Cours de Chemin de Fer

ECOLE DESTRAVATJX SPEOIALE PUBLICS DU BATIMENTET DE I'INDUSTRIE M. LÉox EYROLLES* (qyI.), Ingénieur-Directeur

ooURs DE

CHTMINSDT F R Deuxième MATÉRIEL

FIXE

Partie DE

PROFESSEIJRS MN[. GRÉGOIRE, IIIBERT', DAUTRY,

LA

VOIE

:

I n g é n i e u rh o n o r a i r ed e s C h e m i n sd e l ' e r d e l ' É t a t Sous-Ineénieurdes Cherninsde fer de t'État

ancien élève de l'École Polytechnique.-

Sirièmo

édition

revue

Inspecteur'à la Ci" du Nord.

et augmentée

I)ARIS É col- u SPÉCI ALEDI I S TI TAV; \ UX PUBI , I Cs Ilue Du Sommerartl, Rue Thénar.d et Boulevard Saint-Germain

rgrr pnopnrÉrÉ

D U D T R E C T E U RD E r , ' É c o l a Tous droits réserués

COT]RSDE CHEMINSDE FER

DEIJXIÈUP PAITTIE

Matériel

fixe

de la voie

CHAPITREPREMIER

tvrerÉntur, DE voru couRaNTE

Nous entrons maintenant clansle domaine de la superstructure d'une l i gne de chemin de f er . Les travaux de superstructurecomprennent toul ce qui est édifié audessusde la plate-forme. Ces installations constituenI une spécialité sur laquelle nous aurons à nous étendre d'une manière particulière. Pour en faciliter I'exposé, nous les ferons précéderd'une description du matériel de voie employé dans les cherninsde fer. S lu'. -

Vorn suR TRAvERSES EN Bors

Généralités. - La voie se compose actuellement de deux files de ltart'esen acier appeléesu rails )) poséesparallèlement sur des support,s transversauxen bois ou en métal que I'on nomme < traverses>. Les rails sont fixés sur les traversessoit directement : o'est alors le rail à patin ou Vignole (1).,soit par I'intermédiaire d'un coussinet : c'est alors le rail à double champignon ou bien le rail dissymétrique.

I

(l) Nom de I'Ingénieur anglais qui a introduit ce rail en Angleterre en 1836; mais il avait été imaginé par un Américain, Stevens, en 1830.

'il

\ 6

couRs

DE cgElfrrNs DE FER

Po ul as s ur erla c o n ti n u i té e t l a ri g i d i té c l el a r-oi eet ér' i ter qu' el l e ne se déforme au passagedes véhicules, les rails sont reliés entre eux bout à b o u t au m oy en de d e u x a rma tu re s m é ta l l i q u es boul onnéesque I' ou a p p e l leéc lis s es . I ) a u sl a p o s e p ri m i ti v e d u ra i l à c l oubl echampi gnon,ol r n 'e mp loy aibpas d' é c l i s s e s: l e s e x t,ré m i té sd e d eux rai l s voi si ns étai el t supporléeseI emprisounéesdaus un coussineten lbnte reposantlui-même sur un suppo|t, rnais depuis de nombreusesannées on a renoncé à ce système.L'assemblagertialisé entre deuxrails éclisséss'appellejoint. Les Irauerses ne s'appuient pas clirectementsur le sol, à cause des i n é g alit ésde r és is t a n c eq u ' i l p ré s e n t,en, o n s e u l e m entdansl es terrai ns cl e nature différenLe,mais aussi dans un même terrain. En s'accentuanl au momcnI des pluies, ces inégalit,ésenlraîneraient des cléformationsd'autant plus grandes que le sol serait plus mauvais. Les traversesreposenl sur un matelas perrnéablede sable ou de pierre casséeappelé bc,llast clui réparLit mieux les charges et donne en oulre une plus grande élastici té à l it v oie. Efrorts auxquels la voie est soumise. et transmettent aux autres part,iesde la voie :

-- Les rails supportent

7oDes efforts uerticauædus au poids des véhicules, transmis par les roues, et,qui déterminent la flexion du rail ; 2o Des efforts trunsuet'sauæ dus aux mouvements de lacet,et à I'action tl e l a for c e c ent r if ug e e t q u i a g i s s e n ts u rl e ra i l , s oi t' versl ' i ntéri eur,soi l vers I'extérieur de la voie par I'intermédiaire du bandage ou du boudil clesroues qui tendent à le renyerser ou à le faire glisser latéralemelt ; iJoDes effttrts longitudinauæ r'ésultant de I'adhérence des roues, soit au momenbdu dirmarraged'un train, soit au moment de I'arrêt provoqué p a r l e b loc agedes f r e i n s . D a n s l e p re m i e r c a s , l a v o i e est sol l i ci téepar u1 elfo|t tendant à I'entralner el] sensinverse de la marche du train et, dans l e d e u xièr m ec as , dans l e s e n sd e l a m a rc h e . Pour qu'une voie soiI stable et puisse résister à ces clivers efforts, il est nécessaireque le rail ait une section suffisante et que ses appuis soient assezrapprochéspour cluela limite d'élasticiténe soit pas dépassée. II faut aussi que les atLacltesdu rail sur ses appuis soient résistante.s et parfait,ementmaintenues,de façon à former un tout solidaire s'oppo_ sant aux efforls trausversaux ou longituclinaux, en les répartissant no' seulement sur les appuis et, res attaches au droit duquel ces efforts s'exercent,mais aussi sur les appuis voisins et sur les deux files de rails.

rrlrÉnrrl DE vorE coURANTE

7

Nous avolls Jeu de la voie. - Conicité des bandages. déjà parlé, à propos de la constitution du matériel loulant (1"'volume) du jeu de la voie et de la conicité des bandagesentraînant I'inclinaison des rails. Nous ajouterons ici quelquesdétails sur cette particularité. A la suibe de la Conférenceinternationale pour I'unité technique des chemins de fer, qui s'est r'éunieà Berne en mai 1907,un arrêté ministériel en date du 8 juillet 1908, a déterminé le jeu qui doit exister entre les boudi ns des véhiculeset les bor ds int ér ieur sdes t êlesde r ails. Ce jeu, mesuréd'aprèsle déplacementtotal de I'essieu,l'écartementde la voie étant supposéde I rn.440,doit ê[re au maximurn de 35 millimètres ct au minim um de 15 m illim è[ r es. Si les bandages étaient c;,lindriques eI les rails verticaux, les roues pourraient se déplacer transversalementdans la limite du jeu de la voie, sans que rien tende à les ralnener dans leul position moyenrre. Pal suiIe, la moind re défect,uosit,é de la voie aurait pour résultat de rejeter brusquement,les véhicules d'un côté ou de I' autr e, ce qui provoquerait des l'rot,tements anorrnaux désastreux lc ô< pour le matér:iel et, Frc. 1. des mouvement,sde loulis désagréables pour les voyagerlrs. Ces inconvénienls son[ évités par la conicité du bandage des roues. La conicit,éde ces bandages,c'est-à-tlileI'inclinaison sur I'horizort de la génératrice en contact avec le rail, est généralementde 7120o,soiI un angle c,- 2o5l'42". Pour que le bandagede la loue reposenormalement sur le rail, il faut que lui-même soit incliné clu rnêmeangle sur la verticale, à I'inl,érieur de la voie

\T I

MATERIEL

COURS DE CHEÙIINS DE FER

Forme des rails. - Le rail à double champignon est-il préférable a u ra il à pat in ou V i g n o l e ? entre l esdi vers C et t , eques t iona fa i I I' o b j e t,d e d i s c u s s i o n sp a ssi onnées Ingénieurs de chemins de fer. Elle est encore très controverséeaujourtl'hui; mais on paraîL plus près de sa solution qu'on ne semble le croire ou l'aclmet[rc,ainsi que nous le verrons plus loin. Sa ns ent r er dan s Ie d é ta i l d e c e s d i s c u s s i o nsqui sortent du cadre de cc cours, il y a lieu de remarquer que le rail à double champignon es[ e rn ploy éen F r anc e p a r l e s ré s e a u xd e I' O u e s t,,d' Orl éans,du ùIi di eb de l 'Eta t, ,eb en E ur ope p a r l e s ré s e a u xa n g l a i s . L e r ai l V i gnol e esl en usage e n Fr anc e s ur les ré s e a u xd u N o rc l , d u P .-L .-\I. et de I' E st; i l est aussi employé dans t,outeI'Europe continent,ale,ainsi qu'eu Amérique. La subst,itu[iondes rails en acier aux rails en I'er, accomplie depuis plusieurs années,a complètement moclifiéla lbrme de ceux-ci en chang e a nt leur r noded' u s u re . Les rails en fer périssaientpar l'écrasementet I'exfoliation du champ i g n o n à I ' int ér ieur. On av ait donc ét é c o n d u i t à épauler forLementle champignon et à lui clonner la lbrme dite u en poire ,. Les part,isansdu double champignon a v a i e n t,e n o u tre, donné au rai l l a forme symétrique afin de pouvoir le ret,ourner seusdessusdessouspour useLsuccessivem e n t l e s d e u x c hampi gnons et ob[eni r ainsi une durée cloublede celle du rail à p a ti n . M a i s l e s l a i l s en aci er, en s' usant Frc.2, Vignole Double champignon au contraire par tranches successives parallèles au plan de roulemen[ et sans tl é fb lm at ion du c ha m p i g n o n , l ' é p a u l e m e n td e c e[te parti e n' avai t pl us sa raisotl d'ôtre, ses formes arrondies éLaient,moins utiles et le bombeurent excessif de la surface de roulement devenait uu inconvénient sérieux en provoquant I'usure trop rapide des banclagesdes roues. De p l n s, ay ec un r ail c l e trè s l o n g u e d u ré e , l e re to urnement sens dessus cl e sso usdev enait illu s o i re , d ' a u ta n t m i e u x q u e l e champi gnon i nféri eur au bout, de cluelquesannées de service, s'usait lapidement au conbact du coussinetet,présentait en ce point une sorte d'échancrtrre.

-/'r%

9

Par suite du reLournemenL,le roulement devenaiLtrès désagréable et compr om et t aitm êm e la sbabilit éde la voie enpr ovoquantle débour r age des appuis. De ces constataLionsest résulté I'al-randondu retournement du rai l et I 'obligaLiond'accum uler sur le cham pignon supér iet r rt out le métal à user. Il devenait dès lors inutile que le champignon inférieur fut sembl ableau cham pignonsupér ieur e[ on a ét é conduit à lui donner plus de largeur pour assurer un meilleur encast,rementdans le coussinetet par sui te un e m eilleur e r ésis[ ance. Ces modilicationsont ainsi ameué la création du rail dit,dissqmëtrique (fi g. a e[ 5) que les Anglais, qui I 'er nploientdepuis longt em ps, nom m ent bullheaded,c'est-à-dire à tête de taureau. Quelques réseaux néanmoins ont conservé la folme prirnitive clu champignon infrlrieur, simplement pour po uvoir ut iliser les coussineLsdéjà en ser vice et s'évit er ainsi des lemplacemen[s anticipés toujours onéreux. D e l e ur côt é, les par [ isansdu r ail Vignole, apr èsavoir r enf or cé le r ail en accumulantégalem enlsur le cham pignon ( f ig. 6) une plus f or le gualt t,i téde m ét , al,onb ét é am enésà élar gir le pat in aussi bien pour le m et t r e dans de m eilleules condiLionsde r ésist , ance que pour m ieux r épar t ir la charge. En oulr e, ils ont ét é conduit s d'une f açon génér aleà int , er poser ent,rele palin et la semelle, tant pour protéger la [ravelseque pour rendre l es aLtac lr essolidair es,une selle en acier qui n'est , en som m e, qu'une vari été d e coussinet . On voit donc que les deux types de rails tendent à se r.approcher puisque, en réalit,é,il s'agiL, dans les deux cas,d'établir.un rail dissgmëtrique reposant sur la tret,erEepar l'intermédieire d'un coussinetou d'une selle. Les figures 3 à I donnent les profils de construction de quelquestypes de rails.

RAI LS

w% WW

DE \TOIE COURANTB

%

Profils, poids et dimensions des rails. . L'inclinaison cô du raccorde m entde la f ace ver t icale du cham pignon avec l'âm e s'appelle ëpaul ent enteL ser t d'appui aux éclisses( voir cr oquis 5 el,6) . Cet [ e inclinai sotrn' es[ pas quelconclue: si elle se r appr oche t r op de la ver Licale,la fl exi on des about s des r ails t end à écar t er les éclissescom m e un coin et , par sui te, à im poseraux boulons un t r avail exagér é; si elle se r appr oche trop de I'hor izont ale, t out I 'ef f or t se f ait , sur une par lie seulem ent du champi gnoneI les condit ionsde r ésist ancedu r ail sont am oindr ies. En France, on donne généralementune valeur de 26"34'à ce[te inclij

.ij ,JNT , I

I I

l0

COURS I)E

-- fr - - - l6- or -i -I- - -

--7

R.25

"ti, t6o

3ll--Ni

11

lrntÉnrer, DE voIE couRANTE

CHBI\IINS DE FER

l-

- r - 4 . -98 - - - - - - - . 7

i ity.'-1i1rs' -:,îo|tt' tr

-

-1{n'.l

-:'i.t tl

tr--Y

iii /

--r

SI

t naison, soit o, c'est-à-dire I de hauteur pour 2 de

base; en Allemagne,

p

ll el l e vari e de '=z -. ca

4' Les rails DC Bt at et ,O r léans( f ig. 3) avaient une inclinaisonde 1, 139; cel a [enait , au m om ent où ils ont ét é cr éés, à la dif f icult é du lam inage qui ne per m et t aiLpas d'obt enir des anglesr ent r ant s bien accusés. L'épaulement {ui, dans ces l,ypes, était symétr:iquepour les deux champi gnons,ne I 'est ,plus dans le r ail dissym ét , r ique( f r g. 4 et 5) et ne

^T-

!i

{'/o . --

J

."---l\1/

I I

L -j- - --l,at

ll

T ',

litc. r.

- T _ - - - -eoli -r---T- i

-l

\Ô.l ôDl

ooi

, I

l\D, lt^t

r

lt

Rail Vignole de 18 kil. 250, voie de I mètre (Tramttays de la Vendée).

ç)l

\|_

kl--

"oo

i'i lCOr

/l

-l

__zr_l:i

//l

€ ____z_o_ -

(<

Rail Vignole de 26 kil. 500, voie de 1 mèl,re (.Ligne de Konakry au Niger).

I

)

ol

I I

'/

)).V"

-/' l\

-Y-ur{i--;u

| t"f l/c ) " /

,l

< ._ . _ . .}--o.àa-._

I ,{

I

-l

F

fIt -ltl-r

Rail D. S. de 40 kilos (Efal).

l==

toi lbi

l::

I

_ _to_q

6 l

crl qr

-- -^-â î.s

Frc. 4.

F-tc. 3. lTail D. C. de 38kilos (P. O. et E'fcl).

Ill---

I

;1.ï\ 'l ,- '-l- T o - l -

. I ->1So

?!t;n"i"