ITAR20000024A1

ITAR20000024A1 - PROCEDURE FOR THE CONSTRUCTION OF VIBRATOPOST-TENSION REINFORCED CONCRETE BEAMS AND THESE BEAMS.

Info

Publication number: ITAR20000024A1
Application number: IT2000AR000024A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Margaritelli; Eugenio Lucheroni
Original assignee: Margaritelli Italia S P A; Plan S R L
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2001-12-02

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Il trovato concerne il procedimento per la costruzione di traverse in calcestruzzo armato post-teso e le traverse con tale procedimento ottenute, queste ultime adatte per essere utilizzate nel campo ferroviario e tranviario, con le quali collegare trasversalmente due o più file di rotaie e ripartire i carichi mobili sulla massicciata su cui sono posizionate. The invention relates to the process for the construction of post-tensioned reinforced concrete sleepers and the sleepers obtained with this procedure, the latter suitable for use in the railway and tramway field, with which to transversely connect two or more rows of rails and divide the moving loads on the ballast on which they are positioned.

Sono conosciute traverse in calcestrzzo armato, alcune con armatura pre-tesa, altre con armatura post-tesa. Le prime recano fili metallici di armatura lisci ancorati alle estremità su piastre metalliche tramite la loro rifollatura o ribatittura. Siffatta armatura é posizionata entro ima robusta cassaforma di acciaio, quindi sottoposta a trazione. E' poi colato il calcestruzzo che viene compattato sottoponendo per un intervallo di tempo la cassaforma a vibrazione. Raggiunta la solidificazione con resistenza a sollecitazione prestabilita, lo sforzo di precompressione é trasferito dalla cassaforma al manufatto, in modo da consentire la separazione del prodotto dalla cassaforma che lo contiene, quindi permettere un nuovo utilizzo di quest’ultima. Il prodotto viene poi ultimato con la stuccatura dei fori di testata attraverso i quali sono state trasmesse le trazioni ai ferri di armatura. Tale procedimento risulta vantaggioso in quanto il prodotto é mantenuto entro lo stampo fino a solidificazione avvenuta, per cui il manufatto risulta preciso nella forma e nelle dimensioni. Tale procedimento risulta inoltre facilmente meccanizzabile in quanto la successione di fasi é operata con il prodotto alloggiato nello stampo, per cui é richiesto un modesto intervento di manodopera e quindi costi di personale contenuti. Gli svantaggi del procedimento descritto derivano dal fatto che sono utilizzati stampi molto robusti e quindi costosi, e dal fatto che l'occupazione degli stessi é prolungata nel tempo consentendo al singolo stampo una produddività molto bassa. E' richiesta infine l’applicazione di un carico di precompressione superiore a quello necessario sul manufatto per compensare le perdite di carico che si manifestano nel passaggio della precompressione dalla cassaforma al manufatto con essa prodotto. Altro svantaggio deriva dal fatto che il conglomerato cementizio, nel repentino passaggio dallo stato non compresso allo stato compresso, può subire lesioni che rendono il prodotto difettoso, con grave danno per la quasi impossibilità di riscontro visivo. Le traverse con armatura post-tesa sono invece ottenute con casseformi leggere, nelle quali sono posizionate matrici cilindriche longitudinali. In tali casseformi viene colato il calcestruzzo, quindi sono vibrate per produrre la compattazione del getto, poi, iniziata la solidificazione, sono estratte per sfilamento le matrici cilindriche e viene sformato il prodotto per essere sottoposto a stagionatura naturale o accelerata a vapore. Quando il calcestruzzo ha raggiunto la prevista resistenza, nei fori longitudinali, in esso lasciati dalle matrici cilindriche, sono inseriti i fili di ferro ed é effettuata la loro tesatura con l’applicazione diretta al manufatto del carico di precompressione, con valore gradualmente crescente fino al valore prestabilito. Lo spazio nei fori longitudinali, eccedente le armature, viene poi riempito con l’iniezione di una malta cementizia allo stato fluido, quindi con malta semiasciutta viene effettuata la stuccatura finale delle testate. Le traverse, dopo 28 giorni, quando é avvenuta la completa maturazione, sono considerate finite e pronte per l'installazione in esercizio. Il procedimento descritto per la produzione di traverse in cemento armato vibrato post-teso risulta vantaggioso in quanto richiede casseforme leggere di modesta resistenza alle sollecitazioni, quindi di basso costo. Le armature interne alle traverse sono meno costose di quelle utilizzate nel procedimento preteso poiché attivate con mezzi specifici in assenza di cassaforma; il carico di precompressione é preciso e pari a quello prestabilito poiché applicato direttamente sul prodotto, quindi di valore determinato con il calcolo matematico e pertanto inferiore a quello applicato per eccesso nel procedimento pre-teso che risulta essere maggiorato per tener conto delle perdite di carico che si hanno nel passaggio della compressione dall'armatura al manufatto. La precompressione sul manufatto é graduale, consentendo allo stesso assestamenti senza rotture da shock, come si manifestano in alcuni prodotti con armatura pre-tesa. Detto secondo procedimento presenta però alcuni svantaggi. Il prodotto ottenuto, essendo sformato prima che si completi la sua solidificazione, ha dimensioni e forma non molto precise. Con tale secondo procedimento si ha un notevole intervento della manodopera e una ridotta meccanizzazione, operando più fasi su un prodotto ancora non completamente solidificato. L'applicazione e lo sfilamento delle matrici cilindriche, la movimentazione dei pianali per la stagionatura del prodotto, i ritocchi del prodotto ancora nello stato plastico, il montaggio manuale delle armature, normalmente del tipo a forcella, dopo la prima stagionatura del prodotto, nonché la iniezione con malta di cemento allo stato fluido nei fori longitudinali per la chiusura dei fori alloggiami le armature, essendo tali operazioni svolte tutte in modo manuale, rendono la produttività del procedimento post-teso piuttosto bassa per cui i costi di produzione risultano piuttosto elevati. Poiché le traverse in calcestruzzo armato vengono prodotte in quantità considerevoli, il procedimento post-teso descritto, richiedendo un considerevole intervento manuale, é considerato complessivamente svantaggioso, quindi poco utilizzato. D'altra parte il procedimento pre-teso, richiedendo casseformi molto robuste ed una permanenza prolungata del manufatto in esse, richiede costi di impianto molto elevati. Reinforced concrete sleepers are known, some with pre-tensioned reinforcement, others with post-tensioned reinforcement. The first have smooth metal wires of reinforcement anchored at the ends on metal plates by means of their bearing or riveting. This reinforcement is positioned within a sturdy steel formwork, therefore subjected to traction. The concrete is then poured and compacted by subjecting the formwork to vibration for a period of time. Once solidification is achieved with resistance to predetermined stress, the prestressing effort is transferred from the formwork to the product, in order to allow the separation of the product from the formwork that contains it, thus allowing a new use of the latter. The product is then completed with the grouting of the head holes through which the tractions were transmitted to the reinforcing rods. This process is advantageous in that the product is kept inside the mold until solidification has taken place, so that the product is precise in shape and size. This process is also easily mechanized since the succession of phases is carried out with the product housed in the mold, for which a modest labor intervention and therefore low personnel costs are required. The disadvantages of the process described derive from the fact that very robust and therefore expensive molds are used, and from the fact that their use is prolonged over time, allowing the single mold to have a very low productivity. Finally, the application of a prestress load higher than that necessary on the product is required to compensate for the load losses that occur in the passage of the prestress from the formwork to the product produced with it. Another disadvantage derives from the fact that the cement conglomerate, in the sudden transition from the uncompressed state to the compressed state, can suffer injuries that make the product defective, with serious damage due to the almost impossibility of visual verification. The crossbars with post-tensioned reinforcement are instead obtained with light formwork, in which longitudinal cylindrical matrices are positioned. In these formworks the concrete is poured, then they are vibrated to produce the compaction of the casting, then, once solidification has begun, the cylindrical matrices are extracted by extraction and the product is demoulded to be subjected to natural or steam accelerated curing. When the concrete has reached the required strength, the iron wires are inserted in the longitudinal holes left in it by the cylindrical matrices and their tensioning is carried out with the direct application of the prestress load to the product, with a gradually increasing value up to preset value. The space in the longitudinal holes, exceeding the reinforcements, is then filled with the injection of a cement mortar in a fluid state, then the final grouting of the heads is carried out with semi-dry mortar. The crossbars, after 28 days, when they have completely cured, are considered finished and ready for installation in operation. The procedure described for the production of post-tensioned vibrated reinforced concrete sleepers is advantageous in that it requires light formwork of modest resistance to stresses, therefore of low cost. The reinforcements inside the crossbeams are less expensive than those used in the claimed procedure as they are activated by specific means in the absence of formwork; the prestressing load is precise and equal to the predetermined one since it is applied directly on the product, therefore of a value determined with the mathematical calculation and therefore lower than that applied by excess in the pre-tensioned procedure which is increased to take into account the load losses that they occur in the passage of compression from the reinforcement to the product. The prestressing on the product is gradual, allowing it to settle without shock breakage, as can be seen in some products with pre-tensioned reinforcement. However, said second method has some disadvantages. The product obtained, being unmolded before its solidification is complete, has not very precise dimensions and shape. With this second process there is a considerable intervention of the manpower and a reduced mechanization, operating several phases on a product not yet completely solidified. The application and removal of the cylindrical matrices, the handling of the shelves for the seasoning of the product, the retouching of the product still in its plastic state, the manual assembly of the reinforcements, usually of the fork type, after the first seasoning of the product, as well as the injection with cement mortar in the fluid state into the longitudinal holes for closing the holes to house the reinforcements, since these operations are all carried out manually, they make the productivity of the post-tensioned process rather low so that the production costs are rather high. Since reinforced concrete sleepers are produced in considerable quantities, the post-tensioned procedure described, requiring considerable manual intervention, is considered overall disadvantageous, therefore little used. On the other hand, the pre-stretched process, requiring very strong formworks and a prolonged permanence of the product in them, requires very high installation costs.

Scopo della presente invenzione é quello di individuare un procedimento di fabbricazione che risulti automatizzabile, in modo da ridurre gli interventi manuali durante la produzione del manufatto, che richieda casseformi di modesta resistenza, quindi non assoggettabili ad elevate sollecitazioni, però di costo contenuto, che comporti la formazione del manufatto e la sua prima stagionatura nella cassaforma in modo che la forma e le dimensioni del prodotto sformato siano definite e precise, senza richiedere successivi ritocchi e correzioni manuali. The purpose of the present invention is to identify a manufacturing process that can be automated, so as to reduce manual interventions during the production of the product, which requires formworks of modest strength, therefore not subject to high stresses, but of low cost, which involves the formation of the product and its first seasoning in the formwork so that the shape and dimensions of the unmolded product are defined and precise, without requiring subsequent retouching and manual corrections.

II procedimento di fabbricazione che ha consentito il raggiungimento di tali risultati si concretizza nell'utilizzo di una cassaforma in materiale leggero e di ferri di armatura longitudinali lisci ed isolati con guaine, atte a consentire il loro scorrimento assiale, quindi nel posizionare detti ferri nella cassaforma e neil’eseguire prima il getto di calcestruzzo, poi la vibrazione della cassaforma per ottenere la compattazione del getto, quindi, a solidificazione avvenuta, é eseguita la sformatura del prodotto ed infine la tesatura dell'armatura in ferro, con l'applicazione del carico di precompressione direttamente sul manufatto. A tesatura avvenuta é operata la stuccatura dei fori di testata del manufatto e poi é lasciato maturare per essere infine pronto all'utilizzo. The manufacturing process that made it possible to achieve these results is realized in the use of a formwork in light material and smooth and insulated longitudinal reinforcing rods with sheaths, designed to allow their axial sliding, therefore in positioning said rods in the formwork. and in the casting of concrete first, then the vibration of the formwork to obtain the compaction of the casting, then, once solidification has taken place, the demoulding of the product is performed and finally the stretching of the iron reinforcement, with the application of the load of prestressing directly on the product. Once the stringing has taken place, the head holes of the product are grouted and then left to mature to be finally ready for use.

L'invenzione in oggetto risulta particolarmente vantaggiosa poiché utilizza casseformi leggere, facilmente manovrabili e di costo contenuto. Il prodotto é tenuto fino alla sua solidificazione all'interno di dette casseformi, quindi la sua produzione é facilmente meccanizzabile. La sua sformatura avviene a prodotto solidificato, che risulta pertanto preciso nella forma e nelle dimensioni. Il costo della manodopera impiegata é molto contenuto. Le armature non sono tesate nella procedura iniziale all'interno della cassaforma, bensì dopo che il prodotto è stato sformato, consentendo ciò non solo il ricorso a casseformi leggere e quindi poco costose, ma anche ad azioni di tesatura di entità inferiore a quella richiesta nelle produzioni con pre-tesatura. H prodotto é infine sottoposto a compressione in modo graduale, quindi non subisce lo shock di compressione ed il numero dei manufatti che subiscono rotture interne é praticamente ininfluente, senza scarti di produzione e comunque questi, se presenti, sarebbero riscontrabili dal manometro e segnalati. Le stuccature finali garantiscono l'isolamento dei ferri di armatura che, per sicurezza e per favorire il loro scorrimento durante la tesatura, sono normalmente ingrassati. The invention in question is particularly advantageous since it uses lightweight, easily maneuverable and low-cost formworks. The product is kept until its solidification inside said formworks, therefore its production is easily mechanized. Its demoulding takes place when the product has solidified, which is therefore precise in shape and size. The cost of the labor employed is very low. The reinforcements are not tensioned in the initial procedure inside the formwork, but after the product has been demoulded, thus allowing not only the use of lightweight and therefore inexpensive formworks, but also of stringing actions of a smaller entity than that required in the productions with pre-stringing. The product is finally subjected to compression in a gradual way, therefore it does not undergo the compression shock and the number of articles that undergo internal breakages is practically irrelevant, without production waste and in any case these, if present, would be found on the pressure gauge and reported. The final grouting guarantees the insulation of the reinforcing rods which, for safety and to facilitate their sliding during stringing, are normally greased.

Il procedimento in oggetto é descritto in dettaglio nel seguito con riferimento ai disegni esemplificativi riprodotti nella tavola allegata, nei quali: The process in question is described in detail below with reference to the exemplary drawings reproduced in the attached table, in which:

- la figura 1 é la vista in elevazione di una porzione della cassaforma sezionata con un piano verticale, combinata con l'armatura e con i mezzi per il posizionamento di quest’ultima; - Figure 1 is the elevation view of a portion of the formwork sectioned with a vertical plane, combined with the reinforcement and with the means for positioning the latter;

- la figura 2 é la vista in elevazione di una porzione della traversa dopo la sformatura, sezionata con un piano verticale che evidenzia l’armatura interna; - Figure 2 is the elevation view of a portion of the crosspiece after demoulding, sectioned with a vertical plane that highlights the internal reinforcement;

- la figura 3 e la figura 4 esemplificano la posizione dei ferri e delle piastre metalliche di ancoraggio alla estremità di trazione della traversa; - figure 3 and figure 4 exemplify the position of the rods and of the metal plates for anchoring to the traction end of the crosspiece;

- la figura 5 é la vista in elevazione di una traversa, con indicati i binari che saranno applicati sulla stessa. - figure 5 is the elevation view of a crosspiece, indicating the tracks that will be applied thereon.

E’ inteso che i disegni hanno solo carattere esemplificativo per favorire la comprensione del procedimento oggetto della invenzione, senza costituire per esso alcuna limitazione. It is understood that the drawings are only illustrative to facilitate understanding of the process object of the invention, without constituting any limitation for it.

Sostanzialmente l'invenzione riguarda quindi il procedimento per la costruzione di traverse in cemento armato vibrato post-teso, da utilizzare nel campo ferroviario e tranviario. Utilizza una cassaforma 1 di tipo leggero, non dovendo sopportare sollecitazioni di compressione, ed una pluralità di ferri di armatura 2 a superficie liscia, ad una estramità ribattuti, all'altra filettati per l'applicazione di bulloni di bloccaggio e dei mezzi posizionatori 8'. Detti ferri 2 sono combinati con le piastre di ancoraggio 9' e 9", le seconde delle quali provviste di dadi filettati per il loro accoppiamento amovibile con i mezzi posizionatori 8”. I ferri di armatura 2 sono a superficie liscia e sono isolati con guaine 3 che avvolgono la loro superficie. Tali guaine 3 sono normalmente realizzate in PVC e comunque con materiale flessibile adatto per impedire la presa del calcestruzzo 4 con le armature 2 da tesare. Tali guaine 3 sono normalmente ingrassate nella loro parte interna rivoltata verso i ferri di armatura 2, allo scopo di favorire lo scorrimento dei ferri avvolti durante la loro tesatura. La cassaforma 1, di tipo leggero e quindi di costo contenuto, è combinata con mezzi 8' e 8" atti a mantenere posizionati i ferri di armatura 2 durante il getto di calcestruzzo 4. Tale gettata è seguita da una fase di vibrazione con cui il calcestruzzo 4 è compattato, sono creati i fori per il successivo tensionamento dei fili, quindi è operata la stagionatura del manufatto 6 ancora all'interno della cassaforma 1, in modo naturale o accelerata a vapore. Stagionatura portata avanti fino alla solidificazione del getto 4 entro la cassaforma 1 ed al raggiungimento nello stesso della resistenza programmata per la sua sformatura e per la successiva tesatura della armatura 2, eseguita con l’applicazione delle sollecitazioni a compressione direttamente sul manufatto 6. Durante tale azione di tesatura i ferri di armatura 2 subiscono un allungamento e quindi avviene il loro scorrimento assiale entro la guaina 3 che li avvolge. Allungamento e corrispodente stato di tensione che vengono stabilizzati attraverso adatti bulloni che bloccano le posizioni raggiunte dalle estremità di detti ferri sulle piastre di ancoraggio 9'. L'isolamento dei ferri di armatura 2, a compressione del manufatto eseguita, è completato con la stuccatura finale delle testate 5 della traversa 6, normalmente eseguita con malta cementizia allo stato semifluido. Nei disegni esemplificativi della tavola allegata, i ferri di armatura 2 sono posizionati fra le piastre di ancoraggio 9’ e 9”, con una estremità rifollata o ribattuta. L'ancoraggio di tale estremità può avvenire anche per saldatura alia piastra di ancoraggio 9" o attraverso un tratto filettato ed un dado di ritegno. Il numero dei ferri 2 e le loro dimensioni dipendono invece dalle scelte di progetto e potranno essere comunque variati anche in funzione del fatto che il manufatto può essere dimensionalmente e strutturalmente sovradimensionato per essere utilizzato, ad esempio, in corrispondenza degli scambi ferroviari e tranviari. Analogamente i mezzi 8' e 8" di posizionamento dell’armatura 2 entro la cassaforma 1 potranno comunque variare, senza con ciò uscire dalle seguenti rivendicazioni. Substantially, the invention therefore relates to the process for the construction of post-tensioned vibrated reinforced concrete sleepers, to be used in the railway and tramway field. It uses a lightweight formwork 1, not having to bear compressive stresses, and a plurality of reinforcing rods 2 with a smooth surface, riveted on one end, threaded on the other for the application of locking bolts and positioning means 8 ' . Said rods 2 are combined with the anchoring plates 9 'and 9 ", the latter of which are provided with threaded nuts for their removable coupling with the positioning means 8". The reinforcing rods 2 have a smooth surface and are insulated with sheaths 3 which surround their surface. These sheaths 3 are normally made of PVC and in any case with flexible material suitable for preventing the setting of the concrete 4 with the reinforcements 2 to be stretched. These sheaths 3 are normally greased in their internal part turned towards the iron bars. reinforcement 2, in order to facilitate the sliding of the wound rods during their stringing. The formwork 1, of a light type and therefore of low cost, is combined with means 8 'and 8 "able to keep the reinforcement rods 2 positioned during the concrete casting 4. This casting is followed by a vibration phase with which the concrete 4 is compacted, holes are created for the subsequent tensioning of the wires, then seasoning is carried out construction of the article 6 still inside the formwork 1, in a natural way or accelerated by steam. Curing carried out until the solidification of the casting 4 within the formwork 1 and the achievement in the same of the programmed resistance for its demoulding and for the subsequent stretching of the reinforcement 2, carried out with the application of the compressive stresses directly on the product 6. During this the reinforcing rods 2 undergo an elongation action and therefore their axial sliding takes place within the sheath 3 which surrounds them. Elongation and corresponding state of tension which are stabilized by suitable bolts which lock the positions reached by the ends of said rods on the anchoring plates 9 '. The insulation of the reinforcing rods 2, by compression of the manufactured article, is completed with the final grouting of the heads 5 of the crosspiece 6, normally performed with cement mortar in a semi-fluid state. In the exemplary drawings of the attached table, the reinforcing rods 2 are positioned between the anchor plates 9 'and 9 ", with a cushioned or riveted end. This end can also be anchored by welding to the anchoring plate 9 "or through a threaded section and a retaining nut. The number of rods 2 and their dimensions, on the other hand, depend on the design choices and may in any case be varied also in a function of the fact that the product can be dimensionally and structurally oversized to be used, for example, at the railway and tramway points. Similarly, the means 8 'and 8 "for positioning the armature 2 within the formwork 1 can in any case vary, without thereby abandoning the following claims.

Claims

CLAIMS 1) Procedure for the construction of post-tensioned vibrated reinforced concrete sleepers, suitable for use in the railway and tramway field to distribute mobile loads on the roadbed where they are positioned, using a formwork (1), with smooth reinforcing bars ( 2) with anchoring plates (9 ') and (9 "), as well as a succession of steps that involve positioning said irons (2) and anchoring plates (9') and (9") in the formwork (1) , the casting of the concrete (4) and the vibration of the formwork to operate the compaction of the casting, then the demoulding of the product once the casting has solidified, characterized by the fact that the formwork (1) is of a light type and not designed to undergo stress compression, by the fact that the reinforcing rods (2) are insulated with sheaths (3) designed to allow them to slide axially, and by the fact that the stretching action of the rods (2) takes place on the unmolded and solidified product (6) with the application d the prestressing load directly on the article (6) itself, as well as by the fact that the insulation of the tensioned reinforcement rods (2) is completed with the final grouting of the heads (5) of the crosspieces (6).

2) Procedure, as per rev. 1), characterized in that the insulation sheaths (3) are made of PVC.

3) Procedure, as per rev. 1), characterized by the fact that the insulation sheaths (3) are made of flexible material suitable for preventing the setting of the concrete (4) with the reinforcements (2) to be tensioned.

4) Procedure, as per rev. 1), characterized in that it uses internally greased insulation sheaths (3), in order to facilitate the sliding of the reinforcing rods (2) during their stringing.

5) Procedure, as per rev. 1), characterized in that it uses the formwork (1) combined with means (8 ') and (8 ") suitable for keeping the reinforcement rods (2) positioned during the casting of concrete (4).

6) Procedure, as per rev. 1), characterized by the fact that the curing is carried out, natural or accelerated by steam, until the casting (4) solidifies within the formwork (1) and, when the programmed resistance is reached, its demoulding and subsequent stringing of the reinforcement (2) with application of the compressive stresses directly on the product (6).

7) Post-tensioned vibrated reinforced concrete crossbar, made with the procedure referred to in rev. 1), characterized by a taut reinforcement made with smooth irons (2) isolated from the concrete (4) through an insulating sheath (3).

8) Traverse, as per rev. 7), characterized by the fact that the insulation sheath (3) is internally greased, 9) Cross, as per rev. 7), characterized by the fact that the internal reinforcement is insulated from the concrete cast (4) that surrounds it and from the air, respectively by the insulating sheath (3) and, at the ends, by the grouting on the heads (5).