18.4: Diagramme de contrainte-déformation – Matériaux fragiles

Les matériaux fragiles, notamment le verre, la fonte et la pierre, présentent des caractéristiques uniques. Ils se fracturent sans changement considérable dans leur taux d'allongement, ce qui indique que leur rupture et leur résistance ultime sont équivalentes. De tels matériaux présentent également des niveaux de déformation plus faibles au point de rupture. La rupture des matériaux fragiles résulte principalement de contraintes normales, comme en témoigne la rupture créée le long d'une surface perpendiculaire à la charge appliquée. Ces matériaux ne présentent pas de striction significative. La striction est la réduction locale de la surface transversale sous contrainte. Un aspect intéressant de la plupart des matériaux fragiles est leur résistance ultime en compression plus élevée qu'en traction, principalement en raison de défauts microscopiques comme des fissures ou des cavités qui peuvent affaiblir le matériau sous contrainte de traction mais ont un impact minimal sur sa résistance à la compression.

Le béton, un matériau fragile courant, se comporte différemment sous tension et compression. Le diagramme contrainte-déformation sous tension révèle une plage élastique linéaire jusqu'à la limite d'élasticité, suivie d'une augmentation rapide de la déformation jusqu'à la rupture. En revanche, le béton présente une plage élastique linéaire plus grande sous compression et la rupture ne se produit pas même aux contraintes maximales. Au lieu de cela, la contrainte diminue à mesure que la déformation augmente jusqu'à la rupture. Il est important de noter que le module d'élasticité, indiqué dans la courbe contrainte-déformation par la pente de la section linéaire, reste cohérent en traction et en compression pour la plupart des matériaux fragiles.

Les matériaux cassants, soumis à des contraintes de traction, ne s’allongent pas beaucoup avant de se rompre, ce qui signifie que leurs résistances ultime et à la rupture sont identiques. Par rapport aux matériaux ductiles, ils possèdent une déformation plus faible lors de la rupture.

Elle se produit le long d’une surface perpendiculaire à la charge, indiquant que les contraintes normales sont principalement à l’origine de la rupture.

Les matériaux cassants ne subissent pas de rétrécissement notable sous l’effet du stress.

La plupart des matériaux fragiles ont une résistance ultime à la compression plus élevée qu’à la traction, principalement en raison de défauts microscopiques tels que des fissures ou des cavités, qui affaiblissent le matériau sous tension.

Considérons un diagramme contrainte-déformation pour la dalle de béton, un exemple de matériau fragile.

Sous tension, une plage élastique linéaire est observée jusqu’à la limite d’élasticité, puis la déformation augmente plus rapidement que la contrainte jusqu’à la rupture de la dalle.

Sous compression, le béton présente une plus grande plage d'élasticité linéaire et la rupture ne se produit pas lorsque la contrainte atteint son apogée. Au lieu de cela, le stress diminue tandis que la tension continue d’augmenter jusqu’à la rupture.

Le module d’élasticité, représenté par la pente de la région linéaire, est égal en compression et en tension pour la plupart des matériaux cassants.