Essai de compression

Compression d'une éprouvette.

En résistance des matériaux, les résistances à la traction, à la compression et au cisaillement sont analysées séparément.

La résistance à la compression est la capacité d'un matériau ou d'une structure à supporter les charges qui tendent à réduire sa taille par compression (écrasement), par opposition à la résistance à la traction qui est une résistance à l'allongement (éclatement) et à la résistance au cisaillement qui est principalement une résistance à la torsion (vrille).

C'est une valeur clé pour la conception de structures. Elle se mesure sur des matériaux ainsi que sur des composants[1] ou des structures[2].

Par définition, la résistance à la compression d'un matériau est l'effort de compression uniaxial atteint à la rupture complète du matériau. Si le matériau est ductile cette rupture n'aura pas lieu mais le matériau se déformera de manière irréversible, de sorte que la résistance à la compression est assimilée à l'effort atteint à la limite de la déformation.

Des valeurs typiques de résistance à la compression sont, par exemple, pour quelques matériaux :

• Porcelaine : 500 MPa ;
• Os : 150 MPa ;
• Glace à 0 °C : 3 MPa ;
• Mousse de polystyrène : ~1 MPa.

Le béton et la céramique ont généralement des résistances à la compression beaucoup plus élevées qu'à la traction. Inversement, les matériaux composites, tels que les composites à matrice époxy renforcés de fibres de verre, ont tendance à avoir une résistance à la compression plus faible que leur résistance à la traction. Quant aux métaux, ils ont souvent des résistances à la traction et à la compression similaires.

Compression d'une éprouvette cylindrique.

L'essai de compression comporte un raccourcissement élastique d'une éprouvette généralement cylindrique et son écrasement au-delà de la limite d'élasticité du matériau.

Les éprouvettes en forme de courts cylindres sont préférables, pour ces essais, aux éprouvettes trop longues ou de section rectangulaire.

Courbe contrainte–déformation en compression.

L'essai de compression commence par une région linéaire où la déformation du matériau ${\displaystyle \epsilon }$ est proportionnelle à la contrainte ${\displaystyle \sigma }$ suivant la loi de Hooke ${\displaystyle \sigma =E\epsilon }$ où E est le module de Young.

Dans cette région linéaire, le matériau se déforme élastiquement et revient à sa longueur initiale lorsque la contrainte est supprimée.

La région linéaire se termine au point limite d'élasticité. Au-dessus de ce point, le matériau subit une déformation plastique et ne revient pas à sa longueur initiale une fois que la charge est retirée.

Par définition, la contrainte uniaxiale est la force divisée par la surface ${\displaystyle \sigma ={\frac {F}{A}}}$ où F est la charge appliquée en newtons et A est la surface de la section transversale en m².

La déformation correspondante est ${\displaystyle \epsilon _{e}={\frac {l-l_{0}}{l_{0}}}}$ où l est la longueur de l'échantillon comprimé et l₀ sa longueur initiale. La résistance à la compression correspond au point de la courbe de contrainte-déformation défini par ${\displaystyle \sigma _{e}^{*}={\frac {F^{*}}{A_{0}}}}$ et ${\displaystyle \epsilon _{e}^{*}={\frac {l^{*}-l_{0}}{l_{0}}}}$ où F^* est la charge appliquée juste avant de détruire l'échantillon et l^* est la longueur de l'échantillon juste avant sa destruction.

En pratique, les professionnels calculent la contrainte par rapport à la surface initiale de la section transversale (au début de l'expérience, avant déformation) en négligeant le fait que la contrainte s'applique réellement à la section transversale déformée (élargie, bombée latéralement avant rupture) sous l'effet de la charge.