Pourquoi les voies ferrées à grande vitesse ne comportent-elles pas de joints de dilatation ?
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Lorsque les trains à grande vitesse circulent à plus de 250 kilomètres à l’heure, la stabilité et l’extrême régularité des voies ferrées constituent des priorités absolues. Les joints de dilatation génèrent des chocs constants entre les roues des trains et les rails en acier. Cela réduit non seulement le confort des voyageurs, mais limite également la vitesse d’exploitation des trains, accentue l’usure des têtes de rail et des roues (ces dernières subissant des dommages particulièrement importants) et raccourcit la durée de vie des roues. Pour remédier à ces inconvénients, la suppression des joints de rail constitue la solution optimale, raison pour laquelle la plupart des réseaux ferroviaires à grande vitesse adoptent voies en rails soudés en continu (CWR).
Les rails en acier se dilatent sous l'effet des températures élevées et peuvent se déformer ou se tordre si aucune mesure appropriée n'est prise.
Comment compenser la dilatation et la contraction thermiques : pré-étirement des rails
La technologie de pré-étirage est une innovation moderne utilisée pour contrer la déformation thermique des rails. En appliquant une contrainte de pré-étirage aux rails en acier, les variations dimensionnelles provoquées par les fluctuations de température sont entièrement compensées, ce qui permet d'utiliser des rails ultra-longs sans joints de dilatation. Ces voies sans joints sont également appelées « voies à rails précontraints et étirés ».
La technologie de pré-tension n'est pas l'apanage des trains à grande vitesse. Par exemple, les haubans des ponts à haubans sont également soumis à une pré-tension afin de stabiliser les variations de tension provoquées par la dilatation et la contraction thermiques.
Fixer les rails aux traverses à l'aide de fixations et de dispositifs anti-glissement
Afin de limiter la dilatation et la contraction libres des rails en acier sous l'effet des variations de température, les fixations de rails et les dispositifs anti-glissement maintiennent fermement les rails sur les traverses. Cela génère des contraintes thermiques internes au sein des rails, notamment une force de traction par temps froid et une force de compression par temps chaud, que l'on désigne collectivement sous le nom de « force thermique ».
L’ampleur des contraintes thermiques dans les rails soudés en continu est directement liée aux variations de température des rails. C’est pourquoi une température fixe de référence est définie pour le verrouillage des rails. Les équipes de chantier procèdent généralement au verrouillage des rails pendant les saisons où les températures moyennes se situent entre les valeurs maximales et minimales annuelles locales. Cela permet de minimiser les contraintes thermiques internes et d’éviter ainsi deux risques majeurs pour la sécurité : la rupture du rail due à une tension excessive lors des hivers rigoureux, et le gauchissement de la voie ou le déplacement du rail dû à une compression excessive lors des étés caniculaires, ces deux phénomènes constituant de graves menaces pour la sécurité de l’exploitation ferroviaire.
Régulateurs de joints de dilatation ferroviaires : dispositifs spéciaux destinés à la compensation des déplacements thermiques
Les régulateurs de joints de dilatation ferroviaires constituent des composants de réglage spécifiques. Leur fonction principale est de compenser les écarts de déplacement résultant de la déformation thermique des longs rails en acier et de la dilatation ou de la contraction des extrémités des poutres des ponts à grande portée. Ces dispositifs compensent automatiquement la déformation thermique des rails sur les ponts, réduisent les charges exercées sur les rails et les sous-structures des ponts, et préservent l'intégrité structurelle des voies et des fondations des ponts.
Classification des régulateurs de joints de dilatation ferroviaires
Les régulateurs de joints de dilatation ferroviaires sont classés selon quatre normes principales :
- Selon la vitesse d'exploitation : deux types, à savoir les régulateurs destinés aux voies à ballast sur les lignes à grande vitesse de 250 km/h (permettant le transport mixte de voyageurs et de marchandises) et les régulateurs destinés aux voies sans ballast sur les lignes à grande vitesse de 350 km/h.
- Selon le sens d'expansion : régulateurs unidirectionnels et régulateurs bidirectionnels.
- Selon le type de fondation sous les rails : régulateurs pour voies sur ballast et régulateurs pour voies sans ballast.
- Selon la forme plane des rails de commutation et des rails de roulement : types linéaires, en pointillés et courbes.
Composants structurels de base des régulateurs de joints de dilatation ferroviaires
Prenons l'exemple du régulateur de joint de dilatation ferroviaire unidirectionnel largement utilisé sur les voies sans ballast de Les lignes ferroviaires à grande vitesse chinoises À titre d’exemple, les composants clés comprennent les rails de roulement, les rails d’aiguillage, les systèmes de fixation, les traverses ou les dalles de voie, ainsi que les dispositifs de levage des rails. Le bord de roulement du rail d’aiguillage assure le maintien d’un écartement de voie constant. Son principe de fonctionnement repose sur la libre dilatation des rails de roulement, tandis que les rails d’aiguillage restent fixés en position.
Utilisation des régulateurs de joints de dilatation ferroviaires en Chine
La Chine a commencé, dans les années 1960, à déployer à grande échelle des dispositifs de régulation des joints de dilatation ferroviaires courbes, utilisant des rails découpés, qui ont été installés sur des ponts emblématiques, notamment le pont de Wuhan sur le Yangtsé et le pont de Jinan sur le Fleuve Jaune.
Les premiers projets de trains à grande vitesse en Chine ont été importés Régulateurs allemands BWG pour joints de dilatation ferroviaires, qui ont été installés sur des ouvrages d’art majeurs tels que le pont géant sur le fleuve Jaune, sur la ligne à grande vitesse Pékin-Shanghai, et le pont géant sur le fleuve Jaune, sur la ligne à grande vitesse Pékin-Guangzhou. Ces régulateurs ont également été largement utilisés sur des lignes dédiées au transport de voyageurs, notamment la ligne ferroviaire de voyageurs Qinhuangdao-Shenyang et la ligne ferroviaire de voyageurs Zhengzhou-Xi’an.
