Brevet FR2511405A1 — publié le 19830218

L'invention concerne dispositif amortisseur pour voie ferrée traditionnelle, la voie ferrée étant constituée de rails posés sur des traverses, celles-ci reposant sur un ballast formé de pierre cassée. La plupart des voies ferrées "anciennes" actuellement en exploitation sont constituées classiquement de rails fixés sur des traverses de bois, ellesmimes posées sur un ballast de pierre concassée. L'épais- seur du ballast assure une élasticité convenable de la voie, lors du passage des charges et limite la transmis- sion des vibrations aux zones voisines. I1 faut toute- fois remarquer que l'amortissement des vibrations par le ballast n'était pas l'effet principal recherché. L'é- volution des idées et notamment la recherche d'un cadre de vie plus agréable a amené les utilisateurs à se penw cher sur le problème de la diminution du bruit et des vibrations.Ce problème a reçu une ébauche de solution pour des tronçons relativement courts de voies t'nouvel- les". Le ballast de pierre cassée a été remplacé par une fondation en béton de ciment ou en béton noir dans laquelle on a prévu des alvéoles recevant des blocs de ciment supportant les rails et remplaçant les traverses de bois. Les blocs sont munie de sabots en caoutchouc qui les maintiennent élastiquement dans les alvéoles. La transmission des vibrations se trouve ainsi diminuée, mais au prix d'une augmentation des courts. Aussi ce type de voie ferrée dite "sans ballast" est-il réservé au cas où des travaux de génie civil importants ne peuvent Entre évités, tels que le passage en tunnel ou sur des ouvrages d'art et à ceux où une diminution du bruit et des vibrations est indispensable comme dans les stations ou dans des zones urbaine8 limitées. I1 n'est évidemment pas possible d'aménager les voies traditionnelles avec des sabots semblables à ceux utilisés pour les voies sans ballast. En effet, dans ces dernières, les surfaces en regard, fondation et bloc, présentent des surfaces lisses permettant de répartir uniformément sur toute la surface du caoutchouc les pressions dues au passage des convois.Dans le ballast en pierre cassée, les ar8tes et les angles concentrent les efforts sur des surfaces très faibles et pé mètrent éventuellement dans le bois des traverses. B'in- terposition de matériaux élastiques entre le ballast et les traverses semble donc exclu et effectivement des essais menés dans cette direction n'ont pas abouti, par suite de phénomènes de poinçonnage et de la création de ponts rigides transmettant les vibrations.La sélec- tion de matériaux élastiques convenables a demandé de très nombreux essais et l'invention a pour objet la réar lisation d'un dispositif d'amortissement utilisable pour des voies à ballast conventionnel, neuves ou anciennes, constitué b partir de matériaux élastiques présentant des caractéristiques mécaniques particulières. Les explications et figures données ci-aprèss à titre d'exemple permettront de comprendre ciment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe partielle du dispositif amortisseur. La figure 2 représente une vue en perspective d'une voie ferrée sur ballast équipée du dispositif amor- tlsseur. La iigure 1 représente, en coupe partielle, le dispositif d'amortissement selon l'invention. n est constitué d'une plaque rectangulaire monobloc 1 constituée selon son épaisseur de deux qualités d'élastomère. La couche inférieure 2 est avantageusement en caoutchouc compact ou en un matériau plastique d'une dureté suffisante (80 à 95 Shore A) résistant au déchirement et au poinçonnement et présentant les caractéristiques suivantes Résistance à la rupture 130 da N/cm2 Âllongement à la rupture 200% Déchirement angulaire 30 da /cm Indice abrasion (méthode DYN 53.516) 250 Cette couche a pour fonction essentielle d'assurer la protection de la couche supérieure 3 contre l'effet agressif du ballast. La couche supérieure 3 est un caoutchouc à structure microcellulaire fermée. Selon différentes formes de réalisation, le dispositif antivibratoire est constitué de plaques tg6- néralement 2) (iigure 2) placées entre la traverse 6 portant les rails 7, 8 et le ballast 9. Dans cette réalisation, chaque plaque a une dimension correspondant à la largeur de la traverse et 11 autre dimension au moins égale à la largeur du patin 10 du rail. De préférence et comme montré sur la figure 2, la seconde dimension de la plaque sera plus grande que celle du patin de rail, afin de permettre un positionnement plus aisé du dispositif. Les caractéristiques du caoutchouc microcellulaire employé pour réaliser les plaques du dispositif antivibratoire étant comprises dans un domaine assez restreint, la surface portante des plaques sera calculée de manière que les contraintes qui lui sont appliquées au passage des convois ne dépassent pas ses caractéristiques physiques. L'épaisseur des plaques est faible et se situe entre 8 et 20 mm. La couche supérieure en caoutchouc microcellu- laire à cellules étanches est en général obtenue à par tir de caoutchouc synthétique résistant aux intempéries. On choisit un produit de masse volumique compris entre 1 g/cm3 et 0,40 g/cm3. La masse volumique est en relation directe #R avec l'écrasement sous charge, ou rigidité statique - #Z et la perte d'élasticité. Les valeurs de rigidité statique s'échelonnent entre 130 et 300 da N/mm d'écrasement pour des masses volumiques de 0,4 g/cm3 à 1 g/cm3. La valeur de la perte d'élasticité est de l'or- dre de 30 à 40 de l'épaisseur initiale pour une densité voisine de 0,40 et de 5 à 15% pour une densité voisine de 1. La valeur d'enfoncement lent est de l'ordre de 50 à 70% de l'épaisseur initiale pour une densité voisine de 0,40 et de 10 à 40% pour une densité voisine de 1. La définition de ces caractéristiques est donnée ci-après. La rigidité statique #R est le quotient des #Z variations de charge R par les variations de déplacement (ou déformations par écrasement) Z obtenues lors d'un essai charge-déformation par application de charges variables de 100 en 100 kg Jusqu'd 1000 kg pour une section de 200 cm2. La valeur d'enfoncement lent s'exprime selon la formule Epaisseur initiale - épaisseur finale x 100 épaisseur initiale avec application d'une charge permanente (500 kg par exemple) à température ambiante (15 à 25 C) pendant une durée suffisante (14 jours par exemple), la déformation étant mesurée 1 minute après l'application, puis toutes les 48 heures par exemple. Cet valeurs décroissent au fur et à mesure que la densité augmente; le gaz occlus dans les microcellules est généralement de l'azote. L'interposition du dispositif siortisseur selon l'invention, entre la traverse et le ballast, permet d'absorber plus de la moitié de l'énergie vibratoire transmise initialement aux structures riveraines. Cet isolement vibratoire se traduit par une réduction de l'ordre de 8 décibels du bruit de grondement perçu à l'intérieur des habitations voisines pendant le passage du train. Le procédé de fabrication du matériau composite formant le dispositif amortisseur consiste selon une première méthode à prendre une feuille de chacun des matériaux : élastomère compact et élastomère micro cellulaire à cellules fermées de caractéristiques déter- minées et à les assembler par collage. Le collage est réalisé par enduction et mise en contact des faces préparées. Le matériau ainsi obtenu est ensuite découpé aux dimensions des dispositifs amortisseurs. La fabrication des matériaux en plaques comprend les opérations suivantes - pour l'élastomère compact : la préparation du mélange, la mise en plaques, la vulcanisation; - pour l'élastomère microcellulaire : la préparation du mélange, la mise en plaques, une première cuisson dite "de vulcanisation", une deuxième cuisson dite "de stabilisation". Belon une deuxième méthode préférée, une partie des opérations est menée simultanément dans le meme outillage. Auprès mise en plaques de l'élastomère compact, celui-ci est placé dans l'outillage servant à la fabrication de l'élastomère microcellulaire avant la deuxième cuisson ou cuisson de stabilisation et les opérations de vulcanisation du matériau compact et de stabilisation du matériau microcellulaire sont menées simultanément. La liaison des deux matériaux s'effectue sous presse pendant la phase piteuse de l'élastomère compact. L'accrochage des deux matériaux est parfait et donne une plaque composite monobloc dans laquelle on découpe les dispositifs amortisseurs. Les dispositifs amortisseurs, selon l'invention, présentent, outre l'amortissement des vibrations, une grande facilité d'emploi même pour des voies déSà existantes. Leur mise en place se fait par simple levage d'une portion de voie, la hauteur de levage devant être un peu supérieure à l'épaisseur du dispositif, c'est i-dire de I'ordre de quelques centimètres. L'utilisation de tels dispositifs amortisseurs présente, en outre, l'avantage de donner à la voie une élasticité suffisante diminuant le tassement du ballast ou éventuellement remplaçant l'élasticité d'un ballast tassé. les dispositifs amortisseurs, selon l'invention, peuvent être utilisés dans tous les domaines gdné- rateurs de vibrations tels que les machines-outils, les presses à emboutir, les moteurs, etc.. REVENDICATIONS 1. Dispositif amortisseur pour voie ferrée traditionnelle, la voie ferrée étant constituée de rails posés sur des traverses, celles-ci reposant sur un bal- last formé de pierres concassées, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une plaque monobloc (4, 5) placée entre la traverse (6) et le ballast (9) et présente selon son épaisseur deux qualités d'elastombre, un élas tombe microcellulaire à cellules fermées (3) contre la traverse et un élastomère compact (2) contre le ballast. 2. Dispositif amortisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce outil est constitué de deux plaques (4, 5) disposées au voisinage des extrémités de la traverse et dont une partie au moins s'4teni sous le patin (10)du rail (7, 8). 3. Dispositif amortisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque monobloc est constituée d'une épaisseur d1élastomère compact (2) et d'une épaisseur d'élastomère microcellulaire (3), solidarisées l'une à l'autre par collage. 4. Dispositif amortisseur selon la revendi- cation t ou 2, caractérisé en ce que la plaque monobloc est constituée d'une épaisseur d'élastomère compact (2) et d'une épaisseur d'élastomère microcellulaire (3), solidarisées l'une à l'autre par vulcanisation. 5. Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élastoinère compact a une dureté comprise entre 80 et 95 Shore A, une résistance à la rupture de l'ordre de 130 da B/cm2, un allongement à la rupture de tordre de 200%, un déchirement angulaire de l'ordre de 30 da E/cm et un indice abrasion de l'ordre de 250. 6. Dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élastomère microcellulaire a une densité comprise entre 0,4 et 1, avec une rigidité statique comprise respective- ment entre 130 et 300 kg/mm, une perte d'élasticité cofr prise entre 40% et 5* et une valeur d'enfoncement lent comprise entre 70% et 10% de l'épaisseur initiale. 7. Procédé pour la préparation de plaques pour le dispositif amortisseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, la fabrication de llé- lastomère compact comprenant la préparation du mélange, la mise en plaques, la vulcanisation, et celle de l'é blastomère microcellulaire : la préparation du mélange, la mise en plaques, une première cuisson de vulcaniss- tion, une deuxième cuisson de stabilisation, chaque é blastomère étant préparé dans un outillage séparé, caractérisé en ce que l'élastomère compact, après la mise en plaques est mis dans l'outillage de l'élastomère miorocellulaire après la première cuisson de vu1canisa- tion et avant la deuxième cuisson de stabilisation, les deux élastomères subissent alors sous presse la vulcanisation et la deuxième cuisson de stabilisation, après quoi le matériau composite obtenu est découpé en plaques de dimensions voulues.