Brevet FR2655422A1 — publié le 19910607

La présente invention concerne un extensomètre isostatique destiné aux essais de cisaillement/compression de matériaux de faible cohésion. On connaît de nombreux matériaux de cohésion très faible et qui de ce fait, possèdent une résistance très faible à la compression et/ou à la traction. Ce sont, par exemple, des matériaux de remplissage utilisés pour les flottaisons, ou des matériaux utilisés comme composants dans des assemblages composites, en raison de leurs propriétés spécifiques. La détermination de ces propriétés au sein d'un assemblage pose, dès lors, un certain nombre de difficultés provenant, justement, de leur faible résistance en traction et/ou en compression. En effet il n'est pas possible, pour soumettre ces matériaux à des essais, de les maintenir entre des pinces comme on le fait habituellement avec des matériaux de bonne cohésion. On connaît ainsi des dispositifs d'extensomètrie utilisés pour soumettre à des contraintes de traction/compression, et/ou de cisaillement, des matériaux à faible cohésion, utilisant deux plaques latérales entre lesquelles est fixée, par collage, une éprouvette, généralement de forme prismatique, du matériau que l'on souhaite tester. Le test de cisaillement/compression de ce matériau consiste alors à soumettre celui-ci à un déplacement relatif et mesuré, sous l'action d'une charge contrôlée, de ce matériau, par rapport aux deux plaques latérales. Une première difficulté consiste à soumettre le matériau à tester à un effort rigoureusement longitudinal, de façon à éviter les couples de torsion ainsi que les différentes composantes transversales susceptibles de perturber les résultats de la mesure.Une seconde difficulté réside dans le fait d'appliquer l'effort de contrainte rigoureusement au centre de l'éprouvette à tester. On a proposé, dans la technique antérieure, de réunir les deux plaques, entre lesquelles l'éprouvette à tester est fixée, à l'un des points de traction d'une machine de traction, et d'exercer un effort, au centre de l'éprouvette à tester, à l'aide d'un étrier, constitué de deux colonnes longitudinales parallèles réunies par deux bras transversaux, à savoir un bras transversal supérieur et un bras transversal inférieur, le bras transversal supérieur prenant appui sur la partie supérieure de l'éprouvette, au centre de celle-ci, alors que le bras transversal inférieur est réuni au second point de traction de la machine. Une difficulté rencontrée dans la mise en oeuvre de ce genre de dispositif réside dans le fait que, quel que soit le soin que l'on apporte à sa réalisation mécanique, les contraintes créées dans les colonnes longitudinales ne sont pas rigoureusement identiques et, en conséquence, l'effort appliqué à l'éprouvette n'est pas un effort dont la totalité des composantes sont longitudinales. De même, dans ce type de dispositif, l'ensemble constitué par les plaques latérales et l'éprouvette peut pivoter dans un plan perpendiculaire à celui formé par les deux colonnes longitudinales parallèles, ce qui a également pour effet de modifier la répartition des contraintes dans l'éprouvette. La présente invention a pour but un dispositif extensomètrique permettant d'appliquer, à des éprouvettes, des contraintes de traction/cisaillement rigoureusement longitudinales. La présente invention a ainsi pour objet un extensomètre isostatique à axe vertical et longitudinal, comprenant deux éléments de traction, à savoir un élément de traction supérieur et un élément de traction inférieur, destiné à appliquer un effort sur une éprouvette à tester, de forme prismatique, à base rectangulaire, fixée entre deux plaques de maintien longitudinales, ces deux plaques de maintien étant solidaires de l'élément de traction supérieur, un étrier principal constitué de deux colonnes longitudinales parallèles, réunies par deux éléments transversaux, à savoir un élément transversal supérieur, qui prend appui au centre de la face supérieure de l'éprouvette, et un élément transversal inférieur réuni, en son centre, à l'élément de traction inférieur, la longueur de chaque colonne longitudinale, comprise entre les éléments transversaux supérieur et inférieur étant ajustable de façon indépendante l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte, sensiblement à l'extrémité inférieure de l'éprouvette, des moyens de centrage assurant le positionnement de l'éprouvette dans un plan perpendiculaire à celui formé par les deux colonnes longitudinales, et en ce que chaque colonne longitudinale est pourvue, à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, d'au moins un capteur de contraintes apte à indiquer les contraintes mécaniques subies par chaque colonne. La présente invention est ainsi particulièrement intéressante pour effectuer des contrôles d'adhérence dans les composants béton-acier, notamment les bétons plaqués, cette expression désignant un nouveau procédé de liaison béton-acier au moyen d'un joint de résine de synthèse. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en élévation, schématique, montrant le principe de fonctionnement d'un extensomètre suivant l'invention. La figure 2 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'un extensomètre suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe axiale et verticale de l'extensomètre de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe transversale et horizontale, à plus grande échelle, suivant la ligne IV-IV de la figure 1, de l'étrier secondaire de l'extensomètre suivant l'invention. Les figures 5 et 6 sont des vues respectivement de face et de profil, à plus grande échelle, d'un détail de réalisation de l'extensomètre suivant l'invention. Les figures 7 à 9 sont des vues de détail, partielles, à plus grande échelle, de deux- variantes de fixation d'une éprouvette de test sur le dispositif suivant l'invention. Sur les figures 1 à 3 une éprouvette à tester 1, allongée dans le sens vertical, de section transversale sensiblement -carrée, est collée, par deux de ses faces latérales et verticales opposées, sur des plaques de maintien 2 de section rectangulaire, dont les parties supérieures 3, de plus grande largeur, sont solidaires d'une pièce de maintien 4 de même épaisseur que l'éprouvette 1 à tester. La pièce de maintien 4 est traversée d'un trou central longitudinal et vertical 5 dont la partie inférieure débouche dans une cavité 7 hémisphérique de plus grand diamètre. Un élément de traction supérieur 9 est constitué d'une tige comportant différentes zones cylindriques, à savoir une zone de fixation supérieure 11, destinée à prendre place dans les mâchoires d'une machine de traction (non représentée sur le dessin), qui se termine à sa partie supérieure par une butée 13, de plus grand diamètre, et une zone inférieure 15 de diamètre légèrement inférieur à celui du trou longitudinal 5 dans lequel elle prend place. L'élément de traction 9 se termine, à sa partie inférieure, par une partie hémisphérique 17 de diamètre voisin de celui de la cavité 7, dans laquelle elle prend place. Ainsi, lorsque la zone de fixation supérieure 11 de l'élément de traction supérieur 9 est fixée dans les mâchoires de la machine de traction, la pièce de maintien 4 peut pivoter, avec une faible amplitude, autour de la rotule formée par la partie hémisphérique 17 et son logement hémisphérique 7, pour se positionner suivant l'axe vertical et longitudinal yy' de l'extensomètre. Un étrier principal 22 est constitué essentiellement de deux colonnes longitudinales 10 réunies par deux éléments transversaux supérieur 23 et inférieur 25. L'élément transversal supérieur 23 est traversé de deux trous 26 d'axes longitudinaux, parallèles à l'axe yy', débouchant, à leurs parties supérieures, dans des cavités cylindriques 28 de plus grand diamètre. Ces cavités reçoivent chacune une bague cylindrique 30, creusée, à sa partie supérieure, d'un logement hémisphérique 29. L'élément transversal inférieur 25 est traversé de deux trous 31, d'axes longitudinaux parallèles à l'axe yy', ayant le même écart transversal que les trous 30 de l'élément transversal supérieur 23, et débouchant, à leurs parties inférieures, dans des cavités cylindriques 32, prolongées par des cavités hémisphériques 33 de plus grand diamètre. Des écrous 34, dont la partie supérieure est de forme hémisphérique, complémentaire de celle des cavités 33, sont vissés sur les extrémités inférieures des colonnes longitudinales 10 et permettent, en les vissant plus ou moins, de régler la longueur relative d'une colonne 10 par rapport à l'autre. L'élément transversal inférieur 25 est percé, suivant l'axe longitudinal yy', d'un trou 35, dont la partie supérieure débouche dans une cavité cylindrique de plus grand diamètre 37.Celle-ci reçoit une bague cylindrique 38, de dimensions correspondantes, dont la partie supérieure est creusée d'une cavité hémisphérique 39. Un second élément de traction, ou élément de traction inférieur 41, est constitué d'une tige comportant différentes zones cylindriques, à savoir, à son extrémité inférieure, une butée 45, une zone de fixation inférieure 43, de plus petit diamètre, destinée à prendre place dans la mâchoire inférieure d'une machine de traction (non représentée sur le dessin), suivie d'une zone supérieure 47 de diamètre supérieur à celui de la zone de fixation inférieure 43 mais inférieur à celui du trou 35 dans lequel elle prend place. L'élément de traction 41 se termine, à sa partie supérieure, par une tête 49. Une rondelle 51, dont la partie inférieure est de forme hémisphérique et de diamètre voisin de celui de la cavité 39 de la rondelle 51, prend place autour de la zone 47 de l'élément 41, sous la tête 49, de façon que sa partie hémisphérique soit appliquée contre la partie hémisphérique correspondante 39 de la bague 38, par la tête 49, lorsque l'on exerce une traction sur l'élément de traction 41. L'élément transversal supérieur 23 prend appui sur la face supérieure 50 de l'éprouvette 1, par l'intermédiaire d'un élément d'appui 52. Cet élément d'appui 52, comme représenté sur les figures 5 et 6, comporte une partie centrale parallélepipédique 54 pourvue latéralement de deux broches cylindriques coaxiales 56, d'axe horizontal, la partie inférieure de l'élément d'appui 52 étant creusée d'une rainure 58 d'une largeur telle qu'elle permette l'encastrement de l'élément d'appui 52 sur la partie supérieure de l'éprouvette 1. Les deux broches 56 prennent respectivement place dans la bague intérieure de deux roulements à billes coaxiaux 60, d'axe horizontal, qui lui permettent de pivoter autour de l'axe de rotation de ces roulements, avec un minimum de frottement.La partie supérieure des roulements à billes 60 prend place dans un évidement de forme semi-circulaire, prévu à la base de l'élément transversal 23 de façon que l'élément transversal supérieur 23 prenne appui sur les roulements à billes 60. Ainsi, l'effort de traction appliqué sur la zone de fixation inférieure 43 de l'élément de traction 41 est transmis, par l'élément transversal 23, à l'élément d'appui 52, par l'intermédiaire des deux roulements à billes 60. Les roulements à billes 60 mis en oeuvre dans cette réalisation sont, bien entendu, choisis en fonction de l'intensité des efforts à transmettre à l'éprouvette 1. Afin de conserver un alignement rigoureux de l'axe longitudinal de l'éprouvette 1 avec l'axe longitudinal et vertical yy' reliant les deux éléments de traction 9 et 41, on utilise, suivant la présente invention, un étrier secondaire transversal 62. Cet étrier 62, comme montré sur la figure 4, est composé de deux bras 64, symétriques par rapport au plan vertical P contenant les deux colonnes longitudinales 10. Ces deux bras 64 sont maintenus ensemble par deux boulons 65 traversant des pattes de fixation 66, disposées symétriquement par rapport au plan P, à chaque extrémité de chaque bras 64. Les deux bras 64 sont positionnés l'un par rapport à l'autre à l'aide de tétons de centrage 70. Les bras 64 sont percés, sensiblement en leurs milieux, de trous filetés transversaux 73, perpendiculaires au plan P, et symétriques par rapport à celui-ci.Ces trous filetés 73 sont traversés par des vis 74 dont l'extrémité est pourvue d'une molette 76 à rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la vis. On voit qu'en tournant plus ou moins les vis 74 on peut amener les molettes 76 en contact avec les deux plaques de maintien 2 sur lesquelles l'éprouvette d'essai 1 est fixée. En jouant simultanément sur la position relative de ces vis, l'une par rapport à l'autre, on peut faire basculer plus ou moins l'éprouvette, dans le sens latéral, autour de l'axe des deux roulements à billes 60, de façon à lui donner un alignement longitudinal rigoureux, avec l'axe yy' vertical de l'extensomètre, sans lui appliquer, au cours de ce mouvement, des contraintes qui ne soient pas longitudinales, de façon à préserver le caractère isostatique de l'extensomètre. Des jauges de contrainte sont disposées à la partie supérieure et à la partie inférieure des deux colonnes longitudinales 10 de l'extensomètre, respectivement 80, 80' et 82,82'. Ces jauges de contraintes permettent de savoir, d'une part, si, dans la partie haute des colonnes longitudinales 10, les contraintes sont identiques à celles existant dans la partie basse et, d'autre part, si les contraintes appliquées à l'une des colonnes 10 sont différentes de celles appliquées à l'autre colonne 10. On comprendra que, dans la mesure où l'extensomètre fonctionne de façon totalement isostatique, les contraintes, tant à la partie supérieure qu'à la partie inférieure des colonnes 10, seront identiques, de même que seront identiques les contraintes d'une colonne 10 à l'autre. On procédera donc au réglage de l'extensomètre de façon à minimiser l'écart-type existant entre les indications fournies par les quatre jauges de contraintes. Pour ce faire on réglera d'une part la longueur des deux colonnes 10, l'une par rapport à l'autre, en agissant sur les écrous 34 prévus à la base des colonnes 10, jusqu'à ce que les contraintes soient globalement identiques dans les deux colonnes. Puis, on modifiera l'inclinaison de l'éprouvette 1, par rapport à l'axe vertical yy' de l'extensomètre en agissant simultanément, mais en sens inverse, sur les vis 74, de façon à visser l'une alors que l'on dévisse l'autre. En agissant par approximations successives sur les écrous 34 d'une part, et sur les vis 74 d'autre part, on détermine un réglage correspondant à un écart type minimal, pour lequel l'extensomètre est le plus proche de conditions de travail isostatiques. Bien entendu les signaux produits par les différents capteurs 80,80', et 82,82' pourront être reçus dans un système d'acquisition et de traitement automatique des données, permettant d'agir de façon automatique sur les différents organes de réglage précédemment décrits de façon à obtenir, de façon automatisée, un écart minimal entre les différentes valeurs de contraintes enregistrées par les capteurs, soit avant la mise en oeuvre de la mesure de traction, soit également au cours de celle-ci. Le dispositif suivant l'invention pourra ainsi comprendre des moyens de saisie de données reliés à chacun des capteurs de contraintes 80-80',82-82', des moyens de traitement des données, des moyens de commande, et des moyens d'asservissement mis en oeuvre par les moyens de commande, et aptes à agir sur la longueur de chacune des colonnes longitudinales 10. De plus dans une variante de l'invention les moyens d'asservissement sont constitués de moteurs pas à pas commandant la rotation des écrous 34 et réglant la longueur des colonnes longitudinales 10 et les moyens de traitement des données et de commande des moteurs pas à pas sont constitués d'un micro-ordinateur. Dans les variantes de réalisation de l'invention représentées sur les figures 7 et 8 la pièce de maintien 4 est creusée, sur deux de ses faces opposées parallèles, d'une rainure en queue d'aronde 90, ces deux rainures recevant les deux plaques de maintien 2, dont les chants sont usinés suivant des formes et des dimensions correspondantes.Chacune des plaques 2 est fixée sur la pièce de maintien 4 par quatre vis 96 avec interposition de contre-plaques 94. Comme montré sur les deux exemples de la figure 9, les plaques de maintien 2 peuvent avoir une épaisseur égale ou supérieure à la profondeur des rainures 90. REVENDICATIONS 1.- Extensomètre isostatique à axe vertical et longitudinal (yy'), comprenant deux éléments de traction, à savoir un élément de traction supérieur (9) et un élément de traction inférieur (41), destiné à appliquer un effort sur une éprouvette (1) à tester, de forme prismatique, à base rectangulaire, fixée entre deux plaques de maintien longitudinales (2), ces deux plaques de maintien (2) étant solidaires de l'élément de traction supérieur (9), un étrier principal constitué de deux colonnes longitudinales parallèles (10), réunies par deux éléments transversaux, à savoir un élément transversal supérieur (23), qui prend appui au centre de la face supérieure (50) de l'éprouvette (1), et un élément transversal inférieur (25) réuni, en son centre, à l'élément de traction inférieur (41), la longueur de chaque colonne longitudinale (10), comprise entre les éléments transversaux supérieur (9) et inférieur (41) étant ajustable de façon indépendante l'une de l'autre, caractérisé en ce qu'il comporte, sensiblement à l'extrémité inférieure de l'éprouvette (1), des moyens de centrage (62) assurant le positionnement de l'éprouvette (1) dans un plan perpendiculaire à celui (P) formé par les deux colonnes longitudinales (10), et en ce que chaque colonne longitudinale (10) est pourvue, à sa partie supérieure et à sa partie inférieure, d'au moins un capteur de contraintes (80-80',82-82') apte à indiquer les contraintes mécaniques subies par chaque colonne (10). 2.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de centrage sont constitués d'un étrier secondaire (62), symétrique par rapport au plan (P) contenant les deux colonnes longitudinales (10), cet étrier secondaire étant, en cours d'utilisation, fixe par rapport aux deux éléments longitudinaux (10) et comportant des moyens aptes à venir en contact avec l'éprouvette, ou une pièce fixe par rapport à elle, afin de la faire pivoter dans un plan perpendiculaire au plan (P) des colonnes longitudinales (10), de façon à l'incliner par rapport à l'axe vertical et longitudinal (yy') de l'extensomètre. 3.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'étrier secondaire (62), est constitué de deux bras (64) symétriques par rapport au plan (P) des colonnes longitudinales (10), ces deux bras (64) comportant à leurs extrémités respectives des moyens permettant d'assurer son coulissement et son immobilisation par rapport aux colonnes (10). 4.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de coulissement et d'immobilisation sont constitués de noix de serrage. 5.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de centrage sont constitués de deux éléments filetés (74), symétriques par rapport au plan (P) et perpendiculaires à celui-ci, vissés dans chacun des deux bras (64) de l'étrier (62), chacune des extrémités de l'élément fileté (74) venant en contact avec l'éprouvette (1), ou une pièce fixe (2) par rapport à celleci. 6.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 5 caractérisé en ce que chacun des éléments filetés (74) est terminé par un galet (76) mobile en rotation autour d'un axe perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'élément fileté (74), et qui vient en contact avec l'éprouvette (1) ou un élément fixe (2) par rapport à celle-ci. 7.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément transversal supérieur (23) de l'étrier principal est appliqué contre la face supérieure (50) de l'éprouvette (1) par l'intermédiaire d'un élément d'appui (52) articulé sur l'élément transversal supérieur (23) autour d'un axe de rotation coplanaire au plan (P) des deux colonnes longitudinales (10), et parallèle à l'élément transversal supérieur (23). 8.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 7 caractérisé en ce que l'élément d'appui (52) est articulé sur l'élément transversal supérieur (23) par l'intermédiaire de paliers (60) à roulement à billes. 9.- Extensomètre isostatique suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de saisie de données reliés à chacun des capteurs de contraintes (80-80',82-82'), des moyens de traitement des données, des moyens de commande, et des moyens d'asservissement mis en oeuvre par les moyens de commande, et aptes à agir sur la longueur de chacune des colonnes longitudinales (10). 10.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens d'asservissement sont constitués de moteurs pas à pas commandant la rotation des écrous (34) et réglant la longueur des colonnes longitudinales (10). 11.- Extensomètre isostatique suivant la revendication 10 caractérisé en ce que les moyens de traitement des données et de commande des moteurs pas à pas sont constitués d'un micro-ordinateur.