FR2571142A1 - Method and device for simulating the working of a thick coating material subjected to the action of rolling loads - Google Patents
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Abstract
Description
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. The present invention relates to a method and a device for simulating the working mode of a coating material subjected to the action of rolling loads for carrying out the fatigue tests of this material.
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. At present, these types of tests are carried out, in particular for materials such as road asphalt, in various ways. Many types of devices are used for this purpose. These devices work essentially according to two principles either imposed deformation or imposed stress, the stresses exerted on a specimen being of the type either of the alternating flexion, or the traction-compression. The shape of the test pieces used for this purpose is either truncal-pyramidal, cylindrical or still dumbbell-weight type.
Les efforts d'essai sont appliqués à l'extrémité de l'éprouvette ou en partie centrale de l'éprouvette.The test forces are applied at the end of the test piece or in the central part of the test piece.
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. These types of tests conventionally used, however, are not representative of a real case of use of thick coatings, such as road asphalt, periodically subjected to rolling loads for which a compressive stress applied at the zone level. contact of the vehicle wheels and the coating induces a tensile stress in a plane perpendicular in the material.
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. An object of the present invention is the implementation of a method simulating the working mode of a thick coating material, such as in particular asphalt pavements, allowing a test giving full satisfaction as to the effective simulation of the mode of operation. work and ease of implementation.
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. Another object of the present invention is the implementation of a device capable of allowing the conduct of tests according to the aforementioned method.
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. The object of the present invention is likely to be applied for the conduct of the tests of any thick coating subjected to the action of rolling loads such as in particular road asphalt or flooring materials of industrial premises in which heavy loads are moved at slow speed.
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. According to the invention, the method of simulating the working mode of a thick coating material subjected to the action of rolling charges consists in subjecting a substantially cylindrical test piece of this material to a splitting test repeated periodically at any point in the a plurality of generatrices of the lateral surface of the test piece in order to obtain a phenomenon of fatigue of the material reproducing the working mode of the coating under the action of rolling loads.
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. The device for simulating the working mode of a thick coating material subjected to the action of rolling loads essentially comprises a substantially cylindrical drum that is movable around its longitudinal axis and a roller with a longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the drum. The roller is rotatable about its longitudinal axis and adjustable in translation position along a diameter of the section of the drum. Guide means for guiding the roller in translation along the diameter of the section of the drum. Feeding means enable the drum and the roll to be rotated along their respective longitudinal axis in such a way as to rotate the drum and the roller in the opposite direction and at different speed amplitudes determined.
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.The invention will be better understood on reading the description and on observing the following drawings in which the same references represent the same elements and where
FIG. 1 represents a diagram making it possible to illustrate the implementation of the various steps of the method according to the invention,
- Figures 2 and 3 show a front view and a side view of the device capable of allowing the implementation of the method according to the invention. ~
The method according to the invention will be explained hereinafter with the aid of the block diagram of FIG. 1. A cylindrical specimen 1 of the material to be tested is subjected to a splitting test repeated periodically at any point of a plurality of generatrices of the lateral surface of this specimen.This test makes it possible to obtain a phenomenon of fatigue of the material reproducing the working mode of the coating under the action of rolling loads. As shown in Figure 1, the test piece is placed in a cylindrical drum 2 rotatable about its longitudinal axis.
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.A first generatrix of the specimen is brought into contact along its entire length with the corresponding part of a generator of the drum. A continuous mechanical force shown in Figure 1 schematically by the arrow F is exerted on a second generatrix of the specimen diametrically opposite the first. This force can for example be exerted by means of a pressure roller 3, a generator is in contact over the entire length of the second generatrix of the specimen. The drum 2 and the roll 3 are then rotated at speeds of opposite direction and of determined amplitude allowing the test piece 1 to rotate around its longitudinal axis. In FIG. 1, the respective directions of rotation of the specimen drum and the pressure roller are represented by the arrows 4, 6 and 5. The respective speeds of rotation of the drum and the pressure roller are chosen so as to ensure the-maintenance. the longitudinal axis of the specimen in a fixed position.
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. While the compression force F remains maintained, everything happens as if, due to the rotation of the specimen around its axis of revolution, the plane in which the compression is made rotates about this axis. It is the same for the perpendicular plane, noted P in Figure 1, in which the traction is induced. At the end of one turn, each zone of the specimen has thus undergone two compressions and two tractions. The repeated alternation of these solicitations generates what is known as a fatigue phenomenon of the material.
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. The test thus produced faithfully reproduces the working mode of a thick coating under the action of rolling loads: it is a stress imposed in vertical compression inducing a horizontal tensile stress.
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. The originality of the present method lies in that virtually no obstacle opposes the deformation generated by the tensile stress. The test is therefore virtually pure.
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. For example, a 16 centimeter diameter test tube over a length of 16 centimeters is placed horizontally in a drum. A cylinder 3 of axis parallel to that of the specimen rests on it and transmits a vertical load F compression of pneumatic origin, hydraulic or weight for example.
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.The diameters of the specimen 1, the pressure roll 3 and the drum 2 are in a simple ratio. The diameters R2 of the drum and R3 of the pressure roller are. calculated so that cylinder and drum, both motors, rotate in opposite directions at speed amplitudes such that the axis of the specimen which they drive in rotation remains immobile. The relation of the corresponding rotational speeds of the drum and of the pressure roller w2 and (> 03 03 is written
R2 x w2 = R3 x 3. The conduct of the process thus defined is carried out over 1 million cycles to obtain the fatigue effects of the tested material. The number of cycles can be increased to 10 million for tests aimed at determining the service life of the material subjected to rolling loads.
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. An embodiment of the device capable of implementing the method according to the invention will now be described with reference to FIGS. 2 and 3. The device as described in FIGS. 2 and 3 comprises a frame or frame 0 in which a substantially cylindrical drum 2 is rotatably mounted about its longitudinal axis.
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.As shown in Figure 2, the drum 2 is rotatably mounted by means of support rollers 7 integral with the frame. The rollers 7 are in contact with the drum 2 and rotatably mounted relative to the frame. A roller 3 said pressure roller longitudinal axis parallel to the longitudinal axis of the drum 2 is also rotatably mounted about its longitudinal axis. The roller 3 is set in translation position along a diameter of the section of the drum 2.
Un système de guidage 101 permet le guidage du rouleau en translation suivant ce diamètre. A guide system 101 allows the guide of the roller in translation along this diameter.
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.The device according to the invention further comprises a rotation drive system 102 of the drum 2 and the pressure roller 3 along their respective longitudinal axis. This drive system 102 makes it possible to rotate the drum and the roller in the opposite direction at different speed amplitudes. As a non-limiting exemplary embodiment, the section diameter ratio of the roll 3 and the drum 2 are in an integral ratio, for example equal to 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. As it appears in FIG. 2, the guide system 101 of the roll comprises two guide rails 1010 and 1011 arranged according to a diameter of the section of the drum, the vertical diameter thereof.
Les extrémités 30 de l'axe de rotation du rouleau 3 sont engagées à glissement entre les rails 1010 et 1011. The ends 30 of the axis of rotation of the roll 3 are slidably engaged between the rails 1010 and 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.The ends 30 of the axis of rotation of the roller are for example mounted in a ball bearing system allowing both the rotation of the pressure roller 3 about its longitudinal axis and its translation along the guide rails.
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. As also shown in FIGS. 2 and 3, the drive system 102 includes a reduction motor 1020 and a different gear ratio system 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.This gear comprises in particular two toothed wheels 31 and 71 respectively axially integral with the drum 2 and a drive system 70 of the pressure roller 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. The gears 31 and 71 are coupled to the gear of the motor 1020 so as to provide a rotation speed amplitude of the drum and the roller in the respective ratio of their diameter. The coupling of the gears 31 and 71 to the gearbox of the engine can be carried out by any means and in particular by a toothed belt system.
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. In order to be able to exert the splitting force necessary for the test, the pressure roller 3 has at the ends 30 of its axis of rotation a gantry 8 slidably mounted on the outer walls of the guide rails 1010 and 1011 of the roller 3. On Figures 2 and 3, the elements allowing the sliding gantry 8 on the outer guide walls are not shown because they are not essential for the object of the invention. The gantry further comprises on its upper part a plate or a hinge 9 may be coupled to a lever arm to be able to apply to the pressure roller mechanical stress 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. As also shown in Figures 2 and 3, the device 'according to the invention comprises between the roller 3 and the drum 2 two auxiliary guide rollers 11 forming substantially between the roller 3 and the drum 2 a housing for the specimen to be tested. In FIG. 2, the auxiliary rollers 11 mounted integral with the frame O and mounted on extensions of the guide rails 1010, 1011 can be seen. As also appears in FIG. 2, sufficient clearance is maintained between the test tube 1 and the auxiliary rollers 11 so as to preserve the test conditions closest to the actual conditions of use of the material subjected to the action of rolling loads, the test piece thus being truly free in the horizontal plane of 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. Thus, a method and apparatus for conducting fatigue cracking testing of materials such as road mixes under conditions of similarity to actual conditions of use and under optimal repeatability conditions has been described.
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. Throughout the foregoing description, the pressure roller 3 capable of exerting the splitting force and the rotation of the test specimen necessary for the tests according to the invention has been represented inside the drum 2. This representation concerns only a particular embodiment of the invention, any system in which the pressure roller 3 would be disposed outside the drum 2, the test piece 1 then being placed between the drum 2 and the pressure roller 3, outside the drum, does not depart from the scope of the present invention. In this case, the drum 2 may be further replaced by a corresponding diameter roll. It should be noted that, whatever the embodiment considered, the diameters of the drum 2 and the pressure roller 3 or rollers are chosen as a function of the maximum load to be applied during the tests, the dimensions of the specimen and of the material constituting it so as to avoid both a marking of 11 test pieces by rollers of too small diameter and a deformation thereof. In addition, the materials constituting the drum and the pressure roller may for example be steel with regard to the drum and a synthetic material or rubber with regard to the pressure roller in order to approach, under the test conditions, conditions of normal use of the material to be tested.
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Family Applications (1)
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FR8414943A Expired FR2571142B1 (en) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | METHOD AND DEVICE FOR SIMULATING THE WORKING MODE OF A THICK COATING MATERIAL SUBJECT TO THE ACTION OF ROLLING LOADS |
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Publication number | Publication date |
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FR2571142B1 (en) | 1987-01-09 |
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