Brevet FR2555210A1 — publié le 19850524

" Procédé pour déterminer l'arrêt du compactage avec les machines de compactage par vibrations L'invention concerne un procédé pour déterminer le moment de l'arrêt du compactage avec les machines de compactage par vibrations comprenant au moins un rouleau pesant rotatif, par exemple, avec des cylindres vibrants, où l'on utilise le degré de compactage du sol qui fait l'objet du compactage comme critère pour arrêter ce compactage, et le détermine au moyen de grandeurs mesurables sur la machine de compactage à vibrations. On connalt déjà un procédé pour déterminer le moment d'arrêter le compactage dans les machines de compactage à vibrations, dans lequel on utilise une grandeur, dépendant du taux de tassement du sol et que l'on peut mesurer directement sur la machine de compactage à vibrations, pour juger l'opération de compactage, par exemple pour décider le moment opportun pour arrêter cette opération. Comme grandeurs mesurables, on fait appel, par exemple, à la puissance de vibration, à la pression hydraulique, au tassement du sol compacté en surface, à la modification des grandeurs mentionnées cidessus, ou aussi à la modification de la puissance motrice. Les grandeurs déterminées doivent aussi avoir un effet, par l'intermédiaire d'un circuit de régulation, sur l'amplitude ou la fréquence du mouvement des masses vibrantes, dans le sens d'une maximisation de la puissance des vibrations ou du tassement (DE-OS 2 554 013). Les inconvénients résident dans l'insuffisance partielle de la détermination de l'instant de l'arrêt, et dans la dépense relativement importante de la détermination des grandeurs dépendant de l'état momentané du sol. Des recherches expérimentales très vastes ont montré que la consommation en énergie augmente avec l'augmentation de la fréquence de ce vibrateur. Par suite, si l'on pousse au maximum la puissance du vibrateur, il en résultera toujours une fréquence maximum du vibrateur. Toutefois, par exemple avec des cylindres vibrants qui travaillent sous charge à cette fréquence, il ne se produira pas obligatoirement l'effet de compactage maximum que l'on puisse obtenir. La composante de la puissance du vibrateur qui résulte de l'augmentation de la fréquence doit être éliminée. L'élimination de ces composantes de la puissance doit s'effectuer par l'intermédiaire d'un calculateur que l'on aura installé ou par l'exclusion des grandeurs perturbatrices. I1 en résulte une dépense supplémentaire. Cette importante dépendance de la vitesse de rotation du vibrateur s'oppose également à l'utilisation de la pression hydraulique mesurable directement comme grandeur de commande. Une corrélation fonctionnelle avec l'état de compactage de la matière qui constitue le sol ne peut être établie qu'en compensant l'effet de la vitesse de rotation du vibrateur sur la puissance d'entrainement du vibrateur à l'aide, par exemple, d'un calculateur ou par exclusion des grandeurs perturbatrices. Si l'on utilise le tassement comme mesure du taux de compactage, il est nécessaire pour le mesurer de disposer d'installations coûteuses. En outre avec des cylindres de vibrations à un seul axe, il n'est pas possible de déterminer la hauteur de la matière du sol avant et après l'opération de compactage au moyen du procédé mentionné ci-dessus En outre, on constate, lors des mesures de tassement par l'intermédiaire de cylindres placés les uns derrière les autres dans le sens de la marche, en raison des inégalités de la répartition, des erreurs de mesures qui faussent les résultats. Ces erreurs ne peuvent être évitées qu'en faisant appel à une dépense très élevée en techniques de mesures et en technique mécanique, comme le demande la façon de procéder indiquée dans le DE-OS 2 052 745 pour la mesure du tassement. Dans les conditions qui règnent sur un chantier, il est bien difficile d'utiliser cette méthode en raison de la grande limitation des possibilités de manoeuvre des machines. En outre, il n'est pas possible d'utiliser cette méthode pour les cylindres vibrateurs à un seul essieu. D'une façon connue, il se produit sous l'effet des machines de compactage à vibrations, spécialement des cylindres vibrants, sur un sol dont les particules ne se lient pas facilement, un compactage faible seulement, voire même, partiellement, un ameublissement de la couche supérieure du sol, pendant que les zones moyennes du sol sous-jacent subissent un compactage puissant. Cet ameublissement n'apparaît pas lors de passages sup plémentaires seulement, c'est-à-dire après que le taux de compactage demandé a déjà été obtenu, mais au contraire, il commence précocement, avec les cylindres vibrants à un seul essieu, en fonction des paramètres ajustés sur la machine et de la conception de la construction. Si l'on compare par exemple, après un nombre connu de passages, le passage par zéro du cylindre vibrant avec la position d'une seconde partie statique passant en roulant sur le sol, on s'aperçoit de ce que, malgré un supplément de compactage des couches moyenne et profonde, en raison de l'ameublissement de la couche superficielle, on ne constate plus aucun gain de tassement, bien que fréquemment, à ce moment, le taux exigé de compactage de la matière rapportée ne soit pas encore atteint.Un tassement relatif de la surface, mesuré entre deux parties du cylindre ne donne donc pas, dans des cas déterminés, des assurances valables sur le tassement total ou sur le tassement des couches moyenne et profonde du sol. On doit se rendre compte de ce que les critères d'opportunité de l'arretmentionnés dans la solution décrite ne caractérisent pas dans tous les cas le taux de compactage de l'ensemble de la matière rapportée qui existe effectivement à l'instant de cet arrêt. Par suite, il est difficilement possible et seulement avec une dépense très importante de réduire au minimum le nombre des passages ou d'arriver à un effet maximum de compactage par passage. On connatt d'autre part des procédés au moyen desquels on doit obtenir un effet de compactage maximum en fonction du type de sol (DE-OS 2 820 026). On règle ici la fréquence de vibration au moyen de l'angle de phase entre la force centrifuge et le parcours vertical du rouleau vibrant ou de la vitesse de vibration, l'établissement d'un angle de phase déterminé ayant toujours pour résultat une vibration verticale maximum du rouleau. L'inconvénient de cette invention réside en ce qu'elle n'offre aucune possibilité pour Juger le degré de compactage. On n'a alors aucune possibilité de déterminer le moment d'arrêt du compactage. L'ignorance de l'instant de l'arrêt peut conduire à de multiples erreurs. Si l'on effectue un nombre insuffisant de passages, c'est-à-dire si l'on met fin trop tôt au compactage, le taux de compactage du sol nécessaire n'est pas assuré. I1 se produit des tassements ultérieurs d'une importance inadmissible, des crevasses ou des inégalités, dans une piste de roule ment par exemple. D'autre part, il peut arriver qu'il se produise un ameublissement du sol déjà compacté en raison de passages trop fréquents. En outre, la productivité du travail s'abaisse, et les frais de fonctionnement augmentent considérablement, si le nombre de passages est inutilement élevé. Une combinaison de cette régulation connue de l'angle de phase avec le procédé mentionné plus haut de détermination du moment d'arrêt (DE-OS 2 554 013) n'est possible que dans des limites très étroites, abstraction faite des erreurs propres aux principes de mesure et du coût partiellement important des mesures dans ce procédé. La plupart des autres procédés connus pour la détermination du moment où l'on doit arrêter le compactage supposent que l'on maintient exactement constante la fréquence du vibrateur. Pour obtenir un tassement maximum par passage, il est, cependant, précisément nécessaire, dans la régulation de l'angle de phase, que la fréquence de vibration varie constamment. L'invention a en conséquence pour objet de réaliser un procédé pour déterminer L'arrêt du compactage qui puisse être appliqué d'une façon simple avec une faible dépense en techniques mécanique, métrique et électronique, et qui puisse être utilisé sans limitations, en permettant par suite une augmentation de l'efficacité de l'opération de compactage. L'invention s'est donné pour but de modifier les procédés pour déterminer le moment de l'interruption du compactage de telle façon que le moment de cette interruption puisse être déterminé d'une façon fiable par le conducteur de la machine par des moyens relativement simples en fonction du taux de compactage des matières rapportées et que par suite, on obtienne une réduction au minimum efficace du nombre des passages nécessaires. A cet effet, l'invention propose que, pendant chacun des passages séparés, il soit toujours réglé un parcours vertical de vibration maximum du rouleau et qu'en outre, la, ou les parties qui se trouvent en vibration soient soumises à un paramètre au moins. Ce ou ces paramètres servent comme mesure du taux de compactage et seront introduits de façon appropriée dans un dispositif d'exploitation des évaluations. Pour maintenir au maximum le parcours vertical de vibration du rouleau, on mesure ici l'angle de phase entre le parcours vertical de vibration du rou leau et la direction de la force centrifuge, et l'utilise comme grandeur de régulation. Les paramètres mesurés à chaque passage peuvent, par exemple, être affichés. I1 est en outre possible de faire appel à la différence des paramètres mesurés d'un passage à l'autre, ou entre des passages successifs dans le même sens, comme critère de l'interruption. Elle peut être elle-même affichée de même que les paramètres mesurés. On peut utiliser comme paramètres, par exemple, la vitesse de rotation de l'arbre vibrant, la valeur absolue de l'amplitude verticale de la vibration du rouleau, ou aussi la modification de la vitesse de rotation ou la modification du parcours de vibration d'un passage à l'autre ou entre des passages successifs dans la même direction. Grâce à la solution proposée par l'invention, on obtient une détermination fiable du moment d'interruption en fonction du degré de compactage obtenu sur l'ensemble des matières rapportées. Les paramètres mesurés eux-mêmes n' ont pas de rapport ou n'ont qu'un rapport insuffisant avec le taux de compactage.Alors que, par exemple, l'évaluation de la fréquence de vibration ne permet en aucune façon des conclusions sur le degré de compactage, une évaluation qui serait basée sur le parcours de vibration du corps du rouleau vertical pour juger le degré de compactage serait entachée d'importantes erreurs. C'est seulement par la régulation, prévue suivant l'invention, de l'angle de phase par exemple, et par la maximisation ainsi possible de l'action de compactage par passage qu'il est établi un rapport indubitable entre les paramètres mesurés et le degré de compactage des matières rapportées. La régulation assure que la vitesse de rotation de l'arbre du vibrateur sera ajustée jusqu'à ce que l'amplitude verticale maximum du parcours de vibration du rouleau soit atteinte. Comme avec l'augmentation du compactage, en plus de la modification de l'état de fréquence de la valeur maximum de l'amplitude verticale de la vibration du rouleau, sa valeur maximum dans la résonance s'élève également, on peut utiliser une valeur maximum, déterminée et que l'on peut fixer, de cette amplitude du parcours de vibration vertical du rouleau, seulement à condition que cette amplitude soit maximisée constamment au moyen d'une régulation, par exemple de l'angle de phase, comme critère d'arrêt du compactage. On peut utiliser, sous la même condition, comme critère d'arrêt du compactage, la descente, en-dessous d'une valeur minimum donnée, de l'accroissement du parcours de vibration vertical du rouleau, d'un passage à l'autre ou entre deux passages successifs dans la même direction.Un autre critère pour la détermination du moment d'arrêt est la modification dépendant du degré de compactage et assurée par la régulation de l'état de fréquence de l'amplitude maximum du parcours de vibration vertical du rouleau, ou l'arrivée à une fréquence maximum déterminée du vibrateur. A cet effet, il est nécessaire de monter un dispositif supplémentaire de mesure de la vitesse de rotation. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est une représentation de la corrélation entre la fréquence de résonance et l'amplitude du parcours vertical de vibration du rouleau quand le degré de compactage se modifie, - la figure 2 est un schéma par blocs de la mesure et de l'exploitation des critères nécessaires pour déterminer le moment de l'arrêt. La figure 1 montre un système de courbes qui caractérise le comportement en vibration du rouleau pour différents passages successifs ul à U12. On reporte ici en abscisses la fréquence du vibrateur f, et en ordonnées, l'amplitude du parcours vertical de vibration s du rouleau. La fréquence de résonance f momentanée, ou l'am u plitude maximum de parcours vertical de vibration s sont u référencées avec le passage u = 1 à 12 afférent. On se rend compte que les courbes présentent, quand les fréquences de résonance f différent, des maxima d'importance différente du parcours vertical de vibration du rouleau. La fréquence de résonance f et u l'amplitude maximum Su du parcours vertical de vibration du rouleau se déplacent, principalement en conséquence d'une augmentation de l'élasticité du sol, avec l'augmentation du compactage vers des valeurs plus élevées. I1 apparat que l'augmentation de la fréquence du vibrateur aussi bien que l'augmentation de l'amplitude s du parcours vertical de vibration du rouleau pendant les différents passages se comportent d'une façon analogue à l'augmentation du tassement des matières rapportées. A une augmentation, forte au début, du degré de compactage du premier au second passage correspond de même une forte augmentation de l'accroissement de la fréquence f du vibrateur et de l'amplitude s du parcours vertical de vibration du rouleau dans la résonance. Avec l'augmentation du nombre des passages, l'augmentation du compactage diminue tout autant que l'augmentation de la fréquence f du vibrateur et que l'amplitude s du parcours vertical de vibration du rouleau, pour atteindre une valeur nulle à partir d'un nombre déterminé de passages qui est fonction du cylindre vibrant et de son réglage. Ce comportement fonctionnel permet de se rendre compte de ce que l'on peut faire appel aux paramètres mesurés sur les parties en vibration comme mesure du degré de compactage, sans erreurs mais seulement quand en même temps le parcours vertical de vibration du rouleau est à son maximum pendant toute l'opération de compactage. Comme on le voit d'après la figure 2, le dispositif de mesure monté sur une machine 1 de compactage à vibrations est constitué, dans le présent exemple, d'un intégrateur 2, d'un mesureur de phases 3, d'un organe comparateur 4, d'un amplificateur de puissance 5, d'un organe-inverseur 6, d'un servo-moteur 7 à changement de vitesses, d'un organe de r églage 8 et de dispositifs d'affichage 9, 10. La machine de compactage à vibrations 1 est entraînée par un moteur-vibrateur 11. Pour mesurer les différents paramètres, on monte sur les parties vibrantes de cette machine 1, un indicateur de vibrations 12, un indicateur de position 13 du balourd, et un comptetours 14. La valeur absolue du parcours de vibration du rouleau et la vitesse de rotation peuvent être indiquées directement, ou après formation d'une valeur moyenne, sur les tableaux d'affichage 9 et 10. L'angle de phase est formé dans le mesureur de phases 3 à partir du parcours de vibration du rouleau préparé dans l'intégrateur 2 et de la position instantanée du balourd et est envoyée, par l'intermédiaire de l organe-comparateur 4, à l'amplificateur de puissance 5 Après un inversement d'action des signaux, le servomoteur 7 est mis en marche, et actionne à son tour l'or- gane de réglage 8. A partir de là, le moteur-vibrateur 11 est mis en marche dans des conditions telles qu'il s'établit, pour tous les passages ul à u12, la fréquence de résonance f et par suite l'amplitude maximum de parcours u vertical de vibration du rouleau su.On obtient par suite, pendant chacun des passages, une augmentation maximum de tassement de toute la matière rapportée. L'instant d'arrêt de l'opération de compactage est atteint quand les dispositifs d'affichage 9 et 10 ont atteint la valeur prescrite de vitesse de rotation ou de parcours de vibration du rouleau ou quand l'élévation des deux paramètres descend en dessous d'une valeur minimum fixée ou est devenue d'une importance négligeable. Le procédé suivant l'invention peut aussi être utilisé pour vérifier la qualité de compactage des matières incorporées. On passera à cet effet sur les matières à examiner alors que la régulation de l'angle de phase est en service. Les défauts d'homogénéité, irrégularités de compactage, différences de matière, pierres grossières et autres inclusions provoquent un décalage de la vitesse de rotation et/ou une modification de l'amplitude s du parcours vertical de vibration du rouleau. Ce procédé peut être utilisé avantageusement pour des contrôles de la régularité du compactage, les défauts d'homogénéité pouvant être attribués immédiatement aux zones correspondantes du sol. Avec l'enregistrement du parcours de vibration, de la vitesse de rotation du vibrateur ou de l'angle de phase, on peut procéder à une attribution ultérieure. On peut ainsi limiter très nettement, éventuellement éviter, des examens onéreux sur le chantier et au laboratoire, qui, en outre, ne permettraient qu'une détermination du genre d'un échantillonnage aléatoire. REVENDICATIONS 10) Procédé pour la détermination du moment d'arrêt du compactage avec les machines de compactage à vibration possédant au moins un rouleau pesant rotatif, par exemple avec des cylindres vibrants où l'on utilise le degré de compactage donné par l'instrument de compression comme critère pour l'arrêt du compactage et le détermine au moyen de grandeurs que l'on peut mesurer sur la machine à compactage à vibrations, procédé caractérisé en ce que, au cours de chacun des passages, on règle toujours au maximum le parcours vertical de vibration du rouleau et prélève au moins un paramètre sur la ou les parties qui se trouvent en vibration, et l'exploite, éventuellement après traitement par un dispositif d'évaluation, comme mesure du degré de compactage. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour amener au maximum le parcours vertical de vibration du rouleau, on mesure l'angle de phase entre le parcours vertical de vibration du rouleau et la direction des forces centrifuges par un procédé connu, et l'utilise comme grandeur de réglage. 30) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on affiche les paramètres mesurés à chaque passage. 40) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on fait appel à la différence des paramètres mesurés dans des passages successifs dans le même sens ou d'un passage à l'autre comme critères du degré de compactage atteint. 50) Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on affiche la différence des paramètres. 60) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on prend, comme paramètre, la vitesse de rotation de l'arbre vibrant et la traite dans le dispositif d'évaluation-. 70) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on prend, comme paramètre, la valeur absolue de l'amplitude du parcours vertical de vibration du rouleau et l'exploite dans le dispositif d'évaluation. 80) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on forme, comme paramètre, la modification de l'amplitude du parcours vertical de vibration du rouleau, dans le dispositif d'évaluation. 90) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on forme, comme paramètre, dans le dispositif d'évaluation, la modification de la vitesse de rotation de l'arbre de vibration.