Brevet FR3002955A1 — publié le 20140912

RAIDISSEUR POUR VOIE FERREE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL RAIDISSEUR DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention concerne le domaine ferroviaire et, plus particulièrement, le réglage de la raideur d'une voie ferrée. Une voie ferrée comporte de manière classique deux rails longitudinaux de circulation reliés par des traverses transversales en bois ou en béton qui reposent sur le sol. En fonction de la nature de la voie ferrée, celle-ci possède une raideur différente. La raideur d'une voie ferrée est une grandeur qui décrit la réponse mécanique de la voie ferrée lors d'un passage d'un train. Plus précisément, la raideur d'une voie ferrée caractérise le rapport de la force appliquée en un point d'un rail par le déplacement mesuré en ce même point. La raideur d'une voie ferrée varie ainsi en fonction des propriétés du sol, des propriétés du ballast, du type de rail, du type de traverses, etc. En pratique, une voie ferrée comporte une pluralité de portions consécutives de raideurs différentes (par exemple : passage d'une voie ballastée à une voie sur dalle béton, passage d'un ouvrage d'art à une voie courante, traversée sous voie, passage sur un bloc technique, etc.). A titre d'exemple, en référence à la figure 1, une voie ferrée comporte : - une première portion Z1 comportant deux rails longitudinaux 1 supportés par des traverses en béton monobloc 2 reposant sur du ballast 6 et - une deuxième portion Z2 comportant deux rails longitudinaux 1 supportés par des blochets en béton 3 reposant directement sur une dalle en béton 7. Du fait de sa structure, la deuxième portion Z2 possède une raideur R2 supérieure à la raideur R1 de la première portion Z1 . Lorsqu'un véhicule ferroviaire circule sur la voie ferrée, le comportement dynamique du véhicule est affecté par la différence de raideur entre les portions Z1 et Z2 ce qui peut affecter la durée de vie et la qualité de la géométrie de la voie ferrée. Afin d'éliminer cet inconvénient, il a été proposé dans l'art antérieur d'agir sur la zone, dite « de transition », située entre deux portions de raideurs différentes afin de limiter son impact négatif sur les véhicules ferroviaires. En référence à la figure 2, une première solution consiste à placer un ou plusieurs raidisseurs 4 entre les rails de circulation 1 de la zone de transition de manière à atténuer la différence de raideurs. En pratique, les raidisseurs se présentent sous la forme de rails analogues à ceux utilisés pour la circulation. Autrement dit, la voie ferrée comporte des rails de circulation 1 sur lesquels viennent circuler les véhicules ferroviaires et des rails raidisseurs 4 positionnés entre les rails de circulation 1. La courbe C4 de la figure 4 représente l'évolution de la raideur de la voie ferrée de la figure 2 avec des rails raidisseurs 4, la raideur étant représentée en ordonnée et la distance en abscisse. Comme illustré sur cette figure, les rails raidisseurs 4 augmentent partiellement la raideur de la première portion Z1 de manière à former : - une première partie Z1 A, dénuée de rails raidisseurs 4, de faible raideur ; et - une deuxième partie Z1 B, comportant des rails raidisseur, de moyenne raideur. L'ajout de rails raidisseurs 4 permet d'atténuer l'écart de raideurs dans une zone de transition mais engendre des sauts de raideur J aux extrémités des rails raidisseurs 4, ce qui présente un inconvénient du point de vue de l'interaction véhicule-voie. Autrement dit, l'ajout de rails raidisseurs 4 permet uniquement de décaler le problème de raideurs, la voie ferrée comportant toujours une raideur discontinue. Une deuxième solution consiste à modifier l'épaisseur du ballast 6 dans la zone de transition afin d'obtenir une raideur continue entre les portions de faible raideur R1 et de forte raideur R2. Cette solution est difficile à mettre en oeuvre car elle nécessite de retirer les rails de circulation 1 pour modifier le ballast 6, ce qui est onéreux et long à mettre en oeuvre. Une troisième solution consiste à ajouter des éléments raidisseurs discrets (semelles sous rail, semelles sous traverses, etc.). De manière similaire, cette solution est difficile à mettre en oeuvre et nécessite du temps et une main d'oeuvre importante. Depuis plusieurs dizaines d'années, il existe un besoin pour former de manière pratique et rapide une voie ferrée ayant des portions de raideurs différentes mais dont les discontinuités de raideur sont minimisées. PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION Pour éliminer au moins certains de ces inconvénients, l'invention concerne un raidisseur pour voie ferrée comportant un corps longitudinal, la section transversale du corps étant variable selon sa longueur. Un tel raidisseur est avantageux car il permet d'apporter à une voie ferrée une raideur variable selon sa longueur. Grâce à un raidisseur selon l'invention, la raideur d'une voie ferrée peut être modifiée de manière simple et rapide pour éviter tout saut de raideur. De préférence, la section transversale est strictement décroissante selon sa longueur ce qui est particulièrement avantageux pour une voie ferrée comportant deux portions longitudinales ayant une raideur différente. Un raidisseur avec une section transversale décroissante permet d'assurer une transition en douceur d'une portion à une autre. De préférence, la section transversale du raidisseur évolue linéairement selon sa longueur. De manière préférée, le raidisseur se présentant sous la forme d'un rail comportant un patin inférieur relié à un champignon supérieur par une paroi verticale, connue de l'homme du métier sous la désignation « âme du rail », la section transversale du champignon est variable selon sa longueur. De manière avantageuse, on détourne l'utilisation d'un rail classique de section transversale constante comme raidisseur à raideur variable. Le patin inférieur du rail est avantageusement conservé pour participer à la fixation à la voie ferrée tandis que son champignon supérieur est usiné pour adapter la raideur de la voie ferrée, le champignon supérieur n'étant par ailleurs pas utile pour un rail non destiné à la circulation. Comme le champignon supérieur d'un rail constitue une réserve d'inertie du fait de sa section importante, son usinage permet de régler l'inertie du rail raidisseur sur une plage importante afin de conférer à la voie ferrée la raideur désirée. Selon un aspect préféré de l'invention, la hauteur du corps est variable selon sa longueur, de préférence, strictement décroissante. Selon un aspect préféré de l'invention, le corps est biseauté selon sa longueur. De préférence, la hauteur transversale du raidisseur évolue linéairement selon sa longueur. L'invention concerne en outre une voie ferrée comportant deux rails longitudinaux de circulation pour la circulation d'un véhicule ferroviaire, la voie ferrée comportant deux portions longitudinales ayant une raideur différente et au moins un raidisseur, tel que présenté précédemment, monté entre les deux rails longitudinaux de circulation dans une zone de transition formée entre les deux portions de raideurs différentes. Ainsi, le raidisseur permet d'apporter une raideur supplémentaire à la portion de faible raideur afin de former une zone de transition dont la raideur est contrôlée et les discontinuités minimisées. En effet, il suffit d'adapter la section transversale du raidisseur pour régler la raideur de la zone de transition de la voie ferrée. De préférence, la voie ferrée comportant une première portion de faible raideur et une deuxième portion de forte raideur, la section transversale du raidisseur est plus importante à proximité de la deuxième portion de forte raideur. Plus la section du raidisseur est importante, plus la raideur de la voie ferrée est élevée. L'utilisation d'un tel raidisseur permet avantageusement de limiter l'apparition d'un saut de raideur, c'est à dire une discontinuité de raideur, entre une première portion de faible raideur et une deuxième portion de forte raideur. De préférence encore, la voie ferrée comprend au moins deux raidisseurs montés entre les deux rails longitudinaux de circulation afin d'équilibrer la raideur d'une voie ferrée entre les deux rails de circulation latéraux. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication d'un raidisseur à partir d'un rail longitudinal comportant un patin inférieur relié à un champignon supérieur par une paroi verticale, procédé comportant une étape d'usinage du champignon selon la longueur du rail de manière à ce que la section transversale du rail soit variable selon sa longueur. L'usinage du champignon permet de modifier la section transversale d'un rail tout en conservant un patin inférieur adapté pour être relié à une traverse de voie ferrée. Un tel procédé permet d'obtenir un raidisseur de manière rapide qui soit simple à monter sur une voie ferrée. PRESENTATION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une voie ferrée comportant deux portions longitudinales consécutives de raideurs différentes ; - la figure 2 est une vue schématique de dessus de la voie ferrée de la figure 1 avec des raidisseurs selon l'art antérieur ; - la figure 3 est une vue schématique de dessus de la voie ferrée de la figure 1 avec des raidisseurs selon l'invention ; - la figure 4 représente en ordonnée l'évolution de la raideur de la voie ferrée avec des raidisseurs selon l'art antérieur (C4) et avec des raidisseurs selon l'invention (C5) en fonction de la distance en abscisse ; - la figure 5 est une vue en coupe d'un raidisseur de la figure 3 selon le plan de coupe A-A ; - la figure 6 est une vue en coupe d'un raidisseur de la figure 3 selon le plan de coupe B-B ; et - la figure 7 est une vue en coupe d'un raidisseur de la figure 3 selon le plan de coupe C-C ; Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE En référence à la figure 3, il est représenté une voie ferrée comportant deux rails longitudinaux 1 pour la circulation d'un véhicule ferroviaire, chaque rail 1 possédant de manière classique une section transversale constante selon sa longueur. La voie ferrée comporte deux portions longitudinales Z1 et Z2 ayant une raideur différente. Dans cet exemple, la première portion longitudinale Z1 comporte deux rails longitudinaux 1 supportés par des traverses en béton monobloc 2 reposant sur du ballast 6. La deuxième portion Z2 comporte deux rails longitudinaux 1 supportés par des blochets en béton 3 reposant directement sur une dalle de béton 7. Du fait de sa structure, la deuxième portion Z2 possède une raideur R2 supérieure à la raideur R1 de la première portion Z1 . Comme illustré à la figure 3, la voie ferrée comporte au moins un raidisseur 5 monté entre les deux rails longitudinaux de circulation 1 dans une zone de transition Z1B formée entre les deux portions de raideurs différentes Z1A et Z2. Dans cet exemple, la voie ferrée comporte deux raidisseurs 5 montés parallèlement aux rails longitudinaux 1. Selon l'invention, chaque raidisseur 5 comporte un corps longitudinal dont la section transversale du corps est variable selon sa longueur. De manière avantageuse, en faisant varier la section transversale du raidisseur 5 pour plusieurs positions longitudinales sur la voie ferrée, on modifie la raideur de la voie ferrée entre lesdites positions longitudinales. De manière préférée, la voie ferrée comportant une première portion Z1 de faible raideur R1 et une deuxième portion Z2 de forte raideur R2, la section transversale du raidisseur 5 est plus importante à proximité de la deuxième portion Z2 de forte raideur R2 afin de former une zone de transition de raideur adaptée. De préférence, la section transversale du corps du raidisseur 5 est strictement décroissante selon sa longueur afin que la raideur de la zone de transition Z1B soit continue comme cela sera présenté par la suite. L'invention va être présentée pour une forme de réalisation dans laquelle le raidisseur 5 se présente sous la forme d'un rail de circulation classique 1 qui a été usiné. Avant usinage, le rail possède une section transversale constante selon sa longueur et comporte un patin inférieur 51 relié à un champignon supérieur 53 par une paroi verticale 52, désignée « âme du rail », comme illustré à la figure 7. Un tel rail est connu de l'homme du métier sous le nom de rail Vignole. Un tel rail est de préférence réalisé en acier et possède une masse par mètre de 60 kg/m. Pour former un raidisseur 5 selon l'invention, les sections transversales du champignon supérieur 53 et de la paroi verticale 52 sont variables selon la longueur du raidisseur 5. Autrement dit, la hauteur du corps du raidisseur 5 est variable selon sa longueur. De manière préférée, le raidisseur 5 est biseauté, sa hauteur étant strictement décroissante selon sa longueur. A titre d'exemple, au cours du procédé de fabrication du raidisseur 5, le champignon supérieur 53 est usiné selon la longueur du raidisseur 5 de manière à ce que sa section transversale soit variable linéairement selon sa longueur. De manière préférée, l'étape d'usinage est réalisé au moyen d'une fraiseuse à commande numérique par passes successives jusqu'à atteindre le bon profil. De préférence, la précision d'usinage est de l'ordre de 1 /1 Oèrne de mm. L'usinage permet de modifier l'inertie du raidisseur 5 ce qui affecte directement la raideur de la voie ferrée. Ainsi, par exemple, pour un rail "entier du type UIC 60, celui-ci possède une inertie de l'ordre de 3.05 x 10-5 kg/m2 tandis qu'un rail dépourvu de champignon supérieur 53 possède une inertie de l'ordre de 5.54x 10-6 kg/m2. De manière préférée, la section varie linéairement selon la direction longitudinale pour une longueur variant de 4m à 40m. De préférence encore, la hauteur du raidisseur 5 varie entre 121 mm (hauteur correspondante au retrait du champignon) et 172 mm. De manière similaire, la section du raidisseur 5 varie entre 4485,4319 mm2 (section correspondante au retrait total du champignon) et 7672.1607 mm2. Les figures 5 à 7 illustrent trois coupes transversales du corps du raidisseur 5 selon trois positions longitudinales distantes représentées à la figure 3. Selon la coupe transversale C-C du raidisseur 5 représentée à la figure 7, le raidisseur 5 possède une section transversale Sc de dimension classique pour un rail (de l'ordre de 7 700 mm2). En effet, le raidisseur 5 comporte un patin inférieur 51 relié à un champignon supérieur 53 par une paroi verticale 52, appelée « âme du rail ». Selon la coupe transversale B-B du raidisseur 5 représentée à la figure 6, le champignon supérieur 53 a été partiellement usiné. De manière classique, pour un rail UIC 60, la section transversale d'un champignon supérieur 53 est de l'ordre de 3 100 mm2 ce qui constitue une réserve d'inertie et permet d'adapter la raideur de la voie ferrée sur une large plage de raideur. Comme illustré à la figure 6, les parties latérales du champignon 53 ont été usinées de manière à ce que la section transversale Sb soit plus faible que la section transversale Sc située à proximité de la deuxième portion Z2 de forte raideur R2. Selon la coupe transversale A-A du raidisseur 5 représentée à la figure 5, le champignon supérieur 53 a été usiné, le raidisseur 5 ne comportant plus que le patin inférieur 51 et la paroi verticale 52. La section transversale Sa, située à proximité de la première portion Z1 de faible raideur R1, est plus faible que la section transversale Sb. Le raidisseur 5 est ainsi diminué d'une hauteur de l'ordre de 3 à 5 cm Autrement dit, plus une section transversale du raidisseur 5 est proche d'une zone de forte raideur, plus la section transversale est importante afin d'augmenter la raideur de la zone de transition de la voie ferrée. La formation de sauts de raideur est limitée, la voie ferrée possédant une raideur continue. En référence à la figure 4 illustrant l'évolution de la raideur C5 de la voie ferrée avec des raidisseurs 5 selon l'invention en fonction de la position longitudinale, on remarque que la raideur C5 évolue de manière continue dans la zone de transition Z1B entre la première zone Z1A de faible raideur R1 et la deuxième zone Z2 de forte raideur R2. Ainsi, de manière globale, la voie ferrée possède une raideur continue ce qui améliore la durée de vie de la voie ferrée lors de la circulation de véhicules ferroviaires sur ladite voie. La mise en place d'un raidisseur 5 comportant un patin inférieur 51 est simple à mettre en oeuvre car il suffit de le monter sur les traverses de la voie ferrée de manière similaire à un rail de circulation 1. REVENDICATIONS1. Raidisseur (5) pour voie ferrée comportant un corps longitudinal caractérisé en ce que la section transversale du corps est variable selon sa longueur. 2. Raidisseur selon la revendication 1, dans lequel la section transversale est strictement décroissante selon sa longueur. 3. Raidisseur selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel, le raidisseur (5) se présentant sous la forme d'un rail comportant un patin inférieur (51) relié à un champignon supérieur (53) par une paroi verticale (52), la section transversale du champignon (3) est variable selon sa longueur. 4. Raidisseur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel, la hauteur du corps est variable selon sa longueur. 5. Raidisseur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, la hauteur du corps décroît linéairement selon sa longueur. 6. Raidisseur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel, le corps est biseauté selon sa longueur. 7. Voie ferrée comportant deux rails longitudinaux (1) pour la circulation d'un véhicule ferroviaire, la voie ferrée comportant deux portions longitudinales (Z1A, Z2) ayant une raideur différente (R1, R2) et au moins un raidisseur (5) selon l'une des revendications 1 à 6 monté entre les deux rails longitudinaux (1) dans une zone de transition (Z1B) formée entre les deux portions (ZIA, Z2) de raideurs différentes (R1, R2). 8. Voie ferrée selon la revendication 7, dans laquelle, la voie ferrée comportant une première portion (Z1 A) de faible raideur (R1) et une deuxième portion (Z2) de forte raideur (R2), la section transversale (S) du raidisseur (5) est plus importante à proximité de la deuxième portion (Z2) de forte raideur (R2). 9. Voie ferrée selon l'une des revendications 7 à 8, comprenant au moins deux raidisseurs (5) montés entre les deux rails longitudinaux de circulation (1). 10. Procédé de fabrication d'un raidisseur (5) à partir d'un rail longitudinal comportant un patin inférieur (51) relié à un champignon supérieur (53) par une paroi verticale (52), procédé comportant une étape d'usinage du champignon (53) selon la longueur du rail de manière à ce que la section transversale (S) du rail soit variable selon sa longueur.