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7/28/2019 Trace de voie_notes.pdf

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TRAC DE VOIETRAC DE VOIE

Yves NOBLET / Trac de voieLe 11/11/2006 - V4.5 du 1/05/2013 3

SommaireSommaire

Acclration normale

Insuffisance admissible

Acclration verticale

Variation de dvers

Variation dinsuffisance

Rcapitulation

Relation entre I, V, R

Gains pendulaires possibles

Le support et ses limites


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SommaireSommaire

L'armement est ses limites

Consquences trac

Biais cognitifs

Donnes d'entre

Analyse des donnes d'entre

Mthodologie dtudes

Critres danalyse du trac

Le trac de voie graphique

FIN


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Principes fondamentauxPrincipes fondamentaux

Le transport ferroviaire est un transport guid :

Il y a un support guidantIl y a des roues.

Il ny a que deux degrs de libert :

Avant

Arrire

Il y a un trs faible coefficient de frottement (en palier, la rsistance

au roulement et de lordre de 1 3 kg/t contre 20 kg/t pour unvhicule routier)

Contactrail/roue

Toute la scurit du systme est assure par le supportToute la scurit du systme est assure par le support


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Le systme ferroviaire peut tre reprsent comme suit :

Caisse

Suspension secondaire

BogieSuspensionprimaire

Dfaut de dressagelasticit verticale du ballast

lasticit transversaledu ballastlasticit

transversaledu rail


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Le support doit rsister aux efforts supports

journellement (transversaux, verticaux, fatigue)Il doit garantir :

La scurit des voyageurs.

Draillement (contact rail/roue, gomtrie de la voie)

Dripage de la voie (efforts transversaux, ballast)

Collision par rattrapage, nez nez ou prise en charpe (position de la voie,dtection des mobiles)

Le confort des voyageurs et les marchandises.

Acclrations subies par ceux et celles-ci (gomtrie de la voie).


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Le support est constitu des rails, des traverses et du ballast.

Le rail supporte et guide le vhicule, il transmet des informations(signalisation par circuit de voie) et assure le retour du courant detraction

Les traverses rpartissent la charge, maintiennent l'cartement etassurent l'inclinaison au 1/20 me

Le ballast rpartit la charge sur la plate-forme, amortit les vibrationspar frottement interne (attrition), draine les eaux de pluies et permetl'entretien facile de la gomtrie par bourrage

en prsence de circuit de voie, l'absence d'information permet dedtecter une rupture de rail.


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Efforts xercs sur le railEfforts xercs sur le rail

Le comportement dynamique est caractris par :

la charge verticale dynamique extrme de roue, soit :(concerne leffort dynamique vertical engendr par le passage dela roue sur un dfaut gomtrique du rail).

la charge dynamique totale deux carts types, soit :(concerne la fatigue du rail).

la charge dynamique verticale aux abouts, soit :

( concerne leffort dynamique vertical engendr par le passage dela roue sur un about). leffort transversal dynamique, soit : H. les efforts dinscription sur les files internes et externes du rail,

soit, respectivement : Yi, Y

e.

Qdynmaxi

Qdyn2

Qdynabout


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Valeur extrme de la charge dynamique de roue :

QN

=la charge nominale statique de roue,

QQS

= la surcharge quasi-statique correspondant linfluence de la force centrifuge non compense,

Qmax

= la surcharge dynamique extrme due aux masses nonsuspendues (essieux et bogies, globalement tout ce qui estrigidement fix aux essieux).

Qdynmaxi

= QN QQS Qmax

charge quasi-statique


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La charge dynamique totale deux carts types :

QN


QQS


Qdyn = les surcharges dynamiques dues aux masses suspendues etnon suspendues.

Qdyn2

= QN QQS2 Qdyncart type des surchargesdynamiques des massessuspendues et nonsuspendues


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La charge dynamique verticale aux abouts :

QN


QQS


(1+) = un coefficient amplificateur de la charge dynamique verticale labout concern.

Qdynabout

= QN QQS1


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Les efforts dinscription :

Yi= Q

i

= le coefficient de frottement transversal de la roue sur le rail.

Qi= leffort vertical exerc sur la file intrieure.

Ye= Y

i+ F

a+ F

c+ F

ins

Fa= prenant en compte lacclration transversale non compense.

Fc= li leffort engendr par le couple de rotation du bogie dans la voie.F

ins= correspondant leffort dinertie transversale des masses non

suspendues.


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La charge Q de roue joue un rle considrable dans la fatigue

du rail. Des tudes statistiques montre que cette fatigue estfonction de Qa avec a > 2.

condition de rester dans le domaine lastique, la pression aucentre de l'ellipse est donne par la formule de Hertz :

q0 =1

Q

1 /3 E12 2/ 3

[ 38 11 11' 1

2

1

2' ]

2 /3

,, : = Coefficints donns par les tables de Hertz

E , : = Module d'lasticit de l'acier et son coefficient de Poisson

Q: = Charge de la roue

1, 1', 2, 2

' = Rayons de courbures principaux du rail et de la roue


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Si le contact lieu entre le flan du rail et le boudin, lellipse est

beaucoup plus aplatie et leffort est multipli par 4.De mme, on calcule la contrainte de cisaillement maximale

situe quelques millimtres sous la surface de contact etqui est la plus dangereuse :

r : Rayon de la roue

r: Rayon de la surface transversale du rail

b: Rayon transversal du bandage

t= 85Q1/3 1r [ 1r

1

b ]1 /3


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Les travaux du laboratoire de mcanique des solides de

lcole polytechnique de Paris ont permis de prciser cesphnomnes.

laugmentation de charge de roue a une influence dfavorable tous les niveaux mais surtout en profondeur.

Un profil de bandage de roue voisin du profil dusure estfavorable.

Une diminution du diamtre des roues est plus dfavorables

en surface quen profondeur.

La charge admissible diminue beaucoup plus vite pour lespetits diamtres que pour les grands.


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Le danger de ruine par dformation plastique de la surface de

roulement reste toujours infrieur au risqued'endommagement par fatigue.

Laugmentation de charge de roue a une influence dfavorable tous les niveaux mais surtout en profondeur.

Laugmentation de linertie du rail et de la rigidit du support une incidence modeste, plutt dfavorable, mais :

Les dformations alatoires permanentes sont moins

importantes quavec un rail lger. La propagation des fissures de fatigue est ralentie.

Il apparat, en dfinitive, que les sollicitations les plusdangereuses se situent vers 10 15 mm de profondeur.


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La surface de lellipse de contact augmente avec la dure

dapplication, les contraintes ( = F/S) seront donc dautantplus leves que la dure dapplication est courte, cest dire que la vitesse crot.

La distribution des contraintes rsiduelles varie le long du rail,elle se modifie au fur est mesure des circulations. Il enrsulte des modifications de courbure de rail en chaquepoint do des dfauts de linarit de courte longueur donde

jouant un rle important dans laugmentation des surcharges

dynamiques dues aux oscillation des masses nonsuspendues.


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Qualit de lacier rail :

Rsistance labrasion. Absence de fragilit. Absence de susceptibilit lauto trempe. Soudabilit. Adaptation facile la production.

Ces qualits sont naturellement contradictoires et le produit nepeut tre quun compromis.


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Rpartition des contraintes suite lapplication d une

roue charge sur le rail

Ractions des attaches


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lasticimtrie

La contrainte estproportionnelle aunombre de frangescompt partir dunesurface non solliciteou apparaissantpendant lapplicationde la charge.


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Consquences pour le rail

Les efforts exercs sur le rail provoquent sont usure et lapparitionde dfauts.

Ceux-ci sont repris dans lIN 0285 ( EF2C33) Codification desdfauts de rails .

De nombreux dfauts apparaissent aux joints sur les aboutsde rail ou au niveau des trous dclisse de mme quen pleinebarre.

Ils peuvent tre dus, soit la fabrication, soit lutilisation.

Quelques, exemples non exhaustifs, de dfaut provoqus parlutilisation :


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Fissuration horizontale des abouts


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Fissuration transversale (inclusion, flocon dhydrogne)


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Fissuration longitudinale (cong du champignon)


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Fissuration longitudinale (cong du patin)


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Usure latrale Usure verticale


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Patinage


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L'usure ondulatoire

L'usure ondulatoire ondescourtes est caractrisepar une successionpseudo priodique,

sur la surface de roulement,de crtes brillantes et decreux sombres. Lalongueur d'onde est

gnralement compriseentre 3 et 8 cm.


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L'usure ondulatoire ondes longues estcaractrise par desdnivellations de lasurface deroulement, plus oumoins accentues etirrgulires parrapport un profilrectiligne idal.

La longueur d'ondevarie gnralement de 8 30 cm environ.

L'usure ondulatoire ondes longues apparat prfrentiellementsur les files basses de courbes.


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RISQUES DERISQUES DEDRAILLEMENTDRAILLEMENTPAR MONTEPAR MONTEDE ROUE SURDE ROUE SURLE RAILLE RAIL


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Risques de draillementRisques de draillement

Monte de la roue sur le rail (le guidage nest plus

assur)plusieurs facteurs interviennent :

- Le profil de roue,

- Le profil de rail,

- Les frottements,

- Les suspensions,

- Les bogies,- Langle dattaque,

- Les gauches, la qualit gomtrique de la voie,

- etc.

tudesparticulires chaquedomaine


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La roue

Le bandage des roues et conique (1/20me), celles-ci sont solidairesde leur axe commun et donc obliges au mme nombre de tours.L'essieu se comporte comme un dicne et sautocentre sur une voieen alignement en revenant dans une position mdiane, il y a donc

glissement au contact roue rail et rotation de lessieu. Cettetrajectoire sinusodale est appele lacet. La longueur donde Ldpend du rayon rde la roue, de la diffrence s des 2 circonfrencesde roulement et de langle du cne

r


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Formule de Klingel (ant. 1890)

Pour un vhicule 2 essieux une distance l:

Lors du record de vitesse de 331 km/h

(BB 9004 le 29 mars 1955 sur la ligne deslandes), il t constat des dformationssinusodales de la voie sur environ 500 mavec une priode denviron 22 m.

les vhicules modernes 4 essieux ont une priode variant entre 20et 30 m.

L = 2

rs

L '=L lLs 2


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Contact rail / roue

En ngligeant le pseudo glissement et langledattaque, la roue transmet au rail la charge P etla pousse H; elle reoit une raction normale N laquelle correspond, sil y a glissement, unfrottementf.

En crivant lquilibre de ces forces on obtient lavaleur de la pousse H au-del de laquelle ledraillement est susceptible de se produire.

Le rapport H sur P est appel capacit de guidage de la roue elledpend de la charge sur la roue mais aussi de langle du boudin parrapport lhorizontale (70 la SNCF)

N

P

H

f


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fN

pN

H

F

f

P

p

h

hN

/2-

h =Hcos p =Psin

fN = hNPN =Pcos Hsin f = k fN ( kcoefficient de frottement)

Condition de non draillement :phf donc :

Psin Hcos kPcos Hsin

Psin k Pcos Hcos k Hsin

Psin kcos Hcos ksin

sin kcos cos ksin

HP

En simplifiant par cos :

H

P

tgk

1k tg


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ex:= 70 (tg = 2.74748)

k= 0,25 (rail sec) =>H< 1,480 Pk= 0,12 (rail mouill) => H< 1,976 P

Htant la force appliquer latralement sur la roue pour quellemonte sur le rail,Pla charge de la roue.


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Lorsque la roue se lve (Z), la fonction dfinissant leffort transversal(H) est rapidement croissante (cong entre la table de roulement etle boudin) puis relativement constante (partie du flan du boudin) etdiminue trs rapidement (cong infrieur du boudin). l'quilibre eststable dans la 1re zone, indiffrent dans la 2me puis instable dans la3me. La zone mdiane constitue donc l'effort maximal admissible(1).

1 Voir La thorie statique du draillement dun essieu par M. Charvet (Revue Gnrale desChemins de Fer du 3 aot 1950).

1 2 3

Z

H


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Forces mesures lors des essais d'homologation

(fiche UIC 518)Sur un bogie quip d'essieux instruments, on mesure les 8 forcessuivantes (efforts exercs par les roues sur les rails):

- forces verticales: Q1_ext Q1_int Q2_ext Q2_int

- forces transversales: Y1_ext Y1_int Y2_ext Y2_intindices 1 / 2 : essieu 1 / essieu 2, indices ext / int : roue extrieure / roue intrieure (en

courbe)

Y1_ext

Y1_int

Y2_ext

Y2_int

Q1_ext

Q1_int

Q2_ext

Q2_int


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Les tudes du comit ERRI B55 ont conduit prescrire, pourprvenir tout draillement par monte de boudin sur le rail, unelimite au rapport (Y1_ext / Q1_ext) de leffort transversal et vertical de laroue guidante, qui caractrise le risque de draillement. Celle-ci doitrester infrieure 0,8 (1,2 pour une circulation faible vitesse).

Pour viter le chanfreinage du rail favorisant la monte de roue dansles faibles rayons, on graisse le flan intrieur du rail extrieurdiminuant ainsi le frottementf.

Y

Q 0,8 pour des vitesses lenteson admet

Y

Q 1,2


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Les expriences montrent que leffortcritique de dripage de voie (nonstabilise) est atteint bien avantl'effort critique de draillement sauf faible vitesse, en courbe de faiblerayon et de dvers importantcomportant un raccordement de sortie forte variation de dvers o secumulent un dlestage de la roueguidante (fort dvers, faible vitesse),

un fort angle dattaque (petit rayon) etun gauche important favorisant cesphnomnes.

EFFETS DYNAMIQUES

Roue guidante

0

Renversement d au dvers

Force centrifuge

D

di

Monte sur le rail

D = dvers dans la courbe

di = dvers dans le raccordement


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Des limites de dvers (et rciproquement de variation de dvers) ontdonc t dfinies en fonction du gauche en sortie de courbe et de lavaleur du rayon de la courbe, les rgles du (R-100)/2 .

Attention la valeur du rayon de la branche dvie dappareil cintrpos en dvers et des gauches sur litinraire dvi !

dpR100

2si g 2 mm/m

dp R150

2si g 3 mm/m

dp R2503

si g 4 mm/m


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De mme, on a fix le dvers maximum 180 mm pour des raisonsde scurit (arrt en courbe, redmarrage o leffort de tractionamplifie les phnomnes de renversement et de dlestage).

Une exprimentation (dvers 175/180) t ralise sur la ligneDijon-Vallorbe pour saffranchir du problme en proposant desraccordements bi-pentes avec une faible variation de dvers cotcourbe et une forte variation cot alignement (vitant dallonger lesraccordements).

ce jour aucun dsordre na t constat.

Le mainteneur nest pas favorable sa gnralisation du fait de lancessit dune prparation plus soigne du bourrage de ces zonesrisquant de ne plus tre assure (perte de comptence).

VoirVoir


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Raccordement b Km 444,255 444,375

a1 = 2.5 D = 175 V = 140

a2 = 0.7 L = 115 R = 676

Xp = 62.50 Yp = 131.25

VARIATION DE DEVERS

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Abscisses

Dvers

Dvers Insuffisances

0,7 mm/m

2,5 mm/m

k=E[1,8x

112,5]

y = 1k0,7x1752,5k115x


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Raccordement C Km 444,780 444,910

(Courbe de M. Caquot)

V Km/h = 140 L = 126

D = 172 Rayon = 685

VARIATION DE DEVERS

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

110

120

126

130

Abscisses

Dvers

Dvers Insuffisances

y =172S

36S

21890S1587600

31757969376

RetourRetour


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RISQUES DERISQUES DEDRAILLEMENTDRAILLEMENTPAR MARIAGEPAR MARIAGEDE TEMPONSDE TEMPONS


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Le support guide les vhicules, ceux-ci sont relis par des

attelages constitus de tampons. Le trac du support doitassurer un recouvrement minimum de ceux-ci en touteoccasion.


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Pour limiter ces risques, il convient de rduire les dports

relatifs de deux vhicules en respectant une longueurminimale dalignement L entre courbe et contre-courbe.

Formules UIC,R1 etR2 150 m, e = cartement

Exceptionnellement

L = R1R2 45R1 45R20,4521,470e si 45R1 9 4R2R1

R22

0,452 1,470e

L = 154R2R10,452 1,470e 45R1 si 45R1 94R2R1

R22

0,4521,470e


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La condition dalignement sexprime sous la forme :

Dans le cas le plusdfavorable,e= 1,470 et leterme (1,470 e) sannule.

La SNCF utilise les formules si-dessous (IN 0272) :

Le terme 0,36 au lieu de 0,45 exprime une marge de scuritprise par rapport aux rsultats des formules UIC.

45R1

45R2

0,4521,470e0

Sinonalignement

inutile

L = R1R2 45R1 45R20,36 si 45R1 45R2 0,36 valeur nominale 1L =

R1R2

45R1

45R2

0,45 si45R1

45R2

0,45 valeur exeptionnelle 2


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La formule (2) peut tre abandonne car la diffrence de

rsultat avec la formule (1) est ngligeable (max 76 mmpour R 150m), et largement intgre dans la marge descurit .

On peut galement exprimer ces quations en fonction desflches :

Le terme 400 (0,36) au lieu de 500 (0,45) exprime une margede scurit prise par rapport aux rsultats des formules UIC.

L = 45f1f2 f1f2400f1f2 si f1f2 400 valeur nominaleL =

45f1f2 f1f2500f1f2

si f1f2 500 valeur exeptionnelle

Sinonalignementinutile


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Les alignements dfinis entre courbes et contre courbes ont

pour but de mnager un recouvrement de tampons minimumde 60 mm, exceptionnellement de 25 mm, pour viterlenchevtrement synonyme de draillement.

Ces formules tiennent compte des saillies au niveau destampons, des jeux dus au matriel, de la souplesse dessuspensions et du jeu entre lessieu et lcartement des rails.

Une formule empirique tait utilise par lex service VBG3(Sud Est) :

Celle-ci minore un peut lalignement par rapport la formuleSNCF actuelle, 7,467 m pour 8,161 m R 150 m

L = 71000

4R1

4R2

1000


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Implantation des appareils de voie en trac sinueux

lIN 0230 Appareils de voie unifis Conditionsdimplantation, tudes particulires, tudes spciales dtermine, en fonction des dispositions de la fiche UIC 527.1OR (Dimension des plateaux de tampons Trac de voiedes courbes en S), les rgles dimplantation :

Implantation normale (tableaux impairs) qui rserve unrecouvrement de tampons de 60 mm au moins (75 mm

lorsque la vitesse relative de dplacement des tampons estplus importante),Implantation exceptionnelle (tableaux pairs) qui rserve un

recouvrement de tampons de 25 mm au moins (40 mmlorsque la vitesse relative de dplacement des tampons estplus importante).


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Les calculs tiennent compte de langle de dviation des

appareils trac scant et de la longueur des alignementsinclus dans lappareil (entre JP et PRA Longueur ducroisement droit). Les alignements rels entre courbe etcontre-courbe sont donc en ralit plus importants que lalongueur qui figure dans les tableaux.

tablis pour la vitesse de 30 km/h pratique sur voies deservice et certaines zones de gare, ils concernent les cas defigure suivants :

Tableaux I et II Courbe situe cot pointe, Tableaux III et IV Courbe situe cot talon, Tableaux V et VI Appareils pointe talon, Tableaux VII et VIII Appareils talon talon, Tableaux IX et X Appareils pointe pointe.


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A la vitesse de 40 km/h, la part dynamique intervenant dans le

dcalage transversal des tampons est plus importante que pour lavitesse de 30 km/h. Il est donc ncessaire dallonger lalignementintermdiaire entre les deux courbes du trac sinueux sur lesliaisons, les entres et les sorties de voies principales o lavitesse minimale de 40 km/h est prvue gnraliser danslavenir. Cette disposition sapplique essentiellement limplantation pointe pointe de branchements tg 0,11 dviationpour laquelle lalignement intermdiaire minimal ncessaire est de

5 m.L'angle de dviation en pointe d'appareil peut tre assimil un surcrot de flche de 40 mm pour 1 (0,13) et 20 mm

pour 0,30' (S 0,167).


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FormuleSNCF

ALIGNEMENT ENTRE COURBE ET CONTRE COURBE

150160170180190200210220230240250260270280290300310320330340350360370380390400410420430440450460470480490500510520530540550560570

580590600

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9ALIGNEMENT (m)

RAYONS

160

150

250240

230220

210

200

190

180

170

RAYONS


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Formule

Sud Est

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

0 1 2 3 4 5 6 7 8

ALIGNEMENTS (m)

RAYON

1

RAYON 22

40

2

30

2

20

2

10

2

00

1

80

1

60

1

70

1

50

1

90


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RISQUES DERISQUES DEDRAILLEMENTDRAILLEMENTPAR DRIPAGEPAR DRIPAGE


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Risque de draillementRisque de draillement

Dformation de la voie au passage dune circulation

Facteurs prendre en compte :- rigidit du chssis de voie,

travelage, type de rail, attaches,...

- frottement traverse / ballast,

nature, usure, paisseur du ballast, degr de stabilisation,

nature, forme et poids des traverses

- contraintes de compression dans le rail,type de rail,

type de pose,

variation de temprature,

entretien (ouverture des joints, graissage des clisses,...)


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Acclrations transversales tsupportes par la voie,

mouvements de raction induits par le support

qualit gomtrique (dfauts de dressage, de nivellement,dcartement, gauches, danse,...)

gomtrie (courbes, alignements, points de transition de trac,raccordements, appareils de voie)

mouvements du vhicule

vitesse, inertie, raction de suspension


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Dripage de voie : tudes exprimentales(1)

Des essais ont t raliss en 1952, 1955 et en 1962, 1963 sur unevoie stabilise puis dconsolide par une opration de nivellementpar soufflage et aprs le passage de 2000 t au moyen du wagondrailleur SNCF.

1 Voir La rsistance de la voie aux efforts transversaux exercs par le matriel roulant par M.PrudHomme (Revue Gnrale des Chemins de Fer de janvier 1967).


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Wagon-drailleur SNCF Ssi 443


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Dtailles de fonctionnement


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Influencede lacharge P(essaisde 1963et 1952)


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Enregistrement de la dformation transversale :

Dformations rsiduelles


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On constate :

une zone AB de contre flche de sens oppos leffort H. Cettezone, plus accuse, a une amplitude plus grande lorsque les railssont comprims.

Une deuxime zone BC o la dformation est de mme sens que H

Influence de la charge P lessieu

leffortL = f(P), en tonne, a pour quation, 0,4 t prs :

L=1,24 + 0,31P Cette formule ntant quapproche, la SNCF aadopt :

ou, en kN,

Cest la formule de PrudHomme

L = 1P

3L = 10

P

3


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Risque de draillementRisque de draillementCette formule remplace celle de M. Blondel :L = 0,40 P

Rappelons quelle ne concerne quune voie dstabilise.Fournit une valeur infrieur jamais atteinte aucours des essais

Application la dtermination de la vitesse maximale decirculation dun vhicule

Lors des essais, les efforts transversaux H exercs par les essieuxdu vhicule et les variations de charges verticales sont mesurs

au niveau des botes dessieux. Les essais ayant montr que lesefforts sexerant durant une courte dure sont sans influence, ilnest pas tenu compte des oscillations de frquence suprieures 20 Hz. Il est ainsi possible de comparer tout instant les efforts Het la valeur de L.

L = 0,851P

3


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Le vhicule est autoris circuler V si V+10 ilna jamais t observ deffortsH > 0,85+0,28P

Pour fixer les ides, la valeur moyenne de Henregistre est 3 4 fois infrieure la valeurmoyenne de rsistance de la voie derfrence (46 kg, traverses bois, aussittaprs soufflage) donne par1+0,33P

H max et suprieur 3 carts types de sa valeur moyenne

0,85+0,28Pest infrieure de 3 carts types la valeur moyenne dedripage de la voie de rfrence.

H2 m

Exemple de filtrepour 150 km/h


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Principaux enseignements tirs de ces essais :

Les facteurs principaux influant sur la rsistance transversale dunevoie sont le degr de compacit du ballast et lintimit de soncontact avec les traverses.

Le passage rpt des trains constitue le moyen decompactage le plus efficace par lintensit des efforts verticauxappliqus et des vibrations provoques.

La rsistance transversale crot sensiblement comme le

logarithme du tonnage support avec, toutefois, uneasymptote suprieure.

Les petits dplacements latraux de la voie ne se font pas parglissement des traverses sur le lit de ballast mais pardplacement de ses lments sur une certaine paisseur.


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La rduction de rsistance transversale provoque par lesoprations dentretien conduisant relever ou riper la voie, estsensible. Le soufflage entrane une rduction un peu plus importanteque le bourrage mcanique mais la diffrence nest pas suffisantepour justifier son abandon.

Le taux de compression des LRS ninflue pas sensiblement sur larsistance transversale de la voie, mais lorsque leffort transversalcritique est atteint, les dformations prennent une plus grandeamplitude. Do, en t, linterdiction deffectuer des oprationsdentretien susceptible de diminuer la rsistance de la voie.

La grosseur des lments de ballast (30/60 ou 20/40) nest pas trssignificative contrairement une voie non charge o les banquettes

jouent alors un rle important.


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En courbe la rsistance sous charge nest pas modifie, mmelorsque les rails sont en compression (R>750 m bois, 500 mbton) attention toutefois aux rayons plus faibles.

En cas de LRS, se rfrer imprativement aux rfrentiels LRSnotamment lIN 2915 Conditions darmement et de trac pour lacration de LRS


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CONFORT DESCONFORT DESVOYAGEURSVOYAGEURS


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Confort des voyageursConfort des voyageurs

Les clients voyagent assis ...

Mais ils peuvent circuler ou voyager debout !

Acclrations subies (m/s):

acclrations verticales,

acclrations transversales,

acclrations angulaires,

acclrations longitudinales.

Mais il faut aussi tenir compte des variations dacclration ou jerk(m/s3) caractrisant les raccordements.


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Il sagit de limiter des valeurs acceptables les

acclrations transversales, verticales et alatoiresLe voyageur assis est sensible aux acclrations alatoires.

Pour le voyageur debout ce sont les valeurs d'acclrationquasi statiques (constantes) rsultant, soit en vertical des rayons dechangement de pente, soit en transversal de la force centrifuge noncompense, et la vitesse avec laquelle ces acclrations sontappliques, qui crent une impression dsagrable.


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Dans le plan transversal, on peut admettre des valeurs plus levesque dans le plan vertical.

En effet, les actions physiologiques des acclrations continues ou trs basses frquences agissent dans le plan vertical au niveauviscral et peuvent assez rapidement provoquer des nauses(cintose), surtout si elles sont diriges vers le haut;

Dans le plan transversal ce sont des problmes d'quilibre quiinterviennent. Le voyageur est dispos accepter des acclrationstransversales quasi statiques (constantes) relativement grandeslorsqu'il se tient debout, condition que les acclrations alatoiressoient faibles.


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Des tudes empiriques ont t ralises pour fixer lordre degrandeur des acclrations auxquelles les voyageurs peuventsadapter (inconsciemment dans les raccordements)

Les rsultats constats sont repris dans le tableau ci-dessous.

ConfortValeurs de t en m/s2

pour un voyageur d t /dtassis debout en m/s

3

Trs bien 1 0,85 0,30

Bien 1,2 1 0,45

Acceptable 1,4 1,2 0,70

Acceptable exceptionnellement 1,5 1,4 0,85


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La SNCF a choisi de limiter les acclrations transversales quasistatiques (constantes) :

En fait, les valeurs recommandes actuelles dinsuffisance limitentlacclration transversale.

t= 0,15g etdt

dt= 0,10g/s soit t= 0,159,81 = 1,4715 m/s

2

t= 0,98 m /s2

pour les trains de 2me

catgorie I= 150mm

t= 1,05 m /s2

pour les trains de 3me

catgorie I= 160mm

et envaleurrecommande: tr= 0,1359,81= 1,3243 m/s2


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Le dversLe dversCalcul du dvers dquilibre D (Formule fondamentale)

cos = 1 sin2 = 1 D

2

e2

= 1 1802

15002

= 0,98561

e

D

mV2

R

mg

tg =

mV2

R

mg=

V2

Rg=

D

ecos

1 Vm/s =Vkm/ h1000

3600=

Vkm /h

3,6

Dmm =ecos Vkm/h2

3,62Rmg

=1500ecos V2

12,969,81R=

11,798 V2

R


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Dvers prescritDvers prescrit

Rappels historiques

Avant les annes 1930, le surhaussement S est calcul dediffrentes faons suivant les rseaux :

Sur lEst, S = 12V/R en donnant V la valeur 20 + 2Vi / 3,

Vi tant la vitesse maximum autorise.

Au Chemin de fer du Nord, S = C/R, C tant un coefficient variable enfonction des lignes ou portions de ligne et de la vitesse des trains quiles parcourent. C peut prendre les valeurs suivantes :

120, 110, 100, 90, 75, 60, 50, 40, 30, 20, avec S 0,15 m.On notera que pour les valeurs de C30, 45, 60, 75, lesvitesses respectives sont 50, 60, 70, 80. Peut tre est-cel la raison dun coefficient de dvers multiple de 15 ?


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Au PLM, S = 2V/3R, V tant la vitesse maximum autorise.

Mais par le fait de laugmentation constante de la puissancedes machines et, par suite, du poids et de la vitesse destrains, lexprience a montr que, sur les lignes frquentespar des trains marche rapides, exposs subir en courbedes ractions, il y avait intrt accentuer le dvers afindamliorer le confort des voyageurs. Dans ce but il a t mis lessai sur les principales lignes grandes vitesses unenouvelle formule qui donne partir de 80 km/h environ undvers suprieur celui de la formule ci-dessus. Les

rsultats ayant t satisfaisants elle a t gnralise.


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Sur Paris - Nice, la vitesse fixe pour le calcul du dvers tait de 140 km/h

sur les parcours ne comportant pas de courbes de rayon infrieur 1200m, 130 km/h sur les parcours ne comportant pas de courbes de rayoninfrieur 900 m

Sur Paris - Clermont - Vichy, la vitesse retenue tait de 130 km/h sur lesparcours ne comportant pas de courbes de rayon infrieur 900 m

V 78 km/h

V 120 km/h

V 120 km/h

Jusqu 25 km/h les voies seront

poses en principe sans dvers

Cette formule se raccorde la

prcdente la vitesse de 78,333 km/h

Cette formule se raccorde la

prcdente la vitesse de 120 km/h

S= 1,6V45

R

S= 2,4V70

R

S=V25

R


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On remarquera quil nest fait aucune mention de linsuffisance dedvers. Celle-ci calcule avec les limites de lpoque nous donne :

V 130 km/h, d = 160 mm, R = 900 m, I = 61,5 mm

V 140 km/h, d = 140 mm, R = 1200 m, I = 52,7 mm

Ce qui confirme que laugmentation des performances du rseaucest faite par laugmentation de linsuffisance de dvers impliquantune qualit gomtrique accrue, et donc un entretien plusperformant, pour ne pas ce faire au dtriment du confort desvoyageurs.


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Insuffisance de dversInsuffisance de dvers

Le dvers prescrit d tant infrieur au dvers dquilibre D pour les circulations rapides, il subsiste une force centrifuge noncompense proportionnelle la diffrence entre ces deux dvers.Cette diffrence est appele insuffisance de dvers ou insuffisancetout court.

Imm

= Dmm

- dmm

pour un dvers prescrit nul, linsuffisance est maximale.lacclration transversale peut donc tre calcule au niveaudu rail, en fonction de I, R et V :

le terme tant le coefficient de transformation des km/h en m/s pour obtenir en

m/s partir de V en km/h (voir quation 1 p 84)

D =11,8 V

2

R I=

11,8V2

Rd

=V

2

Ret I=

11,8V2

R =

I

11,83.62=

I

152,928soit

I

153

1

3,62

VoirVoir


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Acclration normaleAcclration normale

Calcul de lacclration normal une courbe

RetourRetour

Y

X

V

VX

VY

R

a

a = Vt =R = VtR

, Vx = Vsin , Vy = Vcos

L ' acclration normale est la drive de la vitesse

par rapport au temps

si y = f u et u =gx alors y ' = f 'ug 'x

soit f u = Vcos et gx =Vt

R

y =Vsin VR et x =Vcos VR etv = x2y2

v = V4

R2

sin2

V

4

R2

cos2

v =V

2

Rsin

2cos

2

v =V

2

R


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Insuffisance admissibleInsuffisance admissible

nous venons de voir que

Or, au niveau des voyageurs, les mouvements du vhicule dus l'crasement des suspensions extrieures courbe provoquent uneacclration supplmentaire qui se traduit par une insuffisanceressentie plus importante, fonction du coefficient de souplesse s des vhicules.

s = ~0,4 pour les voitures corails = ~0,25 pour les automoteurs

s = ~0,2 pour les TGV

t=I

152,928

VoirVoir


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Coefficient de souplesse s :

Lorsqu'un vhicule est plac larrt sur unevoie en dvers, dont le plan de roulement faitun angle avec l'horizontale, sa caisses'incline sur ses suspensions et fait un angle avec la perpendiculaire au plan deroulement. On appelle coefficient desouplesse s du vhicule, le rapport:

s=

s=~0,4 voiturecorail , 0,25 automoteurs , 0,2 TGV

RetourRetour


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Donc, au niveau du voyageur :

On dmontre de mme que pour les 3me catgorie :

t=I10,4

152,9280,15gI

1,4715152,928

1,4= 160,7 soit160 mm

t =I10,4

152,9280,135gI

1,3243152,9281,4

=144,66 soit150 mm

I1,4715152,928

1,25= 180,03 soit 180 mm

I1,3243152,928

1,25= 162,01 soit160 mm


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Pour les trains de 1re catgorie, de charge lessieu plus importante(22,5t contre 17t 3me cat.), afin de rester dans une plage deffortsdans le rail comparable ceux des catgories prcdentes, on limitelinsuffisance admissible :

F= m = mI

152,928

I3

mecat

17

152,928=

I1

recat

22,5

152,928

I1recat =I

3me

cat

17

22,5= 18017

22,5= 136 soit 130 mm exeptionnelle

I1

recat

=I

3me

cat17

22,5=

16017

22,5= 120,8 soit110mmrecommande


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Acclration verticaleAcclration verticale

Il en est de mme pour lacclration verticale

Celle-ci est limite : Lignes classiques : 0,22 m/s en valeur normale et 0,31 m/s en valeur

exceptionnelle. Lignes nouvelles (

v< 0,05 g) :

En creux 0,45 m/s en valeur normale et 0,50 m/s en valeurexceptionnelle.

En bosse 0,45 m/s et 0,60 m/s.

Ces limites sont choisies en prenant en considration le confort demarche et lventualit dune plate-forme de la voie non stabilise.Sur les lignes o les voyageurs sont susceptibles de voyagerdebout, il est recommand de ne pas dpasser 0,1 m/s.


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Acclration verticaleAcclration verticale

Rcapitulation :

2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

0, 22 / 0,350730 0,35

0,31 / 0, 248905 0,25

0, 45 / 0,171468 0,17

0,50 / 0,154321 0,15

0,60 / 0,128601 0,13

m s R V soit V

m s R V soit V

m s R V soit V

m s R V soit V

m s R V soit V

= =

= = = = = = = =

=V

2

R R =V

2

3,62


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Variation de dversVariation de dvers

La roue s'accommodant mal des marches descalier, le sur-haussement dun rail par rapport lautre ne peut se faire queprogressivement.

La zone de voie dans laquelle seffectue la prise de dvers sappelleraccordement progressif (RP)

Malgr tout, la prise de dvers en raccordement provoque desractions des ressorts de suspension entranant des oscillationsnuisibles au confort et au matriel. Afin de limiter lamplitude decelles-ci et de raccourcir leur temps damortissement, la vitesse

relative de monte de la roue extrieur courbe par rapport la roueintrieur ne doit pas tre trop importante.


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Au dbut du sicle dernier (1907 1908 ?) la compagnie du Nord aralis, au sujet des pentes relatives des rails, des expriences trsintressantes, en augmentant progressivement la vitesse jusqudes limites o lon ne ressentait pas encore de secousse ni dedplacement.

4,9 8,2 9,7

Longueur de la pente (m) 12,1 5 7,35Vitesse maximum (km/h) 81 45 40

0,397 0,369 0,388

0,11 0,10 0,108

Pente relative des deux files (mm/m)

Vitesse de torsion Va

(km/h)

Vitesse de torsion Va

(m/s)


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Dans ces expriences, on a pu apprcier un lger mouvementondulatoire de grande amplitude. Afin d attnuer le plus possible cemouvement oscillatoire et rendre insensible lentre en courbe, ilsuffit que :

M. Hallade, dans son article de la revue Gnrale des Chemins deFer N 4 davril 1908 (p 264) prconisait :

pVa = 0,157 ou p mm/ m =157

V

pmm /m =175

Vexeptionnellement

380

V


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Aujourdhui, la vitesse de monte dune roue par rapport lautredans le plan vertical, lors de la prise de dvers dun vhicule estlimite 50 mm/s, exceptionnellement 60 mm/s (contrainte matriel)ce qui correspond peut prs une rotation de 2/s (1909152 poure = 1500 mm).

d

t= 50 mm/s et

d

t=

d

l

V

3,6

d

l

3,650

V=

180

Ven mm/m

d

t= 60mm/s et

d

t=

d

l

V

3,6

d

l

3,660

V=

216

Ven mm/m


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Nous avons vu que le dvers pratique est toujours infrieur audvers dquilibre, la diffrence tant appele insuffisance dedvers.

De mme que le dvers prescrit varie dans les raccordements,linsuffisance rsultante variera galement dans ceux-ci, engendrantdes variations dacclration transversales.

Celles-ci, nous lavons vu prcdemment, tant limites par leconfort des voyageurs 0,10 g/s.


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Variation dinsuffisanceVariation dinsuffisance

La variation dinsuffisance ou variation dacclration transversalesubie par le voyageur est en fait compose de lacclration due aurayon de la courbe (plan horizontal) et de lacclration due larotation de prise de dvers (plan vertical). En ngligeant lecoefficient de souplesse, on peut crire :

hv0,10g ou1

152,928I

t

d

t0,981

I

t

d

t150,022 mm/s

Pour tenir compte des diffrents type de circulation ,

on retient125mm /s comme limite recommande

d t

50 mm/s I t

75mm/s en valeur recommande

d

t60mm/s

I

t 90mm/s en valeur exeptionnelle


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Dans les zones dappareils de voie (20m de part et dautre, ce quicorrespond peu prs l'empattement des bogies dune voiturecorail), fortement arme o des chocs existent invitablement afindavoir un trac de voie plus compact , la variation dinsuffisancepar rapport au temps admissible est plus importante :

I

t125 mm/s en valeur recommande

I

t 150 mm/s en valeur exeptionnelle


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Dans le cas o il nest pas fait usage de raccordements progressifs

(absence de variation de dvers par exemple), la discontinuitdinsuffisance ne devra pas dpasser :

en voie principale

Conditions normales : 50 mm

conditions exceptionnelles : 75 mm

en pointe et talon dappareils de voie.

100 mm 40 km/h sur VP, un rayon de 250 m sans dvers gnre un I de75,52 mm et impose donc des RP !


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RcapitulationRcapitulation

Limites admissibles pour les circulations voyageurs sur lignesclassiques, en voie courante correctement arme

Vitesses (km/h) V 160 160 < V 200 200 < V 220Type de circulation

CatgorieIl

CatgorieIII

CatgorieIl

CatgorieIII

TGV

recommand 160 160 160 160 160Dvers (mm)

exceptionnel. 180 180 180 180 180

recommand 150 160Insuffisance de

dvers (mm) exceptionnel. 160 180150 160 160

recommand 75 75 75 75 65I/t (mm/s)

exceptionnel. 90 90 90 90 75

recommand 180/V 180/V 180/V 180/V 180/VD/L (mm/m)

exceptionnel. 216/V 216/V 216/V 216/V 216/V


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Relation entre I, V, RRelation entre I, V, R

Ce graphique montrelinfluence de chacundes 3 facteurs sur les 2autres

d = 0 (dvers pratique)I = insuffisance de dvers (0-260)R = rayon de la courbe (400-2000) INSUFFISANCES

RAYONS

VITESSES


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Gains pendulaires possiblesGains pendulaires possibles

dIc = 11,8

Vc2

R

et dIp = 11,8Vp

2

R

Vc = R dIc11,8 et Vp = R dIp11,8Soit, pour les valeurs nominales retenues en france :d=160 Ic=160 Ip=260

Vc = 320R11,8 = 320 R11,8 et Vp = 420R11,8 = 420 R11,8Pourcentage maximal d'augmentation de vitesse par rapport la vitesse initiale :

VpVcVc

=

420

320

R

11,8

320R

11,8

= 420320320

= 0,145644 % soit 15%

Vc: Vitesse des trains classiques (km/h) V

p: Vitesse des trains pendulaires (km/h)

R : Rayon de la courbe considre (m) d: Dvers prescrit dans la courbe considre (mm)I

c: Insuffisance de dvers trains classiques (mm) I

p: trains pendulaires (mm)


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IMPACT DEIMPACT DELARMEMENTLARMEMENTSUR LE TRACSUR LE TRAC


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Le support et ses limitesLe support et ses limites

Les acclrations transversales et verticales, en fonction de lamasse lessieu des vhicules produisent des efforts dans le rails etdonc la voie.

La rptition de ceux-ci, au gr des circulations, gnre une fatiguedans le rail et la voie proportionnelle au cube de la vitesseengendrant des dfauts pouvant provoquer la rupture du rail.

On donc t conduit imposer des limites aux efforts subits par lavoie en fonction de son armement. Limiter les forces appliques aurail revient limiter lacclration associe et, par voie de

consquence, linsuffisance de dvers (proportionnelle au coefficient1/152,928 prs).


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Larmement et ses limitesLarmement et ses limites

Il a donc t tabli des catgories de circulation en fonction deseffets produits.

Les matriels conventionnels sont classs en 3catgories dfinies par la lettre TSR2 / S7A du 6/08/81

Catgorie I :

Trains FRET dsigns ME (messageries) et MA (marchandises).

Catgorie II :

Trains FRET dsigns MV160 et MVGV,Trains Voyageurs composs de locomotive(s) + voitures,

rames automotrices autres que celles homologues encatgorie III.


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Catgorie III :

Rames automotrices avec caractristiques particulires (centre degravit peu lev, faible coefficient de souplesse, masse lessieuet masses non suspendues rduites),

lments automoteurs thermiques et autorails.

Nota : Ces catgories sont galement dfinies dans la fiche UIC518.


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Pour les circulations FRET, la classification des lignes ou

sections de lignes, du point de vue de la voie (fiche UIC700), est fonction de la masse maximale lessieu du wagoncharg. Elle est reprsente par les lettres A, B, C, D et E.

charge A : 16 t lessieu,

charge B : 18 t lessieu,

charge C : 20 t lessieu,

charge D : 22,5 t lessieu,

charge E : 25 t lessieu (rserv),

pour les wagons respectant les caractristiques de base de laclassification.


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Projet de fiche UIC 700

P est la charge lessieu,p la charge lessieu par mtre(rpartition des bogies)

A P = 16 t p = 5.0 t/m D2 P = 22.5 t p = 6.4 t/m

B1 P = 18 t p = 5.0 t/m D3 P = 22.5 t p = 7.2 t/m

B2 P = 18 t p = 6.4 t/m D4 P = 22.5 t p = 8.0 t/m

C2 P = 20 t p = 6.4 t/m E4 P = 25 t p = 8.0 t/m

C3P = 20 t p = 7.2 t/m

E5P = 25 t p = 8.8 t/m

C4 P = 20 t p = 8.0 t/m


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Classification DEMAUX

A partir des annes 40, laccroissement de la vitesse destrains et laugmentation des charges lessieu ont conduit lechemin de fer un renforcement de sa superstructure. Cetteadaptation, progressive, fut marque par une rglementationdes machines vapeur et des tenders propre chacun desanciens rseaux existants. Ceux-ci disposaient alors chacunde leurs propres rgles adaptes, bien sr, aux besoinsrgionaux et leur situation propre (ncessit dexploitation,

armement, caractristiques des machines, ge et tatdentretien des voies). Linterpntration entre les rseauxdes machines vapeur et des tenders, la cration de laSNCF ont donc fait apparatre la ncessit dunifier cesrgles.


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une commission fut cre portant le nom de commission de

circulation des machines , dite commission Demaux ; cettedernire avait alors pour mission dtablir une mthode homognede classement des machines et des tenders. Le but de ce groupede travail tait au final de faciliter la circulation des diffrentsmatriels sur le futur rseau national ; la commission , tout entenant compte de lamlioration progressive de la qualit de lavoie, a ainsi gnralis sur lensemble de la SNCF les rgles decirculation des machines et tenders en ne considrant que les

rgles les plus librales ayant une pratique courante et prolongesur une ou plusieurs rgions.


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Chacune des rgions travaillant avec ses propres rgles decirculation souvent construites de faon empirique, leur rseaurespectif prsentant la plus grande htrognit en ce quiconcerne larmement des voies et le matriel roulant, Lacommission se proposa donc de classer en groupes dune part lesvoies comparables et dautre part les machines comparables enfonction de coefficients dterminer afin deffectuer lesassimilations ncessaires.

La commission dcida donc, compte tenu du grand nombre deparamtres caractristiques pour la voie, de ne les comparer entre

elles quau moyen du terme :

I

V

L

I: moment dinertie du rail, considr demi usure verticale, par rapport laxe neutre horizontal.

V:ordonne de la fibre la plus loigne, par rapport ce mme axe neutre.L : espacement entre axes des traverses les plus cartes.


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Poids durail(Kg/m)

Type derailRail demi usure Rail limite dusure

usure verticale(mm)

I/V(mm3)

usure verticale(mm)

I/V(mm3)

30,475 30 k Est 4 117 436 8 10542030,772 13 5 117 000 10 l09 00033,400 17 5 142 000 10 130 00034,200 PLM 5 140 300 9 126 10036,495 36 K Std S40 5 141 000 11 124 00036,495 36 K StD S13 5 141 500 11 122 40036,900 II 5 146 000 10 132 00037,800 !!a 5 154 000 10 133 00039,250 PM 6 146 500 13 125 30040,950 S 41 a 172 000 16 142 00041,000 16 5 184 000 10 164 00041,348 G 33 6 168 000 12 128 00045,050 l6a 7 201 000 15 162 000

46,040 46 k Est 8 181 889 16 152 73346,256 46 k Std S33 - U33 8 180 800 16 147 00046,256 46 k Std S12 - SB 9 194 000 16 162 00047,824 LP 8 197 500 16 157 00048,890 S 49 8 195 000 16 176 00050,568 50 k Std S36 U36 U50 8 223 900 16 180 80055,695 55 k Std S11 9 237 000 18 189 10055,695 55 k Std S39 U39 U55 9 235 100 18 203 00060,34 UIC60 (ex U80) 10 305 470 20 215 458


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Ce coefficient ne correspond qu la rsistance du rail, pour lesefforts verticaux ; il nglige la fatigue des joints, du ballast et de laplate-forme, linfluence des courbes, ltat dentretien de la voie.Mais il prsente lavantage dtre simple.

De mme la commission imposa de comparer les machines partirdu terme suivant :

kP L

2V

2

1000E

K fait intervenir le rle des bissels et des bogies.K=0.5 0.6 en cas de prsence de bogie.K=0.7 0.8 en cas de prsence de bissel.K=1 en cas dabsence de bogie ou bissel.

P : masse totale maximum de la machine.L : sa longueur hors tampons.E : son empattement total.V : la vitesse limite praticable sur chaque ligne par la machine.Le coefficient 1/1000 nintervient que pour la commodit des calculs

V tient comptedes effetsdynamiques

P et L/Ecaractrisent la

machine


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Le travail de la

commission aainsi conduitaux rgles decirculation ci-contre

Voies

Armement

Valeur de

(en mm)

Numros

des

groupes de

voies et de

machines

Machines vapeur

autorises circuler

Masse

maximum

de lessieu

le plus

lourd

Valeur

maximum

de

P en

tonnes,

L & E en

mtres, V

en km/h

Trs lger 100 140 1 17 T 3500

Lger 141 179 2 18 T 5500

Moyen 180 235 3 20 T 9300

Fort 236 350 4 21 T 6 15500

Trs fortPlus de

3505 23 T 19000


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Aujourdhui encore le classement DEMAUX compare entre euxles divers types d'armement de la voie au moyen du rapportI/VL (dfini ci avant) qui caractrise le travail du rail laflexion sous charge verticale.Cinq groupes sont dfinis, pour lesquels une relation est tablieentre :Pour les circulations voyageurs,

le rapportI/VL de larmement de la voie,

la masse l'essieu maximale des engins moteurs, la vitesse maximale admise, l'insuffisance de dvers maximale admise.

Le type de rail, de traverses et le travelage influent galementsparment sur ces paramtres.


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Circulations FRET :

le rapportI/VL de larmement de la voie, le type de rail (Vignole ou Double Champignon, masse au

mtre),lespacement maximal des traverses, la charge l'essieu des wagons,

le tonnage moyen mensuel FRET,l'insuffisance de dvers maximale admise.

la vitesse maximale admise,

Des restrictions trac sont galement prendre en compteen cas de rail Double Champignon (DC) pour la circulation destrains en charge D.


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Textes de base dfinissant les relations armement / vitesse /insuffisance de dvers pour les circulations de catgories II et III

Trains de voyageurs (catgories II et III)

Le rfrentiel IN 2542 (ex CG EF 1 C 2 n1 du 25/08/81) donne lesconditions techniques respecter pour relever la vitesse limite des trainsde voyageurs jusqu 200 km/h.

La lettre VTV/VPR/EF1C2 du 28/04/1988 et le mmento joint la lettreVTV/EF 2 C 10/n837 du 11/08/1988 tendent lapplication du rfrentielIN 2542 jusqu 220 km/h pour la circulation des TGV.

Le tableau ci-aprs rcapitule les conditions de circulation lies larmementde la voie contenues dans ces textes :


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Armement Rail Vignole Catgorie II Catgorie III

GroupeDemaux

I/VLrailu(mm

2)

Railmini(kg/m)

typedetraverse(1)

Espaceaxestraverses(m

)

MasseEssieulocmaxi(t)

Vmaxi(km/h)

I(mm)nor/

max

MasseEssieumaxi(t)

Vmaxi(km/h)

I(mm)nor/max

5me > 350 LRS

50 kg

TBA

ou TB

0.60 22,5 200

160

150

150

150

160

NP 220

160(2)160

160

160

180

4me 350301

LRS U33(+ faible % de

BN 18m)

TBATB

0.600.58

2020

160160

150150

160160

NP 160160

46 kg

LRS ou BN 18mTBA

ou TB

0.60 21

21,6

135

115

150

150

160

160

NP 135


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Armement Rail Vignole Catgorie II Catgorie III

GroupeDemaux

I/VLrailu(mm

2)

Railmini(kg/m)

typedetraverse(1)

Espaceaxestraverses

(m)

MasseEssieulocmax

i(t)

Vmaxi(km/h)

I(mm)nor/

max

MasseEssieumaxi(t)

Vmaxi(km/h)

I(mm)nor/max

4me 300/236 NP NP NP 21,6 115 NP 150 NP 115 NP 160

3me 235/180 NP NP NP 20 95 NP 140 NP 100 NP 150

2me 179/141 NP NP NP 18 85 NP 120 NP 90 NP 130

1er 140/100 NP NP NP 17 70 NP 80 NP 80 NP 125

(1) Voir tableau suivant pour le type de TBA utilisable(2) 200 km/h dans le futur rfrentielNP = non prcis, mais sachant que, pour le type de rail et lespacement maxi des traverses, les conditions indiquessont bases sur le type de pose de lpoque qui tait fonction du groupe Demaux.Dautre part, pour la masse lessieu des trains de catgorie III, la consigne de 1981 considre la masse lessieu desautorails de lpoque.


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insuffisances de dvers limites applicables aux trains de la catgorie I

GroupesDemaux

Insuffisance de dvers limite (en mm)

Charge C(20 t / essieu)

Charge D(22.5 t / essieu)

Charge E

(25 t / essieu)

3, 4 et 5Nor110

Max130

Nor110

Max130

Nor

110 (1)Max

130 (1)

2 110 120 100 11075 sur VS

interdit sur VP

1 75 80

75 / rail DC

interdit / railVignole interdit

VS : voie de service, VP : voie principaleSur rail DC, appliquer les valeurs normales.(1) I < 75 mm sur le groupe 3, la vitesse max tant de 30 km/h


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vitesses possibles en fonction des traverses :TRAVERSES

V

140 140 < V

160V > 160

VAX U20 Autoris Interdit

VAX U21 Autoris Interdit(1)

VAX U31 Autoris

VAX U41 Autoris

Monobloc U31

et U41Autoris

Bois Autoris

Mixit Bois /VAX U20 Autoris Interdi(1) Interdit

Mixit Bois /

VAX U21

ou Bois /

Monobloc U31

Autoris Interdit

(1) drogation possible pour les circulations de catgorie III. admis uniquement sur pose existante


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Un autre classement des lignes existe galement. Il

sagit de la classification UIC.La classification des voies de lignes est tablie sur la base d'un traficfictifTf2 dont l'expression est la suivante :

Tvdsigne le tonnage journalier voyageurs exprim en tonnes brutes

remorques,T

mdsigne le tonnage journalier marchandises exprim en tonnes brutes

remorques,T

tdsigne le tonnage journalier des engins de traction exprim en tonnes(1)

Km

est un coefficient qui vaudra normalement 1,15 et pour les voiessupportant un trafic prpondrant d'essieux de 20 tonnes, 1,30(2)

Kt

est un coefficient gal 1,40(2)

Tf2 = STvKmTmKtTt


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S est un coefficient de qualit de la voie qui pourra prendre des valeurssuivantes :

1) On comprendra en principe dans le tonnage des engins de traction T t les automotrices voyageurs dont la chargepar essieu est suprieure 17 tonnes, les autres tant comprises dans le tonnage voyageurs T

v.

2)Km

et Ktsont des coefficients tenant compte la fois de la charge et de l'agressivit des essieux actuels.


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Le coefficient S pourra avoir une mme valeur entre les deuxextrmits d'un mme tronon de ligne mme s'il existe, sur cetronon, une ou plusieurs fractions sur lesquelles, pour desraisons diverses (trac notamment), la vitesse des trains estinfrieure celle qui est pratique sur le reste du tronon.

Ce coefficient pourra mme avoir la mme valeur pour unensemble de tronons d'une mme ligne et correspondre lavitesse maximale pratique sur ces tronons.


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Les voies des lignes sont classes, selon la valeur de leur

trafic fictif, en neuf groupes(3)

suivant les seuils ci-aprsGroupe 1 Tf2 > 120 000

Groupe 2 120 000 Tf2 > 85 000

Groupe 3 85 000 Tf2 > 50 000

Groupe 4 50 000 Tf2 > 28 000

Groupe 5 28 000 Tf2 > 14 000

Groupe 6 14 000 Tf2 > 7 000

Groupe 7 7 000 Tf2 > 3 500

Groupe 8 3 500 Tf2 > 1 500

Groupe 9 1 500 Tf2

3) Les 7e, 8e et 9e groupes sont scinds selon qu'ils comportent (AV) ou non (SV) des lignes parcourues par descirculations "voyageurs"


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Le trafic fictif est dtermin pour chacune des deux voies

d'une ligne ou d'un tronon de ligne double voie, mais lesdeux voies seront en gnral regroupes sous un mmeclassement (en principe celui de la voie la plus charge).

Sur les lignes plus de deux voies, les voies dites "bis"pourront tre classes dans un groupe diffrent.

Le trafic fictif est calcul par tronon de ligne d'une longueurminimale de l'ordre de 50 km, sauf justification particulire (parexemple, tronc commun plusieurs lignes sur une faiblelongueur).

Le groupe UIC sert notamment dterminer ledimensionnement des structures, larmement et aussilentretien.


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Les Longs Rails Souds (LRS)

Dautres limites de trac sont imposes par larmement , les limitesde rayon dues aux contraintes lies laugmentation de tempraturedans les longs rails souds.

Ces limites sont traites dans lIN 2915.

celle-ci reprend, en fonction de larmement, rail, planch, attaches,du dfaut de dressage et du groupe UIC de la ligne les rayonsminimaux autoriss associs au profil de banquette de ballast.


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Exemple pour un dfaut de dressage de 14 mm, V > 80 km/h desgroupes UIC 1 6 et 7AV 9AV

Profils de rails

46 E 2 50 E 6 / 50 E 1 60 E 1

Rayon minimal de pose en mtres lorsque la voie est ballasteau profil

Cla

ssede

tra

verses

Tra

velage

T

r/km

Plein

Re

nforc

Plein

Re

nforc

Plein

Re

nforc

Classe 41666t/km

500 300 500350 (monobloc)300m (bibloc)

500m400 (monobloc)

300 (bibloc)


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Les rayons minimaux ont t fixs la suite de calculs de stabilitde la voie. La valeur du rayon minimal autoris pour la pose desLRS dpend :

du profil de rail,

du type de traverse et pour les traverses bton de la classe dfinie avecune distinction entre les traverses monoblocs et les traverses bibloc.

du profil de ballast,

de la valeur du dfaut de dressage ponctuel mesur sur base de 10 m(paramtre de dressage suivant normes de gomtrie IN2640 etIN1895).

du travelage.


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102030405060708090

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

280

290

300

310

320

330

340

350

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650Comparaison Insuffisance limites de dformation - Insuffisance limites de confort

I dripage 17 t /essieux I dripage 22,5 t /essieux I confort

VITESSES

INSUFFISANC

ES


Insuffisances limitesde dformations(pose surtraverses btons)

Imm 5002250

Ptonnes1,5V km/h

Trains classiquesTGV


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Diagramme R=f(V) pourInominal trainsautomoteurs, TGV etpendulaires (260)

Pour les vitesses leve,la condition de scuritprime sur la condition deconfort, cest pourquoilinsuffisance admissiblediminue avec les

vitesses importantes.Au del de 260 km/h, le

pendulaire nest plus dutout pertinent.

100

110 1

20

130 1

40

150 1

60

170 1

80

190 2

00

210 2

20

230 2

40

250 2

60

270 2

80

290 3

00

310 3

20

330 3

40

350

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Conditions de confort et de scurit(calcul pour P 17t et d nominal 160/180)

I 65 I 75 I 80

I 100 I 110 I 160

I 260 Pendulaire Scurit

VITESSES

RAYONS


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Ce qui donne pour les normes TGV voyageurs :

Vitesse (km/h) V 230 270 300 320 350Coefficient de ligne(RP) K 390 000 576 000 720 000 850000 1 100 000Dvers (mm) d = K /RLimite maximale d 180 180 180 180 180

Insuffisance de dvers (mm)

Limite normale

Limite exceptionnelle

I

110

140

100

130

80

100

75

90

65

80

Variation d'insuffisance dedvers (mm/s)

Limite normale


I/t

30

50

Variation de dvers (mm/m)

Limite normale


d/L

180/V

216/V


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Interdpendance signalisation

Lors d'tudes de relvement de vitesse sur une voie dont l'ge desrails est antrieur ou gal 1965, compte tenu de la forte prsencede carbone lie aux mthode d'laboration de l'acier et du manquede fiabilit des contrles de sant interne lors de la fabrication avantcette priode, si la signalisation n'est pas assure par circuit de voie(ex : compteur d'essieux) ou si elle l'est par circuit de voie mono rail,du fait de la non possibilit de dtection des cassures de rail,l'augmentation de vitesse ne sera pas accorde.


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LES TUDESLES TUDESDE TRACDE TRAC


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Consquences trac Consquences trac

tudier un trac de voie, cest

calculer une gomtrie et uneposition de la voie en tenantcompte de ses constituants enfonction des ses environnants.

nous sommes en prsence dunsystme. situation donne,la meilleure solution nest pas

forcment laddition desmeilleures solutions de chacunde ses lments

Armem

ent

Armem

ent

Gomtrie

Gomtrie

Positi

on

Positi

on

EnvironnantsEnvironnants

Trac =Espace

g , p ,a dg dp da


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Consquences trac Consquences trac

Nous venons de vo

Documents

Trace de voie_notes.pdf