Essais pour la pierre naturelle : résistance mécanique

Contrôle de la qualité

La résistance mécanique de la pierre naturelle constitue une des propriétés de base déclarées dans les fiches techniques. Généralement, il s'agira de la résistance à la compression. Mais la résistance à la flexion, la résistance en traction par fendage et la résistance à la rupture au niveau d'un trou de cheville sont également pertinentes. La résistance est l'un des indicateurs les plus évidents de la qualité de la pierre naturelle. Au moyen d'un échantillon, il sera possible de vérifier à intervalles réguliers si la pierre livrée répond aux propriétés définies dans la fiche technique. À côté de cela, connaître la résistance sera aussi déterminant pour les applications possibles en cas de contrainte structurelle, par exemple pour les structures porteuses, en cas de charges de vent sur les panneaux de façade ou pour les planchers. Pour chaque application, une marge de sécurité sera appliquée en plus des exigences.

Types de résistance

La résistance à la compression est une mesure de la pression maximale que la pierre naturelle peut supporter avant de céder ou, en d'autres termes, une mesure de la charge que la pierre naturelle peut supporter dans une structure. La résistance à la compression se mesure en appliquant une contrainte sur deux faces d'extrémité parallèles. Pour calculer la résistance, on prendra alors la contrainte maximale, la charge par unité de surface, avant l'apparition de la rupture. Celle-ci s’exprime en Newtons par mm² ou MPa. Pour ce faire seront généralement utilisés des cylindres ou des cubes typiquement équidimensionnels d'un diamètre ou d'une arête de 50 ou 70 mm. En mécanique des roches cependant, on optera pour un rapport longueur/diamètre de deux au lieu d'un, comme c'est le cas pour le négoce de pierre naturelle. Cela se traduira par une résistance à la compression légèrement inférieure.

La résistance à la flexion est une mesure de la contrainte de flexion maximale que la pierre naturelle peut supporter avant de céder. Cette mesure est pertinente pour les portées, comme les linteaux ou les planchers flottants. À l’instar de la résistance à la compression, elle s’exprime en Newtons par mm² ou MPa. La résistance à la flexion se mesure généralement sur des prismes d'une longueur d’arête de 50 mm en section transversale et d'une longueur de 300 mm. Ces prismes sont soutenus à leurs extrémités, tandis qu'ils sont soumis à des contraintes centrales progressives. La charge maximale pour la rupture s’utilise alors pour calculer la résistance à la flexion.

Enfin, la résistance en traction par fendage et la résistance à la rupture d'un trou de cheville forment également des propriétés pertinentes. La résistance en traction par fendage s’avère particulièrement pertinente pour les tensions internes, dues par exemple à la cristallisation de la glace ou du sel. Elle se mesure généralement de manière indirecte, au moyen de l’essai dit brésilien, en exerçant une contrainte de compression sur l'enveloppe d'un cylindre. La résistance à la rupture d’un trou de cheville revêt quant à elle de l’importance pour la suspension des panneaux de façade. Elle se mesure en appliquant une force de compression sur les chevilles. Dans ce cas, la résistance mesurée dépendra du composant le plus faible de l'ensemble, c'est-à-dire la résistance à la flexion de la cheville, la résistance de l'ancre chimique ou du mortier et la résistance de la pierre.

Cause de la résistance et variation

La pierre naturelle présente la résistance la plus élevée aux contraintes de compression. En règle générale, on peut affirmer que la résistance à la compression sera environ 10 à 20 fois supérieure à la résistance à la flexion ainsi qu’à la résistance en traction par fendage. Malgré cela, la résistance réelle peut varier énormément entre et même au sein de différents types de roches. Les roches magmatiques et métamorphiques présenteront généralement les résistances mécaniques les plus élevées. Pour le granit par exemple, des résistances à la compression supérieures à 100 MPa seront très courantes. La plupart des calcaires, en revanche, auront tendance à afficher des résistances à la compression inférieures à 100 MPa, voire même inférieures à 10 MPa pour certains. La résistance peut donc fortement varier. Cette variation dépendra de la texture, de la porosité et de la minéralogie de la roche, et donc de l'histoire de sa formation. Les grains ou cristaux fortement liés, comme dans le cas du granit ou du marbre par exemple, entraîneront à une résistance plus élevée. La porosité, en revanche, donnera des résistances plus faibles, car les grains à hauteur des pores ne pourront pas se retenir les uns les autres. Les fissures et défauts pouvant survenir dans la couche de roche, ou consécutifs à la méthode d'extraction, se traduiront également par des résistances plus faibles. Même la teneur en eau revêt de l’importance. Les essais s’effectueront généralement dans des conditions sèches, sauf en génie hydraulique. Mais dans des conditions humides, la résistance interne diminuera, de telle sorte que la résistance globale sera également inférieure.