Test de compression comment il est effectué, propriétés, exemples

Il Essai de compression Il s'agit d'une expérience qui est effectuée progressivement en comprimant un échantillon de matériau, par exemple en béton, en bois ou en pierre, appelé tube à essai et observer la déformation produite par l'effort ou la charge de compression appliquée.

Un effort de compression est produit par deux forces appliquées aux extrémités d'un corps afin de réduire sa longueur lors de sa compression.

Figure 1. Effort de compression. Source: Wikimedia Commons. ADRE-ES / CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)

Dans le même temps, sa zone de section croisée est élargie, comme on peut le voir sur la figure 1. Comme des efforts croissants sont appliqués, les propriétés mécaniques du matériau sont révélées.

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Comment l'effort de compression est-il appliqué?

Pour appliquer l'effort de compression, l'échantillon, de préférence sous la forme d'un cylindre circulaire de section croisée, est placé dans une machine, connue sous le nom Machine d'essai universelle, qui comprime l'homologation progressivement dans la pression précédemment établie augmente.

Les points de la courbe d'effort (à Newton / M²) par rapport à la déformation unitaire ε graphiquement comme ils sont générés. L'effort est la raison entre la force appliquée et la zone de section transversale, tandis que la déformation unitaire est le rapport entre le raccourcissement Δl et la longueur d'origine de l'échantillon L_soit:

ε = Δl / L_soit

Les propriétés mécaniques du matériau avant la compression sont déduites de l'analyse des graphiques.

Au fur et à mesure que l'expérience progresse, l'échantillon est raccourci et large. L'expérience se termine lorsqu'un défaut ou une fracture se produit dans l'échantillon.

Figure 2. Essai de compression dans un spécimen en béton. Source: Wikimedia Commons.

Propriétés et données obtenues

À partir du test de compression, les propriétés mécaniques du matériau sont obtenues avant la compression, par exemple le module d'élasticité et la résistance à la compression, très important dans les matériaux utilisés dans la construction.

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Si le matériau à tester est fragile, il sera finalement fracturé, donc la résistance ultime est facilement trouvée. Dans ce cas, la charge critique est prise, le type de défaillance qui présente le matériau et la forme de la fracture.

Mais si le matériau n'est pas fragile mais ductile, cette résistance ultime ne va pas se manifester facilement, donc le test ne s'étend pas indéfiniment, car à mesure que l'effort augmente, l'état de tension interne de l'échantillon s'arrête être uniforme. À ce stade, la validité du test est perdue.

Résultats fiables

Pour que les résultats soient fiables, il est nécessaire que les fibres internes du matériau restent parallèles, mais la friction interne fait se plier les fibres et la tension laisse homogène.

La première chose est de considérer la taille initiale de l'échantillon avant de commencer le test. Les spécimens les plus courts, appelés Spécimen de compression, Ils ont tendance à prendre un baril, tandis que les spécimens les plus longs, appelés Spécimens de colonne, Ils sont bouclés.

Il y a un critère appelé Slebeltez raison, Quel est le quotient entre la longueur initiale L_soit Et la radio de giro r_g:

r = L_soit / R_g

À son tour r_g = √ (I / A) où je suis le moment de l'inertie et a est la zone de section transversale.

Si le rapport élanceur est inférieur à 40 ans, il fonctionne comme un spécimen de compression, et s'il est supérieur à 60 ans, il fonctionne comme une colonne. Entre 40 et 60, l'échantillon aurait un comportement intermédiaire qui est préférable à éviter, en travaillant avec des raisons inférieures à 40 ou supérieures à 60.

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Courbe de déformation d'effort

Le test de compression est analogue au test de tension ou de traction, seulement que au lieu d'étirer l'échantillon jusqu'à la rupture, c'est la résistance à la compression qui est testée cette fois.

Le comportement du matériau diffère généralement en compression et en traction, et une autre différence importante est que les forces du test de compression sont supérieures à celle du test de tension.

figure 3. Effort de traction ou tension et effort de compression. Source: F. Zapata.

Dans un test de compression, par exemple d'un échantillon en aluminium, la courbe de déformation d'effort est ascendante, tandis que dans le test de tension, il monte puis descend. Chaque matériau a sa propre courbe de comportement.

Figure 4. Courbe de test de compression pour l'aluminium (à gauche) et le test de traction correspondant (à droite). L'échantillon se fracture au point 4. Source: F. Zapata / Wikimedia Commons

En compression, l'effort est considéré comme négatif par la convention, ainsi que la déformation produite, qui est la différence entre la longueur finale et la longueur initiale. C'est pourquoi une courbe d'effort-défilation serait à la troisième place de l'avion, mais le graphique est emmené au premier quadrant sans problème.

En général, il existe deux zones distinctes: la zone de déformation élastique et la zone de déformation plastique.

Figure 5. Courbe d'essai de compression pour le matériau ductile. Source: bière, F. Mécanique des matériaux.

Déformation élastique

C'est la région linéaire de la figure, dans laquelle l'effort et la déformation sont proportionnels, la constante de proportionnalité étant le module d'élasticité du matériau, indiqué comme y:

σ = y. ε

Comme ε est la déformation unitaire ΔL / L_soit, Il n'a pas de dimensions et les unités de et sont les mêmes que celles de l'effort.

Lorsque le matériau fonctionne dans ce domaine, si la charge est supprimée, les dimensions de l'échantillon sont à nouveau l'original.

Déformation plastique

Il comprend la partie non linéaire de la courbe de la figure 5, bien que la charge soit supprimée, l'échantillon ne récupère pas ses dimensions d'origine, étant déformée de façon permanente. Dans le comportement plastique du matériau, deux régions importantes se distinguent:

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-Cédence: La déformation augmente sans augmenter la charge appliquée.

-Déformation: Si la charge continue d'augmenter, finalement la rupture de l'échantillon se produit.

Exemples de compréhension des efforts

Béton

La figure montre la réponse en béton dans un essai de compression (troisième quadrant) et dans un test de tension (premier quadrant). C'est un matériau avec une réponse de compression différente de celle de la tension.

La plage de réponse élastique linéaire du béton à la compression est supérieure à la tension, et à partir de l'extension de la courbe, on voit que le béton est beaucoup plus résistant à la compression. La valeur de rupture du béton contre la compression est de 20 × 10⁶ N / m².

Figure 6. Courbe d'essai de compression et de tension pour le béton. Source: bière, F. Mécanique des matériaux.

C'est pourquoi le béton convient à la construction de colonnes verticales qui doivent prendre en charge la compression, mais pas pour les poutres. Le béton peut être renforcé par des cabines en acier ou des mailles métalliques maintenues sous tension tandis que le béton sèche.

fonte grise

C'est un autre matériau avec un bon comportement à la compression (courbe AC ​​dans le troisième quadrant), mais fragile lorsqu'il est soumis à une tension (courbe AB dans le premier quadrant).

Figure 7. Courbe d'essai de compression et de tension pour la fonte grise. Source: Hibbeler, R. Mécanique des matériaux.

Les références

1. Bière, f. 2010. Mécanique des matériaux. McGraw Hill. 5e. Édition.
2. Cavazos, J.L. Mécanique des matériaux. Récupéré de: youtube.com.
3. Giancoli, D.  2006. Physique: principes avec applications. 6e. Ed Prentice Hall.
4. Hibbeler, R. 2011. Mécanique des matériaux. 8e édition. Pearson.
5. Valera Negrete, J. 2005. Notes de physique générale. Unam.