PERRIER R., Le
Mausolée, n° 739, mars 1998, p. 46-51
La revue L’Informatore
del Marmista a publié dans ses numéros 405 à
420 (septembre 1995 à décembre
1996) six volumineux articles de Giorgio C. détaillant les
résultats de ses
recherches sur le sciage au châssis des roches siliceuses, qui
devrait
permettre de calculer les tarifs de sciage. L’auteur est conseiller de
la
société Pometon (anciennement Metallurgica Toniolo),
principal
fournisseur italien de grenaille d’acier, implanté dans la
région de
Venise : il a été dès 1972 le promoteur du
remplacement de la grenaille de
fonte par la grenaille d’acier. Il nous a semblé
intéressant de résumer cette
série de publications à l’intention des lecteurs
francophones.
Ce type de châssis comporte quatre
colonnes verticales,
servant au guidage d'un cadre dont le déplacement vertical vers
le bas est
forcé par un moteur et des réducteurs. Sur ce cadre sont
articulées quatre
biellettes soutenant un châssis mobile, qui décrit un
mouvement alternatif
pendulaire sous l'action d'un moteur électrique, d'un volant et
de la bielle
principale. Le cadre mobile comporte un nombre variable de lames
d'acier
lisses, dont l'écartement est réglable selon
l'épaisseur des tranches à
découper, ces lames sont mises en tension par des coins ou des
vérins.
Fig. 1 - Schéma d'un châssis
de sciage à grenaille, à mouvement pendulaire
Le sommet du bloc de roche est arrosé
par un mélange
d'eau, souvent additionnée de chaux jusqu'à un pH de 12,5
pour éviter
l'oxydation, et de grains d'acier au manganèse qui assurent le
rôle d'abrasif.
La grenaille d'acier, parvenant au fond du
trait de
sciage, est broyée par le choc des lames et approfondit le
sillon peu à peu. On
ne comprend encore pas très bien comment le quartz, qui a une
dureté Vickers
supérieure à celle de l'acier, est scié par la
grenaille : est-ce le résultat
des microfractures, qui souvent abondent dans le quartz, ou de l'effet
dynamique du choc des lames? Bien que divers types de lames garnies de
segments
diamantés aient été essayés, la
méthode à la grenaille reste dominante dans le
sciage en tranches de grande taille des roches siliceuses, et
spécialement des
différentes variétés de granits. La
granulométrie de la grenaille d'acier est
comprise entre 0,5 et 1,4 mm, les fractions inférieures à
0,3 mm sont rejetées
par un circuit de recyclage.
Les lames ont une épaisseur de 3,5
à 5 mm, sur une
hauteur de 120 à 180 mm. Chacune d'entre elles est mise en
tension par un vérin
hydraulique, assurant une tension considérable (80 à 110
kN) pour éviter les
déviations.
La capacité des châssis, ou
volume disponible sous le
cadre mobile, atteint actuellement 15 à 18 m3 ;
souvent plusieurs
blocs sont fixés ensemble pour une descente. La longueur
maximale des blocs
atteint 2,75 à 3,3 m, ce qui conduit les acheteurs à
rechercher les blocs longs
et hauts, et également les blocs les mieux équarris pour
remplir au mieux le
volume sous le châssis.
La puissance du moteur, qui était de
11 à 13 kW il y a
une vingtaine d'années, est maintenant
de l'ordre de 75 kW.
La fréquence des oscillations a eu
tendance à
augmenter jusqu'à 80-90 cycles par minute. Cependant, les
constructeurs ayant
réalisé que la perte d'énergie est proportionnelle
au carré de la fréquence et
que l'énergie dépensée à vide par un
châssis est de 15 à 25 kW, ils ont
préféré
augmenter la course plutôt que la fréquence.
Dans les vingt dernières années
la vitesse de descente
a augmenté de 8-22 mm/h à 25-60 mm/h dans les granits.
- les tarifs commerciaux des
entreprises de
sciage, qui devraient refléter la difficulté de sciage
des roches siliceuses;
En fait, les roches de haute valeur commerciale sont tarifées
plus cher, même
si elles sont faciles à scier.
- la vitesse de descente des lames
(en
mm/heure) : ce serait un paramètre intéressant si l'on
avait testé les
différentes roches sur un châssis étalon, mais de
telles mesures n'ont pas été
faites. Si l'on cherche à prendre en compte les valeurs moyennes
observées dans
diverses entreprises, les mesures sont biaisées pour de
nombreuses raisons :
les châssis sont d'âge et de puissance différents,
souvent des blocs de nature
différente sont sciés ensemble, la granulométrie
de la grenaille varie,
l'épaisseur des lames n'est pas identique (une lame de 5 mm a
une résistance à
la torsion à peu près double de celle d'une lame de 4
mm), il n'existe pas
toujours une possibilité d'enregistrement de la vitesse de
descente, celle-ci
ne doit être mesurée qu'à partir du moment
où toutes les lames ont pénétré
complètement dans la roche, enfin la conduite du châssis
varie selon les
entreprises selon que l'on recherche la vitesse de descente maximale ou
l'économie.
- Usure des lames : elle se mesure en
mm par
mètre de profondeur sciée, variant en moyenne de 12 mm/m
dans le Serizzo, à 65
mm/m dans le Marinace. Ce paramètre est en fait rarement
mesuré.
- Consommation d'énergie : la
consommation
d'électricité, exprimée en kWh par mètre
carré scié, varie de 10 à 18 kWh/m2.
Elle ne peut être mesurée que sur des châssis
équipés d'un appareillage
adéquat, et dépend beaucoup des pertes d'énergie
dans la transmission entre
moteur et lames, le rendement d'un châssis variant de 20 à
35%.
- Consommation de grenaille : c'est
selon C.
Giorgio le paramètre le plus intéressant pour
caractériser la sciabilité des
roches, variant de 1,5 à 6,5 kg/m2. Sur la figure 2,
résumant
l'expérience de diverses scieries, on note une bonne concordance
entre la
consommation en grenaille et la vitesse de descente, et une relation
inverse
avec l'usure des lames.
Fig. 2 - Valeurs moyennes de l'usure des
lames, de la vitesse de descente et de la consommation de grenaille
pour divers granits selon l'expérience de scieries italiennes
(Giorgio C., L'Informatore del Marmista, n° 412, p. 31)
3
- Relations entre propriétés mécaniques et
sciabilité
C. Giorgio a
passé en revue les propriétés mécaniques
habituellement mesurées sur les roches en les comparant avec
leur facilité de
sciage.
- Résistance à la
compression : il existe une
relation approximative entre cette mesure et la difficulté de
sciage :
- granits faciles : Rc = 150-160 Mpa
- granits moyens :
160-200
- granits difficiles :
>200,
Parmi ces derniers se trouvent les granites
rouges (Vanga,
Tranas, Imperial red), les gabbros noirs, les serpentinites, les
quartzites
(Barge, Macauba) et les porphyres (Trento).
- Résistance à la flexion
: la corrélation avec
la difficulté de sciage (exprimée en consommation de
grenaille par mètre carré)
est assez vague (fig. 3). De plus la résistance à la
flexion (Rf) des marbres
est du même ordre que celle des granites, alors que la
difficulté de sciage de
ces derniers est beaucoup plus grande ; d'autre part les gabbros noirs
ont une
valeur de Rf élevée tandis qu'ils sont relativement
faciles à scier.
- Résistance
au choc : cette mesure, effectuée surtout en
Italie, donne des valeurs de 55-69 cm dans les granites, des valeurs
supérieures à 84 cm dans les roches métamorphiques
orientées (ardoises, Beola,
Serizzo, Luserna, quartzite de Barge) à l'exception des
migmatites. La
corrélation avec la sciabilité est faible.
- Module d'élasticité :
il est plus faible dans
les roches que dans l'acier (210 GPa). On mesure 55-69 GPa dans les
granites,
55-75 dans les syénites, 60-100 dans les gabbros, 48-78 dans les
ophicalcites
(serpentinites bréchiques). Ces valeurs sont sans relation avec
la sciabilité.
- Porosité : l'auteur
mentionne 0,12-0,35 %
dans les granites et syénites, 0,41-0,45 % dans les
ophicalcites, moins de 0,1
% dans les gabbros. La sciabilité varie en gros selon l'inverse
de la porosité.
- Dureté : toutes les
échelles de dureté (Mohs,
Brinell, Vickers, Knoop) utilisent des outils donnant des empreintes de
taille
plus faible que la dimension des grains, on mesure donc la
dureté des minéraux
et non celle de la roche. Des tentatives ont été faites
d'introduire une dureté
statistique, en mesurant par exemple plus de 80 points, ce qui n'a
guère de
sens. La figure 4 par exemple montre que la dureté Vickers
mesurée en de
nombreux points n'a pas de relation avec la sciabilité. Les
autres essais n'ont
pas été concluants sauf peut-être la dureté
Shore (rebondissement d'un cylindre
de 24 g équipé d'une pointe de diamant arrondie avec un
rayon de 1/100").
Au total aucune relation précise n'a
été établie entre
ces mesures physiques et la sciabilité mesurée par la
consommation de
grenaille. Peut-être faudrait-il tenter de relier la
sciabilité à la résilience
de la roche ou au nombre de microfractures des grains.
Fig. 3 - Consommation de grenaille en
fonction des résistances à la compression et à la
flexion (Giorgio C., L'Informatore del Marmista, n° 417, p.41-42)
Fig. 4 - Résultats de mesures de
dureté Knoop en de nombreux points, montrant l'absence de
corrélation avec la difficulté de sciage (Giorgio C.,
L'Informatore del Marmista, n° 418, p. 51)
4
- L'appareil de test rapide Pometon
L'appareil, dont le schéma n'est pas
publié, travaille
sur des échantillons à surface adoucie de 20 x 125 mm ;
de la grenaille d'acier
standard est semble-t-il projetée à sec sur la surface de
l'échantillon et
creuse un sillon longitudinal. On mesure d'une part la consommation de
grenaille (grains de taille inférieure à 0,425 mm pour
une quantité initiale de
10 kg) et le poids de granit érodé (par pesée
avant et après le test). La durée
de l'essai est inférieure à une heure.
Les résultats sont exprimés par
un indice de
sciabilité représentant les centaines de grammes de
grenaille consommée par
gramme de roche abrasée (fig.5). Il
prend en compte la consommation de grenaille et la vitesse de descente
: ce
rapport varie entre 9 pour le travertin ou le trachyte jaune et 46 pour
le
Sucuru, roche renommée pour sa
grande
difficulté de sciage (orthogneiss provenant de l'Etat de
Pernambouc au Brésil).
Sur la figure 6 l'indice Pometon est
comparé à la
consommation de grenaille moyenne dans les scieries : la
corrélation est
acceptable, sauf pour le porphyre d'Albiano. Pour expliquer cette
exception,
l'auteur suppose que l'essai rapide n'est pas représentatif
parce qu'il est
effectué à sec : la chaux présente dans l'eau
d'arrosage pénétrerait dans les
pores (porosité de 3%) et attaquerait la silice.
Il serait intéressant d'analyser
séparément la
consommation de grenaille et la vitesse de descente ou le nombre de
mètres
carrés sciés par heure, en prenant en compte le prix de
la grenaille et le coût
de l'heure de fonctionnement des châssis. Des essais sur un
monolame de petite
taille, à mouvement pendulaire, seraient sans doute plus
représentatifs des
conditions réelles de sciage, en présence d'eau et de ses
additifs, avec
reproduction de l'impact de la lame sur les grains abrasifs au fond du
sillon.
Segabilità dei graniti commerciali con
graniglia
metallica in telai multilame a torbida abrasiva, L'Informatore del
Marmista, n°
412, avril 1996, p. 26-32.
Segabilità dei graniti in telai
multilame a torbida
abrasiva, una raccolta di dati tecnici analizza i consummi di graniglia
di
acciaio, lame e energia electrica correlati a la cala, L'Informatore
del
Marmista, n° 413, mai 1996, p. 42-57.
Segabilità dei graniti e loro caratteristiche fisico-meccaniche, L'Informatore del Marmista, n° 417, sept. 1996, p. 34-50.
Segabilità dei graniti, una
correlazione sconcertante,
I diversi metodi di valutazione della durezza, L'Informatore del
Marmista, n°
418, oct. 1996, p.42-59.
La durezza Shore, Esaminati i dati di un
volume
publicato a Taiwan in cui sono descritti ben 178 materiali tra graniti,
marmi e
ofioliti, L'Informatore del Marmista, n° 420, Dec. 1996, p. 48-50.