Comportement du ballast des voies ferrées soumises à un chargement vertical et latéral

Comportment of the ballast of railway tracks submitted to a vertical and lateral load

• Auteur / Autrice : Valérie Bodin
• Direction : Karam Sab
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux et structures
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Marne-la-vallée, ENPC

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique

Matériaux

Voie ferrée

Ballast

Tassement vertical et latéral

Expérimental

Echelle réduite

Résistance latérale

Essais cycliques

Modèle numérique

Défauts de voie

Accélération critique

Résumé

L'augmentation des vitesses de circulation sur les voies ferrées classiques va conduire à l'utilisation de trains pendulaires. La pendulation de la caisse permet en effet aux trains d'aborder les virages à une vitesse plus importante, ce qui induit une plus grande force centrifuge (transversale par rapport à l'axe de la voie) qui doit être reprise par la voie. La thèse présente un modèle de prédiction des défauts de voie verticaux et latéraux, se basant sur un modèle existant de prédiction des défauts de voie purement verticaux. Le modèle comporte six degrés de liberté par traverse: déplacement vertical, latéral et rotation selon l'axe du rail, pour chacun des deux brochets d'une traverse. L'apparition et l'évolution d'un défaut de voie modifient les efforts exercés sur le rail par la variation des surcharges dynamiques. Le principe du modèle est de calculer à chaque passage de véhicule le déplacement élastique et résiduel du ballast selon les degrés de liberté considérés, sous les efforts exercés, et de prédire l'évolution de la géométrie de la voie. La matrice d'influence de la voie est calculée par un modèle éléments finis, reproduisant une portion de voie d'une quinzaine de mètres comportant sol, traverses, rails et ballast. Ce dernier est décomposé en deux matériaux linéaires, élastiques, isotropes, de caractéristiques mécaniques différentes suivant sa compacité sous ou autour des brochets. Le tassement résiduel du ballast à grand nombre de cycles est lié au déplacement élastique à travers deux lois de tassement vertical et latéral. Celles-ci ont été identifiées expérimentalement sur un banc d'essai à échelle réduite, constitué d'une traverse bi-bloc en béton noyée dans du ballast, sollicitée par un vérin reproduisant le passage des trains. Le banc d'essai a également permis de déterminer une loi de stabilité latérale à faible nombre de cycles et a mis en évidence un phénomène d'accélération critique provoquant la désorganisation du massif de ballast.