Voie ferrée

Une voie ferrée (anglais britannique et terminologie UIC ) ou une voie ferrée ( anglais américain ), également connue sous le nom de voie permanente ou simplement voie , est la structure d’une voie ferrée ou d’un chemin de fer composée des rails , des attaches , des traverses de chemin de fer (traverses, anglais britannique) et ballast (ou voie de dalle ), plus le sol de fondation sous- jacent . Il permet aux trains de se déplacer en fournissant une surface fiable sur laquelle leurs roues peuvent rouler. Des voies où des trains électriques oules tramways électriques mis en circulation sont équipés d’un système d’électrification tel qu’une ligne électrique aérienne ou un rail électrifié supplémentaire . Les premières voies étaient construites avec des rails en bois ou en fonte et des traverses en bois ou en pierre; depuis les années 1870, les rails sont presque toujours en acier.

Nouvelle traverse en béton ferroviaire .

Le terme voie permanente fait également référence à la voie en plus des structures en bordure de voie telles que les clôtures .

Structure

Section à travers la voie ferrée et la fondation montrant les couches de ballast et de formation. Les couches sont légèrement inclinées pour faciliter le drainage.
Parfois, il y a une couche de tapis en caoutchouc (non illustré) pour améliorer le drainage et pour amortir le son et les vibrations.

Structure de piste traditionnelle

Malgré les développements techniques modernes, la forme de voie largement dominante dans le monde consiste en des rails en acier à fond plat supportés par des traverses en bois ou en béton précontraint, qui sont elles-mêmes posées sur du ballast en pierre concassée .

La plupart des chemins de fer à fort trafic utilisent des rails soudés en continu soutenus par des traverses fixées via des plaques de base qui répartissent la charge. Un tampon en plastique ou en caoutchouc est généralement placé entre le rail et la selle de rail lorsque des traverses en béton sont utilisées. Le rail est généralement maintenu contre la traverse avec des attaches élastiques, bien que les pointes coupées soient largement utilisées dans la pratique nord-américaine. Pendant une grande partie du 20e siècle, la voie ferrée utilisait des traverses en bois résineux et des rails articulés, et une étendue considérable de ce type de voie reste sur les routes secondaires et tertiaires. Les rails étaient généralement de section à fond plat fixés aux traverses avec des pointes de chien à travers une selle plate en Amérique du Nord et en Australie, et généralement de section barbotine.transporté dans des chaises en fonte dans la pratique britannique et irlandaise. Le London, Midland and Scottish Railway a été le pionnier de la conversion en rail à fond plat et l’avantage supposé du rail à barbotine – que le rail pouvait être retourné et réutilisé lorsque la surface supérieure était usée – s’est avéré irréalisable dans la pratique parce que le dessous était généralement ruiné par le frottement des chaises.

Les rails articulés ont d’abord été utilisés car la technologie contemporaine n’offrait aucune alternative. Cependant, la faiblesse intrinsèque de la résistance aux charges verticales entraîne une dépression du ballast et une lourde charge de maintenance est imposée pour éviter des défauts géométriques inacceptables au niveau des joints. Les joints devaient également être lubrifiés et l’usure au niveau des surfaces de contact de l’éclisse (barre d’articulation) devait être rectifiée par calage. Pour cette raison, la voie ferrée n’est pas financièrement appropriée pour les chemins de fer fortement exploités.

Les traverses en bois sont de nombreux bois disponibles et sont souvent traitées avec de la créosote , de l’arséniate de cuivre chromé ou d’autres agents de préservation du bois. Les traverses en béton précontraint sont souvent utilisées là où le bois est rare et où le tonnage ou les vitesses sont élevés. L’acier est utilisé dans certaines applications.

Le ballast de la voie est habituellement en pierre concassée, et celui-ci a pour but de soutenir les traverses et de permettre un certain ajustement de leur position, tout en permettant un drainage libre.

• Voie ferrée traditionnelle montrant le ballast, une partie de la traverse et les mécanismes de fixation

• Voie de Singapour LRT

Voie sans ballast

Voie à grande vitesse sans ballast en Chine

Un inconvénient des structures de voie traditionnelles est la forte demande d’entretien, en particulier de revêtement (tassage) et de revêtement pour restaurer la géométrie de voie souhaitée et la douceur de roulement du véhicule. La faiblesse du sol de fondation et les défauts de drainage entraînent également des coûts d’entretien élevés. Ceci peut être surmonté en utilisant une voie sans ballast. Dans sa forme la plus simple, il s’agit d’une dalle continue de béton (comme une structure d’autoroute) avec les rails supportés directement sur sa surface supérieure (à l’aide d’un coussin élastique).

Il existe un certain nombre de systèmes propriétaires, et les variantes incluent une dalle continue en béton armé, ou alternativement l’utilisation d’unités préfabriquées en béton précontraint posées sur une couche de base. De nombreuses permutations de conception ont été proposées.

Cependant, les voies sans ballast ont un coût initial élevé et, dans le cas des chemins de fer existants, leur mise à niveau nécessite la fermeture de l’itinéraire pendant une longue période. Son coût sur toute la durée de vie peut être inférieur en raison de la réduction de la maintenance. Les voies sans ballast sont généralement envisagées pour de nouveaux itinéraires à très grande vitesse ou à très haute charge, dans de courtes extensions nécessitant une résistance supplémentaire (par exemple, les gares), ou pour un remplacement localisé en cas de difficultés de maintenance exceptionnelles, par exemple dans les tunnels. La plupart des lignes de transport en commun rapide et des systèmes de métro sur pneus utilisent des voies sans ballast. ^[1]

Voie continue supportée longitudinalement

Schéma de la coupe transversale de la voie de type échelle des années 1830 utilisée sur le chemin de fer Leeds and Selby Voie d’échelle à la gare de Shinagawa , Tokyo, Japon

Les premiers chemins de fer (vers les années 1840) ont expérimenté des voies ferrées à roulement continu, dans lesquelles le rail était soutenu sur toute sa longueur, avec des exemples comprenant la route baulk de Brunel sur le Great Western Railway , ainsi que l’utilisation sur le Newcastle and North Shields Railway , ^[2] sur le Lancashire and Yorkshire Railway selon une conception de John Hawkshaw , et ailleurs. ^[3] Les conceptions à roulement continu ont également été promues par d’autres ingénieurs. ^[4] Le système a été testé sur le chemin de fer de Baltimore et de l’Ohio dans les années 1840, mais s’est avéré plus coûteux à entretenir que le rail avec traverses transversales. ^[5]

Ce type de voie existe encore sur certains ponts de Network Rail où les poutres en bois sont appelées poutres ou poutres longitudinales. Généralement, la vitesse sur de telles structures est faible. ^[6]

Les applications ultérieures de la voie soutenue en continu incluent la “ voie à dalle intégrée ” de Balfour Beatty , qui utilise un profil de rail rectangulaire arrondi (BB14072) intégré dans une base en béton glissé (ou préfabriqué) (développement des années 2000). ^{[7] [8]} La “structure de rail encastrée”, utilisée aux Pays-Bas depuis 1976, utilisait initialement un rail UIC 54 conventionnel encastré dans le béton, puis développée plus tard (fin des années 1990) pour utiliser un profil de rail SA42 en forme de “champignon” ; une version pour rail léger utilisant un rail supporté dans une auge en acier remplie de béton bitumineux a également été développée (2002). ^[9]

La voie d’échelle moderne peut être considérée comme un développement de la route de Baulk. La voie d’échelle utilise des traverses alignées dans la même direction que les rails avec des traverses de retenue en forme d’échelon. Il existe des types avec et sans ballast.

Rail

Coupes transversales du rail à fond plat , qui peut reposer directement sur les traverses, et du rail barbotte qui repose sur une chaise (non représenté)

La voie moderne utilise généralement de l’acier laminé à chaud avec un profil d’une poutre en I arrondie asymétrique . ^[10] Contrairement à certaines autres utilisations du fer et de l’ acier , les rails de chemin de fer sont soumis à des contraintes très élevées et doivent être fabriqués dans un alliage d’acier de très haute qualité. Il a fallu plusieurs décennies pour améliorer la qualité des matériaux, y compris le passage du fer à l’acier. Plus les rails et le reste de la voie sont solides, plus les trains que la voie peut transporter sont lourds et rapides.

D’autres profils de rail incluent : rail de tête de barbotine ; Rail rainuré ; « rail à fond plat » (rail Vignoles ou rail en T à bride) ; rail de pont (en forme de U inversé utilisé dans la route de baulk ); et rail de Barlow (V inversé).

Les chemins de fer nord-américains jusqu’au milieu à la fin du 20e siècle utilisaient des rails de 39 pieds (12 m) de long afin qu’ils puissent être transportés dans des wagons -tombereaux ( wagons ouverts ), souvent de 40 pieds (12 m) de long; à mesure que la taille des télécabines augmentait, la longueur des rails augmentait également.

Selon la Railway Gazette International, la ligne de chemin de fer de 150 kilomètres prévue mais annulée pour la Mine de fer de Baffinland , sur l’île de Baffin , aurait utilisé des alliages d’ acier au carbone plus anciens pour ses rails, au lieu d’alliages plus modernes et plus performants, car l’alliage moderne les rails peuvent devenir cassants à très basse température. ^[11]

Rails en bois

Les premiers rails étaient en bois, qui s’usait rapidement. Les feuillus comme le Jarrah et le Karri étaient meilleurs que les résineux comme le sapin . Les traverses longitudinales telles que la route baulk de Brunel sont surmontées de rails en fer ou en acier qui sont plus légers qu’ils ne le seraient autrement en raison du support des traverses.

Les premiers chemins de fer nord-américains utilisaient du fer sur des rails en bois comme mesure d’économie, mais ont abandonné cette méthode de construction après que le fer se soit détaché, ait commencé à s’enrouler et ait pénétré dans les planchers des voitures. Le rail de sangle de fer traversant les planchers des voitures a été appelé «têtes de serpent» par les premiers cheminots. ^{[12] [13]}

Classification des rails (poids)

Le rail est calibré en fonction du poids sur une longueur standard. Un rail plus lourd peut supporter des charges par essieu plus importantes et des vitesses de train plus élevées sans subir de dommages que le rail plus léger, mais à un coût plus élevé. En Amérique du Nord et au Royaume-Uni, le rail est classé en fonction de sa densité linéaire en livres par mètre (généralement exprimée en livre ou en lb ), de sorte qu’un rail de 130 livres pèserait 130 lb / yd (64 kg / m). La plage habituelle est de 115 à 141 lb/yd (57 à 70 kg/m). En Europe, le rail est classé en kilogrammes par mètre et la plage habituelle est de 40 à 60 kg/m (81 à 121 lb/yd). Le rail le plus lourd produit en masse pesait 155 livres par mètre (77 kg / m) et a été roulé pour le Pennsylvania Railroad. Le Royaume-Uni est en train de passer de la notation impériale à la notation métrique du rail. ^[14]

Longueurs de rail

Les rails utilisés dans le transport ferroviaire sont produits en tronçons de longueur fixe. Les longueurs de rails sont faites aussi longues que possible, car les joints entre les rails sont une source de faiblesse. Tout au long de l’histoire de la production ferroviaire, les longueurs ont augmenté à mesure que les processus de fabrication se sont améliorés.

Chronologie

Les sections suivantes sont des longueurs de profilés simples produits par des aciéries , sans aucune soudure aluminothermique . Des rails plus courts peuvent être soudés par soudage par étincelage , mais les longueurs de rail suivantes ne sont pas soudées.

• (1762) 3 pieds (0,91 m) divers tramways de Reynolds ^[15]
• (1767) 6 pieds (1,83 m) divers tramways par Jessop et Outram ^[16]
• (1825) 15 pieds (4,57 m) Stockton and Darlington Railway 5,6 lb/yd (2,78 kg/m)
• (1830) 15 pieds (4,57 m) Liverpool et Manchester Railway
  • rails de ventre de poisson à 35 lb / yd (17,4 kg / m), posés principalement sur des blocs de pierre
• (1831) 15 pieds (4,6 m) de long et pesant 36 livres par mètre (17,9 kg / m), a atteint Philadelphie la première utilisation du rail en T à bride aux États-Unis
• (1880) 39 pieds (11,89 m) aux États-Unis pour convenir aux wagons -tombereaux de 40 pieds (12,19 m) de long
• (1928) 45 et 60 pieds (13,72 et 18,29 m) London, Midland and Scottish Railway ^[17]
• (1950) 60 pieds (18,29 m) British Rail
• (1900) 71 pieds (21,6 m) – machine de pesage d’aciérie pour rails ( balance de cour d’acier ) ^[18]
• (années 1940) 78 pieds (23,77 m) – double 39 pieds US ^[19]
• (1953) 45 pieds (13,72 m) Australie ^[20]

Le soudage des rails en longueurs plus longues a été introduit pour la première fois vers 1893, rendant les trajets en train plus silencieux et plus sûrs. Avec l’introduction du Soudage aluminothermique après 1899, le processus est devenu moins exigeant en main-d’œuvre et omniprésent. ^[21]

• (1895) Hans Goldschmidt a développé le soudage exothermique
• (1899) le tramway d’Essen est devenu le premier chemin de fer à utiliser le Soudage aluminothermique ; convient également aux circuits de voie
• (1904) George Pellissier a soudé le Holyoke Street Railway , premier à utiliser le procédé dans les Amériques
• (1935) Charles Cadwell a développé le soudage exothermique non ferreux
• (1950) 240 pieds (73,2 m) soudés – (4 x 60 pieds ou 18,3 mètres) ^[22]

Les techniques de production modernes ont permis la production de segments non soudés plus longs.

• (2011) 120 mètres (393,7 pieds) Voestalpine , ^[23]
• (2011) 121 mètres (397,0 pieds) Jindal ^[24]
• (2013) 108 mètres (354,3 pieds) Tata Steel Europe ^[25]

Multiples

Les nouveaux rails plus longs ont tendance à être fabriqués comme de simples multiples d’anciens rails plus courts, de sorte que les anciens rails peuvent être remplacés sans couper. Certaines coupes seraient nécessaires car des rails légèrement plus longs sont nécessaires à l’extérieur des courbes prononcées par rapport aux rails à l’intérieur.

Trous de boulon

Les rails peuvent être fournis pré-percés avec des trous de boulons pour les Éclisses ou sans où ils seront soudés en place. Il y a généralement deux ou trois trous de boulon à chaque extrémité.

Joindre des rails

Les rails sont produits en longueurs fixes et doivent être assemblés bout à bout pour former une surface continue sur laquelle les trains peuvent circuler. La méthode traditionnelle d’assemblage des rails consiste à les boulonner ensemble à l’aide d’ Éclisses métalliques (jointbars aux États-Unis), produisant une voie articulée . Pour une utilisation plus moderne, en particulier lorsque des vitesses plus élevées sont requises, les longueurs de rail peuvent être soudées ensemble pour former un rail soudé continu (CWR).

Rail articulé

Joint de rail à 6 boulons de ligne principale collé sur un segment de rail de 155 lb/yd (76,9 kg/m). L’orientation alternée de la tête de boulon vise à empêcher une séparation complète du joint en cas de collision avec une roue lors d’un déraillement.

La voie articulée est constituée de longueurs de rail, généralement d’environ 20 m (66 pi) de long (au Royaume-Uni) et de 39 ou 78 pi (12 ou 24 m) de long (en Amérique du Nord), boulonnées ensemble à l’aide de plaques d’acier perforées appelées Éclisses (Royaume-Uni) ou Éclisses (Amérique du Nord).

Les Éclisses mesurent généralement 600 mm (2 pi) de long, sont utilisées par paires de chaque côté des extrémités du rail et boulonnées ensemble (généralement quatre, mais parfois six boulons par joint). Les boulons ont des orientations alternées de sorte qu’en cas de déraillement et qu’un boudin de roue heurte le joint, seuls certains des boulons seront cisaillés, ce qui réduit la probabilité que les rails ne soient pas alignés les uns avec les autres et aggravent le déraillement. Cette technique n’est pas appliquée universellement; La pratique européenne étant d’avoir toutes les têtes de boulons du même côté du rail.

De petits espaces qui fonctionnent comme des joints de dilatation sont délibérément laissés entre les extrémités des rails pour permettre la dilatation des rails par temps chaud. La pratique européenne consistait à avoir les joints de rail sur les deux rails adjacents l’un à l’autre, tandis que la pratique nord-américaine consistait à les décaler. En raison de ces petits écarts, lorsque les trains passent sur des voies jointes, ils émettent un son de “clic-clac”. À moins qu’elle ne soit bien entretenue, la voie éclissée n’a pas la qualité de roulement d’un rail soudé et est moins souhaitable pour les trains à grande vitesse . Cependant, la voie articulée est encore utilisée dans de nombreux pays sur les lignes à faible vitesse et les voies d’ évitement , et est largement utilisée dans les pays les plus pauvres en raison du coût de construction inférieur et de l’équipement plus simple requis pour son installation et son entretien.

Un problème majeur de la voie articulée est la fissuration autour des trous de boulons, ce qui peut entraîner la rupture du champignon du rail (la surface de roulement). Ce fut la cause de l ‘ accident ferroviaire de Hither Green qui a poussé British Railways à commencer à convertir une grande partie de ses voies en rails soudés continus.

Joints isolés

Là où des circuits de voie existent à des fins de signalisation , des joints de blocs isolés sont nécessaires. Ceux-ci aggravent les faiblesses des articulations ordinaires. Des joints collés spécialement conçus, où tous les espaces sont remplis de résine époxy , augmentent à nouveau la résistance.

Comme alternative au joint isolé, des circuits de voie audiofréquence peuvent être utilisés en utilisant une boucle accordée formée dans environ 20 m (66 pi) du rail dans le cadre du circuit de blocage. Certains joints isolés sont incontournables dans les aiguillages.

Une autre alternative est un compteur d’essieux , qui peut réduire le nombre de circuits de voie et donc le nombre de joints de rail isolés nécessaires.

Rail soudé continu

Joint de rail soudé Un démontage sur la branche de Babylone de Long Island Rail Road en cours de réparation en utilisant une corde enflammée pour étendre le rail jusqu’à un point où il peut être assemblé

La plupart des chemins de fer modernes utilisent des rails soudés continus (CWR), parfois appelés rails en ruban . Dans cette forme de voie, les rails sont soudés ensemble en utilisant le soudage bout à bout pour former un rail continu pouvant mesurer plusieurs kilomètres de long. Parce qu’il y a peu de joints, cette forme de chenille est très solide, offre une conduite douce et nécessite moins d’entretien. les trains peuvent y circuler à des vitesses plus élevées et avec moins de friction. Les rails soudés sont plus chers à poser que les rails éclissés, mais ont des coûts de maintenance bien inférieurs. La première voie soudée a été utilisée en Allemagne en 1924. ^[26] et est devenue courante sur les lignes principales depuis les années 1950.

Le processus préféré de soudage bout à bout par étincelage implique une machine de pose de voie automatisée faisant passer un fort courant électrique à travers les extrémités en contact de deux rails non joints. Les extrémités deviennent chauffées à blanc en raison de la résistance électrique et sont ensuite pressées ensemble pour former une soudure solide. Le Soudage aluminothermique est utilisé pour réparer ou assembler des segments CWR existants. Il s’agit d’un processus manuel nécessitant un creuset et une forme de réaction pour contenir le fer en fusion.

La pratique nord-américaine consiste à souder des segments de rail de 1 ⁄ 4 mile (400 m) de long dans une installation ferroviaire et à les charger sur un train spécial pour les transporter sur le chantier. Ce train est conçu pour transporter de nombreux segments de rail qui sont placés de manière à pouvoir glisser de leurs supports à l’arrière du train et être attachés aux traverses (traverses) en une opération continue. ^[27]

S’ils n’étaient pas retenus, les rails s’allongeraient par temps chaud et rétréciraient par temps froid. Pour assurer cette retenue, le rail est empêché de se déplacer par rapport à la traverse à l’aide de clips ou d’ancrages. Il faut veiller à compacter efficacement le ballast, y compris sous, entre et aux extrémités des traverses, pour empêcher les traverses de bouger. Les ancrages sont plus courants pour les traverses en bois, tandis que la plupart des traverses en béton ou en acier sont fixées au rail par des clips spéciaux qui résistent au mouvement longitudinal du rail. Il n’y a pas de limite théorique à la longueur d’un rail soudé. Cependant, si les retenues longitudinales et latérales sont insuffisantes, la voie pourrait se déformer par temps chaud et provoquer un déraillement. La distorsion due à la dilatation thermique est connue en Amérique du Nord sous le nom de Sun kink, et ailleurs comme flambement. Par temps extrêmement chaud, des inspections spéciales sont nécessaires pour surveiller les sections de voie connues pour être problématiques. Dans la pratique nord-américaine, les conditions de température extrêmes déclencheront des ordres lents pour permettre aux équipages de réagir au flambage ou aux « plis solaires » s’ils sont rencontrés. ^[28] La compagnie ferroviaire allemande Deutsche Bahn commence à peindre les rails en blanc pour abaisser les pics de température atteints les jours d’été. ^[29]

Après la pose de nouveaux segments de rail ou le remplacement de rails défectueux (soudés), les rails peuvent être artificiellement sollicités si la température du rail pendant la pose est plus froide que ce qui est souhaité. Le processus de contrainte consiste soit à chauffer les rails, ce qui les fait se dilater, ^[30] ou à étirer les rails avec un équipement hydraulique . Ils sont ensuite fixés (clipsés) aux traverses sous leur forme expansée. Ce processus garantit que le rail ne se dilatera pas beaucoup plus par temps chaud ultérieur. Par temps froid, les rails essaient de se contracter, mais parce qu’ils sont solidement fixés, ils ne peuvent pas le faire. En effet, les rails sollicités sont un peu comme un morceau d’ élastique tendusolidement fixé. Par temps extrêmement froid, les rails sont chauffés pour éviter qu’ils ne se détachent. ^[31]

Les CWR sont posés (y compris la fixation) à une température à peu près à mi-chemin entre les extrêmes rencontrés à cet endroit. (Ceci est connu sous le nom de “température neutre du rail”.) Cette procédure d’installation est destinée à empêcher les voies de se déformer dans la chaleur estivale ou de se séparer dans le froid hivernal. En Amérique du Nord, étant donné que les rails brisés sont généralement détectés par l’interruption du courant dans le système de signalisation, ils sont considérés comme moins dangereux que les nœuds thermiques non détectés.

Un joint de dilatation sur la Cornish Main Line , Angleterre

Des joints sont utilisés dans le rail soudé continu si nécessaire, généralement pour les lacunes du circuit de signal. Au lieu d’un joint qui traverse directement le rail, les deux extrémités du rail sont parfois coupées en biais pour donner une transition plus douce. Dans les cas extrêmes, comme à l’extrémité de longs ponts, un reniflard (appelé en Amérique du Nord et en Grande-Bretagne sous le nom de joint de dilatation ) donne un chemin lisse pour les roues tout en permettant à l’extrémité d’un rail de se dilater par rapport au rail suivant. .

Traverses

Une traverse (traverse) est un objet rectangulaire sur lequel les rails sont supportés et fixés. La traverse a deux rôles principaux : transférer les charges des rails au ballast de la voie et au sol en dessous, et maintenir les rails à la bonne largeur (pour maintenir l’ Écartement des rails ). Ils sont généralement posés transversalement aux rails.

Fixation des rails aux traverses

Diverses méthodes existent pour fixer le rail à la traverse. Historiquement, les pointes ont cédé la place aux chaises en fonte fixées au dormeur, plus récemment des ressorts (tels que les clips Pandrol ) sont utilisés pour fixer le rail au fauteuil dormeur.

Piste portative

Piste de construction du canal de Panama

Parfois, les voies ferrées sont conçues pour être portables et déplacées d’un endroit à un autre selon les besoins. Lors de la construction du canal de Panama , des rails ont été déplacés autour des travaux d’excavation. L’ écartement de ces voies était de 5 pieds ( 1 524 mm ) et le matériel roulant pleine grandeur. Les chenilles portables ont souvent été utilisées dans les mines à ciel ouvert. En 1880, à New York , des sections de voies ferrées lourdes (ainsi que de nombreuses autres technologies improvisées) ont contribué au déplacement épique de l’ ancien obélisque de Central Park vers son emplacement final depuis le quai où il a été déchargé du cargo SS Dessoug .

Les chemins de fer de canne avaient souvent des voies permanentes pour les lignes principales, avec des voies portables desservant les champs de canne eux-mêmes. Ces voies étaient à Voie étroite (par exemple, 2 pieds ( 610 mm )) et la voie portable se présentait en lignes droites, courbes et aiguillages, un peu comme sur un chemin de fer miniature. ^[32]

Decauville était une source de nombreuses voies ferrées légères portables, également utilisées à des fins militaires.La voie permanente est ainsi appelée parce que des voies de voie temporaires ont souvent été utilisées dans la construction de cette voie permanente.

Disposition

La géométrie des voies est tridimensionnelle par nature, mais les normes qui expriment les limites de vitesse et autres réglementations dans les domaines de l’écartement des voies, de l’alignement, de l’élévation, de la courbure et de la surface des voies sont généralement exprimées dans deux dispositions distinctes pour l’horizontale et la verticale .

La disposition horizontale est la disposition des voies sur le plan horizontal . Cela implique la disposition de trois types de voie principaux : voie tangente (ligne droite), voie courbe et courbe de transition de voie (également appelée spirale de transition ou spirale ) qui relie une voie tangente et une voie courbe.

La disposition verticale est la disposition des voies sur le plan vertical, y compris les concepts tels que le niveau croisé, le dévers et le gradient . ^{[33] [34]}

Une voie secondaire est une voie ferrée autre qu’une voie d’ évitement auxiliaire de la voie principale. Le mot est également utilisé comme verbe (sans objet) pour désigner le mouvement des trains et des wagons de la voie principale à une voie d’évitement, et dans le langage courant pour désigner le fait de céder aux distractions en dehors d’un sujet principal. ^[35] Les déviations sont utilisées par les chemins de fer pour ordonner et organiser le flux du trafic ferroviaire.

Jauge

Mesure de l’Écartement des rails

Au début du chemin de fer, il y avait des variations considérables dans l’écartement utilisé par les différents systèmes. En 2017 ^{[mettre à jour]}, environ 60 % des chemins de fer du monde utilisent un écartement de 1 435 mm ( 4 pi 8+1 ⁄ 2 po), connu sous le nom destandardou internationale ^{[36] [37]} Les voies plus larges que la voie standard sont appeléesvoies larges; voie plus étroite, plusétroite. Certains tronçons de voie sontà double écartement, avec trois (ou parfois quatre) rails parallèles à la place des deux habituels, pour permettre aux trains de deux écartements différents d’utiliser la même voie. ^[38]

La jauge peut varier en toute sécurité sur une plage. Par exemple, les normes de sécurité fédérales américaines permettent à l’écartement standard de varier de 4 pi 8 po (1 420 mm) à 4 pi 9 po+1 ⁄ 2 po (1 460 mm) pour un fonctionnement jusqu’à 60 mph (97 km/h).

Maintenance

Vers 1917, gang de section américain ( gandy dancers ) chargé de l’entretien d’un tronçon particulier de voie ferrée. Un homme tient une barre de revêtement (gandy), tandis que d’autres utilisent des pinces à rail pour positionner un rail.

La voie a besoin d’un entretien régulier pour rester en bon état, en particulier lorsqu’il s’agit de trains à grande vitesse. Un entretien insuffisant peut conduire à l’imposition d’un “ordre de ralentissement” (terminologie nord-américaine, ou restriction de vitesse temporaire au Royaume-Uni) pour éviter les accidents (voir zone de ralentissement ). L’entretien de la voie était à une époque un travail manuel difficile , nécessitant des équipes d’ouvriers ou de pisteurs (États-Unis : gandy dancers ; UK : platelayers ; Australie : fettlers), qui utilisaient des barres de revêtement pour corriger les irrégularités dans l’alignement horizontal (ligne) de la voie, et bourrage et vérins pour corriger les irrégularités verticales (surface). Actuellement, la maintenance est facilitée par une variété de machines spécialisées.

Graisseurs de bride lubrifier les boudins de roue pour réduire l’usure du rail dans les courbes serrées, Middelburg, Mpumalanga , Afrique du Sud

La surface du champignon de chacun des deux rails peut être entretenue à l’aide d’une ponceuse .

Les travaux d’entretien courants comprennent le changement des traverses, la lubrification et le réglage des interrupteurs , le serrage des composants de voie desserrés et le surfaçage et le revêtement des voies pour maintenir les sections droites droites et les courbes dans les limites d’entretien. Le processus de remplacement des traverses et des rails peut être automatisé en utilisant un train de renouvellement de voie .

La pulvérisation de ballast avec un herbicide pour empêcher les mauvaises herbes de pousser et la redistribution du ballast se fait généralement avec un train spécial de désherbage.

Au fil du temps, le ballast est écrasé ou déplacé par le poids des trains qui le traversent, nécessitant périodiquement un renivellement («tassage») et éventuellement un nettoyage ou un remplacement. Si cela n’est pas fait, les voies peuvent devenir inégales, provoquant des balancements, une conduite brutale et éventuellement des déraillements. Une alternative au bourrage consiste à soulever les rails et les traverses et à réinsérer le ballast en dessous. Pour cela, des trains spécialisés « souffleurs de pierre » sont utilisés.

Les inspections de rails utilisent des méthodes d’ essais non destructifs pour détecter les défauts internes des rails. Cela se fait à l’aide de camions HiRail spécialement équipés , de voitures d’inspection ou, dans certains cas, d’appareils d’inspection portatifs.

Les rails doivent être remplacés avant que le profil du champignon de rail ne s’use à un degré susceptible de déclencher un déraillement. Les rails de ligne principale usés ont généralement une durée de vie suffisante pour être utilisés sur une ligne secondaire , une voie d’ évitement ou un tronçon par la suite et sont «cascadés» vers ces applications.

Les conditions environnementales le long des voies ferrées créent un écosystème ferroviaire unique . C’est particulièrement le cas au Royaume-Uni, où les locomotives à vapeur ne sont utilisées que sur des services spéciaux et où la végétation n’a pas été aussi complètement taillée. Cela crée un risque d’incendie par temps sec prolongé.

Au Royaume-Uni, le cess est utilisé par les équipes de réparation de la voie pour se rendre à pied à un chantier et comme un endroit sûr où se tenir debout lorsqu’un train passe. Cela aide lors de travaux mineurs, tout en ayant besoin de maintenir les trains en marche, en n’ayant pas besoin d’un Hi-railer ou d’un véhicule de transport bloquant la ligne pour transporter l’équipage pour se rendre sur le site.

• Maintenance des équipements de voie en Italie

• Un train de renouvellement de voie en Pennsylvanie

• Plasser & Theurer 09-32 CSM machine de nivellement, de revêtement et de bourrage à action continue des chemins de fer roumains

Lit et sommier

Intercity-Express Track, Allemagne Sur cette ligne à grande vitesse japonaise, des tapis ont été ajoutés pour stabiliser le ballast

Les voies ferrées sont généralement posées sur un lit de ballast de voie en pierre ou lit de voie , qui à son tour est soutenu par des terrassements préparés connus sous le nom de formation de voie. La formation comprend le sous- sol et une couche de sable ou de poussière de pierre (souvent prise en sandwich dans du plastique imperméable), connue sous le nom de couverture, qui limite la migration ascendante de l’argile humide ou du limon. Il peut également y avoir des couches de tissu imperméable pour empêcher l’eau de pénétrer dans le sol de fondation. La voie et le ballast forment la voie permanente . La fondation peut désigner le ballast et la formation, c’est-à-dire toutes les structures artificielles sous les voies.

Certains chemins de fer utilisent une chaussée en asphalte sous le ballast afin d’empêcher la saleté et l’humidité de pénétrer dans le ballast et de le gâcher. L’asphalte frais sert également à stabiliser le ballast afin qu’il ne se déplace pas si facilement. ^[39]

Des mesures supplémentaires sont nécessaires lorsque la voie est posée sur du pergélisol , comme sur le chemin de fer de Qingzang au Tibet . Par exemple, des tuyaux transversaux à travers le sous-sol permettent à l’air froid de pénétrer dans la formation et empêchent ce sous-sol de fondre.

Les couches de fondation sont légèrement inclinées d’un côté pour faciliter le drainage de l’eau. Des feuilles de caoutchouc peuvent être insérées pour faciliter le drainage et également protéger les ponts en fer contre les effets de la rouille.

Développement historique

La technologie des voies ferrées s’est développée sur une longue période, à commencer par les rails en bois primitifs dans les mines au 17ème siècle.

Les autobus

Les bus circulant sur les rails

Certains bus peuvent utiliser des pistes. Ce concept est venu d’Allemagne et s’appelait O-Bahn [ de ] . La première voie de ce type, l’ O-Bahn Busway , a été construite à Adélaïde, en Australie.

Voir également

• Portail des trains

• Degré de courbure
• Différence entre les rails de train et de tramway
• Soudage exothermique
• Glossaire de la terminologie ferroviaire
  (y compris États-Unis/Royaume-Uni et autres
  différences régionales/nationales)
• Maglev
• Rayon de courbe ferroviaire minimal
• Monorail
• Voie permanente (historique)
• Chemin de fer à crémaillère
• Profil ferroviaire
• Voie roulante , partie de la voie d’un métro sur pneus ^[40]
• Métro sur pneus
• Course de rue
• Sous-sol
• Plaque d’attache
• Construction de voie TGV
• Tramway (industriel)
• Voie de tramway

Références

1. ^ “Montrer une partie de la piste” . Archivé de l’original le 16 juin 2016 . Récupéré le 7 décembre 2016 .
2. ^ Morris, Ellwood (1841), “On Cast Iron Rails for Railways” , American Railroad Journal and Mechanic’s Magazine , 13 (7 nouvelles séries): 270–277, 298–304, archivé de l’original le 11 juin 2016 , récupéré 20 novembre 2015
3. ^ Hawkshaw, J. (1849). “Description de la voie permanente, du Lancashire et du Yorkshire, du Manchester et du Southport, et des chemins de fer de Sheffield, Barnsley et Wakefield” . Procès-verbal des délibérations . 8 (1849): 261–262. doi : 10.1680/imotp.1849.24189 . Archivé de l’original le 24 avril 2016 . Récupéré le 20 novembre 2015 .
4. ^ Reynolds, J. (1838). “Sur le principe et la construction des chemins de fer à roulement continu. (y compris la plaque)” . Transactions ICE . 2 : 73–86. doi : 10.1680/itrcs.1838.24387 . Archivé de l’original le 3 juin 2016 . Récupéré le 20 novembre 2015 .
5. ^ “Onzième rapport annuel (1848)” , rapport annuel [s] de la Philadelphia, Wilmington and Baltimore Rail Road Company , vol. 4, pp. 17–20, 1842, archivé de l’original le 28 mai 2016 , récupéré le 20 novembre 2015
6. ^ “Waybeams at KEB, Newcastle Archivé le 3 septembre 2020 à la Wayback Machine , Network Rail Media Center” , récupéré le 21 janvier 2020
7. ^ 2.3.3 Design and Manufacture of Embedded Rail Slab Track Components (PDF) , Innotrack, 12 juin 2008, archivé de l’original (PDF) le 5 mars 2016 , récupéré le 14 août 2012
8. ^ “Mettre la voie de dalle à l’épreuve” , www.railwaygazette.com , 1er octobre 2002, archivé de l’original le 12 décembre 2012 , récupéré le 14 août 2012
9. ^ Esveld, Coenraad (2003), “Recent development in slab track” (PDF) , European Railway Review (2): 84–5, archivé (PDF) de l’original le 20 décembre 2016 , récupéré le 14 août 2012
10. ^ Une histoire métallurgique de la fabrication ferroviaire Slee, David E. Australian Railway History , février 2004 pp43-56
11. ^ Carolyn Fitzpatrick (24 juillet 2008). « Trafic lourd dans le grand nord » . Journal international des chemins de fer . Archivé de l’original le 1er mai 2009 . Récupéré le 10 août 2008 . Les rails en acier de qualité supérieure ne seront pas utilisés, car le matériau a un potentiel accru de fracture à très basse température. L’acier au carbone ordinaire est préféré, avec une prime très élevée sur la propreté de l’acier. Pour ce projet, un rail faiblement allié avec une résistance standard et une dureté Brinell de l’ordre de 300 serait le plus approprié.
12. ^ ” “Snake heads” hold up early traffic ” . Syracuse Herald-Journal . Syracuse, NY. 20 mars 1939. p. 77. Archivé de l’original le 25 mai 2018. Récupéré le 25 mai 2018 – via Newspapers.com.
13. ^ “Snakeheads sur les chemins de fer d’avant-guerre” . Overdrive de Frederick Jackson Turner . 6 février 2012. Archivé de l’original le 18 octobre 2016 . Récupéré le 29 juin 2017 .
14. ^ “Metrication dans d’autres pays – US Metric Association” . usma.org . Archivé de l’original le 7 octobre 2019 . Récupéré le 1er octobre 2019 .
15. ^ “Reynolds” . Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 25 mai 2020 .
16. ^ “Jessop et Outram” . Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 25 mai 2020 .
17. ^ Dessins LMS de la voie permanente d’équipement ferroviaire standard 1928 ( La société LMS – Ressources)
18. ^ “Grandes machines de pesée” . Australian Town and Country Journal (NSW: 1870–1907) . NSW. 4 août 1900. p. 19. Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 8 octobre 2011 – via la Bibliothèque nationale d’Australie.
19. ^ McGonigal, Robert (1er mai 2014). “Rail” . ABC du chemin de fer . Les trains. Archivé de l’original le 11 septembre 2014 . Récupéré le 10 septembre 2014 .
20. ^ “Enquêtes sur la nouvelle liaison ferroviaire” . L’Annonceur . Adélaïde, SA. 17 juin 1953. p. 5. Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 3 octobre 2012 – via la Bibliothèque nationale d’Australie.
21. ^ “Thermit®” . Evonik Industries . Evonik Industries AG. Archivé de l’original le 9 mai 2019 . Récupéré le 9 mai 2019 .
22. ^ “Ouverture de la ligne S.-E. Broad Gauge” . L’Annonceur . Adélaïde, SA. 2 février 1950. p. 1. Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 8 décembre 2011 – via la Bibliothèque nationale d’Australie.
23. ^ “Rails ultra-longs” . voestalpine . voestalpine AG. Archivé de l’original le 10 septembre 2014 . Récupéré le 10 septembre 2014 .
24. ^ “Rails” . Jindal Steel & Power Ltd. Archivé de l’original le 10 septembre 2014 . Récupéré le 10 septembre 2014 .
25. ^ “Tata Steel ouvre une usine française pour traiter thermiquement un rail de train de 108 mètres” . Organisation internationale sur la mémoire de forme et les technologies superélastiques (SMST). ASM International. 30 octobre 2014. Archivé de l’original le 23 septembre 2015 . Récupéré le 10 septembre 2014 .
26. ^ CP Lonsdale (septembre 1999). “Soudage aluminothermique des rails : histoire, développements de processus, pratiques actuelles et perspectives pour le 21e siècle” (PDF) . Actes des Conférences Annuelles AREMA 1999 . L’ American Railway Engineering and Maintenance-of-Way Association . p. 2. Archivé (PDF) de l’original le 10 octobre 2008 . Récupéré le 6 juillet 2008 .
27. ^ “Trains ferroviaires soudés, archives de photos CRHS Conrail” . conrailphotos.thecrhs.org . Archivé de l’original le 7 novembre 2017 . Récupéré le 27 juin 2017 .
28. ^ Bruzek, Radim; Trosino, Michael; Kreisel, Léopold; Al-Nazer, Leith (2015). “Rapprochement de la température du rail et meilleures pratiques d’ordre lent de la chaleur” . Conférence ferroviaire conjointe 2015 . pages V001T04A002. doi : 10.1115/JRC2015-5720 . ISBN 978-0-7918-5645-1. Archivé de l’original le 20 avril 2021 . Récupéré le 27 juin 2017 .
29. ^ “Couverture de peinture de refroidissement pour rails” . Archivé de l’original le 20 janvier 2021 . Récupéré le 31 mars 2021 .
30. ^ “Rail soudé continu” . Grand-père Sez : Section d’ingénierie ferroviaire de grand-père . Archivé de l’original le 18 février 2006 . Récupéré le 12 juin 2006 .
31. ^ Titulaire, Sarah (30 janvier 2018). “En cas de vortex polaire, allumez les voies ferrées de Chicago en feu” . CityLab . Médias atlantiques . Archivé de l’original le 31 janvier 2019 . Récupéré le 30 janvier 2019 .
32. ^ Magazine Narrow Gauge Down Under , janvier 2010, p. 20.
33. ^ PART 1025 Track Geometry (Numéro 2 – 07/10/08 éd.). Département de la planification des transports et des infrastructures – Gouvernement d’Australie du Sud. 2008. Archivé de l’original le 28 avril 2013 . Récupéré le 19 novembre 2012 .
34. ^ Manuel des normes de piste – Section 8 : Géométrie de la piste (PDF) . Railtrack PLC. Décembre 1998. Archivé (PDF) de l’original le 29 mars 2014 . Récupéré le 13 novembre 2012 .
35. ^ “Dictionnaire.com” . Archivé de l’original le 4 mars 2016 . Récupéré le 17 juillet 2017 .
36. ^ “Voie ferroviaire à double voie (1435mm-1520 mm) à la frontière Hongrie-Ukraine – Inventer l’Europe” . www.inventingeurope.eu . Archivé de l’original le 5 juin 2020 . Récupéré le 1er octobre 2019 .
37. ^ ChartsBin. “Jauges de voies ferrées par pays” . ChartsBin . Archivé de l’original le 1er octobre 2019 . Récupéré le 1er octobre 2019 .
38. ^ “message dans la liste de diffusion ‘1520mm’ sur les rails Р75” . Archivé de l’original le 5 juillet 2009 . Récupéré le 16 mars 2007 .
39. ^ “Pistes ferroviaires d’asphalte à chaud: matériaux de plate-forme, évaluations de performances et implications significatives” (PDF) . web.engr.uky.edu . Archivé (PDF) de l’original le 21 janvier 2019 . Récupéré le 21 janvier 2019 .
40. ^ “piste (chemin roulant)” . Archivé de l’original le 16 juin 2016 . Récupéré le 7 décembre 2016 .

Bibliographie

• Pike, J., (2001), Piste , Sutton Publishing, ISBN 0-7509-2692-9
• Firuziaan, M. et Estorff, O., (2002), Simulation du comportement dynamique de la literie-fondation-sol dans le domaine temporel , Springer Verlag.
• Robinson, AM (2009). Fatigue des infrastructures ferroviaires . Woodhead Publishing Limited. ISBN 978-1-85573-740-2.
• Lewis, R (2009). Manuel d’interface roue/rail . Woodhead Publishing Limited. ISBN 978-1-84569-412-8.

Liens externes

Wikimedia Commons a des médias liés aux voies ferrées .

• Tableau des sections nord-américaines des rails en T (fond plat)
• Manuel ThyssenKrupp, rail Vignoles
• Manuel ThyssenKrupp, Rail Light Vignoles
• Détails de la piste sur les photos
• “Dessin d’une voie d’Angleterre posée en sections à 200 mètres à l’heure” Popular Mechanics , décembre 1930
• Winchester, Clarence, éd. (1936), “La voie permanente” , Merveilles ferroviaires du monde , pp. 331–338description illustrée de la construction et de l’entretien du chemin de fer
• Technique ferroviaire