LU81279A1 - Traverse composite pour rails de chemin de fer et procede pour sa fabrication - Google Patents

Description

f __ ^ A 571

8*TT~n—"J—Q GRAND-DUCHÉ DE LUXEMBOURG

.......I ...Cm / V

..................1 7 M AJ 1.979. .. Monsieur le Ministre de l'Économie Nationale

Titre délivré .................................. 1¾^¾¾ Service de la Propriété Industrielle,

_ LUXEMBOURG

f'jÜMl.

—:-Demande de Brevet d’invention ije _................................................................................

I. Requête

. ARBED.....S.-.A....................................................................................................................... ............................................................... W

Avenue.....de la.Liberté,.....LUXEMBOURG..............................................................................................................

représentée ..par. Monsieur René NE YEN 7.....ingénieur............................................................(2) dépose........ ce.......d.ix-s.ept mai 1900 soixante-dix-neuf.................................(3> à ...4. ...............heures, au Ministère de l’Economie Nationale, à Luxembourg : > 1. la présente requête pour l’obtention d’un brevet d’invention concernant : ..........................Traverse composite pour .r.ails.....de....chemin-.de.-£ar·...................................«> ...........................e.t...proc.ë.dé...pour....sa - fabrication.....................................................................................................

déclare, en assumant la responsabilité de cette déclaration, que l’(es) inventeur(s) est (sont): ........................Monsieur...Fernand WAGNER................................................................... (5) ....................................................................ingénieur........................................................................................................................- - ...................................................................18, ..rue de 2'Etang____________________ ___________________-.....................

....................................................................jDUPELANGE.................... ............ .. .............................................................................................

2. la délégation de pouvoir, datée de......Luxembourg ....................le 16 mai 197.9_________ 3. la description en langue ... française ______________________de l’invention en deux exemplaires ; 4. 2 planches de dessin, en deux exemplaires ; 5. la quittance des taxes versées au Bureau de l’Enregistrement à Luxembourg, je 16 mai 1979 revendique pour la susdite demande de brevet la priorité d’une (des) demande(s) de (6).................................................................................déposée (s) en (7) ..........................................................................................................

le ..............................................................................................................................................................................................................................(8) ....................../....................................................................................................... - ............................................................—.........................

au nom de .................................................................................................................. .........................................................................................(9) élit domicile pour lui (elle) et, si désigné, pour son mandataire, à Luxembourg................................

Administration eentrale de l'ARBED, Case postale 1802 dO) sollicite la délivrance d’un brevet d’invention pour l’objet décrit et représenté dans les annexes susmentionnées, — avec ajournement de cette délivrance à 28...................... mois.

Le........mandataire............................

- fs L-'f ................— tr. :..........-..............

IL Procès-verbal de Dépôt

La susdite demande de brevet d’invention a été déposée au Ministère de l’Economie Nationale, Service de la Propriété Industrielle à Luxembourg, en date du : 17 MAI 1S73 . /ψ^'^Pr' le Ministre de l’Economie Nationale, à ........4-5........heures f P· / # .V"; ... * v. \ Le Chef du Service de la PKdpriété Industrielle, l S :v; .-->*» / x/y ?- { I \V \ fi V / — v \S '--i- -. - \ *?/ //^!—.

A 571

Demande de brevet A R B E D S.A.

Avenue de la Liberté LUXEMBOURG

Traverse composite pour rails de chemin de fer et procédé pour sa fabrication - 1 -

La présente invention concerne une traverse composite pour rails de chemin de fer, notamment une traverse en acier et en béton, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication.

Etant donné que le prix des traverses en bois classi-5 ques ne cesse d'augmenter, en raison de la consommation croissante de traverses et du fait que l'on doit disposer de segments monoblocs en bois dans ce domaine., on a essayé de substituer à ces traverses connues des traverses en béton ou en acier

Les traverses en béton actuellement en usage peuvent 10 être subdivisées en 2 catégories, à savoir les traverses bi- bloc dans lesquelles 2 blocs en béton sont réunis par une entre toise, ainsi que les traverses monobloc en béton contraint par pré- ou par post-contrainte. Ces derniers présentent une grande surface d'appui, désirable dans le présent contexte, 15 mais également un poids considérable dans l'ordre de 300 kg, ce qui rend difficiles les travaux de manutention. En plus ces traverses comportent des difficultés de nivellement par suite des forces d'inertie en jeu.

Les traverses bi-bloc se distinguent par une excel-20 lente résistance au déplacement latéral, étant donné la présence de 2 blocs noyés dans le ballast, mais d'un autre côté leur surface d'appui relativement réduite donne lieu à des problèmes d'embourbage des pierrailles constituant la plateforme, par suite de l'effet de pompage des traverses surtout 25 sur sol argileux.

L'entretoise des traverses bi-bloc en béton est * constituée d'un profil en acier dont le rôle consiste à réunir les blocs en béton.

Lorsqu'elles sont sollicitées par le passage d'un 30 train les traverses doivent transmettre au ballast un moment fléchissant. Ce dernier est proportionnel à la longueur d'appui - et inversément proportionnel à l'épaisseur de la traverse.

Il est connu que dans une traverse le matériau constituant- la partie supérieure est comprimé tandis que le ma-35 tëriau de la partie inférieure est soumis à une traction.

Le béton n'ayant qu'une faible résistance à la traction, la fabrication d'une traverse est soumise à l'un ou à l'autre des 2 principes suivants.

1. Limiter le moment fléchissant par une longueur \ ' - 2 - réduite et une forte épaisseur. Améliorer la résistance à la traction par une armature en crénelés. Les traverses bi-bloc sont réalisées d'après ce principe.

2. Placer le béton sous compression par pré- ou post-5 contrainte. Les travers monobloc de grande longueur sont fabriquées exclusivement d'après ce principe.

Qu'il s'agisse de traverses monobloc ou bi-bloc on constate qu'aucune d'elles n'est universellement utilisable.

" La surface d'appui de la traverse bi-bloc, haute 2 2 10 de 220 mm, étant de 3900 cm contre 5200 cm pour la traverse en bois, haute de 150 mm, le pression transmise au ballast augmente sensiblement. Comme il est nécessaire de maintenir le rail au même niveau, indépendamment de la traverse utilisée/ la hauteur du ballast sous traverse en béton diminue de 15 220-150=70 mm.

De ce fait la plateforme est fortement sollicitée et il y a risque de cisaillement de la couche d'argile.

Les traverses monoblocs de grande longueur et moins hautes ne donnent pas satisfaction, étant donné que leur poids 20 est de 3 à 4 fois celui de la traverse en bois, ce qui est nuisible pour la conservation du nivellement, en raison des forces d'inertie mises en jeu lors du passage des trains.

Les mêmes observations s'appliquent aux traverses classiques en acier, de hauteur favorable mais d'un poids ex--25 cessif.

Le but de la présente invention était donc de proposer une traverse de chemin de fer qui d’une part réunit les avantages offerts par les traverses connues tout en évitant leurs désavantages et qui se laisse substituer à des traverses 30 en bois posées et qui sont ä remplacer.

Ce but est pleinement atteint par la traverse sui-- vant l'invention qui est caractérisée en ce qu'elle consiste » notamment en deux poutrelles en acier, continues, disposées côte- à côte de manière à ce que leurs entretoises verticales 35 et leurs ailes horizontales forment un profil rectangulaire ouvert, lesquelles poutrelles comportant un enrobage en béton exécuté de manière à ce que toute surface métallique soit enrobée, la traverse étant en plus caractérisée en ce que l'épaisseur de l'enrobage est plus pronconcëe aux extrémités de la - 3 - traverse qu'en sa partie médiane.

Il ressort de cette description que la traverse suivant l'invention est une traverse composite dans laquelle l'acie: joue le rôle de l'élément portant.

5 L'idée qui est à la base de la présente invention part du fait qu'une traverse en acier classique présentant un 3 module de flexion médiocre, de l'ordre de 44 cm , exige de mettre en oeuvre 28,5 kg d'acier par mètre, soit74 kg pour une traverse de 2600 mm de longueur. Du seul point de vue sta-10 tique un résultat nettement meilleur est obtenu en mettant en oeuvre p.ex. un profil marchand en forme de poutrelle,pesant 10,4 kg par mètre, soit 27 kg par traverse et présentant 3 un module de flexion de 53 cm . La différence en poids entre une traverse en acier et cette poutrelle est de 47 kg; cette 15 quantité en acier est donc mise en oeuvre uniquement pour conférer une forme appropriée à la traverse conventionnelle en acier; il y a donc gaspillage d'acier.

Le béton par contre est plus léger et meilleur marché que l'acier si bien qu'il y a intérêt à faire remplir les 20 fonctions qui ne sont pas directement en relation avec la statique, par du béton.

Ainsi, suivant l'idée de base de l'invention, il suffit de l'acier à lui seul pour transmettre les charges au ballast et on met en oeuvre le béton pour conférer à la tra-25 verse une forme appropriée qui se rapproche de celle d'une traverse bi-bloc en béton et pour assurer une protection contre la corrosion des surfaces métalliques.

Suivant l'invention la traverse présente en zones d'appui des rails un enrobage et un remplissage total en béton. 30 Les zones situées de part et d'autre de la zone d' « appui des rails présentent un creux central ainsi qu'un rétré cissement de l'enrobage de béton sur les faces latérales.

• Le creux et le rétrécissement contribuent à alléger la traverse; bien entendu les zones d'appui des rails ne sont 35 ni creuses ni rétrécies, étant donné qu'il fautd1 une part garantir une répartition égale des charges aux endroits où le moment de flexion est maximum et d'autre part prévoir une assise solide pour la pose des éléments de fixation des rails.

Suivant l'invention la traverse présente en zone mê- - 4 - diane un creux central, un enrobage en béton des surfaces intérieures' des poutrelles, ainsi qu'un enrobage extérieur total' en béton colloïdal.

Le béton colloïdal constitue une protection contre 5 la corrosion; c'est un protecteur idéal dans ce contexte, étant donné son remarquable pouvoir d'adhésion à l'acier.

Suivant 11 invention la traverse est précontrainte, les poutrelles faisant fonction de tensionneur. Dans cet ordre d'idées il est prévu de munir les surfaces des ailes des pou-10 trelles lors de leur laminage d'une crénelure en utilisant des cylindres de laminage adéquats.

Le procédé de fabrication de la traverse suivant 1' invention prévoit notamment dë disposer les poutrelles dans un moule, sur 3 points d'appui qui sont situes aux extrémités et 15 au centre de la traverse, d'appliquer une charge aux endroits d'appui des rails et de verrouiller les poutrelles fléchies, de couler le béton jusqu'au niveau de la fibre neutre et de débloquer le verrouillage au terme du durcissement du béton.

Ce débloquage provoque la compression du béton.

20 Suivant l'invention la charge appliquée équivaut au moins au poids d'essieu multiplié par le facteur dynamique. En utilisant un acier A52 on peut fléchir les poutrelles jusqu'à 2 une tension maximum de 285 N/mm . Le moment de flexion sous rail est dans ce cas de 19,5 mKN ce qui correspond à une charge 25 d'essieu de 560 KN (57,5 tonnes) Ceci double la performance de la traverse vis-à-vis des traverses classiques.

Ensuite on coule la partie supérieure, ainsique les extrémités de la traverse dans du béton et on applique une couche de béton colloïdal à la partie médiane de la traverse.

30 Suivant l'invention on calcule l'épaisseur du béton * en fonction de la précontrainte appliquée.

En général le rapport des sections béton/acier est de 10 dans les parties présentant un creux et de 15 dans les zones de moment maximum.

35 Pour réaliser les creux à l'intérieur de la traverse il suffit suivant l'invention de placer lors du premier remplissage du moule des tubes en carton ou en matière plastique aux endroits prévus.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront _ π: _ de la description des dessins qui représentent une forme d'exécution non-limitative de la traverse suivant l'invention. La fig. 1 représente une vue d'en haut schématisée de la traverse, la fig. 2 montre une coupe suivant A-A de l'extrémité de la 5 traverse, la fig. 3 représente une coupe suivant B-B de la partie d'appui du rail et la fig. 4 montre une coupe suivant C-C de la partie médiane de la traverse.

Les fig. 5 et 6 représentent respectivement en schéma illustrant la technique de précontrainte partielle appliquée 10 au béton de la partie'inférieure de la traverse lors de sa fabrication et une coupe suivant la fig. 5 à travers un dispositif prévu pour la mise en oeuvre de ladite technique.

La fig. 1 montre que la traverse se laisse subdiviser grossièrement en 3 parties qui se distinguent entre elles par 15 l'épaisseur de l'enrobage de béton. Cette dernière est plus importante en zone B-B qu'en zone A-A, étant donné que la première de ces zones constitue la zone d'appui pour les rails.

La zone C-C par contre présente la moindre épaisseur en béton.

Comme il ressort de la fig. 2 qui montre une coupe 20 représentative pour les zones situées de part et d'autre de la partie d'appui des rails, la traverse comporte dans ces régions un creux central (2) d'une section rectangulaire, ainsi qu'un rétrécissement (3) de l'enrobage de béton (1) aux faces latérales.

25 Par contre le remplissage de béton (1) est total dans les parties d'appui des rails, comme représenté en fig. 3.

‘ Toutefois les poutrelles (0) sont toujours totale ment enrobées de béton.

La fig· 4 montre une coupe à travers la zone médiane 30 de la traverse; on distingue les poutrelles (0) qui délimitent un profil ouvert qui présente un creux central (2). L'enrobage * de l'acier à 1.'intérieur du profil ouvert est réalisé en béton, tandis qu'à l'extérieur l'enrobage est constitué de béton colloïdal (4).

35 Le schéma en fig. 5 montre une poutrelle (O) reposant sur 3 points d'appui (6). La force (P) est appliquée aux points d'appui des rails; les lignes pointillées indiquent de manière exagérée la flexion provoquée dans la poutrelle. On se rend compte qu'une fois le béton coulé et durci et la force retirée, -βία traverse est précontrainte dans le sens voulu, c.à.d. qu'au passage d'un train la compression de la partie supérieure de la traverse et la traction à laquelle sera soumise la partie inférieure seront compensées. Ceci évitera surtout qu'en partie 5 inférieure de la traverse le béton ne subisse une traction vis-à-vis de laquelle le béton ne présente qu'une résistance limitée.

En fig. 6 il est représenté les poutrelles (0) reposant sur les points d'appui (6). Le moule (10) est monté sur 10 une plaque en acier (11) à laquelle sont-fixés les éléments de verrouillage (20). Deux vérins hydrauliques non-représentés transmettent la force (P) sur les poutrelles (0) via l'élément de transmission (21) verrouillable.

L1 exemple ci-après donne le détail d'une forme d'exé-15 cution de la traverse suivant l'invention.

La traverse comprend 2 profils IPE 100 en acier A52 Longueur: 2500 mm 3

Module de flexion des poutrelles non-enrobées: 68,4 cm Poids de l'acier: 40,5 kg 20 Volume du béton: 57,6 1

Volume du béton colloïdal: 1,6 1 Poids du béton: 144 kg Poids total: 184,5 kg 2

Surface d'appui: 5200 cm 25 Largeur: 270 mm Hauteur: 140 mm

Cette hauteur très réduite convient particulièrement lorsqu'il faut remplacer des traverses en bois et que la plateforme ne supporte pas des traverses en béton de grande hauteur. 30 La surface d'appui est similaire à celle de la tra- - verse en bois. La largeur de 270 mm contre 300 mm utilisée nor- ‘ malement sur les traverses classiques réduit l'amplitude du mouvement oscillatoire. La réduction de la largeur d'appui du rail à 160 mm agit dans le même sens. On peut en effet placer 35 une semelle plus dure entre le rail et la traverse par suite d'une forte amélioration de la résistance aux chocs.

Le poids est fortement réduit, ce qui favorise non seulement le maintien du nivellement mais également les travaux de manutention.

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En effet les traverses de 300 kg sont généralement posés à la main, même dans des pays hautement industrialisés.

La traverse suivant l'invention présente une excellente stabilité transversale, malgré la légèreté relative et malgré la hauteur limitée. Le tracé des flancs garantit une bonne assise dans le ballast et une bonne résistance aux forces transversales. En plus il y a possibilité d'utiliser la traverse comme partie intégrante dans des appareils de voie à * cause de sa légèreté, de sa grande résistance aux chocs.

Le contrôle de qualité et la réception du matériel peut pratiquement se limiter à un contrôle visuel et une vérification des tolérances. Chaque traverse a en effet subi une mise en charge correspondant au poids d'essieu multiplié par le facteur dynamique. Un défaut quelconque serait donc déjà mis à nu lors de la fabrication.

Claims (12)

1. Traverse composite pour rails de chemin de fer, en acier et en béton, caractérisée en ce qu'elle consiste notamment en deux poutrelles en acier, continues, disposées côte 5. côte de manière à ce que leurs entretoises verticales et leurs ailes horizontales forment un profil rectangulaire ouvert, lesquelles poutrelles comportant un enrobage en béton exécuté de manière à ce que toute surface méiallique soit enrobée, la traverse étant en plus caractérisée en ce que l'épais-10 seur de l'enrobage est plus prononcée aux extrémités de la traverse qu'en sa partie médiane.

2. Traverse suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente en zones situées de part et d'autre des zones d'appui des rails un creux central, ainsi qu'un ré- 15 trécissement de l'enrobage de béton sur les faces latérales.

3. Traverse suivant les revendications 1-2, caractérisée en ce qu'elle présente en zones d'appui des rails un enrobage et un remplissage total en béton.

4. Traverse suivant les revendications 1-3, caracté-2o risée en ce qu'elle présente en zone médiane un creux central, un enrobage en béton des surfaces intérieures des poutrelles, ainsi qu'un enrobage extérieur total en béton colloïdal.

5. Traverse suivant les revendications 1-4, caractérisée en ce qu'elle est précontrainte, les poutrelles faisant 25 fonction de tensionneur.

6. Traverse suivant les revendications 1-5, caractérisée en ce que les surfaces des ailes des poutrelles présentent une crénelure.

7. Procédé de fabrication de traverses suivant les 30 revendications 1-6, caractérisé en ce qu'il prévoit notamment * de disposer les poutrelles dans un moule, sur 3 points d'appui * qui sont situés aux extrémités et au centre de la traverse, d'appliquer une charge aux endroits d'appui des rails et de verrouiller les poutrelles fléchies, de couler le béton jusqu' 35 au niveau de la fibre neutre et de débloquer le verrouillage au terme du durcissement.

8) . Procédé de fabrication de traverses suivant la revendication 7,,caractérisé en ce que la charge appliquée équivaut au moins au poids d'essieu multiplié par le facteur - 9 - dynamique.

9. Procédé de fabrication de traverses suivant les revendications 7-8, caractérisé en ce qu'au terme du durcissement du béton on coule la partie supérieure, ainsi que les extrémités de la traverse dans du béton et on applique une couche de béton colloïdal à la partie médiane de la traverse.

10. Procédé de fabrication de traverses suivant les revendications 7-9, caractérisé en ce qu'on calcule l'épaisseur du béton en fonction de la précontrainte appliquée.

11. Procédé de fabrication de traverses suivant les revendications 7-10, caractérisé en ce que l'on choisit un rapport des sections béton/acier de 10 dans les parties présentant un creux et de 15 dans les zones de moment maximum.

12. Procédé de fabrication de traverses suivant les revendications 7-11, caractérisé en.ce qu'on réalise les creux à l'intérieur des traverses en plaçant lors du premier remplissage du moule des tubes en carton ou en matière plastique aux endroits prévus. «