Équipements pour essais mécaniques .1 Presses hydrauliques .1 Presses hydrauliques

L’application des sollicitations mécaniques sur l’éprouvette (force, déplacement ou déformation) nécessite l’utilisation d’une presse hydraulique. La force appliquée est contrôlée par la cellule de charge, le déplacement par un vérin hydraulique et la déformation (ou déplacement) par des capteurs externes (extensomètres, jauges, etc.).

Dans le cadre du programme expérimental, deux presses MTS sont utilisées : MTS 810 et MTS 858. Les presses sont alimentées par une pompe hydraulique et équipées de servovalve afin d’obtenir des signaux adéquats pour la fréquence et l’amplitude de sollicitation. Les paramètres d’asservissements, identifiés par les lettres P, I, D et F, représentant le gain Proportionnel, le taux de Dérive, l’Intégration et le Feed forward (anticipation) sont optimisés pour les enrobés bitumineux.

Les éprouvettes de types E*, équipées avec jauges, sont placées dans la presse MTS 810. Le système de pilotage de cette presse est configuré pour effectuer la lecture des jauges et l’acquisition des mesures de celles-ci. La MTS 810 est équipée d’une enceinte thermique, d’un système d’acquisition et de pilotage (contrôleur avec logiciel Testware). Cette presse est illustrée à la Figure 2.10. La charge maximale de la presse est de 100kN. La cellule de charge est configurée pour une capacité de 25kN afin d’obtenir une meilleure précision pour les essais.

Globalement, le système d’acquisition (et contrôleur) de cette presse est configuré pour enregistrer les données de temps, force, déplacement du vérin et des trois extensomètres, déformation des jauges, températures et nombre de cycles de sollicitation.

Pour les éprouvettes de type F_SJ, sans jauges, la presse MTS 858 est utilisée. La MTS 858 est équipée d’une enceinte thermique, un système d’acquisition et de pilotage (contrôleur avec logiciel Testware). La charge maximale de la presse est de 25kN et la cellule de force est

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également de 25kN. Cette presse, de capacité moindre que la MTS 810, est plus précise et le pilotage des essais est amélioré. La configuration du système d’acquisition (et contrôleur) de la MTS 858 permet d’enregistrer les données de temps, force, déplacement des trois extensomètres, températures et nombre de cycles de sollicitation.

Figure 2.10 Presse hydraulique, modèle MTS 810

Finalement, soulignons que la précision des cellules de charge a été vérifiée suivant la norme

ASTM E4-10 (ASTM, 2010b). Les cellules de charge des presses ont une précision²⁷ de ±1%

de la force appliquée. Cette précision est valide pour une force aussi faible que 1/50^ième de la plage de mesure des cellules qui est de 25kN.

2.6.2 Enceintes thermiques des presses

L’éprouvette est placée dans une enceinte thermique en cours de sollicitation mécanique. La description de l’étalonnage des enceintes thermiques est décrite à la section 2.5.2.

27 À partir de la pécision des équipements (cellule de charge, thermocouple, extensomètre et jauge de déformation), il est possible de calculer leur incertitude à mesurer, par exemple, la norme du module complexe |E*| (pour de plus amples détails se référer aux ouvrages de Carter (2002) et Lefebvre (2005)).

Cellule de charge Enceinte (le compresseur se situe à l’arrière) Positionnement de l’éprouvettes Panneau de contrôle Bras du vérin hydraulique Points d’attache de l’éprouvette

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Pour la presse MTS 810, une enceinte thermique de l’entreprise Tenney Environmental-Lunaire limited, modèle BTS-1.5-TT, d’une capacité de 3,0kW est utilisée. La plage d’utilisation est de -34 à +100°C ou de -70 à +100°C avec de l’azote liquide. La température est répartie et homogénéisée au moyen d’un ventilateur fixé à l’arrière et dans la partie supérieure de l’enceinte. La température dans l’enceinte est contrôlée par un thermocouple placé directement sur l’éprouvette. Par la suite, ce thermocouple a été déplacé devant l’entrée d’air dans l’enceinte, comme cela devait être le cas. La précision du thermocouple est de ±1,0°C.

L’enceinte de la presse MTS 858 est alimentée par air forcée provenant d’une enceinte thermique indépendante. Ces deux enceintes sont reliées par deux conduits flexibles (entrée et sortie d’air). L’enceinte thermique est équipée de deux compresseurs en cascade qui permettent d’atteindre de très basses températures (modèle ET8-2-2-AC-ECA de l’entreprise Envirotronics). La plage d’utilisation est de -60 à +177°C. La température dans l’enceinte thermique est contrôlée par un thermocouple qui est placé à la sortie du conduit qui évacue l’air de l’enceinte de la presse. La précision du thermocouple est de ±1,0.

2.6.3 Capteurs de mesure de déplacement

Pour les éprouvettes de type E* et FSJ, des extensomètres en Invar de 165mm²⁸ (modèle

632.11F-20 de MTS) et de 50mm (modèle 632.11F-90 de MTS) sont utilisés respectivement. La mise en place de la membrane en latex sur les éprouvettes pour éviter l’évaporation du fluide de saturation explique le choix de deux types d’extensomètres. Leur étendue de mesure est de ± 2 500µm. Les extensomètres de 165mm et de 50mm sont fixés aux casques en aluminium pour les EE* (détails § 2.7.2) et à l’éprouvette pour les EF (détails § 2.7.2.3) respectivement. Des couteaux placés en pointes des extensomètres permettent une attache plus stable. Les extensomètres sont disposés et répartis autour de l’éprouvette selon un angle de 120°.

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Tous les extensomètres ont été étalonnés avec une vis micrométrique mécanique graduée au 2µm (modèle 650.03 de MTS). Lors de l’étalonnage, il est essentiel de déplacer la vis dans le même sens (extension ou compression) afin d’éliminer toute erreur de mesure générée par l’hystérésis spécifique aux capteurs (extensomètres). Leur précision est de ±1% du déplacement appliqué. Cette précision est valide pour un déplacement aussi faible que

1/50^ième de la plage de mesure de ± 2 500µm de l’extensomètre, soit 50µm. La norme ASTM

E83-10a (ASTM, 2010c) précise la méthodologie pour la vérification des extensomètres.

2.6.4 Jauges de déformation

Les caractéristiques des jauges sont données en détail à la section 2.4.11.2. Le système d’acquisition (et contrôleur) de la presse MTS 810 est adapté afin d’enregistrer les mesures des jauges de déformation. Notamment, un pont complet d’extensométrie (pont de Wheatstone) est réalisé au sein du contrôleur. Ce pont est constitué de quatre résistances de 120Ω, dont une constitue celle de la jauge. Afin de réaliser l’étalonnage du pont (et contrôleur), un boîtier, au lieu de la jauge, est branché au système. Ce boîtier (modèle 1550A de Vishay) est équipée de boutons poussoirs qui font varier la résistance et permettent donc de simuler la déformation de la jauge. Aussi, le voltage utilisé pour alimenter les jauges est faible (1,6V) car les enrobés bitumineux sont de mauvais conducteur et dissipe mal la chaleur générée par le passage du courant au travers la résistance de la jauge. Si la chaleur n’est pas dissipée, cela génère une dérive de la mesure de la jauge.

2.6.5 Capteurs de mesure de température

Lorsqu’il y a présence de membrane, le capteur de mesure de la température est placé sur la membrane, et non sur l’éprouvette, car il y a un risque de dysfonctionnement en raison de la présence d’eau, saumure ou d’humidité. Dans la MTS 810 et la MTS 858, une sonde thermique de type PT 100 est placée sur l’éprouvette ou sur la membrane afin de mesurer la température à la surface de l’éprouvette. La précision de ces sondes est de ±1°C.

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2.7 Essais mécaniques de module complexe (EE*) et de fatigue (EF)