ABRASIVITE DES ROCHES La mécanisation poussée des méthodes de creusement, notamment l'utilisation croissante des tunneliers dans la construction souterraine, oblige de connaître l'abrasivité des roches. En effet, elle conditionne fortement le rendement des outils, leur taux de remplacement et par conséquent le coût du chantier. Deux essais, l'essai Cerchar et l'essai LCPC, permettent de quantifier l'abrasivité des roches. Essai Cerchar L’essai Cerchar (développé par le Centre d’Etudes et de Recherches des Charbonnages de France) est un test d’abrasivité largement répandu en France dans l’industrie minière du charbon. Dans cet essai l'échantillon est placé dans un étau sous un foret d'acier dur soigneusement affûté par une pointe conique à 90° d'angle au sommet. Ce foret chargé à 70N est déplacé de 10 mm sur la surface de l'échantillon: on mesure au microscope le diamètre, exprimé en 1/10 de mm, du méplat produit par le frottement. Cette valeur définit l'abrasivité de la roche.

photo de l'appareillage

Schéma de principe de l’essai

70 N

10 mm 2

1

21

L’échelle d’abrasivité est donnée dans le tableau ci-dessous:

Index ICA Echelle d’abrasivité <0.3 pas abrasif

0.3 - 0.5 très peu abrasif 0.5 - 1.0 peu abrasif 1.0 - 2.0 abrasif 2.0 - 4.0 très abrasif 4.0 - 6.0 extrêmement abrasif 6.0 - 7.0 quartz

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Essai LCPC L'essai d'abrasivité L.C.P.C du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, effectué selon la norme française AFNOR P18-579, consiste à faire tourner une plaquette d'acier pendant 5 minutes à 4500t/min dans 500 g de roche préalablement broyée et tamisée à la dimension 4-6 mm. La plaquette (25x20x5 mm) présente une dureté correspondant à une valeur Rockwell B 60-75.

Photo de l’appareillage LCPC

Schéma de principe de l’essai

Etat de la plaquette avant et après essai

L'indice d'abrasivité est égal au rapport de la perte de masse de la plaquette à la masse de matériau soumis à l'essai. Le coefficient d'abrasivité s'exprime en gramme/tonne et varie de 0 à plus de 2000 pour des roches pas abrasives à très abrasives.

0

0

GPPABR −

=

P0 = poids de la plaquette avant essai [g] P = poids de la plaquette après essai [g] G0 = poids de l’échantillon [t]

ABR [g/t] Echelle Exemple roche 0-500

500-1000 1000-1500 1500-2000

>2000

très faible faible

moyenne élevée

très élevée

schistes, calcaires grès molasse gneiss granites quartzites

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Deux études [3,4] ont permis, à partir d'essais réalisés sur une soixantaine d'échantillons d'origines diverses, de mettre en évidence une certaine corrélation entre les deux types d'indices d'abrasivité (fig. 1). L’analyse des résultats des essais Cerchar et LCPC montre que l’équivalent de 1 point d’index ICA correspond approximativement à un coefficient LCPC de 300g/t.

0

300

600

900

1200

1500

1800

0 1 2 3 4 5 6

ICA

LC

PC [g

/ton]

Granodiorit Biotit-Serizit Gneis Granitigneous rocks metamorphic rocks sandstoneOlivine basalt Porphyritic basalt Tholeitic basalt

Fig. 1 Corrélation entre les indices d'abrasivité ICA et LCPC References [1] West G. Rock abrasiveness testing for tunnelling, technical note. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 26, pp 151-160, 1989. [2] Plinninger R., Kässling H., Thuro K., Spaun G. Testing conditions and geomechanical properties influencing the CERCHAR abrasiveness index (CAI) value. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 40, pp 259-263, 2003. [3] Büchi E., Mathier J.-F., Wyss, Ch. Rock abrasivity – a significant cost factor for mechanical tunnelling in loose and hard rock. Tunnel no 5, pp 38-43, 1995. [4] Mathier J.-F., Gisiger J.-P. Abrasivity of Icelandic basalts. ISRM 2003–Technology roadmap for rock mechanics, South African Institute of Mining and Metallurgy, 2003

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