Brevet FR2991049A1 — publié le 20131129

- 1 - La présente invention concerne un proCédé pour estimer les qualités de résistance à l'effort de produits fabriqués en terre crue, en liaison avec le taux d'argile de la terre utilisée. A titre d'exemples de produits en terre crue concernés, peuvent être cités : briques, tuiles, pavés, etc. Les méthodes simples actuelles d'évaluations sont diverses mais sont souvent manuelles et qualitatives et ne concernent pas la résistance à l'effort. Sinon, il est fait appel à des méthodes de laboratoire, quasi obligatoirement sous-traitées et peu accessibles pour des zones reculées de nos pays ou du tiers monde. Elles utilisent alors les procédés habituels de l'étude de la résistance des matériaux. Le procédé selon l'invention pallie ces inconvénients. Il est simple, robuste, fiable, fidèle. Et de plus, considération primordiale, il permet, grâce à des réalisations pratiques de dispositifs légers adaptés à son utilisation, d'effectuer des tests n'importe où, même en des endroits éloignés de la civilisation. Le procédé définit un protocole de test qui s'exerce sur des éprouvettes en terre, sous forme de pastilles cylindriques, calibrées en poids, en diamètre et en granulométrie (cf. 3 - schéma de principe). Les résultats sont comparés à des mesures étalonnées, effectuées au préalable et rapportées sur un abaque (cf. fig. 8 exemple d'abaque), pour des conditions identiques de test. Le procédé est le résultat de recherches effectuées dans le but de mesurer un facteur caractéristique de la résistance du matériau étudié. Ces recherches ont conduit à une 20 formule de définition d'un facteur caractéristique, appelé F, et sur la conception d'un abaque de référence, pour les conditions exactes de l'exécution du protocole. A) La formulation du facteur F. Un ensemble d'expérimentations sur différentes terres a conduit à constater que les qualités de résistance de produits fabriqués avec une terre déterminée, sont 25 proportionnelles au carré d'une grandeur déterminante : f =k2,2, avec : -f la force à rupture exercée sur l'éprouvette, suivant le schéma de principe exposé fig. 3 et 4, par un ressort de compression (fig. 3 - P12), -k un coefficient de proportionnalité 30 - et 2, la grandeur déterminante. Le est égal au produit du poids volumique du matériau constituant l'éprouvette, par la hauteur de ladite éprouvette. Les conditions décrites, ci-dessus, du procédé déterminent les résultats chiffrés : - 2 - - éprouvettes testées de même granulométrie et de diamètres sensiblement identiques, - d'efforts à rupture exercés et mesurés par le biais d'un même outil (car définissant un type de couple de forces exercées sur l'éprouvette). D'autres grandeurs et des outils différents mais de même principe, ne modifient pas le procédé, ils nécessiteront l'étalonnage correspondant des valeurs auxquels les résultats sont comparés. Le poids volumique est égal au poids divisé par le volume, lui-même fonction du diamètre de l'éprouvette. Les forces f sont proportionnelles aux longueurs de contraction du ressort (fig. 3 - P 12). Une fois ces éléments pris en compte on arrive à la formule finale qui donne : dl= F. p/2/D,4 où pour chaque éprouvette i testée : -P , est son poids, - D, son diamètre, - la longueur de contraction à rupture du ressort ; - il s'en déduit le facteur caractéristique F du matériau (ici, la terre) testé qui sera comparé aux résultats étalonnés portés sur un abaque. B) L'abaque (cf. fig. 8 - exemple d'abaque) En référence aux mesures effectuées par le protocole de l'invention, un abaque résume les mesures d'étalonnage effectuées en laboratoire pour le procédé, dans les conditions de réalisation des tests et pour les outils utilisés. En effet, les résultats sont sensibles à la granulométrie du matériau, au diamètre choisi des éprouvettes, à la raideur du ressort, etc. L'invention donne ainsi la possibilité d'effectuer des mesures n'importe où, dans les conditions déterminées et, par comparaison à l'abaque, d'en tirer immédiatement des conclusions sur les qualités de résistance du matériau testé. C) Le protocole de test Le procédé repose enfin sur un protocole de tests que l'usager devra suivre pour obtenir des résultats probants. Ce protocole comporte les phases suivantes : 1 - Préparation du mélange : les échantillons de terre sont tamisés de manière à obtenir une poudre de granulométrie maximale déterminée (à titre d'exemple, les modalités actuelles préconisent une granulométrie calibrée à 500 gm). La poudre est humidifiée jusqu'à devenir une pâte souple 2 - Préparation des éprouvettes sous forme pastilles cylindriques : avec le mélange ci-dessus, on moule plusieurs (quatre à six) pastilles cylindriques de poids différents (à titre d'exemple, les modalités actuelles préconisent un poids compris entre 20 et 100 g). Un moule simple (cf fig. 1 & 2 - exemple de moule simple) permet de réaliser par compression des éprouvettes de diamètre sensiblement identiques et donc de hauteurs différentes, présentant une bonne cohésion et une forme régulière. Les pastilles sont séchées ou laissées à sécher. Enfin, on note, à sec, pour chaque éprouvette i : - son poids p, p2, p3, etc.), - et son diamètre Di (D1, D2, D3, etc.). 3 - Mesures des efforts à rupture : grâce à un dispositif appelé casse-pastille dont une réalisation pratique est représenté en annexe (cf fig. 5, 6 & 7), une force de cisaillement est exercée sur les différentes pastilles afin de déterminer la force de rupture!. Le principe (cf fig. 3 et 4) mis en oeuvre par le casse-pastille consiste à exercer une force verticale de haut en bas par l'abaissement d'une barre triangulaire (fig.3 : B2) sur l'éprouvette. Les pastilles sont posées sur deux barres supports (fig. 3 : B1), parallèles entre elles et parallèles à la barre triangulaire. Les barres supports sont portées par un ressort calibré (fig. 3 : P12) dont la contraction donne la valeur de la force. On mesure les forces! c'est-à-dire les contractions d, du ressort à la rupture de chaque pastille-éprouvette. On note le d, (d1, d2, d3, etc.) obtenu pour chaque test d'éprouvette i. 4 - Calcul du facteur caractéristique de la terre testée : Pour chaque essai d'éprouvette i, il est donc noté son poids pi, son diamètre D, et la longueur d, de la contraction du ressort à rupture, dans des unités cohérentes (cm - g ; par exemple). Le facteur caractéristique F se déduit des mesures par la formule ci-dessus : d,- F. p,2ID,4 . Cependant, plusieurs tests sur plusieurs éprouvettes différentes (plus de 2) sont nécessaires pour évaluer correctement le facteur F et ce, afin de minimiser les incertitudes liées à la qualité des mesures, à la précision des divers paramètres du procédé et aux aléas des manipulations. Le calcul de F résulte ensuite de l'application des méthodes mathématiques habituelles d'évaluation dans un tel environnement (interpolation et approximation, moindre carré, etc.). -4- - Conclusions pour la terre testée : afin de tirer des conclusions utiles du paramètre F évalué précédemment, sa valeur est entrée dans un abaque prédéfini (cf. fig. 8 - un exemple d'abaque) qui donne des indications relatives à l'usage éventuellement possible de la terre testée. 5 Les dessins annexés illustrent l'invention et une réalisation pratique : Les figures 1 & 2 présentent le moule à pastilles, élément simple de fabrication de pastilles cylindriques de même diamètre. Le corps M1 fixe le diamètre, le piston M6 permet de comprimer le mélange de terre de manière à lui donner forme et cohérence. Les figures 3 et 4 donnent le schéma de principe de définition de la force à rupture et du procédé utilisé pour exercer les forces et mesurer celle à rupture. La distance d de contraction du ressort donne une mesure proportionnelle à la force exercée au moment de la rupture. Les figures 5, 6 et 7 présentent une réalisation du casse-pastille conforme au schéma de principe des figure 3 et 4, avec son ressort (P12), les barres de support (B2) solidaires du ressort, la barre de cisaillement triangulaire (B1) qu'on abaisse via une manivelle (P20) vissée sur le bouchon (P17) du carter (P11). Après la mise en contact de la barre triangulaire avec l'éprouvette, l'enfoncement progressif de ce dispositif de compression exerce une force centrale et une réaction du ressort via les barres de support qui cisaillent la pastille, jusqu'à la rupture. La figure 8 présente une réalisation de l'abaque, étalonné par des travaux de laboratoire grâce à tests effectués sur diverses qualités de terres. La description des cinq étapes du procédé et la présentation, par le biais des figures, de réalisations pratiques d'outils de faible encombrement, permettant de mettre en oeuvre le procédé, donnent la vision complète de ce test de terre, portable sur le terrain, en vue de 25 connaître les qualités de résistance de produits utilisant la terre, concernée par le test. L'invention est le résultat de la mise en oeuvre de trois approches pratiques ou théoriques de la résistance du matériau : 1 - des expérimentations nombreuses sur des échantillons de terre de provenance différentes, 30 2 - une synthèse des résultats précédents, appuyée par des aspects théoriques de la résistance des matériaux, 3 - l'application de règles mathématiques de régression sur les dites synthèses qui -5 ont convergées vers la valeur 2 de l'exposant de la grandeur déterminante, appelée précédemment 2' produit du poids volumique par la hauteur de l'éprouvette i. L'utilité du procédé et son application industrielle trouvent leur pleine signification dans les constructions utilisant la terre crue, compressée ou non, avec ou sans adjuvant. La qualité de résistance à l'effort du matériau de base, la terre crue, est un facteur déterminant pour la solidité et la durée d'usage des réalisations à base de ce matériau. Le procédé est particulièrement adapté dans des zones diversement réparties ou éloignées de la civilisation. Le procédé et ses outils portables permettent rapidement de connaître la qualité de la terre sur place. Son extension à d'autres matériaux que la terre ne remet pas en cause le procédé ni son protocole, mais demande une nouvelle définition des étalonnages et des choix des valeurs déterminantes (granulométrie, diamètre des éprouvettes, écartement des barres de cisaillement, raideur du ressort, etc.) ainsi que des outils adaptés. REVENDICATIONS1) Procédé pour mesurer les qualités de résistance à l'effort de produits fabriqués en terre crue, en liaison avec le taux d'argile de la terre concernée, caractérisé en ce qu'il comporte un étalonnage préalable porté sur un abaque et un protocole en cinq étapes : préparation d'un mélange de granulométrie maximale déterminée, fabrication d'éprouvettes sous forme de cylindres de diamètre défini et de poids variables, mesure des efforts à rupture de chaque éprouvette, calcul d'un facteur caractéristique F et enfin comparaison à un abaque prédéfini permettant d'en déduire les qualités de résistance à l'effort de la terre testée et de son usage possible éventuel. 2) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce qu'un abaque prédéfini 10 calibre la méthode, les outils utilisés et les valeurs retenus pour les divers paramètres du procédé. Cet abaque permet, dans les conditions arrêtées de l'expérimentation, de déduire du facteur F, les qualités de résistance de la terre testée.