Rails
Les rails constituent l’élément de roulement principal d’une voie ferrée. Le profil d’un rail Vignole ressemble à une poutre en I : il est généralement symétrique par rapport à son axe vertical, mais sa tête, son âme et son patin rendent sa section asymétrique dans le sens vertical. Des profils spéciaux sont également employés pour les appareils de voie, les ponts et certaines autres applications.
Les rails ferroviaires sont fabriqués dans des aciers capables de résister aux fortes contraintes produites par le trafic. La géométrie de la tête, de l’âme et du patin est conçue pour supporter les efforts, transmettre les charges et assurer la stabilité. Les rails sont notamment classés selon leur profil et leur masse linéique. Une masse plus élevée peut contribuer à supporter de fortes charges à l’essieu, mais la vitesse et la capacité dépendent aussi de la nuance d’acier, des traverses, des attaches, de la plateforme, de l’état de la voie et de son entretien.
Fonctions des rails
- Résister aux charges, aux chocs et à l’usure provoqués par les roues.
- Guider le matériel roulant.
- Offrir une surface de roulement régulière avec une résistance au roulement limitée.
- Transmettre et répartir les charges vers les traverses, le ballast et la plateforme.
Traverses ferroviaires
Une traverse ferroviaire, également appelée traverse de chemin de fer, supporte les rails, maintient leur écartement et répartit les charges vers le ballast ou la structure porteuse. L’élasticité de la voie résulte de l’ensemble formé par les traverses, les attaches, les semelles, le ballast et la plateforme ; la traverse ne doit donc pas être considérée isolément comme l’élément qui se déforme sous chaque train. Historiquement fabriquées en bois, les traverses sont aujourd’hui souvent en béton précontraint. Des modèles en acier ou en matériau composite sont aussi utilisés selon les réseaux et les applications.
Systèmes de fixation
Les systèmes de fixation maintiennent les rails sur les traverses ou les supports de voie. Ils peuvent comprendre, selon la conception, des crampons, des vis, des tirefonds, des selles, des plaques d’assise, des semelles et des attaches élastiques. Les éclisses et autres dispositifs de joint relient les extrémités des rails ; ils ne constituent pas des attaches rail-traverse.
Principales fonctions du système de fixation
- Maintenir le rail sur son support et transmettre les efforts à la traverse ou à la dalle.
- Limiter les déplacements verticaux, latéraux et, selon la conception, longitudinaux du rail afin de préserver l’écartement et la géométrie de la voie.
- Contribuer à l’élasticité, à l’amortissement et, lorsque nécessaire, à l’isolation électrique du système.
Attache élastique de rail
L’attache élastique de rail fixe le rail à la plaque d’assise ou à la traverse. Sa force de serrage aide à maintenir le rail et la géométrie de la voie. Les attaches en acier à ressort se déforment de manière contrôlée afin de conserver leur effort de serrage et de contribuer à l’élasticité du système.
Crapaudine de rail
Les crapaudines de rail sont notamment utilisées pour fixer les rails de roulement des ponts roulants. Selon le système, elles peuvent être boulonnées ou soudées, fixes ou réglables. Leur choix dépend du profil du rail, des efforts latéraux et des exigences d’installation.
Semelle sous rail
La semelle sous rail, souvent fabriquée en élastomère, est placée entre le rail et la plaque d’assise, la traverse ou la dalle. Elle répartit la pression de contact, contribue à l’élasticité de la voie et réduit une partie des vibrations et des chocs transmis au support.
Joints de rail
Un joint de rail relie deux extrémités de rail. Les éclisses sont les barres placées de part et d’autre des âmes et généralement assemblées par boulons. On distingue notamment les joints boulonnés ordinaires, les joints de transition entre profils différents et les joints isolants utilisés dans certains circuits de voie.
Appareils de voie
Un appareil de voie, ou aiguillage, permet au matériel roulant de passer d’une voie à une autre. Il comprend notamment des aiguilles, un cœur, des rails de liaison et des dispositifs de commande. Dans les gares, triages et voies d’évitement, les appareils de voie organisent les itinéraires et permettent les manœuvres, les croisements ou les dépassements. Sur une ligne à voie unique, une voie d’évitement suffisamment longue permet à deux trains de se croiser ou à l’un d’en dépasser un autre.
Ballast ferroviaire
Le ballast ferroviaire est une couche de granulats concassés placée sous et autour des traverses. Il forme une assise drainante, répartit les charges et permet de régler la géométrie de la voie. Malgré le développement des voies sans ballast, la voie ballastée reste très répandue.
Fonctions du ballast ferroviaire
- Répartir vers la plateforme les charges transmises par les traverses.
- Maintenir les traverses et résister aux efforts latéraux et longitudinaux.
- Assurer le drainage et limiter l’action de l’eau sur la plateforme.
- Contribuer, avec les autres composants, à l’élasticité de la voie et permettre le réglage de sa géométrie.
- Fournir une assise durable et facilement entretenable ; une maintenance adaptée aide aussi à contrôler la végétation.
Plateforme ferroviaire
La plateforme ferroviaire est l’ouvrage en terre aménagé qui supporte le ballast ou la structure d’une voie sans ballast. Elle peut comprendre des déblais, des remblais, des sols améliorés, une couche de forme et des dispositifs de drainage. Sa portance, sa stabilité et la maîtrise de l’eau sont essentielles à la tenue de la géométrie de la voie.
