Problèmes et types de traverses ferroviaires

Problèmes des traverses en bois

Causes des dégradations

• Traction mécanique : Le patin du rail s'appuie sur la traverse sur une surface de 182 cm², soumise à une pression de 90 Kp/cm², ce qui équivaut à une charge de 16 tonnes. Dans les courbes, la pression augmente car la traverse est soumise à des forces latérales et la distribution des contraintes n'est pas uniforme sous le bord du patin.

  Outre l'effort du patin du rail selon l'axe horizontal, celui-ci agit contre les parois de l'entaille, qui s'élargit, et le patin agit sur les tirefonds, ovalisant les trous. Sans plaque d'appui, les déformations du patin du rail, même de faible amplitude, usent la cavité où le tirefond est inséré.

  Pour un maintien approprié, il faut éliminer les brides de serrage inefficaces et, dans certains cas, refaire l'entaille de la traverse, entraînant ainsi une perte d'épaisseur, ce qui n'est possible que lors de quelques opérations de maintenance.

  Pour éviter cela, on intercale des plaques métalliques ou un siège élastique entre le patin du rail et la traverse.

• Fissuration : Due principalement à deux causes : d'une part, leur propre structure anisotrope et, d'autre part, la tendance hygroscopique du bois à s'équilibrer avec l'environnement. Les variations d'humidité peuvent causer des variations dimensionnelles du bois et des tensions qui dépassent la force de cohésion des fibres et provoquent des fissures.

• Attaque biologique : Les bois non protégés sont attaqués par des agents biologiques (champignons). Cette attaque est facilitée par la présence de fissures dans le bois et peut entraîner la destruction totale de la traverse. Le cœur de chêne est particulièrement sensible s'il est exposé à l'extérieur.

• Attaque chimique : Elle se manifeste dans les logements des fixations, due à la désintégration du bois par le contact avec l'acier.

Durée de vie

La durée de vie d'une traverse en bois non traitée est d'environ 5 ans, mais lorsqu'elle est soumise à un traitement d'imprégnation, sa durée de vie est estimée à environ 20 ans.

Comparaison : Avantages et inconvénients des traverses en béton

Avantages des traverses en béton par rapport au bois

• Durée de vie élevée : 2 à 3 fois celle du bois (jusqu'à 50 ans).
• Caractéristiques élastiques : Homogénéité de l'état physique de la matière qui la compose, sur toute la période d'utilisation (homogénéité des caractéristiques élastiques de l'appui sous le rail).
• Grande stabilité de la voie : En raison de son poids (300 kg contre 80 kg pour le bois). Dans la direction longitudinale, elle contribue à l'utilisation de rails soudés longs. Dans la direction transversale, elle diminue le risque de flambement.
• Adaptation de sa conception : Sa forme est appropriée pour supporter les efforts en service.

Inconvénients des traverses en béton

• Elles sont plus chères.
• Elles posent un problème d'isolation électrique des rails.
• Leur poids plus élevé rend la manipulation plus difficile.
• Le module d'élasticité du béton, plus élevé que celui du bois, confère plus de rigidité à la voie, même si les conséquences de l'excès de matériau et de ses fluctuations ne semblent pas significatives.

Problèmes et solutions pour les fixations en béton monobloc

Difficultés d'ancrage des fixations monobloc

Les traverses monobloc en béton ont rencontré des difficultés de durabilité de l'ancrage des fixations.

Solutions d'ancrage

• La première solution a été d'utiliser les tirefonds utilisés pour les traverses en bois, boulonnés sur des blocs de bois noyés dans le béton. Cela n'a pas donné de bons résultats, car l'assemblage n'était ni rigide ni durable en raison de l'influence de l'humidité sur le bois.
• La solution pour améliorer cela a été de noyer un insert fileté dans une bobine métallique, logée dans le béton.
• Une meilleure solution est la boucle-tirefond. On insère une bande métallique, dans laquelle on visse le tirefond.
• On peut aussi utiliser un insert fileté à l'intérieur, qui est incorporé dans le béton au moment de la fabrication de la traverse, mais cela est coûteux et nécessite une fabrication très précise. Cela a l'inconvénient de présenter des caractéristiques intermédiaires, notamment plastiques.
• Le goudron a été utilisé à cette fin, mais avec une poussière de mortier, il devenait très dur, et il n'était pas possible de serrer facilement les tirefonds (par temps froid) pour corriger l'aplatissement de la plaque d'appui élastique.
• Cet inconvénient pourrait être corrigé en réglant le patin par un collier qui lui est appliqué, par l'intermédiaire d'un écrou fileté sur un boulon. Cette solution a l'avantage de permettre l'utilisation d'une seule traverse pour différentes largeurs de voie (en jouant avec les dimensions du collier). Le resserrage de l'écrou permet de corriger l'écrasement progressif de la plaque d'appui élastique, mais ce n'est pas une solution définitive, étant donné la nécessité de maintenir ce serrage périodiquement.

Solution mixte

Une solution adoptée est d'avoir une cheminée dans les côtés du logement, qui conduit à la fixation, qui a des cavités en forme d'ellipse, dans lesquelles des boulons sont insérés, puis tournés d'un quart de tour. Ils ne peuvent pas s'échapper et sont serrés avec l'écrou fourni sur leur tête, de sorte que la fixation supporte tous les efforts produits par le rail.

Problèmes des traverses en béton armé simple

Comme la forme de la traverse imite celle du bois, le passage des trains, en raison des charges dynamiques et aggravé par sa rigidité, provoque, à la hauteur des rails sous la traverse, une dispersion du ballast et une concentration au centre de la traverse.

Au fil du temps, cela produit un grand moment de flexion négatif, ce qui signifie que le béton travaille en traction au centre de la traverse. Cela produit les défauts ou dommages suivants :

• Fissuration dans la partie centrale de la traverse : Ces efforts produisent une fatigue à laquelle le béton a peu de résistance. Tout d'abord, l'armature glisse lorsque la contrainte de traction atteint une certaine limite, puis la fissure apparaît. Elle s'agrandit avec la densité du trafic et, l'eau s'infiltrant jusqu'à l'armature, celle-ci se rouille. Cette corrosion affaiblit la liaison avec le béton, le résultat étant la destruction de la traverse au point d'action maximum des contraintes de cisaillement. Ces défauts produisent une voie à faible résistance au cisaillement et incapable d'absorber la charge, la transmettant directement à la traverse.

• Manque de résistance aux efforts localisés : Un autre défaut de ces traverses a été le manque de résistance aux efforts localisés sous l'influence d'une charge appliquée brusquement, en raison de leur fragilité. Au niveau des fixations, le béton se fracture et cela aboutit à une désintégration quasi totale.

Solutions pour éviter la fissuration

Pour éviter l'apparition de fissures dues aux tensions dans la partie centrale (moment de flexion négatif) qui dépassent la limite de résistance à la traction du béton, plusieurs solutions ont été développées, conçues pour pouvoir résister aux moments de flexion au centre (et sous les rails) :

1. Renforcement important de l'armature : Pour ne pas se fissurer et se désintégrer. Inconvénient : Surcharge.

2. Réduire le moment de flexion dans la section transversale :

   • Action sur le ballast : Rainurer la partie centrale de sorte que la traverse ne repose pas sur cette zone. Inconvénient : La rainure est remplie par le déplacement du ballast à proximité du passage de charges. Entraîne des frais d'entretien.
   • Action sur la traverse : Rainurer la traverse transversalement, amincir la partie centrale dans sa hauteur. Inconvénients : L'espace pour l'appui est limité et la construction est difficile en raison de la distribution complexe de l'armature.
   • Amincissement de la partie centrale de la traverse en largeur : Le moment de flexion diminue dans la partie centrale, ce qui est l'objectif poursuivi. Cette section doit être suffisante pour résister à ce moment de flexion. Une façon d'amincir la partie centrale est d'utiliser une section triangulaire, avec le sommet vers le bas.

Autres types de traverses en béton

• Traverses à deux blocs : La conception de traverses en béton à deux blocs a été une tentative indirecte pour éliminer les fissures dans la partie centrale en diminuant la valeur du moment de flexion dans cette zone. Inconvénients : Incapacité à maintenir l'écartement, dégradation excessive du ballast sous les appuis, courte durée de vie des appuis.

• Appuis indépendants ou semi-traverses : Les rails sont supportés par des blocs de béton, disposés par paires, l'un à la hauteur de l'autre, mais sans liaison entre eux. Leur conception est très simple, car ils résistent au moment de flexion positif (+Mf). Inconvénients : Problèmes de bourrage, etc.

• Traverses économiques, deux dés ou deux blocs : La partie centrale est remplacée par une poutre en acier dont le profil est suffisamment rigide pour assurer le maintien de la largeur de la voie et l'inclinaison des rails, et en même temps suffisamment élastique pour absorber la torsion ou la flexion causées par les inégalités de bourrage sous les deux appuis, ou par l'irrégularité de l'un par rapport à l'autre. Inconvénients : Grande consommation d'acier, mauvais entretien de la voie (basse vitesse), corrosion, débordements des fixations lors de déraillements, rupture des fixations, etc.

• Type Vagneux : Acier et béton de type rigide, le centre est une bipoutre en T, construite par collage de deux blocs de béton.

• Traverses en béton précontraint : Permettent d'obtenir une meilleure résistance aux efforts alternés (le béton est toujours en compression), réduisent l'épaisseur de la traverse, diminuent le besoin d'acier.