Brevet FR2793818A1 — publié le 20001124

La présente invention concerne une semelle en élastomère pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse. Il existe des semelles telles que celle décrite dans le FR 2 630 466 du type comprenant une face inférieure au contact de la traverse et une face supérieure au contact du rail, et au moins une cavité ménageant une zone périphérique d'appui pour le patin de rail. Cependant, la raideur de ces semelles varie de façon hyperbolique en fonction des efforts d'appui exercés par le rail lors du passage d'un train, ce qui ne permet pas d'obtenir un amortissement satisfaisant des vibrations du rail et notamment des vibrations audibles (500-5000 Hz) du rail à l'état libre ni une bonne filtration des vibrations à haute énergie du rail à l'état chargé, dues essentiellement à des défauts majeurs du contact rail/roue. Il en résulte des nuisances acoustiques importantes ainsi qu'une usure prématurée des divers éléments de support (traverse, ballast, plate-forme ... ) et de fixation (ressort, lame, butée...) du rail. La présente invention a pour but de résoudre ce problème technique de manière fiable et efficace en optimisant le comportement mécanique de la semelle en réponse aux vibrations du rail ; cette optimisation étant conduite en agissant notamment sur la formulation de l'élastomère et/ou la géométrie de la semelle. Ce but est atteint selon l'invention au moyen d'une semelle du type précédent, caractérisée en ce que de la zone périphérique d'appui est plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne de ladite cavité, de façon à ce que le rapport des raideurs sécantes prises respectivement entre des valeurs de charge statique de 20 et 100 KN et des valeurs de surcharge dynamique de 20 et 80 KN, soit supérieur ou égal à 0,45. La raideur sécante est assimilable à la pente de la droite joignant deux points correspondant aux déflexions mesurées pour des valeurs de charges ou de surcharges extrêmes. La raideur sécante statique ou dynamique (qui est relative aux variations brutales de charges dues aux chocs) est définie comme étant égale au rapport du quart de la charge à l'essieu par la déflexion due à cette seule charge en déduisant donc l'enfoncement provoqué par la charge intrinsèque et permanente des éléments de la voie (rail, traverse, attaches-). En outre, la surcharge correspond à une charge totale résultant de la somme de la charge statique et de la surcharge dynamique liée aux chocs. Ainsi, ce rapport des raideurs sécantes correspond-t-il au pouvoir filtrant de la semelle et traduit l'efficacité du filtrage, lorsque la semelle est soumise aux effets résultant des défauts majeurs du contact rail/roue. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ladite cavité est localisée de telle sorte que le minimum de raideur soit situé sur l'axe médian de la face supérieure de façon à limiter éventuellement la rotation du rail sous l'effet d'efforts latéraux. Selon une autre caractéristique, ladite cavité a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure. Selon encore une autre caractéristique, ladite cavité est cylindrique et débouche sur la face inférieure de la semelle. De préférence, ladite cavité a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne à pourtour curviligne et de préférence ovale. Selon une première variante, le pourtour de ladite cavité est ovale. Selon une autre variante, ladite cavité a un contour polygonal. Cette géométrie spécifique de la cavité limite le fluage de l'élastomère vers l'intérieur de la cavité, ce qui permet une économie de matière. Selon encore une autre caractéristique, ladite semelle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre O'c et 400c. Selon d'autres caractéristiques, la profondeur de ladite cavité représente au moins 80% de l'épaisseur totale. Selon une variante de réalisation, ladite cavité est unique et centrée sur la face supérieure. Selon une autre variante, la semelle comporte six cavités. Selon encore une autre caractéristique, l'épaisseur de la semelle est comprise entre 4 et 12 mm, et de préférence, entre 7 et 9 mm. La semelle de l'invention procure une réduction significative du bruit aérien généré par les vibrations du rail lors du passage des trains par rapport aux semelles résilientes connues du type cannelées ou à plots. Cet affaiblissement des nuisances sonores s'accompagne en outre, d'une diminution de l'usure des composants de la vole (traverse, attaches, ballast ... ) et permet ainsi une prolongation de leur durée de vie tout en offrant conjointement une économie substantielle des frais de maintenance. Par ailleurs, la semelle de l'invention présente, à faible charge, une plus grande raideur que les semelles traditionnelles, ce qui facilite les opérations initiales de pose et de réglage du rail lors de la réalisation de la voie. Au surplus, cette propriété permet dans le même temps de réduire les contraintes dont la semelle est le siège au repos sous charge, ce qui amoindrit la fatigue de la semelle. Ainsi, la semelle présente-t-elle un comportement mécanique quasi uniforme, quelle que soit la charge dans le domaine d'application envisagé (20 à 100KN). Enfin la semelle de l'invention est réalisée de façon simple et économique, par exemple, par moulage d'une matière élastomère à base de caoutchouc naturel ou synthétique formulée pour répondre aux exigences des différents cahiers des charges. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en référence aux dessins et aux tableaux qui suivent dans lesquels : - les figures 1 à 6 représentent des vues de dessus de divers modes de réalisation de la semelle de l'invention ; - la figure IA représente une vue en coupe transversale du mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 7 est un graphe représentant les pouvoirs filtrants des modes de réalisation des figures 1 à 6 et ceux de semelles antérieures. Us figures 8A et 8B sont des graphes comparant des déflexions obtenues sous différentes charges avec les semelles selon l'invention, respectivement vis-à-vis de l'art antérieur et entre elles. Us figures 9A et 9B représentent les variations de la raideur tangentielle en fonction de la charge en comparant les semelles de l'invention, respectivement vis-à-vis des semelles antérieures et entre elles. La semelle 1 représentée sur les figures 1 à 6 est destinée à être montée sur une traverse de chemin de fer en vue de supporter un rail (non représenté). Cette semelle comprend une face supérieure la au contact du patin du rail et une face inférieure lb au contact de la traverse. Uaxe médian X de la semelle correspond à la position normale de support du rail. La semelle comprend au moins une cavité 10 débouchant, de préférence, sur la face inférieure lb en ménageant une zone périphérique 11 d'appui pour le patin de rail, dans les modes de réalisation des figures 1 à 5, la semelle comporte une seule cavité tandis que dans celui de la figure 6, elle comporte six cavités. Les bords latéraux de la semelle 1 sont pourvus d'encoches 12 destinées à interdire ou tout au moins à limiter le cheminement du rail par coopération avec le dispositif d'attache (non représenté). Quel que soit le mode de réalisation envisagé, pour l'invention, la zone d'appui 11 est toujours plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne 10a de la cavité 10. Le coefficient dit de forme, correspondant au rapport de ces deux surfaces, est donné dans le tableau ci-après. Cette géométrie spécifique permet d'obtenir un pouvoir de filtration des vibrations supérieur ou égal à 0,45 pour des valeurs extrêmes de charge statique de 20 et 100KN et de surcharge dynamique de 20 et 80KN. Le pouvoir de filtration est défini comme étant le rapport des raideurs sécantes correspondant respectivement aux charges statiques et surcharges dynamiques considérées. Les valeurs obtenues, selon l'invention pour ce pouvoir, sont données dans le tableau ci-après. La semelle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre O'c et 40"c. La cavité est ici unique et centrée sur la semelle 1, mais de manière plus générale, cette cavité est positionnée de telle sorte que le minimum de raideur soit obtenu sur l'axe médian X. La cavité 10 est cylindrique et sa paroi latérale interne a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure la tandis que sa profondeur représente au moins 80% de l'épaisseur totale de la semelle 1 comme représenté sur la figure lA où subsiste un voile 13 de matière formant le fond 10b. Le cas échéant, ce voile 13 peut s'étendre de façon intercalaire dans la cavité 10, entre le niveau des faces supérieure et inférieure. Le fond l0b obture, vers le haut, la cavité 10 en interdisant ainsi toute pénétration d'eau ou de particules étrangères, et en assurant, en outre, une bonne isolation électrique de ladite cavité de façon à éviter l'apparition d'arc électrique à l'intérieur de cette dernière. L'épaisseur de la semelle est généralement comprise entre 4 mm et 12 mm, en fonction des applications envisagées. Les modes de réalisation exemplifiés ici et présentés sur le tableau et les graphes correspondent à des épaisseurs respectives de 7 mm et 9 mm. Sur les figures 1, 2 et 3, la cavité 10 a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne 10a dont le profil est curviligne. Sur la figure 1, le pourtour de la cavité 10 est ovale tandis que sur les figures 2 et 3, ce pourtour est circulaire. Sur les figures 4 et 5, la cavité 10 a un contour polygonal respectivement en losange et en carré. Sur la figure 6, les cavités ont un bord périphérique circulaire. Le tableau ci-après donne, d'une part, pour différents modes de réalisation de semelle selon l'invention, et d'autre part, pour d'autres semelles antérieures, les valeurs correspondantes des coefficients de forme et celles des pouvoirs filtrants. Le graphe de la figure 7 représente les valeurs du pouvoir filtrant en fonction de la raideur statique sécante pour différents modes de réalisation de la semelle de l'invention (encadrement pointillés) et pour les semelles antérieures. Les graphes des figures 8A et 8B représentent les variations de déflexion en fonction de la charge appliquée pour différents modes de réalisation de l'invention comparés à des semelles antérieures. Les graphes des figures 9A et 9B représentent les variations de la raideur tangentielle comparées entre les différents modes de réalisation de l'invention et des semelles antérieures. REVENDICATIONS 1. Semelle en élastomère pour le support d'un rail de chemin de fer sur une traverse, du type comprenant des faces supérieure (la) et inférieure (1b) et au moins une cavité (10a) ménageant une zone périphérique d'appui (11) pour le patin de rail, caractérisée en ce que la zone périphérique d'appui est plane et sa surface est comprise entre une et dix fois la surface de la paroi latérale interne (10a) de ladite cavité (10), de façon à ce que le rapport des raideurs sécantes prises respectivement entre des valeurs de charge statique de 20 et 100KN et des valeurs de surcharge dynamique de 20 et 80 KN, soit supérieur ou égal à 0,45. 2. Semelle selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est localisée de telle sorte que le minimum de raideur soit situé sur l'axe médian (X) de la face supérieure (la). 3. Semelle selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la paroi (10a) de ladite cavité (10) a des génératrices parallèles à la normale à la face supérieure (la). 4. Semelle selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est cylindrique et débouche sur la face inférieure (1b). 5. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite cavité (10) a un axe de révolution et possède une paroi latérale interne (10a) à pourtour curviligne. 6. Semelle selon la revendication 5, caractérisée en ce que le pourtour de ladite cavité (10) est ovale. 7. Semelle selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite cavité (10) a un contour polygonal. 8. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est réalisée avec un matériau élastomère dont le module d'élasticité est sensiblement stable sur une plage de température comprise entre O'c et 40'c. 9. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la profondeur de ladite cavité (10) représente au moins 80% de l'épaisseur totale. 10. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite cavité (10) est unique et centrée. 11. Semelle selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte six cavités. 12. Semelle selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que son épaisseur est comprise entre 4 et 12 mm, et de préférence, entre 7 et 9 mm.