Des voies sans Ballast adaptées aux évolutions futures : le système d’interface commune de Pandrol

Introduction

Il est largement admis que les besoins en entretien très faibles et la longue durée de vie constituent les principaux avantages de la voie sans Ballast (NBT) par rapport aux systèmes conventionnels Ballastés. La NBT présente un coût initial plus élevé que la voie Ballastée et sa construction prend beaucoup de temps, mais une fois mise en place, elle offre un système ferroviaire stable qui pourrait encore être utilisé un siècle plus tard. En théorie…

Dans la pratique, la rigidité du NBT engendre toute une série de problèmes, notamment en milieu urbain. Une fois le béton installé, il est très coûteux d’ajuster ou de corriger la géométrie de la voie.

Lorsque de nouveaux lotissements voient le jour à proximité d’un réseau Rail équipé de la technologie NBT, les riverains ont tendance à se plaindre du bruit et des vibrations. Cela conduit à un renforcement des exigences de performance prescrites – et voilà le problème. Sans la flexibilité nécessaire pour s'adapter aux nouvelles exigences en matière d'atténuation du bruit et des vibrations, l'ensemble de la voie doit être modifié, voire démonté et reconstruit de toutes pièces.

Aujourd’hui, pour la première fois, Pandrol est en mesure de proposer une solution innovante pour garantir la pérennité du NBT. Le système d’interface commune offre aux gestionnaires d’infrastructures ferroviaires la garantie que, lorsqu’ils effectuent l’Installation du NBT, ils pourront l’adapter rapidement et à moindre coût à toute évolution future des exigences de performance.

Qu'est-ce que l'« Interface commune » ?

Actuellement, les éléments en béton utilisés pour le NBT sont dotés d’interfaces alignées avec des Systèmes de fixation et d’ancrage spécifiques. Le système d’interface commune (CIS) de Pandrol, comme son nom l’indique, offre un point de connexion commun à toute une gamme d’ensembles de fixation différents, qui peuvent être facilement remplacés pour optimiser les performances de la voie. Lorsque les exigences en matière d’atténuation du bruit et des vibrations évoluent, plutôt que de devoir modifier ou remplacer l’ensemble de la voie, il suffit de remplacer le système de fixation pour atteindre le niveau de performance requis.

Le système d'interface commune se compose de deux plaques en plastique technique dotées d'éléments de retenue, comme illustré. Des goujons en plastique renforcé sont placés sous les plaques, ce qui permet de fixer des vis d'ancrage.

Le système d'interface commune est compatible avec l'ensemble de la gamme principale de fixations Pandrol, qu'elles soient vissées ou non.

Configuration de base

Imaginons qu'une nouvelle station de métro soit construite dans une zone non résidentielle de la ville, où peu de personnes vivent et travaillent. Les exigences en matière d'atténuation du bruit et des vibrations étant faibles, le système d'interface commune peut être équipé d'une solution de fixation simple et de résistance moyenne, telle que le Fastclip FCA.

Les épaulements Fastclip SGI s'emboîtent dans les plaques de construction en plastique et sont fixés à l'aide de vis d'ancrage. Un isolateur en plastique est ensuite ajouté sur la face avant de chaque épaulement, puis les Fastclips, dotés d'isolateurs de patin intégrés, sont installés en position de service. Une semelle sous Rail élastique est insérée dans la zone d'appui du Rail avant que celui-ci ne soit enfilé et que les Fastclips ne soient poussés dans leur position de service. Le système Pandrol FCA permet un Réglage vertical allant jusqu’à 10 mm avec l’épaulement standard, grâce à l’ajout de cales sous la Semelle sous Rail et l’épaulement. Un Réglage supplémentaire est possible jusqu’à 20 mm à l’aide d’un deuxième épaulement plus haut.

La charge appliquée au Rail est transférée par les épaulements et répartie dans le béton. La rigidité du système est limitée à 40 kN/mm dans la configuration standard, afin de garantir l’absence d’effet néfaste sur l’écartement dynamique de la voie dû à un roulement excessif du Rail. Bien que la semelle sous Rail contribue à réduire les vibrations générées par les irrégularités des deux surfaces de la roue et du Champignon de Rail, les limites de résilience d’une seule semelle sous Rail permettent tout de même la transmission d’une partie des vibrations transmises par le sol aux structures environnantes.

Configuration intermédiaire

Alors, que se passera-t-il dans dix ans, lorsque de nouveaux lotissements, des bureaux et une école auront vu le jour autour de la gare et que les riverains commenceront à se plaindre du Bruit et des vibrations ?

Au lieu de devoir procéder à des modifications coûteuses du NBT, le système FCA peut simplement être retiré de l'Interface commune et remplacé par un ensemble de composants différent et plus résilient, comme illustré ci-dessous.

Bien que ce système ressemble à celui de la FCA, les deux inserts en fonte font désormais partie d’une plaque de base articulée qui repose sur un patin de plaque de base hautement résilient. Deux pinces de serrage en fonte équipées de bagues en nylon sont utilisées pour fixer le système à l’interface commune. La selle peut se déplacer verticalement autour de la bague en nylon lorsque le coussin résilient se comprime sous l’effet de la charge. Cela protège les attaches d’une déformation excessive et, surtout, garantit que les limites de roulement sur Rail ne sont pas dépassées.

Cette stabilité permet d’utiliser en toute sécurité un niveau de résilience plus élevé afin d’assurer une meilleure protection contre les vibrations transmises par le sol et les problèmes de bruit secondaires qui y sont associés. Plus le système de fixation est résilient, moins les vibrations se propagent le long de la voie pour se répercuter sur les habitations. Une rigidité de 22,5 kN/mm est caractéristique de cette configuration, mais elle peut varier entre 16 kN/mm et 25 kN/mm.

Configuration avancée

Si les exigences en matière d'atténuation du bruit et des vibrations venaient à devenir encore plus strictes, par exemple si un bloc opératoire était construit au-dessus d'un tunnel de Métro, le système existant pourrait simplement être retiré de l'interface commune et remplacé par des composants plus résistants.

Pour une atténuation maximale, le système FCA ou DFC peut être remplacé par le système Pandrol Vanguard (ou DFF en caoutchouc collé). Ces deux systèmes assurent un haut degré d’isolation contre les vibrations transmises par le Rail, qui, sans cela, se propageraient librement vers les structures entourant la voie. Le système Vanguard soutient le Rail au niveau de l’âme et sous le champignon de Rail. Cela permet au Rail d’être entièrement soutenu par des éléments élastiques fixés à une plaque de base en fonte. Ces éléments élastiques fonctionnent en cisaillement, garantissant un haut niveau de contrôle de l’écartement, car la déformation du Rail qui en résulte est presque entièrement verticale.

Au lieu d'être posé sur un patin ou sur la selle, le Rail est soutenu par des blocs élastiques, ce qui crée un espace d'air d'environ 6 mm en dessous.

Ce système est extrêmement résilient, offrant une rigidité pouvant descendre jusqu'à 5 kN/mm, et a fait ses preuves en matière de réduction des niveaux de vibrations transmises par le sol de plus de 10 dB.

La polyvalence en pratique

En Norvège, la ligne de Follo relie Oslo à Ski grâce à deux tunnels jumeaux de 19,5 km, les plus longs de Scandinavie. Ces tunnels traversent une montagne de granit où des personnes vivent et travaillent, et il était évident dès le départ qu’il faudrait mettre en place des mesures d’atténuation des vibrations afin de limiter l’impact de la ligne ferroviaire sur les habitants de cette région.

Il a été décidé d'utiliser le système d'interface commune afin de permettre d'ajuster la résilience de la voie pour répondre aux exigences strictes de l'étude sur le bruit et les vibrations (N&V) réalisée par des consultants. Ce système a permis de proposer trois niveaux de rigidité différents ; les mesures effectuées après l'Installation ont confirmé que les points sensibles en matière de bruit et de vibrations mis en évidence dans l'étude avaient été efficacement maîtrisés et répondaient aux spécifications requises.

Les images ci-dessus montrent le système d’interface commune utilisé dans le tunnel de Follo avec deux Systèmes de fixation différents : le Pandrol VIPA DFC (à gauche) et le Pandrol Vanguard (à droite). Installés sur la même empreinte commune, ces systèmes offrent les niveaux intermédiaire et avancé d’atténuation des vibrations transmises par le sol requis à différents endroits du tunnel. Une combinaison de deux ensembles DFC et d’un ensemble Vanguard désaccordé a été choisie pour respecter la limite de bruit exigeante de 32 dB. Ces systèmes ont permis de faire varier la Rigidité de la voie entre 22,5 kN/mm, 16 kN/mm et 11 kN/mm en utilisant la même interface.

En optant pour le système d'interface commune, on a l'assurance que le NBT sera capable de s'adapter à toute évolution future des exigences de performance.

Résumé

Le système d'interface commune de Pandrol est appelé à révolutionner l'avenir des NBT, en apportant la toute première solution au manque de flexibilité inhérent aux systèmes actuels. Grâce au système d'interface commune, les gestionnaires d'infrastructures ferroviaires peuvent investir dans les NBT en ayant l'assurance de pouvoir adapter la voie à toute nouvelle exigence de performance, que ce soit dans 10, 20 ou 50 ans.

Les avantages financiers de cette solution sont évidents : le fait de pouvoir simplement remplacer les systèmes de fixation, plutôt que l’ensemble de la voie, permet d’économiser des millions en coûts inutiles. Le processus est bien plus simple et rapide, ce qui réduit les perturbations pour le réseau de transport et les communautés locales. Et compte tenu de l’empreinte carbone élevée du béton, l’allongement de la durée de vie des NBT présente d’immenses avantages en matière de durabilité. Une fois retirés, les Systèmes de fixation peuvent être recyclés ou, dans certains cas, réutilisés dans le cadre d’un autre projet.

Le système d'interface commune de Pandrol est unique en son genre et garantit la pérennité d'actifs précieux et coûteux. Il est compatible avec tous les systèmes NBT. N'hésitez pas à venir nous rencontrer si vous souhaitez en savoir plus sur son potentiel pour assurer la pérennité du NBT.