Procede et dispositif de nettoyage et compactage d'un lit de ballast d'une voie ferrée

Abstract

 L'invention vise à traiter une voie ferrée (1) incluant une couche ballastée (3), qui recouvre une sous-couche (2), sur laquelle reposent des traverses (5) de support de rails (4) et qui inclut à la fois des granulats de ballast (3A) et des particules de pollution (3B) plus fines que les granulats de ballast. Afin de prolonger à moindre coût la durée de vie du ballast de la voie ferrée, tout en en garantissant les propriétés mécaniques, le procédé conforme à l'invention prévoit d'enfoncer un outil (12) dans la couche ballastée (3), par l'intermédiaire de cet outil, d'aspirer au moins une partie des particules de pollution (3B) de manière à les retirer des granulats de ballast (3A), et après et/ou pendant l'aspiration des particules de pollution, de compacter les granulats de ballast par serrage et vibration en utilisant cet outil (12).

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement d'une voie ferrée.

[0002] L'invention s'intéresse aux voies de chemin de fer, du type comprenant, de bas en haut, une sous-couche, une couche ballastée qui recouvre la sous-couche, des traverses qui reposent sur la couche ballastée, et des rails de roulement de véhicules ferroviaires, qui sont supportés par les traverses auxquelles les rails sont fixés. La couche ballastée a pour fonction de transmettre à la sous-couche et au sol sous-jacent les efforts engendrés par le passage des trains, sans que la sous-couche ne se déforme par tassement. Le rôle de cette couche ballastée est aussi d'enchâsser les traverses afin d'avoir une résistance à la déformation longitudinale des rails. A cette fin, la couche ballastée est, lorsqu'elle est mise en place à la construction d'une nouvelle voie ferrée, constituée de granulats de ballast, couramment appelés le ballast, dont les propriétés mécaniques recherchées reposent sur une granulométrie homogène, variant typiquement de 10 mm à 50 mm.

[0003] Ceci étant rappelé, il est connu que le ballast s'use avec le trafic. Plus précisément, le ballast tend progressivement à être pollué par des particules fines, c'est-à-dire des particules dont la granulométrie est plus petite que celle voulue pour les granulats de ballast. Ces particules fines peuvent être dues à des remontées particulaires provenant de la sous-couche et/ou à l'abrasion des granulats de ballast. Quelle qu'en soit la cause, ces particules de pollution tendent à s'accumuler dans la couche ballastée, en colmatant les espaces résiduels entre les granulats de ballast, ce qui nuit aux propriétés mécaniques de la couche ballastée.

[0004] Actuellement, pour remédier à cette problématique, il est connu de renouveler le ballast pollué. Ce renouvellement est soit total, lors du renouvellement intégral de la voie ferrée, soit partiel, dans le sens où tout ou partie de la couche ballastée est retirée du reste de la voie ferrée pour être tamisée afin d'en récupérer les granulats de ballast dépollués et de les réemployer pour la voie ferrée concernée ou pour une autre voie ferrée. Dans tous les cas, ces opérations de renouvellement sont coûteuses et complexes à mettre en oeuvre.

[0005] Par le passé, FR-A-971 180, qui peut être considéré comme l'état de la technique le plus proche de l'invention, a proposé d'aspirer des particules de pollution, telles que des fines, directement dans la couche ballastée, à l'aide d'un outil ad hoc : en service, cet outil est enfoncé dans l'épaisseur de la couche ballastée et y applique une dépression d'air telle que les particules de pollution sont, par aspiration, séparées des granulats de ballast, qui, eux, restent dans la couche ballastée. FR-A-971 180 propose même de maintenir cet outil en vibration pendant qu'il aspire et qu'il est déplacé dans la couche ballastée afin que la vibration appliquée à l'outil soit transmise aux granulats les plus proches et qu'elle contribue au décollage des particules de pollution. Cependant, les performances de dépollution correspondantes restent limitées et, surtout, la couche ballastée ainsi dépolluée risque de présenter une résistance mécanique insuffisante du fait des vides résiduels entre les granulats, résultant, d'une part, de l'aspiration des particules de pollution et, d'autre part, de l'écartement relatif des granulats imposé par le déplacement entre eux de l'outil, effilé à cet effet.

[0006] Le but de la présente invention est de proposer un traitement d'une voie ferrée, qui permet à moindre coût de prolonger la durée de vie du ballast de cette voie ferrée, tout en en garantissant les propriétés mécaniques.

[0007] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement d'une voie ferrée, tel que défini à la revendication 1.

[0008] L'invention a également pour objet un dispositif de traitement d'une voie ferrée, tel que défini à la revendication 6.

[0009] Une des idées à la base de l'invention est de chercher à séparer les particules de pollution des granulats de ballast in situ, c'est-à-dire directement au sein de la voie ferrée à traiter, sans avoir à excaver la couche ballastée polluée. Pour ce faire, conformément à l'invention, on aspire les particules de pollution directement dans la couche ballastée, moyennant l'utilisation d'un outil ad hoc qui est conçu pour, à la fois, être enfoncé dans l'épaisseur de la couche ballastée et pour appliquer, dans cette épaisseur de la couche ballastée, une dépression d'air telle que les particules de pollution sont séparées des granulats de ballast, qui, eux, restent dans la couche ballastée. Les particules de pollution ainsi aspirées sont évacuées à l'extérieur de la couche ballastée, par l'intermédiaire de l'outil. Bien entendu, la dépression d'air précitée nécessite de raccorder le conduit d'aspiration, formé par l'outil, à une source de vide, typiquement une pompe. En outre, selon l'invention, la couche ballastée ainsi dépolluée par aspiration est « recompactée » grâce à l'outil, c'est-à-dire traitée mécaniquement par cet outil pour que, par serrage et vibration, les granulats de ballast, débarrassés des particules de pollution interstitielles, se réarrangent les uns par rapport aux autres de manière à s'imbriquer les uns dans les autres pour conférer à la couche ballastée dépolluée des propriétés mécaniques souhaitées, proches de celles du ballast déposé à la construction de la voie ferrée. Un tel traitement conforme à l'invention, associant ainsi dans le même outil la double fonction d'aspiration et de compaction par serrage et vibration, peut avantageusement être réalisé par une bourreuse modifiée conformément à l'invention, c'est-à-dire une bourreuse intégrant la fonction d'aspiration des particules de pollution. On comprend que l'invention est performante en termes de dépollution et de propriétés mécaniques pour la couche ballastée, tout en étant facile et peu coûteuse à mettre en oeuvre, d'autant plus que cette mise en oeuvre peut avantageusement être optimisée en fonction de la voie ferrée à traiter : en effet, les inventeurs ont constaté que, pour une voie ferrée donnée, les particules de pollution tendent à s'accumuler en certaines régions prédéterminées de la couche ballastée. A titre d'exemple non limitatif, pour une voie ferrée d'une ligne ferroviaire dite à grande vitesse, telle que les voies pour la circulation des TGV en France, les inventeurs ont constaté que les particules de pollution ont systématiquement tendance à s'accumuler, à la fois, à la base de la couche ballastée, c'est-à-dire à proximité de la sous-couche de la voie ferrée, et sous les blochets des traverses, plus généralement sous les extrémités des traverses où sont fixés les rails. Ainsi, on comprend que l'aspiration des particules de pollution et la compaction des granulats de ballast conformément à l'invention peuvent avantageusement être ciblées dans les régions où s'accumulent ces particules.

[0010] Des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé et du dispositif conformes à l'invention sont spécifiées aux revendications dépendantes.

[0011] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

• la figure 1 est une coupe schématique d'une voie ferrée, en train d'être traitée conformément à l'invention ; et
• la figure 2 est une vue schématique en perspective illustrant une forme de réalisation d'un dispositif de traitement conforme à l'invention.

[0012] Sur la figure 1 est représentée une voie ferrée 1 installée sur un sol S, à savoir, en pratique, un terrassement direct du sol naturel ou bien une plate-forme construite dédiée. La voie ferrée comprend une sous-couche 2, qui recouvre le sol S et qui est elle-même recouverte d'une couche ballastée 3 de la voie ferrée 1. Cette voie ferrée comporte également des rails 4, sur lesquels des véhicules ferroviaires roulent et qui sont fixés, par tout moyen approprié, à des traverses 5 posées en travers de la voie ferrée 1, sous les rails 4, pour maintenir l'écartement et l'inclinaison de ces rails. Les traverses 5 reposent directement sur la couche ballastée 3, à laquelle les traverses transmettent les charges des véhicules ferroviaires circulant sur les rails 4. La couche ballastée 3 transmet, quant à elle, les efforts engendrés par le passage des véhicules ferroviaires à la sous-couche 2 et au sol S, sans que ces derniers ne se déforment par tassement. La couche ballastée 3 est également prévue pour enchâsser les traverses 5 afin d'assurer une résistance aux déformations longitudinales des rails 4.

[0013] Comme représenté de manière très schématique sur la figure 1, la couche ballastée 3 inclut, à la fois, des granulats de ballast 3A, typiquement de la pierre concassée, dont la granulométrie est prédéterminée et varie entre 10 mm et 50 mm, et des particules fines 3B, dont la taille est plus petite que celle des granulats de ballast et qui, de ce fait, pollue les granulats de ballast 3A en altérant les caractéristiques mécaniques de la couche ballastée 3. Comme évoqué dans la partie introductive du présent document, l'origine de ces particules de pollution 3B est diverse et non limitative de la présente invention : dans tous les cas, la présence de ces particules 3B s'accroît dans le temps, au fur et à mesure du trafic ferroviaire sur la voie ferrée, si bien que, à la longue, ces particules de pollution 3B colmatent les espaces interstitiels entre les granulats de ballast 3A.

[0014] En particulier, dans l'exemple schématisé à la figure 1, la couche ballastée 3 est davantage polluée, c'est-à-dire présente une concentration plus importante de particules de pollution 3B, à la fois à la base de la couche ballastée 3, autrement dit à proximité de la sous-couche 2, et sous les traverses 5, plus précisément sous les extrémités opposées de ces traverses, typiquement sous les blochets des traverses 5 lorsque ces dernières en sont pourvues. La présence de ces régions davantage polluées de la couche ballastée 3 pourrait s'expliquer par, d'une part, l'effet des vibrations transmises à la couche ballastée 3 lors du passage d'engins ferroviaires sur les rails 4 et l'effet du lessivage par la pluie et, d'autre part, l'application des contraintes maximales par les traverses 5 sur la couche ballastée 3.

[0015] Sur la figure 1 est également représenté un engin de travaux ferroviaires 10 destiné à traiter la voie ferrée 1. Dans l'exemple de réalisation considéré ici, cet engin 10 est à même de rouler sur les rails 4 de la voie ferrée 1.

[0016] L'engin 10 est équipé, en deux exemplaires dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 1, d'un outil 12 de traitement de la couche ballastée 3, un mode de réalisation de cet outil 12 étant montré à la figure 2. Cet outil 12 comporte un corps allongé 14 qui, en service, s'étend en longueur sensiblement à la verticale et est enfoncé à l'intérieur de la couche ballastée 3, autrement dit dans l'épaisseur de cette couche 3. Comme montré à la figure 2, le corps 14 inclut une partie haute 16 dont la face extérieure est sensiblement tronconique et convergente vers le bas. Ce corps 14 inclut également une partie basse 18 réalisée sous forme d'une batte de bourrage qui est prévue pour être enfoncée dans la couche ballastée 3, puis utilisée dans cette couche ballastée 3 pour compacter les granulats de ballast 3A par serrage et vibration. Ainsi, le corps 14 présente globalement une face extérieure dont la géométrie permet, entre autres, de faciliter l'enfoncement de ce corps 14 dans la couche ballastée 3, notamment jusqu'à positionner la partie basse 18 à proximité de la sous-couche 2.

[0017] De plus, toujours dans l'exemple de réalisation considéré sur la figure 2, le corps 14, plus spécifiquement sa partie 18 formant batte de bourrage, délimite au moins un orifice traversant 20, qui relie l'un à l'autre la face extérieure de ce corps à un volume libre qui est délimité à l'intérieur du corps 14 sous forme d'un conduit 22 s'étendant sensiblement dans la direction longitudinale du corps 14. Dans l'exemple considéré, un seul orifice 20 est prévu, délimité par la partie basse 18 du corps 14. Bien entendu, le nombre et la disposition de ce ou ces orifices 20 peuvent varier, à titre de variantes non représentées. En particulier, la partie haute 16 peut être pourvue d'un ou de plusieurs de ces orifices, le cas échéant répartis régulièrement autour de cette partie haute 16. De même, chaque face principale de la partie 18 formant batte de bourrage peut être pourvue d'un ou de plusieurs de ces orifices. Dans tous les cas, le ou chacun de ces orifices 20 relie l'extérieur du corps 14 au conduit interne 22, ce conduit interne reliant, par l'intérieur du corps 14, l'orifice ou les différents orifices 20 à un orifice terminal supérieur 24 situé à l'extrémité supérieure du corps 14.

[0018] L'engin de travaux ferroviaires 10 est également équipé d'une pompe d'aspiration 26 dont l'entrée aspirante est raccordée à l'orifice 24 du corps 14 de chacun des outils de traitement 12, par l'intermédiaire de moyens de raccordement fluidique ad hoc 26. En pratique, les moyens de raccordement fluidique 28 constituent également des moyens de liaison mécanique entre l'outil de traitement correspondant 12 et le reste de l'engin de travaux ferroviaires 10, notamment afin de manoeuvrer cet outil de traitement par un système d'assistance motorisé. La forme de réalisation de ces moyens de raccordement fluidique et de liaison mécanique 28 n'est pas limitative de l'invention. De même, la pompe d'aspiration 26 précitée présente des formes de réalisation diverses, dans le sens où, plus généralement, elle correspond à une source de vide, à même de créer une dépression d'air, communiquée jusqu'à l'orifice 24 du conduit 22 de chaque outil de traitement 12 par les moyens précités 28.

[0019] Avantageusement, le ou chacun des orifices 20 est pourvu d'un tamis 30 prévu pour séparer les granulats de ballast 3A vis-à-vis des particules de pollution 3B de la couche ballastée 3, en fonction de leur granulométrie : pour ce faire, chaque tamis 30 présente une maille dimensionnée pour, à la fois, laisser passer à travers elle les particules de pollution 3B et retenir les granulats de ballast 3A.

[0020] Un exemple d'utilisation de l'engin de travaux ferroviaires 10, visant à traiter la voie ferrée 1, va maintenant être décrit.

[0021] Après avoir amené l'engin 10 au niveau de la zone à traiter de la voie ferrée 1, comme par exemple sur la figure 1, chacun des outils de traitement 12 est enfoncé à l'intérieur de la couche ballastée 3, de manière sensiblement verticale, le corps 14 s'étendant alors en travers de l'épaisseur de cette couche ballastée 3, comme schématisé sur la figure 1. Par actionnement de la pompe 26, une dépression d'air est appliquée à l'orifice 24 du conduit 22 de chacun des outils 12, provoquant une aspiration à l'intérieur du conduit 22. Ainsi, une dépression d'air est communiquée à chacun des orifices 20 : ces derniers étant au contact de la couche ballastée 3, cette dépression est communiquée aux espaces entre les granulats de ballast 3A, autrement dit aux espaces susceptibles de contenir les particules de pollution 3B. Ces particules de pollution 3B sont alors aspirées jusqu'aux orifices 20 où elles sont admises à l'intérieur du conduit d'aspiration 22 puis, toujours sous l'effet de la dépression générée par la pompe 26, sont évacuées de ce conduit d'aspiration 22 par l'orifice 24, avant de rejoindre un collecteur, non représenté, par l'intermédiaire des moyens de raccordement et de liaison 28. Les particules de pollution 3B sont ainsi séparées des granulats de ballast 3A, ces derniers demeurant dans la couche ballastée 3, en étant retenus à l'extérieur du corps 14 des outils 12 par les tamis 30 des ouvertures d'aspiration 22.

[0022] L'aspiration des particules de pollution 3B est accompagnée et/ou suivie d'une compaction de la couche ballastée 3, cette compaction étant mise en oeuvre par serrage et vibration. Une telle compaction, qui consiste à réorganiser, par rapprochement, l'arrangement relatif entre les granulats de ballast 3A, débarrassés au moins en partie des particules de pollution 3B, est réalisée par les outils de traitement 12, chacun d'eux formant donc, en quelque sorte, une bourreuse intégrant une fonction d'aspiration. De cette façon, ces granulats de ballast 3A, entre lesquels l'aspiration des particules de pollution 3B laisse des vides résiduels, s'imbriquent alors les uns dans les autres pour former un ensemble davantage compact, en renforçant les propriétés mécaniques, notamment la résistance, de la couche ballastée 3 dépolluée.

[0023] De plus, en particulier lorsque cette opération de compactage commence d'être mise en oeuvre avant qu'il ne soit mis fin à l'aspiration des particules de pollution 3B, le réarrangement des granulats de ballast 3A est susceptible de libérer des particules de pollution 3B qui, sinon, seraient restées coincées entre certains des granulats de ballast, ce qui permet donc d'augmenter la quantité de particules de pollution aspirées.

[0024] Bien entendu, l'utilisation des outils de traitement 12 pour à la fois aspirer les particules de pollution 3B et, concomitamment et/ou successivement, recompacter les granulats de ballast 3A dépollués est compatible avec l'utilisation simultanée d'une bourreuse préexistante : dans ce cas, seule une partie de la compaction des granulats de ballast résulte de l'action des outils de traitement 12, le reste de la compaction résultant de l'action de la bourreuse préexistante.

[0025] De manière avantageuse, en tenant compte des considérations développées plus haut, relatives à la présence de régions de la couche ballastée 3 ayant une plus forte concentration de particules de pollution 3B, chaque outil de traitement 12 est enfoncé dans les régions précitées de la couche ballastée 3 de manière à aspirer efficacement une grande quantité de particules de pollution 3B présentes dans la couche 3 traitée. Plus précisément, au moins un des outils de traitement 12 est enfoncé dans la couche ballastée 3 de sorte qu'au moins une partie de son corps 14, en particulier la partie basse 18, est à proximité immédiate de la sous-couche 2 : de cette façon, cet outil 12 aspire les particules de pollution 3B situées plus près de cette sous-couche 2 que de la surface libre opposée de la couche ballastée 3. Une autre possibilité, qui peut d'ailleurs être combinée avec ce qui vient d'être décrit, consiste à enfoncer au moins un des outils de traitement 12 à proximité d'une des extrémités longitudinales d'une des traverses 5, de sorte qu'au moins une partie du corps 14 de cet outil, notamment sa partie haute 16, soit au contact de la région de la couche ballastée 3, située juste au-dessous de l'extrémité précitée de la traverse : de cette façon, les particules de pollution 3B présentes dans la région précitée de la couche ballastée 3 sont aspirées par cet outil 12.

[0026] Divers aménagements et variantes au traitement, décrit jusqu'ici, de la voie ferrée 1 sont envisageables. A titre d'exemple, plutôt que le dispositif de traitement, incluant les outils de traitement 12, la pompe d'aspiration 26 et les moyens de raccordement fluidique et de liaison mécanique 28, soit embarqué sur un engin de travaux ferroviaires mobile, tel que l'engin 10 à la figure 1, ce dispositif de traitement peut être installé en bordure d'une voie ferrée à traiter, en particulier si on renonce à ce que ce dispositif de traitement puisse, à lui seul, recompacter les granulats de ballast 3A dépollués par aspiration.

Revendications

1. Procédé de traitement d'une voie ferrée (1) incluant une couche ballastée (3), qui recouvre une sous-couche (2), sur laquelle reposent des traverses (5) de support de rails (4) et qui inclut à la fois des granulats de ballast (3A) et des particules de pollution (3B) plus fines que les granulats de ballast,
procédé dans lequel :

- on enfonce un outil (12) dans la couche ballastée (3), et

- par l'intermédiaire de l'outil (12) enfoncé dans la couche ballastée (3), on aspire au moins une partie des particules de pollution (3B) de manière à les retirer des granulats de ballast (3A), caractérisé en ce que, après et/ou pendant l'aspiration des particules de pollution (3B), on compacte les granulats de ballast (3A) par serrage et vibration en utilisant ledit outil (12).

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise ledit outil (12) pour réaliser toute la compaction des granulats de ballast (3A).

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise ledit outil (12) pour réaliser une partie seulement de la compaction des granulats de ballast (3A).

4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on enfonce ledit outil (12) à proximité de la sous-couche (2) de manière à aspirer les particules de pollution (3B) qui sont situées plus près de la sous-couche (2) que de la surface libre opposée de la couche ballastée (3).

5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on enfonce ledit outil (12) à proximité des extrémités longitudinales opposées des traverses (5) de manière à aspirer les particules de pollution (3B) qui sont situées sous ces extrémités des traverses.

6. Dispositif de traitement d'une voie ferrée (1) incluant une couche ballastée (3), qui recouvre une sous-couche (2), sur laquelle reposent des traverses (5) de support de rails (4) et qui inclut à la fois des granulats de ballast (3A) et des particules de pollution (3B) plus fines que les granulats de ballast,
lequel dispositif comprend :

- une source de vide (26), et

- un outil (12) de traitement de la couche ballastée (3), comportant un conduit (22) d'aspiration des particules de pollution (3B), reliant au moins un orifice d'admission (20), qui est au contact des particules de pollution (3B) et des granulats de ballast (3A) lorsque l'outil de traitement est enfoncé dans la couche ballastée (3), à un orifice d'évacuation (24), qui est raccordé à la source de vide (26),

caractérisé en ce que l'outil de traitement (12) est également adapté pour compacter les granulats de ballast (3A) par serrage et vibration lorsque l'outil de traitement est enfoncé dans la couche ballastée (3).

7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le ou chaque orifice d'admission (20) est pourvu d'un tamis de séparation granulométrique (30), qui laisse passer à travers lui les particules de pollution (3B) et qui retient les granulats de ballast (3A).

8. Dispositif suivant l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'outil de traitement (12) comporte un corps (14) d'enfoncement dans la couche ballastée (3), qui inclut une batte (18) de bourrage des granulats de ballast (3A), le ou au moins un des orifices d'admission (20) étant délimité par cette batte de bourrage (18).

9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le corps d'enfoncement (14) inclut une partie (16), qui s'étend entre la batte de bourrage (18) et l'orifice d'évacuation (24) et dont la face extérieure est sensiblement tronconique.

Dessins