Machines d'essais
Machines d’essais de compression pour béton : comment faire le bon choix ?
Aujourd’hui, l’offre rencontrée sur le marché des équipements de compression présente un très large choix de machines. Ce choix est tellement large et diversifié qu’il peut égarer le client qui n’est pas nécessairement spécialiste. Comment obtenir le meilleur compromis entre le prix, la performance, et l’ergonomie ?
Comment choisir son bâti de compression ?
Le béton est un matériau de plus en plus technique et on assiste à une course au gain de résistance. Les besoins modernes font ressortir deux tendances : d’une part le besoin de maîtriser la résistance des bétons courants pour que les professionnels du béton puissent commercialiser des produits adaptés aux diverses utilisations (rapport résistance/cout) et d‘autre part la frénésie à construire des ouvrages de plus en plus imposants obligent les grands industriels du secteur à développer des bétons de très haute performance.
Dans ce contexte, la maîtrise des caractéristiques mécaniques du béton est une problématique d’actualité et d’avenir. La machine d’essais est l’élément principal de détermination de la résistance mécanique. Elle se définit par de multiples critères dont voici les principaux :
La force maximale.
Elle demande évidemment à être adaptée à votre utilisation. Il est cependant préférable de ne pas utiliser régulièrement la machine au dessus de 75 % de sa force maximale.
Le pilotage.
La grande majorité des machines est hydraulique. Elles sont pilotées soit en régulation de débit soit en régulation de pression. Les deux technologies sont équivalentes pour des essais sur des matériaux rigides, mais la deuxième est plus simple et plus stable dans le temps.
La pression maximale.
Plus la pression est élevée, plus la section du piston du vérin hydraulique est faible. Les dimensions du châssis sont alors diminuées entrainant un gain de matière et donc de poids. En revanche, plus la pression est importante, plus l’huile se comprime et emmagasine de l’énergie, qui sera restituée lors de la rupture de l’échantillon. Au passage, le moteur du groupe électrique sera plus sollicité, entrainant chauffe et laminage de l’huile hydraulique, au détriment des performances dans le temps.
Le poids.
Ce n’est pas un argument en soi car il dépend de la conception de la machine mais il permet de se faire une bonne idée de sa robustesse et de sa longévité. En règle générale, plus un châssis est lourd, moindre sera sa déformation, et donc meilleure sera sa tenue dans le temps.
La rigidité.
La rigidité axiale est la force maximale de la machine divisée par la déformation à cette charge. Elle s’exprime en kN/mm et est normalement inférieure à 1 pour les bonnes machines. Une machine très rigide est un gage de longévité. Si la déformation sous charge est importante, l’énergie restituée lors d’une rupture fragile sur des matériaux très cassants (briques, bétons « haute performance », …) entraîne un vieillissement prématuré des organes tels que la rotule, les plateaux et le vérin. La rigidité transverse est très rarement donnée et pourtant elle est importante pour assurer la pertinence des résultats. La norme NF EN 12390-4 prescrit des contrôles d’alignement sous charge et la valeur de la rigidité transverse est déterminante pour arriver à satisfaire ses exigences.
Le vérin.
Le vérin est l’organe principal du châssis de compression, car c’est la pression d’huile à l’intérieur du vérin qui va servir à mesurer la force appliquée à l’éprouvette. Il est donc important qu’il y ait le moins de frottement possible. Le vérin doit pour cela bénéficier d’un guidage suffisant (en général au moins 1 fois le diamètre du piston). Ce guidage garantit l’alignement du centre de poussée, et évite tout risque de coincement du piston en cas de sortie excessive. Les joints doivent également être de très bonne qualité, et à frottement doux.
La structure.
Les machines sont soit mécano soudées soit usinées (2, 3 ou 4 colonnes).
- Mécano soudée ou usinée ?
L’avantage des constructions mécano soudées est un prix attractif. En revanche les contraintes générées par les soudures peuvent nuire à l’alignement du centre de poussée. Ces machines présentent généralement des faiblesses de rigidité transverse.
Les machines usinées nécessitent une grande précision des ajustements afin d’éviter un mouvement sous charge au niveau des assemblages. Une réalisation de qualité et un serrage approprié garantissent une géométrie parfaite et la pérennité des caractéristiques.
- Combien de colonnes ?
Les machines à 2 colonnes offrent un bon accès à la chambre d’essais et sont économiques. Par contre la rigidité transverse sur le plan vertical avant / arrière est critique quand les colonnes ne sont pas surdimensionnées.
Les machines à trois colonnes sont idéales. Trois points d’appuis assurent le meilleur équilibre. La structure est isostatique et la rigidité transverse est homogène quelle que soit sa direction. Seul point faible, elles acceptent difficilement des plateaux de grande taille, pour des essais sur blocs par exemple. Elles sont idéales pour les essais sur éprouvettes cylindriques ou cubiques.
Les machines 4 colonnes offrent un bon compromis : Une rigidité transverse uniforme et la possibilité d’utiliser des grands plateaux. L’aspect hyperstatique de sa structure doit être compensé par une bonne précision d’usinage.
L’ergonomie.
C’est un élément primordial pour améliorer le confort et l’efficacité du laborantin dans son travail quotidien.
La hauteur de travail doit être adaptée.
Le changement de type d’éprouvettes doit se faire facilement et rapidement. Lorsqu’on passe d’une éprouvette de grande taille à une éprouvette de petite taille, il faut rajouter des cales sous ou sur le plateau inférieur. Il convient de limiter la masse des éléments manipulés et de s’assurer de la simplicité de leur mise en place. De même un empilage de cales peut entraîner un défaut d’alignement et donc diminuer la force de rupture. Un vérin longue course évite toute manipulation.
Après l’essai, des débris peuvent être projetés. Le travail de nettoyage du laborantin se trouve limité quand les débris sont contenus dans la chambre de compression. De même, une évacuation des débris canalisée (ridelles, rampe, container à débris, …), simplifie le travail de l’opérateur et réduit la durée d’un essai.
Les dispositifs de sécurité nécessaires doivent limiter le moins possible l’accès à la zone de travail et ne pas ralentir les tâches de l’opérateur.
Pour choisir une machine de compression, tous ces critères sont à évaluer avec soin afin de trouver le meilleur compromis adapté à son utilisation. Le constructeur de son côté, doit savoir proposer des machines offrant le meilleur rapport Efficacité / Prix.
Forte de son expérience, la société 3R conçoit ses machines sans se limiter aux exigences normatives mais en améliorant tous les points susceptibles de conduire à une baisse des résultats et en apportant beaucoup d’attention à l’ergonomie de travail du laborantin tout en veillant au coût final.
A l’analyse objective de tous ces critères, 3R propose 2 machines qui répondent de façon optimale à vos besoins. Si vous ne devez tester que des éprouvettes (cubes ou cylindres), la machine idéale est certainement la 3000 TCT qui combine les meilleures caractéristiques : rigidité exceptionnelle, (4280 kN/mm = 0.7 mm à 3000 kN), vérin à grande course (100mm) et long guidage, rotule de grand diamètre en acier traité, etc…
Mais si vos besoins vous amènent à devoir tester une grande variété d’échantillons tels que cubes, cylindres, blocs ou briques, alors le meilleur compromis sera offert par la RP 2000 QC/LC ou la RP 3000 QC/LC, qui rassemblent les critères techniques les plus performants et rationnels résumés en quelques chiffres ci-dessous :
- 200 mm : Course du vérin permettant des essais sur des éprouvettes très variées, telles que cubes 15 x 15 ou 20 x 20, cylindres 11 x 22, 15 x 30 ou 16 x 32, blocs de 20 x 20 x 50 ou 25 x 25 x 50, briques de toutes tailles sans adjonction de cales
- 980 mm : Hauteur du plateau inférieur grâce à laquelle l’opérateur peut manipuler l’éprouvette ergonomiquement sans avoir besoin de se baisser, et donc s’exposer aux redoutables TMS ( Troubles Musculo Squelettiques ).
- 310 x 510 mm : Dimension des plateaux permettant de tester des blocs et des briques jusqu’à 500 mm de long et 300 mm de large. En option les QC/LC peuvent être équipées de plateaux de 610 mm de long (et même 410 mm de large sur la 3000 kN).
- 2980 kN/mm : Rigidité du bâti (0.7 mm à pleine charge pour la 2000) et 4110 kN/mm pour la 3000 kN.
- 400 bar : Pression d’essai maximale du circuit hydraulique à pleine charge permettant de limiter l’usure du groupe et l’énergie emmagasinée dans l’huile.
La gamme des machines de compression de 3R ne se limite pas à ces 2 modèles. Au fil des années 3R a été amenée à développer aussi bien des machines économiques destinées aux laboratoires de chantier que des machines haut de gamme (jusqu’à 5000 kN) destinées aux laboratoires de recherche.