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SYSTEME DE POSE DE VOIE FERRES La présente invention s'inscrit dans le domaine de l'installation de voies ferrées et elle concerne en particulier un système de pose de voie ferrée pour tramway ou métro en voirie.
Le problème posé par les voies de tramway ou métro en voirie se situe à trois niveaux : 1. Au niveau de la stabilité de la voie, les voies ballastées classiques posent un problème en voirie du fait de leur tassement dans le temps et de la destruction de la voirie dans la zone des voies.
2. Au niveau de l'environnement, l'impact des vibrations et bruits dû au tassement de la voie et à l'augmentation de la raideur dynamique du ballast provoque des transmissions vibratoires vers les fondations des immeubles.
3. Au niveau de la maintenance de la voie, les tassements localisés du ballast provoque déflexion locale importante de la voie ce qui entrai ie usure plus importante des rails et du matériel rou-
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Pour résoudre ce problème à ses trois niveaux.'inventeur a conçu un nouveau système de pose de voue ferrée pour tramway ou métro en voirie.
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Le système suivant l'invention est défini dans les revendications. Plus particulièrement, les rails sont fixés sur une prédalle de béton mise en place sur un lit de sable stabilisé sur le site et les dalles de béton de voirie préfabriquées sont posées de part et d'autre des rails. La prédalle préfabriquée présente des assises pour la pose et la fixation des rails, les assises précitées étant séparées par des espaces remplis par du béton de remplissage. Est ainsi assurée une meilleure stabilité de la voie dans le temps.
Chaque rail est fixé sur une selle avec interposition d'un coussin anti-vibratoire. De plus, tenant compte de ce que la première fréquence propre dynamique des voies ballastées (système roue-rail-ballast) peut varier de 60 à 110 Hz, un coussin anti-vibratoire est avantageusement placé sous chaque selle de manière que la première fréquence de résonance de la voie soit située en dessous de 60 Hz. Ceci assure un filtre plus performant au niveau vibratoire qui amortit les impacts vers l'environnement (par un calcul de simulation, il a été possible d'atteindre des fréquences de l'ordre de 30 Hz).
Pour limiter les déflexions du rail, les raideurs dynamiques des coussins anti-vibratoires sont choisies de telle manière que les supports successifs le long de chaque rail forment alternativement des appuis relativement rigides et des appuis relativement souples.
Afin de désolidariser le rail de la voirie et de ne pas neutraliser le comportement dynamique du rail, chaque rail est séparé des dalles de béton de voirie par des éléments de séparation qui isolent le rail des dalles de voirie. Les rails se trouvent ainsi totalement indépendants de la voirie, ce qui réduit la transmission
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des vibrations vers les fondations des immeubles avoisinants.
L'invention est décrite plus en détails dans ce qui suit à l'aide des dessins joints.
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une voie ferrée en voirie, posée suivant le système de pose de l'invention.
La figure 2 montre une coupe dans un système de fixation d'un rail sur une selle.
La figure 3 est une vue montrant la disposition suivant l'invention pour isoler le rail de la voirie.
La figure 4 est une vue en plan avec -aement d'une prédalle du système de pose montré en figure 1.
La figure 5 est une vue en coupe dans la prédalle de la figure 4.
La figure 6 est une vue en plan montrant la disposition des armatures dans les prédalles de béton.
La figure 7 est une coupe dans une prédalle avec ses armatures.
La figure 8 illustre les phases d'exécution pour le renouvellement d'une voie sur un site en exploitation.
Se reportant à la figure 1, on voit représentés les deux rails 1 d'une voie ferrée, posés conformément à l'invention. Les rails 1 sont fixés sur des selles 2 ancrées dans une prédalle de béton 3 reposant sur une couche de sable stabilisé 4 posée sur le site 10. Sur la couche de sable stabilisé 4 est de préference posé un pli drainant 5 (par exemple de l'ENKADRAIN) servant à drainer les infiltrations d'eau vers des drains latéraux disposés le long des voies. La couche de sable et le pli drainant doivent être parfaitement de niveau. La prédalle 3 est formée avec des assises 23 pour la
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fixation des rails 1. La prédalle est avantageusement interrompue à intervalles réguliers (par exemple environ tous les 50 m) pour y insérer un avaloir afin de récolter les eaux de pluies.
Les avaloirs seront raccordés aux égouts de la voirie.
Les selles 2 régulièrement espacées sous les rails (figure 2) sont conçues de façon à standardiser la pose et l'ancrage à la dalle de béton. Les selles sont réalisées en acier forgé, en acier coulé, en matériau composite, etc. La surface d'assise du rail est choisie en fonction de la largeur du patin du rail (type 140,150, 180, etc. ). Chaque rail est fixé aux selles 2 par des crapauds d'attache quelconques. Dans le cas de l'attache NABLA, la selle est prévue avec deux trous pour la tige à tête marteau pour fixation de l'attache au rail et deux trous oblongs pour fixer la selle au béton et obtenir un réglage latéral du rail. Dans le cas de l'attache PANDROL, la selle dispose du système de fixation PANDROL, et deux trous oblongs pour fixer la selle au béton.
L'entre-axe des selles est choisi en fonction de calculs.
Les selles peuvent être montées de deux façons différentes. En pose directe sur la dalle de béton 3 avec intercalaire 6 de réglage en hauteur, un coussin antivibratoire 7 est placé sous chaque rail. La fixation des selles 2 à la prédalle de béton se fait par l'intermédiaire d'un système d'ancrage, par exemple le système PLASTIRAIL, et d'une buselure à collet avec rondelle.
Dans le cas où l'on désire obtenir une voie avec un filtre plus performant au niveau vibratoire, un coussin anti-vibratoire 8 est placé en-dessous de la selle.
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Cette solution permet d'obtenir des fréquences propres du système roue-rail en dessous de 25 Hz, donc comparable à celles des dalles flottantes. Le coussin sous le rail doit avoir une raideur dynamique nettement supérieure à la raideur des coussins sous la selle. Dans ce cas, la fixation se fait à l'aide de deux buselures à collet, d'un ressort calculé en fonction de l'appui anti-vibratoire et d'une rondelle.
Les dalles de béton sont conçues de telle façon que ses modes dynamiques propres ne coïncident pas avec les modes dynamiques du rail et du système de fixation, de manière à éviter les résonances inter-étages du système voies/dalle radier/sol, et obtenir des fréquences dynamiques propres inférieures à 60 Hz afin d'obtenir une meilleure performance que les voies ballastées.
Pour limiter les déflexions du rail, les raideurs dynamiques des coussins anti-vibratoires dans les systèmes de fixation des rails sont alternées, c'est-à-dire des semelles de raideur relativement importante (2 x 107 à 2 x 109N/m) sont alternées avec des semelles de raideur plus souple (5 x 105 à 5 x 107 N/m). Ceci permet d'obtenir une raideur dynamique assez basse de l'ensemble roue-rail-fixations et de limiter la déflexion du rail à í 1 mm, d'où peu d'incidence vibratoire sur la voirie et l'environnement.
Afin de désolidariser le rail de la voirie et éviter de neutraliser le comportement dynamique du rail, une fourrure 11 en microcellulaires à cellules fermées est installée au pourtour du rail (figure 3). L'épaisseur de cette fourrure est définie en fonction de l'amplitude maximum du rail. Un élément préfabriqué 12 de remplissage du rail est prévu le long du rail ainsi qu'un
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joint souple longitudinal 13 au niveau de la voirie. Grâce à ces dispositions, le rail se trouve rendu totalement indépendant de la voirie. Les rails 1 sont fixés aux selles 2 au moyen de crapauds d'attache 9 de type quelconque. Les crapauds d'attache sont avantageusement protégés par des coiffes de protection.
Les espaces entre les assises des rails sont comblés par du béton de remplissage 14 (voir figures 1,4 et 5). Durant cette opération des tuyaux de drainage 15 sont avantageusement placés longitudinalement et raccordés à des avaloirs 18. Une couche de gravillons 16 est ensuite placée et compactée jusqu'à un niveau correspondant à la hauteur de la voirie 17.
Le revêtement de la voirie peut se faire de différentes façons en fonction des matériaux : pavés, klinckers, dalles, gravillons, une dalle de recouvrement, ayant un finissage de klinckers, dalles, gravillons, etc. Les dalles permettent un meilleur accès à la voie pour toute intervention éventuelle.
Le système de pose avec bétonnage sur place est valable pour les nouvelles voies, mais pose un problème pour le renouvellement de voies en exploitation, car cela exigerait une période d'intervention qui est en général de l'ordre de 4 à 5 heures (problème de durcissement du béton). Il est alors avantageux de réaliser le renouvellement d'une voie sur le site avec des éléments préfabriqués tout en tenant compte de la stabilité de la voie après pose directe et de la stabilité de la voirie pouvant recevoir des autobus.
Suivant l'invention, on réalise une prédalle en béton modulaire préfabriquée, par exemple de 2,500 x 6,000 x
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0,200 m. L'épaisseur de la dalle est obtenue en deux phases décrites ci-après à l'aide des figures 6 et 7.
Sur une couche 4 de sable stabilisé dans le fond du coffre, on pose de préférence sur toute la surface un pli drainant 5 (par exemple d'ENKADRAIN de 10 mm d'épaisseur) pour drainer les infiltrations d'eau vers les drains latéraux le long des voies. La couche de sable et le pli drainant doivent être parfaitement de niveau.
Une prédalle 3 de béton est posée sur le pli drainant 5 ou sur la couche de sable 4 d'une façon continue. La prédalle est conçue avec deux systèmes d'armatures : - les armatures 21 propres à la prédalle afin de pouvoir la transporter et la manutentionner.
Les barres d'armature ont une longueur et un diamètre qui sont fonction des calculs de stabilité. Deux surfaces planes 23, ayant une distance entre axes égale à l'écartement des rails et ayant une surface utile propre à recevoir les selles de fixation des rails sont prévues avec la gaine (par exemple PLASTIRAIL type 25.140) pour recevoir les tiges filetées de fixation.
- les armatures 22 destinées à assurer la continuité d'une dalle à l'autre.
La figure 6 montre deux dalles 3 entre lesquelles s'étendent les armatures 22.
Après cette première phase de bétonnage, on dispose déjà d'une assise de voie permettant d'assurer le passage de tramways à faible vitesse. Un joint transversal en-
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tre prédalles est prévu par module sur une profondeur de 12 cm par exemple.
Lors de la deuxième phase de bétonnage sur place sont prévus des tuyaux de drainage (par exemple de 80 mm de diamètre). Ensuite sont posés la protection du rail et les attaches. Les tuyaux de drainage 15 sont placés longitudinalement et raccordés aux avaloirs. Une couche de gravillons 16 de granulométrie 2/4 par exemple, est placée et compactée à un niveau fixé en fonction de la hauteur et du revêtement de la voirie. Un remplissage 14 est disposé latéralement le long des rails.
La figure 8 illustre les différentes phases d'exécution pour une voie en exploitation afin d'éviter le déplacement total de la voie en exploitation.
La figure 8A représente la situation existante avec deux voies ballastées 20 et 30 classiques. Pour renouveler ces voies, on dépose une première de ces voies (par exemple la voie 20), on enlève le ballast tout en bloquant latéralement en 25 la voie (30) en exploitation, puis on met en place la nouvelle voie sur une prédalle 3 conformément à l'invention comme représenté en figure 8B. On procède ensuite au remplacement de la seconde voie (30) avec mise en place d'une prédalle 3 sur le site de cette voie comme montré en figure 8C.
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RAIL TRACK LAYING SYSTEM The present invention relates to the field of rail track installation and it relates in particular to a rail track laying system for streetcar or metro.
The problem posed by streetcar or metro tracks is on three levels: 1. In terms of track stability, conventional ballasted tracks pose a problem on roads due to their settlement over time and destruction roads in the track area.
2. In terms of the environment, the impact of vibrations and noise due to the compaction of the track and the increase in the dynamic stiffness of the ballast causes vibration transmissions to the foundations of buildings.
3. In terms of track maintenance, localized settling of the ballast causes significant local deflection of the track which leads to greater wear of the rails and the rolling stock.
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To solve this problem at three levels, the inventor has designed a new system for laying rail lines for trams or metro systems.
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The system according to the invention is defined in the claims. More particularly, the rails are fixed on a concrete pre-slab placed on a sand bed stabilized on the site and the precast concrete slabs are laid on either side of the rails. The prefabricated pre-slab has seats for laying and fixing the rails, the aforementioned seats being separated by spaces filled with filling concrete. This ensures better stability of the track over time.
Each rail is fixed on a saddle with the interposition of an anti-vibration cushion. In addition, taking into account that the first dynamic natural frequency of the ballasted tracks (wheel-rail-ballast system) can vary from 60 to 110 Hz, an anti-vibration pad is advantageously placed under each saddle so that the first frequency of channel resonance is located below 60 Hz. This ensures a more efficient filter at the vibratory level which absorbs impacts to the environment (by a simulation calculation, it was possible to reach frequencies of the order of 30 Hz).
To limit the deflections of the rail, the dynamic stiffnesses of the anti-vibration cushions are chosen so that the successive supports along each rail alternately form relatively rigid supports and relatively flexible supports.
In order to separate the rail from the road network and not to neutralize the dynamic behavior of the rail, each rail is separated from the concrete road slabs by separating elements which isolate the rail from the road slabs. The rails are thus completely independent of the road, which reduces transmission
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vibrations towards the foundations of neighboring buildings.
The invention is described in more detail in the following with the aid of the accompanying drawings.
Figure 1 is a cross-sectional view of a railroad track, laid according to the laying system of the invention.
Figure 2 shows a section through a system for attaching a rail to a saddle.
Figure 3 is a view showing the arrangement according to the invention for isolating the rail from the road.
FIG. 4 is a plan view with -aement of a pre-slab of the laying system shown in FIG. 1.
FIG. 5 is a sectional view in the pre-slab of FIG. 4.
Figure 6 is a plan view showing the arrangement of the reinforcements in the concrete slabs.
Figure 7 is a section in a pre-slab with its reinforcements.
Figure 8 illustrates the execution phases for the renewal of a track on a site in operation.
Referring to Figure 1, there are shown the two rails 1 of a railroad track, laid in accordance with the invention. The rails 1 are fixed on saddles 2 anchored in a concrete pre-slab 3 resting on a layer of stabilized sand 4 placed on the site 10. On the layer of stabilized sand 4 is preferably placed a draining fold 5 (for example of the 'ENKADRAIN) used to drain water infiltration to lateral drains arranged along the tracks. The layer of sand and the draining fold must be perfectly level. The pre-slab 3 is formed with seats 23 for the
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fixing the rails 1. The pre-slab is advantageously interrupted at regular intervals (for example approximately every 50 m) to insert a drain therein in order to collect rainwater.
The drains will be connected to the sewers of the roads.
The saddles 2 regularly spaced under the rails (Figure 2) are designed to standardize the installation and anchoring to the concrete slab. The saddles are made of forged steel, cast steel, composite material, etc. The seat surface of the rail is chosen according to the width of the rail pad (type 140,150, 180, etc.). Each rail is fixed to the saddles 2 by any fastening toads. In the case of the NABLA attachment, the saddle is provided with two holes for the hammer head rod for fixing the attachment to the rail and two oblong holes to fix the saddle to the concrete and obtain lateral adjustment of the rail. In the case of the PANDROL attachment, the saddle has the PANDROL fastening system, and two oblong holes to fix the saddle to concrete.
The center distance of the saddles is chosen according to calculations.
The saddles can be mounted in two different ways. In direct installation on the concrete slab 3 with height adjustment interlayer 6, an anti-vibration pad 7 is placed under each rail. The fixing of the saddles 2 to the concrete pre-slab is done by means of an anchoring system, for example the PLASTIRAIL system, and a collar nozzle with washer.
In the case where it is desired to obtain a channel with a more efficient filter in terms of vibration, an anti-vibration cushion 8 is placed below the saddle.
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This solution makes it possible to obtain natural frequencies of the wheel-rail system below 25 Hz, therefore comparable to those of floating slabs. The cushion under the rail must have a dynamic stiffness significantly greater than the stiffness of the cushions under the saddle. In this case, the fixing is done using two collar flanges, a spring calculated according to the anti-vibration support and a washer.
Concrete slabs are designed in such a way that their own dynamic modes do not coincide with the dynamic modes of the rail and the fixing system, so as to avoid inter-stage resonances of the track / slab / floor / floor system, and obtain natural dynamic frequencies lower than 60 Hz in order to obtain a better performance than the ballasted channels.
To limit deflections of the rail, the dynamic stiffnesses of the anti-vibration cushions in the rail fastening systems are alternated, that is to say footings of relatively high stiffness (2 x 107 to 2 x 109N / m) are alternated with softer stiffness soles (5 x 105 to 5 x 107 N / m). This makes it possible to obtain a fairly low dynamic stiffness of the wheel-rail-fasteners assembly and to limit the deflection of the rail to í 1 mm, hence little vibratory impact on the roads and the environment.
In order to separate the rail from the road network and avoid neutralizing the dynamic behavior of the rail, a liner 11 made of microcells with closed cells is installed at the periphery of the rail (FIG. 3). The thickness of this fur is defined as a function of the maximum amplitude of the rail. A prefabricated rail filling element 12 is provided along the rail as well as a
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longitudinal flexible joint 13 at the road level. Thanks to these provisions, the rail is made completely independent of the roads. The rails 1 are fixed to the saddles 2 by means of fastening clips 9 of any type. The attachment toads are advantageously protected by protective caps.
The spaces between the bases of the rails are filled with filling concrete 14 (see Figures 1,4 and 5). During this operation, drainage pipes 15 are advantageously placed longitudinally and connected to gullies 18. A layer of gravel 16 is then placed and compacted to a level corresponding to the height of the road 17.
The coating of the road can be done in different ways depending on the materials: pavers, klinckers, slabs, gravel, a cover slab, having a finish of klinckers, slabs, gravel, etc. The slabs allow better access to the track for any possible intervention.
The laying system with concreting on site is valid for new tracks, but poses a problem for the renewal of tracks in operation, as this would require an intervention period which is generally around 4 to 5 hours (problem concrete hardening). It is then advantageous to carry out the renewal of a track on the site with prefabricated elements while taking into account the stability of the track after direct laying and the stability of the road network capable of receiving buses.
According to the invention, a prefabricated modular concrete slab is produced, for example of 2,500 x 6,000 x
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0.200 m. The thickness of the slab is obtained in two phases described below using Figures 6 and 7.
On a layer 4 of stabilized sand in the bottom of the trunk, a draining fold 5 (preferably of ENKADRAIN 10 mm thick) is preferably placed over the entire surface to drain water infiltration towards the lateral drains. along the tracks. The layer of sand and the draining fold must be perfectly level.
A concrete pre-slab 3 is laid on the draining fold 5 or on the sand layer 4 in a continuous manner. The pre-slab is designed with two reinforcement systems: - the reinforcement 21 specific to the pre-slab in order to be able to transport and handle it.
Reinforcing bars have a length and a diameter which depend on the stability calculations. Two flat surfaces 23, having a distance between axes equal to the spacing of the rails and having a useful surface suitable for receiving the fixing saddles for the rails are provided with the sheath (for example PLASTIRAIL type 25.140) for receiving the threaded fixing rods .
- the reinforcements 22 intended to ensure continuity from one slab to another.
FIG. 6 shows two slabs 3 between which the reinforcements 22 extend.
After this first concreting phase, there is already a track base to ensure the passage of trams at low speed. A transverse joint in-
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three pre-slabs are provided per module to a depth of 12 cm for example.
During the second phase of concreting on site, drainage pipes are provided (for example 80 mm in diameter). Then the rail protection and the fasteners are installed. The drainage pipes 15 are placed longitudinally and connected to the drains. A layer of gravel 16 of particle size 2/4 for example, is placed and compacted at a level fixed as a function of the height and of the road surface. A filling 14 is arranged laterally along the rails.
FIG. 8 illustrates the different execution phases for a track in operation in order to avoid the total displacement of the track in operation.
FIG. 8A represents the existing situation with two conventional ballasted tracks 20 and 30. To renew these tracks, a first of these tracks is deposited (for example track 20), the ballast is removed while laterally blocking in track 25 (30) in operation, then the new track is put in place on a pre-slab 3 according to the invention as shown in Figure 8B. The second track (30) is then replaced with the installation of a pre-slab 3 on the site of this track as shown in FIG. 8C.