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Procédé de fabrication de traverses pour voies ferrées et autres pièces en béton précontraint et pièces obtenues par le procédé.
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de pièces en béton précontraint telles que traverses de chemins de fer, dalles, éléments servant à la formation de pieux, de colonnesµ etc., et aux pièces obtenues à l'aide du procédé.
L'invention a comme buts principaux:
1 ) de simplifier au même de supprimer complètement les dispositifs-de fixation des fils ou des barres d'armature, de manière à permettre une réalisation plus rapide et plus économique des opérations de précontrainte;
2 ) de rendre possible d'obtenir aisément la précontrainte de la pièce suivant deux ou plusieurs directions dans un même plan.
3 ) de permettre la fabrication en grande série de ces pièces à l'aide de moyens simples et à un prix de revient modéré.
4 ) Dans le cas de traversesde chemins de fer, d'améliorer'le dispositif de fixation des rails.
Le procédé est caractérisé essentiellement par l'utilisation d'une armature en forme de boucle, de cadre ou d'anneau, ce qui permet de simplifier, de réduire ou même de supprimer complètement les dispositifs de fixation aux extrémités des barres ou des fils, tout en rendant aisément réalisable la précontrainte de la pièce suivant @
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deux directions principales ou même suivant plusieurs directionsconvergeant vers le centre de la pièce et situées dans un même plan.
L'armature peut comporter une ou plusieurs couches de fils ou de barres de section appropriée. L'application d'un effort de traction en un ou plusieurs points de l'armature assure la mise en tension de toute l'armature ; effort est reporté ensuite sur la matière constituant la pièce de manière à en assurer la précontrainte complète tant longitudinale que transversale s'il y a lieu.
Dans la réalisation pratique de l'invention, lors de son application aux traverses de chemins de fer, on peut distinguer deux modes principaux de fabrication:
19) la traverse est bétonnée dans un moule où l'armature à été préalablement disposée et mise sous tension. Dans ce cas, la protection de l'armature est assurée par le béton lui-même constituant la traverse.
Lors de l'exécution d'une traverse par cette méthode, on peut placer l'armature en forme de boucle de manière qu'elle prenne par une extrémité sur des ergots fixés à un support devant constituer le fond d'un moule et par l'autre extrémité sur des ergots fixés sur un plateau monté sur un ensemble pouvant coulisser par rapport au support du moule ; coulissement de cet ensemble a pour effet de produire un effort de traction sur l'armature, après quoi on pose sur le fond de moule et sur le plateau mobile un coffrage de forme appropriée et l'on coule le béton. On abandonne le tout jusqu'à prise complète du béton et l'on détermine à ce moment le relâchement de l'effort de traction appliqué à l'armature lequel est reporté sur le béton.
2 ) On a recours à des éléments séparés moulés d'avance en'béton et l'armature est mise en place lors de l'assemblage des éléments et est logée soit dans une rainure prévue à cet effet à la périphérie des éléments, soit dans des gaines ménagées à l'intérieur de ces derniers.
L'armature peut être mise aisément à l'abri des, agents de corrosion et de destruction par injection ou enro-
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bage à l'aide d'un matériau de protection approprié.
Les traverses obtenues peuvent être de deux types: a) les traverses élastiques composées de deux blo- ohets (un sous chaque rail) présentant chacun une résistance suffisante pour transmettre sans se briser la charge des roues au ballast et reliés entre eux par exemple par une pièce intermédiaire amincie. La surface d'appui de chaque blochet sur le ballast est prévue de manière à obtenir une @ répartition satisfaisante des charges roulantes sur le ballast.
Dans le cas de la traverse élastique, la sou- plesse des joints entre les éléments constitutifs est maintenue. b) les traverses rigides composées d'une seule pièce de résistance suffisante pour transmettre sans se briser la charge des roues au ballast.
On pourrait aussi constituer une traverse rigide composée de plusieurs éléments assemblés à condition de donner aux joints une raideur suffisante.
Les dessins ci-joints montrent à titre d'exemple comment le procédé, objet de l'invention, peut être réali- sé en pratique.
,Les figures 1, 2 et 3 représentent un premier exemple de réalisation de traverse exécutée par le premier mode de fabrication indiqué ci-dessus.
La figure 1 est une vue en élévation de cette traverse ; la figure 2 est une vue en plan correspondante et la figura 3 une coupe par la ligne A-A dans la fig. 1.
Les figures 4,5 et 6 montrent l'installation utilisée pour la confection de cette traverse. La figure 4 est une vue en élévation, la figure 5 une vue en plan et la figure 6 une coupe par la ligne B-B dans la figure 4.
Les figures 7 et 8 se rapportent à une variante de cette installation.
La figure 9 montre une traverse obtenue à l'aide de l'installation suivant les figures 7 et 8.
Les figures 10, 11 et-12 représentent un deuxième
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exemple de réalisation de traverse suivant l'invention, exé- cuté par le deuxième mode de fabrication. La figure 16 est une vue en élévation, la figure 11 une coupe par la ligne
C-C dans cette figure et la figure 12 une vue en plan.
La fig. 13 montre le dispositif de tension de l'armature utilisée dans le cas des figures 10, 11 et 12.
Les figures 14, 15 et 16 sont relatives à une va- riante d'exécution des traverses obtenues par le deuxième mode de fabrication. La figure 14 est une vue en élévation, la figure 15 une coupe par la ligne D-D dans la figure 14 et la figure 16 une vue en plan.
Les figures 17, 18 et 19 montrent les étapes suc- cessives de la fabrication d'une traverse suivant une mo- dification du procédé par moulage prealable d'éléments,
La figure 17 est une coupe par la ligne E-E dans la figure 18, qui représente en plan un élément de la tra- verse ; la figure 19 est une coupe par la ligne P-P dans la figure 18; la figure 20 est une vue de détail.
Les figures 21 à 29 montrent encore trois variai- tes de traverses obtenues à l'aide d'éléments moulés d'avance
Les figure 21, 24 et 27 sont des vues en élévation de la traverse, les figures 23, 26 et 29 des vues en plan et les figures 22, 25 et 28 des coupes par G-G, H-H et I-I respectivement dans les figures 21,24 et 27.
Les figures 30 à 33 sont relatives à un mode de fixation des rails aux traverses pouvant être utilisé avan- tageusement en cas d'utilisation de traversés suivant l'in- vention. La figure 30 est une vue en coupe de ce mode de , fixation et les figures 31 et 32 des coupes reppectivement par J-J et K-K dans la figure 30.
La figure 33 représente une variante de ce mode de fixation.
Les figures 34 à 42 montrent quelques sections de pièces en béton précontraint'pouvant également être obtenues à l'aide de l'invention.
Les figures 43 et 44 sont relatives au mode d'ob- tention de ces pièces à l'aide d'éléments moulés d'avance.
Les figures 45 et 46 sont relatives au mode d'ob- tention de ces pièces par placement et mise sous tension préa, lables de l'armature dans un moule avant le bétonnage.
A titre d'exemple de pièce en béton pouvant être
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obtenue à l'aide d'une armature en forme de boucle, on a représenté aux figures 1, 2 et 3 une traverse de chemin de fer composée de deux blochets 1 (un sous chaque rail) présentant chacun une résistance suffisante, pour transmettre sans se briser la charge des roues au ballast, et reliés entre eux par une pièce intermédiaire amincie 2. La surface d'appui de chaque blochet sur le ballast est prévue de manière à obtenir une répartition satisfaisante des charges roulantes sur le ballast. Cette traverse est munie d'une armature 3 en forme de boucle.
Cette traverse est du type "élastique" c'est-àdire que la souplesse des joints entre les éléments constitutifs est maintenue, par opposition à la traverse "rigide" composée d'une seule pièce de résistance suffisante pour transmettre, sans se briser, la charge des'roues au ballast.
Au lieu de réaliser la traverse élastique à l'aide de trois éléments, comme représenté aux figures 1,2 et 3, on pourrait aussi la former seulement au moyen de deux éléments : ilsuffit, en effet, dans ce cas d'adjoindre à chacun de deux blochets une membrure faisant corps avec lui et remplaçant la moitié de la longueur de la pièce intermédiaire 2.
Pour réaliser une traverse du type représenté aux figures 1, 2 et 3, on peut avoir recours à l'outillage représenté aux :Cigares 4, 5 et 6.
Cet outillage comprend deux poutrelles 4 juxta- ' posées qui viennent en contact par les extrémités de leurs ailes et qui forment le fond 5 d'un moule devant servir à la confeotion de la traverse.,
Ce fond de moule'porte trois ergots 6 sur lesquels s'engage une extrémité de l'armature 3 en forme de boucle. Cette armature comprend un seul ou plusieurs cercles et prend appui d'autre part sur trois ergots 7 qui sont solidaires d'un plateau mobile 8, solidaire de deux pièces 9 en forme de U (fig. 6) qui peuvent coulisser dans les creux extérieurs formés par les poutrelles 4. Ce mouvement de coulissement est commandé à l'intervention d'une
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vis 10 qui prend appui sur une traverse 11 située entre les âmes des poutrelles 4 et fixée à celles-ci par des boulons 12 avec écrous 13.
Sur cette vis 10 se trouve un écrou 14 qui agit sur les pièces 9 en U par l'intermédiaire de blocs 15 reliés aux pièces 9 par des boulons 16 avec écrous. La vis 10 se termine par une roue à cliquet 17 munie d'un dispositif à racagnac et permettant de produire la rotation de la vis 10, par exemple à l'aide d'une barre de fer.
L'armature 3 ayant été mise en place comme représenté, on lui applique un effort de traction à l'aide des moyens exposés ci-dessus (vis 10 - écrou 14 - blocs 15 - pièces 9 - plateau 8 - ergots 7), et l'on pose ensuite sur le fond 5 et le plateau 8 un coffrage latéral 18 ; puis, on coule le béton qui, est mis en place par un moyen de serrage connu : (vibration, pervibration, etc.). L'ensemble est alors abandonné jusqu'à la prise complète du béton laquelle peut d'ailleurs être activée artificiellement.
La traverse peut être moulée d'une pièce s'il s'agit d'un système rigide ou en plusieurs pièces s'il s'agit d'un système élastique. Dans ce dernier cas, on dispose dans le moule, lors du bétonnage; des joints plastiques aux endroits marques 19 à la figure 1. Le coffrage 18 peut avoir toute forme convenable, de manière à réaliser un profil quelconque pour la traverse.
Après prise du béton, la vis 10 est manoeuvrée dans le sens du desserrage; l'effort de traction qui a été appliqué à l'armature 3 est alors reporté sur le béton de la pièce tandis que le déplacement des pièces coulissantes 6 et du plateau 8 contribue au dégagement de la traverse par rapport aux ergots 6 et 7 grâce à la dépouille de leur forme judicieusement choisie. Les trous laissés par les ergots dans la pièce terminée peuvent être bouchés au mortier.Ils peuvent toutefois être laissés ouverts si l'on a eu soin d'interposer entre les ergots et l'armature une tôle inoxydable qui, emprisonnée dans le béton, protégera l'armature de tout contact avec l'extérieur.
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Les figures 7, 8 et 9 sont relatives à une variante du dispositif suivant les figures 4, 5 et 6 dans laquelle l'armature est composée de plusieurs fils et dans laquelle on prévoit des moyens qui permettent de'réaliser, outre la précontrainte longitudinale, une précontrainte transversale.
Les fils 20 en forme de boucles sont passés, d'une part, dans une demi-lune fixe 21 et d'autre part, dans une demi-luné mobile 22. Chaque demi-lune comporte un demi.... cercle 23 qui est'raidi par un diamètre 24 et qui est saisi par deux tirants 25 lesquels s'engagent dans des mordaches 26 réunies entré elles par des boulons 27.
A l'extrémité fixe, ces mordaches portent sur une potence 28 fixée par exemple par des rivets 29 aux poutrelles 4 formant le fond du moule de la même manière que décrit à propos des figures 4, 5 et 6. A 1,'extrémité mobile, les mordaches 26 portent sur deux cornières verticales 30 reliées à deuX potences 31 portées chacune par une pièce coulissante 9 en forme de U. Les pièces 9 sontac- tionnées tout comme dans le cas des figures 4,5 et 6 à l'aide d'une vis 10 portant un écrou 14.
La précontrainte transversale est obtenue en prévoyant deux ergots supplémentaires 32 solidaires du fond du moule qui ne se trouvent pas sur l'axe longitudinal de l'armature et qui permettent d'écarter, par exemple dans la région centrale, les brins longitudinaux des cercles de' l'armature.
Une fois l'armature tendue, on met en place le coffrage latéral et on coule le béton. Après la prise complè- te du béton, on relâche le dispositif de traction et on seotionne les tirants 25 au ras de la surface de la pièce.
La figure 9 montre une traverse obtenue par le dispositif décrit aux figures 7 et 8 et possédant une armature 20 qui est disposée comme représenté. Des creux peuvent être prévus en 33 afin d'alléger la pièce.
, On peut également fabriquer d'avance par moulage les éléments de la traverse et, dans ce cas, l'armature est mise en place lors de l'assemblage des éléments en
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béton et elle est logée soit dans une gaine ménagée à l'intérieur de ces éléments, soit dans une rainure prévue à cet effet à la périphérie de la traverse.
Les figures 10, 11 et 12 sont relatives à une traverse du type élastique en trois pièces fabriquée de cette manière. Dans ce cas, on moule d'avance deux blochets 34 et une pièce centrale 35 et l'armature 36 en forme d'anneau allongé est logée dans un épaulement 37 ménagé sur la face latérale des blochets 34.
L'armature ayant été préparée, on y engage les deux blochets 34 et l'on prévoit dans ceux-ci une gorge 38 (fig. 12) destinée à recevoir la traverse 39 d'un dispositif de traction 40 (fig.13).
L'application de l'effort de traction amène l'allongement correspondant de l'armature 36 et un écartement des blochets 34 dont on profite pour y insérer la pièce centrale 35; la longueur de cette pièce a été prévue en conséquence. Dès lors, on peut relâcher le dispositif de traction. Au lieu d'intercaler une pièce intermédiaire 35 moulée d'avance, on pourrait évidemment remplir l'intervalle de béton frais.
L'armature 36 peut être protégée par l'emploi d'un matériau quelconque connu, une peinture par exemple.
Les figures 14, 15 et 16 sont relatives à une variante dans laquelle on relève le niveau de la face inférieure de la pièce centrale 35 par rapport à la face inférieure des blochets 34; l'armature 36 se place alors à la partie supérieure de la traverse, ce qui favorise la précontrainte du béton dans la z8ne des attaches du rail. On peut éventuellement prévoir une armature complémentaire 41 à la partie inférieure des blochets 34.
Aux figures 17, 18,19, 20, on a montré une autre méthode de fabrication d'une traverse par moulage préalable des éléments et application subséquente de la précontrainte.
La traverse est, dans ce cas, de section rectangulaire constante sur toute sa longueur et est constituée par l'assemblage de deux éléments semblables 42 et 43 qui sont placés dans le prolongement l'un de l'autré et qui sont munis de saillies 44 par lesquelles ils s'articulent entre eux.
Chaque élément possède deux rainures rectilignes 45 qui s'étendent parallèlement aux bords correspondant à la plus gran-
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de dimension de l'élément et à proximité de ces bords et qui sont raccordées par une rainure de forme courbe 46. Ces rainures servent au logement de l'armature métallique 47-
Comme montré par la figure 17, on place tout d'abord les deux éléments dans la position relative indiquée, c'est-à-dire que l'un des éléments (42) repose sur le sol ou un autre support, tandis que l'autre élément (43) forme un certain angle ; puis, on engage l'armature 47 dans les creux 45-46, de telle manière que les extrémités de la boucle s'introduisent jusqu'au fond des courbes 46.
Ensuite, on exerce'un même effort P aux deux extrémités de la traverse et l'élément 43 vient occuper la position indiquée à la,figure 19 qui montre donc les deux demi-traverses et l'armature dans leur position définitive.
Les cavités 471 formées à l'articulation des élé- ments 42 et 43 sont remplies de ciment afin de maintenir les demi-traverses dans cette position. Les rainures 45 et les encoches 46 sont également bourrées de ciment. Après le durcissement complet du ciment de la charnière, les charges P sont enlevées.
Le fond des.rainures 45 est cintré dans le plan vertical (fig. 19) de telle façon que l'armature 47 qui s'y trouve engagée présente dans la phase finale de la fabrication une courbure convexe vers le haut. Cette dispo- sition a pour but de comprimer excentriquement les sections médiane et extrêmes de la traverse en déterminant ainsi par ces actions des tensions internes initiales de sens opposé à celles qu'elles subiront lors de la mise en service.
Pour obtenir un effort de compression constant dans toutes lestraverses sous l'action des charges P, il faut que dans la phase représentée à la figure 17, l'angle formé par les deux demi-traverses 42 et 43 soit également constant.
On peut remédier aux irrégularités de fabrication des éléments en béton et des anneaux métalliques en disposant à l'intérieur de la charnière une fourrure 48 (fig.20) dont l'épaisseur est appropriée à chaque cas.
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Le procédé exposé à l'aide des figures 17 à 20 est applicable également à une traverse composée de deux blochets et d'une pièce intermédiaire.
Les figures 21 à 26 représentent deux variantes de traverses formées dé deux blochets 50 e d'une pièce intermédiaire 51 en béton moulé d'avance, réunis avec interposition de joints 52 au mortier de ciment ou en une matière plastique convenable.
Les éléments 50-51 comprennent chacun deux gaînes 53 qui sont dimensionnées de façon à. servir de logement à l'armature d'assemblage et de précontrainte des éléments constitutifs de la traverse.
Cette armature peut être réalisée (fig. 21, 22,23) à l'aide d'un câble composé de plusieurs fils d'acier à haute résistance et ] limite élastique élevée et s'enroulant, en son milieu sur le fond semi-circulaire 54 d'un logement 55 ménagé à l'une des extrémités de l'un des blochets 50, les deux bouts libres de ce câble sont ancrés dans des encoches trapézoidales formées dans une pièce d'appui 56 en acier ou en béton qui se trouve au fond d'un logement 57 ménagé à l'extrémité de l'autre blochet.
La pièce d'appui 56 peut être noyée dans le béton au moment du moulage du blochet. 'Elle peut aussi être simplement posée lors de l'assemblage, dans le fond de son logement.
Les fils d'acier contenus dans les gaines 53 et la pièce 56 uonstituent donc dans leur ensemble une armature en forme de cadre.
Lors de l'exécution pratique du procédé, les fils du câble disposés en une seule nappe verticale sur le fond 54 sont ensuite classés par paires étagées à la pièced'appui 56 (voir 58, fig. 22). Les deux paires de chaque étage sont successivement saisies par l'attelage d'un dispositif de traction qui prend appui sur l'extrémité de la pièce. Après avoir appliqué sur les quatre fils l'effort de traction voulu, on les bloque par des cales en forme de coins. Les différents fils composant le câble sont écartés l'un de l'autre, de manière à assurer l'enrobage parfait de chacun d'eux par le matériau de protection injecté.
L'armature peut aussi être réalisée (fig. 24-26) en cas d'emploi d'acier doux, demi-dur ou dur, par une Tsar-
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re unique 59 de section convenable ayant la même forme que l'armature décrite à propos des figures 21, 22 et 23. Cette barre unique est terminée à ses deux bouts libres par une partie renflée et filetée 60. Cette armature se loge dans les gaines 53 des éléments de la traverse; sa partie bouclée prend appui sur le fond semi-circulaire 54 du logement 55 et ses deux bouts libres passent au travers de deux trous ménagés dans la pièce d'appui 56.
L'effort de traction voulu est obtenu par le serrage d'écrous 61 prenant appui contre le bloc 56. Ces écrous sont bloqués par des contre-écrous 61'.
' La grandeur de l'effort de précontrainte appliquée se contrôle par la mesure de l'allongement élastique de la barre 59.
A l'achèvement des opérations d'assemblage, un matériau de protection est injecté dans les gaines 53 et les logements extrêmes 55 et 57 de façèn à les remplir compiétement' soit d'un mortier de ciment de qualité appropriée, soit d'un béton fin de granulométrie convenable, soit de toute autre matière plastique, dont la composition sera étudiée de manière à lui assurer un coefficient de retrait négligeable. Une bonne compacité peut lui être donnée par un serrage énergique lors de sa mise en place.
Les figures 27, 28 et 29 montrent une variante de la forme d'exécution suivant les'figures 24-26 dans laquelle l'armature comprend deux barres 59 de section convenable logées dans les deux gaines'41 de la traverse. Chaque barre est terminée à chacune de ses extrémités par une partie renflée et filetée 60 qui passe au travers de trous ménagés dans une pièce d'appui 56 prévue à chaque.extrémité de la traverse. L'effort de traction voulu est obtenu par le serrage des écrous 61 et des contre-écrous 61'.
Dans tous les exemples traités ci-dessus, il suffirait, pour obtenir une précontrainte transversale de la traverse, de donner une courbure convexe aux brins rectilignes de l'armature, en recourant aux moyens décrits à propos des figures 7, 8 et 9.
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La fixation des rails sur la traverse peut se faire par des moyens quelconques appropriés connus ou non.
Les figures 30, 31 et 32 représentent un mode d'attache pour traverses destinées à des voies principales à trafic lourd et utilisant des crapauds et des boulons serrés avec interposition de rondelles élastiques doubles.
Cette attache permet en outre de poser une voie déterminée à écartement normal, avec des écartements différents au passage en courbe, en n'utilisant qu'un seul type standard de traverse.
Cette attaché comporte deux butées métalliques 62 en acier, solidement encastrées dans le béton au moment de son moulage. Ces butées servent d'appui latéral à un jeu de crapauds 63 et 64 retenus chacun par un boulon 65 muni d'une tête rectangulaire en marteau 66 butant, à la suite d'une rotation d'un quart de tour, contre deux épaulements 67 (fig. 31) formés dans une cavité de la face inférieure de la traverse. Vers le haut, la tête 66 prend appui sur deux renforts 68 en tôle noyés dans le béton.
Les crapauds 63 et 64 portent des épaulements inférieurs 631 et 641 qui prennent appui contre les rebords 62 et des épaulements 632 et 642 qui s'appuient contre le patin 651 du rail de façon à caler ce dernier en sa posi- tion définitive. La largeur de ces épaulements étant différente pour le crapaud 63 et pour le crapaud 64, il suffit de permuter ces deux crapauds pour déplacer latéralement la position du rail et obtenir le surécartement en courbe. Les crapauds reposent sur la butée 62 et le patin 651 du rail et leur serrage est assuré avec l'interposition d'une rondelle double Grower 69. Une assise en bois dur 70 est interposée entre la traverse et le rail.
La figure 33 représente un mode d'attache pour traverses destinées à des voies secondaires soumises à des conditions moins lourdes de trafic. Il consiste en deux blochets de bois dur 71 de forme pyramidale pour assurer un serrage énergique des tirefonds 72 et logés dans deux trous réservés dans la traverse lors du bétonnage.
Ils présentent des rebords 73 formés par des en-
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coches de largeurs différentes, de manière à permettre par simple permutation la pose en courbe avec surécartement des rails. Le patin du rail se bloque par serrage des deux tirefonds 72 contre l'un des rebords 73 à l'aide des tirefonds 72. '
Dans ce qui précède, on a considéré l'application de l'invention aux traverses de chemin de fer.
L'invention peut toutefois être utilisée en recourant en principe aux moyens décrits ci-dessus en vue de la fabrication d'autres pièces ayant une forme allongée comme par exemple de pièces ayant la forme représentée aux figures 34, 35 et 36..
On peut toutefois obtenir aussi des pièces ayant une forme moins allongée en prévoyant une mise en tension d'armature'en forme d'anneau ou de cadre dans laquelle les points d'application de l'effort de traction nécessaire sont multipliés et sont situés aux sommets des,angles de cadres ayant par exemple une forme polygonale. On a représenté aux figures 37 à 42 quelques sections de pièces de ce type (carré,circulaire, 'triangle, polygone, etc.).
Comme montré par les figures 43 et 44, la pièce à fabriquer peut être .divisée en un certain nombre de secteurs 75 moulés d'avance et séparés par des joints 76. L'armature 77 de forme circulaire est mise en place extérieurement à la façon d'un bandage de roue. La mise en tension de l'armature se, fait par l'enfoncement d'un coin central 78 qui agit sur chaque secteur 75 par l'intermédiaire d'une fourrure 79. On mesure l'allongement de l'armature 77 afin de contrôler la tension atteinte et on lute les joints 76 au moyen de mortier de ciment. Après durcissement de celui-ci, on enlève le coin 78 et les fourrures 79 et on achève la pièce par bétonnage de sa partie centrale.
On peut aussi (fig. 45 et 46) mettre l'armature en tension avant le bétonnage de la pièce. L'armature 77 est alors saisie par un certain nombre d'ergots 80 passant au travers de fenêtres.81 pratiquées dans un plateau 82 formant fond de moule. La mise en tension s'obtient en'
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écartant simultanément tous les ergots 80, par exemple par l'action d'une vis centrale 83 et d'un écrou 84 relié par des bielles 85 au culot 86 des ergots 80. On dispose ensuite sur le fond 82 un coffrage 87 pour permettre le bétonnage de la pièce. Apres durcissement du béton, on procède au démoulage. Le dégagement des ergots 86 est facilité par une dépouille appropriée.
Si l'on considère l'invention dans son application à une traverse de chemin de fer, on comprend aisément que l'avantage essentiel est que la précontrainte longitudinale est obtenue dans toute la longueur de la traverse et que, d'autre part, la précontrainte transversale peut être réalisée d'une manière directe et très aisée à l'endroit des attaches du rail et sans recourir à une pièce ou à un dispositif spécial.
D'une manière générale, les avantages de l'invention peuvent être résumés comme suit :
1 ) La précontrainte d'une pièce suivant plusieurs directions se trouvant dans un même plan, peut être obtenue aisément.
, 2 ) La pose ou l'enfilage des barres ou fils de précontrainte et leur mise en tension sont facilitées.
3 ) La qualité du béton déjà améliorée par la mise en oeuvre des moyens les plus modernes de fabrication et de mise en place, n'est pas altérée par la présence de dispositifs de fixation des armatures encombrant le moule au moment du bétonnage.
4 ) Dans le cas de la traverse composée de trois éléments, chacun de ceux-ci est d'un poids moindre et d'une forme moins compliquée que l'ensemble de la pièce, ce qui permet l'organisation d'une fabrication en grande série à des conditions économiques de moulage, de manutention et de stockage.
5 ) Dans le cas de barres à bouts filetés, la mise en tension s'obtient à l'aide du dispositif de fixation lui-même, sans qu'il soit nécessaire de faire intervenir un appareil provisoire quelconque. Lorsque ces barres sont en acier doux, la précontrainte peut être relevée à la valeur voulue en resserrant les écrous.
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Process for manufacturing railway sleepers and other prestressed concrete parts and parts obtained by the process.
The present invention relates to a process for manufacturing prestressed concrete parts such as railway sleepers, slabs, elements used for forming piles, columns, etc., and to parts obtained using the process.
The main aims of the invention are:
1) to simplify as well as completely eliminate the fixing devices for wires or reinforcing bars, so as to allow a faster and more economical performance of the prestressing operations;
2) to make it possible to easily obtain the prestressing of the part in two or more directions in the same plane.
3) to allow the mass production of these parts using simple means and at a moderate cost.
4) In the case of railway sleepers, improve the rail fastening device.
The method is characterized essentially by the use of a reinforcement in the form of a loop, frame or ring, which makes it possible to simplify, reduce or even completely eliminate the fixing devices at the ends of the bars or wires, while making the prestressing of the following part easily achievable @
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two main directions or even following several directions converging towards the center of the room and located in the same plane.
The reinforcement can include one or more layers of wires or bars of appropriate cross section. The application of a tensile force at one or more points of the reinforcement ensures the tensioning of the entire reinforcement; force is then transferred to the material constituting the part so as to ensure complete prestressing, both longitudinal and transverse, if necessary.
In the practical embodiment of the invention, when it is applied to railway sleepers, two main modes of manufacture can be distinguished:
19) the cross member is concreted in a mold where the reinforcement has been previously placed and put under tension. In this case, the protection of the reinforcement is provided by the concrete itself constituting the cross member.
During the execution of a crosspiece by this method, the reinforcement in the form of a loop can be placed so that it takes at one end on pins fixed to a support which is to constitute the bottom of a mold and by the the other end on lugs fixed on a plate mounted on an assembly which can slide relative to the support of the mold; sliding of this assembly has the effect of producing a tensile force on the reinforcement, after which a formwork of suitable shape is placed on the mold base and on the movable plate and the concrete is poured. We abandon the whole until complete setting of the concrete and we determine at this moment the release of the tensile force applied to the reinforcement which is transferred to the concrete.
2) Separate pre-molded concrete elements are used and the reinforcement is placed during the assembly of the elements and is housed either in a groove provided for this purpose at the periphery of the elements, or in sheaths formed inside the latter.
The reinforcement can be easily protected from corrosion and destruction agents by injection or coating.
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bage using an appropriate protective material.
The sleepers obtained can be of two types: a) elastic sleepers made up of two blocks (one under each rail) each having sufficient resistance to transmit the load from the wheels to the ballast without breaking and linked together for example by a thinned intermediate piece. The bearing surface of each block on the ballast is provided so as to obtain a satisfactory distribution of the rolling loads on the ballast.
In the case of the elastic cross member, the flexibility of the joints between the constituent elements is maintained. (b) rigid sleepers composed of a single piece of sufficient strength to transmit the load from the wheels to the ballast without breaking.
One could also constitute a rigid cross member composed of several assembled elements provided that the joints are given sufficient stiffness.
The accompanying drawings show by way of example how the process which is the subject of the invention can be carried out in practice.
, Figures 1, 2 and 3 show a first embodiment of a crosspiece executed by the first mode of manufacture indicated above.
Figure 1 is an elevational view of this cross member; Figure 2 is a corresponding plan view and Figure 3 a section taken along the line A-A in fig. 1.
Figures 4, 5 and 6 show the installation used for making this cross member. Figure 4 is an elevational view, Figure 5 a plan view and Figure 6 a section through the line B-B in Figure 4.
Figures 7 and 8 relate to a variant of this installation.
Figure 9 shows a crosspiece obtained using the installation according to Figures 7 and 8.
Figures 10, 11 and-12 show a second
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embodiment of a cross member according to the invention, carried out by the second mode of manufacture. Figure 16 is an elevational view, Figure 11 a section through the line
C-C in this figure and Figure 12 a plan view.
Fig. 13 shows the tensioning device of the armature used in the case of figures 10, 11 and 12.
FIGS. 14, 15 and 16 relate to an alternative embodiment of the sleepers obtained by the second mode of manufacture. Figure 14 is an elevational view, Figure 15 a section through line D-D in Figure 14 and Figure 16 a plan view.
Figures 17, 18 and 19 show the successive steps in the manufacture of a cross member according to a modification of the process by prior molding of elements,
Figure 17 is a section taken on the line E-E in Figure 18, showing in plan a member of the sleeper; Figure 19 is a section through the line P-P in Figure 18; Figure 20 is a detail view.
Figures 21 to 29 show three more variations of sleepers obtained using pre-molded elements.
Figures 21, 24 and 27 are elevational views of the cross member, Figures 23, 26 and 29 are plan views and Figures 22, 25 and 28 are cross-sections by GG, HH and II respectively in Figures 21,24 and 27.
FIGS. 30 to 33 relate to a method of fixing the rails to the sleepers which can be used advantageously when using sleepers according to the invention. Figure 30 is a sectional view of this method of fixing and Figures 31 and 32 of sections respectively through J-J and K-K in Figure 30.
FIG. 33 represents a variant of this method of fixing.
Figures 34 to 42 show some sections of prestressed concrete parts that can also be obtained using the invention.
FIGS. 43 and 44 relate to the method of obtaining these parts using elements molded in advance.
FIGS. 45 and 46 relate to the method of obtaining these parts by placing and pre-tensioning the reinforcement in a mold before concreting.
As an example of a concrete part that can be
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obtained using a loop-shaped reinforcement, there is shown in Figures 1, 2 and 3 a railway sleeper composed of two blocks 1 (one under each rail) each having sufficient strength, to transmit without break the load of the wheels to the ballast, and interconnected by a thinned intermediate part 2. The bearing surface of each block on the ballast is provided so as to obtain a satisfactory distribution of the rolling loads on the ballast. This crosspiece is provided with a frame 3 in the form of a loop.
This cross member is of the "elastic" type, that is to say that the flexibility of the joints between the constituent elements is maintained, as opposed to the "rigid" cross member composed of a single piece of sufficient strength to transmit, without breaking, the ballast wheel load.
Instead of making the elastic cross member using three elements, as shown in Figures 1, 2 and 3, it could also be formed using only two elements: in this case, it suffices to add to each of two blocks, a frame forming one unit with it and replacing half the length of the intermediate piece 2.
To achieve a crosspiece of the type shown in Figures 1, 2 and 3, one can have recourse to the tool shown in: Cigars 4, 5 and 6.
This tool comprises two beams 4 juxta- 'posed which come into contact by the ends of their wings and which form the bottom 5 of a mold to be used for the confeotion of the cross member.
This mold base carries three lugs 6 on which engages one end of the frame 3 in the form of a loop. This frame comprises one or more circles and is supported on the other hand on three pins 7 which are integral with a movable plate 8, integral with two U-shaped parts 9 (fig. 6) which can slide in the external hollows. formed by the beams 4. This sliding movement is controlled by the intervention of a
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screw 10 which rests on a cross member 11 located between the webs of the beams 4 and fixed to them by bolts 12 with nuts 13.
On this screw 10 is a nut 14 which acts on the U-shaped parts 9 by means of blocks 15 connected to the parts 9 by bolts 16 with nuts. The screw 10 ends with a ratchet wheel 17 provided with a racagnac device and making it possible to produce the rotation of the screw 10, for example using an iron bar.
The frame 3 having been put in place as shown, a tensile force is applied to it using the means described above (screw 10 - nut 14 - blocks 15 - parts 9 - plate 8 - lugs 7), and a side formwork 18 is then placed on the bottom 5 and the plate 8; then, the concrete is poured which is put in place by a known clamping means: (vibration, pervibration, etc.). The whole is then abandoned until the concrete has completely set, which can also be activated artificially.
The crossmember can be molded in one piece if it is a rigid system or in several pieces if it is an elastic system. In the latter case, it is placed in the mold, during concreting; plastic joints at the locations marked 19 in FIG. 1. The formwork 18 can have any suitable shape, so as to produce any profile for the cross member.
After setting the concrete, the screw 10 is operated in the direction of loosening; the tensile force which was applied to the reinforcement 3 is then transferred to the concrete of the part while the movement of the sliding parts 6 and of the plate 8 contributes to the clearance of the cross member with respect to the pins 6 and 7 thanks to the skin of their carefully chosen form. The holes left by the pins in the finished part can be filled with mortar, but they can be left open if care has been taken to interpose between the pins and the reinforcement a stainless steel sheet which, trapped in the concrete, will protect the frame from any contact with the exterior.
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Figures 7, 8 and 9 relate to a variant of the device according to Figures 4, 5 and 6 in which the reinforcement is composed of several wires and in which means are provided which make it possible to carry out, in addition to the longitudinal prestressing, a transverse prestressing.
The son 20 in the form of loops are passed, on the one hand, in a fixed half-moon 21 and on the other hand, in a mobile half-moon 22. Each half-moon has a half ... circle 23 which est'raidi by a diameter 24 and which is gripped by two tie rods 25 which engage in jaws 26 joined together by bolts 27.
At the fixed end, these jaws bear on a bracket 28 fixed for example by rivets 29 to the beams 4 forming the bottom of the mold in the same way as described with regard to Figures 4, 5 and 6. A 1, the mobile end , the jaws 26 bear on two vertical angles 30 connected to two brackets 31 each carried by a sliding part 9 in the form of a U. The parts 9 are actuated just as in the case of FIGS. 4, 5 and 6 using 'a screw 10 carrying a nut 14.
The transverse prestressing is obtained by providing two additional pins 32 integral with the bottom of the mold which are not located on the longitudinal axis of the reinforcement and which make it possible to separate, for example in the central region, the longitudinal strands of the circles of 'the frame.
Once the reinforcement is tensioned, the side formwork is put in place and the concrete is poured. After the concrete has set completely, the pulling device is released and the tie rods 25 are set flush with the surface of the workpiece.
FIG. 9 shows a crosspiece obtained by the device described in FIGS. 7 and 8 and having a frame 20 which is arranged as shown. Hollows can be provided at 33 in order to lighten the part.
, One can also manufacture in advance by molding the elements of the cross member and, in this case, the reinforcement is put in place during the assembly of the elements in
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concrete and it is housed either in a sheath formed inside these elements, or in a groove provided for this purpose at the periphery of the cross member.
Figures 10, 11 and 12 relate to a three-piece elastic-type cross member made in this way. In this case, two blocks 34 and a central part 35 are molded in advance and the frame 36 in the form of an elongated ring is housed in a shoulder 37 provided on the lateral face of the blocks 34.
The frame having been prepared, the two blocks 34 are engaged therein and a groove 38 (FIG. 12) intended to receive the cross member 39 of a traction device 40 (FIG. 13) is provided therein.
The application of the tensile force causes the corresponding elongation of the frame 36 and a spacing of the blocks 34 which is used to insert the central part 35 therein; the length of this piece has been planned accordingly. From then on, the traction device can be released. Instead of inserting a pre-cast intermediate piece 35, the gap could of course be filled with fresh concrete.
The frame 36 can be protected by the use of any known material, for example paint.
FIGS. 14, 15 and 16 relate to a variant in which the level of the lower face of the central part 35 is raised relative to the lower face of the blocks 34; the reinforcement 36 is then placed at the upper part of the cross member, which promotes the prestressing of the concrete in the z8ne of the rail fasteners. It is optionally possible to provide a complementary reinforcement 41 at the lower part of the blocks 34.
In FIGS. 17, 18, 19, 20, another method of manufacturing a cross member has been shown by prior molding of the elements and subsequent application of the prestressing.
The crosspiece is, in this case, of constant rectangular section over its entire length and is formed by the assembly of two similar elements 42 and 43 which are placed in the extension of one another and which are provided with projections 44 by which they are articulated among themselves.
Each element has two rectilinear grooves 45 which extend parallel to the edges corresponding to the largest.
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dimension of the element and close to these edges and which are connected by a curved groove 46. These grooves serve to accommodate the metal frame 47-
As shown in Figure 17, the two elements are first placed in the relative position shown, i.e. one of the elements (42) rests on the floor or other support, while the the other element (43) forms a certain angle; then, the reinforcement 47 is engaged in the hollows 45-46, so that the ends of the loop are introduced to the bottom of the curves 46.
Then, the same force P is exerted at both ends of the cross member and the element 43 comes to occupy the position indicated in FIG. 19 which therefore shows the two half-cross members and the reinforcement in their final position.
The cavities 471 formed at the articulation of the elements 42 and 43 are filled with cement in order to maintain the half-sleepers in this position. The grooves 45 and the notches 46 are also stuffed with cement. After the cement of the hinge has completely hardened, the P fillers are removed.
The bottom des.rainures 45 is bent in the vertical plane (Fig. 19) so that the frame 47 which is engaged therein has in the final phase of manufacture a convex curvature upwards. The purpose of this arrangement is to eccentrically compress the middle and end sections of the cross member, thus determining by these actions initial internal stresses in the opposite direction to those which they will undergo during commissioning.
To obtain a constant compressive force in all the transverse under the action of the loads P, it is necessary that in the phase represented in FIG. 17, the angle formed by the two half-sleepers 42 and 43 is also constant.
The manufacturing irregularities of the concrete elements and metal rings can be remedied by placing a sleeve 48 (fig. 20) inside the hinge, the thickness of which is appropriate for each case.
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The method explained with the aid of FIGS. 17 to 20 is also applicable to a cross member composed of two blocks and an intermediate piece.
Figures 21 to 26 show two variants of cross members formed of two blocks 50 e of an intermediate part 51 of concrete molded in advance, joined together with the interposition of joints 52 with cement mortar or a suitable plastic material.
The elements 50-51 each include two sheaths 53 which are dimensioned so as to. serve as a housing for the assembly reinforcement and as a prestressing element for the cross member.
This reinforcement can be produced (fig. 21, 22,23) using a cable made up of several high-strength steel wires and] high elastic limit and winding, in its middle on the semi-base. circular 54 of a housing 55 formed at one end of one of the blocks 50, the two free ends of this cable are anchored in trapezoidal notches formed in a support piece 56 of steel or concrete which is found at the bottom of a housing 57 provided at the end of the other block.
The support piece 56 can be embedded in the concrete when the block is molded. 'It can also be simply placed during assembly, in the bottom of its housing.
The steel wires contained in the sheaths 53 and the part 56 therefore together constitute a frame-shaped reinforcement.
During the practical execution of the method, the wires of the cable arranged in a single vertical sheet on the bottom 54 are then classified in stepped pairs at the support piece 56 (see 58, fig. 22). The two pairs of each stage are successively grasped by the coupling of a traction device which rests on the end of the part. After applying the desired tensile force to the four wires, they are blocked by wedge-shaped wedges. The different wires making up the cable are spaced apart from each other, so as to ensure the perfect coating of each of them by the injected protective material.
The reinforcement can also be produced (fig. 24-26) when using mild, semi-hard or hard steel, by a Tsar-
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re single 59 of suitable section having the same shape as the frame described with reference to Figures 21, 22 and 23. This single bar is terminated at its two free ends by a swollen and threaded portion 60. This frame is housed in the sheaths 53 elements of the cross member; its looped part bears on the semi-circular bottom 54 of the housing 55 and its two free ends pass through two holes made in the support part 56.
The desired tensile force is obtained by tightening nuts 61 bearing against block 56. These nuts are blocked by locknuts 61 '.
The magnitude of the applied prestressing force is controlled by measuring the elastic elongation of the bar 59.
At the end of the assembly operations, a protective material is injected into the sheaths 53 and the end housings 55 and 57 so as to fill them completely either with a cement mortar of suitable quality or with concrete. end of suitable particle size, or any other plastic material, the composition of which will be studied so as to ensure a negligible shrinkage coefficient. Good compactness can be given to it by vigorous tightening during its installation.
Figures 27, 28 and 29 show a variant of the embodiment according to les'figures 24-26 in which the frame comprises two bars 59 of suitable section housed in the two sheaths'41 of the cross member. Each bar is terminated at each of its ends by a swollen and threaded portion 60 which passes through holes made in a support piece 56 provided at each end of the cross member. The desired tensile force is obtained by tightening the nuts 61 and the locknuts 61 '.
In all the examples discussed above, it would suffice, to obtain a transverse prestressing of the cross member, to give a convex curvature to the rectilinear strands of the reinforcement, using the means described in connection with FIGS. 7, 8 and 9.
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The rails can be fixed to the crossmember by any suitable means known or not.
Figures 30, 31 and 32 show a method of attachment for sleepers intended for main tracks with heavy traffic and using clamps and bolts tightened with the interposition of double spring washers.
This attachment also makes it possible to lay a determined track at normal gauge, with different spacings when passing through a curve, using only one standard type of cross member.
This attachment comprises two metal stops 62 made of steel, firmly embedded in the concrete at the time of its molding. These stops serve as a lateral support for a set of clips 63 and 64 each retained by a bolt 65 provided with a rectangular hammer head 66 butting, following a rotation of a quarter turn, against two shoulders 67 (fig. 31) formed in a cavity on the underside of the cross member. Upwards, the head 66 rests on two reinforcements 68 made of sheet metal embedded in the concrete.
The toads 63 and 64 have lower shoulders 631 and 641 which bear against the flanges 62 and shoulders 632 and 642 which bear against the shoe 651 of the rail so as to wedge the latter in its final position. The width of these shoulders being different for the toad 63 and for the toad 64, it suffices to swap these two toads to move the position of the rail laterally and obtain the extra spacing in the curve. The toads rest on the stop 62 and the shoe 651 of the rail and their tightening is ensured by the interposition of a double Grower 69 washer. A hardwood base 70 is interposed between the cross member and the rail.
FIG. 33 represents a method of attachment for sleepers intended for secondary tracks subjected to less heavy traffic conditions. It consists of two hardwood blocks 71 of pyramidal shape to ensure energetic tightening of the lag screws 72 and housed in two holes reserved in the cross member during concreting.
They have flanges 73 formed by inter-
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notches of different widths, so as to allow by simple permutation the installation in curve with extra gauge of the rails. The rail shoe is blocked by tightening the two lag bolts 72 against one of the edges 73 using lag bolts 72. '
In the foregoing, the application of the invention to railway sleepers has been considered.
The invention can however be used by resorting in principle to the means described above for the manufacture of other parts having an elongated shape such as for example parts having the shape shown in Figures 34, 35 and 36 ..
However, it is also possible to obtain parts having a less elongated shape by providing a reinforcement in the form of a ring or a frame in which the points of application of the necessary tensile force are multiplied and are located at the ends. vertices of the angles of frames having for example a polygonal shape. There is shown in Figures 37 to 42 some sections of parts of this type (square, circular, 'triangle, polygon, etc.).
As shown in Figures 43 and 44, the part to be manufactured can be divided into a number of sectors 75 molded in advance and separated by joints 76. The frame 77 of circular shape is placed externally in the manner. a wheel tire. The reinforcement is put under tension by the depression of a central wedge 78 which acts on each sector 75 by means of a sleeve 79. The elongation of the reinforcement 77 is measured in order to control the tension reached and the joints 76 are wiped out using cement mortar. After hardening thereof, the wedge 78 and the furring 79 are removed and the part is completed by concreting its central part.
It is also possible (fig. 45 and 46) to put the reinforcement in tension before the concreting of the part. The frame 77 is then gripped by a number of lugs 80 passing through windows 81 made in a plate 82 forming the mold base. The tensioning is obtained by '
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simultaneously separating all the lugs 80, for example by the action of a central screw 83 and a nut 84 connected by connecting rods 85 to the base 86 of the lugs 80. A formwork 87 is then placed on the bottom 82 to allow the concreting of the part. After the concrete has hardened, the mold is removed. The release of the pins 86 is facilitated by an appropriate draft.
If we consider the invention in its application to a railway sleeper, it will easily be understood that the essential advantage is that the longitudinal prestress is obtained throughout the length of the sleeper and that, on the other hand, the Transverse prestressing can be achieved directly and very easily at the location of the rail fasteners and without resorting to a special part or device.
In general, the advantages of the invention can be summarized as follows:
1) The prestressing of a part along several directions lying in the same plane can be easily obtained.
, 2) The installation or threading of the bars or prestressing wires and their tensioning are facilitated.
3) The quality of the concrete, already improved by the use of the most modern means of manufacture and installation, is not affected by the presence of reinforcement fixing devices encumbering the mold at the time of concreting.
4) In the case of the cross member composed of three elements, each of these is of less weight and of a less complicated shape than the whole of the part, which allows the organization of a production in large series at economical conditions of molding, handling and storage.
5) In the case of bars with threaded ends, tensioning is obtained using the fixing device itself, without it being necessary to involve any temporary device. When these bars are made of mild steel, the preload can be raised to the desired value by tightening the nuts.