions habituellement faites :

1° Les briquettes sont moulées sur une surface imperméable marbre ou fonte.

2° La température de conservation est comprise entre i5 et i8°.

3^ On varie généralement, suivant les cas, la nature du milieu de conservation ; eau douce, eau de mer, air libre.

C'est un tort, les briquettes devraient toujours être conservées dans Teau douce non renouvelée, seul milieu qu'il soit possible de conserver comparable à lui-même.

L'influence du milieu est très grande d'une catégorie de produits à une autre, mais diffère peu entre les différents produits de même nature.

Les ciments Portland, de grappiers et chaux hydraulique donnent sensiblement la même résistance à Teau douce et à l'eau de mer. Mais, après addition de trass, ils arrivent à prendre à l'eau de mer des résistances doubles de l'eau douce.

La conservation à Tair et à l'eau douce donne lieu à des différences non moins importantes :

A tout âge de durcissement, les ciments de laitier ont à Vaiv une résistance qui n'est que les 5 de celle à l'eau douce.

ERREURS EXPERIMENTALES 101

Les ciments Portiand ont, jusqu'à un mois, une résistance sensiblement égale dans les deux milieux, mais entre i an et trois ans, elle arrive à doubler à Tair.

Les ciments de Vassy, ont, dans l'air, une résistance double à 7 jours et l'égalité se rétablit vers 1 an.

Ces résullats se rapportent au mortier | battu. Avec les pâtes pures, on observe des anomalies résultant de Thomogénéilé trop grande des briquettes qui ôte toute importance à ces essais.

Les ciments Portiand à l'eau de mer^ les ciments de Vassy à Tair, éprouvent des chutes continues de résistance à partir de 3 mois.

Les ciments Portiand prennent une fragilité semblable à celle du verre; les ciments de Vassy s'émicttent en fragments comme l'argile séchée à l'air.

Erreurs expérimentales. — Un des points les plus importants à prendre en considération dans les essais de résistance mécanique est celui des erreurs expérimentales. Plusieurs briquettes fabriquées avec le même ciment, au même moment, dans les mêmes conditions^ par le même opérateur, devraient donner des ré-

lOâ, EéSAlS DE RESiSTANCE MECANIQUE

sultats identiques. En réalité, les divergences sont très grandes quand on compare les résultats d'essai faits dans deux laboratoires différents, par deux opérateurs différents cherchant cependant à se placer dans des conditions aussi identiques que possible. Nous donnons, page suivante, à titre d'exemple, une comparaison semblable faite par M. Féret entre les opérateurs de trois laboratoires situés dans la même ville. Ces chiffres sont, il est vrai, un peu exceptionnels ; les écarts habituels sont moins importants.

On remarquera que les écarts entre deux opérateurs d'un même laboratoire sont beaucoup moindres qu'entre laboratoires différents, cela démontre que ces erreurs sont, pour la plupart, des erreurs systématiques ou du moins que celles-ci ont une part beaucoup plus considérable dans les divergences que les erreurs accidentelles.

La cause de ces erreurs n'est pas connue d'une façon précise sans quoi on arriverait certainement à les faire disparaître ou tout au moins à les atténuer considérablement ; elles doivent sans doute être attribuées aux trois causes suivantes qui ne comportent aucune mesure précise et^ par suite, ne peuvent être étudiées méthodiquement.

ESSAI A l'arrachement

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1° Travail irréguiier de l'opérateur pour le malaxage des mortiers et le remplissage des moules ;

2^ Egouttage inégal des briquettes pendant qu'elles restent hors de Teau pour faire leur prise ;

3^ Altération inégale de la surface des briquettes au démoulage et pendant la conservation dans les bacs.

On pourrait supposer également que la dissymétrie possible de Teffort transmis aux briquettes par les griffes de la machine de traction ont une influence notable, mais Fessai à la flexion pour lesquels cette cause d'erreur n'existe pas donnent des irrégularités du même ordre de grandeur que l'essai de traction. Les erreurs doivent donc être attribuées dans les deux cas à une causé commune, c'est-à-dire aux conditions de confection et de conservation des briquettes.

Pour atténuer ces erreurs expérimentales, on casse un certain nombre de briquettes semblables et on prend la moyenne des résultats.

On pourrait être tenté de croire que, plus le nombre des briquettes sera considérable, plus le résultat moyen obtenu sera exact. En réalité, la prépondérance des erreurs systématiques atténue beaucoup l'avantage à espérer de