<Desc/Clms Page number 1>
DISPOSITIF DE SUPPORT POUR
RAILS DE VOIE FERREE La présente invention s'inscrit dans le domaine du montage de rails de voie ferrée. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de supports de rails.
Les dispositifs de fixation de rail classiques comportent au moins une semelle en matériau élastique qui donne une élasticité à l'ensemble roue/rail de sorte que soit obtenue une certaine isolation vibratoire des efforts dynamiques vers l'environnement.
Il y a presque toujours un étage élastique (semelle assez rigide) directement en dessous du rail. Il y a souvent une deuxième semelle plus souple en dessous d'une semelle métallique ou d'une traverse. Cette dernière semelle assure l'isolation anti-vibratoire.
La première fréquence de résonance en flexion de l'ensemble roue/rail est conditionnée par la raideur dynamique des semelles. Cette fréquence de résonance est inversement proportionnelle à la performance anti-vibratiore du système de fixation de rail : une fréquence de résonance basse donne une meilleure isolation anti-vibratoire qu'une fréquence de résonance élevée.
Avec des semelles qui ont une raideur dynamique faible, on réduit la première fréquence de résonance de l'ensemble roue/rail, ce qui donne lieu à un bon filtre anti-vibratoire. Le meilleur filtre est donc
<Desc/Clms Page number 2>
obtenu avec la plus faible raideur dynamique des semelles.
Il y a cependant une limite physique inférieure à cette raideur dynamique des semelles utilisées dans les systèmes de fixation de rail actuels. La raideur dynamique est en relation directe avec la raideur statique des semelles. La raideur statique des semelles ne peut pas être trop faible du fait qu'elle influence directement la déflexion des rails lors du passage des véhicules sur les rails. Cette déflexion des rails est en général limitée à 3 mm environ. Pour la plupart des dispositifs de fixation actuels la fréquence de résonance se situe entre 35 Hz et 60 Hz.
Cette limite de déflexion statique du rail impose une raideur statique minimale, et ainsi une raideur dynamique minimale de la semelle. Ce phénomène limite les performances d'isolation anti-vibratoire des systèmes de fixation de rail actuels.
Pour arriver à une performance d'isolation supérieure à celle obtenue avec les systèmes de fixation classiques, on doit découpler complètement les fonctions de fixation et d'isolation : ceci est réalisé dans les systèmes de type dalle flottante où les supports de rails sont fixés sur une dalle qui, elle-même, est isolée de l'environnement par des plots antivibratoires entre la dalle et le radier (ou sol). Pour une dalle flottante, la fréquence de résonance se situe entre 10 Hz et 25 Hz environ, ce qui donne un meilleur filtre anti-vibratoire. Ces derniers systèmes sont cependant très chers, et difficiles à entretenir.
<Desc/Clms Page number 3>
La présente invention a pour but de donner aux dispositifs de support de rails en pose directe sur radier et sur acier ou traverse dans un radier béton ou dans le ballast des performances d'isolation antivibratoires proches de celles obtenues avec une dalle flottante et d'assurer en même temps une bonne stabilité aux rails.
Cet objectif est atteint suivant l'invention par un dispositif de support de rail tel que défini dans les revendications. Une faible raideur dynamique est combinée avec une raideur statique acceptable. Une autre application de ce dispositif est la pose de deux rails en courbe, le dispositif permettant de réduire le bruit de crissement.
Grâce à l'invention, la semelle anti-vibratoire travaille dans sa zone de comportement quasi-linéaire.
Lorsqu'une roue passe sur le rail au-dessus d'un dispositif de fixation, la charge devient plus importante, mais la semelle anti-vibratoire continue à fonctionner dans sa zone de comportement quasilinéaire. L'effort de précontrainte devient très faible lors du passage de la roue. Les déflexions statiques du rail se trouvent ainsi limitées tout en assurant l'isolation anti-vibratoire voulue. Le dispositif suivant l'invention assure ainsi pour la fixation du rail une raideur statique apparente élevée avec une raideur dynamique faible.
L'invention est exposée plus en détails dans ce qui suit avec référence aux dessins ci-annexés.
<Desc/Clms Page number 4>
La figure 1 représente, en coupe, un exemple de dispositif de fixation de rail typique suivant l'invention.
La figure 2 représente le dispositif de précontrainte suivant l'invention.
La figure 3 montre une courbe de déflexion statique typique d'une semelle anti-vibratoire.
La figure 4 montre une courbe de mise en charge type d'une semelle anti-vibratoire avec un dispositif de fixation suivant l'invention.
Se reportant à la figure 1, un exemple de dispositif de support de rail suivant l'invention comprend une plaque de base 11 posée sur un radier en béton ou une traverse avec éventuellement un intercalaire d'épaisseur variable pour mise à niveau, un intercalaire 13 pour niveler la tête des écrous de fixation 12 et les reliefs de la plaque de base 11, un intercalaire 15 pour recouvrir les percements dans l'intercalaire 13, une semelle anti-vibratoire 17 ayant des dimensions adaptées en fonction de la fréquence propre de la voie, et une selle 19 pour la fixation du rail. Le signe de référence 14 désigne une butée latérale pour la selle 19 pour donner une souplesse verticale du système. Le signe de référence 16 désigne un intercalaire de réglage latéral.
Dans l'exemple illustré, la selle 19 est fixée à la plaque de base 11 par l'intermédiaire d'un boulon à tête marteau 18 et d'un dispositif de précontrainte 20 (représenté à la figure 2) destiné à mettre la semelle anti-vibratoire 17 en précontrainte. Lorsqu'il n'est pas prévu de plaque de base, la selle est fixée dans le radier, une traverse ou une structure de support quelconque.
<Desc/Clms Page number 5>
Les semelles anti-vibratoires ont une courbe de déflexion statique telle que montré en figure 3. Sur cette courbe on distingue trois zones : 1. une zone non-linéaire de mise en charge (A), 2. une zone quasi-linéaire dans laquelle le produit doit fonctionner (B), 3. une zone non linéaire, non exploitable (C).
Il est important de travailler en continu dans la zone linéaire du produit du fait que la charge réelle est quasi statique et rapide (passage de roues). De cette façon on évite de passer chaque fois dans la zone non linéaire de mise en charge.
Suivant l'invention, lors de la fixation d'un rail on donne à la semelle anti-vibratoire une précharge telle que la semelle travaille toujours dans sa zone de comportement linéaire (zone B sur la figure 3).
La précontrainte importante (quelque dix mille N) appliquée à la semelle anti-vibratoire est créée par des dispositifs de précontrainte tels que le dispositif représenté à la figure 2. Ce dispositif est constitué d'un ensemble intégré comprenant deux ressorts 21 et 23, le premier 21 ayant une rigidité plus faible que celle du second ressort. Le ressort 21 a par exemple une rigidité de 1800 N/cm tandis que le second ressort 23 a par exemple une rigidité de 50 à 150 kN/cm. Le ressort 21 est avantageusement enveloppé d'une coiffe 25 en tôle pour faciliter le réglage de la précontrainte et le rappel du ressort de grande rigidité 23. L'ensemble est retenu entre deux rondelles épaulées 27 et 29.
<Desc/Clms Page number 6>
Le ressort 23 est complètement libre de précontrainte lors du passage d'une roue. A ce moment, il ne contribue donc pas à la raideur dynamique de l'ensemble roue-rail-fixation.
Il est à noter qu'il existe déjà des systèmes de fixation de rail à deux étages élastiques avec ressorts mais ces systèmes ont pour seul but de tenir mécaniquement la selle ou la traverse en place et de permettre la déflexion de la selle. La précontrainte sur les ressorts n'est néanmoins que de quelques milliers de N.
Conformément à l'invention, sur la base des données techniques de l'assise de la voie et du matériel roulant, le dispositif de précontrainte est réglé en tenant compte en premier lieu des performances en isolation anti-vibratoire (ou fréquence de résonance roue/rail) demandées. Ces performances imposent en général une faible raideur dynamique.
De cette raideur dynamique on dérive la raideur statique demandée (fonction de la matière de la semelle). Avec cette raideur statique, on arrive en général à des déplacements statiques du rail importants, non tolérés. L'on donne à la semelle une précontrainte telle que la différence entre le déplacement du rail avant précontrainte et après précontrainte reste inférieur au déplacement toléré du rail (en général 3 mm). De préférence, la semelle est choisie de telle façon qu'elle travaille dans sa zone quasi-linéaire avec la précontrainte et la charge supplémentaire qui vient dessus lors du passage d'une roue.
<Desc/Clms Page number 7>
Pour un système de fixation de rail type UIC 60, par exemple, sur béton, un travelage de 60 cm, une masse non suspendue du véhicule de 1000 kg, une charge à l'essieu de 180 kN et une fréquence de résonance de l'ensemble roue/rail de 22 Hz (isolation similaire à la dalle flottante), on a besoin d'une raideur dynamique de la semelle élastique dans le système de fixation d'environ 10 kN/mm (calcul par la méthode des éléments finis).
En utilisant pour la semelle anti-vibratoire un produit avec une raideur statique égale à la raideur dynamique, on obtient une déflexion du rail de 4,5 mm avec la charge à l'essieu considéré (voir figure 3).
On peut par exemple utiliser un produit microcellulaire quasi-isotrope tel que du polyuréthane à structure mixte.
Si, à l'aide du dispositif de précontrainte 20, une précontrainte de l'ordre de 30 kN se trouve appliquée à la semelle (ceci correspond à environ 3 mm de déflexion), avec deux ressorts 23 de 15 kN/mm qui sont tous les deux comprimés de 1 mm, la déflexion du rail lors du passage de la roue est de l'ordre de 1,5 mm, ce qui est tout à fait acceptable. Les deux ressorts 23 n'exercent plus d'effort de précontrainte lors du passage de la roue (ils sont"libres"). Il n'y a plus que les ressorts de rappel 21 qui exercent un faible effort de précontrainte lors du passage de la roue. Le système reste donc très souple dynamiquement.
La figure 4 montre une courbe de mise en charge type d'une semelle anti-vibratoire à utiliser pour une charge à l'essieu de 100 kN à 120 kN environ. Tenant
<Desc/Clms Page number 8>
compte de la charge statique par essieu sur appui anti-vibratoire, on obtient par exemple une charge minimale 20 kN sur la semelle. On choisit une précontrainte égale à cette charge minimale. Lors du passage d'une rame, la charge peut varier entre 20 et 30 kN. La précontrainte choisie (ici 20 kN par exemple) fixe le point de fonctionnement minimum, pour lequel se produit une déflexion du rail de + 4,5 mm.
Cette précontrainte est réalisée par exemple par deux ressorts 23 de 10 kN/mm qui sont tous les deux comprimés de 1 mm.
Si une rame applique une charge par essieu de 100 kN, l'impact moyen sur l'appui est de l'ordre de 25 kN, ce qui produit une déflexion complémentaire du rail de + 1,3 mm. Pour une charge appliquée de 120 kN par essieu, l'impact sur l'appui est de l'ordre de 30 kN, ce qui produit une déflexion complémentaire de + 3,1 mm. Ceci a comme conséquence que le point de fonctionnement se comporte dynamiquement : pour 20 kN à 4,5 mm pour 25 kN à 5,8 mm pour 30 kN à 7,6 mm.
Les deux ressorts de précontrainte 23 se libèrent complètement lors du passage de la roue.
L'invention permet ainsi d'obtenir des conditions de fonctionnement optimales, c'est-à-dire une rigidité dynamique très faible tout en limitant la déflexion du rail à + 3 mm (au lieu de + 8 mm).