Les matériaux utilisés à des fins structurelles sont généralement classés en fonction de leur résistance aux contraintes de base telles que la compression, la tension et le cisaillement.
La compression est une force qui rapproche les particules d’un matériau. Par exemple, lorsqu’une colonne supporte une charge, elle subit une compression et sa hauteur se raccourcit, bien que souvent de manière imperceptible. L’opposé est la force de traction qui tend à allonger un matériau.
Tous les matériaux peuvent, jusqu’à un certain point, supporter des forces de compression avant de céder et c’est à ce moment que la résistance à la compression est mesurée. Par conséquent, la résistance à la compression d’un matériau est généralement énoncée comme la compression maximale que le matériau peut supporter avant de se rompre.
Les matériaux qui peuvent résister à des forces de compression élevées et appliquées avant de se rompre sont dits avoir une résistance à la compression élevée.
Certains matériaux sont meilleurs que d’autres pour résister à la compression avant de se rompre. L’acier peut résister à des forces de compression relativement élevées. D’autres matériaux, comme le béton et les céramiques, présentent généralement des résistances à la compression beaucoup plus élevées que les résistances à la traction. Selon le matériau, la rupture peut comprendre une fracture à la limite de la résistance à la compression ou une déformation irréversible.
Mesurer la résistance à la compression
Il est possible de mesurer précisément la résistance à la compression des matériaux en effectuant un essai de compression dans des conditions soigneusement contrôlées à l’aide d’une machine d’essai universelle. Celle-ci peut généralement avoir des capacités d’essai allant jusqu’à 53 méga Newtons (MN), ce qui équivaut à une force de 5 404 tonnes.
Dans la construction de bâtiments, l’essai de la résistance à la compression du béton est généralement entrepris à différents stades après son coulage afin de laisser suffisamment de temps pour le développement de la résistance (par exemple après 28 jours). Généralement, un cube (ou cylindre) de béton est utilisé comme éprouvette, en veillant à ce que les surfaces supérieure et inférieure soient plates et parallèles, et que les deux faces aient une section transversale parfaite, c’est-à-dire à angle droit par rapport à l’axe vertical du cube.
Une force de compression est appliquée à l’éprouvette progressivement par le mécanisme d’essai. La mesure de la résistance à la compression par cette méthode nécessite :
- L’aire de la section transversale d’une des faces du cube, supérieure ou inférieure (elles doivent être identiques), et
- La force de compression appliquée au moment de la rupture (définie comme une déformation permanente – c’est-à-dire une incapacité à reprendre sa forme antérieure une fois la force de compression supprimée).
Une fois ces mesures disponibles, la résistance à la compression (C ou σc) peut être calculée comme suit :
C = F/A
où F est la force (charge) maximale appliquée au point de rupture et A est la surface de la section transversale de l’échantillon avant l’application de la force. Elle peut être exprimée en termes de N/m² ou de Pascals (où 1 Pascal (Pa) = 1 N/m²).
Il est parfois difficile de mesurer la résistance à la compression des métaux ductiles, comme l’acier doux, qui ont une résistance à la compression élevée. Cela est dû au mode de défaillance de ces matériaux. En général, sous une charge de compression, l’acier doux se déforme de manière élastique jusqu’à un certain point ; cette déformation est suivie d’une déformation plastique et, finalement, l’échantillon peut être aplati sans preuve significative de fracture. Il peut donc être difficile de mesurer le point précis de rupture en compression. Pour cette raison, il est plus courant de citer la résistance à la traction de l’acier doux qui est plus facile à obtenir ; comme sa résistance à la traction est toujours inférieure à sa résistance à la compression, elle peut être utilisée comme base de calcul.
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