Procédé d'essai au cisaillement pur d'un matériau de construction et dispositif pour sa mise en oeuvre
L'invention a pour objet un procédé d'essai au cisaillement pur d'un matériau de construction et un dispositif pour sa mise en oeuvre.
La détermination de la résistance de rupture au cisaillement pur des roches, en tant que matériaux de construction et formations géologiques, est nécessaire pour connaître l'une des caractéristiques mécaniques principales de ces matériaux, car c'est à partir de cette détermination que l'on procède au calcul de la résistance des massifs géologiques et de celui des piliers de soutien et des creux résultants des exploitations mini6- res et des salines. De même, la détermination de la résistance au cisaillement pur est utile aussi pour les autres types de matériaux de construction, naturels ou artificiels, préfabriqués ou coulés en place, tels que pierres de construction, briques, mortier, béton cellulaire, etc., spécialement pour les sollicitations produites par les action séismiques sur les constructions en maçonnerie.
On connaît divers procédés pour la détermination de la résistance au cisaillement des roches et des maté- riaux de construction, tels que :
les essais réalisés par sollicitations produites jusqu'à la rupture de l'éprouvette par deux pièces ou mâchoires tranchantes en acier, pourvues d'arrêtes vives, agissant sur les deux faces parallèles opposées de certaines éprouvettes de forme et de section rectangulaire, en une seule section de coupe ;
les essais réalisés par sollicitations produites jusqu'à la rupture, simultanément dans deux sections de coupe parallèles, situées de part et d'autre de la largeur d'une pièce centrale métallique de sollicitation, pourvue de deux arrêtes vives, agissant sur la face supérieure du côté du milieu de la longueur d'une éprouvette de forme et de section rectangulaire, appuyée à son tour sur deux pièces métalliques inférieures situées vers ses extrémités, pourvues aussi d'arrêtes vives vers le milieu de la longueur, de l'éprouvette, au droit des arrêtes de la pièce centrale supérieure ;
les essais réalisés par sollicitations de torsion sur des éprouvettes de forme cylindrique (ou même prismatique) appliquées jusqu'à la rupture de l'éprouvette sous l'action des moments de torsion maxima, le calcul de la valeur de la résistance de rupture au cisaillement pur étant effectué à 1'aide des formules théoriques de torsion de la résistance des matériaux, établies pour le domaine élastique de sollicitation.
On connaît aussi le procédé d'essai au cisaillement des mortiers et de leur adhérence aux briques, réalisé par l'assemblage d'une pièce d'essai formée par trois briques entières fixées entre elles par du mortier sur une bonne partie de leurs surfaces latérales, les deux briques extérieures étant déplacées d'une petite distance dans le sens de leur longueur par rapport à la brique centrale, la pièce d'essai ainsi composée étant soumise à l'action de compression du plateau supérieur d'une presse agissant sur l'extrémité libre de la brique centrale, en même temps que la partie inférieure, formée par les extrémités libres des deux briques extérieures, se trouve appuyée sur le plateau inférieur de la presse.
Les désavantages de ces dispositifs, pour les deux premiers procédés d'essai, consistent en ce que dans les sections de coupe il ne se développe pas des tensions tangentielles pures qui puissent mener à la rupture de l'éprouvette, cette rupture ne se produisant en réalité que sous l'action des fortes concentrations de tensions normales au droit des arrêtes vives d'action des mâchoires ou des pièces de sollicitation sur les faces de t'éprouvette, ce qui a été établi théoriquement et par voie expérimentale par les recherches photoélastiques.
Le même inconvénient se produit aussi pour la pièce assemblée, pour le procédé d'essai au cisaillement du mortier ; en plus les briques de la pièce d'essai se détachent l'une de l'autre à mesure que la force d'adhérence entre le mortier et les briques est vaincue par les efforts de traction résultant de la flexion et non par le cisaillement.
Les désavantages du troisième procédé d'essai par la sollicitation de torsion, résultent tout d'abord du fait ¯que les formules théoriques de calcul de'la torsion ne sont valables que dans le domaine élastique et non pas dans le domaine plastique de la sollicitation, donc d'autant moins à la rupture, et ensuite du fait que les roches et les matériaux de construction ayant un caractère cassant, les éprouvettes respectives soumises à la torsion rompent toujours en formes hélicoïdales sous l'action des tensions normales principales de traction de directions inclinées à 45 par rapport à la section transversale, et non, pas sous l'action des tensions tangentilles maxima respectives de ces sections transversales.
Dans le cas des éprouvettes de formes prismati
ques soumises à la torsion, le problème de la possibili- té d'application des formules théoriques ne se pose même pas.
Le procédé, objet de l'invention a pour but d'écar- ter les désavantages des procédés mentionnés plus
haut, il est caractérisé en ce qu'on réalise un état de cisaillement pur dans une section d'une éprouvette du
matériau en pratiquant des entailles latérales. dans
l'éprouvette, ces entailles définissant la section de cisaillement, en ce qu'on place cette éprouvette dans
un dispositif de sollicitation et en ce qu'on applique un
effort tranchant simple sur la section de cisaillement de
façon qu'on obtienne des valeurs maxima des tensions
tangentielles ainsi que des valeurs constantes de ces
tensions sur toute la surface de la section de cisaille
ment.
Un dispositif de-sollicitation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce
qu'il comporte deux pièces métalliques de résistance en forme de fer à cheval de dimensions identiques desti
nées à entourer l'éprouvette et montées en position
antisymétrique par rapport à celle-ci, chaque pièce étant pourvue de deux pièce démontables de pression
en forme de U guides et reliées à leur pièce de résistance respective à 1'aide de boulons et montées avec un jeu dans un trou recevant le boulon, chaque pièce de pression s'appuyant directement sur la pièce de
résistance en un seul point de contact usiné dans la
pièce de pression.
Etant donné que les matériaux mis à 1'essai par ce dispositif présentent en général une rupture cassante qui se produit de préférence sous l'action des efforts
normaux principaux de traction, pour assurer leur rup
ture rien que sous l'action des tensions tangentielles, il a fallu prendre des précautions spéciales pour affaiblir de manière adéquate la section de cisaillement pour des éprouvettes de roches et d'autres matériaux de construction, naturels ou artificiels, ce qui a pu être obtenu en effectuant des entailles laterales supplémen- taires, de formes et de profondeurs appropriées, établies par des essais d'experimentation du procédé pour
ce genre de materiau.
Des mises en oeuvre du procédé faisant l'objet de
l'invention sont représentées à titre d'exemple dans le
dessin annexé.
La fig. 1 montre le diagramme de variation du moment de flexion et de 1'effort tranchant formant la base du procédé d'essai au cisaillement pur des maté- riaux.
La fig. 2 est un mode de réalisation de principe de
la sollicitation correspondant à la figure 1 (T = 0 ; = 0) ;
La fig. 3 est un mode de réalisation pratique de cette sollicitation produite sur une éprouvette par un dispositif de sollicitation approprié.
La fig. 4 est une réalisation de la condition de'la production de valeurs maxima des tensions tangentielles dans la section de cisaillement pur.
La fig. 5 est une réalisation de la condition néces- saire pour obtenir une répartition uniforme des tensions tangentielles sur la section de cisaillement pur.
Les fig. 6a, 6b, 6c montrent une éprouvette en éleva- tion, en plan et de profil dans laquelle la rupture est obtenue dans la section de cisaillement pur par affaiblissement supplémentaire transversal.
La fig. 7 est une vue latérale, partiellement en section du dispositif de sollicitation dans la position d'essai.
La fig. 8 est une vue en perspective d'une éprouvette confectionnée par découpage approprié du maté- riau des épreuves. (roches,. matériaux de-construction. etc.).
La fig. 9 est une vue perspective d'une éprouvette obtenue en coulant le matériau à essaver (mortier) dans un moule.
Le procédé d'essai consiste, comme déjà dit, en l'application d'un effort tranchant simple de valeur constante sur toute la portion moyenne d'une 6prou- vette, résultant en une variation linéaire du moment fléchissant qui devient zéro dans la section du cisaillement de façon que dans cette section il n'y a des tensions normales d'aucune sorte, donc un effort de cisail lement pur (fig. 1 et 2).
Par la forme adéquate de l'éprouvette, établie par des recherches photoélastiques, de même que par le mode de sollicitation correspondant, on réalise les conditions nécessaires pour obtenir des valeurs maxima des tensions tangentielles (r) dans la section de cisaillement pur indiquée (fig. 4) ainsi que pour réaliser des valeurs constantes pour ces tensions tangentielles sur toute la surface de la section de cisaillement pur (fig. 5). L'éprouvette étant pourvue d'entailles latérales de profondeurs égales à un tiers de la largeur de l'éprouvette (fig. 6a, 6b, 6c) sa rupture est toujours mesurée dans la section de cisaillement pur ou dans son voisinage immédiat.
Le dispositif de sollicitation (fig. 7). pour obtenir une variation linéaire du moment fléchissant M, av. ec un point de moment nul au droit du milieu de la longueur de l'éprouvette E, de même qu'un effort tranchant de valeur constante sur la portion moyenne de-la longueur de cette éprouvette, se compose de deux pieces de résistance 1 en acier, construites de manière identique en forme de fer à cheval, placées antisymétri- quement dans la position d'essai.
Chacune est pourvue. dans les positions correspondantes, de deux pièces de pression 2 et 3 agissant sur l'éprouvette E, pièces qui ont la forme d'un U dans le sens transversal, pour pouvoir être attachées avec un jeu suffisant aux pièces de résistance 1, à l'aide de boulons 4 et 5 introduits dans les trous 6 et 7 : les pièces de pression respectives sont usinées à l'intérieur de manière à réaliser le contact en un seul point, situé à un tiers de la longueur pour la pièce 2 de transmission de la pression et à la moitié de la longueur pour la pièce 3 de transmission de la pression.
Les pièces de résistance 1 du dispositif de sollicitation sont pourvues aussi des trous 8, permettant leur sollicitation aussi par une force de traction. de même que des trous 9 et 10 qui servent à monter les pièces 2-et 3 de la pression dans les positions correspondant à cette sollicitation de traction.
Les pièces de résistance ! du dispositif de sollicitation sont aussi pourvues des vis 11, destinées à fixer correctement la position en sens longitudinal de l'éprou- vette E dans le dispositif,. ainsi que des vis. 12 servant au réglage en sens vertical des appuis de l'éprouvette dans le but d'assurer une sollicitation correcte. Dans le cas des essais réalises par sollicitation de traction du dispositif, on monte les éclisses. représentées en pointil lé, qui sont articulées par un boulon, dans les trous 8, la jointure mobile coulissante 13 assurant le guidage des pièces du dispositif pendant 1'essai.
Les éprouvettes d'essai E"pour les épreuves de roches de la fig. 8, et E2 pour les épreuves de mortiers de la fig. 9 ont la forme extérieure d'un parallélipipéde 14 ; elles sont pourvues de deux entailles angulaires 15 dont les angles de fond sont de 90 et dont la profondeur a est égale à 1/4 h, de manière qu'entre les fonds de ces entailles il en résulte une hauteur h, = 112 h de la section de cisaillement pur, section dans laquelle la rupture de l'éprouvette ne se produit que sous l'action de la hauteur, au cas où elles sont mises à 1'essai à l'aide du dispositif de sollicitation.
Afin d'assurer la rupture de l'éprouvette dans cette section de cisaillement pur, dont les tensions tangentielles sont uniformément distribuées dans le sens de sa hauteur, 1'6prou- vette est pourvue d'entailles latérales 16 ou 17 d'affai- blissement supplémentaire, dont les faces intérieures sont parallèles (éprouvette Et, fig. 8) ou légèrement inclinées à pentes de (éprouvette E2, fig. 9), ayant une profondeur égale à un tiers de la largeur b de l'éprouvette, de manière à laisser entre les fonds de ces entailles une largeur pleine qui soit égale aussi à un tiers de la largeur de l'éprouvette b, = b/3 pour les deux éprouvettes Et et E. .
Les éprouvettes confectionnées des épreuves de roches ou de matériaux naturels et artificiels de construction : pierre, brique, béton cellulaire, etc. sont réali- sées par la coupe de leur forme extérieure à l'aide d'une machine à couper la pierre, ainsi qu'à l'aide d'une scie à métaux ou d'une fraise circulaire pour les encoches 15 et 16, conformément à la fig. 8.
Pour les matériaux de construction préparés sur place, tel que le mortier, on exécute les éprouvettes en les coulant dans un moule et en obtenant en même temps les entailles verticales 15 de 90 et les entailles latérales 17 à profil trapézoïdal, conformément à la fig. 9.
En vue d'effectuer les essais, on commence par joindre les deux pièces de résistance au moyen des jointures mobiles coulissantes 13, après quoi on introduit l'éprouvette entre les pièces de résistance 1 du dispositif de sollicitation, de manière à ce que ces pièces agissent par l'intermédiaire des pièces de pression 2 et 3 soient placées dans une position antisymétrique par rapport au centre de la section entre les fonds des entailles de l'éprouvette, en réglant la position longitudinale de celle-ci à l'aide des vis de réglage 11.
On introduit le dispositif de sollicitation avec l'éprouvette respective entre les plateaux de la presse d'essai et on les met sous charge, en augmentant progressivement jusqu'à ce que la rupture de l'éprouvette s'ensuive, à une sollicitation de cisaillement pur, dans la section minimum du droit du fond des entailles angulaires coupées dans le sens vertical, correspondant au fond des entailles latérales.
On obtient la résistance au cisaillement pur du matériau mis à 1'essai en divisant 1'effort tranchant maximum de rupture Tr = Ftnas produit par la pression totale de la presse au moment de la rupture, par la surface de la section nette de t'éprouvette au point de rupture ; celui-ci se trouve pratiquement dans la section minimum, correspondant au fond des entailles : Sf = ht. b"la résistance de rupture au cisaillement pur ¯tant ainsi:
Tr Fmax
--
Sf b,. h,
On donne ci-après quelques exemples d'essai exé- cutés sur des lots de cinq éprouvettes des matériaux suivants : brèche riolithique (de Rosia Montana), sel gemme gris ou bleu foncé (de Tg.
Ocna), brique, béton cellulaire et mortier de ciment, ayant les dimensions indiquées avec entailles verticales et latérales. ayant les formes et les proportions préconisées, sollicitées à l'aide du dispositif construit. Les éprouvettes expérimentées ont été confectionnées soit par découpage mécanique à la machine à couper et à façonner la pierre (telles les éprouvettes de brèche), soit par exécu- tion mixte, mécanique et ; manuelle (telles les éprouvettes en sel gemme, brique et béton cellulaire), soit cou lées en moule (éprouvettes ensmortier).
Les essais ont été faits avec des éprouvettes ayant les dimensions : 1 = 80 mm, h = 40 0, 05 mm et b = 30 mm ; la surface de la section de cisaillement pur-qui résulte par exécution mécanique ou mixte, ainsi que pour les éprouvettes coulées en moule, étant h,. bl = 2. 1 -2 cl2.
Le dispositif de sollicitation utilisé a été composé des deux pièces de résistance en forme de fer à cheval, confectionnées d'une plaque d'acier de 20 mm d'épaisseur et usinées comme dans la fig. 7. Pour les pièces 2, la longueur de la surface de contact et de pression a été de 14 mm, tandis que pour les pièces 3 elle a été de 10 mm. Les largeurs de ces pièces de pression ont été de 30 mm, c'est-à-dire exactement de la largeur de l'éprouvette, de manière à ce que la sollicitation soit transmise uniformément dans le sens de la largeur.
La rupture des éprouvettes mises à l'essai s'est toujours produite dans la zone de la section réduite de cisaillement pur ou dans le voisinage immédiat de cette section. On a obtenu les résultats moyens suivants : -éprouvettes en brèche,
101
T, = 101 kg, Tr = = 50, 5 kg/cm=
2,0 -éprouvettes en sel gemme,
77,5
Tr = 77,5 kg, 7r == 38,75 kg'cm2
2 -éprouvettes en brique,
60
Tr = 66 kg, Tr == 30 kg/cm2
2 -éprouvettes en béton cellulaire,
10
T, = 10 kg, =-= 5 kg/cm"
2 -éprouvettes en mortier de ciment,
20,5
T, = 20,5 kg, Tr = = 10,25 kg/Cm2
2
Le dispositif de sollicitation et le type d'éprouvette,
décrits présentent les avantages suivants :
l'éprouvette n'est sollicitée dans sa section de rupture que par un effort tranchant simple, agissant indirectement, sans l'intervention d'un moment fléchissant ou d'une force axiale, ni des actions locales de pièces de pression, qui produisent généralement des concentrations d'efforts ;
t'éprouvette ne cède que sous l'action des efforts tangentiels purs, produits dans une section minimum bien déterminée, correspondant aux résultats des recherches photoélastiques respectives, effectuées sur des modèles plans reproduisant la forme, le type de construction et le système de sollicitation de 1'6prou- vette ;
l'éprouvette cède à la sollicitation de cisaillement pur qui crée des efforts tangentiels simples et de valeurs maxima dans tous les points de la section de rupture et dans le plan de cette section, sans aucune espèce d'effort normal résultant d'autres sollicitations ;
la répartition des tensions tangentielles sur la section de rupture de t'éprouvette est uniforme, de sorte qu'elle ne présente aucune espèce de concentration aux extrémités verticales de la section ou des valeurs maxima au milieu de sa hauteur, qui puissent mener à l'amorçage de ruptures prématurées en ces points ;
la résistance de cisaillement pur du matériau est obtenue dans ces conditions réelles et de manière très simple, par la division de la force totale de sollicitation de la presse à laquelle la rupture de l'éprouvette s'est produite, par la surface nette de la section de rupture.
Method of pure shear testing of a building material and device for its implementation
The subject of the invention is a method for the pure shear test of a building material and a device for its implementation.
The determination of the ultimate shear strength of rocks, as building materials and geological formations, is necessary to know one of the main mechanical characteristics of these materials, since it is from this determination that the the resistance of the geological massifs and that of the supporting pillars and the hollows resulting from mining and salt works are carried out. Likewise, the determination of pure shear strength is also useful for other types of building materials, natural or artificial, prefabricated or cast in place, such as building stones, bricks, mortar, aerated concrete, etc., especially for the stresses produced by seismic action on masonry constructions.
Various methods are known for determining the shear strength of rocks and building materials, such as:
the tests carried out by stresses produced until the specimen breaks by two pieces or sharp steel jaws, provided with sharp edges, acting on the two opposite parallel faces of certain specimens of rectangular shape and section, in a single cutting section;
tests carried out by stresses produced until failure, simultaneously in two parallel cutting sections, located on either side of the width of a central metal stressing piece, provided with two sharp edges, acting on the upper face on the side of the middle of the length of a specimen of rectangular shape and section, resting in turn on two lower metal parts located towards its ends, also provided with sharp edges towards the middle of the length of the specimen, to the right of the edges of the upper central part;
the tests carried out by torsional stresses on cylindrical (or even prismatic) specimens applied until the specimen breaks under the action of maximum torsional moments, the calculation of the value of the shear breaking strength pure being carried out using theoretical formulas of torsion of the resistance of the materials, established for the elastic range of stress.
The method of shear testing of mortars and their adhesion to bricks is also known, carried out by assembling a test piece formed by three whole bricks fixed together by mortar on a good part of their lateral surfaces. , the two outer bricks being moved a small distance in the direction of their length relative to the central brick, the test piece thus composed being subjected to the compressive action of the upper plate of a press acting on the The free end of the central brick, at the same time as the lower part, formed by the free ends of the two outer bricks, is supported on the lower plate of the press.
The disadvantages of these devices, for the first two test methods, consist in that in the cutting sections no pure tangential stresses develop which can lead to the rupture of the test piece, this rupture not occurring in reality that under the action of the strong concentrations of normal tensions to the right of the sharp edges of action of the jaws or of the stressing parts on the faces of the test piece, which has been established theoretically and experimentally by photoelastic research.
The same drawback also occurs for the assembled part, for the mortar shear test method; in addition the bricks of the test piece detach from each other as the adhesive force between the mortar and the bricks is overcome by the tensile forces resulting from bending and not by shearing.
The disadvantages of the third test method by the torsional stress result first of all from the fact that the theoretical formulas for calculating the torsion are only valid in the elastic domain and not in the plastic domain of the stress. , therefore all the less at fracture, and then due to the fact that rocks and construction materials having a brittle character, the respective test pieces subjected to torsion always break into helical shapes under the action of the main normal tensile stresses of directions inclined at 45 with respect to the cross section, and not under the action of the respective maximum tangent tensions of these cross sections.
In the case of specimens of prismatic shapes
When subjected to torsion, the problem of the possibility of applying the theoretical formulas does not even arise.
The object of the invention is to eliminate the disadvantages of the methods mentioned above.
top, it is characterized in that a pure shear state is achieved in a section of a test piece of
material by making side notches. in
the test piece, these notches defining the shear section, in that this test piece is placed in
a solicitation device and in that a
simple shear force on the shear section of
way to obtain maximum voltage values
tangentials as well as constant values of these
tensions over the entire surface of the shear section
is lying.
A de-stressing device for implementing the method according to the invention is characterized in that
that it comprises two metal parts of resistance in the shape of a horseshoe of identical dimensions intended
born to surround the specimen and mounted in position
antisymmetrical with respect to this, each part being provided with two removable pressure parts
U-shaped guides and connected to their respective resistance piece by means of bolts and mounted with clearance in a hole receiving the bolt, each pressure piece resting directly on the pressure piece.
resistance in a single point of contact machined in the
pressure piece.
Since the materials tested by this device generally exhibit a brittle fracture which preferably occurs under the action of stresses.
main normal traction, to ensure their rup
ture alone under the action of tangential stresses, special precautions had to be taken to adequately weaken the shear section for specimens of rocks and other building materials, natural or man-made, which could be achieved by making additional side notches, of appropriate shapes and depths, established by experimentation of the process to
this kind of material.
Implementations of the method which are the subject of
the invention are shown by way of example in the
attached drawing.
Fig. 1 shows the diagram of variation of bending moment and shear force forming the basis of the pure shear test method of materials.
Fig. 2 is a principle embodiment of
the stress corresponding to FIG. 1 (T = 0; = 0);
Fig. 3 is a practical embodiment of this stress produced on a test piece by a suitable stressing device.
Fig. 4 is a realization of the condition of producing maximum values of tangential stresses in the pure shear section.
Fig. 5 is a realization of the necessary condition to obtain a uniform distribution of the tangential stresses on the pure shear section.
Figs. 6a, 6b, 6c show a specimen in elevation, in plan and in profile in which the failure is obtained in the pure shear section by additional transverse weakening.
Fig. 7 is a side view, partially in section, of the biasing device in the test position.
Fig. 8 is a perspective view of a test specimen made by suitable cutting from the test material. (rocks ,. building materials, etc.).
Fig. 9 is a perspective view of a test piece obtained by pouring the material to be wiped off (mortar) in a mold.
The test procedure consists, as already said, in the application of a simple shear force of constant value over the entire mean portion of a specimen, resulting in a linear variation of the bending moment which becomes zero in the section. shear so that in this section there are no normal stresses of any kind, therefore a pure shear force (fig. 1 and 2).
By the adequate shape of the test piece, established by photoelastic research, as well as by the corresponding mode of stress, the conditions necessary to obtain maximum values of the tangential stresses (r) in the pure shear section indicated (fig. . 4) as well as to achieve constant values for these tangential stresses over the entire surface of the pure shear section (fig. 5). Since the test piece is provided with side notches of depths equal to one third of the width of the test piece (fig. 6a, 6b, 6c) its failure is always measured in the pure shear section or in its immediate vicinity.
The biasing device (fig. 7). to obtain a linear variation of the bending moment M, av. ec a point of zero moment at the right of the middle of the length of the test piece E, as well as a shearing force of constant value on the average portion of the length of this test piece, consists of two pieces of resistance 1 in steel, identically constructed in the shape of a horseshoe, placed antisymmetrically in the test position.
Each is provided. in the corresponding positions, two pressure pieces 2 and 3 acting on the test piece E, pieces which have the shape of a U in the transverse direction, to be able to be attached with sufficient clearance to the resistance pieces 1, to the '' using bolts 4 and 5 introduced into holes 6 and 7: the respective pressure pieces are machined inside so as to make contact at a single point, located one third of the length for the transmission part 2 pressure and half the length for the pressure transmission part 3.
The resistance parts 1 of the biasing device are also provided with holes 8, allowing their bias also by a tensile force. as well as holes 9 and 10 which are used to mount the parts 2-and 3 of the pressure in the positions corresponding to this tensile stress.
The pieces of resistance! of the biasing device are also provided with screws 11, intended to correctly fix the position in the longitudinal direction of the test piece E in the device ,. as well as screws. 12 serving for the vertical adjustment of the supports of the test piece in order to ensure correct stress. In the case of tests carried out by tensile stress on the device, the fishplates are fitted. shown in dotted lines, which are articulated by a bolt, in the holes 8, the sliding movable joint 13 ensuring the guiding of the parts of the device during the test.
The test specimens E "for the rock tests of Fig. 8, and E2 for the mortar tests of Fig. 9 have the external shape of a parallelepiped 14; they are provided with two angular notches 15 of which the bottom angles are 90 and whose depth a is equal to 1/4 h, so that between the bottoms of these notches there results a height h, = 112 h of the pure shear section, section in which the rupture of the specimen occurs only under the action of height, in case they are tested with the aid of the biasing device.
In order to ensure the failure of the specimen in this section of pure shear, the tangential stresses of which are uniformly distributed in the direction of its height, the specimen is provided with side notches 16 or 17 for weakening. additional, the inner faces of which are parallel (test piece Et, fig. 8) or slightly inclined at slopes of (test piece E2, fig. 9), having a depth equal to one third of the width b of the test piece, so as to leave between the bottoms of these notches a full width which is also equal to one third of the width of the test piece b, = b / 3 for the two test pieces Et and E..
Test specimens made from rock or natural and artificial construction materials: stone, brick, cellular concrete, etc. are made by cutting their outer shape with a stone cutting machine, as well as with a hacksaw or a circular milling cutter for notches 15 and 16, according to fig. 8.
For building materials prepared on site, such as mortar, the test pieces are made by pouring them into a mold and at the same time obtaining the vertical notches 15 of 90 and the lateral notches 17 with trapezoidal profile, in accordance with fig. 9.
In order to carry out the tests, the first step is to join the two resistance pieces by means of the sliding movable joints 13, after which the test piece is introduced between the resistance pieces 1 of the stressing device, so that these pieces act through the pressure pieces 2 and 3 are placed in an antisymmetric position with respect to the center of the section between the bottoms of the notches of the test piece, adjusting the longitudinal position of the latter with the screws adjustment 11.
The biasing device with the respective specimen is introduced between the plates of the test press and placed under load, gradually increasing until the failure of the specimen follows, at a shear stress. pure, in the minimum section of the right of the bottom of the angular notches cut in the vertical direction, corresponding to the bottom of the side notches.
The pure shear strength of the material being tested is obtained by dividing the maximum breaking shear force Tr = Ftnas produced by the total pressure of the press at the time of failure by the area of the net section of t ' specimen at fracture point; this one is practically in the minimum section, corresponding to the bottom of the notches: Sf = ht. b "the ultimate shear strength ¯ being thus:
Tr Fmax
-
Sf b ,. h,
Some examples of tests carried out on batches of five test pieces of the following materials are given below: riolithic breccia (from Rosia Montana), gray or dark blue rock salt (from Tg.
Ocna), brick, cellular concrete and cement mortar, having the dimensions indicated with vertical and side notches. having the shapes and proportions recommended, solicited using the device constructed. The tested specimens were made either by mechanical cutting with a stone-cutting and shaping machine (such as breccia specimens), or by mixed, mechanical and; manual (such as rock salt, brick and cellular concrete specimens), or cast in a mold (ensmortier specimens).
The tests were carried out with test pieces having the dimensions: 1 = 80 mm, h = 40 0, 05 mm and b = 30 mm; the surface of the pure shear section which results by mechanical or mixed execution, as well as for the specimens cast in mold, being h ,. b1 = 2.12 cl2.
The stressing device used was composed of two horseshoe-shaped resistance pieces, made from a 20 mm thick steel plate and machined as in fig. 7. For parts 2, the length of the contact and pressure surface was 14 mm, while for parts 3 it was 10 mm. The widths of these pressure pieces were 30 mm, that is to say exactly the width of the test piece, so that the stress was transmitted uniformly across the width.
Failure of the test specimens always occurred in the area of the pure shear reduced section or in the immediate vicinity of this section. The following average results were obtained: - breached test pieces,
101
T, = 101 kg, Tr = = 50, 5 kg / cm =
2.0 - rock salt test tubes,
77.5
Tr = 77.5 kg, 7r == 38.75 kg'cm2
2 -brick specimens,
60
Tr = 66 kg, Tr == 30 kg / cm2
2 - aerated concrete specimens,
10
T, = 10 kg, = - = 5 kg / cm "
2 - cement mortar specimens,
20.5
T, = 20.5 kg, Tr = = 10.25 kg / Cm2
2
The stressing device and the type of test specimen,
described have the following advantages:
the specimen is only stressed in its breaking section by a simple shearing force, acting indirectly, without the intervention of a bending moment or of an axial force, nor of the local actions of pressure parts, which generally produce concentrations of effort;
the test piece yields only under the action of pure tangential forces, produced in a well-determined minimum section, corresponding to the results of the respective photoelastic research, carried out on plane models reproducing the shape, the type of construction and the stress system of The test piece;
the test piece yields to the pure shear stress which creates simple tangential forces and maximum values in all the points of the failure section and in the plane of this section, without any kind of normal force resulting from other stresses;
the distribution of the tangential stresses on the breaking section of the test piece is uniform, so that it does not present any kind of concentration at the vertical ends of the section or maximum values in the middle of its height, which can lead to initiation of premature ruptures at these points;
the pure shear strength of the material is obtained under these real conditions and in a very simple manner, by dividing the total stressing force of the press at which the specimen failure occurred, by the net area of the press breaking section.