NF P94-425-2002 Rock - Determination of the Young modulus and the Poisson ratio 《岩石 杨氏 模量和泊松比的测定》.pdf

1、FA1 20377 ISSN 0335-3931 NF P 94-425 Avril 2002 Indice de classement : P 94-425 ICs : 93.020 Roches Dtermination du module de Young et du coefficient de Poisson E : Rock - Determination of the Young modulus and the Poisson ratio D : Gestein - Youngscher Modul- und Poissonzahl Bestimmung al In Norme

2、franaise homologue z % In le 20 avril 2002. ? 2 par dcision du Directeur Gnral dAFNOR le 20 mars 2002 pour prendre effet +- ._ TI In Correspondance la date de publication du prsent document, il nexiste pas de travaux europens ou internationaux traitant du mme sujet. c I hl O O hl w O Z 2 Analyse o L

3、e prsent document traite de la dtermination du module de Young et du coefficient de Poisson dune prouvette de roche soumise un essai de compression uniaxiale ou triaxiale. II dfinit les termes employs, spcifie les caractristiques de lappareillage, fixe le processus dessai, fournit la mthode de dterm

4、ination des diffrents paramtres et prcise les rsultats prsenter. Descrip teurs Thsaurus International Technique : gotechnique, roche, essai mcanique, essai de compression, dtermination, module dlasticit, mode opratoire, appareillage. Modifications Corrections dite et diffuse par lAssociation Franais

5、e de Normalisation (AFNOR) - 11, avenue Francis de Pressens - 93571 Saint-Denis La Plaine Cedex Tl. : + 33 (0)l 41 62 80 O0 - Fax : + 33 (0)l 49 17 90 O0 - www.afnor.fr O AFNOR 2002 AFNOR 2002 ler tirage 2002-04-F Roches BNSR P94 Membres de la commission de normalisation Prsident : M DUFFAUT Secrtar

6、iat : M BIGOT - LABORATOIRE REGIONAL DES PONTS ET CHAUSSEES DE LEST PARISIEN - DREIF M M M M M M M M MME M M MME M M M M DUBIE DUFFAUT DURVILLE FLEURISSON GANGNEUX GAUDIN GHOR EYCH I GUERPILLON HOMAND ORENGO PARADIS PINEAU QUEMART RICHARD ROBERT WATELET ED F-TEGG COMITE FRANAIS DE MECANIQUE DES ROCH

7、ES COMITE FRANCAIS DE LA GEOLOGIE DE LINGENIEUR/ LCPC ECOLE DES MINES DE PARIS - CGI CEBTP SCETAUROUTE COMITE FRANCAIS DE MECANIQUE DES ROCHES SCETAUROUTE ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DE GEOLOGIE DE NANCY UNIVERSITE JOSEPH FOURIER SNCF AFNOR CETE - LRPC DAIX EN PROVENCE CETE - LRPC DE LYON CENTRE DETU

8、DE DES TUNNELS INERIS -3- NF P 94-425 Sommaire Page Avant-propos . 4 1 2 3 3.1 3.2 4 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 5.6 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 7 8 Domaine dapplication 4 Rfrences normatives 4 Definitions et notations . 4 Dfinitions 5 Notations (voir Figure 1) 6 Principe . 6 Appareillage . 7 Materi

9、el dusinage de lprouvette . 7 Matriel de mesurage de lprouvette . 7 Materiel de pesage de lprouvette 7 Matriel de chargement de lprouvette 7 Essai de compression uniaxiale 7 Essai de compression triaxiale 8 Matriel denregistrement de la force 8 Matriel de mesure et denregistrement des dplacements ou

10、 des dformations . 8 Mode opratoire 9 Usinage de lprouvette 9 Mesure des caractristiques gomtriques de lprouvette 9 Conditionnement et quipement de lprouvette . 9 Ralisation de lessai de compression uniaxiale . 9 Ralisation de lessai de compression triaxiale . 10 Expression des rsultats 10 Procs-ver

11、bal dessai 11 Annexe A (informative) Essai sur une roche anisotrope . Cas des roches isotropes transverses 12 NF P 94-425 -4- Avant-propos Le module de Young ef le coefficienf de Poisson sonf ufiliss en mcanique des roches pour Ifude douvrages au rocher. Ceffe norme faif rfrence aux caracfrisfiques

12、lasfiques dfermines au cours dun essai de compression uniaxiale ou friaxiale. Les modules obfenus sonf difs sfafiques, par opposifion aux modules appels dynamiques obfenus par mesure des vifesses de propagafion des ondes de compression ef de cisaillemenf. Lessai dcrif dans ce documenf esf plus parfi

13、culiremenf adapf aux roches donf la rsisfance en compression uniaxiale ou friaxiale dfermine conformmenf aux normes suivanfes esf suprieure 1 MPa : NF P 94-420, Roches - Dferminafion de la rsisfance la compression uniaxiale. NF P 94-423, Roches - Dferminafion de la rsisfance la compression friaxiale

14、. Les essais peuvenf fre raliss : - soif sur des chanfillons dans Ifaf o ils se frouvenf aprs leur prlvemenf ; - soif sur des chanfillons pralablemenf desschs (cas gnral) ; - soif sur des chanfillons pralablemenf safurs. La feneur en eau ou Ieffef du schage pouvanf avoir une influence sur les rsulfa

15、fs, Ifaf hydrique dans lequel lessai esf ralis doif fre prcis. Dans le cas de roche schisfosif ou foliafion, on ralise gnralemenf deux essais : un sur une prouveffe faille orfhogonalemenf la disconfinuif ef un second sur une prouveffe faille paralllemenf la disconfinuif. Pour obfenir une dferminafio

16、n plus complfe des caracfrisfiques, il fauf adopfer le processus dcrif dans lannexe A. 1 Domaine dapplication Le prsent document sapplique la dtermination du module de Young et ventuellement du coefficient de Poisson dun chantillon de roche de forme cylindrique section transversale circulaire, soumi

17、s une sollicitation de compression uniaxiale ou triaxiale. II sapplique galement la dtermination de la rsistance la compression uniaxiale ou triaxiale. 2 Rfrences normatives Le prsent document comporte par rfrence date ou non date des dispositions dautres publications. Ces rfrences normatives sont c

18、ites aux endroits appropris dans le texte et les publications sont numres ci-aprs. Pour les rfrences dates, les amendements ou rvisions ultrieurs de lune quelconque de ces publications ne sappliquent ce document que sils y ont t incorpors par amendement ou rvision. Pour les rfrences non dates, la de

19、rnire dition de la publication laquelle il est fait rfrence sapplique. NF P 94-41 0-1, Roches - Essai pour dferminer les proprifs physiques des roches - Parfie 1 : Dferminafion de la feneur en eau pondrale des roches. NF P 94-41 0-2, Roches - Essais pour dferminer les proprifs physiques des roches -

20、 Parfie 2 : Dferminafion de la masse volumique - Dferminafion de la masse volumique - Mfhodes gomfriques ef par immersion dans leau. 3 Dfinitions et notations Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. -5- 3.1 Dfinitions NF P 94-425 Pour les besoins du prsent

21、 document, les dfinitions suivantes sappliquent lancement dune prouvette cylindrique rapport entre la hauteur de lprouvette et son diamtre module de dformation axiale tangent pente en un point de la courbe contrainte-dformation axiale dans un essai de compression axiale module de Young quotient de l

22、a variation de la contrainte axiale Aol par la variation de la dformation correspondante dans la mme direction coefficient de Poisson lors dun essai de compression axiale dune prouvette cylindrique isotrope, rapport entre la dformation dans le plan perpendiculaire la direction de la contrainte de co

23、mpression et la dformation dans la direction de cette contrainte Lgende 1 2 F Force axiale o, Contrainte axiale oJ 3 Zone centrale de mesure I, prouvette cylindrique daire de section transversale A, de diamtre D et de hauteur H. Plateau de la presse ou embase Pression latrale constante ou nulle Long

24、ueur de la base de mesure de la dformation dans la zone centrale Figure 1 - Notations NF P 94-425 -6- 3.2 Notations (voir Figure 1) A est laire de la section transversale circulaire initiale de lprouvette ; D est le diamtre initial de lprouvette ; F, est la force axiale maximale atteinte au cours de

25、 lessai ; Eta, est le module de dformation axiale tangent ; E est le module de Young ; v est le coefficient de Poisson ; H est la hauteur initiale de lprouvette ; mh est la masse de lprouvette avant lessai ; o1 est la contrainte axiale applique lprouvette ; o3 est la contrainte applique latralement

26、lprouvette. o, est la rsistance la compression uniaxiale ; oTRi est la rsistance la compression triaxiale ; V est le volume initial de lprouvette ; w est la teneur en eau pondrale de lprouvette ; est la dformation axiale de lprouvette ; est la dformation diamtrale de lprouvette ; est la longueur de

27、la base de mesure de la dformation axiale de lprouvette. c3 Io 4 Principe Lessai seffectue sur une prouvette cylindrique section transversale circulaire. II consiste appliquer Iprou- vette un effort axial de compression vitesse de dformation constante, avec au moins un cycle de dcharge- ment-recharg

28、ement. Les dformations longitudinales (axiales) et ventuellement transversales de lprouvette sont mesures durant lessai qui est men jusqu la rupture de lprouvette (voir Figure 2). Lprouvette peut tre soumise un confinement en cellule triaxiale en conditions non draines. 1 = AI - ;E3=g IO -7- NF P 94

29、-425 Figure 2 - courbe contrainte-dformation lors dun essai avec cycle de dchargement-rechargement - Schma 5 Appareillage 5.1 Matriel dusinage de lprouvette a) Carotteuse et carottiers couronne diamante pour les chantillons de roche fournis sous forme de blocs ou b) Atelier de sciage permettant un s

30、ciage leau (ou lair) avec une scie circulaire munie de disques diamants. c) Rectifieuse munie dune meule diamante permettant une rectification leau ou lair avec son dispositif de fixation de lprouvette sur le plateau garantissant le paralllisme des faces dappuis ou tout autre systme quivalent permet

31、tant de respecter les tolrances dimensionnelles des prouvettes. pour les carottes de sondage ncessitant un recarottage. 5.2 a) Pied coulisse au 1/50 de mm ou appareil de mesure de longueur quivalent. b) Surface plane de rfrence (par exemple marbre). c) Comparateur au 1/100 de mm et son dispositif de

32、 fixation ou matriel quivalent. Matriel de mesurage de lprouvette 5.3 Balances de portes minimale et maximale compatibles avec les masses peser et telles que les peses soient effectues avec une incertitude-type de 1/1000 de la valeur mesure. Matriel de pesage de lprouvette 5.4 5.4.1 Essai de compres

33、sion uniaxiale La presse, de capacit approprie la force requise lors de lessai, dote des dispositifs de scurit en vigueur, et son bti de rigidit adapte aux forces gnres lors de lessai, doit tre quipe dun plateau mobile guid de faon demeurer parallle au plateau fixe. Les plateaux doivent avoir un dia

34、mtre suprieur ou gal celui de lprouvette. Lcart de distance entre les plateaux (intgrant la fois le paralllisme et la planit) ne doit pas excder 30 pm. NOTE Lutilisation de pastilles en acier dun diamtre compris entre 1 et 1,2fois le diamtre de lprouvette et dpaisseur infrieure 0,25 H, places lextrm

35、it de lprouvette est recommande afin de ne pas endommager la surface des plateaux. Dans ce cas, lcart dpaisseur de chaque pastille ne doit pas excder 20 pm. Matriel de chargement de lprouvette NF P 94-425 -8- La duret (superficielle) des plaques en acier en contact avec lprouvette devra tre suprieur

36、e HRC 58. La presse doit permettre de rguler sans coup la vitesse de dformation axiale de manire pouvoir respecter une consigne de vitesse moyenne de dformation axiale constante au cours des phases de chargement et de dchargement. 5.4.2 Essai de compression triaxiale En complment du matriel dfini en

37、 5.4.1, lappareillage comprend : - une cellule dans laquelle est place lprouvette recouverte dune membrane souple impermable et soumise la pression dun fluide. Les embases doivent permettre la circulation du fluide et la purge de la cellule ; - un gnrateur de pression et un capteur de pression ; - u

38、n systme de mesure de la force axiale applique lprouvette, de la dformation axiale et ventuellement transversale et de la pression de confinement. 5.5 - Appareillage de mesure de la force avec une incertitude-type infrieure 1/100 de la valeur mesure et - Dispositif denregistrement en fonction du tem

39、ps adapt linformation dlivre par lappareillage de mesure La centrale dacquisition doit permettre une saisie des valeurs avec une priodicit infrieure ou gale une second e. Matriel denregistrement de la force appropri aux forces mises en uvre. de la force. 5.6 Le matriel de mesure comprend soit des ca

40、pteurs de dplacement local, soit des jauges de dformation, relis la centrale de mesure. a) Capteurs de dplacement local (extensomtres) : Matriel de mesure et denregistrement des dplacements ou des dformations un collier ou deux colliers supportant des capteurs de dplacement permettant la mesure des

41、dplacements axiaux dans le tiers central de lprouvette. La longueur I, de la base de mesure doit tre comprise entre 0,6 1 ,I fois le diamtre de lprouvette ; ventuellement un collier au moins permettant la mesure du dplacement transversal au voisinage du centre de lprouvette. b) Jauges de dformation

42、colles sur lprouvette dans la partie centrale : deux jauges au minimum diamtralement opposes et disposes paralllement laxe de lprouvette ; ventuellement au moins deux jauges diamtralement opposes destines mesurer la dformation transversale. La longueur des jauges doit tre au moins gale trois fois la

43、 dimension des plus gros grains de lprouvette. Lincertitude-type lors de la mesure des dformations doit tre infrieure ou gale 51.10-. NOTE 1 colles ou collier) peut savrer inadapte : seules des mesures aux deux extrmits de lprouvette sont possibles. NOTE 2 Lutilisation de trois jauges de dformation

44、parallles laxe de lprouvette et disposes 120” dans une section transversale permet de mieux prendre en compte les carts de paralllisme entre les faces des extrmits de I p ro wette. Pour certaines roches dont le module E est infrieur 5 GPa et selon leur tat, la pose de capteur (jauges -9- NF P 94-425

45、 6 Mode opratoire 6.1 Usinage de lprouvette Lprouvette dessai obtenue par carottage et sciage doit avoir la forme dun cylindre droit avec un lancement compris entre 2,O et 2,5. Le diamtre de lprouvette doit tre reli la taille du plus gros grain ou du plus gros cristal prsent dans la roche par un rap

46、port dau moins 10/1 et tre suprieur ou gal 40 mm. NOTE Le diamtre de lprouvette doit tenir compte galement des caractristiques estimes de la roche, au regard de la force appliquer pour atteindre la rsistance ultime de lprouvette. La capacit de la presse utilise doit tre compatible avec la force appl

47、iquer pour provoquer la rupture de lprouvette. Les extrmits de lprouvette doivent tre planes, parallles entre elles et orthogonales laxe de lprouvette. Le surfaage des faces dappui est ralis par rectification la meule diamante ou tout autre dispositif quivalent permettant de respecter les tolrances dimensionnelles des prouvettes. Langle que forment les extrmits de lprouvette doit tre infrieur 1,25.10” radian. Les gnratrices de lprouvette doivent tre perpendiculaires aux faces d