SEMELLE SOUS TRAVERSE POUR VOIE FERROVIAIRE ET MÉTHODE DE FABRICATION DE L'ENSEMBLE D'UNE TELLE SEMELLE SOUS TRAVERSE ET D'UNE TRAVERSE

Abstract

 Semelle sous traverse pour traverse de voie ferrée dont la composition comprend :
- une matrice polymérique ;
- des granules d'élastomère ;
- des granulats de roche avec une granulométrie comprise entre 1 et 20 mm ;
et une méthode de fabrication de l'ensemble d'une telle semelle sous traverse et d'une traverse.

Description

Objet de l'invention

[0001] La présente invention se rapporte au domaine des voies ferrées portuaires, et en particulier à celui des semelles destinées à être fixées sous les traverses de ces voies ferrées portuaires.

Etat de la technique

[0002] Depuis quelques années, l'utilisation de voies ballastées dans l'exploitation des ports à containers devient de plus en plus fréquente, notamment sur la zone de stockage des containers où sont opérées des grues dites ASC (Automated Stacking Crane) ou RMG (Rail Mounted Gantry Crane). Ces grues portuaires se déplacent sur des rails notamment pour la manutention des containers. Aucune norme à ce jour n'a été adoptée quant à la conception des traverses sur lesquelles sont installées les voies de roulement.

[0003] De manière générale, l'entraxe entre les deux rails sur lesquels sont opérées les grues ASC ou RMG est supérieur à 20 mètres. Par conséquent, les deux rails des voies portuaires sur ballast sont indépendants l'un de l'autre, et sont supportés par des traverses indépendantes également (chaque traverse ne supporte qu'un seul rail, étant donné la distance entre les rails et la charge à supporter). Par ailleurs, les charges appliquées sur les roues, et donc sur les rails de ces voies, sont très importantes (de l'ordre de 250 kN par roue pour les grues ASC/RMG, alors que pour un train à grande vitesse, les charges sont de l'ordre de 80 kN par roue, et pour un train de trafic lourd, les charges sont de l'ordre de 125 kN par roue). Sur certains sites portuaires, il a été observé des déplacements horizontaux du système rail traverse très importants, rendant impossible l'exploitation de ces voies. Ces déviations peuvent intervenir sur les deux rails ou de manière indépendante, sur uniquement l'un des deux rails.

[0004] Le document WO2019157540 A1 divulgue une semelle destinée à être fixée sous une traverse ferroviaire, la semelle comprenant au moins une couche élastique et des granules de liège. La couche élastique permet d'amortir les vibrations tandis que les grains de liège apporte une certaine stabilité.

[0005] Le document KR 102363912 divulgue une semelle sous traverse ferroviaire améliorant la durabilité du ballast, en transmettant uniformément la charge appliquée sur les rails vers la plate-forme d'asphalte pour éviter une concentration des contraintes. Cette semelle a pour but également d'améliorer la résistance au frottement entre la surface inférieure de la traverse et le ballast. La semelle est formée d'un ensemble de couches de caoutchouc et de tissu non-tissé (géotextile), l'ensemble étant pressé à chaud pour les fusionner.

[0006] A ce jour, aucune semelle sous traverse ferroviaire n'apporte une solution suffisamment efficace pour les voies ballastées utilisées dans le domaine portuaire, qui concerne des charges très élevées, notamment vis-à-vis du déplacement des grues ASC ou RMG.

Buts de l'invention

[0007] La présente invention vise à surmonter les inconvénients de l'état de la technique, et en particulier à fournir une semelle sous traverse apte à transmettre les efforts dans le cadre des voies ballastées de type portuaire. En effet, dans ce cadre des voies portuaires, les traverses sont soumises à des contraintes très élevées, notamment résultant des efforts horizontaux. Au vu des charges importantes supportées, le lit ballasté souffre et nécessite de nombreuses opérations de maintenance.

[0008] Un des buts de l'invention est de fournir une semelle sous traverse qui permet d'augmenter la résistance aux mouvements horizontaux des traverses.

[0009] Un autre but de l'invention est d'offrir une solution qui améliore la répartition des charges sur le ballast et diminue le niveau de contraintes dans ce dernier. La durée de vie du ballast s'en retrouve augmentée, et les opérations de maintenance réduites.

[0010] Un autre but de l'invention est d'offrir une semelle sous traverse qui réduit les vibrations transmises entre la traverse et le lit ballasté.

[0011] La présente invention offre l'avantage de permettre un assemblage entre la semelle et la traverse simple et facile à mettre en oeuvre, et ne nécessitant pas d'apport de chaleur.

Résumé de l'invention

[0012] La présente invention divulgue une semelle sous traverse dont la composition comprend :

• une matrice polymérique ;
• des granules d'élastomère;
• des granulats de roche avec une granulométrie comprise entre 1 et 20 mm.

[0013] Selon des modes d'exécution particuliers, l'invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• la matrice polymérique comprend une résine polyuréthane aromatique ;
• les granules d'élastomère sont composées de caoutchouc ;
• lesdites granules ont un diamètre compris entre 0,5 et 15 mm ;
• la matrice polymérique est comprise à au moins 5 pourcents, de préférence à au moins 8 pourcents, de manière encore préférée à au moins 10 pourcents dans la composition de la semelle ;
• les granules d'élastomère sont comprises à au moins 20 pourcents, de préférence à au moins 40 pourcents et de manière particulièrement préférée à au moins 50 pourcents dans la composition de la semelle ;
• les granulats de roche sont compris à au moins 10 pourcents, de préférence au moins 20 pourcents et de manière particulièrement préférée au moins 50 pourcents dans la composition de la semelle ;
• le diamètre des granules d'élastomère est compris entre 1 et 4mm ;
• les granulats de roche ont une granulométrie comprise entre 5 et 11mm ;
• la composition comprend des fibres longues.

[0014] La présente invention divulgue également un ensemble formé d'une semelle sous traverse et d'une traverse.

[0015] Selon des modes d'exécution particuliers, l'ensemble semelle sous traverse/traverse comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• la traverse est une traverse portuaire ;
• l'interface entre la semelle et la traverse comprend préférablement de la matrice polymérique ;
• l'ensemble est placé sur un lit ballasté.

[0016] La présente invention divulgue également une méthode de fabrication de l'ensemble d'une semelle sous traverse et d'une traverse, comprenant les étapes suivantes :

• application d'une couche de matrice polymérique à l'interface entre une semelle sous traverse et une traverse ;
• pressage à froid de l'ensemble comprenant la semelle sous traverse et la traverse.

Brève description des figures

[0017] La figure 1 représente une vue en trois dimensions d'un exemple de semelle sous traverse selon l'invention, d'une part la semelle étant désassemblée de la traverse, et d'autre part la semelle étant assemblée avec la traverse.

[0018] La figure 2 représente la semelle sous traverse avec un agrandissement de sa composition.

[0019] La figure 3 représente les mouvements horizontaux appliqués sur la traverse, qui sont réduits grâce à la semelle sous traverse de l'invention.

[0020] La figure 4 représente un diagramme du déplacement horizontal de la traverse (en mm) selon la force horizontale appliquée sur le rail (en kN), les résultats étant comparés entre une semelle classique de l'art antérieur et une semelle de l'invention.

Liste des symboles de référence

[0021] 

1 :

Semelle sous traverse

2 :

agrégat rocheux

3 :

granules d'élastomère

4 :

matrice polymérique

5 :

fibre

6 :

traverse

Description détaillée de l'invention

[0022] La semelle 1 selon la présente invention est destinée à être placée sous une traverse 6 de voie pour grue portuaire. L'assemblage de la semelle sous la traverse est illustré à la Figure 1.

[0023] La semelle est composée d'une matrice polymérique 4, de granules d'élastomère 3 et de granulats rocheux 2 comme représenté sur la Figure 2. Généralement, l'épaisseur de la semelle est comprise entre 10 et 100mm et n'excède pas ¼ de l'épaisseur de la traverse à laquelle elle est associée. De manière générale, l'épaisseur de la traverse est comprise entre 250 et 400mm.

[0024] La matrice polymérique est par exemple de type résine de polyuréthane aromatique 95 (PU95). Cette matrice est présente à au moins 5 pourcents, de manière préférée à au moins 8 pourcents et de manière encore préférée à au moins 10 pourcents dans la composition de la semelle.

[0025] Les granules d'élastomère sont formées de caoutchouc, de préférence recyclé. Les granules ont un diamètre de préférence compris entre 0,5 et 15 mm, de manière particulièrement préférée entre 1 et 4mm. De préférence, la composition de la semelle de l'invention comprend au minimum 20 pourcents, de manière particulièrement préférée au moins 40 pourcents et de manière encore préférée au moins 50 pourcents de granules de caoutchouc.

[0026] La présence de granulat de roche apporte une résistance au mouvement de la traverse sur le lit de ballast. De préférence, le gravier a une granulométrie comprise entre 1 et 20mm, de manière particulièrement préférée entre 5 et 11mm. De préférence, la composition de la semelle de l'invention comprend au minimum 10 pourcents, de manière particulièrement préférée au moins 20 pourcents et de manière encore préférée au moins 50 pourcents de gravier.

[0027] Grâce à la composition de la semelle sous traverse de l'invention, la surface de contact entre la partie inférieure de la traverse comprenant la semelle et le lit ballasté est augmentée. Par conséquent, les charges appliquées sur les rails et la traverse, qui sont transmises au ballast, sont réparties sur une plus grande surface, réduisant les contraintes subies par le ballast. Ceci est une conséquence de l'interpénétration du ballast dans la semelle, et notamment dans le mélange de la matrice polymérique avec les billes d'élastomère et le gravier, qui permet d'augmenter la surface de contact entre la semelle et le ballast.

[0028] Dans un mode particulier de l'invention, il est possible d'insérer des fibres, par exemple de type fibre de carbone, de préférence longues pour renforcer la semelle. De préférence, la longueur des fibres est d'au moins 1/3 de la longueur de la semelle sous traverse.

[0029] La production de la semelle se fait par coulée dans un moule à température ambiante. Le mélange qui compose la semelle a une très bonne adhésion sur les aciers et les bétons. Pour coller la semelle à la face inférieure de la traverse en béton, une couche de matrice polymérique est appliquée à l'interface entre la semelle et la traverse. L'assemblage de la semelle de l'invention et la traverse peut se faire à température ambiante sous la pression du poids propre de la traverse. L'utilisation d'une température plus élevée ou d'un catalyseur permet d'accélérer l'adhésion.

[0030] La Figure 4 représente un diagramme du déplacement horizontal de la traverse (en millimètres) selon la force horizontale appliquée sur le rail (en kN). Le diagramme compare les résultats d'une traverse équipée d'une semelle commerciale classique de l'art antérieur utilisée dans les voies ferroviaires à ceux d'une traverse équipée d'une semelle de l'invention. Les résultats montrent que pour déplacer d'un millimètre la traverse équipée d'une semelle selon l'invention, il est nécessaire d'appliquer une force 58% plus importante que pour la traverse équipée d'une semelle commercialisée dans l'industrie ferroviaire. La résistance aux efforts horizontaux est nettement améliorée, ce qui permet d'éviter que les traverses et les rails des voies ne subissent des déplacements horizontaux importants comme c'est le cas actuellement, rendant impossible l'exploitation de ces voies.

Revendications

1. Semelle sous traverse (1) pour traverse (6) de voie ferrée dont la composition comprend :

- une matrice polymérique (4) ;

- des granules d'élastomère (3);

- des granulats de roche (2) avec une granulométrie comprise entre 1 et 20 mm.

2. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice polymérique (4) comprend une résine polyuréthane aromatique.

3. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les granules d'élastomère (3) sont composées de caoutchouc.

4. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites granules (3) ont un diamètre compris entre 0,5 et 15 mm.

5. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice polymérique (4) est comprise à au moins 5 pourcents, de préférence à au moins 8 pourcents, de manière encore préférée à au moins 10 pourcents dans la composition de la semelle (1).

6. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les granules d'élastomère (3) sont comprises à au moins 20 pourcents, de préférence à au moins 40 pourcents et de manière particulièrement préférée à au moins 50 pourcents dans la composition de la semelle (1).

7. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les granulats de roche (2) sont compris à au moins 10 pourcents, de préférence au moins 20 pourcents et de manière particulièrement préférée au moins 50 pourcents dans la composition de la semelle (1).

8. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le diamètre des granules d'élastomère (3) est compris entre 1 et 4mm.

9. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les granulats de roche (2) ont une granulométrie comprise entre 5 et 11mm.

10. Semelle sous traverse (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition comprend des fibres longues (5).

11. Ensemble d'une semelle sous traverse (1) selon l'un des quelconques revendications précédentes et d'une traverse (6).

12. Ensemble d'une semelle sous traverse (1) selon la revendication 11, la traverse (6) étant une traverse portuaire.

13. Ensemble selon l'une des revendications 11 ou 12, l'interface entre la semelle (1) et la traverse (6) comprenant de la matrice polymérique.

14. Ensemble selon l'une des revendications 11 à 12, placé sur un lit ballasté.

15. Méthode de fabrication de l'ensemble d'une semelle sous traverse selon l'une des revendications 1 à 10 et d'une traverse, comprenant les étapes suivantes :

- application d'une couche de matrice polymérique à l'interface entre une semelle sous traverse (1) selon l'une des revendications 1 à 10 et une traverse (6) ;

- pressage à froid de l'ensemble comprenant la semelle sous traverse (1) et la traverse (6).

Dessins