Brevet FR3125072A1 — publié le 20230113

L’invention concerne un élément de réparation (1) d’un ancrage de rail de chemin de fer (14) sur un support en béton (13), l’élément de réparation (1) comprenant une portion inférieure (3) destiné à tarauder l’insert femelle (12), une portion supérieure (2) destinée à être assemblée au rail (14), et des moyens de verrouillage (6, 9, 16, 18) dimensionnés pour empêcher un dévissage de l’élément de réparation (1). Figure pour l’abrégé : figure 1 Elément de réparation d’ancrage L’invention concerne le domaine ferroviaire et plus précisément les ancrages de rails de chemin de fer sur des supports en béton, tels que des traverses en béton, des longrines en béton ou encore des dalles en béton. La présente invention concerne plus spécifiquement la réparation de tels ancrages. Un ancrage permettant une fixation entre un rail de chemin de fer et un support en béton est généralement constitué : - d’un insert de type femelle (ci-après appelé insert femelle) formant une gaine isolante et formant orifice au sein du support en béton, et - d’un élément d’ancrage (aussi appelé tirefond) assemblé à l’insert femelle et ayant une portion en saillie du support en béton permettant la fixation des attaches du rail. Au fil du temps, de tels ancrages entre les rails de chemin de fer et les supports en béton peuvent se détériorer et ne plus assurer leur fonction de serrage des attaches de rail. Une telle détérioration a de multiples causes : sur-serrage, corrosion, chocs, opérations de maintenance répétées, usure et vieillissement des matériaux. Une telle détérioration implique une réparation de ces ancrages afin d’assurer la sécurité et la durabilité de la voie ferrée. Afin de réparer les ancrages défaillants, on connaît déjà dans l'état de l’art plusieurs dispositifs et procédés associés. On connait notamment la technique consistant en un scellement chimique d’un goujon-tirefond de réparation. Le goujon-tirefond de réparation est introduit dans l’insert femelle isolant et est solidarisé à cette dernière avec de la résine de scellement. Une alternative à cette solution consiste à réaliser une opération de carottage visant à retirer l’insert femelle initial, suivi d’une opération de scellement chimique d’un nouvel insert femelle. Ces solutions, pouvant être qualifiées de solutions chimiques, nécessitent un temps de polymérisation de la résine de scellement très long (pouvant atteindre plusieurs heures en fonction des conditions atmosphérique), ce qui entraîne des interruptions du trafic ferroviaire très importantes et préjudiciables. En outre, les conditions de mise en œuvre (présence d’humidité, de poussières ou d’autres polluants) impactent la qualité des scellements. Enfin, ces résines sont sources d’une forte toxicité pour les opérateurs, ce qui implique des précautions particulières et un équipement adapté avant de réaliser ces procédures de remplacement. De telles précautions rallongent la durée de la procédure de remplacement (et donc la durée de l’interruption du trafic), tandis que l’équipement adapté entraîne une augmentation du coût liée à ces procédures. Une solution alternative, de type mécanique, a été mise en place pour tenter de surmonter les différents inconvénients liés aux solutions de remplacement chimiques, notamment l’inconvénient de la longue durée d’interruption du trafic sur la voie subissant le remplacement. Cette solution mécanique consiste à introduire, au sein de l’insert femelle après alésage et taraudage, une douille de substitution filetée à l’extérieur de sorte à se visser dans l’insert femelle et également filetée à l’intérieur afin de pouvoir recevoir le tirefond. Cependant, une telle solution est difficile à mettre en œuvre car l’opération de taraudage est délicate et doit être bien réalisée pour permettre d’obtenir un ancrage d’une qualité suffisante. En conséquence, cette solution de remplacement se révèle également très chronophage et aboutit souvent à des réparations de mauvaise qualité présentant des propriétés mécaniques insuffisantes dans le temps. L'invention a pour but de remédier à l’ensemble des inconvénients cités précédemment en fournissant une solution de réparation d’ancrages des rails sur des supports en béton qui soit à la fois, simple, sans danger pour les opérateurs, rapide et opérationnelle dès la fin de l’intervention de l’opérateur. A cet effet, l’invention a pour objet un élément de réparation d’un ancrage de rail de chemin de fer sur un support en béton, ledit ancrage comprenant un insert femelle formant orifice au sein du support en béton, l’élément de réparation étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une portion inférieure comprenant un taraud destiné à tarauder l’insert femelle, - une portion supérieure, destinée à être en saillie du support en béton, comprenant des moyens d’assemblage au rail, et - des moyens de verrouillage dimensionnés pour empêcher un dévissage du taraud en dessous d’un couple de rotation seuil appliqué à l’élément de réparation. On obtient ainsi, grâce à l’élément de réparation selon l’invention (également appelé goujon-tirefond de réparation), un ancrage réparé entre le rail et le support en béton de manière rapide et avec une mise en œuvre simplifiée par rapport aux solutions de l’état de l’art, tout en répondant aux requis de contraintes mécaniques en vigueur dans le domaine ferroviaire. En effet, le taraudage de l’insert femelle d’origine par le taraud de la portion inférieure de l’élément de réparation permet d’assurer un assemblage solidaire entre l’élément de réparation et le support en béton, tout en permettant de présenter une portion d’assemblage au rail en saillie du support en béton. Enfin, la présence de moyen de verrouillage permet d’assurer un blocage en rotation, prévenant ainsi toute désolidarisation intempestive entre l’élément de réparation et le support en béton due à un dévissage de l’élément de réparation. Par « support en béton », on entend tout support en béton destiné à être fixé à un rail de chemin de fer. Il s’agit notamment d’une traverse en béton, d’une longrine en béton ou d’une dalle en béton. Par « insert femelle », on entend tout élément constitué d’une paroi isolante (gaines plastiques ou toute autre enveloppe synthétique adaptée) destinée initialement à accueillir un tirefond afin de réaliser une fixation offrant toutes les propriétés de résistances mécaniques exigées pour un ancrage de rail de chemin de fer dans un support en béton. Afin de garantir une hauteur suffisante et constante, tout au long de la voie de chemin de fer, de la portion supérieure disponible pour la fixation les attaches du rail, l’élément de réparation comprend une butée destinée à venir en appui contre le support en béton ou une collerette supérieure de l’insert femelle. Afin de faciliter l’opération de taraudage de l’insert femelle par le taraud, l’élément de réparation comprend un élément d’appui configuré pour permettre l’application d’un couple de rotation à l’élément de réparation. Un tel élément d’appui permet également d’appliquer un couple de rotation en vue de dévisser l’élément de réparation, ce couple de rotation devant être supérieur ou égal au couple de rotation seuil en dessous duquel les moyens de verrouillage empêchent un tel dévissage. Avantageusement et en cohérence avec les normes relatives à la résistance mécanique en vigueur dans le domaine ferroviaire, le couple de rotation seuil est compris entre 200 et 300 N.m, de préférence 250 N.m. Avantageusement, le filetage du taraud est configuré pour résister à une charge d’épreuve d’au moins 60 kN et à une force d’arrachement supérieure ou égale à 74 kN. Par « configuré pour résister à une charge d’épreuve d’au moins 60 kN », on entend que l’élément de réparation est capable de résister, sans glissement ni rupture ou fissure, à une charge de 60 kN pendant 3 minutes et que la valeur de déplacement permanent mesuré à 10 kN (différence entre le déplacement mesuré lors de la descente en charge avec le déplacement mesuré lors de la montée en charge) est inférieure ou égale à 0.5 mm, le support en béton au voisinage de l’ancrage n’étant pas détérioré (aucune fissure supérieure à 0.01 mm n’étant constaté) et l’élément de réparation n’étant pas désolidarisé du support en béton. Par « une force d’arrachement supérieure ou égale à 74 kN », on entend que l’effort nécessaire pour engendrer une désolidarisation entre l’élément de réparation et le support en béton, pour une force d’arrachement appliquée perpendiculairement à l’axe longitudinal de l’élément de réparation, est supérieur ou égal à 74 kN. Pour vérifier la conformité de l’ancrage à ces contraintes, il est possible de réaliser un essai dénommé essai de « charge verticale » (conformément aux normes EN 13146-10 et EN 13481-2), complété par un essai dit « d’arrachement » (aboutissant à la rupture de l’élément de réparation). Afin de permettre une bonne fixation avec l’insert femelle, le taraud présente au moins partiellement un diamètre supérieur, avant taraudage, à un diamètre de l’orifice formé par l’insert femelle. Afin d’assurer le bon positionnement initial, avant l’opération de taraudage, de l’élément de réparation par rapport à l’insert femelle, le taraud présente un filetage conique dont le diamètre le plus réduit est inférieur à un diamètre de l’orifice formé par l’insert femelle. Dans le but de prémunir le dévissage de l’élément de réparation (lorsqu’un tel dévissage n’est pas souhaité) sans pour autant gêner l’opération de taraudage, les moyens de verrouillage comprennent au moins une encoche située sur le filetage du taraud, de préférence sur la partie du filetage proche de l’extrémité libre de la portion inférieure, et dont la forme empêche uniquement le dévissage de l’élément de réparation. Toujours selon ce but, les moyens de verrouillage peuvent, alternativement ou cumulativement, comprendre au moins une ailette s’étendant radialement de la portion inférieure et dont la forme empêche uniquement le dévissage de l’élément de réparation. Afin de permettre un bon positionnement de l’ailette, et ce, de manière simple, ladite au moins une ailette est portée par une bague rapportée sur la portion inférieure. Afin de permettre l’évacuation des copeaux générés lors du taraudage de l’insert femelle par le taraud de l’élément de réparation, la portion inférieure comprend au moins une gorge s’étendant longitudinalement et étant configurée pour permettre l’évacuation des copeaux issus du taraudage. Afin de permettre une bonne coopération entre la bague et la portion inférieure de l’élément de réparation, permettant ainsi de positionner la bague portant l’ailette à l’emplacement le plus adapté, la bague rapportée comprend au moins une nervure destinée à coopérer avec la gorge de la portion inférieure. Toujours dans le but de prémunir le dévissage de l’élément de réparation (lorsqu’un tel dévissage n’est pas souhaité) sans pour autant gêner l’opération de taraudage, les moyens de verrouillage comprennent, alternativement ou cumulativement, une rondelle frein sur sa portion inférieure en contact avec la butée et destinée à venir en appui contre le support en béton ou une collerette supérieure de l’insert femelle. Toujours dans ce but, les moyens de verrouillage comprennent, alternativement ou cumulativement, une plaque de verrouillage présentant une ouverture centrale destinée à entourer la butée, la plaque de verrouillage et la butée étant solidaire en rotation, la plaque de verrouillage comprenant en outre une portion d’appui destinée à venir en appui contre un épaulement du support en béton. Dans l’optique de favoriser le serrage des attaches du rail, les moyens d’assemblage au rail comprennent un filetage. L’invention a également pour objet un ancrage de rail de chemin de fer sur un support en béton comprenant un insert femelle formant orifice au sein du support en béton et un élément de réparation selon l’une quelconque des variantes précédentes de l’invention. L’invention a également pour objet un ensemble d’un ancrage selon l’invention, d’un rail de chemin de fer et d’un support en béton. L’invention a également pour objet un procédé de réparation d’un ancrage de rail de chemin de fer sur un support en béton, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - retrait de l’élément d’ancrage hors de l’orifice formé par l’insert femelle au sein du support en béton, - taraudage de l’insert femelle en vissant, dans ledit orifice, un élément de réparation selon l’une quelconque des variantes précédentes de l’invention, ledit élément de réparation présentant, après le taraudage, une portion supérieure en saillie du support en béton et comprenant des moyens de verrouillage en rotation dimensionnés pour empêcher le dévissage de l’élément de réparation en dessous d’un couple de rotation appliqué à l’élément de réparation, - serrage d’attaches du rail sur la partie supérieure de l’élément de réparation. Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : la est une vue de face représentant un élément de réparation selon un premier mode de réalisation de l’invention, la est une vue de face représentant un élément de réparation selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la est une vue en perspective de l’élément de réparation selon le deuxième mode de réalisation de l’invention, la est une vue en perspective représentant un ensemble d’un ancrage comprenant un élément de réparation selon le premier mode de réalisation, un rail de chemin de fer et d’un support en béton, la est une vue en perspective représentant un ensemble d’un ancrage comprenant un élément de réparation selon un troisième mode de réalisation de l’invention, la est une vue en perspective représentant un ensemble d’un ancrage comprenant un élément de réparation selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Elément de réparation (1) d’un ancrage de rail de chemin de fer (14) sur un support en béton (13), ledit ancrage comprenant un insert femelle (12) formant orifice au sein du support en béton (13), l’élément de réparation (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une portion inférieure (3) comprenant un taraud (4) destiné à tarauder l’insert femelle (12), - une portion supérieure (2), destinée à être en saillie du support en béton (13), comprenant des moyens d’assemblage (5) au rail (14), et - des moyens de verrouillage (6, 9, 16, 18) dimensionnés pour empêcher un dévissage du taraud (4) en dessous d’un couple de rotation seuil appliqué à l’élément de réparation (1). Elément de réparation (1) selon la revendication précédente, comprenant une butée (7) destinée à venir en appui contre le support en béton (13) ou une collerette supérieure (17) de l’insert femelle (12). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un élément d’appui (7) configuré pour permettre l’application d’un couple de rotation à l’élément de réparation (1). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le couple de rotation seuil est compris entre 200 et 300 N.m, de préférence 250 N.m. Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filetage du taraud (4) est configuré pour résister à une charge d’épreuve d’au moins 60 kN et à une force d’arrachement supérieure ou égale à 74 kN. Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le taraud (4) présente au moins partiellement un diamètre supérieur, avant taraudage, à un diamètre de l’orifice formé par l’insert femelle (12). Elément de réparation (1) selon la revendication précédente, dans lequel le taraud (4) présente un filetage conique dont le diamètre le plus réduit est inférieur à un diamètre de l’orifice formé par l’insert femelle (12). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de verrouillage comprennent au moins une encoche (6) située sur le filetage du taraud (4), de préférence sur la partie du filetage proche de l’extrémité libre de la portion inférieure (3), et dont la forme empêche uniquement le dévissage de l’élément de réparation (1). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de verrouillage comprennent au moins une ailette (7) s’étendant radialement de la portion inférieure (3) et dont la forme empêche uniquement le dévissage de l’élément de réparation (1). Elément de réparation (1) selon la revendication précédente, dans lequel ladite au moins une ailette (7) est portée par une bague rapportée (9) sur la portion inférieure (3). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la portion inférieure (3) comprend au moins une gorge (8) s’étendant longitudinalement et étant configurée pour permettre l’évacuation des copeaux issus du taraudage. Elément de réparation (1) selon les revendications 10 et 11, dans lequel la bague rapportée (9) comprend au moins une nervure (11) destinée à coopérer avec la gorge (8) de la portion inférieure (3). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, dans lequel les moyens de verrouillage comprennent une rondelle frein (16) sur sa portion inférieure (3) en contact avec la butée (7) et destinée à venir en appui contre le support en béton (13) ou une collerette supérieure (17) de l’insert femelle (12). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 12, dans lequel les moyens de verrouillage comprennent une plaque de verrouillage (18) présentant une ouverture centrale destinée à entourer la butée (7), la plaque de verrouillage (18) et la butée (7) étant solidaire en rotation, la plaque de verrouillage (18) comprenant en outre une portion d’appui (19) destinée à venir en appui contre un épaulement (20) du support en béton (13). Elément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens d’assemblage au rail comprennent un filetage (5). Ancrage de rail de chemin de fer (14) sur un support en béton (13) comprenant un insert femelle (12) formant orifice au sein du support en béton (13) et un élément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ensemble d’un ancrage selon la revendication précédente, d’un rail de chemin de fer (14) et d’un support en béton (13). Procédé de réparation d’un ancrage de rail de chemin de fer (14) sur un support en béton (13), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - retrait de l’élément d’ancrage hors de l’orifice formé par l’insert femelle (12) au sein du support en béton (13), - taraudage de l’insert femelle (12) en vissant, dans ledit orifice, un élément de réparation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, ledit élément de réparation (1) présentant, après le taraudage, une portion supérieure (2) en saillie du support en béton (13) et comprenant des moyens de verrouillage (6, 9, 16, 18) en rotation dimensionnés pour empêcher le dévissage de l’élément de réparation (1) en dessous d’un couple de rotation appliqué à l’élément de réparation (1), - serrage d’attaches du rail (14) sur la partie supérieure (2) de l’élément de réparation (1).