CA1328097C - Systeme de supports anti-vibratoires pour voie ferree - Google Patents

Abstract

Système de supports anti-vibratoires pour voie ferrée dans lequel chaque rail repose à intervalles réguliers sur un coussin en matière amortissante disposé dans un logement formé dans une selle en béton, le rail étant par ailleurs fixé sur la selle, la raideur du coussin amortissant de chaque support étant choisie de telle façon que les supports soient alternativement des supports souples et des supports rigides. Les selles de rail en béton peuvent être fixées dans le sol, éventuellement avec interposition d'une semelle anti-vibratoire, ou être fixées sur une dalle de béton reposant sur des appuis anti-vibratoires.

Description

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La présente invention concerne un système de flxation pour rails de ~oie ferr~e assurant l'isolation vibra-toire et acoustique des ~oies ferrées.
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Les roues de véhicules roulant sur rails créent dans ceux-ci des vibratlons qui produisent des d~formations.
et une usure des rail~. De plus, les vibrations du rall se transmettent aux véhlcule~ et en réduisent la durée de vie.
Enfin, les vibrations des rails se trans~ettent d~recte ment dans l'environnement. Les rames de métro, en : particuller, constituent la source ~aJeure de v1brations qui nuisent à l'environnement urbain. Pour la plupart des rames de ~tro en clrculation, des analyses dynamiques indiquent des modes rigides 9 des modes de ~lexion et des modes de torsion du premier ordre en dessous de 15 Hz.
Le~ vibrations qui sont créées dans le rail s'amortissent avec une constante de temps dépassant largement une milliseconde et s'approchant m~me en fait de deux milli-secondes généralement. Ce~te constante de temps est plus longue que le laps de temps entre deux sollicitations dynamiques successives appliquées par les roues'd'u~
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2 ~ 3 ~ 7 vehicule (laps de temps lié à la distance entre les axes des roues) et il en résulte des résonances entre les vibrations ; du rail et les vibrations du v~hicule lui-même. Ces résonances constituent un risque pour la stabilité des véhicules et une gêne pour le confort des voyageurs.

Le problème de l'isolation anti-vibratoire des rails de voie ferrée, en particulier les voies de métro, pose le problème du dimensionnement optimal d'un dispositiE d'isolation anti-vibratoire car il est important de ne par créer de - superposition des fréquences de vibrations des véhicules et d'une fréquence de ~ésonance du dispositif d'isola-tion anti-vibratoire lui-même.

La présente invention résout ce problème grâce à un système de supports anti-vibratoires pour voie ferrée qui assure une absorption optimale des vibrations du rail tout en évitant tout effe-t de résonance superpoe~e.

Suivant un second aspect, l'invention a également pour objet un système de supports anti-vibratoires pour voie ferrée qui assure en outre une protection efficace contre la transmission des vibrations du rail dans l'environnement.

Selon la présente invention, il-est prévu un système anti-vibratoire de supports de rails de voie ferrée dans lequel chaque rail repose à intervalles réguliers sur un support amortissant, caractérisé en ce que chaque support inclut un élément amortissant qui est disposé dans un logement formé
dans une selle en béton, le rail étant par ailleurs ~ixé sur la selle, et en ce que chaque élément amortissant a une raideur dynamique telle que le rail soit supporté alternati-vement sur un support relativement rigide et sur un support relativement souple adjacent, de manière que lors du passage .. .

~L32~97 ;-d'un bogie sur le rail, un signal vibratoire engendré par une première roue du bogie passant sur un support relative-ment rigide soit amorti lorsqu'une deuxième roue du bogie passe sur ledit support relativement rigide, les vibrations générées étant très localisées avec une très faible trans-mission le long du rail.

Dans un mode de réalisation préférentiel chaque élément amortissant est un coussin en matière amortissante ayant la lo raideur dynamique voulue.

Les selles de rail en béton peuvent être fixées dans le sol, éventuellement avec interposition d'une semelle anti-vibratoire, ou être fixées sur une dalle de béton reposant sur des appuis anti-vibratoires.

De préférence, la raideur des supports amortissants est comprise entre 2 x 106 Newton/m et 2 x 107 Newton/m lorsqu'ils sont utilisés comme supports souples et entre 2 x 10~ Newton/m et 2 x 109 Newton/m lorsqu'ils sont utilisés cornme supports rigides.

Le système de support de rails selon l'invention est décrit ci-après à l'aide des dessins ci-annexés dans lesquels:
. Les figures 1, ~ et 3 illustrent schématiquement trois modes d'exécution exemplaires du système de supports anti-vibratoires selon l'invention, . La figure 4 est un diagramme qui illustre le mode vibratoire d'un rail fix~ sur supports anti-vibratoires selon l'invention, . La figure 4A est une transposition de la figure 4, illus-trant schématiquement l'agencement des supports consécutifs A et B, selon l'invention, .
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- ~ 132~97 . La figure 5 est un diagramme qui illustre le mode vibratoire d'un rail fixé selon la -tecllnique connuer . Les figures 6A et 6B sont deux diagrammes qui représentent le signal vibratoire mesuré sur un rail :Eixe sur suppor-ts anti-vibratoires selon l'invention, pendant le passage d'un véhicule, le signal représenté dans la figure 6A étant mesuré au droit d'un support souple e-t le signal représenté
dans la figure 6B étant mesuré au droit d'un support rigide, . Les figures 7A et 7B sont deux diagrammes qui représenten-t le signal vibratoire mesuré sur un rail ~ixé sur traverses en bois pendant lç passage d'un véhicule, le signal représenté dans la figure 7A étant mesuré au droit d'une traverse et le signal représenté dans la figure 7B étant mesuré à 0,75 mètre de ladite traverse.
Dans les figures 1, 2 et 3 sont montrés deux rails l de voie ferrée, vus dans le plan médian d'un des supports sur lesquels chaque rail est fixé à intervalles réguliers. A
chaque support, la semelle du rail 1 repose sur un coussin 2 en mat.ière anti-vibratoire placé dans un logement formé
dans une dalle de béton ou selle 3 et le rail est fixé sur la selle 3 au moyen de clames 4, elles-mêmes fixées par des boulons 5. Dans le mode d'exécution illustré dans la figure 1, la selle de béton 3 est fixée dans le sol au moyen de . 25 boulons 6 avec interposition d'une fourrure anti-corroyage 7. Le coussin de matière anti-vibratoire 2 dans chaque support de rail est choisi, suivant l~invention, de telle sorte que le rail repose alternativement sur un support à
haut degré d'amortissement et sur un support relativement rigideO Les valeurs de rigidité et d'amortissement des supports sont déterminées en fonction des conditions locales .

132~97 4a (vitesse de roulement maximale, type de rail, écartement entre les supports etc.). Ces valeurs de ri~idité et d'amortissement sont obtenues par l'utilisation pour les coussins 2, de matériaux composites très résistants dont la composition est adaptée aux besoins.

Selon la présente invention on définit une configuration structurelle de support de rail dans laquelle est imposée une relation déterminée entre la raideur dynamique de chacun lo des supports amortissants consécutifs répartis le long d'un rail et la raideur dynamique de chacun des supports amortis-sants adjacents.

Le rail est supporté alternativement sur un support relativement rigide (support A) et un support relativement souple (support B). Comme le montre les figure 4 et 4A, le long de chaque rail on dispose successivement un support A, un support B, un support A, un support B et ainsi de suite.
Deux supports adjacents doivent, conformément à
l'invention, toujours être l~un un support A (support relativement rigide) et l'autre un support B (support relativement souple). Chaque support A est un support incluant un élément amortissant ayant une raideur dynamique élevée, c'est-à-dire une raideur dynamique supérieure à
celle du rail; chaque support B est un support incluant un élément amortissant ayant une raideur dynami~ue faible, c'est-à-dire une raideur dynamique inférieure à celle du rail et un coefficient d'amortissement élevé.

La solutions proposée par l'invention a pour effet d'éviter les résonances gênantes.
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1328~7 4b En ~aisant reposer les rails sur des supports comportant des éléments amortissants consécutifs de raideurs dynamiques alternées et ayant un écartement voulu entre eux, la vibration du rail engendrée par le passage d'une roue d'un bogie de wagon se trouve limitée au tronçon du rail qui est compris entre les deux supports rigides (supports A) entre lesquels se déplace la roue. La vibration engendrée dans le tronçon de rail concerné se trouve alors complètement amortie pendant le temps nécessaire pour qu'une seconde roue lo du bogie puisse venir s'engager sur le tronçon de rial en vibration.
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De cette ~manière est évitée la possibilité que se super-posent les vibrations du rail engendrées par deux roues d'un bogie. Les vibrations du rail ne sont donc actives que très localement et les vibrations engendrées par le passage d'une roue sont toujours amorties avant que ne puisse venir s'y superposer les vibrations engendrées par une deuxième roue.

Une optimisation de l'isolation anti-vibratoire est obtenue avec des coussins anti-vibratoires de 10 à 30 mm d'épaisseur lorsque la raideur des supports souples varie entre 2 x 106 Newton/m et 2 x 107 Newton/m et lorsque la raideur des supports rigides varie entre 2 x lo Newton/m et 2 x lo9 Newton/m. L'espacement entre support souple et support rigide est par exemple de 750 mm.

Les caractéristiques dynamiques d'un rail fixé selon l'invention et d'un rail en pose traditionnelle sur ballast ont été comparées. Dans chaque cas ont ~té déterminées la première fréquence de résonance et le mode vibratoire associé. La figure 4 représente le mode vibratoire d'un rail fixé sur supports anti-vibratoires selon l'invention.
Ce mode vibratoire présente des noeuds pr~s des supports .... . . . .

~3~8~97 rigides A et des flèches d~amplitude maximale près des supports souples B. L'amplitude maximale est atteinte dans le support souple voisin de la roue d'un véhicule.
La zone d'influence est de 1,50 mètre. La première fr~-quence de résonance mesurée est de ~03 Hz avec un taux d'amortissement de 8 %. La zone d'influence limitée et le taux d'amortissement élevé ~vitent la superposition de vibrations lors du passage de la seconde roue du bogie à
une vitesse inférieure à 80 km/h~
Il est intéressant de comparer le mode vibratoire montré
dans la figure 4 avec le mode vibratoire d'un rail en pose traditionnelle sur traverses en bois illustré dans la figure 5. Ce mode présente une simple flexion du rail avec une distance entre deux noeuds S d'environ 10 mètres.
La première fréquence de résonance mesurée est de 105 Hz avec une constante de temps d'amortissement élevée. ~ -~
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Pendant le passage d'un véhicule, on a observé des défor- - , -mées vibratoires semblables aux modes vibratoires indiqués ci-dessus. Les mesures des niveaux vibratoires engendrés dans le rail pendant le passage d'un bogie à une vitesse de 10 km/h ont do~né les résultats suivants :
Rail fixé suivant 1'invention :
39 m/S2 au support souple et 13 m/S2 au support r~gide.
Rail sur traverses en bois traditio~nelles : 64 m/~2 On observe que les niveaux vibratoires sont de deux à cinq --- fois plus faibles dans le rail fix~ sur supports anti-vibratoires selon l'invention par comparaison avec le rail fixé sur traverses en bois (ballast).

Les figures 6A et 6B montrent un signal vibratoire mesuré

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6 ~328~97 sur un rail fixé sur supports anti-vibratoires conformé-ment à l'lnvention pendant le passage d'un bogie. La figure 6A montre le signal mesuré au droit d'un support souple et la figure 6B montre le ~ignal mesur~ au droit d'un support rigide. On peut observer que le signal vibratoire au niveau d'un support rigide est retardé par rapport au signal vibratoire mesuré au niveau du support souple voisin. Le délai correspond au temp~ de passage de la roue du support souple au support rigide. Les vibrations générées sont très localisées avec une très faible trans-mission le long du rail. Un tel résultat ne peut être obtenu lorsque les rails sont fixés sur des supports qui sont tous ldentiques.

Le signal vibratoire montr~ dans les ~igures 6A et 6B
est à comparer au signal v.ibratoire mesuré sur un rail fixé sur traver~es en bois suivant 11art antérieur (figures 7A et 7B). La ~igure 7A montre le signal mesuré
au niveau d'une traverse (point de mesure T) et la ~lgure 7B montre le signal mesuré à 0,75 mètre du point de mesure T. On observe que les ~ibration~ se transmettent ~ci le long du rail de façon très importante 9 ce qui produit les e~fets de résonance nuisibles évoqués pr~cédemment à
propos de la technlque antérieure connue.
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Lorsque la protection acoustlque revêt une importance primordiale, il est possible de mettre en oeuvre le mode d'exécution illustré dans la figure 2. Dans ce mode d'exécution, les selles de rail en béton ~ portant les coussins anti-vibratoires 2 sont fixées dans le sol avec interposition de semelles anti-vibratoires 8 constituées d'un matériau composite similaire à celui dont sont constitués les coussins anti-v$bratoires 2. La r~érence 9 désigne des intercalaires pour la mise à n$veauO Avec c.e , .. .

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7 1 32 8 ~g7 mode d'exécution on obtient avantageusement une réduction des bruits rayonnés dans l'environnement de l'ordre de 25 dBA.

Un développement du système de supports selon l'invention est illustré dans la figure 3. Dans ce mode d'exécution les selles de rail en béton 3 portant les coussins anti-vibratoires 2 se trouvent flx~es sur une dalle de béton 10 posee sur des appuis amortissants 11. Ce mode d'exécution constitue un compromis entre la stabilité de la voie et 1'isolation anti-vibratoire et appara~t comme une solution optimale pour assurer à la fois une réduction et un amortissement efficaces des vibrations du rail et une excellente réduction de la transmission des vibra-tions dans 1'environnement. La réduction des bruitsrayonnés dans 1'environnement atteint également plus de 25 dBA avec ce mode d'exécution.

L'invention constitue ains~ une solut~on peu co~teuse qui assure un amortissement efficace de la vibration engendrée dans le rail gri~ce à une flexion dynamique du rail. En outre, cette solution diminue 1'usure du rail ainsi que le bruit de contact entre les roues des v~hicules et le rail. Ce système pr~sente encore l'avantage de s'adapter à la plupart des syst~mes de ~ixation ex~stants et de se combiner aisément à un syst~me d'isolation anti-vibratoire primaire (dalle flottants).

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Claims (6)

1. Système anti-vibratoire de supports de rails de voie ferrée dans lequel chaque rail repose à intervalles réguliers sur des supports, caractérisé en ce que chaque support inclut un élément amortissant qui est disposé dans un logement formé dans une selle en béton, le rail étant par ailleurs fixé sur la selle, et en ce que chaque élément amortissant a une raideur dynamique telle que le rail soit supporté alternativement sur un support relativement rigide et sur un support relativement souple adjacent, de manière que lors du passage d'un bogie sur le rail, un signal vibratoire engendré par une première roue du bogie passant sur un support relativement rigide soit amorti lorsqu'une deuxième roue du bogie passe sur ledit support relativement rigide, les vibrations générées étant très localisées avec une très faible transmision le long du rail.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément amortissant est un coussin en matière amortissante ayant la raideur dynamique voulue.

3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque selle de rail est fixée dans le sol.

4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque selle de rail est fixée dans le sol avec interposition d'une semelle anti-vibratoire.

5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les selles des rails d'une voie sont fixées sur au moins une dalle de béton reposant sur des appuis anti-vibratoires.

6. Système selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la raideur des supports amortissants est comprise entre 2 x 106 Newton/m et 2 x 107 Newton/m lorsqu'ils sont utilisés comme supports souples et entre 2 x 108 Newton/m et 2 x 109 Newton/m lorsqu'ils sont utilisés comme supports rigides.