Brevet FR2482299A1 — publié le 19811113

L'invention a pour objet un dispositif de mise en charge ou décharge d'une éprouvette de matériau dans lequel ou soumet cette éprouvette à une force par in- crémentation à l'aide de masses appliquées à un point de charge o elles sont successivement ajoutées ou retiréeso Un tel dispositif est utilisés par exemple, mais non exclusives ment, dans un appareil d'étude de consolidation d'échantil- lons de sol également connu sous le nom d'oedomètreg dans lequel les masses sont appliquées au point de charge d0un bras de levier agissant, par ailleurs, sur un piston de char- ge de l'éprouvette, comme il est décrit, par exemple, au brevet FR 1 479 723. Dans les dispositifs connus de ce typeà on dispose au point de charge une tige a plateau pouvant re- cevoir une ou plusieurs masses cylindriques fendues qu'on charge à la iain en en ajoutant ou en en déchargeant une péo riodiquement par exemple toutes les 24 he Cette manière de faire présente le grave inconvénient d'exiger à heure fixée a l'avance la présence d'un opérateur, qui peut donc Pn'avoir à se déplacer jusqu'au lieu dgessai que pour cette seule opér rations si la série en cours empiète sur un jour de repos du personnel. Un autre inconvénient est qu'on ne peut saisir exactement l'instant de la mise en charge, que celle-ci pebut 8tre plus ou moins brutale et donc non reproductible et qu' il est, pour cela, d'usage de neutraliser quelques secondes, par exemple 5 secondes, pendant lesquelles on perd donc toute information sur la compression initiale. Dans une variante à fléau avec déplacement horizontal de la masse on a exactement les mêmes inconvénientso Un but de l'invention est de proposer un dispositif du type décrit au début, qui soit totalement automatisable, dont la mise en charge ou décharge par incré= mentation soit totalement reproductible et qui permette de saisir la déformation de l'éprouvette dès la compression initiale. Un autre but de l'invention est d'obtenir une caractéristique déformation/temps sous une forme plus facile à interpréter. Lies buts de l'invention sont atteints par un dispositif du type décrit au début, grâce au fait que les masses, constituées en une série, sont assemblées succes- sivement et mutuellement au moyen d'organes de coulissement vertical, entre une position de suspension mutuelle et une position d'empilage mutuel, eh constituant une cha.ne qui est suspendue au point de charge, et il est prévu un moyen de soulèvement des masses en empilement en nombre voulu. On obtient ainsi une possibilité d'augmentation ou diminution discrète de charge en soulevant ou en abaissant autant de masses qu'on le désire,qui sont alors soustraites ou ajoutées au point de charge. Cette manoeuvre de soulèvement et d'a- baissement est facilement mécanisable, mais on ne sortirait pas du cadre de l'invention en la réalisant manuellement. Selon un autre moyen avantageux de l'invention les masses et/ou les organes de coulissement com- portent des parties conductrices de l'électricité venant en contact mutuel dans au moins une des deux positions de sus- pension et d'empilage mutuel de deux masses successives. De cette façon, il est possible de disposer d'informations sur l'instant et l'état des modifications de charge opérées par incrémentation. Selon un mode de réalisation préféré, les organes de coulissement sont solidaires chacun respecti- vement d'une masse, ils pénètrent verticalement et de façon électriquement isolée dans un évidement correspondant de la masse vis-à- vis par une lumière dont les sièges externes sont électriquement conducteurs et ils présentent à chacune de leurs deux extrémités de coulissement une partie électri- quement conductrice pouvant venir respectivement en contact du siège externe correspondant de ladite lumière. De cette façon la "coupure" de la chaîne entre la plus basse des mas- ses supérieures suspendues et la plus haute des masses infé- rieures soulevées se traduit par une coupure d'une liaison électrique. Lorsqu'on modifie l'état de charge par soulève- ment ou abaissement, il y a un moment o les deux masses de la "coupure" précédente sont ou suspendues l'une à l'autre ou soutenues l'une par l'autre, ce qui rétablit la continuité électrique de la chaîne pendant un instants qui peut être saisi, jusqu'à ce que la "coupure" de la chaine, et donc de la continuité électrique, se produise au niveau de l'organe de coulissement suivant correspondant à un nouvel état de charge. Il suffit que le moyen de soulèvement comprenne un plateau mû par un vérin et que la montée ou la descente de ce plateau soit commandée par pas, par exemple toutes les 24 h, dans le cas d'un oedomètre. Dans un mode de réalisation perfection- né de l'invention comportant un programmateur comprenant une base de temps, un dispositif à mémoire associé à un calcula- teur et un moyen de restitution de la caractéristique défor- mation/temps, la base de temps commande l'incrémentation de charge et l'échelle de temps de la caractéristique relevée et/ou restituée à partir de chaque incrémentation est amor- phosée, par exemple selon une échelle logarithmique. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description, qui sera donnée ci-après uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma du disposi- tif de l'invention, - les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe partielle axiale des masses du dispositf de la fi- gure 1 en trois états différents, - la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un oedemètre automatique comportant le dispositif de l'in- vention. Un bras de levier 1, pour l'application d'une charge sur un piston 2 appuyant sur une éprouvette 3 d'un oedomètre, porte & son extrémité 4 un crochet 5 pour la suspension de masses M1 à Mn au moyen d'un anneau 6. Ces masses, ici Ml à M6 sont suspendues les unes aux autres, comme il va être exposé, la masse MI étant munie d'un crochet 7 de suspension à l'anneau 6. A la construction les masses Ml à M6 sont assemblées les unes aux autres en une sorte de chad- ne, chacune d'elle portant solidairement à sa partie supé- rieure un goujon 8, portant une tête 9, pouvant être intro- duit dans un évidement 10 prévu & la partie inférieure dz'une autre masse, o il est retenu, par sa tête 9 grâce à une pièce vissée 11 présentant une lumière 12 de diamètre d'ouverture plus grand que le diamètre du corps du goujon 8, mais plus petit que la tête 9. L'épaisseur de la pièce 11, portant la lumière 12, et la hauteur libre du corps du goujon entre sa tête 9 et la surface supérieure de la masse M à laquelle il est fixé sont suffisantes pour obtenir un jeu vertical entre deux positions préciees, à savoir le soutien de la masse N par la masse x+ 1 ou la suspension de la masse M.+1 à la masse M.. Sous la masse Mn, ici M6,est prévu un moyen de soulèvement 21 comprenant un plateau 13 pouvant être soulevé à volonté au moyen d'un vérin 14 commandé par un moteur 15. Les masses Ml à M6 sont des masses métal- liques entre lesquelles la continuité électrique peut être assurée par le fait que les pièces 11 comportant les lumières 12 sojnt en matériau bogbonducteur de l'électricité, de même que les goujons 8, ou tout au moins leurs têtes 9, mais les corps des goujons sont isolés électriquement par un revête- ment isolant 16. Il est avantageux que les goujons 8 soient vissés sur leurs masses M après interposition d'une rondelle 17 bonne conductrice de l'électricité. Les sièges supérieurs 18 et inférieurs 19 des pièces 11 de part et d'autre des lu- mières 12 sont légèrement évasée et les têtes 9 de goujons 8 et les rondelles 17 sont en concordance de forme avec ces sièges 18 et 19. Lorsque la masse V+ soutient la masse M (M2 et M3 aux figures 2 et 3), il y a donc contact électrique entre la rondelle 17 et le siège 19, donc entre les deux masses et lorsque la masse Mx supporte la masse M +1 (M1 et M2 aux figures 3 et 4), il y a contact électrique entre la tête 9 et le siège 18, donc encore entre les deux masses. Par contre, dans la position intermédiaire o la masse MX+, est soulevée par les suivantes au moyen du plateau, mais in- suffisamment pour soulever simultanément la masse M; le con- tact électrique est interrompu par le revêtement isolant 16 du goujonM comme on le voit entre les masses M1 et M2 à la figure 2 et M2 et M3 & la figure 4 Une discontinuité électrique existe, dans l'exemple de la figure 2 entre les masse M et M1 par le fait que la partie conductrice liée au goujon 8 de la masse M2 n'est pas en contact avec les sièges de la pièce Il de la masse As Partant de la situation de la figure 2 au- moment d'un changement de palier qui sera obtenu par trans- lation verticale des masses inférieures9 par exemple cumul de la masse M2 & la masse 91, un contact s'établira entre la tête 9 du goujon 8 solidaire de la masse El2 et la pièce 11 solidaire de la masse M1, comme représenté à la figure 3- Le circuit se trouvera donc fermé un très court instant puis- que le contact entre la pièce Il de la masse E2 et la rondel- le 17 de M3 s'ouvrira dès la descente de la masse M3 (figure 4). Il en sera ainsi de suite à chaque chargement d'une mas- se supplémentaire par descente du plateau 13o Par exemple & la figure 1, ce sont les masses M1 à M3 qui chargent le le- vier 1, tandis que ce levier est déchargé des masses % à %e6 Dans la construction de l'appareil on prendra soin de donner aux goujons 8 une longueur isolée mi- nimale pour qu'elle corresponde au moins à l'affaissement ma- ximal attendu de l'éprouvette en cours d'essai de consolida- tion. Cette longueur minimale pourra être différente pour les différentes masses. Ces précautions étant prises, le mode d'emploi du dispositif est facile à comprendre. Partant d'une première charge donnée, sous l'effet de laquelle on relève la caractéristique déformation/temps, on passe au bout d'un temps donné à une deuxième charge et ainsi de suite. Il est avantageux d'automatiser le dis- positif, comme illustré par la figure 5, o on a schématisé en 20 un oedomètre dont le levier 1 porte la masse variable M pouvant être réglée par un ensemble 21 comportant un plateau 13, un vérin 14 hydraulique ou mécanique o L'oedomètre est muni d'un capteur de déplacement 22, comme il est connu en soi. Une unité de traitement 23 du commerce à microprocesseur, comportent une horloge, un clavier, un dispositif à mémoire associé à un calculateur,-un afficheur et une imprimante, assurent la commande automatique du dispo- sitif et le traitement des données par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique 24. L'horloge assum l'in- crémentation de charge, par exemple toutes les 24 h., par une ligne de commande 25 à l'ensemble 21. L'instant précis de l'exécution de l'ordre et son contrôle sont enregistrés dans l'unité de traitement par détection de l'instant de continui- té électrique dans la cha$ne des masses, comme il a été pré- cédemment exposé. Les déplacements mesurés par le capteur 22 sont transmis à l'unité de traitement 23 par une ligne 27 à travers le convertisseur apalogique-numérique 24. Selon une caractéristique intéressante de l'invention, l'échelle de temps utilisée comme base de temps pour le relevé et/ou la restitution de la caractéristi- que déformation/temps de l'éprouvette à chaque palier de charge est une échelle logarithmique. Etant donné que la mise en charge à chaque palier de charge se fait de façon reproduc- tible, la perturbation due à la variation de charge est de très courte durée et on peut, par exemple, commencer le rele- vé de la caractéristique dès un point 0 pris à 0,5 s après le contact témoin de changement de charge en relevant et/ou exprimant la déformation par exemple 7 fois en 24 h en plus du pointO selon une échelle logarithmique dont l'échelonne- ment serait donc approximativement: 5,1 s; 26 s; 2 mn 10 s; 11 mn; 56 mn; 4,73 h; 24 h, ce qui permet de simplifier le traitement de données et d'obtenir le tableau de résultats ou le tracé sur une table traçante 26 par une ligne 28 en échelle logarithmique plus facile à interpréter qu'une échel- le directe en présence de phénomènes de tassement ou consoli- dation. Bien entendu ou pourra prendre toute autre série lo- garithmique qu'une échelle de série 7 en 24 h en relevant et/ou exprimant la déformation en un plus grand nombre de relevés. On voite par ce qui vient d'être expo- sé, que la partie mécanique du dispositif permet un passage quasi-instantané entre les différents paliers et une par- faite reproductibilité des opérations avec un minimum d'ef- fets dynamiques. Une grande fiabilité est assurée des points de vue constance des paliers de charge et répétabilité des conditions de modifications de charges, par rapport aux so- lutions manuelles ou plus dépendantes de sources d'énergie O10 (pneumatique, hydraulique, électriqueo.o).Llinvention trou- vera ses applications dans tous les cas o il convient d'appliquer et de maintenir des paliers de charges rigoureu- sement constants sur éprouvettes, échantillons ou pièces quelconques, alors qu'elles subissent conséquemment des dé- formations, et elle présente l'avantage d'assurer à la fois l'incrémentation pratique des différentes charges et le re- pérage dans le temps de l'origine de chaque paliers La commande par unité de traitement 23 à aicropiocesseurs permet de rendre automatique la conduite de l'essai, l'opérateur n'ayant qu'à placer l'éprouvette 5 sur l'oedomètre. Cette conduite se poursuit jusqu'au traite- ment des résultats pour en déduire les paramètres intéres- sants et la répétition éventuelle du tracé des courbes ca- ractéristiques. Toute impression des résultats est possible grâce à l'imprimante intégrée à l'unité de traitement Dès le déclenchement de l'essai, l'horloge interne comptabilise le temps et des impulsions électriques, en logarithme du temps, incrémentant un compteur qui, après conversion, four- nit une tension électrique pour le déplacement suivant l'axe OX des temps. L'enregistrement s'effectue ainsi en logarithme du temps. En outre, le tassement mesuré par le capteur liné= aire 22 fournit une tension qui est convertie en numérique, affichée et transmise à l'unité de traitement 23. Le conver- tisseur numérique analogique 24 permet la restitution, après soustraction éventuelle pour un changement d'origine des tassements (retour au zéro après chaque palier). Pendant l'essai, les mesures déclenchées par la base de temps sont mémorisées dans la mémoire de l'uni- té de traitement sous forme numérique; ce qui permet le traitement ultérieur. L'unité de traitement possède une sau- vegarde par batterie tampon pour la protection pendant les coupures possibles de l'alimentation électrique par le sec- teur. Au bout d'un temps prédéterminé ou lorsque l'évolution du tassement correspond à la phase de consolidation secondaire, l'unité de traitement procède à un accroissement calibré de la charge en actionnant le dis- positif de mise en charge 21. Il est averti par un contact électrique de l'instant précis du changement de charge. Le dispositif effectue un nombre de chargements et déchar- gements prédéterminé. Pour chaque palier de charge, il con- duit l'enregistrement en logarithme du temps des tassements relatifs par rapport au début du palier. Il mémorise et im- prime des valeurs de tassement réparties en logarithme du temps. L'ensemble de la conduite est réalisé en régime d'interruptions grâce à un timer ce qui permet d'utiliser à d'autres fins le microordinateur pendant l'es- sai. A la fin de l'essai, le système possède un programme de-traitement des données enregistrées permet- tant la restitution à volonté des courbes de tassement et le calcul et l'impression des paramètres caractéristiques de l'échantillon. REVEINDICATION8 1) Dispositif de mise en charge ou décharge d'une éprouvette de matériau, dans lequel on soumet cette éprouvette à une force par incrémentation à l'aide de masses appliquées à un point de charge, o elles sont successivement ajoutées on retirées, caractérisé en ce que les masses (M), constituées en une série, sont assemblées succes- sivement et mutuellement, au moyeu d'organes (8) de coulisse- ment vertical, entre une position de suspension mutuelle et une position d'empilage mutuel, en constituant une chaine qui est suspendue au point de charge (5), et il est prévu un moyen de soulèvement (21) des masses (M) en empilement en nombre voulu. 2) Dispositif selon la revendication 19 caractérisé en ce que les masses (X) et/ou les organes de coulissement (8) comportent des parties conductrices de l'électricité (99 179 18, 19) venant en contact mutuel dans au moins une des deux positions de suspension et d'empilage mutuel de deux masses (ax, Mx+1) successives. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes de coulissement (8) sont solidaires chacun respectivement d'une masse (Mix+1), ils pénè- trent verticalement et de façon électriquement isolée (16) dans un évidement (10) correspondant de la masse (Mx) vis-à- vis par une lumière (12) dont les sièges externes (18, 19) sont électriquement conducteurs et ils présentent à chacune de leurs deux extrémités de coulissement une partie électri- quement conductrice (9, 17) pouvant venir respectivement en contact du siège externe (18, 19) correspondant de ladite lumière (12). 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de soulèvement comprend un plateau (13) mû par un vérin (14). ) Dispositif selon la revendication 1, 248229Y comportant un programmateur (23) comprenant une base de temps, un dispositif à mémoire associé à un calculateur et un moyen de restitution de la caractéristique déformation/ temps (26), caractérisé en ce que l'échelle de temps de la caractéristique relevée et/ou restituée à partir de chaque incrémentation est anamorphosée. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échelle de temps est logarithmique. 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'incrémentation de charge est com- mandée par la base de temps et/ou un tassement donné sous l'effet de la charge.