BE1017257A5

BE1017257A5 - Assise a niveau vibratoire reduit pour voie ferree.

Info

Publication number: BE1017257A5
Application number: BE2006/0444A
Authority: BE
Original assignee: Vanhonacker Patrick
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-05-06
Also published as: CA2598540A1; US20080054086A1; EP1895052A1

Abstract

Un système de support pour rails de voie ferrée sur un chemin de voie, comprenant plusieurs plaques de répartition en matière rigide (13) disposées côté à côte sur le chemin de voie, chaque plaque de répartition ayant une superficie et une épaisseur prédéterminées de manière que sa première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des roues d'un véhicule sur les rails. Les différentes plaques de répartition sont avantageusement relièes entre elles par des joints permettant la pivotement de chaque plaque de répartition par rapport aux plaques de répartion adjacentes. Les plaques de répartion peuvent être posées sur le sol du chemin de voie ou sur le radier d'un tunnel et elles peuvent également être intégrées dans le revêment d'une voirie. Les plaques de répartition peuvent porter les rails de la voie ferré, des appareils de voie, des systèmes de fixation sur lesquels viennet se fixer les rails ou encore un ballast qui lui-même porte des traverses sur lesquelles se fixent les rails de la voie ferrée.

Description

ASSISE A NIVEAU VIBRATOIRE REDUIT POUR VOIE FERREE

La présente invention concerne les systèmes de support pour voie ferrée sur un chemin de voie.

Une voie ferrée pour tramway, métro ou train génère toujours des vibrations qui se propagent dans et nuisent à l’environnement. Les niveaux vibratoires engendrés dépendent des caractéristiques des véhicules circulant sur la voie ferrée et des caractéristiques du chemin de voie. Pour une voie ballastée standard, la fréquence principale des vibrations générées se situe aux environs de 60 Hz. Cette fréquence est déterminée par la raideur du ballast et de sa sous-couche, et par la masse non suspendue du bogie du véhicule circulant sur la voie ferrée. Pour une voie posée directement sur béton, la fréquence principale des vibrations générées se situe dans une gamme de 40 à 60 Hz, en fonction de la raideur du système de fixation des rails. Cette fréquence est déterminée par la raideur du système de fixation de rail et du radier en béton, et par la masse non suspendue du bogie du véhicule.

Sur le plan de la propagation des vibrations, il se trouve qu’une voie posée sur un sol rigide (par exemple un sol rocheux) résulte en des niveaux vibratoires ayant une amplitude moins importante qu’une voie posée sur un sol souple (par exemple un sol argileux). D’autres part, les vibrations générées dans un sol rigide se propagent plus loin (elles sont moins amorties) que dans un sol souple, plus amortissant.

La présente invention a pour but de réduire le niveau vibratoire engendré par le passage des bogies des véhicules circulant sur les rails, quel que soit l’assise du chemin de voie ferrée. Cet objectif est atteint suivant l'invention par un système de support pour rails de voie ferrée comprenant plusieurs plaques de répartition dynamiquement très rigides disposées côte à côte sur le chemin de voie, en dessous de la voie ferrée, chacune de ces plaques de répartition ayant une surface et une épaisseur prédéterminées de manière que sa première fréquence de résonance soit supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des bogies d’un véhicule circulant sur la voie ferrée.

Les plaques de répartition précitées sont des plaques relativement courtes, assez épaisses, qui s'étendent sur le sol, en dessous de la voie ferrée. Ces plaques peuvent êtres jointives avec des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque de répartition par rapport aux plaques adjacentes. Les plaques de répartition peuvent être faites en béton, en matériau composite, ou autre matériau capable de répartir les charges des véhicules devant circuler sur la voie ferrée. Elles peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).

Ainsi, au lieu d’exciter le sol très localement en dessous d’un bogie du véhicule circulant sur la voie ferrée, l’excitation se distribue sur une grande surface (sans amplification dynamique), avec comme résultat un niveau vibratoire plus faible. Un gain vibratoire d’au moins 8 dB est obtenu en utilisant une telle plaque de répartition sur un sol classique non rocheux. Cette réduction du niveau vibratoire s’explique comme suit : au lieu que les efforts dynamiques des quatre roues d’un bogie soient répartis sur 4 m2 (soit 4 fois 1m2), les efforts sont ici répartis sur une surface d’au moins 10 m2 (en considérant une plaque de répartition de 4m de long et 2,5 m de large), ce qui donne un facteur 2,5 (ou environ 8 dB) de réduction de l’amplitude vibratoire. Cette répartition des efforts dynamique résulte en un niveau vibratoire du sol en dessous de cette plaque de répartition, nettement inférieur à celui que l’on aurait sans cette plaque de répartition.

Pour être efficace, chaque plaque de répartition doit avoir une première fréquence de résonance supérieure à environ 1.4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage d’un véhicule sur les rails de la voie ferrée. Dans le cas où cette première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement est de 57 Hz, par exemple, la première fréquence de résonance de la plaque de répartition doit être supérieure à 80 Hz. Ainsi, lors du passage d’un véhicule sur la voie ferrée au-dessus de la plaque de répartition, celle-ci se déforme conformément à sa déformation statique, sans avoir des amplifications dynamiques importantes, dues aux résonances.

Dans l’exemple cité ci-dessus, pour arriver à une première fréquence de résonance de la plaque de répartition supérieure à 80 Hz avec une dalle en béton ayant une longueur de 4 m (et pas plus large que 4m), il faut qu’elle ait une épaisseur d’au moins 400 mm.

Chaque plaque de répartition dans le système de support suivant l’invention peut être réalisée sous la forme d’une poutre simple ou sous toute autre forme appropriée pourvu qu’elle ait une première fréquence de résonance (torsion ou flexion) supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement par le passage d’un véhicule circulant sur les rails de la voie ferrée. Les plaques de répartition peuvent être utilisées en dessous de voies normales (en alignement et en courbes), en dessous d’appareils de voie ou en dessous d’un ballast. Elles peuvent être posées sur le sol ou éventuellement intégrées dans le revêtement d’une voirie de train ou tramway. Elles peuvent être posées sur le radier d’un tunnel de métro ou de train.

D’autres détails et particularités de l’invention ressortiront de la description des dessins ci-annexés, qui illustrent des exemples de mode de réalisation de l’invention.

La figure 1 montre une coupe longitudinale dans un système de support de voie ferrée suivant l’invention, avec ballast;

La figure 2 est une vue en plan montrant les plaques de répartition de la figure 1 ;

La figure 3 montre une coupe longitudinale dans un système de support de voie ferrée suivant l’invention pour fixation de rails sur blocs de béton ;

La figure 4 est une vue en plan du système de support de voie ferrée de la figure 3 ;

La figure 5 montre une vue en plan d’un système de support de voie ferrée suivant l’invention pour intégration de rails dans des plaques de répartition en béton;

La figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne A-A de la figure 5 ;

La figure 7 illustre quelques sections transversales possibles pour les plaques de répartition.

Se reportant aux figures 1 et 2, on voit un exemple de système de support de voie ferrée suivant l’invention avec ballast. Le système de support de voie ferrée, désigné dans son ensemble par la référence 10, comprend des traverses 11 sur lesquelles viennent se fixer les rails (non représentés) d’une manière habituelle, et un ballast 12. Conformément à l’invention, en dessous du ballast s’étend un ensemble de plaques de répartition dynamiquement rigides13, qui elles-mêmes reposent sur le sol du chemin de voie14. Les plaques de répartition 13 sont des plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol, en dessous du ballast. Elles peuvent êtres jointives avec des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Chaque plaque de répartition 13 a une surface et une épaisseur prédéterminées de manière à présenter une première fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance du système roue/rail. Cette dernière fréquence de résonance est déterminée par la raideur du ballast et par la masse non suspendue du bogie d’un véhicule circulant sur la voie ferrée. En général, la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement par le passage d’un véhicule circulant sur la voie ferrée se situe en dessous de 60 Hz.

Pour être efficace, chaque plaque de répartition doit avoir une première fréquence de résonance supérieure à environ 1,4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage d’un véhicule circulant sur la voie ferrée. Dans le cas où cette première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement est de 57 Hz, par exemple, la première fréquence de résonance des plaques de répartition doit être supérieure à 80 Hz. Ainsi, lors du passage d’un véhicule sur la voie ferrée au-dessus d’une plaque de répartition, celle-ci se déforme conformément à sa déformation statique, sans avoir des amplifications dynamiques importantes, dues aux résonances.

Pour arriver à une première fréquence de résonance de la plaque de répartition supérieure à 80 Hz avec une dalle en béton de 4 m de long, par exemple, (et pas plus large que 4m) il faut que chaque plaque de répartition ait une épaisseur d’au moins 400 mm.

Les efforts dynamiques engendrés par le passage des quatre roues d’un bogie sur un tronçon de la voie se trouvent ainsi répartis sur la surface de la plaque de répartition située en dessous dudit tronçon de voie au lieu qu’ils soient appliqués très localement (4 fois 1 m2) sur le sol. Il en résulte un niveau vibratoire plus faible excitant le sol. En utilisant une plaque de répartition 13 ayant une surface d’au moins 10 m2 (en considérant une plaque de répartition de 4m de long et 2,5 m de large) sur un sol classique non rocheux, l’amplitude vibratoire appliquée au sol se trouve réduite d’un facteur 2,5 (soit environ 8 dB).

Les plaques de répartition 13 peuvent être faites en béton, en matériau composite ou autre matériau capable de répartir les charges des véhicules devant circuler sur la voie ferrée. Elles peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).

Dans le système de support de voie ferrée suivant l’invention, les plaques de répartition 13 peuvent également être prévues pour la fixation directe des rails sur béton par l’intermédiaire d’un système de fixation de rail (discret ou continu) quelconque. Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de réalisation d’un système de support de voie ferrée pour fixation directe des rails au moyen de systèmes de fixation de rail 15 fixés sur plusieurs plaques de répartition 13. Celles-ci peuvent être intégrées dans le revêtement de la voirie. Les plaques de répartition 13 sont des plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol 14. Ces plaques de répartition peuvent êtres réunies par des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Elles peuvent être fabriquées sur place ou préfabriquées (modules).

Les figures 5 et 6 représentent un système de support de voie ferrée suivant l’invention dans lequel les rails se trouvent intégrés dans les plaques de répartition. Celles-ci comportent des rainures 13A dans lesquelles peuvent être intégrés les rails (non représentés). Les plaques de répartition elles-mêmes peuvent être intégrées dans le revêtement de la voirie. Elles consistent en plaques relativement courtes, assez épaisses qui sont disposées l’une derrière l’autre sur le sol, et qui peuvent êtres réunies par des joints qui permettent la libre rotation d’une plaque par rapport aux plaques adjacentes. Comme indiqué plus haut, ces plaques de répartition peuvent être fabriquées sur place ou être préfabriquées (modules).

Les systèmes de support de voie ferrée selon l’invention peuvent être utilisées en dessous de voies normales (en alignement et en courbes) et en dessous des appareils de voie.

Comme indiqué plus haut pour le cas d'une voie ballastée, chaque plaque de répartition doit avoir une surface et une épaisseur prédéterminées, de manière que sa première fréquence de résonance soit supérieure à 1,4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par la circulation d’un véhicule sur la voie ferrée. Le comportement des plaques de répartition et la réduction de l’amplitude vibratoire qui en résulte sont les mêmes que dans le cas d’une voie ballastée.

Chaque plaque de répartition peut être réalisée sous la forme d’une poutre simple comme illustré à la figure 7A ou toute autre forme appropriée pourvu qu’elle ait une première fréquence de résonance supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par la circulation d’un véhicule sur la voie ferrée comme il a été indiqué plus haut. Les figures 7B à 7D illustrent quelques exemples de section transversale pour les plaques de répartition 13. La figure 7B montre une section comportant une plaque portante 13 avec des flancs latéraux 13B qui s’étendent vers le dessous de la plaque portante. La figure 7C montre une section qui diffère de celle de la figure 7B par la présence d’une nervure longitudinale 13C. Plusieurs nervures pourraient également être prévues. La figure 7D montre une section dans laquelle la plaque 13 comporte des rainures 13A destinées à recevoir les rails de la voie ferrée.

Claims

1. Système de support pour rails de voie ferrée sur un chemin de voie (14), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs plaques de répartition en matière rigide (13) disposées côte-à-côte sur le chemin de voie, en dessous de la voie ferrée, chaque plaque de répartition ayant une superficie et une épaisseur prédéterminées de manière que sa première fréquence de résonance soit supérieure à la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des roues d’un véhicule circulant sur les rails.

2. Système de support pour rails de voie ferrée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes plaques de répartition (13) sont reliées entre elles par des joints permettant la pivotement de chaque plaque de répartition par rapport aux plaques de répartition adjacentes.

3. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première fréquence de résonance de chaque plaque de répartition (13) est supérieure à 1,4 fois la première fréquence de résonance des vibrations engendrées localement dans les rails par le passage des roues d’un véhicule circulant sur les rails.

4. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaque de répartition (13) est posée sur le sol du chemin de voie.

5. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaque de répartition (13) est posée sur le radier d’un tunnel.

6. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaque de répartition (13) est intégrée dans le revêtement d’une voirie.

7. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une plaque de répartition (13) est posée sous un appareil de voie.

8. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque plaque de répartition (13) comporte des rainures (13A) pour recevoir les rails de la voie ferrée.

9. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’au moins une plaque de répartition (13) porte un ballast (12) qui lui-même porte des traverses (11) sur lesquelles viennent se fixer les rails.

10. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’au moins une plaque de répartition (13) porte des systèmes de fixation (15) sur lesquels viennent se fixer les rails.

11. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque plaque de répartition (13) est réalisée sous la forme d’une poutre.

12. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins une plaque de répartition (13) comporte des flancs latéraux (13B) s’étendant vers le dessous de la plaque.

13. Système de support pour rails de voie ferrée selon l’une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisée en ce qu’au moins une plaque de répartition (13) comporte en outre au moins une nervure longitudinale (13C).