Brevet FR2446158A1 — publié le 19800808

La présente invention concerne de manière genérale un procédé de finition des poutres en bois dur (chêne, hêtre et autres latifoliés, et également des espèces tropicales), et en particulier celles qui sont préparées sous forme de traverses ou de pie ces d'aiguillage pour l'équipement des lignes de chemin de fer.Ce procédé a pour but d'éviter ou au moins de réduire au minimum les fentes terminales tendant à ouvrir les tettes selon les deux branches d'un V, ou se manifestant "en étoile" ou en "patte d'oie" avec le sommet en correspondance avec l'axe médian qui correspond à la tête ; à la suite de telles fentes terminales, les divers fragments entre lesquels se divise la poutre à I'extrémité tendent à s'arquer, la concavité tournée vers l'extérieur. Ces phénomènes sont la conséquence des tensions de croissance dans l'arbre abattu. Le procédé de l'invention a également pour but de réduire et de contenir les ouvertures en V passant le long du cours longitudinal de la poutre et dues au retrait naturel de dessication. Pour expliquer l'effet interessant du traitement faisant ltobjet du présent brevet, il est nécessaire d'avoir recours à quelques notions sur les forces qui - présentes et en équilibre dans les troncs des arbres sur pied - sont libérées au moment de leur abattage et des traitements sucez sifs (tronçonnage, sciage) en donnant lieu à des sollicatations capables d'occasionner des fentes aux extrémités, dont l'importance peut être, encore agravée par le retrait dû à la dessication, qui se produit à la périphérie externe avant de toucher l'intérieur de la poutre, Le poids du tronc dt de la chevelure d'un arbre sur pied, supposé parfaitement vertical et centré, porte sur la section transversale à la base du tronc, mais on ne note pas la même pression unitaire à tous les points de la base.Des recherches d'une extrême précision, conduites par des scientifiques de divers pays, ont en fait prouvé que - en particulier pour les hêtres, les chines et les autres latifoliés à bois dur et pesant (comme les eucalyptus et de nombreuses espèces tropicales) ainsi que pour les espèces à croissance rapide comme les peupliers cultivés - la couronne externe, ctest-à-dire la partie périphérique des troncs est - dans l'arbre sur pied - soumise à une traction, c'est-à-dire qutelle est tendue, alors que la partie interne, ou le coeur, est fortement comprimée : naturellement le passage de la tension à la compression ne se produit pas par un saut brusque, mais avec une gradation, que montre le diagramme des forces agissant dans une section diamétrale d'un arbre sur pied, avec un gradient caractéristique, illustré dans la littérature technique par divers auteurs (Rubler, Jacobs, Boyd, Giordano, Curro) et indiqué par la figure 1 qui est à peu près symétrique par rapport à l'axe médian X-X. Quand on abat l'arbre, l'action du poids - qui équilibrait les forces internes dans l'arbre sur pied - est annulée et par conséquent, les coactions d'origine disparaissent également ; en substance, la couronne périphérique, qui n'est plus soumise à une traction, tend à devenir plus courte tandis que la partie interne tend à s'allonger. En considérant une section longitudinale faite diamétralement dans le tronc (voir figure 2) à droite et à gauche de l'axe médian X-X agissent des couples qui - si leur moment est d'importance suffisante - peuvent pousser à la séparation le long des lignes MN et PQ en partant des extrémités et - gracie à la relative plasticité du bois frais - à une courbure selon ce qui est indiqué en D avec des traits pointillés dans la meme figure 2.Quand ensuite les troncs, encore frais, et dans lesquels pourtant le retrait n'est pas même amorcé (il commence seulement quand l'humidité descend en-dessous de 32%, point de saturation des parois cellulaires), sont portés au sciage, la courbure vers l'extérieur des dosses terminales, est toujours évidente, alors qu'à l'extrémité les planches centrales tendent à s'ouvrir en V à l'extrémité comme on le voit sur les figures 3 et 4, bien que, comme il a déjà été dit, aucun retrait ne soit encore intervenu. Des preuves empiriques, résultant de mesures très précises, ont permis de vérifier que l'on peut obtenir une réduction notable des forces en jeu - et des inconvénients qui en dérivent - en faisant mourir les arbres sur pied (chose qui pour autant est impossible pour des raisons techniques et économiques), ou en effectuant un cerclage précédant dans le temps la coupe d'abattage et situé à quelques centimètres au-dessus de la section basale de taille de l'arbre, suivi ensuite par des cerclages semblables à quelques centimètres de distance, de part et d'autre des sections de tronçonnage des troncs (cf. Barnacle & Gottstein-CSIR0, Nelbourne, 1968). L'invention a pour but d'éviter les inconvénients ci-dessus. Un phénomène qui intervient dans un second temps, quand le séchage est déjà plutôt avancé, est celui de retrait qui, très faible dans la direction axiale (c'est-à-dire le long des fibres), est déjà bien plus fort dans la direction radiale et encore plus fort en direction tangentielle. Dans la section d'une poutre rectangulaire (comme les traverses de chemin de fer) il est évident que le principal retrait se fait dans le sens de la largeur de la section. En outre, de par la disparité entre les retraits unitaires dans les deux directions (tangentielle et radiale), il y a une tendance à l'ouverture, pour toute la longueur de la poutre, d'une fissuration F en V avec sommet dans l'axe médian, comme il est indiqué dans la figure 5. Il faut remarquer que cette ouverture longitudinale est tout à fait indépendante de l'ouverture d'extrémité dont il a été montré en relation avec les figures 2 à 4 qu'elle était due à une cause entièrement différente (c'est-à-dire à un retrait et non à des tensions internes).On doit en outre remarquer que la perte d'humidité du bois par séchage procède de l'extérieur vers l'intérieur, si bien que le retrait qui s'ensuit se manifeste d'abord sur les faces et sur les têtes avant de toucher l'intérieur. Un tel fait a donc une influence, même si c'est dans une mesure très réduite, sur le raccourcissement des faces latérales des poutres, portant donc à une modeste agravation des fentes en V sur les ttes, dérivant des tensions internes. Ce n'est pas le lieu dtinsi-ster excessivement sur le fait, connu de tous, que le retrait est un phénomène réversible qui a son contraire dans le renflement qui intervient quand le bois desséché réabsôrbe de l'humidité pour une raison quelconque. Selon des techniques déjà connues, on a prévu de fixer sur les tettes de fers diversement profilés pour bloquer et contenir aussi bien les fentes longitudinales que celles des têtes. Ces techniques n'ont pas donné en pratique des résultats permettant de résoudre le problème de façon satisfaisante. Dans les fers à profil linéaire, ou de toute façon ouvert l'élévation des tensions qui se manifestent dans le bois arrive à déterminer le départ ou l'étirement du profilé de fer. Lorsqu'au contraire les fers ont un profil fermé à anneau et sont appliqués sur le bois frais - comme il est logique ceux-ci, bien que montrant outils peuvent supporter les sollicitations qui conduiraient à ce que les têtes se fendent, présentent l'inconvénient de bloquer n'importe quel mouvement dfl au retrait ultérieur de séchage, toujours inévitable. En fait cet anneau métallique constitue une espèce de châssis qui empêche le bois de jouer avec rétrécissement général vers le centre : il s'ensuit que le bois se contracte plutôt autour de la périphérie de l'anneau, tandis que, en face de la moelle, ou au moins du centre de la figure, de petites fentes se manifestent. La présente invention a également pour but d'éliminer ou de limiter les inconvénients ci-dessus mentionnés, relatifs au retrait par dessication, et en particulier au retrait tangentiel. Pour atteindre les buts ci-dessus mentionnés, l'invention qui fait l'objet de la présente demande de brevet consiste essentiellement : à pratiquer au moins une, ou mieux au moins deux incisions parallèles au petit côté de la section transversale de la traverse ou de la poutre, pénétrant de façon limitée dans le sens des fibres ; et à apposer un anneau en profilé métallique inséré à partir de la surface de l'extrémité entre la zone intermédiaire définie par lesdites incisons. En substance, avec la présente invention, on veut agir sur des poutres déjà préparées pour permettre une certaine indépendance entre la couche la plus externe et la partie la plus interne des poutres mêmes, de manière que la première puisse éventuellement se raccourcir et donc se déformer vers l'extérieur en s'ecartant de la partie la plus interne à partir del'incison correspondante, tandis que la partie la plus interne peut s'allonger, sans qu'elles s'influencent réciproquement, c'est-à-dire sans faire natte un couple de moment élevé. De préférence, l'anneau métallique est à profil polygonal avec des sommets arrondis ou encore des arêtes vives. L'application de l'anneau doit se faire de manière qu'il ne subsiste, entre les côtés les plus courts de l'anneau et les incisions, pas plus de 3 mm de bois, afin de donner la possibilité à une telle marge de céder lorsque le retrait se manifeste, sans interposer d'obstacle inamovible à la contraction dans le sens du grand côté. Dans les poutres, de section transversale rectangulaire, lesdites incisions, parallèles au petit côté, ont en pratique - par exemple pour les traverses de chemin de fer - une profondeur dans le sens de la longueur des poutres non inférieure à 10 mm, et lesdites incisions - à faire avec une scie circulaire ou une fraise - sont toujours, de par le mode d'exécution, de largeur non inférieure à 2 tnm. Les incisions indiquées ci-dessus doivent être proches et externes aux deux côtés les plus courts de l'anneau rectangulaire ; de cette manière, le retrait du bois dans la plus grande dimension de la section peut s'effectuer sans stimuler l'ouverture des fissurations centrales. Dans le sens de la hauteur (petit côté de la section) cette liberté de mouvement n'est pas indispensable et, d'autre part, il faut que le fer puisse être fixé au bois pour pouvoir former avec lui un bloc unique afin de manifester ainsi sa fonction de contrainte. Il est préférable de prévoir également une autre fissure, c'est-à-dire avec incision intermédiaire et parallèle à celles mentionnées ci-dessus, qui exerce sa fonction avec la dessication, à l'occasion de laquelle cette dernière fissure tend à se fermer. Le dessin ci-joint illustre plus précisément les concepts exposés ci-dessus, sans pour autant que l'illustration qu'il donne soit à considérer en aucune manière comme limitative. Dans ce dessin : Les figures 1,2,3,4 et 5 montrent tout ce qui a été mentionné ci-dessus relativement aux diagrammes de tension et aux phénomènes discutés ; Les figures 6 et 7 montrent le traitement des extrémités d'une poutre, d'une traverse de chemin de fer ou d'une pièce équivalente, pour réaliser les incisions selon l'invention ; Les figures 8 et 9 montrent l'extrémité d'une poutre ou d'une traverse portant l'anneau métallique mentionné cidessus. Selon ce qui est illustré dans les figures 6 à 9, une poutre 10, ayant une section transversale pratiquement rectangulaire avec l'axe médian autour de la zone centrale de la section même (ou de toute façon dans un plan de symétrie parallèle aux petits côtés de la section), est traitée comme il est montré dans les figures 6 et 7 avec un couple d'incisions latérales 12, qui sont parallèles aux petits côtés et développées à partir de la surface de l'extrémité de la poutre. Une incision centrale 14 parallèle aux précédentes se développe selon ledit plan de symétrie passant par l'axe médian, ladite incision 14 étant parallèle aux incisions externes 12. La référence 16 indique un anneau métallique pratiquement laminaire qui est fixé dans le bois à partir de chacune des extrémités de la poutre, avec un développement dans la zone intermédiaire délimitée par les deux incisions 12 ; les petits côtés de l'anneau 16 sont insérés à proximité étroite des incisions 12, comme on le voit clairement dans les figures 8 et 9. L'anneau 16 sert par cerclage à renforcer la zone centrale de l'extrémité de la poutre, pour réduire les effets des fentes de retrait comme celle qui est indiquée en F dans la Figure 5, alors que les incisions 12 ont pour but de limi ter les phénomènes négatifs qui accompagnent les déformations étant donné les variations de tension dans l'arbre abattu. Autrement dit l'incision 14 sert à limiter les déformations et les phénomènes qui accompagnent la dessication, en particulier les phénomènes dus au retrait angulaire du matériau pendant le cerclage inversement les incisions 12 servent à limiter les phénomènes négatifs qui sont liés aux tensions de croissance, c'est-à-dire aux tensions qui se manifestent comme il est dit ci-dessus - dans le phénomène de fente des extrémités comme il est montré dans les figures 3 et 4. La présences des incisions 12, qui constitue un début de fissuration, et la présence de l'armature métallique de renforcement constituée par l'anneau 16, font que les sollicitations induites par le matériau ttE externe par rapport à la zone centrale, et délimité précisément par l'incision 12, sont pratiquement isolées par rapport aux sollicitations qui peuvent être induites par la partie centrale du matériau au voisinage de l'extrémité de la poutre ; il s'ensuit que ces sollicitations des parties externes tGE du matériau provoquent en correspondance avec les incisions 12 des fissurations partielles comme il est indiqué en 18 sur la figure 9 de manière démonstrative, qui provoquent une déformation de la zone externe tGE du matériau ; on évite au contraire une agravation de la sollicitation dans la zone centrale du matériau, indiquée par MC dans la figure 9, où les sollicitations qui tendent à provoquer les phénomènes illustrés dans les figures 3 et 4 se révèlent beaucoup plus circonscrites de par l'indépendance dont font preuve à leur égard les sollicitations imposées par les parties externes ME du matériau. Il s'ensuit que la zone centrale de l'extrémité de la poutre reste intacte vis-à-vis des sollicitations dues aux tensions de croissance, et ceci permet de maintenir une efficacité substantielle à la fonction mécanique et statique de la poutre. Les phénomènes dûs à la dessication et en particulier au retrait angulaire sont mieux supportés de par la présence des incisions latérales 12 et de la fissure 14, qui tend généralement à se refermer par l'effet de la dessication. A son tour la fonction de l'anneau métallique 16 est mieux remplie de par la présence des fissures 12 et l'indépendance des parties externes NE, limitant les phénomènes qui peuvent autrement déformer et fissurer la partie centrale 4C de ltextrémité considérée de la poutre. Il est entendu que le dessin ne montre qu'une illustration donnée simplement à titre de démonstration pratique de l'invention, et qu'on peut trouver des variantes dans les formes et les dispositions sans pour autant s'écarter de la portée du concept qui forme l'invention mme. REVENDICATIONS 1 - Procédé de traitement des têtes de traverses de chemin de fer ou d'autres poutres à section rectangulaire en bois dur, pour éviter dans les extrémités des fissurations dues aux tensions -internes de croissance et au retrait par séchage, caractérisé en ce qu'il consiste : à ouvrir au moins une ou mieux au moins deux incisions parallèles et rapprochées sur le petit côté de la section transversale de la traverse ou de la poutre préparée, en pénétrant de façon limitée dans le sens des fibres par l'extrémité ; et à apposer un anneau en profilé métallique inséré à partir de la surface de ltex- trémité entre la zone intermédiaire définie par lesdites incisions. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux incisions parallèles aux petits côtés de la section sont ouvertes à une distance desdits petits côtés comprises entre 0,15 et 0,40 fois le grand côté. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les incisions parallèles et adjacentes au petit côté de la section ont - par exemple pour les traverses de chemin de fer - une profondeur, dans le sens de la longueur de la poutre, non inférieure à 10 mm, et une largeur non in inférieure à 2 mm. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, on applique de façon connue en soi un anneau métallique rectangulaire, de telle sorte que les incisions très proches et externes aux deux côtés les plus courts soient de l'anneau rectangulaire même. 5 - Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'une autre fissure à incision intermédiaire et parallèle à celles qui sont mentionnées ci-dessus est formée pour limiter les fissurations dues à la dessication. 6 - Poutre ou traverse de chemin de fer réalisée avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 5.