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Traverse pour voie de chemin de fer.
L'invention concerne des traverses pour voie de chemin de fer.
Les traverses traditionnelles pour voies de chemins de fer sont généralement fabriquées en bois. Suivant une conception plus récente, elles sont fabriquées en béton armé mono-bloc ou double bloc. On connaît également des traverses métalliques, utilisées principalement dans les pays tropicaux.
Les traverses en bois sont d'un point de vue technique très intéressantes tant que l'on reste dans le domaine élastique du bois. Le bois offre notamment d'excellentes qualités d'amortissement des vibrations occasionnées par le passage des véhicules sur les rails.
Cependant, les traverses en bois posent actuellement un problème lié à l'environnement. On exige, en effet, pour réaliser les traverses, un bois de haute qualité (vieux chêne ou hêtre). Ceci pose, au vu des extrêmement grandes quantités nécessaires, des problèmes de disponibilité et de préservation de l'environnement.
De plus, ce bois doit être traité pour qu'il résiste aux conditions atmosphériques, ce qui pose d'autres problèmes (durée du traitement, nature des produits utilisés) mais surtout grève le prix unitaire des traverses. Si l'on abaisse ces exigences envers le traitement, on se trouve devant un problème de durabilité, si bien que malgré son coût élevé, la traverse doit être périodiquement remplacée.
Les traverses en béton sont actuellement très répandues comme substitut des traverses en bois. On utilise généralement des traverses constituées de deux blocs en béton armé, aussi appelés blochets, reliés par une entretoise métallique. L'avantage essentiel de ces traverses réside dans leur prix de revient relativement bas.
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Cependant, les traverses en béton offrent d'une façon générale de mauvaises performances d'amortissement des vibrations et leurs qualités mécaniques se dégradent assez rapidement, ce qui rend nécessaire, pour des raisons de sécurité, un remplacement rapide des traverses d'une voie ferrée, et ce d'autant plus fréquemment que les convois ferroviaires y circulent à grande vitesse.
Il se pose donc là un problème de coût à moyen et long termes. Le coût relativement faible, à l'achat, des traverses en béton ne peut en effet compenser l'augmentation du coût dû aux opérations de remplacement et au matériel spécifique utilisé à cet effet.
Les traverses métalliques, quant à elles, sont bruyantes à grande vitesse et l'isolation électrique des rails ne peut être réalisé qu'au prix d'équipement spéciaux.
La traverse métallique est plus couteuse que la traverse en bois.
On sait que diverses tentatives ont déjà été faites pour confectionner des traverses comprenant des matériaux composites mais avec des résultats souvent peu satisfaisants.
Le document EP-A-0 560 580 décrit des traverses de chemin de fer en résine époxyde dans lesquelles ont été incorporés des fragments provenant de pneus recyclés, et qui contiennent donc du caoutchouc, du fil d'acier, des fibres synthétiques diverses non triées. Ce type de matériau, par essence peu homogène, et contenant des particules susceptibles de rouiller, ne peut être utilisé comme base pour des traverses de voie ferrée de grande longévité.
Le document EP-A-0 154 259 décrit une traverse de voie ferrée qui comporte une armature métallique enrobée de résine contenant outre des fragments de caoutchouc, un mélange de sable et de débris pierreux.
Une telle traverse reprend surtout les sollicitations par son armature ; il se pose des problèmes
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de liaison entre le corps et l'armature et elle ne peut donc pas non plus être envisagée pour des traverses à longue durée de vie.
On connaît également par EP-A-0 486 465 une traverse comportant des panneaux en bois aggloméré et une armature métallique en caisson, enrobés de mousse de polyuréthanne. La rigidité est due essentiellement à la structure métallique en caisson, le bois ayant ici un rôle de matériau de remplissage. La face supérieure de la traverse est plane. La structure de cette traverse est très différente de celle envisagée ici.
Le brevet US-A-4,105, 159 décrit une traverse composée d'éléments en bois de haute densité constitués de particules de bois agglomérées, et d'éléments en bois de charpente, accolés, pris en sandwich entre les éléments de haute densité constitués de particules de bois agglomérées.
La préservation d'une telle traverse est tributaire de l'incorporation de préservants toxiques et polluants.
Les traverses décrites dans le brevet US-A-4,286, 753 comportent un corps en bois éventuellement composé de plusieurs éléments de bois, s'étendant à plat sur toute la longueur de la traverse. Une pluralité de feuilles plates sont disposées au-dessus et en-dessous du corps et éventuellement entre les différents éléments du corps. Ces feuilles sont composées de bois aggloméré et d'une résine.
Une résine est utilisée comme moyen de liaison, pour relier les feuilles au corps de la traverse.
Les feuilles de résine empêchent le corps en bois de se fendre en éclats et ainsi prolonge la durée de vie de la traverse. Mais le problème de traitement du bois lui-même persiste.
Dans le brevet US-A-1,623, 185 est décrite une traverse fabriquée à l'aide d'anciennes traverses recyclées.
La traverse est composée de couches de bois déchiqueté, saturées avec un liant et un matériau imperméabilisant comme
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de l'asphalte ; des renforcements en métal, sous forme de filets métalliques sont disposés entre chacune de ces couches de bois. La traverse est aussi pourvue d'une plaque en métal à sa face supérieure et à sa face inférieure. Ces traverses présentent les inconvénients connus du métal apparent tels que la nécessité d'une protection contre la rouille, le bruit et la nécessité d'une isolation électrique.
Dans le brevet FR-2.134. 930, est décrite une traverse pour chemin de fer qui comprend un corps allongé de composition résineuse synthétique moulée d'une seule pièce. Cette traverse moulée d'une pièce présente des portions inclinées, constituant des assises pour les rails. La composition synthétique résineuse est fort onéreuse malgré l'incorporation possible de charges comme des copeaux de bois.
Une traverse présentée dans la brevet US-1, 418,708 comporte un corps en bois enserré par des cerclages métalliques. Elle est enrobée par une couche composée d'asphalte et d'amiante. Cette traverse présente une surface plane, la couche d'enrobage est polluante et vulnérable aux agents extérieurs.
On a cherché à développer des traverses de voie ferrée d'un nouveau type particulièrement résistantes aux contraintes mécaniques et au vieillissement, qui ne doivent donc plus être remplacées qu'à de très longs intervalles et/ou qui résistent aux sollicitations particulièrement élevées propres à une circulation de convois à grande vitesse.
La présente invention a pour objet une traverse pour voie de chemin de fer, qui comporte - un noyau s'étendant sensiblement sur toute la longueur de la traverse, ce noyau étant composé de plusieurs lames de bois dont au moins une sur deux s'étendent sur toute la longueur du noyau,
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- deux épaulements, situés aux extrémités longitudinales de la traverse au dessus du noyau, et comportant à leur partie supérieure une semelle apte à recevoir des organes de fixation d'un rail, - une enveloppe de polymère entourant, au moins partiellement, la traverse.
Les lames de bois composant le noyau sont, de préférence, posées sur chant.
L'épaulement comporte, avantageusement, du béton polymère, constitué, en particulier, de sable et de gravier, comme matière de charge et d'un liant choisi parmi le polyuréthanne, l'époxyde et le polyester.
La semelle est, de préférence, une plaque en acier en forme de T. Une plaque en éthyl-vinyl-acetate (EVA) est, avantageusement, placée entre la semelle et le rail.
En particulier, la face supérieure de chaque épaulement est située dans un plan incliné vis-à-vis du plan dans lequel se trouve le noyau, le point le plus haut de chaque plan incliné étant situé aux extrémités de la traverse.
Suivant un mode de réalisation particulier, le noyau de la traverse comporte du matériau de remplissage entre certaines lames de bois. Ce matériau de remplissage peut être, par exemple, un matériau composite comportant une résine.
Suivant des modes particuliers de réalisation, les lames du noyau sont solidarisées l'une à l'autre par collage ou par agrafage. Ceci a l'avantage de permettre la manipulation du noyau comme un seul objet, sans courir le risque que les lames de bois ne bougent les unes par rapport aux autres.
Suivant un mode avantageux de réalisation de l'invention, la traverse comporte, dans la partie sous l'épaulement et entre les lames de bois qui s'étendent sur
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toute la longueur du noyau, des blocs d'extrémités qui ont une hauteur plus grande que les dites lames de bois.
Avantageusement, la traverse comporte, entre les épaulements, une partie centrale présentant, en section verticale, en substance la forme d'un pentagone convexe. En particulier, ce pentagone a un côté inférieur en substance horizontal, et est symétrique par rapport à la médiatrice longitudinale du dit côté inférieur.
La traverse peut avantageusement comporter une couche de polymère entre le noyau et l'épaulement.
Suivant des mode particulier de réalisation de l'invention, le polymère composant l'enveloppe est choisi parmi le polyester, le polyuréthanne et l'époxyde. Ce polymère peut également comporter de la matière de charge, choisie, par exemple, parmi le caoutchouc vulcanisé ou les produits de recyclage tels que les débris de pneus recyclés.
Ce polymère est peut être renforcé par des fibres de renforcement, choisies, par exemple, parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, ou les fibres d'aramide.
Suivant un mode avantageux de réalisation de l'invention, la traverse comporte une couche de finition appliquée à la surface extérieure de l'enveloppe de polymère. Cette couche de finition pouvant comporter un colorant.
Différents exemples d'exécution sont décrits ci-après, référence étant faite aux dessins annexés dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en perspective d'une traverse suivant l'invention ; la Fig. 2 est une coupe longitudinale partielle d'une traverse selon la ligne II-II de la Fig. 1 ; la Fig. 3 est une coupe transversale selon la ligne III-III de la Fig. 1 ; la Fig. 4 est une coupe transversale selon la ligne IV-IV de la Fig. 1 ;
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les Figs. 5 et 6 sont des vues en perspective de deux variantes d'exécution du noyau de la traverse ; la Fig. 7 est une coupe transversale similaire à celle de la Fig. 3, le noyau étant réalisé selon la variante d'exécution représentée à la Fig. 6 ; la Fig. 8 est une coupe similaire à celle des Figs. 3 et 7, d'une variante d'exécution ;
la Fig. 9 est une coupe longitudinale partielle similaire à celle de la Fig. 2, d'une variante d'exécution.
La figure 1 montre une traverse 1 selon l'invention. Elle présente deux épaulements 2 situés aux extrémités longitudinales de la traverse 1. Ces épaulements 2 comportent à leur partie supérieure une semelle 9 apte à recevoir des organes de fixation d'un rail (non représenté). Entre les deux épaulements 2, une partie centrale 3 est ménagée ; sa hauteur est inférieure à celle que la traverse 1 présente au niveau des épaulements 2.
Les figures 2 et 3 montrent plus en détail l'épaulement 2 d'une traverse 1 selon l'invention. Il est fait de béton polymère 8, qui incorpore comme matériau de remplissage du gravier et du sable, et comme liant une résine. Cette résine est de préférence du polyuréthanne, elle peut être aussi de l'époxyde ou du polyester. On choisira de préférence un résine à durcissement rapide, qui accélère, avantageusement, la fabrication des traverses 1.
Ces épaulements 2, ont comme fonction essentielle le captage et la répartition des tensions de compression qui sont transmises vers le corps de la traverse. En principe, ils pourraient être réalisés en bois durable plutôt qu'en béton polymère 8. Cependant, dans ce cas on devrait faire appel à des essences de bois résistantes (par exemple du jeune chêne). Ce mode d'exécution serait donc plus cher que le mode d'exécution représenté dans les différentes figures.
L'épaulement 2 présente une face supérieure inclinée dans le sens longitudinal ; son point le plus bas
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se trouve du côté de la partie centrale 3 et son point le plus haut se trouve du côté de l'extrémité de la traverse 1. Dans la plupart des pays européens, l'inclinaison recommandée est de 1/20 ; parfois (par exemple en Allemagne) elle est de 1/40. Rien n'empêche de choisir une autre inclinaison telle qu'elle serait imposée par les règlements des chemins de fer. Cette inclinaison a comme avantage de favoriser un bon contact roue-rail.
Comme on le voit aux figures 2,3 et 4, la traverse 1 comporte un noyau 4 composé de lames de bois 5 posées sur chant qui s'étendent sur toute la longueur de la dite traverse 1 avec leurs fibres parallèles à l'axe de ladite traverse 1. Ces lames 5 ont de préférence une dimension d'environ 5 centimètres de large et environ 12 centimètres de hauteur. Ainsi, le noyau 4, présentant une largeur totale d'environ 30 centimètres, est composé de cinq lames de bois 5 (Figs. 3 et 4).
Le bois utilisé pour ce noyau 4 est en principe constitué d'essences considérées, à priori, comme de moindre qualité, du bois de haute qualité (vieux chêne ou hêtre) n'étant pas nécessaire. Les caractéristiques mécaniques du pin, par exemple, sont amplement suffisantes pour absorber les sollicitations mécaniques (tensions de compression et résistance à la flexion) qui sont transmises de façon répartie au noyau 4 par les épaulements 2. Le noyau 4 assure, à son tour, un bon amortissement des oscillations, ce qui est un des avantages essentiels de la présente invention. La traverse 1 suivant l'invention présente, en effet, des caractéristiques d'amortissement meilleures que les traverses classiques en bois massif ou en béton.
On peut évidemment aussi utiliser du bois durable comme le vieux chêne ou le hêtre, et notamment on peut utiliser pour le noyau 4 des anciennes traverses de chemin de fer dont on a découpé la partie extérieure imprégnée.
Dans ce cas on fait un recyclage intéressant des traverses
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usagées : seule la couche extérieure, imprégnée, découpée, des traverses en bois déclassées, doit être traitée comme déchet industriel.
Comme on le voit à la Fig. 4, la partie centrale 3 présente, en coupe transversale, la forme d'un pentagone convexe. Celui-ci présente un côté inférieur horizontal, et est symétrique par rapport à la médiatrice du dit côté inférieur. La partie centrale 3 présente à sa partie supérieure deux versants qui évitent la stagnation de l'eau (de pluie).
L'ensemble de la traverse 1, excepté la semelle 9, est enrobé d'une enveloppe en polymère 6 (Figs.
2,3, 4,7, 9). L'enveloppe 6 a sensiblement la même épaisseur partout (environ 2 à 2,5 cm). On peut aussi envisager de la faire un peu plus épaisse à la partie inférieure de la traverse 1, pour diminuer le risque de perforation par le ballast sur lequel les traverses sont placées.
En variante d'exécution représentée à la Fig. 8, l'enveloppe 6 n'est pas complète au niveau des épaulements 2. La partie supérieure de l'épaulement 2 n'est pas recouverte par l'enveloppe 6.
L'enveloppe de polymère 6 a comme fonction de protéger, d'une manière efficace et presque illimitée dans le temps, la structure [noyau 4 + épaulement 2] et plus particulièrement le noyau 4, des conditions atmosphériques et des effets de la pression sur le ballast de la voie ferrée. Elle aura avantageusement un comportement pratiquement élastique.
Il est possible de renforcer l'enveloppe de polymère 6 en ajoutant, à la résine, des fibres de renforcement.
Le polymère constituant l'enveloppe 6, est de préférence du polyuréthanne, par exemple le polyuréthanne appelé"gelcoat". De la matière de charge, comme du
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caoutchouc vulcanisé, en morceaux de forme irrégulière (provenant par exemple de pneus recyclés, débarrassés de leurs fils métalliques) peut également être ajoutée au polymère. Le caoutchouc a l'avantage d'augmenter le module d'élasticité de l'enveloppe 6.
Dans les cas où l'enveloppe de polymère 6 et le béton polymère 8 comprennent du polyuréthanne, on réalise une bonne continuité chimique entre l'épaulement 2 et l'enveloppe 6 de la traverse 1.
Dans les figures 2 et 3, on a représenté également une semelle 9, partiellement enfouie dans l'enveloppe de polymère 6 et dans le béton polymère 8. La face supérieure de la semelle 9 est de préférence située dans le même plan que celui de la face supérieure de l'épaulement 2. La semelle 9 n'est pas en contact avec le bois. Elle présente, en coupe transversale, la forme d'un T (Figs. 3 et 7).
Dans la variante d'exécution représentée à la Fig. 8, la semelle 9 est enfouie directement dans le béton polymère 8, de telle manière que la face supérieure de la semelle 9 soit située dans le même plan que celui de la face supérieure de l'épaulement 2.
La semelle 9 est apte à recevoir des organes de fixation d'un rail. Ces organes de fixation peuvent être choisis parmi tous les types disponibles.
La semelle 9 sert, de concert avec l'épaulement 2 correspondant, à distribuer les pressions exercées par les rails sur la traverse 1 lors du passage d'un train. La semelle 9 est de plus grande dimension que les semelles classiques et est dès lors apte à distribuer les forces de pression, de manière à ne pas dépasser le domaine élastique du bois.
On peut prévoir, mais ceci n'est pas représenté sur les figures, de mettre entre la semelle 9 et le rail une plaque en éthyl-vinyl-acetate (EVA), pour assourdir le bruit
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produit par le contact rail/semelle.
La figure 5 montre une variante d'exécution du noyau 4 de la traverse 1. Une sur deux des lames de bois qui composent le noyau 4, sont réalisées d'un seul tenant, et s'étendent sur toute la longueur du noyau 4. Ces lames portent alors la référence 5. Ces lames 5 permettent d'assurer une bonne résistance de la traverse 1 à la traction et à la flexion.
Les lames intercalaires, situées entre les lames 5, sont constituées de trois parties : deux blocs d'extrémité 10, dont la longueur correspond sensiblement à la longueur des épaulements 2, et une lame complémentaire 11, dont la longueur correspond sensiblement à celle de la partie centrale 3. Dans le cas illustré à la Fig. 5, la hauteur des blocs d'extrémités 10 et de la lame complémentaire 11 est égale à celle des lames 5. suivant une autre variante d'exécution, représentée aux Figs. 6 et 7, les blocs d'extrémité 10 sont remplacés par des blocs 12 de mêmes largeur et longueur que les blocs 10, mais dont la hauteur est plus grande que la hauteur des lames 5.
Ce mode d'exécution permet d'utiliser moins de béton polymère 8, et donc de faire des économies, parce que le béton polymère 8 est plus cher que le bois jeune. En plus ce mode d'exécution donne une meilleure solidarisation entre l'épaulement 2 et le noyau 4.
Suivant une variante de réalisation, représentée à la figure 6, l'intervalle entre deux blocs d'extrémité 12 est occupé par un matériau de remplissage. Selon un mode avantageux d'exécution, ce matériau de remplissage est un matériau composite incorporant une résine, qui est de préférence la même résine que celle de l'enveloppe de polymère 6. Il est évident qu'un matériau de remplissage sera avantageux dans le cas où, à performances mécaniques égales, il est moins cher que le bois.
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Il va de soi que les différentes variantes d'exécution peuvent être combinées. Du matériau de remplissage pourrait également remplacer la lame complémentaire 11, dans le cas de la Fig. 5.
Dans les deux modes d'exécution décrit ci-dessus, les lames en bois 5 reprendront les forces de flexion. Les blocs 10 ou 12 et planches complémentaires 11 ou le matériau de remplissage, sont introduits dans le but d'abaisser le prix de revient de la traverse 1.
Suivant un autre mode d'exécution de la traverse 1 représenté à la Fig. 9, l'épaulement 2 et le noyau 4 sont séparés par une couche 13 de polymère identique au polymère utilisé pour l'enveloppe 6. La face supérieure de l'épaulement 2 présente toujours la même inclinaison.
L'avantage de ce mode d'exécution réside dans le fait que le béton polymère 8 et le noyau 4 sont totalement séparés. L'eau qui pénétrerait dans le béton polymère 8, par exemple par l'endroit où est fixé la semelle 9, n'attaquera pas le noyau 4 puisque celui-ci est protégé par la couche 13. Ce mode d'exécution peut avantageusement être combiné à celui de la Fig. 8 où l'enveloppe 6 ne s'étend pas à la face supérieur de l'épaulement 2.
Les traverses suivant l'invention peuvent être fabriquée par les moyens connus de l'homme du métier et en particulier par moulage. Le moulage peut se faire avantageusement dans un moule sous vide ou sous pression.
La traverse peut être réalisée, par exemple, en deux étapes : le noyau et l'épaulement sont réalisés dans un premier temps et, dans un deuxième temps, l'enveloppe est coulée sous pression.
La forme trapézoïdale de la traverse permet, avantageusement, un démoulage aisé.
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Railroad cross member.
The invention relates to railway sleepers.
Traditional sleepers for railways are generally made of wood. According to a more recent design, they are made of mono-block or double block reinforced concrete. Metallic sleepers are also known, used mainly in tropical countries.
The wooden sleepers are from a technical point of view very interesting as long as we stay in the elastic domain of wood. Wood offers in particular excellent qualities of damping of vibrations caused by the passage of vehicles on the rails.
However, wooden sleepers presently pose an environmental problem. High-quality wood (old oak or beech) is required to make the sleepers. This poses, in view of the extremely large quantities required, problems of availability and preservation of the environment.
In addition, this wood must be treated so that it resists atmospheric conditions, which poses other problems (duration of treatment, nature of the products used) but above all increases the unit price of the sleepers. If these demands on treatment are lowered, there is a problem of durability, so that despite its high cost, the crosspiece must be periodically replaced.
Concrete sleepers are currently widely used as a substitute for wooden sleepers. We generally use sleepers made of two reinforced concrete blocks, also called blocks, connected by a metal spacer. The main advantage of these sleepers lies in their relatively low cost price.
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However, concrete sleepers generally offer poor vibration damping performance and their mechanical qualities deteriorate fairly quickly, which makes it necessary, for safety reasons, to quickly replace sleepers on a railway track. , and all the more frequently as rail convoys travel there at high speed.
There is therefore a cost problem in the medium and long term. The relatively low cost, at the time of purchase, of the concrete sleepers cannot in fact compensate for the increase in the cost due to the replacement operations and to the specific equipment used for this purpose.
The metal sleepers, on the other hand, are noisy at high speed and the electrical insulation of the rails can only be achieved at the cost of special equipment.
The metal crosspiece is more expensive than the wooden crosspiece.
We know that various attempts have already been made to make sleepers comprising composite materials but with often unsatisfactory results.
The document EP-A-0 560 580 describes railway sleepers made of epoxy resin in which have been incorporated fragments from recycled tires, and which therefore contain rubber, steel wire, various unsorted synthetic fibers . This type of material, in essence not very homogeneous, and containing particles liable to rust, cannot be used as a basis for long-lived railway sleepers.
The document EP-A-0 154 259 describes a railroad sleeper which comprises a metal frame coated with resin containing, in addition to rubber fragments, a mixture of sand and stony debris.
Such a crosspiece mainly takes up the stresses by its frame; there are problems
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of connection between the body and the reinforcement and it cannot therefore be envisaged either for long-life sleepers.
EP-A-0 486 465 also discloses a cross member comprising panels of agglomerated wood and a metal frame in a box, coated with polyurethane foam. The rigidity is mainly due to the metallic box structure, the wood having a role of filling material here. The upper face of the crosspiece is flat. The structure of this crosspiece is very different from that envisaged here.
US-A-4,105,159 describes a cross member composed of high density wooden elements made up of agglomerated wood particles, and of structural wood elements, joined together, sandwiched between the high density elements made up of agglomerated wood particles.
The preservation of such a sleeper is dependent on the incorporation of toxic and polluting preservatives.
The sleepers described in US-A-4,286,753 have a wooden body possibly composed of several wooden elements, extending flat over the entire length of the sleeper. A plurality of flat sheets are arranged above and below the body and possibly between the various elements of the body. These sheets are made of agglomerated wood and a resin.
A resin is used as a bonding medium, to connect the sheets to the body of the sleeper.
The resin sheets prevent the wooden body from splitting and thus prolongs the life of the crosspiece. But the problem of treating the wood itself persists.
In patent US-A-1,623, 185 is described a cross member manufactured using old recycled cross members.
The crosspiece is made up of layers of shredded wood, saturated with a binder and a waterproofing material such as
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asphalt; metal reinforcements, in the form of metal nets are placed between each of these layers of wood. The cross member is also provided with a metal plate on its upper face and on its lower face. These crosspieces have the known drawbacks of the apparent metal such as the need for protection against rust, noise and the need for electrical insulation.
In patent FR-2.134. 930, is described a railroad cross member which comprises an elongated body of synthetic resinous composition molded in one piece. This cross piece molded in one piece has inclined portions, constituting seats for the rails. The synthetic resinous composition is very expensive despite the possible incorporation of fillers such as wood chips.
A cross member presented in patent US-1, 418.708 comprises a wooden body enclosed by metal straps. It is coated with a layer composed of asphalt and asbestos. This cross has a flat surface, the coating layer is polluting and vulnerable to external agents.
Attempts have been made to develop railway sleepers of a new type which are particularly resistant to mechanical stresses and to aging, which therefore only have to be replaced at very long intervals and / or which withstand the particularly high stresses inherent in a high speed convoy traffic.
The subject of the present invention is a railroad cross member, which comprises - a core extending substantially over the entire length of the cross member, this core being composed of several strips of wood of which at least one in two extend along the entire length of the core,
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- two shoulders, located at the longitudinal ends of the cross member above the core, and comprising at their upper part a sole suitable for receiving fastening members for a rail, - a polymer envelope surrounding, at least partially, the cross member.
The wooden planks making up the core are preferably laid on edge.
The shoulder advantageously comprises polymer concrete, consisting, in particular, of sand and gravel, as filler material and of a binder chosen from polyurethane, epoxy and polyester.
The sole is preferably a T-shaped steel plate. An ethyl vinyl acetate (EVA) plate is advantageously placed between the sole and the rail.
In particular, the upper face of each shoulder is situated in an inclined plane with respect to the plane in which the core is located, the highest point of each inclined plane being situated at the ends of the cross-member.
According to a particular embodiment, the core of the crosspiece includes filling material between certain wooden strips. This filling material can be, for example, a composite material comprising a resin.
According to particular embodiments, the core blades are secured to each other by gluing or stapling. This has the advantage of allowing the core to be manipulated as a single object, without running the risk of the wooden blades moving relative to each other.
According to an advantageous embodiment of the invention, the cross member comprises, in the part under the shoulder and between the wooden strips which extend over
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the entire length of the core, end blocks which have a height greater than the said wooden blades.
Advantageously, the cross member comprises, between the shoulders, a central part having, in vertical section, in substance the shape of a convex pentagon. In particular, this pentagon has a substantially horizontal lower side, and is symmetrical with respect to the longitudinal perpendicular bisector of said lower side.
The cross member may advantageously include a layer of polymer between the core and the shoulder.
According to particular embodiments of the invention, the polymer making up the envelope is chosen from polyester, polyurethane and epoxy. This polymer can also contain filler material, chosen, for example, from vulcanized rubber or recycling products such as recycled tire debris.
This polymer can be reinforced with reinforcing fibers, chosen, for example, from glass fibers, carbon fibers, or aramid fibers.
According to an advantageous embodiment of the invention, the cross member comprises a finishing layer applied to the outer surface of the polymer envelope. This top coat may include a dye.
Different execution examples are described below, reference being made to the appended drawings in which: FIG. 1 is a perspective view of a crosspiece according to the invention; Fig. 2 is a partial longitudinal section of a cross member along the line II-II of FIG. 1; Fig. 3 is a cross section along line III-III of FIG. 1; Fig. 4 is a cross section along the line IV-IV of FIG. 1;
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Figs. 5 and 6 are perspective views of two alternative embodiments of the core of the crosspiece; Fig. 7 is a cross section similar to that of FIG. 3, the core being produced according to the alternative embodiment shown in FIG. 6; Fig. 8 is a section similar to that of FIGS. 3 and 7, of an alternative embodiment;
Fig. 9 is a partial longitudinal section similar to that of FIG. 2, of an alternative embodiment.
Figure 1 shows a cross member 1 according to the invention. It has two shoulders 2 located at the longitudinal ends of the cross member 1. These shoulders 2 have at their upper part a sole 9 capable of receiving members for fixing a rail (not shown). Between the two shoulders 2, a central part 3 is provided; its height is less than that which the cross member 1 has at the shoulders 2.
Figures 2 and 3 show in more detail the shoulder 2 of a cross member 1 according to the invention. It is made of polymer concrete 8, which incorporates gravel and sand as a filler, and as a resin binder. This resin is preferably polyurethane, it can also be epoxy or polyester. Preferably, a quick-setting resin will be chosen, which advantageously accelerates the production of the crosspieces 1.
These shoulders 2 have the essential function of capturing and distributing the compression stresses which are transmitted to the body of the cross-member. In principle, they could be made of durable wood rather than polymer concrete 8. However, in this case, hardwood species (for example young oak) should be used. This embodiment would therefore be more expensive than the embodiment shown in the various figures.
The shoulder 2 has an upper face inclined in the longitudinal direction; its lowest point
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is on the side of the central part 3 and its highest point is on the side of the end of the crosspiece 1. In most European countries, the recommended inclination is 1/20; sometimes (for example in Germany) it is 1/40. Nothing prevents us from choosing another inclination as it would be required by railway regulations. This inclination has the advantage of promoting good wheel-rail contact.
As can be seen in FIGS. 2, 3 and 4, the cross-member 1 comprises a core 4 composed of wooden strips 5 placed on edge which extend over the entire length of said cross-member 1 with their fibers parallel to the axis of said cross member 1. These blades 5 preferably have a dimension of approximately 5 centimeters wide and approximately 12 centimeters high. Thus, the core 4, having a total width of approximately 30 centimeters, is composed of five wooden blades 5 (Figs. 3 and 4).
The wood used for this core 4 is in principle made up of species considered, a priori, as of lower quality, high quality wood (old oak or beech) not being necessary. The mechanical characteristics of the pine, for example, are more than sufficient to absorb the mechanical stresses (compression stresses and resistance to bending) which are transmitted in a distributed manner to the core 4 by the shoulders 2. The core 4 ensures, in turn, good damping of the oscillations, which is one of the essential advantages of the present invention. The cross member 1 according to the invention has, in fact, better damping characteristics than the conventional solid wood or concrete cross members.
We can obviously also use durable wood such as old oak or beech, and in particular we can use for the core 4 old railway ties from which the impregnated outer part has been cut.
In this case we make an interesting recycling of the sleepers
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used: only the outer layer, impregnated, cut, downgraded wooden sleepers, must be treated as industrial waste.
As seen in Fig. 4, the central part 3 has, in cross section, the shape of a convex pentagon. This has a horizontal lower side, and is symmetrical with respect to the perpendicular bisector of said lower side. The central part 3 has at its upper part two slopes which avoid the stagnation of water (rain).
The whole of the cross-member 1, except the sole 9, is coated with a polymer envelope 6 (Figs.
2.3, 4.7, 9). The envelope 6 has substantially the same thickness everywhere (approximately 2 to 2.5 cm). We can also consider making it a little thicker at the bottom of the cross member 1, to reduce the risk of perforation by the ballast on which the cross members are placed.
In an alternative embodiment shown in FIG. 8, the envelope 6 is not complete at the shoulders 2. The upper part of the shoulder 2 is not covered by the envelope 6.
The function of the polymer shell 6 is to protect, in an efficient and almost unlimited manner, the structure [core 4 + shoulder 2] and more particularly the core 4, from atmospheric conditions and from the effects of pressure on the railroad ballast. It will advantageously have a practically elastic behavior.
It is possible to reinforce the polymer envelope 6 by adding reinforcing fibers to the resin.
The polymer constituting the casing 6 is preferably polyurethane, for example the polyurethane called "gelcoat". Filler, such as
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vulcanized rubber, in irregularly shaped pieces (for example from recycled tires, stripped of their metallic wires) can also be added to the polymer. The rubber has the advantage of increasing the elastic modulus of the envelope 6.
In cases where the polymer casing 6 and the polymer concrete 8 comprise polyurethane, good chemical continuity is produced between the shoulder 2 and the casing 6 of the cross member 1.
In FIGS. 2 and 3, a sole 9 is also shown, partially buried in the polymer envelope 6 and in the polymer concrete 8. The upper face of the sole 9 is preferably located in the same plane as that of the upper face of the shoulder 2. The sole 9 is not in contact with the wood. It has, in cross section, the shape of a T (Figs. 3 and 7).
In the variant shown in FIG. 8, the sole 9 is buried directly in the polymer concrete 8, so that the upper face of the sole 9 is located in the same plane as that of the upper face of the shoulder 2.
The sole 9 is suitable for receiving fastening members for a rail. These fixing members can be chosen from all the types available.
The sole 9 serves, in concert with the corresponding shoulder 2, to distribute the pressures exerted by the rails on the cross-member 1 during the passage of a train. The sole 9 is larger than the conventional soles and is therefore able to distribute the pressure forces, so as not to exceed the elastic range of the wood.
We can plan, but this is not shown in the figures, to put between the sole 9 and the rail an ethyl vinyl vinyl acetate (EVA) plate, to muffle the noise
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produced by the rail / sole contact.
FIG. 5 shows an alternative embodiment of the core 4 of the cross member 1. One out of two of the wooden blades which make up the core 4, are made in one piece, and extend over the entire length of the core 4. These blades then bear the reference 5. These blades 5 ensure good resistance of the cross member 1 to traction and bending.
The intermediate blades, located between the blades 5, are made up of three parts: two end blocks 10, the length of which corresponds substantially to the length of the shoulders 2, and a complementary blade 11, the length of which corresponds substantially to that of the central part 3. In the case illustrated in FIG. 5, the height of the end blocks 10 and of the complementary blade 11 is equal to that of the blades 5. according to another alternative embodiment, shown in FIGS. 6 and 7, the end blocks 10 are replaced by blocks 12 of the same width and length as the blocks 10, but whose height is greater than the height of the blades 5.
This embodiment makes it possible to use less polymer concrete 8, and therefore to save money, because polymer concrete 8 is more expensive than young wood. In addition, this embodiment gives a better connection between the shoulder 2 and the core 4.
According to an alternative embodiment, shown in Figure 6, the gap between two end blocks 12 is occupied by a filling material. According to an advantageous embodiment, this filling material is a composite material incorporating a resin, which is preferably the same resin as that of the polymer envelope 6. It is obvious that a filling material will be advantageous in the case, for equal mechanical performance, it is cheaper than wood.
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It goes without saying that the different variants can be combined. Filling material could also replace the complementary blade 11, in the case of FIG. 5.
In the two embodiments described above, the wooden blades 5 will take up the bending forces. The blocks 10 or 12 and complementary boards 11 or the filling material, are introduced with the aim of lowering the cost price of the cross member 1.
According to another embodiment of the cross member 1 shown in FIG. 9, the shoulder 2 and the core 4 are separated by a layer 13 of polymer identical to the polymer used for the envelope 6. The upper face of the shoulder 2 always has the same inclination.
The advantage of this embodiment lies in the fact that the polymer concrete 8 and the core 4 are completely separated. The water which would penetrate into the polymer concrete 8, for example by the place where the sole 9 is fixed, will not attack the core 4 since the latter is protected by the layer 13. This embodiment can advantageously be combined with that of FIG. 8 where the casing 6 does not extend to the upper face of the shoulder 2.
The sleepers according to the invention can be manufactured by means known to those skilled in the art and in particular by molding. Molding can advantageously be done in a vacuum or pressure mold.
The cross member can be produced, for example, in two stages: the core and the shoulder are produced in a first step and, in a second step, the envelope is cast under pressure.
The trapezoidal shape of the cross member advantageously allows easy demolding.