FR3084320A1 - Wagon de mesure de caracteristiques d'une plateforme et d'un armement d'une voie ferree - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un wagon de mesure de caractéristiques d'une plateforme et d'un armement d'une voie ferrée comportant deux files de rails, le wagon reposant sur les rails par l'intermédiaire de moyens de roulement (6, 7, 8, 9), Selon l'invention, le wagon comporte un essieu de mesure au contact des rails ou pouvant être amené au contact des rail d'une manière amovible, ledit wagon comportant en outre un dispositif de mise en vibration de l'essieu de mesure afin de permettre une transmission de vibrations à la voie ferrée lorsque ledit essieu de mesure est au contact des rails. Dans une modalité de réalisation, un satellite bisse (5) disposé dans une zone de logement la caisse (3) du wagon et comportant l'essieu de mesure est mis en œuvre.

Description

Domaine technique auquel se rapporte l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine des équipements de mesure pour voies de chemin de fer. Elle concerne plus particulièrement un wagon de mesure de caractéristiques de la plateforme et de l’armement d’une voie ferrée.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît des équipements de mesure mobiles de détection de défauts de rails et pour des relevés des caractéristiques dimensionnelles de la voie permettant des mesures tout en circulant comme la voiture Mauzin. Ces mesures lors des auscultations de la voie ferrée permettent en particulier une meilleure gestion des opérations de maintenance de ladite voie ferrée. Ces équipements de mesure ont toutefois certaines limitations et ne permettent pas la caractérisation de certains éléments de la voie ferrée et notamment de la raideur de la voie sous sollicitation dynamique et des propriétés de la plateforme sur laquelle est installée la voie ferrée.
Deux paramètres principaux expliquent la qualité d’une voie ferrée d’un point de vue mécanique. Ce sont la raideur de la voie et le module de la structure supportant le rail. La raideur de la voie est définie par le rapport entre la force appliquée sur le rail et la déformation verticale du rail. Le module de la structure est défini comme la force, c’est-à-dire la réaction du support, appliquée par unité de longueur de rail par unité de déplacement vertical. Le symbole de la raideur est K et elle est mesurée en N/mm, tandis que le module est représenté par u (en Grande Bretagne) ou E (en France) et son unité de mesure est le Pascal (Pa). De plus, la raideur de la voie, K prend en compte la rigidité à la flexion du rail (El), alors que le module, u ou E, dépend d’autres composants de la superstructure (semelles, attaches et traverses) et de l’infrastructure (notamment ballast, souscouche et plateforme). Autrement dit, le rail n’est pas pris en compte dans le calcul du module.
Dans la catégorie des équipements de mesures ponctuelles, on peut citer le pénétromètre dynamique qui permet d’évaluer simplement les propriétés de chacune des couches jusqu’à la structure du sol constituant la plateforme. Le principe est d’enfoncer une tige à l’aide d’une masse, et de mesurer à la fois l’énergie de battage et l’enfoncement de la tige. On calcule alors la résistance dynamique de pointe qui caractérise les propriétés mécaniques des couches traversées. Cet outil est souvent couplé à des essais géo-endoscopiques afin d’associer les résistances mécaniques mesurées aux différentes couches rencontrées. La géo-endoscopie consiste à enregistrer des images le long d’une cavité par exemple creusée par le pénétromètre, afin de caractériser les couches traversées à partir d’une analyse visuelle en fonction notamment de la couleur, de la texture des couches.
On peut également citer les systèmes géoradar qui sont utilisés pour détecter la structure stratigraphique superficielle des assises et des sols. Ce type de système fonctionne sur le phénomène de la propagation des ondes radiofréquence introduites dans le sol par un émetteur. L’analyse du signal réfléchi permet d’obtenir une représentation spatiale des couches composant la voie et le sol. Cependant, le géoradar nécessite d’être calé à partir de sondages ponctuels.
Il apparaît utile de disposer d’équipements de mesure pour la caractérisation de l’état structurel des assises et plateformes ferroviaires qui puisse être utilisés à grand rendement et qui permettent une sollicitation dynamique de la voie tout en contrôlant et maîtrisant les paramètres de la sollicitation comme l’effort et la/les fréquences de la sollicitation. Ceci notamment pour pouvoir distinguer dans l’auscultation ainsi réalisée de la voie ferrée, les deux plus importantes parties constitutives de sa structure, la superstructure et l’infrastructure, en particulier par la variation de la fréquence de sollicitation au cours de plusieurs passages d’auscultation. Il serait aussi utile de pouvoir associer au cours d’une même session d’auscultation de la voie ferrée des mesures de plusieurs types et origines permettant, par recoupement et/ou combinaison, d’affiner le diagnostic obtenu et donc d’améliorer encore plus la gestion de la maintenance de la voie ferrée.
Il est proposé d’installer ces équipements de mesure dans un wagon. Dans une variante de réalisation ce wagon est un engin ferroviaire de type bourreuse qui est reconditionné à cette fin.
Objet de l’invention
Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose un wagon de mesure de caractéristiques d’une plateforme et d’un armement d’une voie ferrée comportant deux files de rails, le wagon reposant sur les rails par l’intermédiaire de moyens de roulement.
Selon l’invention, le wagon comporte un essieu de mesure au contact des rails ou pouvant être amené au contact des rail d’une manière amovible, ledit wagon comportant en outre un dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure afin de permettre une transmission de vibrations à la voie ferrée lorsque ledit essieu de mesure est au contact des rails.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du wagon conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le wagon comporte des capteurs de mesure d’accélération permettant d’effectuer des mesures d’accélération,
- les capteurs de mesure d’accélération sont disposés au moins sur l’essieu de mesure,
- l’essieu de mesure fait partie des moyens de roulement du wagon et ledit essieu de mesure est agencé pour rester au contact des rails,
- l’essieu de mesure est amovible, ledit essieu de mesure pouvant être descendu du wagon pour être au contact des rails et pouvant être remonté pour être séparé des rails,
- l’essieu de mesure amovible est disposé sous le wagon,
- le wagon est constitué d’au moins une caisse,
- le wagon est constitué d’au moins deux caisses solidaires articulées entre elles,
- la ou une des caisses du wagon, dite caisse à satellite, comporte un satellite bissel disposé dans une zone de logement vers le bas de la caisse entre deux moyens de roulement d’extrémités de la caisse à satellite, ledit satellite bissel comportant un essieu de mesure et étant solidaire et articulé à la caisse à satellite, la caisse à satellite comportant un mécanisme de descente et de montée dudit satellite bissel par rapport à la caisse à satellite permettant respectivement, d’amener l’essieu de mesure au contact des rails en position basse de roulement du satellite bissel et de soulever au-dessus des rails ledit satellite bissel et son essieu de mesure afin que ledit essieu de mesure ne soient pas au contact des rails en position haute du satellite bissel, et ledit satellite bissel comporte un dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure afin de permettre une transmission de vibrations à la voie ferrée en position basse du satellite bissel,
- le satellite bissel constitue un système de mesure de portance,
- la voie ferrée comporte deux files de rails sur des traverses reposant sur au moins une assise, ladite assise reposant sur la plateforme,
- la voie ferrée comporte deux files de rails disposées directement ou indirectement sur ou dans une dalle de béton constituant une assise,
- l’assise comporte au moins une couche de matière dont au moins de ballast,
- l’assise comporte au moins une couche de matière dont au moins une couche de béton formant une dalle,
- la plateforme de la voie ferrée est constituée d’un sol,
- la plateforme de la voie ferrée est constituée d’un ouvrage d’art, notamment un pont, une base de tunnel...,
- l’armement est constitué des rails, patins, blochets et/ou traverses,
- au moins un capteur de mesure des vibrations verticales est fixé sur l’essieu de mesure,
- un capteur de mesure des vibrations verticales est fixé à chaque extrémité latérale de l’essieu de mesure,
- un capteur de mesure des vibrations verticales est fixé sur chaque boite d’essieu de l’essieu de mesure,
- le satellite bissel comporte un châssis et un capteur de mesure des vibrations verticales est fixé sur le châssis du satellite bissel au droit de chaque roue de l’essieu de mesure,
- les capteurs de mesure des vibrations verticales mesurent des accélérations,
- le satellite bissel comporte un châssis et l’essieu de mesure est fixé au châssis du satellite bissel par l’intermédiaire d’une suspension,
- la suspension entre le châssis et l’essieu de mesure du satellite bissel est à ressorts et bras de traction, ou tout autre système d’amortissement de suspension,
- le wagon comporte des moyens de verrouillage mécaniques en position haute du satellite bissel disposés et interférant entre le châssis de la caisse du wagon et le châssis du satellite bissel,
- le wagon comporte des moyens de verrouillage mécaniques en position haute de l’essieu de mesure et interférant directement ou non entre l’essieu de mesure et le châssis du satellite bissel,
- au moins une des caisses du wagon comporte un équipement d’enregistrement des mesures,
- au moins une des caisses du wagon comporte un équipement de calcul de type ordinateur destiné à effectuer des calculs sur les mesures,
- les caisses du wagon comportent un châssis de plancher,
- les caisses du wagon comportent un plancher,
- les caisses du wagon sont fermées par des parois latérales et un toit,
- les caisses du wagon sont fermées par des parois d’extrémités,
- les caisses du wagon comportent des ouvertures latérales d’accès et des fenêtres,
- une des caisses du wagon comporte un groupe électrogène,
- le groupe électrogène est disposé dans la caisse comportant le satellite bissel,
- le groupe électrogène est disposé dans la caisse comportant le pénétromètre,
- une des caisses du wagon comporte une centrale hydraulique,
- le wagon comporte à chaque extrémité un attelage d’extrémité,
- le wagon n’est pas automoteur et doit être poussé ou tracté par une locomotive pour pouvoir se déplacer,
- au moins une des caisses du wagon comporte un frein d’urgence,
- les bogies du wagon sont freinés et les freins des essieux des bogies sont reliés à une conduite générale de freinage,
- le wagon comporte deux caisses,
- le wagon comporte trois caisses,
- chaque caisse repose sur les rails par l’intermédiaire d’au moins un moyen de roulement,
- au moins une des caisses du wagon repose sur les rails par l’intermédiaire de deux moyens de roulement disposés aux deux extrémités de la caisse,
- le wagon comporte trois caisses, deux caisses de première et de seconde extrémités et une caisse intermédiaire qui est la caisse à satellite,
- les caisses d’extrémités comportent des cabines de refoulement,
- les caisses d’extrémités comportent chacune un seul moyen de roulement,
- la caisse intermédiaire comporte à chacune de ses deux extrémités un moyen de roulement,
- la caisse de première extrémité du wagon comporte au moins un atelier et un magasin de pièces de rechange, un groupe électrogène et un pénétromètre,
- la caisse intermédiaire comportant le satellite bissel, comporte une centrale hydraulique,
- la caisse de seconde extrémité du wagon comporte au moins une salle de travail, un équipement de calcul et un système de mesure géoradar,
- le groupe électrogène est triphasé,
- le groupe électrogène est monophasé,
- le mécanisme de descente et de montée du satellite bissel comporte des vérins hydrauliques,
- les vérins du mécanisme de descente et de montée du satellite bissel réalisent la montée et la descente par l’intermédiaire de câbles ou chaînes de relevage,
- le dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure du satellite bissel comporte au moins un moteur électrique,
- le dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure du satellite bissel comporte au moins un moteur hydraulique,
- la centrale hydraulique assure la mise en pression d’un fluide hydraulique destiné aux vérins hydrauliques et moteurs hydrauliques,
- le wagon comporte un éclairage électrique intérieur,
- le wagon comporte un éclairage électrique extérieur,
- le wagon comporte un chauffage électrique intérieur,
- le/les groupes électrogènes sont capotés pour insonorisation,
- le wagon comporte un moteur thermique et le moteur thermique est capoté pour insonorisation,
- au moins une des caisses du wagon est insonorisée,
- les rails reposent sur une assise, l’assise reposant sur la plateforme et le wagon comporte en outre un système de mesure géoradar permettant de déterminer des caractéristiques de l’assise et de la plateforme, les caractéristiques comportant au moins une épaisseur de couche,
- l’épaisseur de couche est obtenue après un recalage faisant suite à des résultats de sondages,
- le système de mesure géoradar comporte au moins trois antennes de mesure géoradar,
- le système de mesure géoradar comporte au moins six antennes de mesure géoradar disposées en deux rangées de trois antennes,
- le système de mesure géoradar comporte au moins un ensemble de trois antennes disposées transversalement au-dessus de la voie ferrée, une des antennes étant placée entre les deux files de rails et les deux autres antennes étant disposées latéralement à la voie ferrée, de chaque côté latéral des deux files de rails,
- les trois antennes d’une rangée du système de mesure géoradar sont disposées transversalement au-dessus de la voie ferrée, une des antennes étant placée entre les deux files de rails et les deux autres antennes étant disposées latéralement à la voie ferrée, de chaque côté latéral des deux files de rails,
- au moins une des rangées de trois antennes du géoradar est installée le long d’une ligne transversale au wagon et passant sensiblement par un point de pivot,
- les antennes du système de mesure géoradar sont disposées sur un châssis fixe transversal au wagon et ledit châssis transversal et les antennes sont disposés de façon que les antennes et le châssis soient dans le gabarit de circulation du wagon,
- les antennes du système de mesure géoradar sont disposées sur un châssis transversal au wagon et ledit châssis transversal est relevable afin de pouvoir éloigner en hauteur les antennes de la voie ferrée, notamment pour éviter des obstacles, par exemple balise ou crocodile, pouvant se trouver sur la voie ferrée,
- les antennes du système de mesure géoradar sont disposées sur un châssis transversal au wagon et ledit châssis transversal est fixe tout en respectant le gabarit des dépôts provisoires afin de pouvoir éloigner en hauteur les antennes de la voie ferrée, notamment pour éviter des obstacles, par exemple balise ou crocodile, pouvant se trouver sur la voie ferrée,
- les antennes du système de mesure géoradar sont reliées au châssis transversal par l’intermédiaire de liaisons à escamotage permettant de ne fixer les antennes que lors des phases d’acquisition de mesures et non de façon permanente,
- les antennes du système de mesure géoradar sont reliées au châssis transversal par l’intermédiaire de liaisons à escamotage permettant l’escamotage d’une antenne au cas où elle heurterait un obstacle se trouvant sur la voie ferrée,
- la liaison à escamotage est à repositionnement commandé, l’antenne escamotée devant être actionnée pour reprendre sa position de mesure,
- lesdites caractéristiques déterminées par le système de mesure géoradar le sont par analyse de radargrammes produits par le géoradar et notamment les variations géométriques des interfaces et l’intensité du signal réfléchi,
- les variations géométriques dans les radargrammes permettent, après recalage, de suivre les épaisseurs des couches d’assises et de mettre en évidence notamment des problèmes de poches de ballast, d’épaisseurs insuffisantes de ballast,
- l’analyse de l’intensité du signal réfléchi dans les radargrammes permet de renseigner sur des teneurs en eau élevées des matériaux et sur la présence de glaise ou d’argile,
- le wagon comporte en outre un pénétromètre, ledit pénétromètre comportant un organe de mesure à barre permettant d’enfoncer une barre d’acier dans l’épaisseur de la voie ferrée et l’organe de mesure est disposé sur une plateforme mobile d’une caisse du wagon, la plateforme mobile permettant de déplacer ledit organe de mesure au moins longitudinalement à la voie ferrée entre les deux files de rails afin de pouvoir le positionner entre deux traverses,
- la plateforme mobile sur laquelle l’organe de mesure du pénétromètre est disposé permet en outre de déplacer ledit organe de mesure transversalement à la voie ferrée,
- le wagon comporte en outre un récepteur de géolocalisation notamment par GPS ou équivalent,
- le wagon comporte en outre des dispositifs de mesure de distance par radar et/ou laser destinés à effectuer des mesures au moins de gabarit et de profil en long de la voie ferrée,
- le wagon et/ou les moyens de mesure du wagon comportent des moyens de correction du dévers de la voie ferrée,
- le dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure comporte au moins une boite à balourd liée rigidement à l’essieu et mise en mouvement par un moteur, le moteur étant de préférence hydraulique,
- le dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure permet de générer des vibrations verticales sinusoïdales,
- le dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure comporte deux boites à balourds indépendantes liées rigidement à l’essieu et mises en mouvement par deux moteurs indépendants,
- les fréquences de vibration des deux boites à balourds sont identiques,
- les fréquences de vibration des deux boites à balourds sont différentes,
- les fréquences de vibration des deux boites à balourds sont approximativement de 30 Hz et 5 Hz,
- les deux boites à balourds peuvent être actionnées simultanément ou indépendamment,
- le moteur d’actionnement de la boite à balourd est choisi parmi un moteur électrique ou hydraulique,
- le satellite bissel comporte un châssis ajouré comportant une zone de réception et stockage d’unités de lestage permettant en ajoutant ou en retirant des unités de lestage de modifier la masse du satellite bissel et donc la charge de l’essieu de mesure sur les rails en position basse du satellite bissel,
- la force appliquée par l’essieu de mesure sur les rails est sensiblement verticale,
- les moyens de roulement des caisses sont des bogies à deux essieux,
- le wagon comporte en outre : un système informatisé de stockage des données, lesdites données comportant au moins des mesures et des images, lesdites images étant choisies parmi au moins une ou plusieurs d’une cartographie, d’une vidéo de la voie ferrée, un logiciel de calcul de résultats, lesdits résultats étant au moins le module de raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement de la voie ferrée, et un logiciel de présentation pour affichage et présentation des résultats en synchronisation avec les images.
L’invention concerne également un procédé de détermination de la raideur d’une plateforme et de la rigidité d’un armement d’une voie ferrée comportant deux files de rails sur une assise reposant une plateforme, typiquement un sol, et dans lequel procédé on met en œuvre un wagon selon l’invention pour obtenir des mesures par un essieu de mesure vibrant, et dans lequel on met en œuvre une étape de calcul par inversion dans lequel on calcule à partir d’un modèle mathématique de la voie ferrée sollicitée par une charge vibrante des réponses sous forme d’accélérations, la réponse du modèle dépendant notamment de paramètres caractérisant la voie ferrée, lesdits paramètres étant notamment la raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement, et itérativement, on compare les réponses calculées aux mesures et on modifie les paramètres jusqu’à ce que les réponses correspondent aux mesures, les paramètres utilisés lors de la correspondance donnant la raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement recherchés.
Dans diverses modalités d’exécution du procédé :
- la raideur de la plateforme et/ou la rigidité de l’armement est/sont indirectement des paramètres du modèle et dans ce cas, il est/ils sont en outre calculés sur la base de paramètres utilisés lors de l’obtention de la correspondance,
- le procédé de détermination de la raideur de la plateforme et de la rigidité de l’armement est effectué point par point le long de la voie ferrée.
Description detaillee d’un exemple de realisation
La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 représente un schéma fonctionnel des relations entre les équipements notamment de mesure, de calcul et effecteurs du wagon selon l’invention,
- la figure 2 représente une vue en perspective du wagon formée de trois caisses solidaires articulées entre elles,
- la figure 3 représente une vue en perspective des châssis du wagon de la figure 2,
- la figure 4 représente une vue latérale du wagon de la figure 2,
- la figure 5 représente une vue en perspective partielle du satellite bissel à essieu de mesure de la caisse intermédiaire du wagon de la figure 2,
- la figure 6 représente une vue en perspective partielle et coupe du satellite bissel de la figure 5,
- la figure 7 représente une vue en coupe transversale du satellite bissel de la figure 5,
- la figure 8 représente des vues latérales du pénétromètre dans différentes configurations dont de stockage/transport, de déploiement et d’utilisation,
- la figure 9 représente une vue de dessous partielle du châssis de la caisse de seconde extrémité du wagon permettant de visualiser le système de mesure géoradar, et
- la figure 10 représente une vue en perspective plongeante du pénétromètre installé selon une modalité simplifiée de réalisation et installé sur le châssis de la caisse du wagon.
Dispositif
Sur la figure 1, on a représenté un schéma fonctionnel des relations entre les principaux équipements du wagon de l’invention. Les équipements de ce wagon permettent : des mesures de portance et/ou de raideur de la voie ferrée sous contrainte vibratoire, des mesures par un pénétromètre, des mesures de caractérisation des couches de l’assise, et possiblement de la plateforme, de la voie ferrée par géoradar, des mesures de géolocalisation par GPS, des mesures par prise d’images par caméra, notamment une caméra IRCAN® ou une caméra d’environnement, cette dernière pouvant être déplacée pour être installée en tête de convoi, et, possiblement, des mesures dimensionnelles dont de gabarit et de profil en long de la voie ferrée. Ces équipements permettent l’enregistrement et le stockage des mesures obtenues et autres données utiles. Les équipements de ce wagon permettent aussi de contrôler et de commander ces mesures et peuvent permettre en outre, dans une modalité de mise en œuvre évoluée, le traitement et l’analyse des mesures et données obtenues et enregistrées.
Sur la figure 1, on a également représenté les liaisons mécaniques et/ou hydrauliques et/ou de données (électronique, électrique ou informatique) pour des commandes ou mesures entre les équipements du wagon. Certains des équipements reliés par des liaisons en pointillés sur la figure 1 sont optionnels comme la mesure du gabarit ou du profil en long.
Sur cette figure 1, on trouve en relation avec le wagon porteur, un géoradar multi antennes, un capteur laser de gabarit, un capteur laser de profil en long, une ou des caméras, une antenne avec système GPS, un pénétromètre embarqué avec son actionneur et vérin et des capteurs, un groupe hydraulique de puissance. L’essieu du wagon à chargement dynamique et avec système de descente et de relevage de l’essieu à actionneur et vérins comporte des capteurs d’asservissement, des capteurs de mesure les boîtes à balourds et l’actionneur. Un calculateur superviseur sous forme d’un système embarqué dans le poste de conduite permet le contrôle des commandes, l’acquisition des signaux, le topage des événements, la visualisation en temps réel, le calcul de raideur, la synchronisation des sous-systèmes et l’enregistrement des données. Ce calculateur superviseur est associé à un sous-système de localisation relié au GPS, un sous-système de prise d’images relié à la caméra, un sous-système d’analyse du profil en long relié au capteur laser de profil en long, et un soussystème de mesure de gabarit relié au capteur laser de gabarit. Le géoradar est relié à un calculateur pour mesure au géoradar qui est un système embarqué dans le poste de conduite et dont les résultats du calculateur passent par un traitement des informations avant d’être stockés dans une base de données. Un calculateur pour essai pénétrométrique, résistance de pointe, endoscopie, perméabilité, sous forme d’un système embarqué dans le poste de conduite permet le contrôle des commandes, le pilotage de l’essai, l’acquisition des signaux, la visualisation en temps réel et l’enregistrement des données. Les données provenant des calculateurs sont stockées dans la base de données et on y trouve notamment, des données de position, d’abscisse, de rigidité, images, d’épaisseur, de caractéristiques du sol, événements... qui peuvent ensuite être récupérées pour un post traitement de l’information, la fourniture de résultats et stockage dans une autre base de données.
Un superviseur informatique permet de gérer la communication entre ces divers équipements et permet une ou plusieurs synchronisations de temps, de distance parcourue et de géolocalisation pour les données et notamment les mesures, ces dernières étant associées à des informations de synchronisation temporelle ou de géolocalisation par exemple. L’utilisation de systèmes de liaison standardisés, notamment par réseau informatique filaire par exemple, permet d’ajouter facilement des équipements supplémentaires respectant le protocole des échanges d’informations entre le superviseur informatique.
Le wagon comporte donc des équipements permettant :
- des mesures et calculs de portance consistant à mettre en charge et en vibration un essieu de mesure dont les roues ou les galets sont appliqués sur les rails, et de mesurer les accélérations verticales de cet essieu de mesure et, éventuellement, du châssis du satellite bissel sur lequel l’essieu de mesure est installé. Le châssis du satellite bissel n’est pas, à proprement parlé, suspendu par rapport à la caisse intermédiaire dans laquelle il est disposé, le satellite étant en liaison rotule avec la caisse et cette liaison rotule assurant le découplage des vibrations avec la caisse. L’essieu de mesure est suspendu par rapport au châssis du satellite bissel. Le terme « suspendu » est ici compris comme correspondant à un système amortisseur.
- des mesures de localisation par positionnement GPS et, possiblement, par codeur de distance parcourue par le wagon ou odomètre ou, encore, par des mesures par radar doppler. Des évènements particuliers comme par exemple des passages à niveau, des repères kilométriques, etc. peuvent aussi être pointés/associés aux mesures par un opérateur durant les sessions de mesure, donnant ainsi des informations supplémentaires de localisation et permettant un recalage des données.
- des prises d’images vidéo synchronisées aux mesures afin d’obtenir des informations de contexte lors de l’exploitation des données.
- des mesures de relevé géométrique de la voie.
- des mesures de l’épaisseur de ballast et autres couches de l’assise et possiblement de la partie haute de la plateforme par un système de mesure géoradar fixé sous le wagon et qui permet d’évaluer la part due au ballast dans la mesure de la rigidité globale vue par le système de mesure de portance.
- des mesures pénétrométriques en des points particuliers de la voie ferrée, lesdits points étant proposés suite à l’analyse des résultats bruts du système de mesure de portance et du géoradar. Ces mesures pénétrométriques visent à apporter des indications utiles au recalage des signaux radar et permettent d’alimenter le modèle de la plateforme, notamment du sol, utilisé pour l’analyse des résultats du système de mesure de portance, notamment pour découpler les raideurs relatives de chacun des composants de la superstructure et de l’infrastructure. Ces informations supplémentaires apportées par les mesures pénétrométhques renseignent sur la nature et résistances des différentes couches traversées et permettent de préciser le diagnostic. Cet essai par pénétromètre comporte des mesures de résistance à la pénétration dynamique, avec des prises d’images des plateformes, notamment sols, traversées par endoscopie et éventuellement des mesures de perméabilité et/ou d’humidité.
A part les mesures pénétrométriques qui doivent se faire à l’arrêt du wagon, entre deux traverses de la voie ferrée, les autres mesures peuvent s’effectuer aussi bien le wagon en roulement, entraîné par une locomotive qu’à l’arrêt et, dans ce dernier cas, possiblement simultanément avec les mesures pénétrométriques.
Le wagon peut optionnellement comporter les équipements de mesure ou d’analyse suivants :
- des équipements laser et/ou optiques et/ou radar pour des mesures du profil en long de la voie ferrée pour recherche de défauts de longueur inférieure à 3 mètres,
- des équipements laser et/ou optiques et/ou radar dont à ultra-sons pour des mesures du gabarit des tunnels,
- des moyens d’analyse d’images permettant des mesures géométriques,
- des moyens de traitement des mesures pour détection des traverses danseuses.
Le satellite bissel et son essieu de mesure peuvent être descendus et montés par des vérins et l’essieu de mesure peut être soumis à des vibrations sinusoïdales du fait de l’entrainement en rotation de balourds par un ou des moteurs hydrauliques d’un dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure.
Dans une variante de réalisation, le satellite bissel et son essieu de mesure restent au contact des rails même entre les phases de mesure et par exemple lors des déplacements du wagon vers les zones des mesures.
Plus généralement, il suffit de disposer dans le wagon d’un essieu, qu’il soit d’un bissel spécifique ou d’un boggie de roulement du wagon par exemple, essieu qui est excité par des vibrations et qui est au contact des rails et sur lequel on a installé des capteurs, en particulier des accéléromètres, pour pouvoir exécuter l’invention.
Ce wagon 1 décrit en relation avec les figures 2, 3 et 4 est un wagon 1 à trois caisses 2, 3, 4 avec une caisse de première extrémité 2 et une caisse de seconde extrémité 4 séparés par une caisse intermédiaire 3. Le wagon ne comporte pas de moyen de propulsion propre. Le wagon repose sur les rails 20 par l’intermédiaire de bogies, bogie 6 de première extrémité pour la caisse 2, bogies intermédiaires 7, 8 pour la caisse 3 et bogie 9 de seconde extrémité pour la caisse 4.
Sur la figure 3 on voit plus précisément les châssis des caisses, châssis 12 de première extrémité de la caisse 2, châssis intermédiaire 13 de la caisse 3 et châssis 14 de seconde extrémité de la caisse 4. Le châssis intermédiaire 13 comporte vers le bas un logement permettant la réception du satellite bissel 5 et de son essieu de mesure 10. La caisse intermédiaire 3 comporte un mécanisme hydraulique à vérins de descente et de montée du satellite bissel 5.
La caisse 2 de première extrémité comporte une cabine de refoulement, une salle aménagée en laboratoire d’analyse/salle de travail et des armoires électroniques/informatiques d’équipements de calcul et de contrôle ainsi qu’un géoradar disposé à l’aplomb d’un pivot fictif de la caisse 2. Sur la figure 9 on peut voir les trois antennes 22 du système de mesure géoradar qui sont disposées sur un châssis 21 essentiellement transversal au châssis 12 de la caisse 2 du wagon 1.
La caisse intermédiaire 3, dite à satellite, comporte un moteur thermique de mise en pression d’un fluide hydraulique formant une centrale hydraulique, un réservoir de fluide hydraulique, une armoire d’équipement électrique/électronique, et à sa partie basse un système de mesure de portance sur satellite bissel 5.
La caisse 4 de seconde extrémité comporte un pénétromètre, un groupe électrogène, une cabine de refoulement et un atelier et un magasin de pièces de rechange.
Le satellite bissel 5 plus spécifiquement représenté figures 5, 6 et 7, comporte également un châssis 11 ajouré qui comporte un logement de stockage de plaques de lest 15 permettant en fonction du nombre de plaques installées d’alourdir plus ou moins le satellite bissel et donc de modifier la charge moyenne appliquée sur le rail par l’essieu de mesure 10 lorsque le satellite bissel est en position basse. Le satellite bissel 5 est donc une structure chargeant l’essieu de mesure ou « galet ».
Le satellite bissel 5 est constitué de deux poutres métalliques longitudinales parallèles de 9 m de long et de section 200x200 à 200x300 selon les endroits et d’épaisseur de métal de 10 à 16 mm pour les semelles avec des goussets et des renforts dans les zones soumises à des contraintes élevées. La masse approximative du satellite bissel nu, sans l’essieu de mesure et sans l’appareillage, et correspondant à la structure des poutres est d’environ 7 tonnes.
Le mécanisme de descente et de montée du satellite bissel 5 par vérins hydrauliques peut, dans une variante particulière de mise en œuvre de l’invention, permettre aussi de régler la charge moyenne appliquée par l’essieu de mesure 10 sur les rails 20 par reprise et transmission plus ou moins importante du poids du wagon sur le châssis du satellite bissel grâce à des actionnements sélectionnables des vérins hydrauliques dudit mécanisme entre le châssis de la caisse et le châssis du satellite bissel. Toutefois, préférentiellement au cas où le poids du wagon permet de régler la charge appliquée, le réglage de la charge appliquée sur les rails s’effectue par des vérins spécifiques étendus entre des supports à paliers de l’essieu de mesure 10 et le châssis 11 du satellite bissel 5.
Dans tous les cas, qu’on utilise ou pas le poids du wagon pour ajouter ou non de la charge à l’essieu de mesure, il est possible d’ajouter et de retirer de la masse au bissel grâce aux plaques de lest 15 afin que ce dernier permette d’appliquer une charge minimale choisie avec l’essieu de mesure.
Le satellite bissel comporte un dispositif 16 de mise en vibration de l’essieu de mesure, dit excitateur, par rotation de balourds dans des boites à balourds, ici de deux types, et qui sont mis en mouvement de rotation par au moins un moteur hydraulique. Grâce à l’utilisation de deux boites à balourd il est possible d’avoir plusieurs fréquences de vibration pour un même effort. De préférence, la mise en action des deux boîtes à balourds pour les mesures ne se fait pas simultanément mais, dans d’autres modalités de mise en œuvre, on peut actionner simultanément les deux boites à balourd à leurs deux fréquences nominales, toutefois, dans ce dernier cas, on devra considérer le fait que cela entraîne une sollicitation des éléments du wagon et de la voie avec un effort double.
Des vibrations verticales sinusoïdales sont créées dans l’essieu de mesure 10 grâce aux boîtes à balourds qui sont liées rigidement à l’essieu de mesure 10. On comprend que ce lien rigide laisse une liberté en rotation afin que l’essieu de mesure 10 puisse tourner lors du roulement des roues dudit essieu 10 sur les rails 20.
On peut par exemple obtenir des oscillations sinusoïdales de +/-15 KN sur l’essieu de mesure réparties sur les deux roues de l’essieu de mesure, en force pure par boite à balourd à fréquence donnée. Il est mis en œuvre une suspension élastique verticale entre le satellite bissel et l’essieu de mesure ou entre l’essieu de mesure et la caisse au cas où un bissel ne serait pas mis en œuvre. Le poids mort des boites à balourd est d’environ 400 à 600 Kg ou moins avec un minimum à 70 Kg, selon modèle. Afin d’éviter que la caisse ne soit trop excitée par les oscillations crées par les boites à balourd, l’installation du satellite bissel dans la caisse est effectuée avec une suppression des appuis de reprise d’efforts entre le satellite bissel et la caisse. Ce dernier point permet de ne pas faire vibrer la caisse en tant que masse de réaction.
En outre, la solution retenue consiste à diminuer au maximum la masse non suspendue en installant du lest 15 dans une zone de réception et stockage 26 d’unités de lestage 15 du satellite bissel qui est suspendu par rapport à l’essieu de mesure et en connectant l’excitateur (les boites à balourd) directement et le plus rigidement possible sur l’essieu de mesure, en l’espèce ses paliers intérieurs. En effet, il est mis en œuvre un essieu de type 417 qui comporte des boites de roulement internes faisant office de paliers. Des roues de diamètre 840 mm ont été installées sur l’essieu de type 417 pour transmette les vibrations aux rails.
La suspension entre le satellite bissel et l’essieu de mesure met en œuvre ici quatre ressorts standards de bogie ferroviaire mais dans des variantes de réalisation on peut en avoir deux ou six. La raideur de ces ressorts est connue et la suspension est relativement souple ce qui est bénéfique à l’acquisition des mesures. Plus précisément, l’essieu de mesure 10 et son dispositif 16 de mise en vibration sont suspendus par rapport au châssis 11 du satellite bissel 5 par un système de ressorts 24 et de bras de traction.
Comme visible figure 7, des accéléromètres 17 sont installés sur le châssis 11 du satellite bissel 5 et ils permettent des mesures d’accélération de l’essieu vibrant et du châssis suspendu. Au moins un accéléromètre 17 est installé sur un support à palier de l’essieu de mesure/vibrant 10 qui est solidaire du dispositif 16 de mise en vibration qui permet d’appliquer un effort vertical sinusoïdal par des boîtes à balourds avec deux fréquences pour un même effort. Au moins un autre accéléromètre 17 est installé sur une zone du châssis 11 du satellite bissel 5 qui jouxte l’essieu de mesure/vibrant 10. La suspension entre l’essieu de mesure et le châssis du satellite bissel crée donc une séparation dynamique entre ces accéléromètres.
Le châssis 11 du satellite bissel 5 est rotulé (= liaison par rotule) par rapport au châssis intermédiaire 13 de la caisse intermédiaire 3. Les vérins du mécanisme de descente et de montée du satellite bissel 5 sont donc aussi reliés au châssis intermédiaire 13 et au châssis 11 du satellite bissel 5 par l’intermédiaire de câbles ou chaînes
La mesure par le système de mesure de portance comportant l’essieu de mesure 10 consiste donc à mettre en vibration ledit essieu de mesure/vibrant 10 descendu et appliqué sur les rails avec une charge donnée et de mesurer les accélérations verticales de cet essieu de mesure 10 et du châssis du satellite bissel 5 par les accéléromètres 17.
Plus précisément, on mesure quatre accélérations : les accélérations verticales de l’essieu de mesure 10 du côté gauche et du côté droit ainsi que les accélérations verticales du satellite bissel 5 au droit de l’essieu de mesure 10 et ceci du côté gauche et du côté droit.
Le traitement de ces accélérations permet de calculer une force totale appliquée par chaque roue de l’essieu de mesure 10 sur le rail correspondant ainsi que les déplacements verticaux de l’essieu de mesure. On obtient une raideur de la voie en effectuant ce calcul pour chaque cycle.
Le pénétromètre 18 à organe de mesure 23 et qui est installé sur un châssis 41 d’une caisse 4 du wagon 1, est visible sur la figure 10. Le pénétromètre 18 est installé en position médiane sur un bâti 27 solidaire du châssis 41 permettant au moins son déplacement en translation longitudinale pour pouvoir le déplacer entre deux traverses lorsque le wagon est à l’arrêt. Le bâti 27 peut éventuellement comporter des moyens permettant le déplacement en translation transversale du pénétromètre 18 pour faire des mesures vers un des rails 20 droit ou gauche. A noter que dans la modalité de réalisation simplifiée de la figure 10, le bâti 28 solidaire du châssis 41 de la caisse du wagon permet seulement le déplacement en translation longitudinale du pénétromètre 18.
Afin de compenser les pentes et dévers de la voie ferrée, le pénétromètre 18 comporte en outre des moyens de correction de son orientation axiale par vérins et afin que la tige de battage/sondage entre dans la plateforme, en pratique le sol, sensiblement verticalement.
L’utilisation du pénétromètre à l’arrêt du wagon se fait en plusieurs étapes :
- choix de l’emplacement du point sondage par translation transversale et/ou rotation du plateau,
- translation longitudinale possiblement combinée à l’étape précédente pour éviter les traverses,
- orientation de l’axe de battage/sondage grâce à deux mouvements de rotation dudit axe par vérins hydrauliques pour compenser les pentes et devers de la voie ferrée,
- descente vers le sol du pied du pénétromètre au cas où le pénétromètre aurait un pied amovible, de préférence le pénétromètre n’ayant pas de pied amovible afin d’éviter cette étape,
- mise en position opérationnelle de l’unité de battage par montée,
- mise en place de la tige sur l’unité de battage,
- lancement du battage et mesures,
- à la fin de la descente de la tige et des mesures, extraction de la tige,
- descente de l’unité de battage sur sa base,
- réalisation de l’essai endoscopique, et
- repositionnement de l’ensemble du pénétromètre dans sa position de transport.
Certaines de ces étapes sont représentées sur la figure 8. Sur la première configuration du pénétromètre, la plus à gauche, de la figure 8, le wagon est à l’arrêt et on a déplacé en translation longitudinale le pénétromètre 18 afin qu’il soit positionné pour que sa tige de mesure passe entre deux traverses. A la configuration suivante, on a descendu le pied du pénétromètre 18 contre la plateforme ou l’assise de la voie ferrée selon le cas puis, à la configuration suivante, on a commencé à monter les moyens de battage jusqu’à leur position de début de mesure par battage et qui correspond à la dernière configuration, la plus à droite de la figure 8. Le pénétromètre 18 est suffisamment compact pour tenir sous le toit 19 de la caisse 4 du wagon 1.
Procédé
Le système de mesure de portance constitué du satellite bissel 5 avec son châssis 11 et son essieu de mesure 10 peut prendre différentes configurations. Pendant le stockage/transport du système de mesure de portance, en particulier lors du déplacement du wagon vers ou de retour de la portion de voie ferrée où les mesures et enregistrements et possiblement diagnostics sont effectués, le châssis 11 du satellite bissel 5 est relevé en position haute afin que son essieu de mesure 10 ne soit pas au contact des rails 20 de la voie ferrée. Un moyen de verrouillage peut être mis en œuvre entre le châssis 13 de la caisse et le châssis 11 du satellite bissel afin de prévenir une chute accidentelle du satellite bissel 5. Le wagon peut alors circuler, entraîné par une locomotive, à une vitesse respectable.
Une fois la portion de voie ferrée où les mesures et enregistrements et possiblement diagnostics doivent être effectués atteinte, on descend, par action de vérins, le châssis 11 du satellite bissel 5 afin que son essieu de mesure 10 soit au contact des rails 20 de la voie ferrée. Si un moyen de verrouillage avait été mis en œuvre entre le châssis 13 de la caisse et le châssis 11 du satellite bissel on aura pris soin de le déverrouiller auparavant.
Ensuite, après déverrouillage de l’essieu de mesure 10 au cas où un verrouillage de ce dernier avait été mis en œuvre pour le transport, on règle la charge appliquée sur les rails 20 par l’essieu de mesure 10 par action de vérins. Pour bénéficier d’une charge statique plus importante, on peut utiliser en plus des unités de lestage 15, le poids de la caisse ce qui autorise en plus un réglage de la force statique appliquée (charge statique) sur les rails par action sur des vérins étendus entre le châssis 11 du satellite bissel 5 et le châssis 13 de la caisse 3 afin de modifier la charge.
Dans une modalité de réalisation préférée, la charge statique de l’essieu de mesure sur le rail est réalisée uniquement par la masse du satellite et du lest 15 posé dans celui-ci, ce qui simplifie la réalisation du wagon. A cette fin, le bissel est monté et descendu par l’intermédiaire de câbles ou chaînes actionnés par des vérins ou tout autre moyen permettant de tirer ou de relâcher les câbles ou chaînes comme par exemple un enrouleur/dérouleur de câble ou chaîne.
Ainsi, de préférence, le système matériel mis en œuvre est simplifié et seul le satellite bissel peut être descendu sur les rails et remonté par des chaînes ou équivalents, l’essieu de mesure ne comportant pas de moyen de réglage de position verticale commandable, en d’autres termes, il n’y a pas de commande par vérin de la position verticale de l’essieu de mesure et/ou de ses roues ou galets.
Les mesures et données recueillies sont enregistrées et traitées dans un équipement informatique soit en temps réel ou quasi réel sur le terrain ou, alors, ultérieurement. Ces mesures et données sont essentiellement les mesures d’accélération, les données obtenues par les autres équipements, notamment par le géoradar 21,22, le pénétromètre 18 et des moyens de positionnement.
Le procédé de détermination par calcul des caractéristiques de la voie ferrée à partir des mesures effectuées par le wagon utilise le principe général qui suit.
Tout d’abord on détermine un modèle mathématique théorique de la voie ferrée sous sollicitation de charge vibrante (en fait une charge statique à laquelle est superposée une charge vibrante) et on calcule à partir de ce modèle mathématique la réponse théorique de la voie ferrée sous forme d’accélération, en supposant connus les paramètres caractérisant celle-là, à savoir notamment, la raideur de la plateforme, typiquement du sol, et la rigidité de l’armement. Dans un processus itératif on compare les réponses théoriques calculées aux mesures et on modifie les valeurs des paramètres de la voie modélisée jusqu’à ce que les réponses soient égales, ou à tout le moins les mieux ajustées, aux mesures. Les valeurs des paramètres correspondants utilisés lors de l’égalité ou de l’ajustement adéquat sont considérés égaux à la raideur de la plateforme et à la rigidité de l’armement que l’on cherchait.
Plus précisément, le traitement des mesures et données est basé sur l’enchaînement de trois méthodes de calcul correspondant à trois logiciels de calcul associés permettant, pour le premier logiciel, de calculer la réponse en déplacement d’une charge de pression circulaire, de type harmonique à variations sinusoïdales dans le temps, reposant sur un massif multicouche viscoélastique. Ce premier logiciel correspond à l’établissement d’un modèle mathématique théorique de réponse de la plateforme, typiquement un massif de sol multicouche.
Le deuxième logiciel permet à partir des résultats du premier logiciel et donc du modèle obtenu, de calculer la matrice d’impédances d’un ensemble de traverses et de coupler cette matrice au système d’armement (rails/blochets/patins) d’une structure ferroviaire complète. Ce deuxième logiciel livre les valeurs théoriques d’accélération de l’essieu mesureur, en fonction de paramètres, dont notamment les valeurs de module de rigidité de la plateforme et de rigidité de l’armement en fonction de la fréquence de sollicitation.
Le troisième logiciel permet de déterminer le module de rigidité de la plateforme et la rigidité d’armement qui minimisent l’écart entre les mesures d’accélération effectuées à 5 et à 30 Hz grâce au wagon et les valeurs théoriques d’accélération de l’essieu mesureur calculées par les deux premiers logiciels. Pour cela, les valeurs des paramètres du modèle traité par le deuxième logiciel sont modifiées itérativement afin d’obtenir des réponses en accélération au plus près des mesures. Une fois le critère de proximité entre les deux vérifié, les dernières valeurs de paramètres utilisées sont considérées égales au module de rigidité de la plateforme et à la rigidité d’armement. L’ensemble des calculs est effectué dans le domaine fréquentiel et la comparaison entre mesures et réponse théorique est évaluée en termes de nombres complexes, qui porte sur la proximité à la fois des amplitudes et des déphasages des valeurs calculées et mesurées. L’amplitude complexe de l’accélération (m/s2) est exprimée sous la forme : |Άοο.ζ|θιφ (par exemple 18,1 e(’°’45+1T)l pour une valeur complexe égale à -16,3+7,9*i).
Concrètement, on calcule la différence I entre les accélérations théoriques calculées du modèle et les accélérations mesurées, pour les deux fréquences d’essai, soit (en supposant celles-ci égales à 5 et 30 Hz):
2 l(ESOil>kpad) — — X 36 X |y4cc measi^Hz) — Acc modeli^Hz, Esoii, kpad)\ +
2
-\Acc*meas(30Hz) - Acc*model(30Hz, Esoil, kpad)| où ESou et Kpa(j sont respectivement les modules de rigidité de la plateforme, typiquement un sol, et de rigidité d’armement. On cherche alors à minimiser I en fonction des valeurs des modules de rigidité de la plateforme et de rigidité d’armement utilisées dans le modèle mathématique par modification itérative suivant la méthode du gradient (méthode de descente de gradient). L’algorithme itératif est commencé avec des valeurs du module de rigidité de la plateforme et de rigidité d’armement pour le modèle théorique, prises égales aux valeurs moyennes rencontrées sur des voies ferrées similaires à la voie auscultée.
Ce procédé de détermination de Eson et Kpad est implicitement facilité par le fait que ces deux paramètres ont une incidence distincte (différentielle) sur les mesures effectuées aux deux fréquences de sollicitation de l’appareil. Ainsi les vibrations à haute fréquence (par exemple 30 Hz) sont essentiellement sensibles à la valeur du module des patins. Ce qui conduit implicitement le terme
2
-\Acc*meas(3GHz) - Acc*model(3GHz,Esoil,kpad)\ compris dans l’expression de l(Esoü, kpad) à dépendre essentiellement de la valeur de Kpad. Les vibrations à 5 Hz sont quant à elles sensibles à la fois à aux valeurs des modules de rigidité de la plateforme et de rigidité des patins. Ce qui conduit implicitement le terme
2
-x 36 x |Acc*meas(5tfz) - Acc*model(5Hz, Esoil,kpad)\ compris dans l’expression de l(Esoü,kpad) à dépendre pour l’essentiel de la valeur de Eson, la valeur de Kpad étant plutôt déterminée par le terme précédent.
Il est possible d’envisager des variantes simplifiées de mise en œuvre de l’appareil avec une seule fréquence de mesure, en faisant des suppositions sur la valeur de certains paramètres ou sur l’existence de relations entre certains d’entre eux. Par exemple, on peut considérer seulement les mesures et la modélisation à basse fréquence, typiquement 5 Hz, et prendre une valeur de rigidité d’armement déterminée a priori (qu’on ne fait pas évoluer dans la méthode du gradient, par exemple 35 MN/m). A une telle basse fréquence, comme on vient de le voir, c’est la rigidité de la plateforme qui a une influence prépondérante sur les mesures mais il faut que le niveau de sollicitation de la voie par les roues ou galets de l’essieu de mesure soit suffisant, ce qui implique la mise en œuvre d’un excitateur (boite à balourd) de cette fréquence suffisamment puissant. Dans une variante, pour augmenter le niveau de sollicitation, on peut utiliser en même temps l’autre excitateur normalement destiné à produire la sollicitation à haute fréquence mais en le faisant tourner moins rapidement pour produire cette fois la basse fréquence. Toutefois, on devra synchroniser ces deux excitateurs sur la même fréquence pour éviter tout déphasage des deux sollicitations.
Concernant les relations entre paramètres et à l’instar de ce qui est fait pour la prise en compte des couches de matériaux non traités en dimensionnement routier, on peut aussi considérer des descriptions bicouches des assises de voie ferroviaires en supposant l’existence d’une relation entre les modules de rigidité de la plateforme et du ballast, par exemple en prenant un module de rigidité du ballast égal à 1,5 fois celui de la plateforme. On comprend qu’il est aussi possible d’apporter d’autres simplifications aux modalités de mesures et à leur interprétation, en tenant compte de valeurs a priori déjà connues de certains paramètres parce que déjà obtenues sur d’autres portions de voie ferrée, munies du même système d’armement et possiblement d’un âge fonctionnel équivalent (âge réel pondéré par la charge du trafic et la densité de trafic).
A noter que les deux fréquences de sollicitation mentionnées sont indicatives et qu’il est possible d’utiliser d’autres fréquences possiblement distinctes, afin de bénéficier d’une meilleure sensibilité différentielle des paramètres de la voie ferrée et/ou tenir compte de résonnances de certains organes.
Il est également préférable de prétraiter les mesures effectuées par le wagon avant de les utiliser dans le procédé de détermination des paramètres par comparaison entre le modèle mathématique théorique et lesdites mesures. Ce prétraitement consiste en un filtrage en fréquence des mesures d’accélération par exemple avec un filtre de Butterworth passe bas, d’ordre 4, à fréquence de coupure d’environ 50 Hz.
Jusqu’à présent, on a considéré que les mesures s’effectuent par transmission de vibration aux rails par l’intermédiaire de l’essieu de mesure descendu pour être au contact des rails. Il est cependant possible de prévoir que des mesures soient faites par application de vibrations directement sur les traverses dans le cas de traverses pleines en bois ou béton. A cette fin on peut soit prévoir un moyen spécifique d’application et mesure de vibration sur la traverse, soit d’utiliser les vibrations de l’essieu non descendu au contact des rails mais dont une tige verticale de transmission de vibration est descendue au contact de la traverse, les balourds de l’essieu étant alors utilisés. Les logiciels de calcul seront alors modifiés en conséquence.
Pendant les phases de mesure, chaque moyen de mesure (portance, pénétromètre, géoradar, imagerie, géométrie etc.) enregistre et stocke ses propres mesures et données. Ces mesures et données enregistrées sont traitées selon les modalités décrites. A noter qu’un logiciel de post traitement va concaténer et homogénéiser tous les résultats obtenus avec un géoréférencement. Dans une variante, le géoréférencement est effectué lors des mesures et enregistré avec les données des mesures. Ainsi, grâce à un logiciel de présentation des résultats, les résultats obtenus peuvent être présentés en synchronisation avec leur positionnement sur une carte du site et avec la vidéo de la voie, ceci de façon dynamique. L’utilisateur est alors capable de visualiser les résultats et de localiser le point de mesure sur la carte avec une photo du site. En outre, le logiciel de présentation permet d’effectuer des calculs statistiques additionnels et de les représenter avec les données ou les résultats obtenus.

Claims (10)

1. Wagon de mesure de caractéristiques d’une plateforme et d’un armement d’une voie ferrée comportant deux files de rails (20), le wagon reposant sur les rails par l’intermédiaire de moyens de roulement, dans lequel le wagon comporte un essieu de mesure au contact des rails ou pouvant être amené au contact des rail d’une manière amovible, ledit wagon comportant en outre un dispositif de mise en vibration de l’essieu de mesure afin de permettre une transmission de vibrations à la voie ferrée lorsque ledit essieu de mesure est au contact des rails.
2. Wagon selon la revendication 1, dans lequel l’essieu de mesure est amovible, ledit essieu de mesure pouvant être descendu du wagon pour être au contact des rails et pouvant être remonté pour être séparé des rails.
3. Wagon selon la revendication 2, dans lequel le wagon est constitué d’au moins une caisse (2, 3, 4), dite caisse à satellite (3), qui comporte un satellite bissel (5) disposé dans une zone de logement vers le bas de la caisse à satellite (3) entre deux moyens de roulement (7, 8) d’extrémités de la caisse satellite (3), ledit satellite bissel (5) comportant un essieu de mesure (10) et étant solidaire et articulé à la caisse (3), la caisse à satellite (3) comportant un mécanisme de descente et de montée dudit satellite bissel (5) par rapport à la caisse à satellite (3) permettant respectivement, d’amener l’essieu de mesure (10) au contact des rails (20) en position basse de roulement du satellite bissel (5) et de soulever audessus des rails (20) ledit satellite bissel (5) et son essieu de mesure (10) afin que ledit essieu de mesure (10) ne soient pas au contact des rails (20) en position haute du satellite bissel (5), et ledit satellite bissel (5) comporte un dispositif (16) de mise en vibration de l’essieu de mesure (10) afin de permettre une transmission de vibrations à la voie ferrée en position basse du satellite bissel (5).
4. Wagon selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les rails reposent sur une assise, l’assise reposant sur la plateforme et le wagon comporte en outre un système de mesure géoradar (21, 22) permettant de déterminer des caractéristiques de l’assise et de la plateforme, les caractéristiques comportant au moins une épaisseur de couche et le système de mesure géoradar (21, 22) comporte au moins un ensemble de trois antennes (22) disposées transversalement au-dessus de la voie ferrée, une des antennes (22) étant placée entre les deux files de rails (20) et les deux autres antennes (22) étant disposées latéralement à la voie ferrée, de chaque côté latéral des deux files de rails (20).
5. Wagon selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le wagon comporte en outre un pénétromètre (18), ledit pénétromètre comportant un organe de mesure (23) à barre permettant d’enfoncer une barre d’acier dans l’épaisseur de la voie ferrée et l’organe de mesure (23) est disposé sur une plateforme mobile d’une caisse (4) du wagon (1), la plateforme mobile permettant de déplacer ledit organe de mesure au moins longitudinalement à la voie ferrée entre les deux files de rails (20) afin de pouvoir le positionner entre deux traverses.
6. Wagon selon la revendication 5, dans lequel la plateforme mobile sur laquelle l’organe de mesure (23) du pénétromètre (18) est disposé permet en outre de déplacer ledit organe de mesure (23) transversalement à la voie ferrée.
7. Wagon selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (16) de mise en vibration de l’essieu de mesure (10) comporte au moins une boite à balourd (25) liée rigidement à l’essieu de mesure (10) et mise en mouvement par un moteur, le moteur étant de préférence hydraulique.
8. Wagon selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel le satellite bissel (5) comporte un châssis (11) ajouré comportant une zone de réception et stockage (26) d’unités de lestage (15) permettant, en ajoutant ou en retirant des unités de lestage (15), de modifier la masse du satellite bissel (5) et donc la charge de l’essieu de mesure (10) sur les rails (20) en position basse du satellite bissel (5).
9. Wagon selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le wagon comporte en outre :
un système informatisé de stockage des données, lesdites données comportant au moins des mesures et des images, lesdites images étant choisies parmi au moins une ou plusieurs d’une cartographie, d’une vidéo de la voie ferrée, un logiciel de calcul de résultats, lesdits résultats étant au moins le module de raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement, et un logiciel de présentation pour affichage et présentation des résultats en synchronisation avec les images.
10. Procédé de détermination de la raideur d’une plateforme et de la rigidité d’un armement d’une voie ferrée comportant deux files de rails (20) sur une assise reposant une plateforme, typiquement un sol, dans lequel procédé on met en œuvre un wagon selon l’une quelconque des revendications précédentes pour 5 obtenir des mesures par un essieu de mesure vibrant, et dans lequel on met en œuvre une étape de calcul par inversion dans lequel on calcule à partir d’un modèle mathématique de la voie ferrée sollicitée par une charge vibrante des réponses sous forme d’accélérations, la réponse du modèle dépendant notamment de paramètres caractérisant la voie ferrée, lesdits paramètres étant 10 notamment la raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement, et itérativement, on compare les réponses calculées aux mesures et on modifie les paramètres jusqu’à ce que les réponses correspondent aux mesures, les paramètres utilisés lors de la correspondance donnant la raideur de la plateforme et la rigidité de l’armement recherchés.
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