La résistance à l’usure est une caractéristique qui renseigne sur le comportement de la pierre en réponse à l’usure mécanique due au frottement à l’usage. Il convient donc que cette propriété ne soit déterminée expérimentalement que dans le cas où la pierre se destine à être employée en tant que revêtement de sol et pavage.

Une pierre associée à une faible résistance à l’usure peut afficher une dégradation rapide en surface si elle est exposée à un fort trafic : perte de texture, changement de couleur, réduction d’épaisseur… Ainsi, des recommandations par catégories sont établies (Tableau 1) en fonction de l’intensité de la circulation piétonne.

Utilisation	Exemples	Recommandations : usure maximale
Logement privé	Toutes les pièces des résidences privées NOTE Cette catégorie comprend les surfaces de plancher fréquemment utilisées, directement accessibles de l’extérieur.	42 mm
Utilisation collective modéré	Halls d’entrée d’immeubles d’appartements comprenant moins de 30 appartements Zones partagées d’immeubles de bureaux comptant moins de 50 employés, locaux d’entreprise de taille moyenne.	32 mm
Utilisation collective intense	dans les halls très fréquentés des gares ferroviaires, aéroports, galeries marchandes… Halls d’entrée d’immeubles d’appartements comprenant plus de 30 appartements Zones partagées d’immeubles de bureaux comptant plus de 50 employés Supermarchés, locaux de commerce de gros…	22 mm

Tableau 1 – Exemple de classification type des revêtements de sols en termes de résistance à l’usure en utilisant la méthode de Capon, extrait de la norme NF EN 14157

Ces recommandations sont applicables pour les revêtements de sol intérieur et extérieur (i.e. sol et escalier, cf. NF B10-601 – Tableau 4). Dans le cadre des revêtements de sol extérieur de voirie, la recommandation d’usure maximale doit être inférieure ou égale à 22 mm (cf. NF B10-601 – Tableau 5).

Principe et méthode d’essai

L’essai consiste à utiliser un matériau abrasif pour provoquer l’usure, dans des conditions normalisées, de la face d’une éprouvette qui sera exposée lors de son utilisation.

L’éprouvette doit se présenter sous la forme d’un produit entier ou d’un fragment découpé dans un produit, mesurant au moins 100 × 70 mm et comprenant la face supérieure dudit produit. Six échantillons sont nécessaires pour la réalisation de cet essai. Chaque éprouvette est soumis à l’abrasion d’une meule effectuant 75 rotations (en 60 ± 3 s) perpendiculairement à la surface à tester. Par la suite, la longueur de l’empreinte produite dans la pierre est alors mesurée.

 

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Ce document n’est pas contractuel; seules les normes NF B 10-601 et NF EN 14157 font foi. 

La résistance à la flexion est une propriété mécanique qui renseigne sur la capacité admissible de la pierre naturelle dans une application structurale, à résister lorsque celle-ci est sollicitée à travers des forces de flexion (par exemple, revêtement muraux, de sols et pavages ventilés).

La valeur de résistance à la flexion va permettre le calcul des épaisseurs suivant les emplois des revêtements de sols scellés et sols collés (cf. NF B10-601 – Annexe C), ainsi que de classer et dimensionner les dalles et bordures en fonction de leur destination en voirie (cf. NF B10-601 – Annexe D).

Principe et méthode d’essai

Cet essai consiste à placer une éprouvette sur deux rouleaux et à la soumettre en son milieu à une charge progressive (0,25 ± 0,05 MPa/s) jusqu’à rupture (cf. Figure 1). On mesure alors la force de rupture appliquée F qui permet la détermination de la résistance à la flexion R_tf.

La détermination expérimentale de la résistance à la flexion repose sur une répétition de dix essais. Les dimensions recommandées des éprouvettes sont de 50 mm × 50 mm × 300 mm. Néanmoins, d’autres dimensions sont possibles, mais elles doivent satisfaire aux exigences suivantes :

• l’épaisseur h doit être comprise entre 25 mm et 100 mm et doit être supérieure à deux fois la plus grande taille des cristaux constitutifs de la pierre ;
• la longueur totale L doit être égale à six fois l’épaisseur ;
• la largeur b doit être comprise entre 50 mm et trois fois l’épaisseur (50 mm ? b ? 3 h) et, en aucun cas, elle ne doit être inférieure à l’épaisseur.
• L’écartement des rouleaux d’appui l doit être égal à cinq fois l’épaisseur.

La résistance à la flexion (R_tf) est définie selon la formule suivante :

où                

R_tf : résistance à la flexion, en MPa (équivalent à N/mm²) ;

F : force de rupture, en N ;

l : distance entre les rouleaux d’appui, en mm ;

b : largeur de l’éprouvette au droit du plan de rupture, en mm ;

h : épaisseur de l’éprouvette au droit du plan de rupture, en mm.

Figure 1 – Schéma du dispositif expérimental, extrait de la norme NF EN 12372

 

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Masse volumique apparente

La masse volumique apparente est une propriété physique intrinsèque couramment mesurée pour les pierres naturelles selon la norme NF EN 1936. Ce paramètre s’exprime en kg/m³ et renseigne sur le degré de compacité du matériau et permet donc d’évaluer la masse d’un volume donné.

Cette caractéristique peut être utilisée pour calculer le poids approximatif d’un élément pour la manutention manuelle, pour l’isolation thermique et acoustique et pour prévoir la charge. Le Tableau 1 présente des valeurs de masse volumique de pierres naturelles de diverses natures.

 

Nature de pierre	Masse volumique apparente (kg/m3)
Calcaire compact	< 2 500
Autre calcaire	> 2 500
Grès	1 900 à 2 700
Ardoise – Schiste argileux – Schiste	2 600 à 3 000
Marbre	2 600 à 2 900
Gneiss	2 400 à 2 700
Granite	2 400 à 3 000
Basalte	2 550 à 3 000

Tableau 1 – Exemple de masses volumiques apparentes de pierres naturelles, d’après le fascicule FD CEN/TR 17024

Principe et méthode d’essai 

Six échantillons sont préalablement séchés à une température de 70 °C jusqu’à obtention d’une masse constante, puis pesés afin d’en déterminer la masse sèche. A noter que les éprouvettes testées peuvent se présenter sous la forme d’un cylindre, d’un cube ou d’un prisme, mais doivent respecter un volume apparent d’au moins 60 ml. De plus, le rapport entre la surface et le volume apparent doit être compris entre 0,08 mm^-1 et 0,20 mm^-1. Tout d’abord, les échantillons sont placés dans une cloche à vide où la pression est abaissée à 15 mm Hg, puis maintenue constante pendant 2 heures. Ensuite, de l’eau déminéralisée est introduite dans la cuve où les éprouvettes à présent immergées sont laissées sous l’eau pendant 24 heures à la pression atmosphérique. A l’issue de ces 24 heures, une mesure de la masse saturée et de la masse hydrostatique est réalisée.

La masse volumique apparente (?_b) est définie comme le rapport de la masse de l’éprouvette sèche à son volume apparent, selon la formule suivante :

où             

?_b    : masse volumique apparente, en kg/m³ ;

m_d : masse de l’éprouvette sèche, en grammes ;

m_s : masse de l’éprouvette saturée, en grammes ;

m_h : masse de l’éprouvette immergée dans l’eau, en grammes

 

Porosité ouverte

La porosité ouverte d’une pierre correspond à la proportion des pores dans la pierre, qui sont reliés entre eux et donc accessibles à l’eau. Cette grandeur physique est déterminable expérimentalement pour les pierres naturelles selon la norme NF EN 1936.

Par définition, la porosité ouverte représente le rapport du volume des pores ouverts au volume total de la pierre. L’ordre de grandeur de ce paramètre intrinsèque peut varier de quelques pourcents à plusieurs dizaines de pourcents selon la nature de la pierre (Tableau 2).

 

Nature de pierre	Porosité ouverte (%)
Calcaire compact	0,3 à 2
Autre calcaire	2 à 48
Grès	0,4 à 25
Ardoise – Schiste argileux – Schiste	0,1 à 6
Marbre	0,1 à 2
Gneiss	0,1 à 2
Granite	0,1 à 2
Basalte	0,1 à 6

Tableau 2 – Exemple de porosités ouvertes de pierres naturelles, d’après le fascicule FD CEN/TR 17024

 

Principe et méthode d’essai

La méthode d’essai est celle employée pour déterminer la masse volumique apparente.

La porosité ouverte (p₀) est définie comme le rapport du volume de pores ouverts au volume apparent de l’éprouvette, selon la formule suivante :

où                  

p₀ : porosité ouverte, en % ;

 m_s : masse de l’éprouvette saturée, en grammes ;

m_d : masse de l’éprouvette sèche, en grammes ;

m_h : masse de l’éprouvette immergée dans l’eau, en grammes

 

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La norme NF EN 13364 spécifie une méthode d’essai pour déterminer la résistance à l’effort de rupture au niveau du goujon de l’agrafe dans les pierres naturelles utilisées pour le revêtement et le parement dans les bâtiments, fixées par des systèmes d’ancrage mécanique.

La connaissance de cet effort de rupture permet le dimensionnement des dalles en pierre naturelle et de leur système d’ancrage, ainsi que le nombre et les positions des ancrages par dalle.

Principe et méthode d’essai : 

L’essai consiste à appliquer une force perpendiculairement à la face de l’éprouvette par l’intermédiaire d’un goujon préalablement placé dans un trou foré dans un des chants de celle-ci et à mesurer l’effort de rupture de l’éprouvette.

Le nombre d’éprouvettes (de dimensions 20 cm × 20 cm × 3 cm)  dépend de la présence d’anisotropie :

• si la pierre ne révèle aucune anisotropie, dix essais de Type 0 sont effectués sur trois éprouvettes (cf. figure 1) ;
• si la pierre révèle une anisotropie :
  • • dix essais de Type I sont effectués sur trois éprouvettes découpées parallèlement à l’anisotropie (cf. figure 1) ;
    • dix essais de Type II a et dix essais de Type II b sont effectués sur cinq éprouvettes découpées perpendiculairement à l’anisotropie (cf. figure 1) .

L’éprouvette à tester est enserrée entre deux plaques métalliques du dispositif de maintien sur 60 % de sa longueur. Une force est exercée perpendiculairement à l’axe du goujon à une distance maximum de 2 mm du chant de l’éprouvette. La force est augmentée à une vitesse constante de (50 ± 5) N/s jusqu’à la rupture de l’éprouvette. La moyenne des quatre forces à la rupture est calculée pour chaque éprouvette.

Figure 1 – Différentes configurations d’essai liées à la présence (ou non) d’anisotropie, extrait de la norme NF EN 13364;

Type 0: Emplacements des essais pour une éprouvette
sans indication d’anisotropie ;

Type I: Emplacements des essais (à passe) pour une éprouvette
avec la charge appliquée perpendiculairement à l’anisotropie ;

Type IIa : Emplacements des essais (à contre-passe) pour une éprouvette
avec la charge appliquée parallèlement à l’anisotropie ;

Type IIb: Emplacements des essais (à contre-passe) pour une éprouvette
avec la charge appliquée parallèlement aux extrémités de l’anisotropie

 

 

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L’absorption par capillarité est une propriété hydrique qui témoigne de la capacité de la pierre à absorber une quantité d’eau par unité de temps et de surface, lorsqu’une seule face est en contact direct avec de l’eau. Le coefficient d’absorption d’eau par capillarité  s’exprime en g/m².s^1/2, et est obtenue expérimentalement pour les pierres naturelles utilisées en tant qu’éléments de maçonnerie selon la norme NF EN 772-11.

Principe et méthode d’essai :

Cet essai consiste à suivre la cinétique d’imbibition capillaire à travers la quantité d’eau absorbée par unité de surface de l’échantillon en contact avec l’eau, en fonction de la racine carré du temps.

Six échantillons sont préalablement séchés à une température de 70 °C jusqu’à obtention d’une masse constante, puis pesés afin d’en déterminer la masse sèche. A noter que les éprouvettes testées peuvent se présenter sous la forme d’un cube de côté (70 ± 5) mm ou (50 ± 5) mm, ou d’un cylindre dont le diamètre et la hauteur sont égaux à (70 ± 5) mm ou (50 ± 5) mm. Les échantillons sont ensuite placés dans un bac permettant une mise en contact constante d’une face de la pierre avec 3 ± 1 mm d’eau. Une pesée des éprouvettes est assurée au cours du temps, à des instants définis par la norme.

Le coefficient d’absorption d’eau par capillarité est défini comme la pente de la régression linéaire de la partie de la courbe reliant la quantité d’eau absorbée par unité de surface à la racine carré du temps :

Où             C_w,s    : coefficient d’absorption d’eau par capillarité, en g/m².s^1/2 ;

m_so,s : masse de l’éprouvette après immersion pendant un temps t, en g ;

m_dry,s : masse de l’éprouvette après séchage, en g ;

A_s : surface brute de la face de l’éprouvette immergée dans l’eau, en mm² ;

t_so : temps d’immersion, en s

Figure 2 : Essai de capillarité sur un échantillon de pierre calcaire

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