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Système de rail enrobé Description La présente invention concerne un rail enveloppé dans un enrobage pour l'installation de voies ferrées dans une voirie.
Dans l'installation de voies ferrées, le problème se situe principalement à trois niveaux : a) Au niveau de la mise en place des rails ; b) Au niveau de la maintenance de la voie en cours d'exploitation ; c) Au niveau de l'amortissement des vibrations et des bruits lors de la circulation des voitures sur les rails.
Il est connu, dans certaines applications, d'installer dans la voirie des rails enrobés dans un matériau très compact dans le but de conférer au rail une meilleure résistance mécanique aux dilatations et aux efforts engendrés par la circulation des voitures sur les rails. Cette disposition a pour inconvénient principal que, une fois le rail installé, le remplacement d'un tronçon de rail nécessite de casser d'abord l'enrobage pour avoir accès aux dispositifs de fixation du tronçon de rail à remplacer et, après remplacement de celui-ci, de couler un nouvel enrobage. Tout ceci demande un temps d'exécution relativement long pendant lequel le trafic doit être interrompu. D'autre part, l'utilisation d'un matériau d'enrobage très compact ne présente pas les caractéristiques statiques et dynamiques requises pour assurer une isolation antivibratoire efficace.
L'invention a pour but de pallier les inconvénients susmentionnés. A cet effet, elle propose un système de rail pour voie ferrée fixé à intervalles réguliers sur des selles et une gaine d'enrobage enrobant longitudinalement le rail sur ses deux côtés, dans lequel l'enrobage repose sur des profilés souples fixés au patin du rail et s'étendant entre les selles sur lesquelles est fixé le rail.
La mise en place d'un rail peut ainsi se faire en un temps très court. Et par la suite, au cours de l'exploitation de la voie ferrée, lorsque l'on doit avoir accès aux
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dispositifs de fixation, par exemple pour le remplacement d'un tronçon de rail, il suffit de forer dans le mortier à l'emplacement des boulons de fixation du rail pour libérer le tronçon de rail, le retirer avec sa gaine d'enrobage et mettre en place et fixer un nouveau tronçon de rail en un temps très court, sans devoir interrompre le trafic de manière importante.
Dans un mode de réalisation avantageux, un tronçon de rail, les selles sur lesquelles le tronçon de rail est fixé et la gaine d'enrobage forment un ensemble logé dans un caisson prêt à être mis en place sur un site. La mise en place peut alors se faire en un temps très court par simple coulage du mortier d'enrobage 21 et la mise en circulation du trafic sur les rails peut être lancée sans attendre le durcissement du mortier d'enrobage.
De plus, l'utilisation d'un matériau d'enrobage de densité relativement réduite et le choix des raideurs des semelles sous le rail favorisent la réalisation d'un niveau d'amortissement optimal des vibrations et bruits en cours d'exploitation de la voie ferrée.
L'invention est décrite plus en détails dans ce qui suit à l'aide des dessins dans lesquels :
La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un système de rail suivant l'invention, avant coulage de la gaine d'enrobage;
La figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1;
La figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ;
La figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 3 ;
La figure 5 est une vue en coupe transversale du système de rail suivant l'invention, après coulage de la gaine d'enrobage et bétonnage dans un premier mode de réalisation ;
Les figures 6 et 7 illustrent une variante de réalisation du système de rail représenté à la figure 1;
La figure 8 est une vue en coupe transversale d'un système de rail suivant l'invention intégré dans un module de voie ferrée préfabriqué ;
La figure 9 est une vue en plan du module de voie ferrée représenté à la figure 8.
Dans les dessins, une même référence désigne un élément identique ou un élément similaire ou équivalent.
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Les figures 1 à 3 montrent un système de rail comprenant un rail 11 fixé à intervalles réguliers sur des selles 12 en acier avec interposition d'une semelle 13 en matière élastique. Le rail est fixé sur les selles au moyen de brides 15 et de boulons 17 avec rondelles. La selle 12 est munie de chaque côté d'une rainure longitudinale 16 destinée à recevoir une cornière 18 lors de la mise en place du rail, les deux cornières 18 formant les parois longitudinales d'une gouttière 19 longeant le rail 11 sur ses deux côtés. L'extrémité supérieure des cornières 18 vient se situer à environ 3 mm du bord supérieur du rail 11.
Entre les selles 12 s'étendent des profilés 14 souples, en polyéthylène par exemple, qui sont fixés au patin du rail 11et ont une largeur égale à l'écartement entre les cornières 18 (Fig. 4).
Un enrobage 21 est coulé dans la gouttière 19 qui s'étend le long des deux côtés du rail 11. L'enrobage est constitué d'un mortier de caoutchouc fluide élastique, exempt de retrait et ayant une compressibilité stable. Le mortier est par exemple constitué d'un mélange de résine époxy et de polyuréthane et un durcisseur d'amine cycloaliphatique insensible à l'eau. Le poids spécifique est de 0,7 kg/dm3 environ. La résistance à la traction est supérieure à environ 1 N/mm2. Le mortier mis en place est tassé jusqu'à un niveau de-28 mm par rapport au bord supérieur du rail 11. La localisation des dispositifs de fixation est repérée au moyen d'une marque permanente laissée dans le mortier.
La surface supérieure du mortier est terminée avec un joint élastique 23 constitué du même composé que la masse du mortier mais ayant une densité plus élevée que celle-ci, par exemple une densité de 0,9 kg/dm3. Ce joint a pour but d'éviter l'infiltration des eaux de pluies dans la gouttière. La résistance à l'arrachement sur béton et acier est supérieure à environ 2,5 N/mm2. Entre la masse de la gaine et le joint est disposée une plaquette de séparation en matière plastique.
Après alignement des rails 11 et coulage de l'enrobage 21, la voirie 24 peut être bétonnée en une ou plusieurs phases. Les cornières 18 peuvent alors être retirées (Fig. 5).
Dans un autre mode de réalisation, les cornières 18 sont montées en sens inverse, avec leur aile 22 orientée vers l'extérieur de la gouttière 19 (Fig. 6). Après réalisation de la
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gaine d'enrobage et bétonnage de la voirie, ces cornières sont maintenues en place afin de renforcer les coins des dalles de béton de la voirie 24 (Fig. 7).
La surface des cornières devant venir en contact avec le mortier d'enrobage est de préférence recouverte d'un film destiné à faciliter l'enlèvement du mortier si nécessaire, par exemple lors du remplacement du rail.
Lorsque l'on doit avoir accès au dispositif de fixation, par exemple pour le remplacement d'un tronçon de rail, il suffit de forer dans le mortier à l'emplacement des boulons de fixation du rail pour libérer le tronçon de rail, le retirer avec son enrobage et mettre en place et fixer un nouveau tronçon de rail en un temps très court, sans devoir interrompre le trafic de manière importante.
Des essais effectués sur un tronçon de rail de 6 m de long avec fixation tous les 0,9 m ont montré que la flexion statique d'un système de rail suivant l'invention est de 1 mm environ sous une charge à l'essieu de 11 tonnes. La première fréquence propre du système roue/rail est de 40 Hz environ pour un système de support classique et de 30 Hz environ pour un système antivibratoire performant. Le réglage de la fréquence propre se fait par un choix adéquat des semelles élastiques placées sous le rail. Ce résultat se compare avantageusement à la fréquence propre du système roue/rail d'une voie sur ballast, qui est d'environ 60 Hz.
Les raideurs statiques et dynamiques des semelles antivibratoires sous le rail peuvent avantageusement être choisies de manière que les appuis successifs le long des rails constituent alternativement un appui relativement rigide et un appui relativement souple.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'ensemble d'un tronçon de rail 11 et des selles 12 qui le supportent est lui-même enrobé dans un caisson 20 en béton coulé en¯usine.
Les Fig. 8 et 9 représentent, respectivement en coupe transversale et vu en plan, un caisson 20 dans lequel sont enrobés deux ensembles 10 comprenant chacun un tronçon de rail 11fixé sur selles 12 et enrobé dans son enrobage 21 comme décrit plus haut. Un tel caisson, qui a par exemple des dimensions de 3 x 9 m, constitue ainsi un module de voie ferrée préfabriqué qui facilite l'installation d'une voie ferrée sur un site. La mise en
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place peut alors être faite en un temps très court par simple alignement des tronçons de rails de caissons contigus et jointure de ces caissons entre eux, et la mise en circulation du trafic sur les rails peut se faire sans avoir à attendre le durcissement du béton de voirie.
Il est bien entendu que les formes d'exécution illustrées sur les dessins et décrites dans ce qui précèdent sont donnés à titre d'exemples d'exécution du système de rail suivant l'invention et que l'invention n'est nullement limitée à ces exemples d'exécution.