Brevet FR2615875A1 — publié le 19881202

SYSTRIE SUPPORT POUR RAILS DE VOIE PERAHE, UTILISATION DAIS LE IHIPLICRIBIT DU BALLAST DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne, en tant que produit industriel nouveau, un système support pour rails de voie ferrée. Elle concerne également l'utilisation de ce système dans le domaine du remplacement du ballast tout en rendant la voie ferrée à son activité pendant son service normal. ART ANTERIEUR On sait que le ballast de voie ferrée ancienne présente un certain nombre d'inconvénients, notamment les bruits et vibrations émis lors du passage des trains. Ces bruits et vibrations sont particulierement genants pour le voisinage dans le cas de voies ferrées sur ballast installées sous le donaine privé, surtout lorsque lesdites voies ferrées sont en courbe. Pour pallier ces inconvénients, on sait que l'on a proposé de remplacer le ballast des voies ferrées par du béton. Cette technique convient lors de la construction de nouvelles lignes de voies ferrées, mais les durees de terrassement, de traitement et de prise qu'elle implique, sont si longues que le remplacement du ballast d'une voie ferrée existante, que l'on veut maintenir en activité, par du béton exige l'installation de chantiers de plusieurs POiS, voire d'un an ou plus par ki linéaire de voie avec des vitesses de passage de trains de l'ordre de 10 km/h environ. En particulier, dans le cadre du remplacement du ballast d'une voie de rails de metro par du béton, il faut attendre que la résistance à la compression du beton qui est requise soit atteinte avant de pouvoir faire passer les trains sur la voie définitive. A l'heure actuelle, la technique de reiplacement du ballast par du béton déposé sur le radier de la voie exige au moins trois jours avant circulation des trains sur ladite voie définitive. OMRT DE L'INVENTION Suivant l'invention, on propose une nouvelle solution technique pour le remplacenent du ballast des voies ferrées, cette technique étant utilisable aussi bien lors de la construction de nouvelles lignes que lors de la réfection de lignes existantes que l'on souhaite sans ballast afin de limiter les bruits et vibrations gênants. Suivant l'un des aspects de l'invention, on se propose de remplacer le ballast d'une voie existante tout en maintenant ladite voie en activité de façon a y faire circuler des trains en toute sécurité a des vitesses supérieures à io knih, par exemple 30 ki/h, à la différence des solutions techniques de l'art antérieur. La nouvelle solution technique selon l'invention repose sur la transposition d'une technique routière aux exigences de la technique ferroviaire. DESCRIPTION DETAILLEE DR L' IlVEITICI La nouvelle solution technique que l'on préconise et en oeuvre un systéne porteur pour rails de voie ferrée conportant une couche ayant un indice portant inédit (IPI) élevé, qui est généralement supérieur å celui des meilleurs natériaus. de terrassement et soubassement utilisés de façon classique dans le domaine des routes. Suivant l'invention, on préconise donc un système porteur pour rails de voie ferrée pour le remplacement du ballast, caractérise en ce qu'il.conporte au moins une couche comprenant un mélange compacté de a) 70 & å 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou égale à 35 ms environ, et b) 2 à 20 parties en poids d'un liant hydraulique de granulométrie inférieure ou égale à 5 mm environ, ledit mélange ayant une teneur en fines comprise entre environ 10 et environ 20 % en poids par rapport au poids dudit mélange, une maniabilité d'une durée inférieure ou égale à 48 h å compter de son obtention par malaxage avec de l'eau, ladite couche présentant sous charge un tassement inférieur ou égal å 4 E 24 h après son coEpactage. Il est important que ledit mélange compacté ait une teneur en fines comprise entre environ 10 et 20 Z en poids. De façon avantageuse on utilisera en tant que charge des graves ayant une granulometrie inférieure ou égale à 31,5 n, et lieux des sables ayant une granulométrie inférieure ou égale à 6 n. Le liant hydraulique sera avantageusement choisi parmi l'ensemble constitué par les ciments, les laitiers de hauts fourneaux et leurs mélanges. En pratique, on dispose de deux variantes de mise en oeuvre suivant la nature du liant hydraulique. Si l'on utilise un ciment, l'on fera appel à une couche comprenant un mélange compacte de a) 70 à 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou égale à 35 mm environ, et b) 2 à 6 parties en poids d'un ciment de granulométrie inferieure ou égale à 5 mm environ, l'ensemble charge-ciment conférant audit mélange compacte une résistance S la compression supérieure ou égale å 15 KPa å 28 jours. Si l'on utilise un laitier de hauts fourneaux, on recommande d' incorporer audit mélange un moyen activant le laitier. En d'autres termes, la ou les couches du système porteur comprendront avantageusement un mélange compacté de a > 70 a 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou égale à 35 mm environ, b) 5 å 20 parties en poids d'un laitier prébroyé de granulométrie inférieure ou égale à 5 mm environ, et c) 0,5 à 2 parties en poids d'un Doyen activant du laitier de façon à conférer à l'ensemble charge laitier dudit mélange compacté une résistance à la compression supérieure ou égale à 10 JPa à 180 jours. Selon un node préféré de réalisation la couche comprend a) 94,5 à 78 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou égale à 31,5 mn environ, b) 5 å 20 parties en poids d'un laitier prébroyé de granulométrie inférieure ou égale à 5 mn environ, et c) 0,5 à 2 parties en poids d'un moyen activant du laitier. Le choix entre le ciment et le laitier qui sont des moyens intervenant au point b) ci-dessus dépendra essentiellement de la proximité desdits moyens-b). Comme activant du laitier, on peut utiliser un quelconque composant approprié et connu de l'homme du métier. Parmi les moyens utilisables, on recommande plus particulièrement selon l'invention ceux qui sont choisis parmi l'ensemble des matériaux contenant du calcium et susceptibles de produire de la chaux, notamment par addition d'eau ou d'une base alcaline forte. Conviennent à ce but, les sulfate de calcium, nitrate de calcium et halogénures de calcium, notaient le chlorure de calcium. Parmi ces matériaux, on peut mentionner le gypse (sulfate de calcium hydrate) ainsi que le produit commercialisé sous le nom de GYPSOhATZ qui renferme du gypse partiel le ment deshydrate, en tant que sources de chaux .Si on le souhaite, on peut anéliorer l'IPI conféré au mélange compacté charge-laitier-GYPSOBAT", qui est en général supérieur à 200 à 24 h en ajoutant une faible quantite de soude (7% en poids, par rapport au poids du GYPSONAT") au moment ou on procède au compactage du mélange a)- b)- c), i'IPI ainsi obtenu étant superieur ou égal à 400 å 24 h. Dans ce cas d'espèce, la potasse et la lithine sont moins efficaces que la soude pour doper le GYP.SONAT". Selon l'une des caractéristiques de l'invention, le système porteur comprend au moins une dite couche dudit mélange compacté présentant un indice portant immédiat (IPI), à la densité de l'Optimum Proctor Modifié, supérieur ou égal å 150. L'essai Proctor utilisé au laboratoire pour la mesure de l'IPI est celui qui est normalisé selon le "Xode Opératoire CT1" approuvé le 20 mai 1966 et publié chez Dunod à Paris en 1970, il correspond à la norme américaine D 698 T D 1577-58-T. Pour information, il est rappelé que suivant la meilleure technique routière -que l'on utilise a l'heure actuelle, on préfère faire appel 8. des couches de mélanges a + b ou a * b + c donnant un IPI de l'ordre de 50 d 80 à 72 h. La quantité d'eau qui intervient lors du malaxage du mélange comprenant la charge, le liant hydraulique et, le cas échéant, le moyen activant n'est pas critique. De préférence, on utilisera la -quantité d'eau optimale de l'Optimum Proctor Modifié qui est de 7 å 10 X en poids par rapport au poids de la charge. Selon une autre caractéristique de l'invention, le système porteur comprend (i) un sol d'assise constitué d'au noirs une couche dudit mélange compacté et (li) une dalle en béton disposée sur au moins une partie de la surface supérieure du sol d'assise et dans laquelle sont encaissées les traverses définitives de -la voie ferrée. lie façon avantageuse pour la mise en place du système support selon l'invention, on installe les traverses définitives de la voie en réfection de façon à ce qu'elles soient suspendues aux rails en-dessous de ceux-ci å l'aplomb de la surface supérieure du sol d'assise, pour maintenir la voie en activité, Jusqu'à ce que les bases desdites traverses soient enchaussées et bloquées dans la dalle de béton. La planéité de la surface supérieure du mélange compacté doit etre assurée å plus ou moins 5 mm au moyen d'un outil approprié. De façon avantageuse, on procède à la rectification de ladite face supérieure au moyen d'une fraise pour être à l'intérieur de l'intervalle t 5 mm sus-visé, tant que le mélange compacté est encore suffisamment maniable. On procède ulterieurement au coulage du béton destiné à recouvrir ladite surface supérieure et bloquer la base des traverses définitives. Le compactage de chaque couche dudit mélange a + b ou a + b + c est réalisé après mise en place de chaque couche au moyen notamment d'une plaque vibrante d'une masse de 500 a 1 000 kg. La compréhension de l'invention pourra etre facilitée par l'examen et la description des dessins annexés qui illustrent quelques exemples de modes de réalisation de l'invention parmi ses nombreuses variantes et adaptations accessibles à l'Homme de l'Art, dans lesquels - les figures 1 à 5 sont des vues en coupe d'une voie ferrée en cours de réfection pour le remplacement du ballast selon un axe perpendiculaire a celui de la voie (figures 1 et 5) et selon un axe parallèle a l'axe de la voie (figures 2 å 4). RIRIPLE 1 Le présent exemple concerne le remplacement du ballast d'une voie de métro souterraine. Sur une certaine longueur, on met en place une murette 4 en matériau approprié (avantageusement du beton armé) pour séparer la voie, dont on veut remplacer le ballast, de la voie voisine. Cette murette 4 permet de retenir le ballast 2 de la voie voisine comme représenté sur la figure 1, ladite voie voisine comprenant des traverses 110 sur lesquelles sont disposés des rails 115 et 115'. On confectionne un trottoir de cheminement latéral 3 notamment en béton. On coupe les rails de la voie que l'on veut restaurer suivant les plots de travail. La longueur des rails découpes est de 9 mètres environ, cette longueur est celle que l'on préfère pour planifier l'ensemble des opérations. On dépose la barre de courant servant à l'alimentation électrique des trains devant circuler sur la voie, par tronçons compatibles avec la résistance de ladite barre de courant. On dépose la voie existante et stocke les portions de rails découpés et enlève le ballast, notamment au Doyen de dispositifs mécaniques. appropriés pontés sur un ou plusieurs trains de travaux passant par la voie voisine. On nettoie le fond du radier 13 (voir figure 5) de la voie que l'on traite. Le cas échéant, on dispose des aigrettes 11 et 11' de part et d'autre du tronçon de voie que l'on traite pour naintenir en place les ballasts 21 et 21' des portions de ladite voie situees de part et d'autre de la zone traitee. Les ballasts 21 et 21', comme représenté par les figures 2-4, soutiennent les rails 6 et 6' supportés par les traverses 110 initiales. On met en place le système porteur selon l'invention. Plus précisément, on dispose sur le radier 13 une ou plusieurs couches d'un mélange 1 préalablement préparé par malaxage de 90 parties en poids de sable ayant une granulométrie inférieure ou égale à 6 nm, de 9 parties en poids de laitier de hauts fourneaux broyé et une partie en poids de GYPSOSAT", la quantité d'eau utilise pour le malaxage. étant de 8,8 % en poids par rapport au poids du sable, la teneur en fines de la composition sable-laitier étant de l'ordre de 10 å 15 Z en poids dudit mélange. Le mélange ainsi obtenu a une maniabilité de l'ordre de 24-36 heures environ. Ce melange est préparé dans une installation appropriée et amené sur le lieu d'utilisation dans les meilleurs délais.Chaque couche d'une épaisseur de l'ordre de 25-30 cm est compactée par une plaque vibrante. On règle la planéité du matériau 1 a plus ou moins 5 mm environ avec un outil approprié, notaient une fraise, suivant un plan parallèle au plan des rails. On dispose sur la surface superieure du matériau 1 après réglage de la planéité un nouveau tronçon de voie préfabriqué constitue de moyens d'appui 8 (avantageusement des dallettes préfabriquées en béton) destinés å soutenir les rails 5 (figures 2-4) et 51, 51' (figure 5) des tronçons découpés cane indiqué cidessus, de traverses provisoires 12 notaient en bois, de traverses définitives 9 et desdits tronçons de rails 5. Si nécessaire, les traverses provisoires 12 peuvent également s'appuyer sur la murette 4 et/ou le trottoir de cheminement latéral 3. Les traverses définitives 9 sont suspendues aux rails 5 et les moyens d'appui 8 reposent sur la surface supérieure du matériau 1. De façon pratique, chaque traverse définitive est située entre les deux traverses provisoires 12 voisines. On procède ensuite au calage de la voie en hauteur par un moyen approprie notamment par interposition de cales entre les dallettes 8 et les traverses provisoires 12. On reinstalle la barre de courant et dispose d'une voie pouvant supporter le passage des trains à une vitesse de l'ordre de 30 km/h dès sa mise en fonction. L'ensemble des opérations sus-visées étant réalisé de nuit, notamment entre 2 heures et 5 heures du matin pour pouvoir être opérationnel dès la mise en route des trains. Quelques Jours après, on procède au coulage d'une dalle de beton 10 englobant les dallettes 8 et la partie inférieure 19 des traverses définitives 9. La partie inferieure 19 également appelée chausson peut etre revetue d'un matériau en caoutchouc pour amortir, si nécessaire, les bruits et vibrations. Dès que la résistance à la compression de la dalle en beton 10 est suffisante, c'est- & dire dans le cas d'espèce dès qu'elle est superieure ou egale a 25 KPa , ici environ une durée de 7 Jours, on procède à la solidarisation des traverses définitives aux rails et retire les traverses provisoires 12. Ultérieurement, on peut remplacer toutes les portions de rails 5 (figures 2-4) et 51, 51' (figure 5) de zones de traitement restaurées par des rails de grandes longueurs courbes ou droits en fonction de la configuration de la voie. La figure 5 représente schématiquement le traitement effectué sur une portion de voie en devers ou les rails parallèles 51 et 51', qui sont courbes, sont montés sur une traverse provisoire 12. Lesdits rails sont solidarisés å ladite traverse provisoire par des moyens appropriés 52. Le dispositif de maintien de la barre de courant 53 est représenté par la réference 54, ladite barre de courant pouvant etre enlevée pour couper l'alimen tation. EXEMPLE 2 On procède comme indiqué à l'exemple 1, mais en remplaçant le matériau 1 par un matériau équivalent obtenu par malaxage d'un mélange constitué de 85 parties en poids de graves ayant une granulométrie inférieure ou égale a 31,5 mm environ, 14 parties en poids de laitier de hauts fourneaux broye et 1 partie en poids de GYPSOXAT", la quantite d'eau de malaxage étant de 8,8 Z en poids par rapport au poids des graves et la teneur en fines étant de l'ordre de 12,5 X en poids par rapport au poids dudit mélange. Le procede pour le remplacement du ballast d'une voie ferrée suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend: -la préparation du mélange charge-liant hydraulique et la mise en place dudit mélange sous forme d'au moins une couche sur une portion de voie dénudée (débarassée du ballast, des traverses et des rails), puis le tassement de ladite couche, -la mise en place sur ladite couche tassee d'un ensemble comprenant les rails 5, les traverses provisoires 12, les moyens d'appui 8 desdites traverses provisoire et les traverses définitives 9 où les moyens d'appui 8 reposent sur la surface supérieure de ladite couche de matériau 1 et ou les traverses définitives sont suspendues auxdits rails. Selon un mode de réalisation de ce procédé, les appuis 8 des traverses provisoires 12 sont englobes dans une dalle en béton avec les chaussons 19 des traverses définitives 9. Les traverses définitives 9 peuvent etre des traverses monoblocs ou biblocs, notamment des traverses STEDEF". REVREDICATICIS 1. Système porteur pour rails de voie ferrée pour le remplacement du ballast, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche comprenant un mélange compacte de a) 70 & 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou egale å 35 mm environ, et b) 2 à 20 parties en poids d'un liant hydraulique de granulométrie inférieure ou égale à 5 mm environ. ledit mélange ayant une teneur en fines comprise entre environ 10 et environ 20 % en poids par rapport au poids dudit mélange, une maniabilite d'une durée inférieure ou egale a 48 h à compter de son obtention par malaxage avec de l'eau, ladite couche présentant sous charge un tassement inférieur ou égal å 4 E 24 h après son compactage. 2. Système porteur pour rails de voie ferrée suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche comprenant un mélange compacté de a) 70 à 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inferieure ou egale à 35 mn environ, et b ~ 6 G p rvie- en poids d'un ciment de granulométrie inférieure ou égale a 5 mm environ, l'ensemble charge-ciment conférant audit mélange compacté une résistance à la compression supérieure ou égale à 15 MPa à 28 J ours. 3. Système porteur pour rails de voie ferrée suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche comprenant un mélange compacté de a) 70 à 95 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou egale à 35 mm environ, b) 5 à 20 parties en poids d'un laitier prébroyé de granulométrie inférieure ou égale à 5 mm environ, et c) 0,5 à 2 parties en poids d'un moyen activant du laitier de façon à conférer à l'ensemble charge laitier dudit mélange compacté une résistance à la compression superieure ou egale à 10 MPa à 180 jours. 4. Système porteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une dite couche dudit mélange compacté présentant un indice portant immédiat (IPI), à la densite de l'Optimum Proctor Modifie, supérieur ou égal à 150. 5. Système porteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen activant du laitier est choisi parmi l'ensemble comprenant les matériaux contenant du calcium et susceptibles de produire de la chaux. 6. Système porteur suivant la revendication 5. caractèrise en ce que le moyen activant du laitier comprend du sulfate de calcium, notaient sous forme de gypse, en tant que source de chaux. 7. Système porteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une couche comprenant un mélange compacte de a) 94,5 à 78 parties en poids d'une charge choisie parmi l'ensemble comprenant les sables, les graves et leurs mélanges, ladite charge ayant une granulométrie inférieure ou égale à 31,5 mm environ, b) 5 à 20 parties en poids d'un laitier prébroyè de granulometrie inférieure ou égale & 5 5 mm environ, -et c) 0,5 à 2 parties en poids d'un moyen activant du laitier de façon à conférer à l'ensemble charge laitier dudit mélange compacté une résistance à la compression supérieure ou égale à 10 XPa à 180 jours, ledit mélange ayant une teneur en fines comprise entre environ 10 et environ 20 X en poids par rapport au poibsdudit mélange, une maniabilité d'une durée inférieure ou égale å 48 h à compter de son obtention, ladite couche présentant sous charge un tassenent inférieur ou egal à 4 mn 24 h après son compactage. 8. Systeme porteur suivant l'une quelconque des revendications 1 å ?, caractérisé en ce qu'il comprend (i) un sol d'assise constitué d'au moins une couche dudit mélange compacté et (ii) une dalle en béton disposée sur au moins une partie de la surface supérieure du sol d'assise et dans laquelle sont enchaussées les traverses définitives de la voie- ferrée, 9.Procédé pour le remplacement du ballast d'une voie ferrée que l'on veut maintenir en activité pendant son service normal, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend: -la préparation du mélange charge-liant hydraulique suivant l'une quelconque des revendications 1 å 7 et la mise en place dudit mélange sous forme d'au moins une couche sur une portion de voie denudée, puis le tassement de ladite couche, -la mise en place sur ladite couche tassee d'un ensemble comprenant les rails (5), les traverses provisoires (12), les moyens d'appui (8) desdites traverses provisoire et les traverses définitives (9) ou les moyens d'appui (8) reposent sur la surface supérieure de ladite couche de materiau (1) et ou les traverses définitives sont suspendues auxdits rails. 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérise en ce que les appuis (a) des traverses provisoires (12) sont englobes dans une dalle en béton avec les chaussons (19) des traverses définitives (9).