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Traverse de chemin de fer
La présente invention concerne une traverse de chemin de fer, du type
comprenant :
- un bloc rigide présentant une face inférieure, et une face supérieure
destinée à recevoir au moins un rail longitudinal,
- un chausson destiné à recevoir le bloc rigide et formé d'une coque ri-
gide comportant un fond et un rebord périphérique bordant ce fond,
- une semelle résiliente disposée entre la face inférieure du bloc rigide
et le fond du chausson.
De telles traverses sont fréquemment utilisées pour effectuer la pose
d'une voie ferrée sans ballast, par exemple dans ou sur un ouvrage tel qu'un
tun-
nel ou un viaduc, offrant comme support aux traverses un radier ou une dalle.
EP-A-0 919 666 décrit une traverse de ce type. Le chausson rigide est
encastré dans une dalle en béton, avec laquelle il forme un ensemble rigide.
Chaque rail repose généralement sur un élément d'appui résilient, dis-
posé entre chaque rail et le bloc rigide. Les éléments d'appui résilients
forment
ainsi un premier étage élastique. Ils peuvent être montés au moment de la pose
de la voie, ou préalablement, par exemple au moment de l'assemblage de la tra-
verse.
La semelle résiliente disposée entre le bloc et le chausson rigide forme
quant à elle un deuxième étage élastique.
Les vibrations générées par les rails au passage des trains sont essen-
tiellement amorties au niveau des premier et deuxième étages élastiques.
Cependant, l'atténuation des vibrations mécaniques au passage du
train de ce système de voie tel qu'il est connu à ce jour, n'est pas
entièrement sa-
tisfaisante. En effet, la fréquence de coupure et le gain d'insertion sont
plus impor-
tants que ceux par exemple d'un système de voie sur dalles flottantes.
L'invention a pour but d'améliorer les performances d'atténuation des
vibrations de la traverse précitée, notamment dans une gamme de fréquence jus-
qu'à 250 Hz, laquelle est considérée comme pouvant générer des nuisances dans
les bâtiments environnants, tout en limitant la fatigue et les contraintes
subies par
le système de voie.
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A cet effet, l'invention a pour objet une traverse du type précité, carac-
térisée en ce que la semelle résiliente a une raideur dynamique k2 comprise
entre
6kN/mm et 10kN/mm, de préférence entre 6kN/mm et 8kN/mm.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention :
- la semelle résiliente comporte une face supérieure sensiblement plane
et une face inférieure sensiblement plane ;
- le bloc comprend quatre faces périphériques qui raccordent la face
supérieure à la face inférieure, la traverse comprenant des segments
résilients
disposés entre chaque face périphérique du bloc et le rebord périphérique du
chausson;
- les segments résilients comprennent au moins deux segments rési-
lients longitudinaux dont la raideur dynamique est comprise entre 20kN/mm et
25kN/mm, et au moins deux segments résilients transversaux dont la raideur dy-
namique est comprise entre 15kN/mm et 18kN/mm ;
- ladite traverse comprend, sur la face supérieure du bloc rigide, un
élément d'appui résilient dont la raideur dynamique est comprise entre
120kN/mm
et 300kN/mm, de préférence entre 200kN/mm et 300kN/mm, l'élément d'appui
résilient étant prévu pour recevoir le rail en appui ;
- la traverse comporte un unique bloc et un unique chausson ;
- le bloc a une masse comprise entre 350 kg et 450kg, de préférence
entre 400kg et 450kg ;
- la traverse comprend deux blocs, deux chaussons respectivement as-
sociés et une entretoise transversale reliant les deux blocs ; et
- chaque bloc a une masse comprise entre 100kg et 150kg, de préfé-
rence entre 130kg et 150kg.
L'invention a également pour objet un tronçon de voie ferrée caractérisé
en ce qu'il comprend une traverse telle que décrite ci-dessus et au moins un
rail
en appui sur la traverse.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va
suivre, donnée à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur
lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un tron-
çon de voie ferrée selon un premier mode de réalisation;
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- la figure 2 est une vue schématique plus détaillée en coupe transver-
sale de la traverse de la figure 1;
- la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale de la tra-
verse des figures 1 et 2;
- la figure 4 est un schéma modélisant le tronçon de voie ferrée de la fi-
gure1 ;
- la figure 5 est un graphique illustrant les performances acoustiques
d'une traverse selon l'invention ; et
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 d'un tronçon de voie fer-
rée selon un deuxième mode de réalisation.
Un tronçon de voie ferrée 2 selon un premier mode de réalisation de
l'invention est illustré de façon schématique sur la figure 1. Le tronçon 2
comprend
deux rails longitudinaux 4 fixés sur une traverse 8. La traverse 8 comprend un
unique bloc rigide en béton 9 et deux éléments d'appui 10 résilients disposés
en-
tre chaque rail 4 et le bloc 9.
Par convention, les rails longitudinaux 4 définissent une référence de
longitudinalité.
Les éléments d'appui résilients 10 ont une forme sensiblement parallé-
lépipédique. Dans l'exemple illustré à la figure 1, leur largeur est
sensiblement
égale à la largeur de la base d'un rail 4, et leur longueur est sensiblement
égale à
la largeur du bloc 9.
Les éléments d'appui résilients 10 viennent se loger dans un évidement
12 respectif du bloc 9. Le profil de chaque évidement 12, en coupe
transversale,
est sensiblement rectangulaire. La largeur et la longueur de chaque évidement
12
sont, dans l'exemple illustré à la figure 1, sensiblement égales à la largeur
et la
longueur d'un élément d'appui résilient 10, respectivement.
Les éléments d'appui résilients 10 sont par exemple collés à la traverse
8.
Chaque rail 4 est attaché au bloc 9 au moyen d'attaches de rail (non
représentées) qui empêchent tout déplacement transversal du rail par rapport
au
bloc 9 et solidarisent le rail 4 avec le bloc 9 et avec chaque élément d'appui
rési-
lient 10.
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Dans tout ce qui suit, compte tenu de la gamme de fréquence considé-
rée (inférieure ou égale à 250Hz), toute raideur dynamique est considérée
comme
constante et sensiblement égale à 130% de la raideur statique.
Les éléments d'appui résilients 10 forment un premier étage élastique
14 de raideur dynamique verticale k1 tel que modélisé sur la figure 4. En
effet,
chaque rail 4 est modélisé comme étant en suspension sur une première extrémi-
té d'un ressort 16 de raideur dynamique k1. La seconde extrémité du ressort 16
est liée au bloc 9.
Chaque élément d'appui résilient 10 a une raideur dynamique k1 com-
prise entre 120kN/mm et 300kN/mm, de préférence entre 200kN/mm et
300kN/mm. Le matériau utilisé pour chaque élément d'appui résilient 10 est par
exemple du caoutchouc, du polyuréthanne ou tout autre matériau résilient.
La traverse 8 de la figure 1, illustrée de façon détaillée sur les figures 2
et 3, comprend un chausson 20 destiné à recevoir le bloc 9, une semelle
résiliente
22 disposée dans un plan sensiblement horizontal entre le bloc 9 et le
chausson
20, et quatre segments résilients 24, 26 disposés dans un plan sensiblement
verti-
cal entre le bloc 9 et le chausson 20.
Le bloc 9 a une forme sensiblement parallélépipédique et comprend
essentiellement une face supérieure 32, une face inférieure sensiblement plane
34
servant d'appui, et quatre faces périphériques 36, 38 reliant la face
supérieure 32
à la face inférieure 34 par l'intermédiaire respectivement d'un arrondi 44 et
d'un
biseau 46. Les faces périphériques 36, 38 comprennent deux faces périphériques
longitudinales 36 et deux faces périphériques transversales 38.
Les faces périphériques 36, 38 comprennent chacune une partie infé-
rieure sensiblement plane 36A, 38A, une partie supérieure sensiblement plane
36B, 38B, et une partie intermédiaire sensiblement plane 36C, 38C reliant
chaque
partie inférieure 36A, 38A à sa partie supérieure respective 36B, 38B. Les
parties
supérieures longitudinales 36B et les parties supérieures transversales 38B
convergent mutuellement vers le haut. Les parties inférieures longitudinales
36A
et les parties inférieures transversales 38A convergent mutuellement vers le
bas.
Les parties intermédiaires longitudinales 36C et les parties intermédiaires
trans-
versales 38C convergent mutuellement vers le bas en formant un angle par rap-
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port au plan vertical plus important que chaque partie inférieure respective
36A,
38A.
Le bloc 9 est choisi avec une masse particulièrement importante. En ef-
fet, sa masse est comprise entre 350kg et 450kg, de préférence entre 400kg et
5 450kg. L'augmentation de la masse du bloc 9 est classiquement obtenue par ad-
jonction d'éléments métalliques dans le béton.
Le chausson 20 est formé d'une coque sensiblement rigide. Le chaus-
son 20 comprend essentiellement un fond 48 et un rebord périphérique continu
50
longeant le fond 48.
Le fond 48 présente une face supérieure 52 sensiblement plane et rec-
tangulaire.
Le rebord périphérique 50 du chausson 20 comprend quatre panneaux
54, 56. Les quatre panneaux 54, 56 comprennent deux panneaux longitudinaux 54
associés respectivement aux faces longitudinales 36 du bloc 9 et deux panneaux
transversaux 56 associés respectivement aux faces transversales 38. Chaque
panneau 54, 56 comprend une face interne respective 62, 64. Chaque face
interne
62, 64 comprend un logement 66, 68 sensiblement parallélépipédique destiné à
recevoir chacun des segments résilients 24, 26.
Les logements 66, 68 sont sensiblement parallèles aux parties inférieu-
res respectives 36A, 38A des faces périphériques 36, 38 du bloc 9. Chaque loge-
ment 66, 68 présente une périphérie rectangulaire définie par un épaulement
péri-
phérique continu 66A, 68A. Chaque logement 66, 68 a également sensiblement la
même hauteur et sensiblement la même longueur que la partie inférieure 36A,
38A à laquelle il est associé.
Chaque face interne 62, 64 comprend une partie supérieure 62A, 64A
plane et dont l'inclinaison par rapport à la verticale est sensiblement égale
ou su-
périeure à l'inclinaison des parties intermédiaires respectives 36C, 38C des
faces
périphériques 36, 38 du bloc 9. Les parties supérieures 62A, 64A ont sensible-
ment la même hauteur que les parties intermédiaires respectivement associées
36C, 38C du bloc 9.
Les parties supérieures 62A, 64A des faces internes 62, 64 des pan-
neaux 54, 56 se raccordent à un bord supérieur continu 70 du rebord 50. Le
bord
supérieur 70 présente, dans l'exemple illustré aux figues 2 et 3, deux doigts
per-
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mettant de fixer un joint d'étanchéité continu 72. Le joint 72 est par exemple
en
caoutchouc naturel ou synthétique. II crée une étanchéité entre le bloc 9 et
le
chausson 20 sans nuire au déplacement du bloc 9 dans le chausson 20. Il est
également possible de réaliser le joint d'étanchéité 72 par coulée d'un
matériau tel
qu'un silicone ou un polyuréthane, sous forme d'un cordon continu.
La rigidité du chausson 20 est renforcée par des nervures 74 aména-
gées en relief à l'extérieur des panneaux 54, 56, et, pour partie, sous le
fond 48.
Elles sont par exemple venues de matière avec le chausson 20. Ces nervures 74
peuvent présenter toute forme appropriée et toute disposition appropriée par
rap-
port au chausson 20, de façon connue dans l'état de la technique, notamment
par
EP-A-O 919 666. Elles présentent, dans l'exemple illustré aux figures 2 et 3,
des
encoches 76 permettant d'ancrer le chausson 20 sur une armature. Les nervures
74 sont, lors de la pose de la voie, noyées au moins partiellement dans le
béton.
Elles assurent ainsi la solidarisation du chausson 20 avec le béton de remplis-
sage.
Dans l'exemple illustré aux figures 2 et 3, le chausson 20 est réalisé
d'une pièce, par moulage. De façon non illustrée, le chausson 20 est réalisé
par
assemblage de plusieurs coques partielles comme cela est connu dans l'état de
la
technique (par exemple EP-A-0 919 666). Dans le cas d'une traverse 8 monobloc
selon le premier mode de réalisation de l'invention, il peut par exemple
s'agir de
deux demi-coques d'extrémité et d'une coque centrale reliant les deux demi-
coques d'extrémité.
Le chausson 20 est par exemple réalisé en matière thermoplastique
moulée ou en béton de résine.
La semelle résiliente 22 a une forme sensiblement parallélépipédique et
des faces supérieure et inférieure sensiblement planes pour minimiser les
contraintes mécaniques subies par la semelle résiliente 22 et éviter les
problèmes
de fatigue. Sa longueur et sa largeur sont sensiblement égales respectivement
à
la longueur et à la largeur de la face inférieure 34 du bloc 9.
Son épaisseur est comprise entre lOmm et 20mm, de préférence entre
16mm et 20mm. La semelle résiliente 22 reste ainsi dans un domaine élastique ;
ce qui correspond sensiblement à un taux de déformation maximum inférieur ou
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égal à 40%. Le taux de déformation est le taux de variation de l'épaisseur c}e
ia
semelle résiliente 22 entre un état libre et un état sous charge.
La semelle résiliente 22 forme un deuxième étage élastique 78 de rai-
deur dynamique verticale k2 tel que modélisé sur la figure 4. En effet, le
bloc rigide
9 est modélisé comme étant en suspension sur les premières extrémités de deux
ressorts 80 de raideur dynamique k2. Les secondes extrémités des ressorts 80
sont liées au chausson 20.
La semelle résiliente 22 selon l'invention a une raideur dynamique k2
inférieure à la raideur dynamique des dispositifs classiquement utilisés. En
effet, la
raideur dynamique k2 est comprise entre 6kN/mm et lOkN/mm, de préférence en-
tre 6kN/mm et 8kN/mm.
La semelle résiliente 22 est par exemple réalisée en un matériau élas-
tomère cellulaire.
Dans un mode de réalisation préféré, la semelle résiliente 22 a une rai-
deur dynamique verticale k2 sensiblement uniforme sur l'ensemble de sa
surface.
Dans un autre mode de réalisation, la semelle résiliente 22 a, dans une
zone centrale du bloc 9, une raideur dynamique verticale k3 inférieure ou
égale à
k2. La zone centrale comprend le milieu du bloc 9 et s'étend transversalement
du
milieu du bloc 9 vers les extrémités sur sensiblement la moitié de la surface
du
bloc 9. En effet, cette zone centrale étant moins sollicitée, il est possible
d'y utiliser
un matériau plus élastique et donc moins onéreux.
La semelle résiliente 22 peut reposer librement sur le fond 48 du
chausson 20. Elle peut ainsi être facilement retirée du chausson 20.
De manière avantageuse, la traverse 8 comprend également une cale
d'épaisseur 82 sensiblement incompressible, comme illustré sur les figures 2
et 3.
La cale d'épaisseur 82 a une forme sensiblement parallélépipédique.
Sa longueur et sa largeur sont sensiblement égales à la longueur et à la
largeur
de la face supérieure 52 du fond 48 du chausson 20. Son épaisseur est
inférieure
ou égale à lOmm, de préférence comprise entre 2mm et 4mm.
La cale d'épaisseur 82 repose librement sur le fond 48 du chausson 20.
Ainsi, elle peut être retirée facilement du chausson 20, ou être ajoutée au
chaus-
son 20, pour ajuster le nivellement de la voie.
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De manière avantageuse, la semelle résiliente 22 repose librement sur
la cale d'épaisseur 82.
La surface de la cale d'épaisseur 82 a une rugosité suffisamment im-
portante pour éviter le glissement de la semelle résiliente 22 dans le
chausson 20.
La rugosité est par exemple obtenue au moyen de stries, de pointes de diamant
ou de picots.
Chaque segment résilient 24, 26 présente une face externe 24A, 26A,
un face interne 24B, 26B et quatre faces périphériques.
Les faces externes 24A, 26A et internes 24B, 26B ont sensiblement les
même dimensions et ont un contour sensiblement rectangulaire.
Les faces externes 24A, 26A et internes 24B, 26B ont une longueur et
une largeur sensiblement égales respectivement à la longueur et à la largeur
des
logements respectifs 66, 68 du rebord périphérique 50 du chausson 20.
Les segments résilients 24, 26 sont disposés dans les logements res-
pectifs 66, 68. IIs sont par exemple maintenus grâce aux frottements entre les
fa-
ces périphériques des segments résilients 24, 26 et l'épaulement périphérique
66A, 68A de chaque logement 66, 68. Les segments résilients 24, 26 peuvent ain-
si être retirés facilement.
La retenue de chaque segment résilient 24, 26 peut également être as-
surée par encliquetage mutuel. Par exemple, les logements 66, 68 comprennent
des rainures et les segments résilients 24, 26 comprennent des cannelures com-
plémentaires.
Les segments résilients 24, 26 ont une épaisseur supérieure à la pro-
fondeur des logements 66, 68 de façon à faire saillie par rapport aux
épaulements
66A, 68A.
Les faces internes 24B, 26B sont en simple appui contre les parties in-
férieures respectives 36A, 38A des faces périphériques 36, 38 du bloc rigide
9.
Comme illustré aux figures 2 et 3, les faces internes 24B, 26B sont mu-
nies de rainures augmentant leur élasticité.
Les segments résilients 24, 26 ont une raideur dynamique comprise en-
tre 12kN/mm et 25kN/mm. Ils sont par exemple réalisés en caoutchouc, polyuré-
thanne ou tout autre matériau résilient.
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Les segments longitudinaux 24 correspondant aux faces périphériques
longitudinales 36 sont soumis à des efforts plus importants que les segments
transversaux 26 correspondant aux faces périphériques transversales 38. Aussi,
les segments longitudinaux 24 peuvent être avantageusement choisis avec une
raideur dynamique supérieure à celle des segments transversaux 26. Ainsi, les
segments longitudinaux 24 ont par exemple une raideur dynamique comprise en-
tre 20kN/mm et 25kN/mm, tandis que les segments transversaux 26 ont une rai-
deur dynamique comprise entre 15kN/mm et 18kN/mm.
En conditions normales de fonctionnement, les segments résilients 24,
26 maintiennent le bloc 9 à distance des faces internes 62, 64 du chausson 20.
Les segments résilients 24, 26 permettent ainsi un amortissement hori-
zontal du bloc 9. Cet amortissement horizontal est découplé de l'amortissement
vertical obtenu grâce aux éléments d'appui résilients 10 et à la semelle
résiliente
22.
On notera que le nombre de segments résilients n'est pas limitatif. La
traverse 8 peut par exemple comprendre, de chaque côté du bloc 8, deux seg-
ments transversaux 34 l'un à côté de l'autre.
La figure 5 illustre les performances acoustiques d'une traverse selon
l'invention et d'une traverse connue. La figure 5 représente un gain
d'insertion en
fonction de la fréquence. Le gain d'insertion est ici le rapport exprimé en dB
entre
la valeur d'une grandeur métrique (vitesse, accélération, force, etc.) obtenue
avec
l'introduction d'une semelle résiliente et celle obtenue sans celle-ci (voir
NF ISO
14837-1:2005). Dans l'exemple considéré, il s'agit de la force exercée sur le
chausson 20. Une réduction de valeur de la grandeur métrique sera exprimée par
un signe négatif du gain d'insertion.
De plus, la fréquence de coupure est la fréquence à partir de laquelle
on observe globalement une décroissance du gain d'insertion.
k1dyn est la raideur dynamique des éléments d'appui résilients 10,
k2dyn est la raideur dynamique de la semelle résiliente 22, M est la masse du
bloc
9.
La courbe illustrant le gain d'insertion en fonction de la fréquence pour
k2dyn = 21.3MN/m, M = 200 kg, k1 dyn = 150 MN/m constitue une courbe de réfé-
rence SI illustrant la performance du dispositif connu. Une seconde courbe
illustre
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les performances d'une traverse selon l'invention dont k2dyn = 8MN/m, M = 400
kg et k1 dyn = 270 MN/m.
Entre 0 et 10 Hz, les performances d'atténuation des vibrations sont
sensiblement les mêmes. Entre 10 et 25 Hz, le gain d'insertion est supérieur
de
5 quelques dB par rapport à la courbe SI. Entre 25 Hz et 250 Hz, le gain
d'insertion
est inférieur de plusieurs dB par rapport à la courbe S1.
De plus, !a fréquence de coupure est inférieure par rapport à la courbe
S1 (20Hz au lieu de 32Hz).
Ainsi, entre 25 Hz et 250 Hz, les performances d'une traverse selon
10 l'invention sont sensiblement meilleures.
Dans un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 6, la traverse
108 comprend deux blocs rigides 109 reliés par une entretoise 184. Dans la me-
sure où la traverse bibloc 108 présente de grandes similitudes avec la
traverse
monobloc 8, on retrouve, à la figure 6, les mêmes références qu'aux figures 1
à 4,
toutefois incrémentées de 100.
La longueur des chaussons 120 est adaptée pour recevoir les blocs
109. II en est de même pour les segments transversaux 126 et les semelles rési-
lientes 122. Les figures 2 et 3, qui illustrent une traverse monobloc 8, sont
égale-
ment une parfaite illustration d'une traverse 108.
La principale différence entre la traverse monobloc 8 et la traverse bi-
bloc 108 réside dans la présence d'une entretoise 184 pénétrant les deux blocs
109.
La diminution de la raideur dynamique K2 des semelles résilientes 122
et/ou l'augmentation de la masse des blocs 109 génèrent un moment de flexion
longitudinal important.
Aussi, l'entretoise 184 a une forme adaptée pour obtenir une forte iner-
tie. Il s'agit par exemple d'une forme en équerre ou en cylindre. L'entretoise
184 a
par exemple également une section comprise entre 800mm2 et 1500mm2 et une
épaisseur comprise entre 6mm et lOmm. Elle est par exemple réalisée en acier
suivant la norme EN 13230-3.
Chaque bloc 109 a une masse comprise entre 100 kg et 150 kg, de
préférence entre 130 kg et 150 kg.
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On notera que la traverse monobloc 8 supporte particulièrement facile-
ment les contraintes mécaniques supplémentaires résultant de l'invention.
On comprendra qu'avec une traverse selon l'invention, la diminution de
la raideur dynamique k2 de la semelle résiliente 22, 122 permet d'obtenir de
meil-
leures performances d'atténuation des vibrations, notamment en abaissant la
fré-
quence de coupure et en abaissant le gain d'insertion entre 25Hz et 250HZ.
L'augmentation de la masse du bloc 9, 109 permet également, pour
une raideur dynamique k2 de semelle résiliente 22, 122 donnée, d'abaisser la
fré-
quence de coupure et donc d'améliorer les performances de la traverse 8, 108
dans les basses fréquences. Cependant, au dessus d'une certaine masse, les
contraintes mécaniques subies par la traverse 8, 108 deviennent trop
importantes.
L'augmentation de la raideur dynamique k1 des éléments d'appui rési-
lients 10, 110 abaisse le gain d'insertion entre 200Hz et 250Hz et déplace la
fré-
quence de résonance vers des fréquences pius élevées, la fréquence de réso-
nance étant la fréquence pour laquelle on observe une remontée du gain d'inser-
tion.
L'invention permet donc de se rapprocher des performances
d'atténuation vibratoires obtenues avec une dalle flottante dont la fréquence
de
coupure se situe entre 14Hz et 20Hz et dont le gain d'insertion à -25dB se
situe à
63Hz.
