ETUDE DE DÉGRADATION GÉOMÉTRIQUE DES VOIES FERRÉES ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES - UNIVERSITE DE PARIS XII D. E. A. TRANSPORT SNCF - DIRECTION DE LA RECHERCHE ET DE LA TECHNOLOGIE ETUDE DE DÉGRADATION GÉOMÉTRIQUE DES VOIES FERRÉES Zoran KRAKUTOVSKI Septembre 2000

Plan 1. Introduction 2. Voie ferrée 3. Maintenance des voies 4. Projet « EUROBALT 2 » 5. Modèles de tassement 6. Conclusions et perspectives

1. Introduction - Intérêts techniques et économiques conception des voies optimisation de la maintenance coût de la maintenance 6% du chiffre d ’affaires de la SNCF 10% pour la géométrie des voies

Objectifs Synthèse et analyse des résultats de mesures de tassement de voie ferrée Proposition d ’un axe de recherche économétrique sur la dégradation géométrique des voies

2. Voie Ferrée ELEMENTS CONSTITUTIFS DE LA VOIE

Etat géométrique de la voie Véhicule de type « MAUZIN » Paramètres mesurés nivellement longitudinal de chaque file de rail écarts de dévers gauche flèches de chaque file de rail variation de l ’écartement des rails

Défauts de voie spécifiques Dévers Dressage Gauche Nivellement longitudinal

Exemple des diagrammes de mesures Mesures par voiture MAUZIN

Seuils d ’intervention et de sécurité Différents seuils sécurité intervention

3. Maintenance des voies Types de maintenance maintenance préventive maintenance cyclique (suivant des cycles prévus) maintenance prédéterminée (avant l ’état « hors tolérance ») maintenance corrective correction des défauts “ hors tolérance ” ou “ hors seuil d’intervention ” maintenance substitutive remplacement des éléments constitutifs de la voie

Principaux travaux de maintenance Bourrage Relevage Meulage ………….

(France, Allemagne, Suède, Grande-Bretagne) 4. Projet « EUROBALT 2 » Objectifs Participation de pays européens (France, Allemagne, Suède, Grande-Bretagne) Mesures de comportement de voie « in situ »

Mesures effectuées en France Mesures de tassement (appareils optiques) Mesures de déplacement des couches d ’assise (extensomètres) Mesures dynamiques de forces et de déflexions (accéléromètres) (2 sites de mesures sur la ligne TGV Nord)

Mesures de tassement Quatre opérations de mesures : T0, T1, T2 et T4 Profil en travers

Mesures de tassement à Ressons

Mesures de déplacement

Mesures de forces et de déflexions dynamiques Mesures effectuées par « VIBRATEC » Mesures de forces verticales et de déflexions dynamiques (Trois opérations de mesure) Détermination de la raideur dynamique verticale de voie

Plan d ’implantation de mesures

Raideur de voie Raideur maximale  Raideur sécante Raideur tangentielle

Evolutions de la force

Evolutions de la déflexion

Evolutions de la raideur

Variations relatives des paramètres mesurés à Ressons

Variations relatives des paramètres mesurés à Chaulnes

5. Modèles de tassement Modèles existants Modèles développés Essais de laboratoire et mesures in-situ (pression, déflexion, …) Modèles développés Mesures in-situ (raideur de voie, véhicule FWD) (mesures effectuées dans les 4 pays européens)

Modèles développés Variables utilisées Z: tassement de voie (mm) T: incrément de tassement T = Z/Ta (mm/MTG) K: raideur de voie (MN/m) Ta: charge cumulée de trafic (MTG) D: déflexion moyenne des traverses D = Ta/K (mm)

Modèles développés Z = 1772Ta0,52K-1,44 (R2 = 0,7722) Modèles multiplicatifs (1) Z = nTabKce Z = 1772Ta0,52K-1,44 (R2 = 0,7722) (2) T = nTabKce T = 1772Ta-0,48K-1,44 (R2 = 0,6724) (3) T = nDbe T = D-0,33310-6,06 (R2 = 0,3301)

Modèles développés Modèles polynomiaux (4) Z = a + bK2 + cTa +  Z = - 0,002K2 + 0,46Ta (R2 = 0,8590) (5) Z = a + bK+ cTa2 +  Z = 42,9 - 0,38K + 0,0017Ta2 (R2 = 0,9431)

Modèles développés NL = 2,88T0,5 (R2 = 0,5328) Modèles pour l’écart-type NL (6) NL = nTb e NL = 2,88T0,5 (R2 = 0,5328) (7) NL = nKb e NL = 391,5K-1,26 (R2 = 0,6619)

Commentaires sur les modèles obtenus  Raideur de voie est une variable significative  Raideur de voie  est introduite explicitement dans les modèles Tassement de voie semble suivre une loi de type polynomiale Incrément de tassement semble suivre une loi multiplicative Modèles développés sont valables pour une charge cumulée supérieure à 3 millions tonnes

6. Conclusions Tassement de voie à long terme suit une loi non-linéaire Entretien de la géométrie de voie modifie les paramètres physiques de voie Développement de modèles de tassement Travail de recensement effectué permet de réutiliser les mesures in-situ d ’EUROBALt 2

Perspectives Etude économétrique de dégradation géométrique des voies Objectifs Diminution des coûts de la maintenance Amélioration de la conception des lignes Moyens Utilisation de bases de données (SNCF)