Brevet FR2630466A1 — publié le 19891027

La présente invention concerne une semelle amortissante à base d'élastomère destinée à être placée entre un rail de chemin de fer et une traverse.- Les semelles connues de ce type sont réalisées en caoutchouc ordinaire et présentent une épaisseur de l'ordre de 4 mm. Elles ne sont pas ajourées et présentent une déformation élastique sous une charge verticale de 100 KN de l'ordre de 0,5 à 1 mm. La circulation des véhicules ferroviaires sur les rails engendrent des vibrations qui nuisent au confort et à la tenue mécanique des rails, des traverses et du ballast. En effet, ces vibrations sont transmises aux rails, aux traverses et au ballast ce qui engendre une usure rapide de ces rails, de la surface d'appui des traverses et du ballast qui devient pulvérulent. Les semelles utilisées jusqu'à maintenant parviennent à protéger partiellement la surface d'appui des traverses en bois ou en béton armé. Toutefois elles ne suppriment pas efficacement les vibrations qui engendrent sur les rails une usure en forme d'ondulations. Le but de la présente invention est précisément de résoudre ce problème en créant une semelle amortissante qui est capable d'éviter ces vibrations et par suite de réduire considérablement l'usure des rails de chemin de fer et en même temps celle des traverses et du ballast. Suivant l'invention, la semelle amortissante à base d'élastomère destinée à être placée entre un rail de chemin de fer et une traverse est caractérisée en ce que cette semelle a une épaisseur au moins égale à 6 mm, est ajourée, et présente une déformation élastique sous l'effet d'une charge de 100 KN appliquée sur sa surface, supérieure à 2 mm. Cette semelle présente ainsi une épaisseur et une déformation élastique sous l'effet d'une charge verticale de 100 KN nettement supérieure à celles des semelles en élastomère utilisées jusqu'à présent. Cette augmentation de la déformation élastique a été obtenue notamment en pratiquant des ajours dans la semelle afin de diminuer sa surface d'appui sur la traverse. Les essais ont montré qu'une semelle amortissante répondant à ces caractéristiques était capable de filtrer les vibrations de fréquence comprise entre 300 et 400 Hz couramment rencontrées qui engendrent sur les rails une usure en forme d'ondulations. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la déformation élastique de la semelle sous 100 KN est de l'ordre de 4 mm, l'épaisseur de celle-ci étant de préférence comprise entre 6 et 15 mm. Selon une version avantageuse de l'invention, le rapport de la surface d'appui de la semelle, sur sa surface latérale est compris entre 0,8 et 3, de préférence entre 1 et 1,5. Ce rapport de forme est nettement inférieur à celui des semelles utilisées jusqu'à maintenant. En effet, pour ces dernières, celui-ci est de l'ordre de 4,5. Selon une réalisation préférée de l'invention, la semelle est sensiblement en forme de rectangle dont la longueur est destinée à être orientée dans le sens du rail et elle présente au moins deux ouvertures sensiblement rectangulaires séparées par une bande s'étendant dans le sens de la largeur de la semelle. Le rail prend ainsi appui sur une semelle comportant deux bandes longitudinales reliées entre elles par deux bandes transversales d'extrémité et au moins une bande transversale intermédiaire qui sépare les ouvertures. Cette bande transversale limite la déformation des bandes longitudinales sous charges verticale et latérale. Cette réalisation est simple à fabriquer et fournit des résultats satisfaisants. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue en plan d'une semelle amortissante conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe suivant le plan III-III de la figure 1, - la figure 4 est une vue en coupe partielle d'un rail reposant sur une semelle selon l'invention, représentée en coupe suivant le plan III-III de la figure 1, - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4, la semelle étant représentée en coupe suivant le plan V-V de la figure 1, - la figure 6 est un diagramme montrant l'évolution de la déformation élastique de la semelle en fonction de la charge appliquée sur celle-ci. Les figures 1 à 3 représentent une semelle amortissante 1 à base d'élastomère destinée à être placée entre un rail 2 de chemin de fer et une traverse 3, comme indiqué sur les figures 4 et 5. La semelle 1 est rectangulaire et présente une longueur de 200 mm et une largeur de 150 mm. Conformément à l'invention, cette semelle 1 a une épaisseur au moins égale à 6 mm, est ajourée et présente une déformation élastique sous l'effet d'une charge de 100 KN appliquée sur sa surface, supérieure à 2 mm. Cette épaisseur est sensiblement supérieure à celle des semelles actuellement utilisées. Cette épaisseur est avantageusement comprise entre 6 et 15 mm et de préférence entre 9 et 12,5 mm. Pour les épaisseurs précitées, la déformation élastique de'la semelle sous 100 KN est de l'ordre de 4 mm, et est nettement supérieure à celle des semelles classiques. Compte tenu du fait que la semelle 1 est ajourée, le rapport de sa surface d'appui sur sa surface latérale est avantageusement compris entre 0,8 et 3 et de préférence entre 1 et 1,5. Dans le cas des semelles classiques qui ne sont pas ajourées, le rapport précité est de l'ordre de 4,5. La semelle 1 représentée sur les figures annexées a une surface en forme de rectangle dont la longueur est destinée à être orientée dans le sens du rail. Cette semelle 1 présente deux ouvertures 4, 5 sénsiblement rectangulaires séparées par une bande 6 s'étendant dans le sens de la largeur de la semelle. Ces deux ouvertures 4, 5 ont des surfaces égales et sont symétriques. La bande 6 qui sépare les deux ouvertures 4, 5 a une largeur 1 mesurée dans le sens de la longueur de la semelle 1 sensiblement égale à la largeur li , 12 des deux bandes 7, 8 situées aux extrémités opposées de la semelle 1. La largeur 13 des bandes longitudinales 9, 10 est supérieure à celle des bandes transversales 6, 7, 8. La largeur de ces dernières est par exemple égale à 20 mm et celle des bandes longitudinales 9, 10 égale à 25 mm. On voit d'autre part que les ouvertures 4, 5 présentent des coins arrondis, tels que 4a, 5a dont les rayons de courbure sont par exemple égaux à 4 mm. On voit d'autre part que la surface supérieure et la surface inférieure de la semelle 1 présentent des rainures telles que 11 et 12, les rainures de la surface supérieure étant décalées par rapport à celles de la surface inférieure (voir figures 2 et 3). De plus, les bandes 6, 7, 8 de la semelle 1 s'étendant dans le sens de la largeur présentent des rainures 12 s'étendant dans le sens de la longueur de la semelle, tandis que les deux bandes longitudinales 9, 10 de la semelle présentent des rainures 11 s'étendant dans le sens de la largeur de cette semelle. Par ailleurs, ces rainures 11, 12 présentent une section sensiblement trapizoïdale, dont la petite base correspond au fond de ces rainures. La semelle que l'on vient de décrire est à base d'élastomère présentant une dureté Shore comprise entre 50 et 65, une charge de rupture au moins égale à 130 kg/cm2 et un allongement à la rupture au moins égal à 550%. A titre de comparaison, dans le cas des semelles actuellement utilisées, la dureté Shore est égale à environ 70-80. La composition pondérale de la semelle 1 est à titre d'exemple, sensiblement la suivante caoutchouc diénique : 100 charges (noir -de carbone, kaolin) : 70 plastifiants : 25 agents de vulcanisation : 10 agents o.;lti-oxydants : 5 Le diagramme de la figure 1 montre comment évolue la déformation élastique e (en mm) de la semelle 1 en fonction de la charge verticale f appliquée en (RN). Pour une charge appliquée de 100 KN (ce qui correspond à une charge habituelle appliquée sur une roue d'un véhicule ferroviaire) la déformation atteint 4,1 mm. La surface comprise entre les deux courbes C1 et C2 correspond à l'énergie absorbée. Dans le cas d'une semelle conforme aux figures annexées, ayant une surface de 160 cm2, une épaisseur de 9 mm et un facteur de forme (surface d'appui/surface latérale) égal à 1,3, l'énergie emmagasinée est égale à 10 Kgm et l'énergie absorbée est égale à 6 Kgm. Dans le cas d'une semelle ayant une surface de 215 cm2, une épaisseur de 12 mm et un facteur de forme égal à 1,3, l'énergie emmagasinée est égale à 13 Kgm et l'énergie absorbée égale à 7 Kgm. Les propriétés mécaniques précitées de la semelle sont fonction des paramètres suivants - composition du caoutchouc de.la semelle, - facteur de forme de la semelle, - épaisseur de la semelle. Les rainures 11 et 12 de la semelle remplissent de nombreuses fonctions. D'une part, elles augmentent la déformation élastique de la semelle sous une charge déterminée.. D'autre part, elles permettent, grace à leur orientation, d'augmenter l'adhérence de la semelle sur la traverse à la fois dans la direction longitudinale et dans la direction transversale. Par ailleurs, elles permettent aux ouvertures 4 et 5 de communiquer entre elles et avec l'extérieur. Ainsi, lorsque la semelle subit une compression, l'air emprisonné à l'intérieur des ouvertures 4 et 5 s'échappe à l'extérieur par les rainures 11, 12, sans affecter les propriétés élastiques de la semelle. Les~essais ont permis de constater que la semelle conforme à l'invention était capable d'absorber les vibrations de fréquence comprise entre 300 et 400 Hz engendrées habituellement lors de la circulation des véhicule . ferroviaires. Ainsi, l'usure des rails en forme d'ondulations est fortement atténuée. Par ailleurs, l'usure des traverses et du ballast est corrélativement nettement diminuée et le confort de la circulation des véhicules ferroviaires est accru. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceuxci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la bande longitudinale 9 de la semelle, située sur le côté extérieur de la voie ferrée pourrait avoir une largeur supérieure å celle de l'autre bande 10 afin de prendre en compte les efforts latéraux exercés sur le rail qui sont plus importants vers la bande longitudinale 9 que vers la bande 10. REVENDICATIONS 1. Semelle (1) amortissante à base d'élastomère destinée à être placée entre un rail (2 > de chemin de fer et une traverse (3), caractérisée en ce que cette semelle (1) a une épaisseur au moins égale à 6 mm, est ajourée, et présente une déformation élastique sous l'effet d'une charge de 100 KN appliquée sur sa surface supérieure à2 mm. 2. Semelle conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que son épaisseur est comprise entre 6 et 15 mm. 3-. Semelle conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que son épaisseur est comprise entre 9 et 12,5 mm et sa déformation élastique sous 100 KN est de l'ordre de 4 mm. 4. Semelle conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le rapport de sa surface d'appui sur sa surface latérale est compris entre 0,8 et 3. 5. Semelle conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport précité est compris entre 1 et 1,5. 6. Semelle conforme à l'une des revendications 1 à 5,-présentant une surface sensiblement en forme de rectangle dont la longueur est destinée à être orientée dans le sens du rail (2), caractérisée en ce qu'elle présente au moins deux ouvertures (4, 5) sensiblement rectangulaires séparées par une bande (6) s'étendant dans le sens de la largeur de la semelle. 7. Semelle conforme à la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend deux ouvertures (4, 5) de surfaces égales et symétriques. 8. Semelle conforme à la revendication 7, caractérisée en ce que la bande (6) qui sépare lesdeux ouvertures (4, 5) a une largeur (1) mesurée dans le sens de la longueur de la semelle sensiblement égale à celle des deux bandes (7, 8) situées aux extrémités opposées de la semelle. 9. Semelle conforme à l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que les ouvertures (4, 5) présentent des coins arrondis (4a, 5a). 10. Semelle conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la surface supérieure et la surface inférieure de la semelle présentent des rainures (11, 12). 11. Semelle conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que les rainures (11, 12) de la surface supérieure sont décalées par rapport à celles de la surface inférieure. 12. Semelle conforme à l'une des revendications 6 à 11, caractérisée en ce que les bandes (6, 7, 8) de la semelle s'étendant dans le sens de la largeur présentent des rainures (12) s'étendant dans le sens de la longueur de la semelle, tandis que les deux bandes longitudinales (9, 10 > de la semelle présentent des rainures (11) s'étendant dans le sens de la largeur de la semelle. 13. Semelle conforme à l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que les rainures (11, 12) présentent une section sensiblement trapézoïdale, dont la petite base correspond au fond des rainures. 14. Semelle conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisée7 en ce qu'elle présente une dureté Shore comprise entre 50 et 65, une charge de rupture au moins égale à 130 Kg/cm2 et un allongement à la rupture au moins égal à 550%. 15. Semelle conforme à l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que la composition pondérale de la semelle est sensiblement la suivante caoutchouc diénique : 100 charges (noir de carbone, kaolin) : 70 plastifiants : 25 agents de vulcanisation : 10 agents anti-oxydants : 5