Brevet FR2283258A1 — publié le 19760326

La présente invention concerne les traverses de chemin de fer, de type mixte, c'est-à-dire comprenant deux blocs de béton armé reliés par une poutrelle ou entretoise en acier. On a déjà utilisé de nombreuses voriantes de telles traverses, et le Demandeur a lui-même conçu et développé des traverses de ce type, et notamment celles ayant fait ltobjet des brevets français NO 984 615 et NO 1 429 382 demandés respectivement le lerAvril 1949 et le 17 Janvier 1966. On sait que dans une telle traverse,lorsque l'entretoise est suffisamment longue pour être enrobée dans le béton des blocs sur une partie importante de la longueur de ces derniers, elle joue un double rôle - tout d'abord elle supporte les efforts de cisaillement dynamique transmis par le rail au béton.Etant donné que le module d'élasticité de l'acier est considérablement plus élevé que celui du béton, ce dernier reste peu sollicité et le bloc peut supporter les efforts dynamiques élevés exercés par les roues sur le rail, sans se rompre suivant des lignes principales de cisaillement qui sont à peu près inclinées à 45" à partir des bords du rail, ou comprises à l'intérieur de ces lignes. - par ailleurs, la poutrelle enrobée contribue très largement par sa rigidité propre à la résistance à la flexion des blocs reposant sur le ballast qui peut être considéré comme un appui élastique continu. Pour être à même de remplir ce rôle d'armature principale des blocs de béton, ainsi que son rôle d'élément de liaison entre les blocs, l'entretoise doit satisfaire à un certain nombre d'impératifs et notamment les suivants - elle doit présenter un moment d'inertie élevé par rapport à ses axes neutres horizontal et vertical; - elle doit être suffisamment rigide pour maintenir une géométrie convenable de la voie; - elle doit présenter une âme verticale haute et rigide pour atténuer les déformations et par conséquent la fatigue du béton constituant les blocs. Ainsi qu'on va le voir, les profilés déjà utilisés dans la technique pour constituer de telles entretoises ne répondent pas parfaitement à ces divers impératifs - les profils normalisés à section en I présentent une inertie verticale élevée, au détriment de l'épaisseur de l'âme. Des poutrelles en I de 80 x 42 mm par exemple ont été utilisées mais la trop faible épaisseur de leur âme - 3, 9 mm - a réduit leur durée de vie utile en raison de la corrosion entre les blocs. Un profil en I spécial à âme épaisse se heurterait à des difficultésd' d1 approvisionnement e t prés enterait un poids prohibitif. - les profils à section en T ou en Y, utilisés également à grande échelle, offrent l'inconvénient d'être trop lissymétriques par rapport à l'axe neutre horizontal. De ce fait, ils sont trop facilement déformables, l'axe neutre étant trop voisin des branches du T ou du Y. Toute flexion entrainant un dépassement même faible de la limite de l'élasticité de l'acier entraxe une déformation permanente importante qui altère la géométrie de la voi e. - un profil à section en L, disposé avec son plan bissecteur horizontal, tel que décrit dans le brevet français N" 1 429 382 précité, présente un moment d'inertie élevé pour son poids d'acier mais, ne possédant pas d'âme verticale, il est très déformable. Si ce même profil est disposé avec une aile verticale, il présente alors une forte dissymétrie,ce qui entraine les mêmes inconvénients que dans le cas du profil en T, avec une faible inertie par rapport au poids. Un autre élément important qui rend peu intéressant les profilés que l'on vient de définir réside dans leur mode de fabrication. En effet, l'évolution de l'industrie sidérurgique vers les produits plats conduit à offrir de moins en moins de profilés " marchands " tels que : en T, en U, en I ou en L, de sorte que l'approvisionnement de tels profilés devient coûteux sinon aléatoire, surtout dans des qualités d'aciers spéciaux à limite d'élasticité élevée ou résistant à la corrosion, qu; présentent de grands avantages pour confectionner des entretoises de traverses mixtes. C'est pourquoi il est donc souhaitable de s'orienter vers un profil qui puisse être obtenu, à partir d'acier plat, à froid et sur une presse ou une plieuse à galets. En bref, le problème que l'invention se propose de résoudre est le suivant : fournir une traverse mixte comportant deux blocs réunis par une entretoise en acier s'étendant dans chaque bloc sur une partie importante de la longueur de ce bloc et constituant par conséquent une armature, cette entretoise devant présenter des caractéristiques mécaniques- telles que moments d'inertie par rapport à un axe neutre horizontal et par rapport à un axe neutre vertical et rigiditél qui soient particulièrement favorables si on les rapporte à un poids d'acier donné. De plus, l'entretoise de cette traverse doit pouvoir être obtenue de façon aisée et peu coûteuse par formage à froid à partir de produits plats én acier. Ce résultat est obtenu suivant l'invention, 4n utilisant une entretoise dont la section a la forme générale d'un S ou analogue, comportant une âme à peu près verticale et deux ailes supérieure et inférieure s'étendant dans des directions opposées à partir des deux extrémités de l'âme. Suivant un mode de réalisation commode, les deux ailes s'étendent à peu près à angle droit par rapport à-l'âme et sont reliées à cette âme par une partie arrondie. Suivant d'autres caractéristiques - il est prévu au moins une- fenêtre dans l'âme de l'entretoise et au voisinage de son axe neutre, dans une zone située à l'intérieur du bloc de béton, mais en dehors de la zone la plus sollicitée à la flexion et au cisaillement, de façon à améliorer l'ancrage entre l'entretoise et le béton. - l'entretoise a une forme qui varie le long de sa longueur, par modification des dimensions relatives de l'me et des deux ailes, la somme des dimensions de cette âme et des deux ailes demeurant constante. Suivant les conditions de fonctionnement, la partie présentant une âme plus haute peut être comprise soit dans la partie médiane de l'entretoise, soit à ses deux extrémités - l'entretoise présente une longueur différente dans sa partie inférieure et dans sa partie supérieure. ce qui comme on le verra permet une fabrication particulièrement économique. - il est prévu dans chaque bloc de béton des moyens d'ancrage des organes de fixation du rail, ces moyens d'ancrage étant distincts de l'entretoise en acier et disposés au-dessus de cette dernière. D'une façon particulièrement économique, ces moyens d'ancrage comprennent des plaques d'acier obtenues par découpe des fenêtres ménagées dans l'me de l'entretoise. L'invention va être décrite maintenant plus en détail à propos d'un mode de réalisation représenté au dessin annexé sur lequel - la Fig. 1 est une vue partielle en coupe longitudinale, c'està-dire perpendiculairement à la direction de la voie, d'une traverse mixte suivant l'invention; - la FiR. 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. I. - les Fig. 3 et 4 sont des vues partielles en perspective de deux variantes de réalisation de l'entretoise - la Fig. 5 est une vue montrant une phase de la fabrication d'entretoises utilisées dans une traverse suivant l'invention. On voit sur les Fig. 1 et 2 une traverse mixte de chemin de fer dont une partie seulement a été représentée et qui comprend deux blocs de bé-ton tels que B, reliés par une entretoise E. Cette entretoise s'étend dans chacun des blocs sur une longueur importante pour constituer en même temps une armature de ce bloc. Suivant l'invention, l'entretoise E à section en S ou en Z, comporte une âme 1 à peu près plane, disposée dans le plan vertical de symétrie de la traverse dont la trace est désignée par les références Y-Y. Cette âme verticale se prolonge, en considérant la Fig. 2,en haut et vers la droite par une aile 2 à peu près horizontale, tandis qu'elle se prolonge en bas et vers la gauche par une aile 3 également horizontale. Les deux ailes sont. raccordées à l'âme par une partie arrondie de rayon r, r étant choisi de telle façon que les ailes puissent être formées par pliage à froid. On peut par exemple choisir pour r une valeur égale à environ deux fois l'épaisseur de la bande d'acier utilisée. Le profil obtenu est donc à peu près symétrique par rapport au point O (Fig. 2). On désignera par X-X l'axe neutre horizontal de l'entretoise E. Dans sa partie enrobée dan s le béton, l'âme est découpée pour former deux fenêtres 4 de forme oblongue, disposées au voisinage des extrémités de cette partie enrobée et à l'extérieur d'une zone délimitée sur le dessin par deux droites 5, 6 inclinées à 45 et s'étendant à partir des bords du patin du rail R. Ces fenêtres sont destinées à améliorer l'ancrage entre 11 entretoise et le béton. Le béton entourant et enrobant l'entretoise E est fretté par une spirale 7. n est en outre renforcé par des grilles d'armature 8, 9 disposées respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure du bloc. Le bloc de béton comporte par ailleurs une cheminée verticale 10 débouchant dans sa face supérieure et à la partie inférieure de laquelle se trouve une plaque d'ancrage 11 qui, de préférence, est constituée par la partie de l'âme découpée pour former les fenêtres 4. Cette plaque comporte, comme connu en soi, une ouverture 12 de forme rectangulaire, dans laquelle peut s'engager la tête d'un boulon 13 du type à tête marteau. Une autre cheminée 14 inclinée, s'étend entre une face latérale du bloc de béton et la partie inférieure de la cheminée verticale 10, de façon à permettre l'écoulement de l'eau ainsi que le nettoyage des impuretés qui pourraient pénétrer dans la cheminée verticale 10. Cette cheminée 14 permet également la rotation de la tête du boulon, sous la plaque 11. Sur chaque bloc de béton repose, par l'intermédiaire de moyens convenables qui n'ont pas à être représentés ici, un rail R maintenu en place par des dispositifs d'attache de tout type conven able et comprenant principalement un ensemble à boulon 13 et écrou 15 et une attache proprement dite ou crapaud 16 présentant une certaine élasticité et assurant le maintien latéral et vertical du rail. Avant d'énumérer les avantages que présente une traverse suivant l'invention, on va d'abord décrire rapidement les caractéristiques faisant l'objet des Fig. 3, 4 et 5. Sur les Fig. 3 et 4, on a représenté une entretoise pouvant être utilisée dans une traverse suivant l'invention et obtenue à partir d'une bande d'acier de largeur constante. Cependant, pour faire varier les caractéristiques de l'entretoise, le pliage des ailes est modulé suivant la longueur de l'entretoise. C'est ainsi que sur la Fig. 3, la hauteur de l'âme 20 est réduite dans la partie centrale de l'entretoise, tandis que les ailes 21, 22 ont une largeur qui est augmentée en conséquence. Ceci permet d'obtenir une flexibilité accrue dans le sens vertical, dans la partie centrale de l'entretoise comprise entre les blocs. Par contre, sur la Fig. 4 on a prévu. la disposition contraire, par exemple pour s'adapter à une voie large où la longueur libre de l'entretoi- se est plus grande qu'en voie normale.Sur cette Fig. 4, l'âme 23 est plus haute dans la partie centrale et les ailes 24, 25 plus courtes. On a schématisé sur la Fig. 5 la façon dont les profilés utilisés pour la construction d'une entretoise suivant l'invention peuvent être obtenus à partir de flans découpés dans une bande d'acier. De préférence, ces découpes sont effectuées à 45" par rapport à la direction longitudinale de la bande, ce qui après pliage permet d'obtenir la configuration représentée sur les Fig. 3 et 4 aux extrémités du profilé. L'entretoise a ainsi une longueur plus importante dans sa partie inférieure, ce qui est favorable dans l'application envisagée.Cette caractéristique permet de réaliser une économie d'acier non négligeable en réduisant d'une longueur égale à la largeur de la bande d'acier, la longueur nécessaire à la fabrication d'une entretoise, sans pour autant nuire à ses performances dans les blocs de béton, étant donné l'orientation des forces principales auxquelles ces derniers sont soumis. On va maintenant faire ressortir les avantages importants que présente une telle traverse par rapport aux traverses mixtes connues. Tout d'abord, il est intéressant de c mparer les caractéris- tiques mécaniques des profilés utilisés dans l'art antérieur et de profilés suivant l'invention. Le tableau qui suit montre suivant les différentes formes et dimensions des sections le poids par mètre de profilé, la hauteur, la valeur du moment d'inertie par rapport à l'axe neutre horizontal ainsi que le module de section. Section et di- Poids en Hauteur I x-x4 W x-x3 mension du kg par m en mm en cm en cm - - - -pro4l --- a Y 7,5 76 42,5 9,05 b T 4,8 59 19 4,75 c L 6,3 60 26,25 5 36 60 x 60 x 7 m aile verticale d L 6,3 85 42,25 9,16 60 x 60 x 7 mm plan biss. horizontal e S 120 x 7 mm 6,6 90 70,6 15,7 f S 5,18 80 52,1 13,0 110 x 6 mm g S 6,0 80 52,7 13,2 120 x 6, 35 mm h S 4,25 70 31 4 5,5 90 x 6 mm i S 3,7 60 20,0 6,7 80 x 6 mm Si l'on compare la solution e (suivant l'invention) à la solution a qui est utilisée actuellement sur la ligne PARIS-LYON, on constate que pour un poids inférieur de 15% le moment d'inertie est majoré de 65% et le module de section de 70%. Si l'on compare le même profil de la solution e à la cornière de la solution c, on voit que le moment d'inertie et le module de section sont presque triplés, pour un poids à peine supérieur de 15%. Si l'on compare la solution f à la solution a, on constate que le poids est réduit de 45% tandis que le moment d'inertie et le module de section sont par contre majorés respectivement de 22,5 O et 43% environ. Dans le domaine des voies étroites, le profil de la solution h comparé au profil classique de la solution b donné une économie de poids de 13% et une augmentation du moment d'inertie vertical de 65% et du module de section de 45% environ. Le profil le plus économique de la solution i a comme on peut le voir des performances d'inertie et de modulé de section légèrement supérieure à celles du profilé classique de la solution b , on apportant par rapport à cette solution une économie en poids d'acier de 30%, ce qui est considérable. On voit donc que l'invention permet d'économiser un poids important de métal, sur un produit de grande consommation, tout en apportant une amélioration sensible des performances techniques des traverses mixtes, les rendant aptes à supporter un trafic à grande vitesse et des charges par essieu élevées, ce qui doit permettre d'étendre le domaine de leur application. A cet avantage important il convient d'ajouter les avantages suivants - la fabrication à la presse ou par pliage à froid à partir d'un produit plat particulièrement bon marché - la séparation des moyens d'ancrage des organes de fixation du rail, de 11 entretoise proprement dite, permet de ne pas affaiblir cette dernière à l'intérieur des blocs et permet également de l'enrobée entièrement de béton sans solution de continuité. De plus, les cheminées verticales d'introduction des boulons dans le béton sont très courtes ce qui affaiblit au minimum la section correspondante des blocs de béton. De même, les boulons-d'ancra- ge sont beaucoup plus courts et donc moins chers que s'ils devaient être ancrés dans l'entretoise. - le fait d'utiliser pour constituer les plaques d'ancrage les parties de l'âme découpées pour former les fenêtres 4 permet également de réaliser une économie sensible ou plus exactement de ne pas augmenter le prix de revient de la traverse. - les ailes recourbées du profil en S augmentent à la foi s la raideur de l'entretoise et sa liaison au béton, tout en atténuant l'effet de couteau qu'aurait une âme seule, par ailleurs trop flexible transversalement. - REVENDICATIONS 1 - Traverse mixte de chemin de fer comprenant deux blocs de béton armé, réunis par une entretoise en acier s'étendant dans chaque bloc sur une partie importante de la longueur de ce bloc et constituant par conséquent une armature, caractérisée en ce que l'entretoise (E) de cette traverse a en section la forme générale d'un S ou analogue, comportant une âme à peu près verticale disposée dans le plan vertical de symétrie (Y-Y) de la traverse et deux ailes supérieure et inférieure s1 étendant dans des directions opposées à partir des deux extrémités de cette âme. 2 - Traverse mixte suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les deux ailes (2; 3) s'étendent à peu près à angle droit par rapport à l'âme (1) et sont reliées à cette âme par une partie arrondie. 3 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qulil est prévu au moins une fenê tre (4) dans l'âme de I1 entretoise et au voisinage de son axe neutre, dans une zone située à l'intérieur du bloc de béton, mais en dehors de la zone (5, 6) la plus sollicitée à la flexion et au cisaillement, de façon à améliorer l'ancrage entre l'entretoise et le béton. 4 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'entretoise a une forme qui varie le long de sa longueur, par modification des dimensions relatives de l'âme et des deux ailes, la somme des dimensions de cette âme et des deux ailes demeurant constante. 5 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'entretoise a ses extrémités inclinées à 45 , sa partie la plus large étant située à sa base. 6 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu dans chaque bloc de béton des moyens (11) d'ancrage des organes (13) de fixation du rail, ces moyens d'ancrage étant distincts de l'entretoise en acier et disposés au-dessus de cette dernière. 7 - Traverse mixte suivant la revendication 6, caractérisée en ce que ces moyens d'ancrage comprennent des plaques d'acier (11) obtenues par découpe des fenêtres (4) ménagées dans l'âme de l'entretoise. 8 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le bloc de béton comporte des cheminées verticales (10) débouchant dans sa face supérieure, et à la partie inférieure desquelles se trpuventles organes d'ancrage (11), des cheminées obliques (14) étant par ailleurs prévues, qui délimitent sous les organes d'ancrage des chambres de rotation pour l'organe de fixation et s'étendent jusqu a une face latérale du bloc de béton. 9 - Traverse mixte suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend une armature hélicoïdale (7) entourant l'entretoise (E) dans chaque bloc de béton, et deux armatures supérieure (8) et inférieure (9) disposée au voisinage des faces supérieures et-inférieures des blocs.