Brevet FR2571142A1 — publié le 19860404

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement soumis à l'action de charges roulantes permettant d'effectuer les essais de fatigue de ce matériau. Actuellement ces types d'essais sont realisés, notamment pour des matériaux tels que les enrobés routiers, de façons diverses. De nombreux types d'appareils sont utilisés à cet effet. Ces appareils travaillent essentiellement selon deux principes soit à déformation imposée soit à contrainte imposée, les sollicitations exercées sur une éprouvette étant du type soit de la flexion alternée, soit de la traction-compression. La forme des éprouvettes utilisées dans ce but est soit tronc-pyramidale, soit cylindrique, soit encore du type poids d'haltère. Les efforts d'essai sont appliqués à l'extrémité de l'éprouvette ou en partie centrale de l'éprouvette. Ces types d'essai utilisés de manière classique ne sont cependant pas représentatifs d'un réel cas d'utilisation de revêtements épais, tels que les enrobés routiers, soumis périodiquement à des charges roulantes pour lesquels une sollicitation de compression appliquée au niveau de la zone de contact des roues du véhicule et du revêtement induit une contrainte de traction dans un plan perpendiculaire dans le matériau. Un objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un procédé se simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement épais, tel que notamment les enrobés routiers, permettant un essai donnant toute satisfaction quant à la simulation effective du mode de travail et à la facilité de mise en oeuvre. Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif susceptible de permettre la conduite des essais selon le procédé précité. L'objet de la présente invention est susceptible d'être appliqué pour la conduite des essais de tout revêtement épais soumis à l'action de charges roulantes tels que notamment enrobés routiers ou matériaux de revêtement de sol de locaux industriels dans lesquels de lourdes charges sont déplacées à vitesse lente. Selon l'invention, le procédé de simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement épais soumis à l'action de charges roulantes consiste à soumettre une éprouvette sensiblement cylindrique de ce matériau à un essai de fendage répété périodiquement en tout point d'une pluralité de génératrices de la surface latérale de l'éprouvette en vue d'obtenir un phénomène de fatigue du matériau reproduisant le mode de travail du revêtement sous l'action de charges roulantes. Le dispositif de simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement épais soumis à l'action de charges roulantes comporte essentiellement un tambour sensiblement cylindrique mobile enrotation autour de son axe longitudinal et un rouleau d'axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal du tambour. Le rouleau est mobile en rotation autour de son axe longitudinal et réglable en position de translation suivant un diamètre de la section du tambour. Des moyens de guidage permettent le guidage du rouleau en translation suivant le diamètre de la section du tambour. Des moyens d'entrarnement permettent la mise en rotation du tambour et du rouleau suivant leur axe longitudinal respectif de manière à assurer la rotation du tambour et du rouleau en sens oppposé età desamplitudes de vitesse différentes déterminées. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ciaprès dans lesquels les mêmes références représentent les mêmes éléments et où - la figure 1 représente un schéma permettant d'illustrer la mise en oeuvre des différentes étapes du procédé selon l'invention, - les figures 2 et 3 représentent une vue de face et une vue latérale du dispositif susceptible de permettre la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. ~ Le procédé selon l'invention sera explique ciaprès à l'aide du schéma de principe de la figure 1. Une éprouvette cylindrique l du matériau à tester est soumise à un essai de fendage répété périodiquement en tout point d'une pluralité de génératrices de la surface latérale de cette éprouvette.Cet essai permet d'obtenir un phénomène de fatigue du matériau reproduisant le mode de travail du revêtement sous l'action de charges roulantes. Ainsi que représenté à la figure 1, l'éprouvette est placée dans un tambour cylindrique 2 mobile en rotation autour de son axe longitudinal. Une première génératrice de l'éprouvette est mise en contact sur toute sa longueur avec la partie correspondante d'une génératrice du tambour. Un effort mécanique continu représenté en figure 1 schématiquement par la flèche F est exercé sur une deuxième génératrice de l'éprouvette diamétralement opposée à la première. Ct effort peut par exemple être exercé au moyen d'un rouleau presseur 3 dont une génératrice est en contact sur toute la longueur de la deuxième génératrice de l'éprouvette. Le tambour 2 et le rouleau 3 sont ensuite entraînés en rotation à des vitesses de sens opposé et d'amplitude déterminée permettant l'entraînement en rotation de l'éprouvette 1 autour de son axe longitudinal. Sur la figure 1, les sens de rotation respectifs du tambour de 11 éprouvette et du rouleau presseur sont représentés par les flèches 4, 6 et 5.Les vitesses respectives de rotation du tambour et du rouleau presseur sont choisies de manière à assurer le-maintien de l'axe longitudinal de l'éprouvette en position fixe. Pendant que l'effort de compression F reste maintenu, tout se passe comme si, du fait de la rotation de l t éprouvette autour de son axe de révolution, le plan dans lequel s'exerce la compression tourne autour de cet axe. Il en est de même pour le plan perpendiculaire, noté P sur la figure 1, dans lequel est induite la traction. Au bout d'un tour, chaque zone de l'éprouvette a ainsi subi deux compressions et deux tractions. L'alternance répétée de ces sollicitations engendre ce qu'il est convenu d'appeler un phénomène de fatigue du matériau. L'essai ainsi réalisé reproduit fidèlement le mode de travail d'un revêtement épais sous 11 action de charges roulantes : il s'agit d'une sollicitation imposée en compression verticale induisant une sollicitation de traction horizontale. L'originalité du présent procédé réside en ce que pratiquement aucun obstacle ne s'oppose à la déformation engendrée par la sollicitation de traction. L'essai est donc pratiquement pur. A titre d'exemple, une éprouvette de diamètre 16 centimètres sur une longueur de 16 centimètres est placée, axe horizontal, dans un tambour. Un cylindre 3 d'axe parallèle à celui de l'éprouvette repose sur celle-ci et lui transmet une charge verticale F de compression d'origine pneumatique, hydraulique ou pondérale par exemple. Les diamètres de l'éprouvette 1, du cylindre presseur 3 et du tambour 2 sont dans un rapport simple. Les diamètres R2 du tambour et R3 du rouleau presseur sont. calculés de manière que cylindre et tambour, tous deux moteurs, tournent en sens inverse à des amplitudes de vitesse telles que l'axe de l'éprouvette qu'ils entraînent en rotation reste immobile.- La relation des vitesses correspondantes de rotation du tambour et du rouleau presseur w2 et ( & gt;3 03 s'écrit s'écrit R2 x w2 = R3 x 3. La conduite du procédé ainsi défini est effectuée sur 1 million de cycles pour obtenir les effets de fatigue du matériau testé. Le nombre de cycles peut être porté à 10 millions pour des essais ayant pour but la détermination de la durée de vie du matériau soumis à des charges roulantes. Un exemple de réalisation du dispositif susceptible de permettre la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera maintenant décrit à l'aide des figures 2 et 3. Le dispositif tel que décrit figures 2 et 3 comprend une ossature ou châssis 0 dans lequel un tambour 2 sensiblement cylindrique est monté mobile en rotation autour de son axe longitudinal. Ainsi qu'il apparaît figure 2, le tambour 2 est monté mobile en rotation au moyen de rouleaux support 7 solidaires du châssis. Les rouleaux 7 sont en contact avec le tambour 2 et montés mobiles en rotation par rapport au châssis. Un rouleau 3 dit rouleau presseur d'axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal du tambour 2 est également monté mobile en rotation autour de son axe longitudinal. Le rouleau 3 est réglé en position de translation suivant un diamètre de la section du tambour 2. Un système de guidage 101 permet le guidage du rouleau en translation suivant ce diamètre. Le dispositif selon l'invention comporte en outre un système d'entraînement en rotation 102 du tambour 2 et du rouleau presseur 3 suivant leur axe longitudinal respectif. Ce système d'entraînement 102 permet d'assurer la rotation du tambour et du rouleau en sens opposé à des amplitudes de vitesse différentes données. A titre d'exemple de réalisation non limitatif, le rapport de diamètre de section du rouleau 3 et du tambour 2 sont dans un rapport entier pris par exemple égal à 2. Ainsi qu'il apparaît en figure 2, le système de guidage 101 du rouleau comporte deux rails de guidage 1010 et 1011 disposés selon un diamètre de la section du tambour, le diamètre vertical de celui-ci. Les extrémités 30 de l'axe de rotation du rouleau 3 sont engagées à glissement entre les rails 1010 et 1011. Les extrémités 30 de l'axe de rotation du rouleau sont par exemple montées dans un système de roulement à billes permettant à la fois la rotation du rouleau presseur 3 autour de son axe longitudinal et sa translation le long des rails de guidage. Ainsi qu'il apparaît également en figures 2 et 3, le système d'entraînement 1Ô2 comporte un moteur réducteur 1020 et un système d'engrenage de rapport différent 1022. Cet engrenage comprend notamment deux roues dentées 31 et 71 respectivement solidaires axialement du tambour 2 et d'un système d'entraînement 70 du rouleau presseur 3. Les roues dentées 31 et 71 sont couplées au réducteur du moteur 1020 de manière à assurer une amplitude de vitesse de rotation du tambour et du rouleau dans le rapport respectif de leur diamètre. Le couplage des roues dentées 31 et 71 au réducteur du moteur peut être effectué par tout moyen et notamment par un système de courroie crantée. Afin de pouvoir exercer l'effort de fendage nécessaire à l'essai, le rouleau presseur 3 comporte aux extrémités 30 de son axe de rotation un portique 8 monté à glissement sur les parois externes des rails de guidage 1010 et 1011 du rouleau 3. Sur les figures 2 et 3, les éléments permettant le glissement du portique 8 sur les parois externes de guidage ne sont pas représentés car n'étant pas essentiels pour l'objet de l'invention. Le portique comporte en outre sur sa partie supérieure un plateau ou une articulation 9 susceptible d'être couplé à un bras de levier afin de pouvoir appliquer au rouleau presseur l'effort mécanique F. Ainsi que représenté également figures 2 et 3, le dispositif 'selon l'invention comporte entre le rouleau 3 et le tambour 2 deux rouleaux auxiliaires 11 de guidage formant sensiblement entre le rouleau 3 et le tambour 2 un logement pour l'éprouvette à tester. Sur la figure 2, on peut apercevoir les rouleaux auxiliaires 11 montés solidaires du châssis O et montés sur des prolongements des rails de guidage 1010, 1011. Ainsi qu'il apparaît également sur la figure 2, un jeu suffisant est maintenu entre l'éprouvette 1 et les rouleaux auxiliaires Il de manière à préserver les conditions d'essai les plus proches des conditions réelles d'utilisation du matériau soumis à l'action de charges roulantes, l'éprouvette étant ainsi véritablement libre dans le plan horizontal de traction. On a ainsi décrit un procédé et un dispositif permettant la conduite d'essai de fatigue par fendage de matériaux tels que les enrobés routiers dans des conditions de similitude aux conditions d'utilisation réelles et dans des conditions de répétitivité optimales. Dans l'ensemble de la description précédente, le rouleau presseur 3 apte à exercer l'effort de fendage et la rotation de l'éprouvette nécessaires aux essais selon llinvention a été représenté à l'intérieur du tambour 2. Cette représentation ne concerne qu'un mode de réalisation particulier de l'invention,tout système dans lequel le rouleau presseur 3 serait disposé à l'extérieur du tambour 2, l'éprouvette 1 étant alors placée entre tambour 2 et rouleau presseur 3, à l'extérieur du tambour, ne sort pas du cadre de la présente invention. Dans ce cas, le tambour 2 peut en outre être remplacé par un rouleau de diamètre correspondant. Il est à noter que, quel que soit le mode de réalisation considéré, les diamètres du tambour 2 et du rouleau presseur 3 ou des rouleaux sont choisis en fonction de la charge maximale à appliquer au cours des essais, des dimensions de l'éprouvette et du matériau constitutif de celle-ci de façon à éviter à la fois un-marquage de 11 éprouvette par des rouleaux de trop petit diamètre et une déformation de ceux-ci. En outre les matériaux constituant le tambour et le rouleau presseur peuvent par exemple être l'acier en ce qui concerne le tambour et un matériau synthétique ou le caoutchouc en ce qui concerne le rouleau presseur afin de se rapprocher, dans les conditions d'essai, des conditions d'utilisation normale du matériau à tester. REVENDICATIONS 1. Procédé de simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement épais soumis à l'action de charges roulantes, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une éprouvette sensiblement cylindrique (1) de ce matériau à un essai de fendage répété périodiquement en tout point d'une pluralité de génératrices de la surface latérale de l'éprouvette en vue d'obtenir un phénomène de fatigue du matériau reproduisant le mode de travail du revêtement sous l'action de charges roulantes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à - placer ladite éprouvette (1) dans ou sur un tambour cylindrique (2) mobile en rotation, une première génératrice de l'éprouvette étant en contact sur toute sa longueur avec la partie correspondante d'une génératrice-de tambour, - exercer sur une deuxième génératrice de l'éprouvette diamétralement opposée à la première, un effort mécanique continu au moyen d'un rouleau presseur (3) dont une génératrice est en contact sur toute la longueur de ladite deuxième génératrice de l'éprouvette (1), - entraîner le tambour et le rouleau en rotation à des vitesses de sens opposé et d'amplitudes respectives déterminées permettant l'entraînement en rotation de l'éprouvette autour de son axe longitudinal à une vitesse déterminée et le maintien dudit axe en position fixe. 3. Dispositif de simulation du mode de travail d'un matériau de revêtement épais soumis à l'action de charges roulantes, caractérisé en ce qu'il comporte - un tambour (2) sensiblement cylindrique mobile en rotation autour de son axe longitudinal, - un rouleau (3) d'axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal du tambour (2), ledit rouleau étant mobile en rotation autour de son axe longitudinal et réglable en position de translation suivant un diamètre de la section du tambour (2), - des moyens de guidage (101) du rouleau en translation suivant le diamètre précité, - des moyens d'entraînement (102) en rotation du tambour et du rouleau suivant leur axe longitudinal respectif, lesdits moyens étant aptes à assurer la rotation du tambour et du rouleau en sens opposé et à des amplitudes de vitesse diffé'rentes déterminées. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le rapport des diamètres des sections du rouleau (3) et du tambour (2) sont dans un rapport entier. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens de guidage (101) du rouleau comportent deux rails de guidage (1010, 1011) disposés selon un diamètre du tambour dans lesquels les extrémités (30) de l'axe de rotation du rouleau sont engagées à glissement. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5 précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (102) comportent un moteur-réducteur (1020) et un système d'engrenage de rapport différent comprenant deux roues dentées (31,71) respectivement solidaires axialement du tambour et d'un système d'entraînement (70) du rouleau, les roues dentées (31,71) étant couplées au moteur (1020) de manière à assurer une amplitude de vitesse de rotation du tambour et du rouleau dans le rapport respectif de leurs diamètres. 7. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le rouleau (3) comporte aux extrémités (30) de son axe de rotation un portique (8) monté à glissement sur les parois externes des rails de guidage (1010,1011) du rouleau et comportant sur sa partie supérieure un plateau ou une articulation à un bras de levier (9) en vue d'appliquer audit rouleau un effort mécanique (F). 8. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le tambour et le rouleau ont un diamètre dans un rapport 2. 9. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte entre le rouleau (3) et le tambour (2) deux rouleaux auxiliaires (11) de guidage formant sensiblement entre le rouleau et le tambour un logement pour l'éprouvette (1) à tester. 10. Utilisation du procédé ou du dispositif selon l'une des revendications précédentes pour les essais de fatigue de matériaux tels que les enrobés routiers.