Brevet FR3040713A1 — publié le 20170310

Dispositif de maintien de traverses ferroviaires et voie ferrée comprenant le dispositif Domaine technique de l'invention L'invention s'inscrit dans le domaine des infrastructures 5 ferroviaires, et plus particulièrement dans le maintien des voies ferrées sur le sol. Art antérieur de l'invention 10 La plupart de rails métalliques sont maintenus par des traverses posées sur un ballast permettant de transmettre les efforts engendrés par le passage des trains vers le sol. Le ballast est généralement constitué de gravier. L'épaisseur du ballast est de l'ordre de 50cm. Les traverses sont en partie immergées dans le ballast afin d'éviter leur déplacement. Lors du 15 passage d'un train, les vibrations occasionnées déplacent néanmoins les traverses, ce qui tend à déformer au long terme la voie ferrée. Plus la vitesse du train augmente, plus l'amplitude des vibrations est élevée. Les enjeux actuels du transport ferroviaire imposent des vitesses de circulation de plus en plus importantes. En opérationnel, pour les vitesses 20 de train élevées, au-delà de 200 km/h, le ballast adopte un comportement fluide et sa cohésion n'est plus assurée. Les traverses se déplacent donc sous l'effet du passage de chaque train, ce qui au long terme fragilise la voie ferrée. C'est pourquoi des équipes de maintenance sillonnent les voies ferrées périodiquement afin de remettre les voies dans leur position initiale. 25 Cette maintenance entraine donc des coûts supplémentaires dans l'utilisation des voies à grande vitesse. On a même dépassé les 500 km/h pour établir des records de vitesse. Les vibrations générées par ces vitesses sont telles qu'après le passage d'un seul train, on a constaté des déformations importantes de la 30 voie ferrée obligeant à une remise en état intégrale avant de pouvoir faire circuler un autre train sur la même voie. Il est aujourd'hui crucial de contenir ces vibrations. 3040713 2 L'insertion d'un polymère dans le ballast a été envisagée. Ceci permet d'améliorer la stabilité de la voie ferrée en limitant les mouvements entre les grains de ballast. Les frottements entre ceux-ci diminuent, ce qui augmente la durée de vie de la voie. Cependant, cette solution souffre d'un prix élevé ainsi qu'une mise en oeuvre complexe. Une alternative actuellement en développement consiste à fixer les rails sur une dalle de béton qui présente l'avantage de ne pas se déformer sous l'effet des vibrations. Les traverses sont remplacées par des fixations qui sont directement noyées dans le béton. Cependant, cette nouvelle technique souffre d'un manque de recul, notamment au niveau de la fissuration possible au long terme de la dalle en béton. En effet, le béton est connu pour avoir une meilleure tenue en compression qu'en traction. Les vibrations occasionnées par le passage d'un train génèrent aussi bien des contraintes de traction que de compression. La réparation des fissures oblige à couler une nouvelle dalle de béton sur la partie de la voie endommagée ce qui interrompt le trafic durant le temps de séchage. Il serait possible de précontraindre le béton pour favoriser les contraintes de compression. Cette solution est cependant très couteuse. Résumé de l'invention L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant une voie ferrée posée sur du ballast dont la stabilité est améliorée. Un objectif est d'atteindre des vitesses de trains de 500 km/h en opérationnel sans nécessiter une maintenance de la voie ferrée après chaque passage d'un train. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de maintien de traverses ferroviaires comprenant des grains de ballast destinés à être posés 30 sur le sol, et une structure possédant plusieurs alvéoles, les grains de ballast prenant place dans chacune des alvéoles de la structure. Les alvéoles sont limitées par des parois qui s'étendent avantageusement verticalement. Les alvéoles peuvent posséder une section de forme régulière par 35 exemple hexagonale ou irrégulière. 3040713 3 La structure alvéolaire est avantageusement ouverte au moins en partie supérieure. Le dispositif de maintien de traverses ferroviaires peut comprendre en outre un film de type géotextile disposé sous la structure 5 alvéolaire. La hauteur de la structure alvéolaire peut être constante ou varier latéralement. La structure alvéolaire s'étend alors sur une hauteur moins élevée en partie centrale qu'en partie latérale, la partie de hauteur moins élevée étant destiné à recevoir les traverses. 10 La structure alvéolaire peut être est réalisée en plusieurs parties, chacune ayant une hauteur constante. La structure alvéolaire peut être composée de plusieurs parties superposées entre elles. L'invention a également pour objet une voie ferrée comprenant un 15 dispositif de maintien tel que décrit plus haut, des traverses en partie noyée dans les grains de ballast et des rails fixés aux traverses. Brève description des figures 20 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : La figure 1 représente schématiquement en coupe un exemple de réalisation d'une voie ferrée mettant en oeuvre l'invention. 25 La figure 2 représente une variante de l'exemple représenté sur la figure 1. Les figures 3 et 4 représentent schématiquement en vue de dessus deux exemples de structure alvéolaire mis en oeuvre dans l'invention. La figure 5 représente une variante de l'exemple représenté sur la 30 figure 1. La figure 6 représente en vue de dessus une variante de l'exemple représenté sur la figure 1. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. 35 3040713 4 Description détaillée de l'invention La figure 1 représente une voie ferrée 10 comprenant des grains de ballast 13, des traverses 11 et deux rails 12. Les traverses 11 sont en 5 partie noyées dans le ballast et les rails 12 sont fixés sur les traverses 11. Les rails 12 sont parallèles entre eux et s'étendent selon une direction longitudinale perpendiculaire au plan de la figure 1. Les traverses 11 sont perpendiculaires aux rails 12. Le ballast est formé de graviers dont la granulométrie est calibrée. Ces graviers sont par exemple obtenus à partir de 10 pierre concassée. Par la suite ces graviers seront appelés grains de ballast 13. Selon l'invention, la voie ferrée 10 comprend en outre une structure alvéolaire 14. Des grains de ballast 13 prennent place dans chacune des alvéoles de la structure. La présence de la structure alvéolaire 15 14 permet de limiter le déplacement des grains de ballast 13 les uns par rapport aux autres lorsque le ballast adopte un comportement fluide sous l'effet de vibrations générées par le passage d'un train. Les alvéoles sont limitées par des parois 15. Le comportement fluide du ballast est soumis à la gravité. Le ballast tend donc à s'étendre 20 horizontalement. Pour limiter cette extension horizontale du ballast, les parois 15 s'étendent avantageusement verticalement. Il est également possible de prévoir des parois inclinées par rapport à la verticale, notamment lorsque la voie ferrée suit une courbe. Les alvéoles de la structure alvéolaire 14 sont avantageusement 25 de forme régulière. Une forme régulière ou pavage permet un comportement plus homogène de la voie ferrée 10, le pavage étant répété à intervalles constants dans la direction longitudinale des rails 12 et/ou dans la direction parallèle aux traverses 11. Il est également possible de faire varier le pavage pour permettre un amortissement plus précis dans les courbes ou au niveau de l'extrémité des traverses 11. En définissant une dimension caractéristique de chaque alvéole, il est par exemple possible d'avoir une dimension caractéristique des alvéoles plus faible au centre que sur les côtés de la voie ferrée 10 comme sur la figure 2. La dimension caractéristique d'une alvéole est par exemple la plus grande dimension existante dans un plan perpendiculaire aux parois 15. 3040 713 5 Les alvéoles de la structure alvéolaire 14 sont par exemple hexagonales dans un plan perpendiculaire aux parois, comme présenté figure 3. La forme hexagonale des alvéoles permet une imbrication des alvéoles formant une structure dite en nid d'abeille. La forme hexagonale 5 permet une bonne répartition de l'amortissement et garantit une solidité d'ensemble des grains de ballast 13. Il est également possible d'avoir une autre structure géométrique régulière comme par exemple toute structure polygonale. Une structure alvéolaire à base d'alvéoles carrées ou triangulaires peut également convenir pour imbriquer les alvéoles sans vide 10 entre elles. Alternativement, il est possible de prévoir une structure alvéolaire où les alvéoles ont une forme circulaire, comme sur la figure 4, afin d'améliorer le caractère isotrope de l'amortissement. La structure alvéolaire 14 est par exemple ouverte au moins en partie supérieure. Cela permet un remplissage aisé des grains de ballast 13 15 dans la structure alvéolaire 14. La traverse 11 n'est pas nécessairement en contact avec la structure alvéolaire 14. Un film géotextile 16 peut-être disposé sous la structure alvéolaire 14. Il permet d'une part de drainer tout liquide hors de la structure et d'autre part de bloquer la pousse de toute végétation au travers du ballast. Le film 20 géotextile 16 peut être directement fixé à la structure alvéolaire 14 pour en faciliter la pose de l'ensemble. La hauteur de la structure alvéolaire 14 peut varier suivant la direction parallèle aux traverses 11. La structure alvéolaire 14 peut s'étendre sur une hauteur moins élevée au centre que sur les côtés de la voie ferrée 25 10, la partie de hauteur moins élevée étant destinée à recevoir les traverses 11. Cela permet aux traverses 11 d'être mieux maintenues et augmente ainsi l'amortissement global de la voie ferrée 10. La structure alvéolaire 14 peut être réalisée en plusieurs parties 30, chacune ayant une hauteur constante, comme sur la figure 5. Cela 30 permet de faciliter la pose de la structure. Chaque partie peut être stockée sous forme de rouleau pour permettre un transport plus simple de la structure alvéolaire 14. Le montage pourra alors par exemple s'effectuer en déroulant chaque morceau de la structure alvéolaire 14. Une première partie 30 pourra par exemple s'étendre 35 sensiblement sur toute la largeur de la voie ferrée 10. D'autres parties 31a et 3040713 6 31b sont par exemple posées au dessus de la partie 30 de part et d'autre des traverses 11. Les parties 31a ou 31b peuvent par exemple s'étendre uniquement à l'extérieur des traverses 11 et parallèlement aux rails 12. Des 5 parties 32 peuvent aussi s'intercaler entre les traverses 11 pour permettre un meilleur maintien des grains de ballast 13, comme représenté sur la figure 6. La structure alvéolaire 14 peut être composée de plusieurs parties superposées entre elles. Cela permet de faciliter la pose de la structure et cela répartit l'amortissement de la voie ferrée 10 entre les différentes parties 10 de la structure. Le matériau constituant la structure alvéolaire 14 peut être rigide ou flexible selon l'amortissement désiré. Un plastique offre par exemple un amortissement plus faible qu'un métal mais garantit une meilleure dissipation de l'énergie due aux vibrations de la voie ferrée lors du passage d'un train. 15 La dissipation de l'énergie se fait entre les grains de ballast 13. REVENDICATIONS1. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) comprenant des grains de ballast (13) destinés à être posés sur le sol, et une structure (14) possédant plusieurs alvéoles, les grains de ballast (13) prenant place dans chacune des alvéoles de la structure (14). 2. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon la revendication 1, dans lequel les alvéoles sont limitées par des parois (15) s'étendant verticalement. 3. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les alvéoles possèdent une section de forme régulière. 4. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon la 15 revendication 3, dans lequel les alvéoles possèdent une section de forme hexagonale. 5. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la structure alvéolaire (14) est 20 ouverte au moins en partie supérieure. 6. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un film (16) de type géotextile disposé sous la structure alvéolaire (14). 25 7. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la hauteur de la structure alvéolaire (14) varie latéralement, la structure alvéolaire (14) s'étendant sur une hauteur moins élevée en partie centrale qu'en partie latérale, la partie de 30 hauteur moins élevée étant destiné à recevoir les traverses (11). 8. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon la revendication 7, dans lequel la structure alvéolaire (14) est réalisée en plusieurs parties (30, 31a, 31b), chacune ayant une hauteur constante. 3040713 8 9. Dispositif de maintien de traverses ferroviaires (11) selon la revendication 8, dans lequel la structure alvéolaire (14) est composée de plusieurs parties (30, 31a, 31b) superposées entre elles. 10. Voie ferrée (10) comprenant un dispositif de maintien selon l'une des revendications précédentes, des traverses (11) en partie noyées dans les grains de ballast (13) et des rails (12) fixés aux traverses (11). 5 10