Les couches de forme traitées pour les lignes ferroviaires à grande vitesse
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- Florence Viau
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1 Les couches de forme traitées pour les lignes ferroviaires à grande vitesse Journée technique du 8 avril 2013 «Traitement et amélioration des sols aux liants ou additifs» SNCF IGLGERI 08 avril 2013
2 SOMMAIRE CHAPITRE 1 Les structures d assise CHAPITRE 2 Les évolutions CHAPITRE 3 Les couches de forme traitées 1 SNCF IGLGERI
3 Les structures d assise des LGV
4 Les structures LGV Ballast Sous-couche Couche de forme Partie Supérieure des Terrassements (PST) Plate-forme Arase des terrassements (classe S0 à S3) 3 SNCF IGLGERI
5 Les structures LGV Les fonctions Répartition sur la plate forme des charges concentrées sous traverses Amortissement des vibrations issues du contact rail/roue Stabilisation de la voie Drainage Protection du sol support Séparation entre ballast et sol support 4 SNCF IGLGERI
6 Les structures LGV La sous couche Fiche n 1 : Sous-couche pour couche "sous-ballast" lignes parcourues à grandes vitesses V > 160 km/h désignation Grave 0 / 31,5 bien graduée autres lignes Caractéritiques intrinsèques résistance LA+MDE <= 40 <= 50 Caractéristiques complémentaires angularité Entièrement concassée >= 95 sec. ( sur fraction 6,3/10 ) forme A <= 25 propreté Vbg <= 1 compacité >= 82 % >= 80 % sensibilité au gel non gélif granulats artificiels [ 3 ] 100 Fiche n 1 : Sous-couche pour couche "sousballast" % de passants 0/ dimension des tamis Epaisseur de la sous-couche : 20 cm 5 SNCF IGLGERI
7 Les structures LGV La couche de forme Fiche n 4 : couche de forme de qualité S3 ou Rt3 Type de matériau : B3, CiBi, D2, D3, R21, R41, R61, F31, F71 désignation Grave 0 / D Caractéristiques intrinsèques résistance [ 1 ] <= 60 Caractéristiques de fabrication angularité forme A <= 25 propreté Vbg < 2 Epaisseur de la couche de forme : Sol S1 : 50 cm Sol S2 : 35 cm Sol S3 : - Caractéristiques complémentaires compacité >= 80 % sensibilité au gel [ 3 ] granulats artificiels [ 4 ] [ 1 ] R = LA+MDE si D < 50 R = LA+MDA si D >= 50 6 SNCF IGLGERI
8 Les évolutions
9 Pourquoi innover? Les structures d assise LGV Optimisation basée sur l expérience Matériaux granulaires de bonne qualité Ressources rares à préserver Transports longs et couteux Difficulté de mise en œuvre Proposition de structures alternatives adaptées au contexte 8 SNCF IGLGERI
10 Un moteur d innovation L adaptation de solutions développées dans l industrie routière Des sollicitations différentes (régime vibratoire, présence d eau) Des contraintes d exploitation (durée de vie, réparabilité) Quelques domaines exploités Traitement ciment de l arase Couche de forme en matériaux traités Utilisation de matériaux bitumineux Introduction de matériaux liés 9 SNCF IGLGERI
11 Les couches de forme traitées SOUS-TITRE ICI
12 La recherche SNCF/RFF Une recherche en 3 volets Analyse des zones réalisées avec des couches de forme traitées sur la LGV Atlantique (LN2) Expérimentation CER de Rouen Modélisation 11 SNCF IGLGERI
13 La recherche SNCF/RFF prix de la couche de forme vs taux d'élaboration Part de la cdf élaborée sur site 100,00% LN4 80,00% 60,00% 40,00% LN5 LN1 20,00% LN2 0,00% LN3 0,00% 5,00% 10,00% 15,00% 20,00% Part du coût de la cdf 12 SNCF IGLGERI
14 Le REX LN2 Analyse de la maintenance de la zone Objectif : impact du matériau traité sur le comportement de la voie Evolution bourrage sur zones traitées 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, ,25 147, ,80 158,65 160,40 161,15 162,90 167,05 173,50 174,55 175,80 176,25 177,65 178,40 Couches de forme traitées sur un linéaire total de 17 Km. Evolution bourrage sur zones non traitées Pas de surcoût de maintenance constaté dans les zones traitées 13 SNCF IGLGERI 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0, ,00 140,00 151,00 155,80 158,65 160,40 161,15 162,90 167,05 173,50 174,55 175,80 176,25 177,65 178,40 180,00
15 Le REX LN2 Les carottages Objectif : évaluer le comportement et l état actuel de la couche de forme traitée Carottage au carottier triple Diamètre 100 mm Profondeur : environ 2m 18 carottes sur zones représentatives 14 SNCF IGLGERI
16 Le REX LN2 Les principaux résultats Examen visuel Epaisseur 42 cm Fissures fraiches horizontales Une seule carotte dégradée, en piste Masses volumique Hétérogène, faible gradient Essais mécaniques RC moyen ~ 8,5MPa Rtb moyen ~ 0,8 MPa (sauf carotte degradée : 0,22 MPa) Etb moyen ~ MPa Taux résiduel de ciment Bonne stabilité Léger lessivage sur 2 cm 15 SNCF IGLGERI
17 Le REX LN2 Les principaux résultats Examen visuel Epaisseur 42 cm Fissures fraiches horizontales Une seule carotte dégradée, en piste Masses volumique Hétérogène, faible gradient Essais mécaniques RC moyen ~ 8,5MPa Rtb moyen ~ 0,8 MPa (sauf carotte degradée : 0,22 MPa) Etb moyen ~ MPa Taux résiduel de ciment Bonne stabilité Léger lessivage sur 2 cm 16 SNCF IGLGERI
18 Planches d essai de Rouen Objectif : analyse comparée d une structure granulaire classique et des 2 structures traitées soumises à sollicitations cycliques en milieu humide 20 cm 10 cm Force + déformation A A J3 A1 Blochet CP2 CP3 A3 A2 CP0 A4 J1 CP4 CP1 J2 TDR1 TDR2 TDR3 TDR4 50 cm 17 cm 80 cm 35 cm 20 cm 10 cm Force + déformation A A CP2 J3 A1 Blochet CP3 A3 A2 CP0 A4 J1 CP4 CP1 J2 TDR1 TDR2 TDR3 TDR4 20 cm 10 cm Force + déformation A A 17.5 cm CP2 A1 Blochet A2 A3 CP0 A4 CP1 CP3 CP4 TDR1 TDR2 TDR3 TDR4 50 cm 80 cm 55 cm Structures traitées à 4% Structures traitées à 6% Structure classique LÉGENDE A : Accéléromètre CP : Capteur de pression TDR : Teneur en eau J : Jauge de contrainte 17 SNCF IGLGERI
19 Planches d essai de Rouen Force à appliquer (KN) 30Hz , 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50Hz 45 5 s h1 h2 h Nb de chargements s : sec h1 : humide (aggravation de l état) = 40mm/jr * 10j = une pluviométrie sur 6 mois de l'année --> Quasi saturation h2 : humide (maintien de l état) = 10mm/jr * 10j = Maintien de l'état proche de la saturation. 18 SNCF IGLGERI
20 Planches d essai de Rouen 19 SNCF IGLGERI
21 Modélisation Introduction de matériaux liés dans ls structures ferroviaires Nécessité de vérifier les matériaux à la fatigue Modélisation Cesar des structures Adaptation du logiciel Alize pour vérification à la fatigue 20 SNCF IGLGERI
22 Modélisation Modélisation Cesar La contrainte horizontale σ yy (MN/m²) Le déplacement vertical w (mm) 21 SNCF IGLGERI
23 Modélisation Résultats Détermination des caractéristiques mécaniques de la couche de forme nécessaires pour respecter la durée de service en fonction: Du sol support De la charge à l essieu Du trafic Justification de la LGV Atlantique pour une durée de vie de 100 ans avec un coefficient de risque de 5%. 22 SNCF IGLGERI
24 Conclusions et perspectives Utilisation intégrée dans le référentiel de conception Couche de forme traitée adaptée au milieu ferroviaire Dimensionnement à vérifier au cas par cas Veiller à l homogénéité du produit : Homogénéité du gisement de matériau Investigations sol Homogénéité du traitement Contrôle Homogénéité du matériau lié Sables, limons : OK Calcaires tendres, marnes : à étudier 23 SNCF IGLGERI
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