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IDENTIFICATION ET CARACTÉRISATION NON-DESTRUCTIVE DU COMPORTEMENT DES MATÉRIAUX DE LA VOIE FERRÉE
B. FAURE, C. VOIVRET
DIFFUSION LIMITÉE – MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE
01.INFRASTRUCTURE FERROVIAIRERÔLES ET FONCTIONS
– MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE2
L’INFRASTRUCTURE FERROVIAIREPRÉSENTATION DES ÉLÉMENTS
Rail
Semelle sous railTraverse
(Semelle sous traverse)Ballast
– MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE
Sol
(Semelle sous traverse)Ballast
(Tapis sous ballast)
(Sous couches)
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L’INFRASTRUCTURE FERROVIAIREFONCTIONS : RÉPARTIR, TRANSMETTRE ET DISSIPER L’ÉNERGIE
Effort d’interaction roue/rail
Bruit
Attrition
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Sollicitation de la plateforme
Vibrations sol
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PROBLÉMATIQUEDU COMPOSANT AU SYSTÈME
Ces fonctions conditionnent les performances de l’infrastructure : • Sécurité des circulations • Durée de vie de la voie• Confort des passagers• Nuisances vibro-acoustiques
– MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE
Actuellement : évaluation macro des performances du système
Train de mesure de la géométrie de la voie � Défauts de voie � Effort de maintenance
Comment faire le lien avec le comportement de chaqu e sous système ?
Challenge : mesurer les caractéristiques des sous-systèmes permettant d’évaluer et de prédire les performances du système global
� Alimenter la production (équipes terrain) et les ingénieries (labos)
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02.ETAT ET COMPORTEMENT DE L’INFRASTRUCTUREMÉTHODES DE MESURE
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Bruit de roulementMesure de réceptance HF (1/K)ou de taux de décroissance
fballast
Voie non chargéeValable à f = f
fsemelle
fanti
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Valable à f = fresonance
Validité spatiale ?
( )M
kf résonance
ω=
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Vibrations sol : propriétés de la voie
Réceptance BF + fonctions de transfert
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� Adapté aux premières « couches »� Très bonne répétabilité� Possibilité de charger la voie
Limité à partir des sous-couchesPeut devenir très fastidieuxValidité spatiale ?
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Vibrations sol : raideurs hautes-fréquences
Pour tous les matériaux élastiques de la voie
500600
800
1000
Stif
fnes
s (M
N/m
)
Stiffness dependence on preload
Influence des paramètres suivants :• Précharge
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� Large gamme couverte� Aide à la spécification
Fastidieux (1/2 journée par échantillon)Quelles sont les sollicitation en voie ?
10 20 30 405063 80100 160 250100
200
300
400
500
Frequency (Hz)
Stif
fnes
s (M
N/m
)
F0 = 18 kN
F0 = 35 kN
F0 = 50 kN
F0 = 68 kN
• Précharge• Fréquence• Amplitude dynamique
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
MASW :
Vibrations sol : propriétés du sol
� Ca marche à tous les coups
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Courbes de dispersion
FastidieuxCouches homogènesSolutions parfois farfelues !
� Ca marche à tous les coups� Technique courante
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Instrumentation accélérométrique « enfouie » sous la voie+ Essais labo sur matériaux prélevés
Dynamique de la plateforme
� Lecture « live » d’indicateurs simples
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3 nuits pour l’instrumentation(~60 capteurs)Risque de déstabilisation de la voiePertinence des indicateurs ?
� Lecture « live » d’indicateurs simples� Signaux nombreux et riches� Traitement « offline » plus complexes
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Géométrie des couches de la plateforme
� Mesure en continu� Technique maitrisée
Géoradar
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Difficile à interpréter
� Technique maitrisée
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APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT
Etat des couches de la plateforme
Pandas + Géoendoscope : Résistance de pointe et visualisation
� Technique courante
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Fastidieux pour une ligneDépend de la profondeur
accessibleRepose sur des corrélations
� Technique courante� Faiblement destructif (non destabilisant)
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03.BILAN ET ATTENTES
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LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTUREBILAN
SNCF évalue et maitrise les performances globales de son infrastructure mais :
• Méthodes pas nécessairement adaptées aux besoins et contraintes du milieu ferroviaire
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milieu ferroviaire
• Les géo-matériaux sont les parents pauvres du monitoring de l’infrastructure, le ballast en premier
• Volonté de mieux comprendre les cas particuliers nécessitant une connaissance plus approfondie des sous-systèmes
• Notion de temporalité peu exploitée (suivi dans le temps)
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LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTURELA MESURE IDÉALE
Pour SNCF, la mesure idéale repose sur deux éléments :
1) L’identification de quantités d’intérêt pertinentes
2) La mesure optimale des ces quantité d’intérêts :
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• Non destructive• Continue en temps et/ou en espace• Rapide• Économique et Explicite (si pour la production)• Fiable et Précise (si pour l’ingénierie)
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LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTUREQUELQUES SUJETS CHAUDS
Auscultation des propriétés du ballast
Matériau granulaire, décisif au sein de l’infrastructure� Vieillissement, comportement aux interfaces, efficacité du bourrage
Vers une plateforme hautes-performances
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Vers une plateforme hautes-performances
• État et performances de l’existant vs. augmentation du trafic, de la vitesse� Comprendre, diagnostiquer et proposer des solutions
• Concevoir la plateforme de demain� Modéliser, spécifier et tester
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SNCF Innovation & Recherche : thèses CIFRE, partenariats, groupes de travail…� Renouveler et alimenter ces collaborations