Brevet FR2849661A1 — publié le 20040709

STRUCTURE ANTI-VIBRATIONS POUR VOIE ROUTIERE OU FERROVIAIRE La présente invention concerne une structure anti5 vibrations pour voie routière ou ferroviaire, comprenant une couche absorbante de l'énergie, disposée sous une couche de fondation ou de ballast. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine des 10 voies ferroviaires souterraines pour lesquelles un bon amortissement des vibrations d'ordre mécanique venant des trains est particulièrement nécessaire. On connaît déjà des systèmes d'atténuation de vibrations. Ils sont essentiellement basés sur la 15 mise en place d'éléments permettant une rupture de la continuité dans la transmission des contraintes, par exemple du type ressort, plots en néoprène ou encore constitués par du matériau amortisseur tel que des morceaux de pneus en caoutchouc. Ces moyens de réalisation ne sont pas satisfaisants. Ils sont en effet coteux et en général compliqués dans leur mise en oeuvre. On connaît également l'utilisation d'une couche intermédiaire en laine de roche. Les résultats obtenus avec une telle couche ne sont cependant pas très satisfaisants lorsque les conditions mécaniques sont sévères. On sait, en effet, que les besoins d'atténuation vibratoires sont maximum pour les voies de transport 30 ferroviaire souterraines et que les contraintes mécaniques sous-ballast sont alors importantes lorsqu'il y a passage d'un véhicule. Dans ce cas, la laine de roche présente des inconvénients car peu résistante d'un point de vue mécanique. La présente invention vise à fournir une structure 5 répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle offre de façon simple et peu coteuse, une bonne atténuation des vibrations, malgré l'utilisation d'un matériau présentant une raideur faible et a priori 10 contradictoire avec une bonne résistance mécanique. L'invention va permettre une baisse sensible de l'intensité des vibrations en tunnel au passage de rames. Par exemple, pour les fréquences variant de 50 à 125 Hz, d'une valeur de 70 dB à une valeur de 55 15 dB. Pour des fréquences plus importantes (> 125 Hz), le niveau vibratoire est divisé par deux, passant par exemple de 60 dB à 30 dB. Dans ce but, la présente invention propose notamment une structure antivibrations pour voie 20 routière ou ferroviaire, comprenant une couche absorbante de l'énergie disposée sur une couche de fondation ou de ballast, caractérisée en ce que ladite couche absorbante est formée de panneaux rectangulaires en laine de roche juxtaposés les uns 25 aux autres, ladite laine de roche étant complexée sur sa face supérieure avec un matériau géocomposite formé d'une grille en matière plastique associé à un matériau géotextile. Dans des modes de réalisation avantageux, on a de 30 plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - l'un au moins des cotés latéraux de la couche absorbante est replié en angle vers le haut; l'épaisseur de la couche absorbante est comprise entre 40 mm et 80 mm; l'épaisseur de la couche absorbante est de l'ordre de 50 mm; - la laine de roche présente les caractéristiques suivantes: * masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et kg/m3 * écrasement maximum compris entre 6 et 7 mm 10 pour une sollicitation en compression de l'ordre de 8000 N; - la laine de roche est de la laine de roche, fabriquée par la société danoise ROCKWOOL commercialisée sous la référence R 360, et dont le 15 taux d'huile a été modifié selon le code de référence du fabricant 000 999; - la grille du matériau composite est en PEHD expansé ; - la grille en matière plastique présente un taux 20- en noir de carbone de l'ordre de 0,4%, la dimension de maille de ladite grille étant de l'ordre de 15 à 16 mm x 10 à 11 mm; le matériau géotextile est en polypropylène de masse surfacique de valeur comprise entre de l'ordre 25 de 100 g/m2 et de l'ordre de 150 g/m2. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui 30 l'accompagnent dans lesquels: La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une structure antivibrations pour voie ferroviaire selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici. La figure 2 est une vue en coupe selon II- II de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de panneaux d'une structure selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 4 donne deux courbes montrant l'évolution de la transmissibilité d'atténuation en 10 dB, en fonction de la fréquence, pour des couches absorbantes selon l'invention. La figure 5 donne, en fonction de la fréquence en Hz, les différences en dB entre les niveaux de vibrations mesurés avant et après la pose d'un tapis is selon l'invention d'une part, et d'un tapis composite en pneu d'autre part. La figure 6 est une courbe donnant l'écrasement d'une couche selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici, en 20 fonction des forces successives qui lui sont appliquées. La figure 7 est une courbe donnant l'évolution de l'angle de perte pour une couche absorbante selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici en fonction de la fréquence. La figure 8 est une courbe donnant l'évolution de la raideur dynamique complexe K en fonction de la fréquence de vibrations, pour le matériau de la 30 couche absorbante selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici. Les figures 1 et 2 montrent une structure 1 pour voie ferroviaire 2 comprenant une première couche de ballast 3 sur laquelle est disposée une couche absorbante 4 des vibrations. La couche absorbante 4 est formée de panneaux rectangulaires 5 en laine de roche, juxtaposés (cf. 5 figure 3) les uns aux autres, l'extrémité 6 latérale de la couche, dirigée vers l'extérieur de la voie étant relevée sur quelques centimètres, par exemple 20 centimètres, pour former un angle par exemple à 450, donnant à la couche absorbante une configuration 10 en L ou en U. (cf. Figures 1 et 2) formant une sorte de canal ou large goulotte à ciel ouvert. La couche absorbante 4 est rigidifiée sur sa face supérieure 7 avec un matériau géocomposite formé d'une grille 8 en matière plastique associée à un 15 matériau geotextile complexifiant. Cet aspect particulier de la face supérieure va lui permettre de mieux répartir les contraintes et d'améliorer sa résistance au poinçonnement. La structure 1 peut comporter de plus une autre 20 grille (non représentée) de protection complémentaire disposée sur le dessous de la couche absorbante. Une couche 9 complémentaire de ballast (terre et cailloux) est disposée sur la couche absorbante de sorte qu'elle remplit par exemple sensiblement la 25 goulotte formée par ladite couche à bords relevés. Les traverses 10 des rails Il sont ensuite placées sur la couche 9. On a représenté sur les figures 4, 5, 6, 7 et 8, les caractéristiques de couches absorbantes décrites 30 ici selon un mode de l'invention. Ces figures permettent de définir plus particulièrement de telles couches par leurs paramètres comportementaux en fonction des sollicitations qu'elles subissent. La figure 4 donne, pour deux laines de roche complexées selon l'invention, possédant des raideurs 5 dynamiques de l'ordre de 50 mega Newton/m sous une charge de 50 tonnes/m2, les courbes de transmissibilité 12 et 13. Ces courbes montrent une atténuation des vibrations en fréquence, comprise entre 15 et 20 dB 10 sur les fréquences au delà de 100 Hz, pour une épaisseur de couche absorbante selon un mode de réalisation avantageux de l'invention de 50 mm. De telles caractéristiques permettent de résister aux charges imposées par exemple pour les trains RER 15 soit environ 20 tonnes à l'essieu, la grille complexée minimisant par ailleurs de façon significative les risques de poinçonnement notamment d au gravier constituant en partie la couche supérieure du ballast. La figure 5 permet, quant à elle, d'apprécier les meilleurs résultats obtenus dans l'atténuation des fréquences de 200 à 400 Hz avec une couche absorbante 14 selon l'invention, par rapport à un tapis composite en pneu 15 de l'art antérieur. On voit que le niveau de vibration en dB (en ordonnée) est globalement meilleur avec une couche absorbante selon l'invention. Ces courbes ont été obtenues par insertion de capteurs in situ, avec examen visuel de l'état des 30 couches. La figure 6 donne la force de chargement en Newtons (ordonnée 16) en fonction de l'écrasement en mm (abscisse 17) pour une couche absorbante en laine ROCKWOOL connue sous la référence fabricant 360 à 180/m3, imprégnée d'huile avec un taux modifié selon le code de référence du fabricant 000 999. Dans l'essai réalisé, le chargement est de 1562 N 5 (poids du ballast) avec sollicitations cyclées (trente cycles) dont les valeurs sont comprises entre 1562 et 7812 N (100. 000 N/m2), l'essai étant effectué en compression avec une vitesse de chargement de 10 mm/min pour des dimensions d'éprouvette de 250 x 250 10 mm. (Machine d'essai MTS connue sous la dénomination MH20,norme Iso). La figure 7 est une courbe 18 donnant l'évolution de l'angle de perte en degré (ordonnée) en fonction de la fréquence (abscisse) avec la couche absorbante is de la figure 6. On voit que cet angle de perte mesuré sur des échantillons de plaque 200x200 mm et de 50 mm d'épaisseur pour des amplitudes dynamiques stables de + 0,05 mm, donne un angle de perte stable entre 70 Hz 20 et 230 Hz, qu'il descend brusquement entre 250 et 330 Hz puis qu'il redevient stable en moyenne cumulée autour de 6 degrés, après 300 Hz. La figure 8 montre deux courbes 21 et 22 donnant l'évolution de la raideur dynamique complexe K en 25 fonction de la fréquence pour une couche de matériau tel que plus particulièrement décrit ici, de densité 180kg/m3. Ces deux essais ont été effectués en compression alternée avec une amplitude dynamique de + 0,05 mm, 30 une précharge de 2000 N, et ce sur des plaques de 200 x 200 mm et respectivement de 40 et de 50 mm d'épaisseur. Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Structure (1) anti-vibrations pour voie routière ou ferroviaire (2), comprenant une couche 5 absorbante (4) de l'énergie disposée sur une couche de fondation ou de ballast (3), caractérisée en ce que ladite couche absorbante est formée de panneaux rectangulaires (5) en laine de roche juxtaposés les uns aux autres, ladite laine de roche étant complexée 10 sur sa face supérieure (7) avec un matériau géocomposite formé d'une grille (8) en matière plastique associé à un matériau géotextile. 2. Structure anti-vibrations selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'un au moins 15 des cotés latéraux (6) de la couche absorbante est replié en angle vers le haut. 3. Structure anti-vibrations selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche 20 absorbante est comprise entre 40 mm et 80 mm. 4. Structure anti-vibrations selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'épaisseur de la couche absorbante est de l'ordre de 50 mm. 5. Structure anti-vibrations selon l'une 25 quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la laine de roche présente les caractéristiques suivantes: - masse volumique comprise entre 150 kg/m3 et 200 kg/m3 - écrasement maximum compris entre 6 et 7 mm pour une sollicitation en compression de l'ordre de 8000 N, pour des dimensions d'éprouvette de 250 x 250 mm. 6. Structure anti-vibrations selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la laine de roche est une laine de roche fabriquée par la société ROCKWOOL 5 commercialisée sous la référence R 360 et dont le taux d'huile a été modifié selon le code de référence du fabricant 000 999. 7. Structure anti-vibrations selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la grille (8) du matériau composite est en PEHD expansé. 8. Structure anti-vibrations selon la revendication 7, caractérisé en ce que le taux de noir de carbone de la grille en matière plastique est is de l'ordre de 0,4%, la dimension de maille de ladite grille étant de l'ordre de 15 à 16 mm x 10 à 11 mm. 9. Structure anti-vibrations selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau géotextile est en 20 polypropylène de masse surfacique de l'ordre 100g/m2 à 150 g/m2.