Modélisation et analyse mécanique d'une voie ferrée sur dalle renforcée par des liaisons spécifiques et sous sollicitation dynamique

par Benjamin Claudet

Projet de thèse en Structures et Matériaux

Sous la direction de Denis Duhamel et de Gilles Forêt.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec NAVIER (laboratoire) et de Matériaux et structures architecturés (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Contexte de la thèse : Ce travail rentre dans le cadre d'une coopération entre l'ENPC et Getlink (anciennement Eurotunnel) et porte sur la compréhension du comportement mécanique de la voie ferrée en tunnel sous la Manche utilisant un système de support LVT (Low Vibration Track) afin de déterminer une politique de remplacement de ce système. Ce système LVT est composé de deux blochets indépendants reposant dans des chaussons en caoutchouc, d'une semelle sous rail et d'une semelle micro-cellulaire sous blochet. Une fois les rails mis en place, les chaussons ont été noyés dans le béton (non armé) de la voie. A l'heure actuelle les blochets endommagés sont remplacés lors des nuits de maintenance mais la remise à niveau de toute la voie par remplacement de ces systèmes s'avère complexe et coûteuse. De plus le remplacement de tous les blochets prendra plusieurs années. Une alternative pourrait consister à renforcer les zones de la voie qui ont subi des dégradations ce qui permettrait de prolonger la durée de vie des blochets en abaissant les chargements sur les supports. Ce renforcement peut se faire en installant des fixations entre les supports existants. Ces fixations pourraient être indépendantes et consister en de nouveaux systèmes fixés sur la dalle béton. Il existe un tel système comme les semelles VIPA de PANDROL ou DFF 300 de VOSSLOSH. Programme de la thèse : L'étude de ces nouveaux systèmes de fixation comporte une première tâche de calcul de structure d'une voie ferrée non périodique avec des supports ayant une raideur comportant des aléas et soumise à des chargements dynamiques de trains qui eux-mêmes ont une forte variabilité. Pour cela, il sera nécessaire dans un premier temps de réaliser un travail de modélisation numérique et/ou analytique permettant d'étudier la faisabilité de ce système de fixation en prenant en compte les chargements et le trafic en voie, les caractéristiques géométriques de la voie et les caractéristiques mécaniques de la dalle béton. D'autre part, les fixations permettront de modifier la durée de vie des anciens composants de la voie en changeant la répartition des chargements. Il sera donc nécessaire d'étudier l'influence de ce nouveau système sur la réponse dynamique de la voie et son impact sur la durée de vie de la dalle béton et les réactions sur le matériel roulant. Cette étude mènera ensuite à la compréhension de la cinétique des endommagements de la voie. Enfin, la dernière phase de cette étude concernera la conception de ce nouveau système, son optimisation potentielle, ce qui prendra aussi en considération son temps d'installation et la réalisation d'un prototype qui sera installé dans le tunnel pour validation en voie.

  • Titre traduit

    Modelisation and mechanical analysis of a railway on a slab reinforced by specific elements with a dynamic load


  • Résumé

    Thesis context: This work is part of a cooperation betwin ENPC and GETLINK (former Eurotunnel Group) and deals with understanding the mechaniçcal behavior of the railway in th Shuttle which uses a support system LVT (Low Vibration Track) in the aim of determining the exchange policy for this system. The LVT system is consitued for each rail by a concrete blocks resting in a rubber boot and on a micro-cellular pad and another micro-cellular pad between the rail and the concrete block. These elements are embedded in the slab of unreinforced concrete. Nowadays, the damaged concrete blocks are changed with new ones during the nights of maintenance. This operation is very complex and expensive. One alternative could be the reinforcement of the areas of the track which were damaged with the aim of reducing the load on the neighboring supports. The reinforcement can consist in putting up a fixation between existing supports. These fixation could also be independent attached directly one the concrete slab. PANDROL's VIPA and VOSSHOLL's DFF 300 are exemples of these systems. Thesis programme: The first task in the study of these new fixation systems is a structural computation of a non-periodic railway with support with some hazards and dynamic loads which also have a consequent varing part. In a first time a computational or analytical work will be made to study the feasability of such a fixation system. This work must account for the loads and the trafic, geometrical characteristics of the track and mechanical characteristics of the concrete slab. The fixation will probably modify the lifetime of the other elements of the track by changing the load repartition. Therefore, a study of the influence of the new system on the dynamic response of the track, on the lifetime of the concrete slab and on the loads on the rolling material. Then, the damage cinetic will be investigated. Eventually, the last phase will be the conception of the new system with a possible optimisation (including optimisation of the time needed to physically set up the solution). This last part also contains making a prototype and testing it in real conditions.