vue de la voie fer avec aps, bordeaux les plateformes de

INNOVATION DANS LES TRANSPORTS GUIDES URBAINS ET REGIONAUX

LES INFRASTRUCTURES DES SYSTEMES de TRANSPORT URBAIN DE SURFACE

1 SEMINAIRE PFI du 20 Mai 2005 Francis KUHN LTN

LES PLATEFORMES DE TCSP- Plateforme routière

- Plateforme ferroviaire

Manège de fatigue du LCPC à NantesVue de la voie fer avec APS, Bordeaux




• Plateforme routière- Les systèmes routiers : bus, trolleybus, autocarsLes véhicules les plus lourds pèsent 19 t PTC (essieu 11t) ou 32 t sur3 essieux : ces véhicules peuvent être assimilés à des poids lourdsordinaires

- Les systèmes guidés sur pneus

TVR, Translohr, Civis, Phileas,On distingue les systèmes dont la charge à l’essieu ne dépasse pas 8 tà l’essieu, et ceux dont la charge se situe entre 11 et 13 t. Les chargessont très canalisées et entraînent plus ou moins rapidement l’orniéragede la chaussée (cf. Nancy, Caen, Rouen)




Méthode de dimensionnement des chaussées• La méthode française de dimensionnement est une méthode de type analytique

qui s’appuie sur une approche rationnelle fondée sur le calcul élastique dessollicitations engendrées dans les chaussées par le passage de charges roulantes.

• Cette approche théorique est contrebalancée par des essais de laboratoire etsurtout une analyse de comportement « en vraie grandeur » des structures(manège de fatigue, sections fusibles de chaussée)

• Le principe général consiste à trouver les épaisseurs des différentes couches dechaussée pour lesquelles la structure peut répondre aux sollicitations du traficdurant une durée de vie donnée.

• Les données de trafic sont converties en nombre de poids lourds puis en essieuxstandards.

• Ce nombre d’essieu standard N correspond au nombre de répétitions dechargement que devra subir la structure au cours de sa durée de vie.




• Connaissant les lois de fatigue des matériaux, on calcule les sollicitations maximalesadmissibles à l’intérieur de la structure.

• Pour le sol et les couches non liées, le critère dimensionnant est la déformationverticale z en haut de couche

• Pour les couches bitumineuses le critère dimensionnant est la déformationhorizontale h en bas de couche

• Une notion probabiliste au travers d’un coefficient de risque pour tenir compte de ladispersion sur les résultats de fatigue et les épaisseurs mises en œuvre in situ.

• Les sollicitations au sein de la structure sont évaluées grâce à une modélisationmulticouches élastiques de type Burmister à l’aide des programmes ALIZE,Ecoroute




• Principe de la démarche rationnelle (Guide technique conception etdimensionnement des chaussées) s’appuie sur :

• - d’une part, sur la détermination des sollicitations internes (contraintes,déformations) créées par les charges roulantes dans la structure de chaussée

• - d’autre part, sur la vérification que ces sollicitations internes, engendrées par letrafic ne dépassent pas les valeurs admissibles pour chaque couche de matériau: cessollicitations admissibles s’opèrent à travers un modèle d’endommagement parfatigue, le modèle de Wöhler

• Les limites admissibles : calculées à partir de 3 formules générales

• Contrainte admissible des matériaux traités aux L.H.• La sollicitation interne déterminante (cas des matériaux aux liants hydrauliques)

pour le dimensionnement est la contrainte de traction , à la base des couchesstructurelles sollicitées en traction-flexion par les charges roulantes




adm = 6 * (NE/106)b * K c* K r* K s* K d

6 et b paramètres représentant le comportement à la fatigue du matériau

• Kc coefficient de calage entre modèle et le feedback des chaussées

• Kr niveau de risque / niveau de service pour la chaussée

• KsCte de dimensionnement liée à la portanceb

• Kd coefficient réservé aux structures semi-rigides ou rigides qui représentent desdiscontinuités (bords, joints, fissures) qui a pour rôle de minorer la adm

max < ou = tadm

• NE nbre total de chargement pour lequel est réalisé le dimensionnement




• Déformation adm. des matériaux bitumineux

adm= 6 (10°C; 25 Hz) x k x (NE/106)b x kr x ks x kc

Les coefficients k tiennent compte de la TpT, du risque, de la qualité de la portancedu support

• Déformation adm. des matériaux granulaires non liés

adm= 1 x (NE)-0,222

où 1 = 12000 sauf pour les faibles trafics où 1 = 16000

Lesvoies du réseau structurant VRS adoptent une durée de calcul des structures de30 ans et des valeurs élevées des coefficients d’agressivité du trafic lourd




• L’approche du trafic

• NE s’exprime en nbre d’essieux standards de référence et non en nombre de poidslourds réels NPL composant le trafic cumulé du projet.

• L’essieu standard de réf. est l’essieu simple à roues jumelées de poids total de 130kN

• Le coefficient d’agressivité moyen du trafic CAM prend en compte la compositionen silhouettes et en poids du trafic réel et assure l’équivalence:

• NE = CAM x NPL




• Les paramètres nécessaires aux calculs

• Pour le calcul mécanique des sollicitations internes dans les structures:

– E = module de rigidité = coefficient de Poisson

Pour le calcul des sollicitations admissibles (matériaux hydrauliques et béton)

6: contrainte de rupture par traction-flexion sous 1 million de cycles en labo à 360jours

b: pente de fatigue du matériau exprimée sous forme de loi semi-logarithmique

Kc: coefficient de calage

Ks: Cte selon niveau de portance et selon la couche considérée




Les tramways sur pneus guidés• La conception des plates-formes de systèmes guidés sur pneus doit tenir compte de 3

particularités ayant une incidence significative sur les structures et les revêtements:

– L’extrême rapprochement des bandes de roulement adjacentes des rames dechaque sens de circulation

– En terme de surface, il faut tenir compte de l’extrême canalisation des chargesavec balayage nul: le choix d’un revêtement particulièrement résistant àl’orniérage s’impose.

– Les meilleurs béton bitumineux à module élevé BBME conformes à la norme .Le béton de ciment coulé et pervibré, armé, continu ou à joints goujonnés

– L’insertion du dispositif de guidage dans la plate-forme est aussi une dispositionconstructive importante pour la conception, la réalisation et la maintenance dusystème.




Plateforme du TRANSLOHR

Source: Lohr-Industrie




Plateforme du TVR à CAEN

SMTC CAEN




Guidage Translohr

Guidage TVR

LOHR-Industrie

CUGN




Plateforme Translohr en cours de construction

F. Kuhn F. Kuhn




Réalisation du support et pose du rail de guidage

F. Kuhn F. Kuhn




Tests d’orniérage pour CIVIS-TVR-TRANSLOHR




Test d’agressivité vis-à-vis de l’orniérage• Hypothèses: Manège de fatigue à 4 bras du LCPC Nantes, 4 charges sur 7 types de

revêtements

• - Trafic de 1200 rames/semaines, =1,5 %, trafic cumulé de 460.103 rames en 7ans,si tpt > 30 °C dans les couches BB en été entre 11h et 20h soit (60%.1/4)460.103 =69. 103, par rame soit 270. 103 essieux simples on a ramené à 100. 103 essieuxconsidérant 1 mois>30°C.

• Support constitué de 40 cm de GB(15+15+10 cm)sur 40 cm GRH°I Chaussée de référence 10 cm BB 0/14à 5,5% deB,II EJL: -1/ 7 cm BB + 6 cm BB 0/10

- 2/ 7 cm BB + 6 cm BB +avec coulis de cimentIII GERLAND: -1/ 7 cm GB + 6 cm BB 0/14

- 2/ 10,5 cm GB + 2,5 cm BBTM 0/6IV SCREG : -1/ 9,5 cm BB 0/14+ 2,5 cm BBTM 0/6

-2/ 7,5 cm BB 0/14+ 4,5 cm BB 0/10 Metalflex

°GRH: Grave Reconstituée Humidifiée




Résultats d’orniérage en cm pour 105 cycles en moyenne des points mesurés

15,112,514,510,5BB 0/14Réf

4,252,53,252,75BBTM 0/6

5,254,7543MetalflexSCRE

3,252,752,52,25BB 0/14

0000CoulisEJL

2,753,55,253,5BB 0/14

3,556,253,25BBTM 0/6GER

RéfCIVISTVRLohrRevêtementProduit

GIE TVM




•Plateforme ferroviaire- Les tramways modernes ou métro léger

Les charges à l’essieu se situent entre 8 et 11,5 t (TFS)

LCPC




Les tramways sur rails• On distingue la pose continue de rails généralement entretoisés et la pose

discontinue sur traverse monobloc ou bi-blocs

• Les voies évoluent, se réparent. Les attaches élastiques doivent être vérifiées,l’écoulement de l’eau doit être assuré, les surfaces de roulement des rails doiventêtre meulées, rechargées par soudage, les joints repris, les courants vagabondspeuvent altérer les fixations, les semelles, les rails et les canalisations métalliquesproches.

• Un réseau de voies ferrées est loin d’être inerte mécaniquement. Il provoque desvibrations et des poussées avec des contraintes et des déformations dans lesmatériaux adjacents. Il y a les déflexions verticales du rail au passage du tramway deplusieurs mm. En courbe, des poussées latérales provoquent aussi des déformationshorizontales des rails de quelques millimètres même si les voies sont bien exécutées.




Après les lignes de Nantes, Grenoble, St Denis-Bobigny, Strasbourg, Rouen , en 2000arrivent Montpellier, Orléans, Lyon puis en 2003-2006, Mulhouse, Les Maréchaux T3,Valenciennes, Le Mans, Nice bientôt Toulon et Angers,..

Le tram devient un élément important du réseau des TC d’une ville, un axe dedéveloppement, son insertion contribue à remodeler l’urbanisme le long de sonparcours. L’installation en surface du tram au sein de grandes avenues comme de ruesétroites a incité à innover dans l’aménagement urbain pour une conception de la voiecompatible et adaptée aux revêtements harmonisés à l’environnement.

Avec des matériaux de synthèse, le traitement des rails, les poses anti-vibratiles etsilencieuses, l’intégration du tram peut se construire au plus proche des habitations.




• Un ensemble de dispositions constructives pour la voie permettentd’atteindre divers objectifs:- La capacité à filtrer les vibrations de façon à respecter l’habitat

environnant,- La reprise des efforts latéraux et verticaux générés par le Matériel

roulant,- La facilité de mise en œuvre et de maintenance afin de limiter les

coûts LCC,- La facilité d’insertion dans le site et la compatibilité avec les divers

types de revêtement• Les différents types de voie adoptés depuis 1983:




Ligne de NantesLe rail RI 60 entretoisé s’appuie sur de l’asphalte qui repose sur une couche deBB de 15 à 20 cm, l’espace au-dessus du BB est rempli de Béton jusqu’auniveau supérieur des entretoises

Système Dortmund

Source : Jacques Malod-Panisset, JMP Consultant




• Ligne de Grenoble• La voie est constituée de traverses en béton armé bi-bloc, noyé dans une

dalle de béton à 350 kg. Les traverses supportent deux rails à gorge 35 Gfixés par des attaches plastiques Nabla (1 étage élastique) sur une semelleélastique.





• Ligne de St Denis – Bobigny T1

• Les rails 35 G sont posés avec l’interposition d’une semelle élastiquesur une selle en acier moulé, fixée par des tiges à scellement dans unedalle en béton armé





Ligne de St Denis – Bobigny T1 Pose Corkelast

• Des essais ont été effectués comme la pose dite corkelast : il s’agitd’un système de voie où chaque file de rail est prise dans une gorge debéton ou en métal et enrobée par coulage d’une résine Corkelast(Edilon)





Les dalles flottantesDiscrete Pad Floating Slab Track

Ces procédés permettent d’obtenir des affaiblissements en vitessevibratoire de l’ordre de 10 à 20 dB(A) ACOUSYSTEM CDM-DFPA




Les dalles flottantes




Voie Béton sur traverses ASP (2 étages élastiques)affaiblissement vibratoire 12 dB(A)

Les supports de rail à 2 étages élastiques (systèmes ASP ou DEPHI)





Automatisation de la pose de voie ferrée en zone urbaine

• Les concepteurs de voies ferrées proposent différents principes deposes mécanisés :

• Soit en se basant sur des conceptions classiques de pose sur des appuisdistants de 0,60 m et 0,75 m tel ALSTOM avec APPITRACKAutomatic Plate and Pin Inserter for Trackwork ,

• Soit en recourant au système de voie noyée sans attaches comme lepropose EDILON avec la pose Embedded rail System ERS Corkelastsur dalles de BA réalisée au Slip-form(coffrage glisant) oupréfabriquée comme CDM et son système Préfarail




APPITRACK Automatic Plate and Pin Inserter for Trackwork

• C’est une nouvelle approche de la pose de voie classique sur traverseset béton:

• Les procédés de pose classique demandent de nombreusesmanipulations préjudiciables à une pose avec une précisionmillimétrique: d’où une productivité faible et un coût important. Lamaîtrise des interfaces et des liaisons est essentielle pour la réussited’un projet: la nouvelle méthode APPITRACK va dans le sens d’unediminution de ces interfaces.

• APPITRACK consiste en la réalisation d’une dalle dans laquelle lespièces support de rail, munies de pièces d’ancrage sont scellées dansle béton (voie ancrée),





F. Kühn F. Kühn

Dalle mise en œuvre à l’avancement Pose automatique des selles à l’avancement





F.Kühn F.KühnPose des deux rangées de selles Vue d’une selle et fissuration

de la surface à talocher





F.Kühn F.Kühn

Stock de selles prêtes à l’emploi Vue de la voie avant pose des railsEt de la mire de contrôle géométrique





Un saut technologique nécessaire

La machine à mouler le béton à l’avancement (slip form) utilisée pour construiredes autoroutes, pistes d’aéroport, des aciers pouvant être incorporés en continu àl’avant de la machine slip form

• APPITRACK est un procédé automatique pour réaliser sans coffrage et sansmannequin une voie ferrée ancrée constituée d’une dalle en béton dans laquelle sontscellés les supports de rails et leur pièces d’ancrage.

• Le béton HR est mis en forme par le moule vibrant, les pièces support de rail et leurancrages sont insérés par vibration directement dans la bonne position

• Après 1 semaine distribution des rails et montage sur les supports

• Des courbes > 18 m peuvent être réalisées

• La précision du guidage: clé de la réussite




• La qualification du procédé pour réaliser les différents typesd’amortissements vibratoires: tapis antivibratile intercalé entre la dallede fondation et la dalle support des rails

• La conception de l’ouvrage est celle d’une voie ancrée traditionnelle:la voie est constituée le plus souvent de deux dalles de béton poséessur une plateforme de type PF2.

• Les perspectives sont importantes pour les tramways, métros légers,métros et chemins de fer pour les niveaux de précision et laproductivité, le ballast pourrait se voir placé au second rang pour lesvoies à très fort trafic: un modèle de calcul des structures de voie a étémis au point, TrackDim.





• La machine automatique à poser la voie ferrée :

• - Un système de guidage par station topographique

• - Une machine de pose de voie automatique : le logiciel de conduite etune machine comprenant un châssis automoteur, un bras d’insertionavec 3 mouvements de translation et 3 de rotation + vibration pendanttoute la course d’insertion de la selle et des ancrages, un ensemble decontrôle - commande

• La qualité du béton, formulation, slump, adjuvants,

• Les types d’ancrages, douilles isolantes avec tire-fonds: Vapé rail etStedef G5,

• Qualification de la précision géométrique du positionnement de lamachine et du bras





La Voie Corkelast ERS (Embedded Rail System) d’Edilon

• La particularité de cette voie est de ne comporter aucune attachemécanique: une gorge formée par le béton de chaussée reçoit le rail, ilest ensuite collé par une résine polymérisée.

• Cette résine Corkelast fixe le rail, se charge de l’amortissementphonique et vibratoire, de l’isolation électrique, de joint de surface etd’interface avec le revêtement de chaussée.

• Une machine slip-form guidée par une station topographique formedans la dalle 2 empreintes ou gorges réceptrices des rails

• La mise en place définitive et le coulage de la résine se fait après lacure du béton de dalle (1 semaine)




La Voie Corkelast ERS (Embedded Rail System) d’Edilon

EdilonEdilon

Tramway de La Haye ou Sheffield Passage à niveau, sur dalle préfabriquée, Port de Rotterdam




Pose de dalles préfabriquées combinée à la voie ERS Edilon Les dalles Préfarail

• Le béton nécessite un minimum de temps de séchage, il est doncintéressant sur un chantier (e.g.le passage d’un carrefour), d’installerdes dalles préfabriquées avec des réservations pour coller les rails:

• Cette méthode inspirée du réseau de Budapest, développée parNederland Spoor et Edilon a été appliquée sur les réseaux de tramwayhollandais et belges puis par la RATP sur Bobigny T1et sur le Bld desMaréchaux T4.

• Deux méthodes: une où on aligne les dalles puis on pose les rails (cf.Budapest) l’autre plus rapide à mettre en œuvre sur le site où on poseles dalles dans lesquelles les rails sont déjà collés





• Des dalles d’une masse de 15 à 20 t sont posées et réglées avec une tolérancesatisfaisante, puis les rails selon la méthode ERS Edilon Corkelast. Cette posepermet au slip form d’arrivée de part et d’autre de ce tronçon de dalles préfabriquéeset de s’y raccorder sans une interruption due à la circulation automobile transversale.(Cf. Boulevard des Maréchaux)

• Les dalles Préfarail proposées par Préfarail N.V. sont basées sur la mise en place desrails en usine, enrobés dans une gangue d’élastomère recyclé d’origine CDM, le toutnoyé dans le béton. Dans ce cas le réglage des dalles de 6 à 7 m doit se faire d’unefaçon très précise.

• Coupe des systèmes

Préfarail Ortec




Rail bas et appuis continus: Projet EUREKA LPG Rail n° 2489




Rail bas et appuis continus: Projet EUREKA LPG Rail n° 2489

• Le concept du Low profile Groove Rail associe:

• Un rail bas de hauteur limitée à 85 mm en appui continu, d’unesection similaire à celle des rails 35 GP, et avec un profil supérieuridentique au RI 60 et 35 GP

• Une structure de voie optimisée, utilisation du béton extrudé (slip-formguidé par station topo automatique qui garantit les tolérancesmillimétriques)

• Fixation du rail par résine polyuréthane de type Corkelast, assurantisolation électrique, amortissement vibratoire

• Des appareils de voie, branchement, communication, de dilatation,Joint Isolant collé JIC, ont été conçu à l’aide d’un rail bas




Les revêtements de la voie




Pose de voie classique et main d’oeuvre




Source: VTI, Väg-och Transport-forsningsinstitutet




Pose de l’enrobé METALFLEX




Combat du Contact Pneu - Chaussée




Types d’infrastructures pour Tramway et Métro léger




Incidence de la charge à l’essieu sur le dimensionnement des infrastructures

• Source: Kuhn CRESTA, Deboissoudy LCPC, Chanel Semaly, 1990

1114,517,5Épaisseur

En cm

1,832,292,86Contrainteen bars

7,36 t9,2 t11,5 tCharge

essieu

31,5Réduction

de coût en% de voie

classique




Une voie ferrée urbaine classique en construction




Linéaire cumulé de Tramway moderne en France

• Ramifications et divisions de lignes pour une

ligne forte non cadencée exploitée à intervalles

oscillant entre 4 et 6min :

demi-ligne forte : intervalles entre 8 et 12min,

quart de ligne forte : intervalles entre 16 et 24min,

Offre à horaires peu lisibles, peu performante.

Enjeu du cadencement...

...sur quel(s) intervalle(s) de base?...




Le système PHILEAS




Bahnhofstrasse ZÜRICH




BIBLIOGRAPHIE

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• Malod-Panisset J., JMP Consultant, 2003, « Le tramway dans la ville », in Revue Généraledes Routes RGR N° 822, Novembre 2003.

• Malod-Panisset J., JMP Consultant, 2003, « Rail bas et appuis continus Projet Eureka LPGRail n°2489 », in Revue Générale des Routes RGR N° 822, Novembre 2003.

• Poinseaux B., Semaly, 2003, « La pose de voie économique pour tramway », in RevueGénérale des Routes RGR N° 822, Novembre 2003.

• Prunaret M., Edilon International B.V., « Automatisation de la pose de voie ferrée en zoneurbaine », in Revue Générale des Routes RGR N° 817, Mai 2003.

• Remerciements à Messieurs Jean Maurice Balay du LCPC, Chanel Semaly, EhrsamAlstom Transport, Malot Panisset JMP Consultant,, Prunaret d’Edilon, PoinseauxSemaly que j’ai sollicité pour les différentes expertises effectuées à la demande de laDTT, Predit et Eureka, citées ci-dessus

vue de la voie fer avec aps, bordeaux les plateformes de

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