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les composants de la voie
chapitre II:
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
EQUIPEMENTS
TVX GENIE CIVIL
ALIMENTATION
TLC
U n profil type transversale d’une double voie electrifiée
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
U n profil transversale type d’une gare à 02 quais
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
EVOLUTIONS A TRAVERS LE TEMPS
Le matériel de
voie a évolué en
fonction du
matériel roulant
(charges par
essieu, vitesse,
bruit, gabarit...)
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Bogie
Structure indépendante du châssis principal et sur laquelle sont fixés les essieux. Le bogie peut pivoter par
rapport à la caisse pour faciliter l’inscription dans les courbes.
Caisse
Unité de compte qui représente, soit une voiture voyageurs pour le matériel remorqué, soit tout ou partie d’un
engin automoteur. Par exemple 1 voiture unifiée de service intérieur (USI) = 1 caisse; 1 automoteur TER 2N = 2
caisses. En général une caisse offre 70 à 100 places assises.
Essieu
Ensemble indéformable composé d’un axe et de deux roues. Seule une petite surface des roues est en contact
avec le champignon (surface) du rail.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
HISTORIQUE
Jusqu’au début des années 80 :
¾ Rail S 33
¾ Traverses métalliques en acier
¾ Traverses en bois (généralement du hêtre ou du chêne traitées par un
puissant pesticide conservateur du bois la créosote de goudron de houille ) /
coût élevé
¾ Traverse bi – blocs en Béton avec entretoise ( se caractérise par une
durée de vie plus importante) / rapport qualité/prix intéressant
¾ Attaches métalliques rigides et tirefonds
¾ Eclisses de raccordement des rails
La voie est constituée par un assemblage d’éléments qui distribuent et transmettent les charges de trains
uniformément à la plateforme. L’ensemble des composants de voie doit également empêcher des
mouvements longitudinaux et latéraux de la voie et des déformations verticales . La résistance longitudinale
et latérale satisfaisante de la voie dépend de la masse du ballast, de sa granulométrie, de sa forme, de sa
propreté et de son état de compactage, Les évolutions techniques au fil du temps traduisent un trafic
plus dense et des tonnages par essieu ou cumulés plus importants (ex: inertie du rail plus grande,
attaches élastiques, traverse en BA, semelle élastique sous rail etc...).
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
HISTORIQUE
Fin des années 70 à mi des années 2000
¾Rail UIC 54
¾Traverses bi-blocs en Béton (avec entretoise) / 1666 U/km
¾Attaches métalliques élastiques ( généralement type Nabla) et tirefonds
¾Semelles en caoutchouc élastiquement déformable
¾Soudures aluminothermiques (LRS : long rail soudé)
¾Ballast : 30 cm d’ épaisseur (+ en pleine courbe , ajustement nécessaire)
Mi des années 2000 à nos jours
¾Rail UIC 60
¾Traverses bi-blocs en Béton (avec entretoise) / 1666 U/km
¾Attaches métalliques élastiques ( généralement type Nabla) et tirefonds
¾Semelles en élastomère élastiquement déformable
¾Soudures électriques par étincelage (LRS)
¾Ballast: 35 à 40 cm d’ épaisseur (+ en pleine courbe , ajustement nécessaire)
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
A. LE RAIL
Le rail est le premier élément entre le train et la voie, La caractéristique essentielle d’un rail est son
poids au mètre linéaire (fiche UIC 60 –E1). Constitue un chemin de roulement et de guidage ; ils sont
également conducteurs électriques du retour traction et servent de support au courant de
signalisation. La longueur des rails est de 18 m et 36 M.
Le profil de la section est conçu pour avoir une bonne répartition des contraintes dans le rail.
Les études sur le calcul des rails montrent :
1. Que le moment fléchissant maximum sous la charge diminue lorsque le coefficient du ballast c
augmente c.-à- d. lorsqu'on améliore le ballast et la plateforme ;
2. Que, si on augmente le moment d'inertie, ce qui entraîne l'augmentation du poids du rail par mètre
courant, on réduit les réactions maxima c.-à-d. :
‰ La pression du rail sur les traverses,
‰ La pression des traverses sur le ballast,
– Cela démontre les études faites , en fonction du trafic de plus en plus important , les
profils de rails changent dans le sens des dimensions et du poids.
Dans le même sens, les études doivent s’inspirer d’un acier à rails sain, non fragile et
résistant à l'usure.
D’où diminution des dépenses d'entretien et, pour un même ballast
et un même espacement des traverses, on réduit la fatigue du rail.
Note:
Des études ont montré que le taux de la tension élastique qui se
produit au contact du bandage des roues et du bourrelet du rail
augmente très rapidement si l'on diminue le rayon r du congé du
bourrelet du rail.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
UIC 60 E 1
Caractéristiques
géométriques du rail UIC 60.
Surface de la section : 76,70 cm2
Masse par mètre : 60,21 kg/m
Moment d'inertie (axe x-x) : 3038,3
cm4
Module d'inertie — champignon :
333,6 cm3
Module d'inertie — patin : 375,5
cm3
Moment d'inertie (axe y-y) : 512,3
cm4
Module d'inertie (axe y-y) : 68,3
cm3
Dimension indicative A : 20,456
mm
Dimension indicative B : 52,053
mm
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
B. LE SYSTÈME D’ATTACHE ET LA SEMELLE
Semelles et système d’attache : les semelles sont en général en élastomère (caoutchouc).
Leur taille est petite (environ 9mm d’épaisseur) mais elles sont très importantes pour la stabilité du
système (elles jouent le rôle d’un amortisseur). Les attaches sont aussi très importantes pour la
stabilité du rail.
C’est la partie qui transmet les charges entre le rail et les traverses. Le système de fixation du rail
appliqué est réglementé par des normes (UIC, EN …).
Plusieurs types et techniques d’attache sont disponibles sur le marché, mais l’attache élastique est
recommandée selon l’exigence du Type de traverse en béton armé ainsi que de l’utilisation des longs
rails soudés, Puisqu’elles offrent une résistance garantie contre le déplacement du rail dans le sens
longitudinal ou transversal par rapport à la traverse.
L’attache élastique est recommandée pour les lignes (voies principales) à trafics importants.
On attache la plus grande importance à la bonne fixation et à la conservation des attaches, c'est
pourquoi on renonce généralement au recouvrement des traverses par le ballast. On estime, par
ailleurs, que la masse entière du ballast doit être employée là où son utilisation est la meilleure, c'est-
à-dire sous les traverses, entre les traverses, ainsi que pour contrebuter les extrémités des traverses.
Le ballast est un matériau coûteux et tout excédent représente une dépense inutile.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS
C. LA TRAVERSE EN BÉTON ARMÉ
Les Traverses en béton armé sont utilisées plus souvent dans le domaine voie ferrée (prix compétitif), la
longue durée de vie et le plus de choix de types d’attaches. Le désavantage des traverses en béton armé
est qu'il exige plus de ballast que d'autres types de traverses.
Les normes qui s’appliquent pour les traverses en béton armé sont : UIC et EN.
QUALITE: excellente résistance mécanique et atmosphérique, économique;
Mécaniquement, les traverses sont soumises aux charges transmises par le rail, en général excentrées
du fait des efforts latéraux exerces par les véhicules sur la voie et de la réaction du ballast qui dépend
beaucoup des conditions d'appui des traverses.
La densité de traverses au kilomètre est de 1666 unités (Les traverses sont mises chaque 0.6 m sur la
voie). Par contre, dans les secteurs en plein courbe, il est nécessaire :
¾ D’ajouter les traverses supplémentaires, afin d’empêcher les mouvements de voie;
¾ D’ajuster l’épaisseur et la largeur de ballast (devers);
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
• Rôle des traverses
‰ Maintenir les rails à l'écartement normal (1435 mm);
– Sur une ligne de chemin de fer, distance entre deux files de rails parallèles, mesurée entre les
bords intérieurs des champignons des rails. Elle est, en général en Algérie et dans de
nombreux pays européens, de 1,435 m.
– L’entretoise d'acier (rail recyclé) conçue de façon à limiter les rotations de la traverse bi-bloc par
rapport à l'axe moyen de la voie;
‰ Répartition des charges (que les rails reçoivent des essieux) sur une surface suffisante de
ballast pour ne pas dépasser les charges critiques du sol (s- couches);
‰ Permettent l'inclinaison de 1/20 aux rails.
Les traverses par leurs dimensions en longueur et en largeur (surface), fournissent une surface
d'appui suffisante pour que la pression unitaire engendrée ne dépasse pas certaines limites (voir
caractéristiques mécaniques du ballast);
Autres caractéristiques :
¾ L’ épaisseur de la traverse donne la rigidité nécessaire avec une certaine élasticité;
¾ Elle est suffisamment élastique (entretoise) pour absorber les principaux efforts de flexion et de
torsion;
¾ La longueur (étudiée) contribue à la stabilité de la voie ;
¾ La forme des traverses, un choix judicieux pour s'opposer efficacement aux déplacements
longitudinaux et transversaux ;
¾ Une bonne résistance aux agents atmosphériques ( pour le BA) ;
¾ Permettent le « bourrage mécanique » de la voie ;
¾ Permettent l'emploi d'un LARGE éventail de système d'attaches élastiques du rail;
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
GENERALITES
Les traverses en BA sont fabriquées à l’aide de machines pondeuses , un laboratoire est installé au
niveau de l’usine pour réaliser les essais de contrôle sur les matériaux et les produits de
traverses pendant toutes les phases de la production , notamment pour effectuer l’essai statique
sur les traverses. Cet essai sera effectué à l’aide d’une machine spécifique de compression
(étalonnage à contrôler) conformément aux prescriptions concernant le nombre des échantillons et la
cadence du contrôle par lot , conformément à la norme EN 13230-3 .
Les documents concernant des contrôles et essais des graviers , des sables , des fers à béton , des
produits de traverses ( ceux découlant de l’essai de production , ceux destinés à la qualification et
ceux de la production en série ) seront formalisés et conservés dans le bureau du laboratoire afin
d’assurer leur traçabilité et permettre le suivi par la maitrise d’œuvre.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
PROGRAMME DES CONTROLES ET DES ESSAIS POUR LA FABRICATION DES TRAVERSES
1- La planéité des surfaces au niveau de l’atelier de fabrication de l’usine, l’électricité , le réglage
des machines pondeuses , les mises au point des matériels accessoires tels que la soudeuse à
point , la dresseuse et la machine à façonner les ressorts .
2- Contrôle des matériaux approvisionnés à l’usine, comme les aciers, les graviers, les sables, les
ciments…
3- Essais des matériaux approvisionnés avant toute production : les essais relatifs comme la
détermination de la teneur en eau des sables, l’analyse granulométrique des graviers , le temps de
la prise de ciment, …L’essai de convenance après l’étude de formulation du béton , l’essai
mécanique des aciers.
4- La phase de la production d’essai, préalable à la production en série fait l’objet des opérations
d’essai des matériels avec un nombre de produits entre 20 et 30 pièces.
Elle exige du contrôle intérieur et extérieur comprenant:
‰ La détermination de l’affaissement du béton
‰ L’essai de compression à 7 jours sur 3 éprouvettes de béton
‰ L’essai de compression à 28 jours sur 3 éprouvettes de béton
‰ L’essai de flexion à 7 jours sur 3 éprouvettes de béton
‰ L’essai de flexion à 28 jours sur 3 éprouvettes de béton
5- L’essai statique et l’essai dynamique avant la production en série : l’échantillonnage est défini
dans le tableau ci-après .
Les traverses seront aussi controlées dimensionnellement ,
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
ESSAI STATIQUE ESSAI
DYNAMIQUE
Réf des moules Essai positif Essai négatif Blochet
1# 3 traverses 3 traverses 6 3 traverses
2# 3 traverses 3 traverses 6 3 traverses
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
PROCESSUS DES FABRICATION DES TRAVERSES VAX U 31
Le logigramme suivant décrit d’une manière schématique le processus d’exécution selon le schéma général
suivant :
Préparation Nettoyage des moules et huilage Implantation des gaines
Pose des treillis supérieur en acier et entretoise Mise en œuvre du béton et vibration
Pose de treillis inferieur en acier Mise en œuvre du béton et vibration Mise en
pression à l’ensemble du béton Renversement des moules et démoulage
Cure du béton par arrosage Evacuation de l’atelier et stockage des traverses
Dépôt provisoire des traverses sur chantier
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
SEMELLE
D. SEMELLE SOUS RAIL: Outre l’absence d’une rugosité prononcée de la roue et du rail et la vitesse du
train , plusieurs paramètres ont une influence significative sur la diminution du
bruit , les paramètres dynamiques de la semelle sous rail (raideur et facteur
d’amortissement), le type et la distance entre les traverses sont les paramètres
les plus influents.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Eclisse de chemin de fer pour rail en acier standard UIC Rails correspondants
Type Poids Kg/m
Dimension (mm)
Matière Type de rail Poids Kg/m Standard
a b c
U79 23.92 108.53 27 41 Grade 700 UIC54 54.43 UIC
U85 29.68 120.92 24 45 Grade 700 UIC60 60.34 UIC
La semelle est une plaque élastique (en élastomère) de faible épaisseur qui est interposée entre la
traverse et le rail. Elle assure, grâce à sa souplesse, la transmission et la répartition des charges
rail/traverse sur les traverses voisines de la traverse chargée. Elle joue aussi un rôle d'absorbant des
ondes vibratoires mécaniques et acoustiques.
E. LES JOINTS
1. L’éclisse:
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
2. La soudure des rails pourquoi ?
Le joint éclissé entre deux rails constitue un point faible de la voie même si à température élevée
aucune lacune ne subsiste.
Sous l’effet de la charge, l’assemblage se dégrade, les abouts s’affaissent, les roues viennent
frapper le rail en aval, en mater l’about et , par rebondissement , retomber à quelques centimètres
de son extrémité.
Un tel coup de marteau entraine l’usure prématurée du matériel roulant, un certain inconfort pour les
voyageurs et, surtout , la détérioration de la qualité de l’ensemble de la voie:
‰ Les traverses proches du joint dansent en détruisant rapidement les propriétés élastiques du
ballast et le nivellement;
‰ Les éclisses battent dans leur logement;
‰ Les trous de boulons peuvent être à l’origine de fissures pouvant aller jusqu’à la rupture par
fatigue;
On constate lorsque l’écartement des traverses du joint est important, qu’il se produit une arcature
des abouts des rails pouvant entrainer, notamment dans le cas de barres de 12 ou 14 mètres,
l’entrée en résonnance de la suspension du matériel roulant imposant des limitations de vitesses
incompatibles avec l’exploitation d’un réseau moderne.
On rencontre ce phénomène particulièrement dans des pays ou la densité du trafic et les charges
par essieu se sont accrues dans de grandes proportions.
Conclusion :
Pour toutes ces raisons et parce que les progrès réalisés dans le soudage de l’acier à rail
permettent d’obtenir des soudures qui se comportent bien sous l’effet des charges roulantes,
d’où la décision de supprimer les joints.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Les constatations faites par la plupart des réseaux européens, permettent d’estimer à 30 % environ
la réduction des dépenses d’entretien procurée par les joints soudés.
La soudure des rails contribue à la performance de la qualité de la voie exigée par les grandes
vitesses tel que le TGV.
Principe du soudage par ALUMINOTHERMIE
Le soudage par aluminothermie , consiste à obtenir un métal par réduction de ses oxydes par
l’Aluminium. Cette réaction, fortement exothermique, amène les composants à l’état liquide.
Pour souder des rails, on coule le métal en fusion dans un moule réfractaire entourant le joint et
permettant de reconstituer le profil.
La réduction de l’oxyde de fer par l’aluminium produit du fer et de l’alumine (ou corindon)
Oxyde de fer + Al Fer + Alumine
Pour obtenir une soudure dont la composition métallurgique et la nuance soient très voisines de
celles des rails à souder, il faut ajouter au mélange d’oxydes de fer : soigneusement sélectionnés,
triés, calibrés, parfaitement dosés et d’Aluminium de granulométrie très fine, des éléments
d’addition appropriés: Oxyde de fer + Al + éléments d’addition Acier + Alumine
CE MELANGE EST APPELÉ CHARGE
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Conditions de réalisation de la réaction
™ La charge est placée dans un creuset en forme de tronc de cộne renversé, constitué d’une gaine
métallique garnie intérieurement d’un revêtement réfractaire.
™ La réaction est amorcée avec une source de chaleur à haute température, l’acier est libéré par
débouchage automatique d’une douille placée à la partie inferieur du creuset.
Le temps de fusion de cette douille est prédéterminé de telle sorte qu’il permet la décantation
préalable de l’Alumine dans le creuset ( la masse spécifique de l’Alumine , ou corindon est 2 fois
moins élevée que celle de l’acier , mais son point de solidification est plus élevé), évitant qu’elle ne
vienne provoquer des inclusions dans la soudure.
™ L’acier coule dans le moule entourant les abouts de rails. Le corindon emplit la partie supérieure du
moule, l’excédent s’écoule vers un bac placé sur le coté du moule.
Préparation du joint avant soudage
L’espace ou intercalaire à ménager entre les rails est défini dans le feuillet propre à chaque procédé
de soudage:
¾ 17 à 25 mm pour les joints normaux;
¾ 48 mm pour les joints larges;
¾ 68 mm pour les joints extra larges;
S’il est nécessaire de recouper les abouts des rails, les coupes doivent être perpendiculaires aux
rails et , dans ce but , être exécutées à l’aide de la tronçonneuse et de son bras articulé .
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Différents procédés de soudage aluminothermique
Pour des raisons économiques, la quantité de chaleur nécessaire à la fusion des extrémités des rails
est partiellement apportée par une autre source que la réaction aluminothermique et avant la coulée.
On utilise un appareil de préchauffage plus ou moins intense pour réaliser cette opération.
En fonction du mode de préchauffage , on distingue deux grandes catégories de procédés :
1. Le procédé AVEC PRECHAUFFAGE NORMAL A.P
2. Le procédé A PRECHAUFFAGE LIMITE P. L
La différence essentielle entre le procédé AP et le procédé PL réside dans le résultat recherché:
‰ Dans le premier cas , le préchauffage doit être poursuivi jusqu’à l’obtention d’une température donnée
( 850 – 900 °C)
‰ Dans le second cas , en fonction du matériel utilisé, le préchauffage est maintenu pendant un temps
prédéterminé pour chaque type de rail (la température obtenue est de l’ordre de 450 à 500 °C)
Suivant la section du rail à souder, la durée de préchauffage :
‰ S’échelonne entre 6 et 20 minutes dans le procédé A.P
‰ Est de 3 à 6 minutes dans les procédés P.L
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
La solution de préchauffage court ou limité fait appel aux moyens classiques air-essence ou air-
propane mais aussi au chalumeau qui, par sa puissance, est un moyen de préchauffage très court
Il peut être obtenu par un simple bruleur fonctionnant au propane sous pression de la bouteille, ce
procédé à air induit est appelé PLG.
La séquence des opérations :
1. Réglage des rails (utilisation de tendeur hydraulique dans certains cas: réparation LRS . Règle );
2. Pose des moules (une briquette sous le patin, 2 moules latéraux qui reposent sur la briquette , un
bouchon);
3. Préchauffage;
4. Coulée;
5. Démoulage et tranchage;
6. Meulage;
(Voir photos ci-après)
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Coupure des rails
Alignement des abouts des rails
Préchauffage des abouts des rails Mise en place des rails
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Mise en place de la pate
Préchauffage des abouts des rails
Coulée du métal en fusion
Allumage
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Extraction des moules Meulage de la soudure
Profilage du rail Résultat final
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
La soudure électrique du rail par résistance et par étincelage
Principe
Le procédé de soudage en bout par étincelage ou par résistance , permet, comme son nom l’indique, de
souder bout à bout des barres ou des profilés de même section droite par la fusion des abouts (ex: le
rail).
Pour la soudure par étincelage, les surfaces des pièces à assembler sont d’abord amenées à la
température de soudage par l’effet Joule, dû à un courant électrique important (des étincelles éclatent
entre les bord des rails à souder ) traversant les résistances élevées des surfaces des deux pièces en
contact, provoquant la combustion d’une quantité de matière de celles-ci. Ensuite, un effort de forgeage
est appliqué pour finaliser la soudure ( une fois la fusion obtenue (par effet de Joule), les bords à souder
sont vivement rapprochés jusqu'à provoquer l'éjection de la phase liquide et des impuretés éventuelles,
puis on maintient l'ensemble sous pression).
‰ Dans le cas du soudage par résistance, les pièces sont placées dans des mâchoires en cuivre, dont
l’une est fixée sur un chariot mobile en translation parallèlement à l’axe de soudage. Les extrémités
des pièces à souder sont amenées en contact sous pression assez forte avant de provoquer un
passage de courant dans les pièces.
La chaleur générée (par effet de Joule) s'exprime comme suit : H= I².R.t
avec :
H: Énergie générée en joules I: Courant électrique en ampères, R: Résistance électrique au droit des
électrodes en ohms, t: Temps pendant lequel le courant électrique est établi entre les électrodes
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LA SOUDURE DES RAILS
Equipement: la soudeuse électrique
• Le robot de soudage permet de réaliser un processus de soudage entièrement automatisé, sans
aucune intervention manuelle, permettant ainsi de reproduire une qualité de soudage élevée.
• Le dispositif de tirage des rails, d’une force de 1500 kN, est intégré dans la tête de soudage. Les rails
à souder sont automatiquement levés, puis positionnés face à face dans la tête de soudage, et
régulièrement surveillés par un dispositif de mesure spécifique.
• L’écartement entre les deux extrémités de rails, est, lui aussi, obtenu automatiquement – si
nécessaire également en poussant les rails. De plus, tous les paramètres déterminants du soudage
sont relevés et mémorisés. Le recours optionnel au soudage par impulsions permet de réduire la
durée du soudage et la longueur de la matière consommée lors de la fusion, tout en augmentant
la qualité du soudage.
• Le courant de soudage est transmis au niveau de la face inférieure du champignon de rail et de la
face supérieure du patin de rail, ce qui permet de limiter les travaux préparatoires de meulage. Les
mâchoires sont conçues de telle façon qu’il est inutile de meuler les marques de laminage en relief
sur l’âme du rail.
Les avantages par rapport à la soudure aluminothermique:
1. Un temps de soudure minime ;
2. Un volume de matière consommée minime ;
3. Une qualité de la soudure élevée ;
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
GENERALITES
I/ MODULE D’ELASTICITE LONGITUDINALE (MODULE DE YOUNG)
A
f
aa
A
f
aa
-
f
1
l
= forces unitaires réparties sur la surface S
'
1
l f
= élément linéaire qui dévient après application des forces unitaires
1
e
1
1
'
1
l
l
l 
L’allongement unitaire ou dilatation unitaire =
1
C f 1
l
Soit la contrainte de traction due à la force et appliquée sur l’élément
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
1
1
e
C
1
e
f
E
On pose
= =
E
f
e
Ÿ 1
F S S
F
f
S
f
F Ÿ
˜
La force totale appliquée sur est
S
E
F
e
˜
Ÿ 1
E 1
e
E
Plus sera grand, plus sera faible.
Caractérise la plus ou moins grande aptitude de la matière à se déformer
E
2
/ mm
kg
est appelé module d’élasticité longitudinale. Il s’exprime en
- Acier = 21500
2
/ mm
kg
- Rail = 21000
- Béton = 2000 environ
- Aluminium = 7000
- Matière plastique = 500 à 200
- Liquide = 00
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
II/ COMPORTEMENT DES RAILS SOUS L’EFFET DES VARIATIONS DE TEMPERATURE
1) Dilatation libre
Une barre est dite en dilatation libre quand aucune contrainte ne s’oppose à son mouvement si la
température varie (barre posée sur rouleaux).
T
L
L '
˜
˜
' D
L = longueur de la barre à la température initiale en ml
L
' = variation de cette longueur en mm
D 3
10
0105
.
0 
u
= coefficient de dilatation de l’acier =
T
' = variation de la température par rapport à la température initiale
F L
'
On peut donc connaître la valeur de la force capable de produire
S
E
F
l
l
l
e
˜

1
1
'
1
1
L
S
E
L
F
S
E
F
L
L ˜
˜
'
Ÿ
˜
'
= Or T
l
L '
˜
˜
' D Donc T
S
E
F '
˜
˜
˜ D
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
F L S
E, D
F T
'
On remarque que est indépendante de , et et sont des constantes.
est donc proportionnelle à
F
F 
'
'
F
2) Dilatation contrariée
On contrarie la dilatation en créant une force
Si le rail est bien fixé aux traverses,
est produite par le frottement et la butée des traverses sur le ballast. Cette résistance dépend donc :
• Du type de traverses (poids, formes, dimensions);
• De la résistance du ballast entre les traverses;
Elle varie de 400 daN (voie déconsolidée) à 1050 daN (voie stabilisée) par mètre de voie
1
t 2
t
F
F 
'
Z r
III/ ZONE DE RESPIRATION-ZONE CENTRALE
Prenons une montée uniforme de température de à
l’extrémité du rail étant libre
La dilatation est progressivement contrariée
de traverse en traverse jusqu’à ce qu’un certain
nombre de traverse permette d’obtenir
Si est la portion de voie comportant ce nombre de traverses ;et la résistance par mètre linéaire de voie ;
on aura :
F
r
Z ˜
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
r
T
S
E
Z
'
˜
˜
˜
Ÿ
D
Z
C
La portion de la barre qui renferme
Après cette portion, la barre est le siège d’une contrainte uniforme
est appelée zone de respiration du LRS.
S
T
S
E
S
F
C
'
˜
˜
˜ D
T
E
C '
˜
˜D
DEPLACEMENT DU RAIL
Dans la zone de respiration, la résistance est insuffisante pour contrarier la dilatation. Il y a donc un
déplacement de l’ensemble rails-traverses variant d’un maximum au bout de la barre à une valeur nulle
à la fin de la zone de respiration.
On démontre que le déplacement d’un point quelconque M a pour valeur :
2
)
( 2
z
Z
S
E
r
d

˜
˜
Z z
z
= longueur de la zone de respiration ; = distance entre le bout de la barre et le point M
= 0
Au bout de la barre,
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
2
2
0
Z
S
E
r
d ˜
˜
2
2
2
2
2
2r
T
S
E
S
E
r '
˜
˜
˜
˜
˜
D
=
r
T
S
E
d
2
2
2
0
'
˜
˜
˜ D
' 1
T
2
T
' T
' Z
VARIATIONS CYCLIQUES
On prend un LRS fixé à 45°C ; la nuit, la température descend à 15°C 30°C ; le lendemain, la
= 35°C ; à chaque , la dilatation ne se fera que sur une longueur
.
La zone de respiration est déterminée par l’écart maximum de température prévue. On peut constater qu’à
l’intérieur de cette zone peuvent se créer des contraintes plus élevées que dans la zone centrale.
Les différences de variations de température créent une suite de pics de contraintes qui ne disparaîtront
que lorsque la température maximum sera revenue.
Il est donc important de fixer le LRS à une température soigneusement choisie. Ce sera le but de la
libération des contraintes.
Température remonte à 50°C
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
La libération des contraintes dans les LRS a pour but d’équilibrer les contraintes sur toute la longueur des
barres. Elle s’exécute de préférence simultanément sur les deux files de rails (sauf cas particulier)
1) Température dans les LRS
a) Température neutre (Tn)
C’est la température à laquelle les contraintes thermiques sont nulles en ce point du LRS
Cette notion n’a de signification que dans la partie centrale du LRS.
b) Température de fixation (Tf)
C’est la moyenne arithmétique pondérée des températures observées pendant le serrage des attaches sur
toute la longueur considérée.
c) Température de référence (Tr)
C’est celle à laquelle on se réfère pour déterminer dans quelles limites de température peuvent être effectués
les opérations d’entretien sur une zone de voie considérée.
Les contraintes de compression étant plus dangereuses que les contraintes de traction, on a intérêt à choisir
une Tr nettement supérieure à la moyenne (majoration de 10°C)
2) Conditions générales
Avant toutes libération, la voie doit avoir une résistance longitudinale et transversale suffisante :
•Délai de stabilisation écoulé
•Profils de ballast conformes
•La température du rail doit être comprise entre 15° et 40°C quand la libération s’effectue à température basse
et entre 40° et 55°C quand elle s’effectue à haute température
•08ml à haute température
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES
3) Longueur de la zone à libérer (L)
Selon la longueur du LRS, la libération peut s’effectuer soit :
• En une seule fois,
• Par tronçons successifs.
La longueur maxi à libérer est:
L = R + 100ml avec un maximum de 1200ml en raison des frottements s’opposant à la libre dilatation du
rail.
La longueur mini à libérer est celle qui permet d’effectuer toutes les opérations de contrôle après les travaux.
Soit :
• 150ml à température basse,
• 08ml à haute température
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Pourquoi un ballast ayant une la qualité de haute résistance et d’usure ?
Tout au long de sa vie, la voie ferrée subit :
‰ des sollicitations (statiques et dynamiques) importantes :
charges, vibrations, etc.
(tonnage/jour - Nombre trains - Nombre d’essieux)
‰ des agressions extérieures (météo, pollution, maintenance) qui
sont à l’origine d’usures, de pollutions, de perturbations, de
réorganisations et qui engendrent, entre autres, des défauts de
géométrie
F. LE BALLAST
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Le ballast est le lit de roches concassées qui supporte une voie de chemin de fer ; son rôle est de transmettre et
répartir les charges, d’amortir les vibrations, d’ancrer les traverses et de drainer rapidement les eaux zénithales.
La résistance longitudinale et latérale satisfaisante de la voie dépend de la masse du ballast, de sa granulométrie,
de sa forme, de sa propreté et de son état de compactage.
L’épaisseur de ballast recommandée sous le traverse doit être au minimum de 300mm (V≤ 160 km/h). Le long du
tracé, la largeur d’épaulement du ballast recommandée est de 400 mm pour des vitesses V ≥ 160 km/h. Le
sommet de l’épaulement du ballast doit être profilé au moins au niveau du sommet de la traverse.
Le ballast sera fait d’une roche concassée et la qualité de celui-ci devra être conforme à la norme de L’EN13450
2002 : Granulats pour ballasts de voie ferrée. Le choix du matériau de ballast dépend des résultats des essais de
contrôle en matière de résistance mécanique, de granularité et de forme.
En général, le choix peut se faire pour : des roches siliceuses (grès, quartzites) , du basalte, du granit , de la
quartzite ou bien du calcaire dur …
Le ballast doit avoir la qualité de haute résistance et d’usure; Il ne devra pas contenir de matières favorables comme
les matériaux organiques, métaux ou plastiques. Pour la satisfaction des longs rails soudés, la granulométrie du
ballast devra être comprise entre 22.4 et 63 mm, avec environ la moitié de gros éléments (à partir de 40 mm). La
forme des grains devra être autant que possible polyédrique et à arrêtes vives.
La couche de ballast permet donc :
¾ Une répartition uniforme des charges sur une plus grande
surface de la plateforme;
¾ De maintenir le nivellement de la voie ;
¾ De maintenir le dressage de la voie (*) ;
¾ D’éviter le cheminement longitudinal de la voie (*) ;
(*): grace aux frottements résistants entre la traverse et le ballast
(y compris les banquettes de ballast et celui introduit entre
les traverses jusqu'au niveau de la face supérieure de celles-ci).
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS
Propriétés fonctionnelles : drainage, résistance, amortissement
Propriétés de contact
rugosité, angularité
Voir fiche EN 13450 Concernant les granulats pour ballasts de voies ferrées
‰ Le ballast est le lit de roches concassées qui supporte une voie de chemin de fer ; son rôle est de
transmettre et répartir les charges, d’amortir les vibrations, d’ancrer les traverses et de drainer
rapidement les eaux zénithales.
‰ Amortir une partie très importante de la vibration grâce a ses propriétés rhéologiques
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Si les traverses reposaient directement sur la plateforme
™ elles s'enfonceraient plus ou moins dans le terrain naturel dont la résistance est généralement
insuffisante pour supporter la charge transmise par les traverses ;
™ le nivellement de la voie serait compromis. La résistance du sol est d'ailleurs très inégale. En outre,
sur un sol imperméable, les traverses baigneraient souvent dans l'eau et les gelées détermineraient des
soulèvements locaux des rails.
™On évite ces inconvénients en interposant, entre les traverses et la plateforme, une couche de ballast
d'une hauteur suffisante pour que la pression reçue par les traverses, sous l'action des charges
roulantes, se répartisse aussi uniformément que possible sur une plus grande surface de la plateforme.
™Mais le ballast ne doit pas seulement assurer aux traverses une position stable dans le sens vertical
(maintien du nivellement de la voie), mais aussi dans le plan même de la voie, en résistant aux efforts
transversaux qui tendent à déformer le tracé (maintien du dressage de la voie) et aux efforts
longitudinaux qui tendent à faire cheminer les rails et les traverses (séparément et conjointement) et à
fermer les joints de dilatation.
™Le « bourrage » du ballast sous la traverse conserve à la voie son nivellement correct. Il freine aussi
les déplacements longitudinaux et transversaux car, dès qu'une tendance au déplacement se manifeste,
il naît un frottement résistant entre la traverse et le ballast.
Les efforts longitudinaux et transversaux sont également combattus par les banquettes de ballast
contrebutant les extrémités des traverses, et par le ballast introduit entre les traverses jusqu'au niveau
de la face supérieure de celles-ci.
™L'épaisseur minimum généralement admise pour la couche de ballast entre la plateforme et la face
inférieure des traverses est de 30 à 35 centimètres.
Elle dépend de la charge des essieux, car il s'agit de répartir celle-ci sur une surface d'autant plus
grande que la charge sera plus élevée (fig. 3). Pour une charge supplémentaire P', l'excédent de hauteur
H' fournira le complément de surface S' nécessaire.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS
Sollicitations répétées
Modification du fuseau Modification des contacts
¾Fracturation
¾Production de fines
¾ Usure
¾ Emoussage
Réorganisations granulaires
Fatigue du ballast:
™ Tassements (différentiels)
™ Colmatages
™ Perte d’amortissement
™ Perte de maintenabilité
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Définitions des Qualités requises du ballast
Afin d’éviter un délai de fatigue minime, un bon ballast doit présenter les qualités suivantes :
Perméabilité. - Le ballast doit assurer un bon écoulement des eaux car l'eau qui reste dans le ballast y forme t
de la boue d’où instabilité des traverses qui s'y appuient (traverses boueuses ou danseuses) ;
Aussi, cette eau se congèle en hiver, d'où gonflement du ballast et soulèvement de la voie. En
outre, la voie gelée perd son élasticité.
Si le ballast est insuffisamment perméable, les pluies y creusent des ravinements qui créent
des porte à faux compromettant l'assiette de la voie.
Un ballast souillé est un ballast qui a perdu sa perméabilité parce que ses vides se sont
remplis de cendrées tombant des foyers des locomotives, de poussières de charbon, de
déchets de ballast, de matières étrangères de toute nature.
Après avoir traversé le ballast, les eaux viennent au contact de la plateforme et s'écoulent vers
les fossés d'assèchement à la faveur de la pente de 4 % donnée à la plateforme.
Elasticité. - Celle-ci dérive de la mobilité relative des éléments constituant le ballast. Pour qu'elle soit bonne,
il faut que les pierrailles soient de dimensions suffisamment grandes et qu'elles soient bien
calibrées.
Le ballast doit conserver son élasticité et ne pas former sous les traverses une masse
compacte, comprimée sous le poids des trains et ne « revenant » pas lorsque la charge a
disparu.
Objectif: Contribuer aux caractéristiques de souplesse et d'amortissement de la voie sous l'action
dynamique des essieux de véhicules ; ce qui permet de limiter la fatigue des constituants de la
voie, et d'absorber les vibrations mécaniques et sonores grâce à sa structure plutôt poreuse.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS
Solidité. - Le ballast doit être assez dur pour résister aux chocs provoqués par les charges roulantes
(broiement) et pour supporter l'action destructrice des outils de bourrage (émiettement). Un
ballast tendre ou poreux se désagrège rapidement, il absorbe l'humidité qui retient les
poussières et les corps étrangers. Toutes choses égales, le ballast pourra être d'autant plus fin
qu'il sera plus dur.
Etant fixés sur les qualités que doit offrir le ballast, recherchons quels sont les matériaux qui les
possèdent.
Parmi les produits naturels, nous rencontrons les pierres concassées, les graviers, le sable ;
parmi les produits artificiels, les laitiers ( contiennent des oxydes métalliques, essentiellement
des silicates, des aluminates et de la chaux, qui sont formés en cours de fusion ou d'élaboration
de métaux par voie liquide) , les scories (sont des déchets solides provenant des opérations de
traitement des minéraux métalliques ou de l'affinage de certains métaux, elles surnagent le
métal en fusion)
Pierres concassées. -Leurs qualités et leurs défauts dérivent des caractères des roches dont elles sont
extraites.
Les roches éruptives, compactes, massives, exemptes de porosité, non gélives et
dépourvues de stratification ou de joints de clivage, résistent parfaitement aux
agents atmosphériques (ex. porphyre, granit, basalte, gneiss, diorite).
Parmi les roches sédimentaires, seules celles de formations primaires, peuvent
fournir des pierres suffisamment dures pour constituer un ballast de bonne qualité.
Elles sont sujettes à se fendre dans le sens de la stratification, néanmoins, les
roches siliceuses (grès, quartzites) résistent bien aux altérations dues aux agents
atmosphériques. Les roches calcaires s'altèrent par dissolution et par l'abondance
des joints ; cependant, les calcaires durs peuvent donner un ballast de bonne
qualité.
Pierrailles :
• porphyre, basalte,
granit, gneiss ;
• grès dur, quartzite
ƒ calcaire dur
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Conclusions :
LES QUALITES REQUISES DU BALLAST SONT:
1. La répartition sur la plate-forme des charges concentrées qu'elle reçoit des traverses.
2. Amortir une partie très importante de la vibration grâce a ses propriétés rhéologiques.
3. Assurer, en raison de sa granulométrie, le drainage rapide de la voie.
4. Permettre de rectifier rapidement le nivellement au moyen du bourrage-dressage mécanisé.
NB: Pour la satisfaction des longs rails soudés (ce qui est le cas pour les projets en réalisation en Algérie),
la granulométrie du ballast devra être comprise entre 22.4 et 63 mm
Basaltes
Calcaires
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Spécifité de la grande vitesse
L’augmentation de vitesse ( 300/320) sollicitent la voie à des fréquences plus élevées ( 30 à 35 Hz au lieu
de 28), or le ballast sollicité à ses fréquences devient très mobile
Faible fréquence : f ≤ 25 Hz, le matériau se comporte comme un solide.
Moyenne fréquence : 25 ≤ f ≤ 50 Hz le matériau à un comportement visqueux , la résistance du
matériau est plus faible , le contact des grains devient plus perturbé.
Hautes fréquences : f ≥ 50 Hz , le matériau se comporte comme un liquide , le ballast ne présente
aucune résistance au serrage, les grains de ballast sont totalement liquéfiés
La plate forme très raide pourrait aussi amplifier le niveau de vibrations dans le ballast (concentration de
la charge sur la traverse sous l’essieu, réflexion des vibrations à l’interface entre ballast et sous couche
ou sous couche/CDF)
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Les autres causes de diminution des qualités requises du ballast possibles :
Facteurs climatiques: accumulation de glace dans les bogies du matériel roulant, chute de glace
dans certaines zones ( zones d’appareils…), envol de ballast et défauts de
géométrie de courte longueur d’ondes sollicitant le ballast à moyenne/haute
fréquence
Réponse dynamique de la Fastclip qui est différente de la Nabla ( raideur, amortissement)
Vitesse du train trop proche de la vitesse des ondes de Rayleigh des couches superficielles
Ces deux dernières causes ne sont pas exclues, mais pour l’instant, nous ne disposons pas des moyens de
les infirmer ou de les confirmer, la première cause semble très probable ( le même phénomène, à une
échelle moindre)
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Les solutions à prévoir:
¾ Modifier la raideur des semelles sous rail:
Très souples, pour couper les sollicitations de fréquences élevées Souples, pour répartir les efforts
sur un plus grand nombre de traverses;
¾ Augmenter la surface effective de contact Ballast - traverse ( patin sous traverse, traverses en
matériaux synthétiques…);
¾ Augmenter la capacité d’amortissement de la plate forme
Sous couche en grave bitume, tapis sous ballast…;
¾ Améliorer la stabilité du ballast:
Compacité plus grande et plus homogène Confinement…
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
Références normatives concernant le ballast
• EN 932-1:1996, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 1 : Méthodes d’échantillonnage.
• EN 932-2, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 2 : Méthodes de réduction d’un
échantillon de laboratoire.
• EN 932-3, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 3 : Procédure et terminologie
pour la description pétrographique simplifiée.
• EN 932-5, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 5 : Équipements communs et
étalonnage.
• EN 933-1:1997, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 1 : Détermination
de la granularité — Analyse granulométrique par tamisage.
• EN 933-3, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 3 : Détermination de
la forme des granulats — Coefficient d’aplatissement.
• EN 933-4, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 4 : Détermination de
la forme des grains — Indice de forme.
• EN 1097-1:1996, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats —
Partie 1 : Détermination de la résistance à l’usure (micro-Deval).
• EN 1097-2:1998, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats —
Partie 2 : Méthodes pour la détermination de la résistance à la fragmentation.
• EN 1097-6:2000, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats —
Partie 6 : Détermination de la masse volumique réelle et du coefficient d'absorption d'eau.
• EN 1367-1:1999, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats —
Partie 1 : Détermination de la résistance au gel-dégel.
• EN 1367-2:1998, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats — Partie 2 : Essai
au sulfate de magnésium.
• EN 1367-3, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats — Partie 3 : Essai d'ébullition
pour les basaltes «coup de soleil».
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
G. LE SOUS BALLAST
La couche d'assise: comprend la couche de ballast, la sous-couche et la plate-forme.
Le dimensionnement des couches d'assise doit assurer la résistance a la fatigue du sol et doit mettre
‘’hors gel les sols sensibles.
Le sous ballast est exécuté en grave propre, bien gradué, comportant au moins 30% de concassé d'un
calibre 0/30 mm;
Sous la couche de ballast on dispose donc la sous-couche, qui est défini comme suit :
H. LA SOUS-COUCHE
Elle comprend, du haut vers le bas, une couche sous-ballast (en grave graduée 0/31,5 mm), une
couche de fondation (en grave compactée a 100% OPN mais cela n'est pas nécessaire pour les
meilleurs sols) et, s'il y a lieu une couche anti contaminante (en sable propre et éventuellement
complétée par une feuille géotextile).
Les rôles des sous couche sont généralement :
¾ la protection de la partie supérieure de la plateforme contre l’érosion qui résulte, soit d’une
part au poinçonnement opéré par les éléments de ballast, soit d’autre part, de l’action des
eaux zénithales;
¾ la protection des plateformes contre les effets du gel et meilleure répartition des charges
transmises, permettant d’obtenir au niveau de la partie supérieure de la plateforme des
sollicitations de valeurs admissibles, à égard de l’indice de portance du sol;
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
La sous-couche est donc une couche d'adaptation interposée entre le ballast et la plate-forme. Elle a
aussi des rôles multiples :
• Améliorer la portance par action sur la raideur et la répartition des charges transmises,
• Contribuer à l'amélioration des propriétés vibratoires,
• Assurer l’anti-contamination entre la plate-forme et le ballast (éviter la remontée de particules terreuses qui
polluent),
• Protéger contre l'érosion et le gel.
• Evacuer les eaux de pluies.
La sous-couche peut être mono ou multicouche (couche sous-ballast, couche de fondation, couche
anticontaminante).
c.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
I. LA PLATE-FORME
La plate-forme dont la partie supérieure est compactée en couche de forme, et qui est également inclinée
transversalement.
La plate-forme est la partie supérieure de l'ouvrage en terre supportant la sous-couche. Elle est constituée
de sol rapporté dans le cas d'un remblai ou du sol en place dans le cas d'un déblai.
Son élasticité est relativement grande par rapport aux autres composants de la voie. La qualité de la plate-
forme dépend de deux paramètres : la nature géotechnique du sol, les conditions hydrogéologiques et
hydrologiques locales (pas d'engorgement d'eau dans le sol). On distingue, selon les conditions énoncées
ci-dessus, quatre classes de qualité QSi de sols :
• QSO : sols  impropres  à la réalisation d'une plate-forme correcte, on procède à la substitution du
matériau sur une certaine épaisseur,
• QSI : sols  médiocres  mais acceptables tels quels,
• QS2 : sols  moyens ,
• QS3 :  bons  sols.
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
APPAREILS DE VOIE
Branchement simple à déviation gauche ou droite
Branchement circulaire ou spécial
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES APPAREILS DE VOIE
Aiguillage
voies
intermédiaires
croisement
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
APPAREILS DE VOIE
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
APPAREILS DE VOIE
NB: des communications permettent de passer d'une voie à l'autre à 170 km/h
en voie déviée( TGV).
L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
J. LES ATTACHES
Les attaches rail-traverse, c'est-à-dire le dispositif de fixation du rail sur la traverse, doivent remplir les rôles
suivante :
• Assurer le serrage du rail sur la traverse avec un effort tel que la résistance au glissement du
rail sur la traverse soit largement supérieure à la résistance au déplacement longitudinal de
la traverse dans le ballast,
• Cet effort de serrage ne doit pas trop s'affaiblir en présence des effets vibratoires engendrés à l'approche
des charges roulantes,
• La course du serrage doit avoir une amplitude suffisamment importante pour pallier à un éventuel
relâchement du dispositif de fixation,
• Les caractéristiques élastiques de l'attache doivent rester stables même après plusieurs montages et
démontages,
• Le rendement de l'attache (rapport entre l'effort exercé par 3'attache sur le rail et l'effort exercé par le
dispositif de serrage de l'attache ancré dans la traverse) doit être aussi élevé que possible,
• Encaisser les efforts longitudinaux et dynamiques au passage des trains,
• Et naturellement, assurer le positionnement du rail sur la traverse (le rail est fixé sur la traverse bi-bloc en
quatre points).

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Chapitre ii-composants-de-la-voie-presentation

  • 1. les composants de la voie chapitre II:
  • 2. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES EQUIPEMENTS TVX GENIE CIVIL ALIMENTATION TLC U n profil type transversale d’une double voie electrifiée
  • 3. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES U n profil transversale type d’une gare à 02 quais
  • 4. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
  • 5. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
  • 6. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES EVOLUTIONS A TRAVERS LE TEMPS Le matériel de voie a évolué en fonction du matériel roulant (charges par essieu, vitesse, bruit, gabarit...)
  • 7. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Bogie Structure indépendante du châssis principal et sur laquelle sont fixés les essieux. Le bogie peut pivoter par rapport à la caisse pour faciliter l’inscription dans les courbes. Caisse Unité de compte qui représente, soit une voiture voyageurs pour le matériel remorqué, soit tout ou partie d’un engin automoteur. Par exemple 1 voiture unifiée de service intérieur (USI) = 1 caisse; 1 automoteur TER 2N = 2 caisses. En général une caisse offre 70 à 100 places assises. Essieu Ensemble indéformable composé d’un axe et de deux roues. Seule une petite surface des roues est en contact avec le champignon (surface) du rail.
  • 8. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES
  • 9. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES HISTORIQUE Jusqu’au début des années 80 : ¾ Rail S 33 ¾ Traverses métalliques en acier ¾ Traverses en bois (généralement du hêtre ou du chêne traitées par un puissant pesticide conservateur du bois la créosote de goudron de houille ) / coût élevé ¾ Traverse bi – blocs en Béton avec entretoise ( se caractérise par une durée de vie plus importante) / rapport qualité/prix intéressant ¾ Attaches métalliques rigides et tirefonds ¾ Eclisses de raccordement des rails La voie est constituée par un assemblage d’éléments qui distribuent et transmettent les charges de trains uniformément à la plateforme. L’ensemble des composants de voie doit également empêcher des mouvements longitudinaux et latéraux de la voie et des déformations verticales . La résistance longitudinale et latérale satisfaisante de la voie dépend de la masse du ballast, de sa granulométrie, de sa forme, de sa propreté et de son état de compactage, Les évolutions techniques au fil du temps traduisent un trafic plus dense et des tonnages par essieu ou cumulés plus importants (ex: inertie du rail plus grande, attaches élastiques, traverse en BA, semelle élastique sous rail etc...).
  • 10. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES HISTORIQUE Fin des années 70 à mi des années 2000 ¾Rail UIC 54 ¾Traverses bi-blocs en Béton (avec entretoise) / 1666 U/km ¾Attaches métalliques élastiques ( généralement type Nabla) et tirefonds ¾Semelles en caoutchouc élastiquement déformable ¾Soudures aluminothermiques (LRS : long rail soudé) ¾Ballast : 30 cm d’ épaisseur (+ en pleine courbe , ajustement nécessaire) Mi des années 2000 à nos jours ¾Rail UIC 60 ¾Traverses bi-blocs en Béton (avec entretoise) / 1666 U/km ¾Attaches métalliques élastiques ( généralement type Nabla) et tirefonds ¾Semelles en élastomère élastiquement déformable ¾Soudures électriques par étincelage (LRS) ¾Ballast: 35 à 40 cm d’ épaisseur (+ en pleine courbe , ajustement nécessaire)
  • 11. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES A. LE RAIL Le rail est le premier élément entre le train et la voie, La caractéristique essentielle d’un rail est son poids au mètre linéaire (fiche UIC 60 –E1). Constitue un chemin de roulement et de guidage ; ils sont également conducteurs électriques du retour traction et servent de support au courant de signalisation. La longueur des rails est de 18 m et 36 M. Le profil de la section est conçu pour avoir une bonne répartition des contraintes dans le rail. Les études sur le calcul des rails montrent : 1. Que le moment fléchissant maximum sous la charge diminue lorsque le coefficient du ballast c augmente c.-à- d. lorsqu'on améliore le ballast et la plateforme ; 2. Que, si on augmente le moment d'inertie, ce qui entraîne l'augmentation du poids du rail par mètre courant, on réduit les réactions maxima c.-à-d. : ‰ La pression du rail sur les traverses, ‰ La pression des traverses sur le ballast, – Cela démontre les études faites , en fonction du trafic de plus en plus important , les profils de rails changent dans le sens des dimensions et du poids. Dans le même sens, les études doivent s’inspirer d’un acier à rails sain, non fragile et résistant à l'usure. D’où diminution des dépenses d'entretien et, pour un même ballast et un même espacement des traverses, on réduit la fatigue du rail. Note: Des études ont montré que le taux de la tension élastique qui se produit au contact du bandage des roues et du bourrelet du rail augmente très rapidement si l'on diminue le rayon r du congé du bourrelet du rail.
  • 12. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES UIC 60 E 1 Caractéristiques géométriques du rail UIC 60. Surface de la section : 76,70 cm2 Masse par mètre : 60,21 kg/m Moment d'inertie (axe x-x) : 3038,3 cm4 Module d'inertie — champignon : 333,6 cm3 Module d'inertie — patin : 375,5 cm3 Moment d'inertie (axe y-y) : 512,3 cm4 Module d'inertie (axe y-y) : 68,3 cm3 Dimension indicative A : 20,456 mm Dimension indicative B : 52,053 mm
  • 13. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES B. LE SYSTÈME D’ATTACHE ET LA SEMELLE Semelles et système d’attache : les semelles sont en général en élastomère (caoutchouc). Leur taille est petite (environ 9mm d’épaisseur) mais elles sont très importantes pour la stabilité du système (elles jouent le rôle d’un amortisseur). Les attaches sont aussi très importantes pour la stabilité du rail. C’est la partie qui transmet les charges entre le rail et les traverses. Le système de fixation du rail appliqué est réglementé par des normes (UIC, EN …). Plusieurs types et techniques d’attache sont disponibles sur le marché, mais l’attache élastique est recommandée selon l’exigence du Type de traverse en béton armé ainsi que de l’utilisation des longs rails soudés, Puisqu’elles offrent une résistance garantie contre le déplacement du rail dans le sens longitudinal ou transversal par rapport à la traverse. L’attache élastique est recommandée pour les lignes (voies principales) à trafics importants. On attache la plus grande importance à la bonne fixation et à la conservation des attaches, c'est pourquoi on renonce généralement au recouvrement des traverses par le ballast. On estime, par ailleurs, que la masse entière du ballast doit être employée là où son utilisation est la meilleure, c'est- à-dire sous les traverses, entre les traverses, ainsi que pour contrebuter les extrémités des traverses. Le ballast est un matériau coûteux et tout excédent représente une dépense inutile.
  • 14. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS C. LA TRAVERSE EN BÉTON ARMÉ Les Traverses en béton armé sont utilisées plus souvent dans le domaine voie ferrée (prix compétitif), la longue durée de vie et le plus de choix de types d’attaches. Le désavantage des traverses en béton armé est qu'il exige plus de ballast que d'autres types de traverses. Les normes qui s’appliquent pour les traverses en béton armé sont : UIC et EN. QUALITE: excellente résistance mécanique et atmosphérique, économique; Mécaniquement, les traverses sont soumises aux charges transmises par le rail, en général excentrées du fait des efforts latéraux exerces par les véhicules sur la voie et de la réaction du ballast qui dépend beaucoup des conditions d'appui des traverses. La densité de traverses au kilomètre est de 1666 unités (Les traverses sont mises chaque 0.6 m sur la voie). Par contre, dans les secteurs en plein courbe, il est nécessaire : ¾ D’ajouter les traverses supplémentaires, afin d’empêcher les mouvements de voie; ¾ D’ajuster l’épaisseur et la largeur de ballast (devers);
  • 15. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES • Rôle des traverses ‰ Maintenir les rails à l'écartement normal (1435 mm); – Sur une ligne de chemin de fer, distance entre deux files de rails parallèles, mesurée entre les bords intérieurs des champignons des rails. Elle est, en général en Algérie et dans de nombreux pays européens, de 1,435 m. – L’entretoise d'acier (rail recyclé) conçue de façon à limiter les rotations de la traverse bi-bloc par rapport à l'axe moyen de la voie; ‰ Répartition des charges (que les rails reçoivent des essieux) sur une surface suffisante de ballast pour ne pas dépasser les charges critiques du sol (s- couches); ‰ Permettent l'inclinaison de 1/20 aux rails. Les traverses par leurs dimensions en longueur et en largeur (surface), fournissent une surface d'appui suffisante pour que la pression unitaire engendrée ne dépasse pas certaines limites (voir caractéristiques mécaniques du ballast); Autres caractéristiques : ¾ L’ épaisseur de la traverse donne la rigidité nécessaire avec une certaine élasticité; ¾ Elle est suffisamment élastique (entretoise) pour absorber les principaux efforts de flexion et de torsion; ¾ La longueur (étudiée) contribue à la stabilité de la voie ; ¾ La forme des traverses, un choix judicieux pour s'opposer efficacement aux déplacements longitudinaux et transversaux ; ¾ Une bonne résistance aux agents atmosphériques ( pour le BA) ; ¾ Permettent le « bourrage mécanique » de la voie ; ¾ Permettent l'emploi d'un LARGE éventail de système d'attaches élastiques du rail;
  • 16. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA GENERALITES Les traverses en BA sont fabriquées à l’aide de machines pondeuses , un laboratoire est installé au niveau de l’usine pour réaliser les essais de contrôle sur les matériaux et les produits de traverses pendant toutes les phases de la production , notamment pour effectuer l’essai statique sur les traverses. Cet essai sera effectué à l’aide d’une machine spécifique de compression (étalonnage à contrôler) conformément aux prescriptions concernant le nombre des échantillons et la cadence du contrôle par lot , conformément à la norme EN 13230-3 . Les documents concernant des contrôles et essais des graviers , des sables , des fers à béton , des produits de traverses ( ceux découlant de l’essai de production , ceux destinés à la qualification et ceux de la production en série ) seront formalisés et conservés dans le bureau du laboratoire afin d’assurer leur traçabilité et permettre le suivi par la maitrise d’œuvre.
  • 17. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
  • 18. PROGRAMME DES CONTROLES ET DES ESSAIS POUR LA FABRICATION DES TRAVERSES 1- La planéité des surfaces au niveau de l’atelier de fabrication de l’usine, l’électricité , le réglage des machines pondeuses , les mises au point des matériels accessoires tels que la soudeuse à point , la dresseuse et la machine à façonner les ressorts . 2- Contrôle des matériaux approvisionnés à l’usine, comme les aciers, les graviers, les sables, les ciments… 3- Essais des matériaux approvisionnés avant toute production : les essais relatifs comme la détermination de la teneur en eau des sables, l’analyse granulométrique des graviers , le temps de la prise de ciment, …L’essai de convenance après l’étude de formulation du béton , l’essai mécanique des aciers. 4- La phase de la production d’essai, préalable à la production en série fait l’objet des opérations d’essai des matériels avec un nombre de produits entre 20 et 30 pièces. Elle exige du contrôle intérieur et extérieur comprenant: ‰ La détermination de l’affaissement du béton ‰ L’essai de compression à 7 jours sur 3 éprouvettes de béton ‰ L’essai de compression à 28 jours sur 3 éprouvettes de béton ‰ L’essai de flexion à 7 jours sur 3 éprouvettes de béton ‰ L’essai de flexion à 28 jours sur 3 éprouvettes de béton 5- L’essai statique et l’essai dynamique avant la production en série : l’échantillonnage est défini dans le tableau ci-après . Les traverses seront aussi controlées dimensionnellement , L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
  • 19. ESSAI STATIQUE ESSAI DYNAMIQUE Réf des moules Essai positif Essai négatif Blochet 1# 3 traverses 3 traverses 6 3 traverses 2# 3 traverses 3 traverses 6 3 traverses L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
  • 20. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
  • 21. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA
  • 22. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES PROCEDURE D’EXECUTION DE LA FABRICATION DES TRAVERSES EN BA PROCESSUS DES FABRICATION DES TRAVERSES VAX U 31 Le logigramme suivant décrit d’une manière schématique le processus d’exécution selon le schéma général suivant : Préparation Nettoyage des moules et huilage Implantation des gaines Pose des treillis supérieur en acier et entretoise Mise en œuvre du béton et vibration Pose de treillis inferieur en acier Mise en œuvre du béton et vibration Mise en pression à l’ensemble du béton Renversement des moules et démoulage Cure du béton par arrosage Evacuation de l’atelier et stockage des traverses Dépôt provisoire des traverses sur chantier
  • 23. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES SEMELLE D. SEMELLE SOUS RAIL: Outre l’absence d’une rugosité prononcée de la roue et du rail et la vitesse du train , plusieurs paramètres ont une influence significative sur la diminution du bruit , les paramètres dynamiques de la semelle sous rail (raideur et facteur d’amortissement), le type et la distance entre les traverses sont les paramètres les plus influents.
  • 24. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Eclisse de chemin de fer pour rail en acier standard UIC Rails correspondants Type Poids Kg/m Dimension (mm) Matière Type de rail Poids Kg/m Standard a b c U79 23.92 108.53 27 41 Grade 700 UIC54 54.43 UIC U85 29.68 120.92 24 45 Grade 700 UIC60 60.34 UIC La semelle est une plaque élastique (en élastomère) de faible épaisseur qui est interposée entre la traverse et le rail. Elle assure, grâce à sa souplesse, la transmission et la répartition des charges rail/traverse sur les traverses voisines de la traverse chargée. Elle joue aussi un rôle d'absorbant des ondes vibratoires mécaniques et acoustiques. E. LES JOINTS 1. L’éclisse:
  • 25. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS 2. La soudure des rails pourquoi ? Le joint éclissé entre deux rails constitue un point faible de la voie même si à température élevée aucune lacune ne subsiste. Sous l’effet de la charge, l’assemblage se dégrade, les abouts s’affaissent, les roues viennent frapper le rail en aval, en mater l’about et , par rebondissement , retomber à quelques centimètres de son extrémité. Un tel coup de marteau entraine l’usure prématurée du matériel roulant, un certain inconfort pour les voyageurs et, surtout , la détérioration de la qualité de l’ensemble de la voie: ‰ Les traverses proches du joint dansent en détruisant rapidement les propriétés élastiques du ballast et le nivellement; ‰ Les éclisses battent dans leur logement; ‰ Les trous de boulons peuvent être à l’origine de fissures pouvant aller jusqu’à la rupture par fatigue; On constate lorsque l’écartement des traverses du joint est important, qu’il se produit une arcature des abouts des rails pouvant entrainer, notamment dans le cas de barres de 12 ou 14 mètres, l’entrée en résonnance de la suspension du matériel roulant imposant des limitations de vitesses incompatibles avec l’exploitation d’un réseau moderne. On rencontre ce phénomène particulièrement dans des pays ou la densité du trafic et les charges par essieu se sont accrues dans de grandes proportions. Conclusion : Pour toutes ces raisons et parce que les progrès réalisés dans le soudage de l’acier à rail permettent d’obtenir des soudures qui se comportent bien sous l’effet des charges roulantes, d’où la décision de supprimer les joints.
  • 26. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Les constatations faites par la plupart des réseaux européens, permettent d’estimer à 30 % environ la réduction des dépenses d’entretien procurée par les joints soudés. La soudure des rails contribue à la performance de la qualité de la voie exigée par les grandes vitesses tel que le TGV. Principe du soudage par ALUMINOTHERMIE Le soudage par aluminothermie , consiste à obtenir un métal par réduction de ses oxydes par l’Aluminium. Cette réaction, fortement exothermique, amène les composants à l’état liquide. Pour souder des rails, on coule le métal en fusion dans un moule réfractaire entourant le joint et permettant de reconstituer le profil. La réduction de l’oxyde de fer par l’aluminium produit du fer et de l’alumine (ou corindon) Oxyde de fer + Al Fer + Alumine Pour obtenir une soudure dont la composition métallurgique et la nuance soient très voisines de celles des rails à souder, il faut ajouter au mélange d’oxydes de fer : soigneusement sélectionnés, triés, calibrés, parfaitement dosés et d’Aluminium de granulométrie très fine, des éléments d’addition appropriés: Oxyde de fer + Al + éléments d’addition Acier + Alumine CE MELANGE EST APPELÉ CHARGE
  • 27. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Conditions de réalisation de la réaction ™ La charge est placée dans un creuset en forme de tronc de cộne renversé, constitué d’une gaine métallique garnie intérieurement d’un revêtement réfractaire. ™ La réaction est amorcée avec une source de chaleur à haute température, l’acier est libéré par débouchage automatique d’une douille placée à la partie inferieur du creuset. Le temps de fusion de cette douille est prédéterminé de telle sorte qu’il permet la décantation préalable de l’Alumine dans le creuset ( la masse spécifique de l’Alumine , ou corindon est 2 fois moins élevée que celle de l’acier , mais son point de solidification est plus élevé), évitant qu’elle ne vienne provoquer des inclusions dans la soudure. ™ L’acier coule dans le moule entourant les abouts de rails. Le corindon emplit la partie supérieure du moule, l’excédent s’écoule vers un bac placé sur le coté du moule. Préparation du joint avant soudage L’espace ou intercalaire à ménager entre les rails est défini dans le feuillet propre à chaque procédé de soudage: ¾ 17 à 25 mm pour les joints normaux; ¾ 48 mm pour les joints larges; ¾ 68 mm pour les joints extra larges; S’il est nécessaire de recouper les abouts des rails, les coupes doivent être perpendiculaires aux rails et , dans ce but , être exécutées à l’aide de la tronçonneuse et de son bras articulé .
  • 28. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Différents procédés de soudage aluminothermique Pour des raisons économiques, la quantité de chaleur nécessaire à la fusion des extrémités des rails est partiellement apportée par une autre source que la réaction aluminothermique et avant la coulée. On utilise un appareil de préchauffage plus ou moins intense pour réaliser cette opération. En fonction du mode de préchauffage , on distingue deux grandes catégories de procédés : 1. Le procédé AVEC PRECHAUFFAGE NORMAL A.P 2. Le procédé A PRECHAUFFAGE LIMITE P. L La différence essentielle entre le procédé AP et le procédé PL réside dans le résultat recherché: ‰ Dans le premier cas , le préchauffage doit être poursuivi jusqu’à l’obtention d’une température donnée ( 850 – 900 °C) ‰ Dans le second cas , en fonction du matériel utilisé, le préchauffage est maintenu pendant un temps prédéterminé pour chaque type de rail (la température obtenue est de l’ordre de 450 à 500 °C) Suivant la section du rail à souder, la durée de préchauffage : ‰ S’échelonne entre 6 et 20 minutes dans le procédé A.P ‰ Est de 3 à 6 minutes dans les procédés P.L
  • 29. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS La solution de préchauffage court ou limité fait appel aux moyens classiques air-essence ou air- propane mais aussi au chalumeau qui, par sa puissance, est un moyen de préchauffage très court Il peut être obtenu par un simple bruleur fonctionnant au propane sous pression de la bouteille, ce procédé à air induit est appelé PLG. La séquence des opérations : 1. Réglage des rails (utilisation de tendeur hydraulique dans certains cas: réparation LRS . Règle ); 2. Pose des moules (une briquette sous le patin, 2 moules latéraux qui reposent sur la briquette , un bouchon); 3. Préchauffage; 4. Coulée; 5. Démoulage et tranchage; 6. Meulage; (Voir photos ci-après)
  • 30. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Coupure des rails Alignement des abouts des rails Préchauffage des abouts des rails Mise en place des rails
  • 31. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Mise en place de la pate Préchauffage des abouts des rails Coulée du métal en fusion Allumage
  • 32. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Extraction des moules Meulage de la soudure Profilage du rail Résultat final
  • 33. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS La soudure électrique du rail par résistance et par étincelage Principe Le procédé de soudage en bout par étincelage ou par résistance , permet, comme son nom l’indique, de souder bout à bout des barres ou des profilés de même section droite par la fusion des abouts (ex: le rail). Pour la soudure par étincelage, les surfaces des pièces à assembler sont d’abord amenées à la température de soudage par l’effet Joule, dû à un courant électrique important (des étincelles éclatent entre les bord des rails à souder ) traversant les résistances élevées des surfaces des deux pièces en contact, provoquant la combustion d’une quantité de matière de celles-ci. Ensuite, un effort de forgeage est appliqué pour finaliser la soudure ( une fois la fusion obtenue (par effet de Joule), les bords à souder sont vivement rapprochés jusqu'à provoquer l'éjection de la phase liquide et des impuretés éventuelles, puis on maintient l'ensemble sous pression). ‰ Dans le cas du soudage par résistance, les pièces sont placées dans des mâchoires en cuivre, dont l’une est fixée sur un chariot mobile en translation parallèlement à l’axe de soudage. Les extrémités des pièces à souder sont amenées en contact sous pression assez forte avant de provoquer un passage de courant dans les pièces. La chaleur générée (par effet de Joule) s'exprime comme suit : H= I².R.t avec : H: Énergie générée en joules I: Courant électrique en ampères, R: Résistance électrique au droit des électrodes en ohms, t: Temps pendant lequel le courant électrique est établi entre les électrodes
  • 34. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LA SOUDURE DES RAILS Equipement: la soudeuse électrique • Le robot de soudage permet de réaliser un processus de soudage entièrement automatisé, sans aucune intervention manuelle, permettant ainsi de reproduire une qualité de soudage élevée. • Le dispositif de tirage des rails, d’une force de 1500 kN, est intégré dans la tête de soudage. Les rails à souder sont automatiquement levés, puis positionnés face à face dans la tête de soudage, et régulièrement surveillés par un dispositif de mesure spécifique. • L’écartement entre les deux extrémités de rails, est, lui aussi, obtenu automatiquement – si nécessaire également en poussant les rails. De plus, tous les paramètres déterminants du soudage sont relevés et mémorisés. Le recours optionnel au soudage par impulsions permet de réduire la durée du soudage et la longueur de la matière consommée lors de la fusion, tout en augmentant la qualité du soudage. • Le courant de soudage est transmis au niveau de la face inférieure du champignon de rail et de la face supérieure du patin de rail, ce qui permet de limiter les travaux préparatoires de meulage. Les mâchoires sont conçues de telle façon qu’il est inutile de meuler les marques de laminage en relief sur l’âme du rail. Les avantages par rapport à la soudure aluminothermique: 1. Un temps de soudure minime ; 2. Un volume de matière consommée minime ; 3. Une qualité de la soudure élevée ;
  • 35. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES GENERALITES I/ MODULE D’ELASTICITE LONGITUDINALE (MODULE DE YOUNG) A f aa A f aa - f 1 l = forces unitaires réparties sur la surface S ' 1 l f = élément linéaire qui dévient après application des forces unitaires 1 e 1 1 ' 1 l l l L’allongement unitaire ou dilatation unitaire = 1 C f 1 l Soit la contrainte de traction due à la force et appliquée sur l’élément
  • 36. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES 1 1 e C 1 e f E On pose = = E f e Ÿ 1 F S S F f S f F Ÿ ˜ La force totale appliquée sur est S E F e ˜ Ÿ 1 E 1 e E Plus sera grand, plus sera faible. Caractérise la plus ou moins grande aptitude de la matière à se déformer E 2 / mm kg est appelé module d’élasticité longitudinale. Il s’exprime en - Acier = 21500 2 / mm kg - Rail = 21000 - Béton = 2000 environ - Aluminium = 7000 - Matière plastique = 500 à 200 - Liquide = 00
  • 37. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES II/ COMPORTEMENT DES RAILS SOUS L’EFFET DES VARIATIONS DE TEMPERATURE 1) Dilatation libre Une barre est dite en dilatation libre quand aucune contrainte ne s’oppose à son mouvement si la température varie (barre posée sur rouleaux). T L L ' ˜ ˜ ' D L = longueur de la barre à la température initiale en ml L ' = variation de cette longueur en mm D 3 10 0105 . 0 u = coefficient de dilatation de l’acier = T ' = variation de la température par rapport à la température initiale F L ' On peut donc connaître la valeur de la force capable de produire S E F l l l e ˜ 1 1 ' 1 1 L S E L F S E F L L ˜ ˜ ' Ÿ ˜ ' = Or T l L ' ˜ ˜ ' D Donc T S E F ' ˜ ˜ ˜ D
  • 38. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES F L S E, D F T ' On remarque que est indépendante de , et et sont des constantes. est donc proportionnelle à F F ' ' F 2) Dilatation contrariée On contrarie la dilatation en créant une force Si le rail est bien fixé aux traverses, est produite par le frottement et la butée des traverses sur le ballast. Cette résistance dépend donc : • Du type de traverses (poids, formes, dimensions); • De la résistance du ballast entre les traverses; Elle varie de 400 daN (voie déconsolidée) à 1050 daN (voie stabilisée) par mètre de voie 1 t 2 t F F ' Z r III/ ZONE DE RESPIRATION-ZONE CENTRALE Prenons une montée uniforme de température de à l’extrémité du rail étant libre La dilatation est progressivement contrariée de traverse en traverse jusqu’à ce qu’un certain nombre de traverse permette d’obtenir Si est la portion de voie comportant ce nombre de traverses ;et la résistance par mètre linéaire de voie ; on aura : F r Z ˜
  • 39. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES r T S E Z ' ˜ ˜ ˜ Ÿ D Z C La portion de la barre qui renferme Après cette portion, la barre est le siège d’une contrainte uniforme est appelée zone de respiration du LRS. S T S E S F C ' ˜ ˜ ˜ D T E C ' ˜ ˜D DEPLACEMENT DU RAIL Dans la zone de respiration, la résistance est insuffisante pour contrarier la dilatation. Il y a donc un déplacement de l’ensemble rails-traverses variant d’un maximum au bout de la barre à une valeur nulle à la fin de la zone de respiration. On démontre que le déplacement d’un point quelconque M a pour valeur : 2 ) ( 2 z Z S E r d ˜ ˜ Z z z = longueur de la zone de respiration ; = distance entre le bout de la barre et le point M = 0 Au bout de la barre,
  • 40. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES 2 2 0 Z S E r d ˜ ˜ 2 2 2 2 2 2r T S E S E r ' ˜ ˜ ˜ ˜ ˜ D = r T S E d 2 2 2 0 ' ˜ ˜ ˜ D ' 1 T 2 T ' T ' Z VARIATIONS CYCLIQUES On prend un LRS fixé à 45°C ; la nuit, la température descend à 15°C 30°C ; le lendemain, la = 35°C ; à chaque , la dilatation ne se fera que sur une longueur . La zone de respiration est déterminée par l’écart maximum de température prévue. On peut constater qu’à l’intérieur de cette zone peuvent se créer des contraintes plus élevées que dans la zone centrale. Les différences de variations de température créent une suite de pics de contraintes qui ne disparaîtront que lorsque la température maximum sera revenue. Il est donc important de fixer le LRS à une température soigneusement choisie. Ce sera le but de la libération des contraintes. Température remonte à 50°C
  • 41. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES La libération des contraintes dans les LRS a pour but d’équilibrer les contraintes sur toute la longueur des barres. Elle s’exécute de préférence simultanément sur les deux files de rails (sauf cas particulier) 1) Température dans les LRS a) Température neutre (Tn) C’est la température à laquelle les contraintes thermiques sont nulles en ce point du LRS Cette notion n’a de signification que dans la partie centrale du LRS. b) Température de fixation (Tf) C’est la moyenne arithmétique pondérée des températures observées pendant le serrage des attaches sur toute la longueur considérée. c) Température de référence (Tr) C’est celle à laquelle on se réfère pour déterminer dans quelles limites de température peuvent être effectués les opérations d’entretien sur une zone de voie considérée. Les contraintes de compression étant plus dangereuses que les contraintes de traction, on a intérêt à choisir une Tr nettement supérieure à la moyenne (majoration de 10°C) 2) Conditions générales Avant toutes libération, la voie doit avoir une résistance longitudinale et transversale suffisante : •Délai de stabilisation écoulé •Profils de ballast conformes •La température du rail doit être comprise entre 15° et 40°C quand la libération s’effectue à température basse et entre 40° et 55°C quand elle s’effectue à haute température •08ml à haute température
  • 42. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES LES LONGS RAILS SOUDEES / LA LIBERATION DES CONTRAINTES 3) Longueur de la zone à libérer (L) Selon la longueur du LRS, la libération peut s’effectuer soit : • En une seule fois, • Par tronçons successifs. La longueur maxi à libérer est: L = R + 100ml avec un maximum de 1200ml en raison des frottements s’opposant à la libre dilatation du rail. La longueur mini à libérer est celle qui permet d’effectuer toutes les opérations de contrôle après les travaux. Soit : • 150ml à température basse, • 08ml à haute température
  • 43. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Pourquoi un ballast ayant une la qualité de haute résistance et d’usure ? Tout au long de sa vie, la voie ferrée subit : ‰ des sollicitations (statiques et dynamiques) importantes : charges, vibrations, etc. (tonnage/jour - Nombre trains - Nombre d’essieux) ‰ des agressions extérieures (météo, pollution, maintenance) qui sont à l’origine d’usures, de pollutions, de perturbations, de réorganisations et qui engendrent, entre autres, des défauts de géométrie F. LE BALLAST
  • 44. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Le ballast est le lit de roches concassées qui supporte une voie de chemin de fer ; son rôle est de transmettre et répartir les charges, d’amortir les vibrations, d’ancrer les traverses et de drainer rapidement les eaux zénithales. La résistance longitudinale et latérale satisfaisante de la voie dépend de la masse du ballast, de sa granulométrie, de sa forme, de sa propreté et de son état de compactage. L’épaisseur de ballast recommandée sous le traverse doit être au minimum de 300mm (V≤ 160 km/h). Le long du tracé, la largeur d’épaulement du ballast recommandée est de 400 mm pour des vitesses V ≥ 160 km/h. Le sommet de l’épaulement du ballast doit être profilé au moins au niveau du sommet de la traverse. Le ballast sera fait d’une roche concassée et la qualité de celui-ci devra être conforme à la norme de L’EN13450 2002 : Granulats pour ballasts de voie ferrée. Le choix du matériau de ballast dépend des résultats des essais de contrôle en matière de résistance mécanique, de granularité et de forme. En général, le choix peut se faire pour : des roches siliceuses (grès, quartzites) , du basalte, du granit , de la quartzite ou bien du calcaire dur … Le ballast doit avoir la qualité de haute résistance et d’usure; Il ne devra pas contenir de matières favorables comme les matériaux organiques, métaux ou plastiques. Pour la satisfaction des longs rails soudés, la granulométrie du ballast devra être comprise entre 22.4 et 63 mm, avec environ la moitié de gros éléments (à partir de 40 mm). La forme des grains devra être autant que possible polyédrique et à arrêtes vives. La couche de ballast permet donc : ¾ Une répartition uniforme des charges sur une plus grande surface de la plateforme; ¾ De maintenir le nivellement de la voie ; ¾ De maintenir le dressage de la voie (*) ; ¾ D’éviter le cheminement longitudinal de la voie (*) ; (*): grace aux frottements résistants entre la traverse et le ballast (y compris les banquettes de ballast et celui introduit entre les traverses jusqu'au niveau de la face supérieure de celles-ci).
  • 45. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS Propriétés fonctionnelles : drainage, résistance, amortissement Propriétés de contact rugosité, angularité Voir fiche EN 13450 Concernant les granulats pour ballasts de voies ferrées ‰ Le ballast est le lit de roches concassées qui supporte une voie de chemin de fer ; son rôle est de transmettre et répartir les charges, d’amortir les vibrations, d’ancrer les traverses et de drainer rapidement les eaux zénithales. ‰ Amortir une partie très importante de la vibration grâce a ses propriétés rhéologiques
  • 46. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Si les traverses reposaient directement sur la plateforme ™ elles s'enfonceraient plus ou moins dans le terrain naturel dont la résistance est généralement insuffisante pour supporter la charge transmise par les traverses ; ™ le nivellement de la voie serait compromis. La résistance du sol est d'ailleurs très inégale. En outre, sur un sol imperméable, les traverses baigneraient souvent dans l'eau et les gelées détermineraient des soulèvements locaux des rails. ™On évite ces inconvénients en interposant, entre les traverses et la plateforme, une couche de ballast d'une hauteur suffisante pour que la pression reçue par les traverses, sous l'action des charges roulantes, se répartisse aussi uniformément que possible sur une plus grande surface de la plateforme. ™Mais le ballast ne doit pas seulement assurer aux traverses une position stable dans le sens vertical (maintien du nivellement de la voie), mais aussi dans le plan même de la voie, en résistant aux efforts transversaux qui tendent à déformer le tracé (maintien du dressage de la voie) et aux efforts longitudinaux qui tendent à faire cheminer les rails et les traverses (séparément et conjointement) et à fermer les joints de dilatation. ™Le « bourrage » du ballast sous la traverse conserve à la voie son nivellement correct. Il freine aussi les déplacements longitudinaux et transversaux car, dès qu'une tendance au déplacement se manifeste, il naît un frottement résistant entre la traverse et le ballast. Les efforts longitudinaux et transversaux sont également combattus par les banquettes de ballast contrebutant les extrémités des traverses, et par le ballast introduit entre les traverses jusqu'au niveau de la face supérieure de celles-ci. ™L'épaisseur minimum généralement admise pour la couche de ballast entre la plateforme et la face inférieure des traverses est de 30 à 35 centimètres. Elle dépend de la charge des essieux, car il s'agit de répartir celle-ci sur une surface d'autant plus grande que la charge sera plus élevée (fig. 3). Pour une charge supplémentaire P', l'excédent de hauteur H' fournira le complément de surface S' nécessaire.
  • 47. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS Sollicitations répétées Modification du fuseau Modification des contacts ¾Fracturation ¾Production de fines ¾ Usure ¾ Emoussage Réorganisations granulaires Fatigue du ballast: ™ Tassements (différentiels) ™ Colmatages ™ Perte d’amortissement ™ Perte de maintenabilité
  • 48. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Définitions des Qualités requises du ballast Afin d’éviter un délai de fatigue minime, un bon ballast doit présenter les qualités suivantes : Perméabilité. - Le ballast doit assurer un bon écoulement des eaux car l'eau qui reste dans le ballast y forme t de la boue d’où instabilité des traverses qui s'y appuient (traverses boueuses ou danseuses) ; Aussi, cette eau se congèle en hiver, d'où gonflement du ballast et soulèvement de la voie. En outre, la voie gelée perd son élasticité. Si le ballast est insuffisamment perméable, les pluies y creusent des ravinements qui créent des porte à faux compromettant l'assiette de la voie. Un ballast souillé est un ballast qui a perdu sa perméabilité parce que ses vides se sont remplis de cendrées tombant des foyers des locomotives, de poussières de charbon, de déchets de ballast, de matières étrangères de toute nature. Après avoir traversé le ballast, les eaux viennent au contact de la plateforme et s'écoulent vers les fossés d'assèchement à la faveur de la pente de 4 % donnée à la plateforme. Elasticité. - Celle-ci dérive de la mobilité relative des éléments constituant le ballast. Pour qu'elle soit bonne, il faut que les pierrailles soient de dimensions suffisamment grandes et qu'elles soient bien calibrées. Le ballast doit conserver son élasticité et ne pas former sous les traverses une masse compacte, comprimée sous le poids des trains et ne « revenant » pas lorsque la charge a disparu. Objectif: Contribuer aux caractéristiques de souplesse et d'amortissement de la voie sous l'action dynamique des essieux de véhicules ; ce qui permet de limiter la fatigue des constituants de la voie, et d'absorber les vibrations mécaniques et sonores grâce à sa structure plutôt poreuse.
  • 49. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTS Solidité. - Le ballast doit être assez dur pour résister aux chocs provoqués par les charges roulantes (broiement) et pour supporter l'action destructrice des outils de bourrage (émiettement). Un ballast tendre ou poreux se désagrège rapidement, il absorbe l'humidité qui retient les poussières et les corps étrangers. Toutes choses égales, le ballast pourra être d'autant plus fin qu'il sera plus dur. Etant fixés sur les qualités que doit offrir le ballast, recherchons quels sont les matériaux qui les possèdent. Parmi les produits naturels, nous rencontrons les pierres concassées, les graviers, le sable ; parmi les produits artificiels, les laitiers ( contiennent des oxydes métalliques, essentiellement des silicates, des aluminates et de la chaux, qui sont formés en cours de fusion ou d'élaboration de métaux par voie liquide) , les scories (sont des déchets solides provenant des opérations de traitement des minéraux métalliques ou de l'affinage de certains métaux, elles surnagent le métal en fusion) Pierres concassées. -Leurs qualités et leurs défauts dérivent des caractères des roches dont elles sont extraites. Les roches éruptives, compactes, massives, exemptes de porosité, non gélives et dépourvues de stratification ou de joints de clivage, résistent parfaitement aux agents atmosphériques (ex. porphyre, granit, basalte, gneiss, diorite). Parmi les roches sédimentaires, seules celles de formations primaires, peuvent fournir des pierres suffisamment dures pour constituer un ballast de bonne qualité. Elles sont sujettes à se fendre dans le sens de la stratification, néanmoins, les roches siliceuses (grès, quartzites) résistent bien aux altérations dues aux agents atmosphériques. Les roches calcaires s'altèrent par dissolution et par l'abondance des joints ; cependant, les calcaires durs peuvent donner un ballast de bonne qualité. Pierrailles : • porphyre, basalte, granit, gneiss ; • grès dur, quartzite ƒ calcaire dur
  • 50. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Conclusions : LES QUALITES REQUISES DU BALLAST SONT: 1. La répartition sur la plate-forme des charges concentrées qu'elle reçoit des traverses. 2. Amortir une partie très importante de la vibration grâce a ses propriétés rhéologiques. 3. Assurer, en raison de sa granulométrie, le drainage rapide de la voie. 4. Permettre de rectifier rapidement le nivellement au moyen du bourrage-dressage mécanisé. NB: Pour la satisfaction des longs rails soudés (ce qui est le cas pour les projets en réalisation en Algérie), la granulométrie du ballast devra être comprise entre 22.4 et 63 mm Basaltes Calcaires
  • 51. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Spécifité de la grande vitesse L’augmentation de vitesse ( 300/320) sollicitent la voie à des fréquences plus élevées ( 30 à 35 Hz au lieu de 28), or le ballast sollicité à ses fréquences devient très mobile Faible fréquence : f ≤ 25 Hz, le matériau se comporte comme un solide. Moyenne fréquence : 25 ≤ f ≤ 50 Hz le matériau à un comportement visqueux , la résistance du matériau est plus faible , le contact des grains devient plus perturbé. Hautes fréquences : f ≥ 50 Hz , le matériau se comporte comme un liquide , le ballast ne présente aucune résistance au serrage, les grains de ballast sont totalement liquéfiés La plate forme très raide pourrait aussi amplifier le niveau de vibrations dans le ballast (concentration de la charge sur la traverse sous l’essieu, réflexion des vibrations à l’interface entre ballast et sous couche ou sous couche/CDF)
  • 52. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Les autres causes de diminution des qualités requises du ballast possibles : Facteurs climatiques: accumulation de glace dans les bogies du matériel roulant, chute de glace dans certaines zones ( zones d’appareils…), envol de ballast et défauts de géométrie de courte longueur d’ondes sollicitant le ballast à moyenne/haute fréquence Réponse dynamique de la Fastclip qui est différente de la Nabla ( raideur, amortissement) Vitesse du train trop proche de la vitesse des ondes de Rayleigh des couches superficielles Ces deux dernières causes ne sont pas exclues, mais pour l’instant, nous ne disposons pas des moyens de les infirmer ou de les confirmer, la première cause semble très probable ( le même phénomène, à une échelle moindre)
  • 53. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Les solutions à prévoir: ¾ Modifier la raideur des semelles sous rail: Très souples, pour couper les sollicitations de fréquences élevées Souples, pour répartir les efforts sur un plus grand nombre de traverses; ¾ Augmenter la surface effective de contact Ballast - traverse ( patin sous traverse, traverses en matériaux synthétiques…); ¾ Augmenter la capacité d’amortissement de la plate forme Sous couche en grave bitume, tapis sous ballast…; ¾ Améliorer la stabilité du ballast: Compacité plus grande et plus homogène Confinement…
  • 54. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES Références normatives concernant le ballast • EN 932-1:1996, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 1 : Méthodes d’échantillonnage. • EN 932-2, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 2 : Méthodes de réduction d’un échantillon de laboratoire. • EN 932-3, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 3 : Procédure et terminologie pour la description pétrographique simplifiée. • EN 932-5, Essais pour déterminer les propriétés générales des granulats — Partie 5 : Équipements communs et étalonnage. • EN 933-1:1997, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 1 : Détermination de la granularité — Analyse granulométrique par tamisage. • EN 933-3, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 3 : Détermination de la forme des granulats — Coefficient d’aplatissement. • EN 933-4, Essais pour déterminer les caractéristiques géométriques des granulats — Partie 4 : Détermination de la forme des grains — Indice de forme. • EN 1097-1:1996, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats — Partie 1 : Détermination de la résistance à l’usure (micro-Deval). • EN 1097-2:1998, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats — Partie 2 : Méthodes pour la détermination de la résistance à la fragmentation. • EN 1097-6:2000, Essais pour déterminer les caractéristiques mécaniques et physiques des granulats — Partie 6 : Détermination de la masse volumique réelle et du coefficient d'absorption d'eau. • EN 1367-1:1999, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats — Partie 1 : Détermination de la résistance au gel-dégel. • EN 1367-2:1998, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats — Partie 2 : Essai au sulfate de magnésium. • EN 1367-3, Essais pour déterminer les propriétés thermiques et l’altérabilité des granulats — Partie 3 : Essai d'ébullition pour les basaltes «coup de soleil».
  • 55. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES G. LE SOUS BALLAST La couche d'assise: comprend la couche de ballast, la sous-couche et la plate-forme. Le dimensionnement des couches d'assise doit assurer la résistance a la fatigue du sol et doit mettre ‘’hors gel les sols sensibles. Le sous ballast est exécuté en grave propre, bien gradué, comportant au moins 30% de concassé d'un calibre 0/30 mm; Sous la couche de ballast on dispose donc la sous-couche, qui est défini comme suit : H. LA SOUS-COUCHE Elle comprend, du haut vers le bas, une couche sous-ballast (en grave graduée 0/31,5 mm), une couche de fondation (en grave compactée a 100% OPN mais cela n'est pas nécessaire pour les meilleurs sols) et, s'il y a lieu une couche anti contaminante (en sable propre et éventuellement complétée par une feuille géotextile). Les rôles des sous couche sont généralement : ¾ la protection de la partie supérieure de la plateforme contre l’érosion qui résulte, soit d’une part au poinçonnement opéré par les éléments de ballast, soit d’autre part, de l’action des eaux zénithales; ¾ la protection des plateformes contre les effets du gel et meilleure répartition des charges transmises, permettant d’obtenir au niveau de la partie supérieure de la plateforme des sollicitations de valeurs admissibles, à égard de l’indice de portance du sol;
  • 56. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES La sous-couche est donc une couche d'adaptation interposée entre le ballast et la plate-forme. Elle a aussi des rôles multiples : • Améliorer la portance par action sur la raideur et la répartition des charges transmises, • Contribuer à l'amélioration des propriétés vibratoires, • Assurer l’anti-contamination entre la plate-forme et le ballast (éviter la remontée de particules terreuses qui polluent), • Protéger contre l'érosion et le gel. • Evacuer les eaux de pluies. La sous-couche peut être mono ou multicouche (couche sous-ballast, couche de fondation, couche anticontaminante). c.
  • 57. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES I. LA PLATE-FORME La plate-forme dont la partie supérieure est compactée en couche de forme, et qui est également inclinée transversalement. La plate-forme est la partie supérieure de l'ouvrage en terre supportant la sous-couche. Elle est constituée de sol rapporté dans le cas d'un remblai ou du sol en place dans le cas d'un déblai. Son élasticité est relativement grande par rapport aux autres composants de la voie. La qualité de la plate- forme dépend de deux paramètres : la nature géotechnique du sol, les conditions hydrogéologiques et hydrologiques locales (pas d'engorgement d'eau dans le sol). On distingue, selon les conditions énoncées ci-dessus, quatre classes de qualité QSi de sols : • QSO : sols impropres à la réalisation d'une plate-forme correcte, on procède à la substitution du matériau sur une certaine épaisseur, • QSI : sols médiocres mais acceptables tels quels, • QS2 : sols moyens , • QS3 : bons sols.
  • 58. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES APPAREILS DE VOIE Branchement simple à déviation gauche ou droite Branchement circulaire ou spécial
  • 59. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES APPAREILS DE VOIE Aiguillage voies intermédiaires croisement
  • 60. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES APPAREILS DE VOIE
  • 61. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES APPAREILS DE VOIE NB: des communications permettent de passer d'une voie à l'autre à 170 km/h en voie déviée( TGV).
  • 62. L’INFRASTRUCTURE DE LA VOIE : LES COMPOSANTES J. LES ATTACHES Les attaches rail-traverse, c'est-à-dire le dispositif de fixation du rail sur la traverse, doivent remplir les rôles suivante : • Assurer le serrage du rail sur la traverse avec un effort tel que la résistance au glissement du rail sur la traverse soit largement supérieure à la résistance au déplacement longitudinal de la traverse dans le ballast, • Cet effort de serrage ne doit pas trop s'affaiblir en présence des effets vibratoires engendrés à l'approche des charges roulantes, • La course du serrage doit avoir une amplitude suffisamment importante pour pallier à un éventuel relâchement du dispositif de fixation, • Les caractéristiques élastiques de l'attache doivent rester stables même après plusieurs montages et démontages, • Le rendement de l'attache (rapport entre l'effort exercé par 3'attache sur le rail et l'effort exercé par le dispositif de serrage de l'attache ancré dans la traverse) doit être aussi élevé que possible, • Encaisser les efforts longitudinaux et dynamiques au passage des trains, • Et naturellement, assurer le positionnement du rail sur la traverse (le rail est fixé sur la traverse bi-bloc en quatre points).