Flambement des rails

[Birdoon]

Bonjour ! Je suis en classe préparatoire aux grandes écoles d'ingénieurs et nous devons réaliser une sorte d'étude sur un phénomène scientifique plus ou moins de notre choix. J'ai décidé de m'intéresser au flambement thermique des rails. J'aurais quelques questions sur l'origine de ce phénomène. Tout d'abord, est-ce que il ne se produit que sur des rails où il n'y a pas de joint de dilatation ? C'est à dire que la dilatation du rail génèrerait des efforts supplémentaires qui pourraient entrainer le flambement. D'autre part, est-ce que la dilatation du rail et donc la diminution du module de Young de l'acier joue un rôle important ou bien est-ce négligeable ? Enfin, quelles sont les solutions mises en oeuvre par la SNCF pour éviter ce genre d'incidents ?

Merci beaucoup de votre aide, et si à tout hasard un ingénieur de la SNCF acceptait de me rencontrer pour une discussion à ce sujet, cela me serait d'une très grande aide pour mon travail !

Bonne soirée.

[Soupeaulait]

Je ne suis pas certain d'avoir tout à fait compris la question.

Mais une chose est sûre, on fait tout pour que les rails ne flambent pas.

Si un rail flambe, ça s'appelle une déformation de voie, et c'est pas bon, mais alors pas bon du tout.

[Birdoon]

Je ne suis pas certain d'avoir tout à fait compris la question.

En fait, j'ai lu que les rails des lignes à grande vitesse n'avaient pas de joint de dilatation. Je me suis dit alors que la dilatation du rail devait créer des efforts longitudinaux et ainsi favoriser le flambement, je demandais donc si on observait aussi des déformations de voies sur des lignes moins rapides.

Enfin ya-t-il des moyens techniques d'empecher ce phénomène ? (En dehors de la composition des matériaux qui constituent les rails). Je pense aux traverses notamment.

Merci de votre réponse :)

[Rail cassé]

Je ne suis pas certain d'avoir tout à fait compris la question.

Mais une chose est sûre, on fait tout pour que les rails ne flambent pas.

Si un rail flambe, ça s'appelle une déformation de voie, et c'est pas bon, mais alors pas bon du tout.

Ouaip! pas bon.

A part si on est habitué aux joints du PLMA. hi! hi! hi!

[kerguel]

En fait, j'ai lu que les rails des lignes à grande vitesse n'avaient pas de joint de dilatation. Je me suis dit alors que la dilatation du rail devait créer des efforts longitudinaux et ainsi favoriser le flambement, je demandais donc si on observait aussi des déformations de voies sur des lignes moins rapides.

Enfin ya-t-il des moyens techniques d'empecher ce phénomène ? (En dehors de la composition des matériaux qui constituent les rails). Je pense aux traverses notamment.

Merci de votre réponse

Ce genre de question est fréquent sur ce forum. Suis ce lien qui t'amène à d'autres liens y compris à celui de wikipédia.

Voilà quelques heures de lecture .

Pour répondre à une de tes questions : il y a fort heureusement très rarement des déformations de voie sur le réseau ligne classique et LGV (2 à 3 par an pour 30 000 km de lignes) ; en 2003, année de fortes chaleurs il y a en a eu d'avantage.

[Invité 5121]

En fait, j'ai lu que les rails des lignes à grande vitesse n'avaient pas de joint de dilatation. Je me suis dit alors que la dilatation du rail devait créer des efforts longitudinaux et ainsi favoriser le flambement, je demandais donc si on observait aussi des déformations de voies sur des lignes moins rapides.

Enfin ya-t-il des moyens techniques d'empecher ce phénomène ? (En dehors de la composition des matériaux qui constituent les rails). Je pense aux traverses notamment.

Merci de votre réponse

il n'y a pas que les LGV. Toutes les lignes principales sont équipées en LRS (longs rails soudés). Il n'y a plus de longueur maximum, ainsi, il y a déjà longtemps, il y avait un LRS de 27 km du côté de Narbonne.

en fait dans une telle installation, le rail ne se dilate plus. Les variations de température transforment ça en contraintes internes au rail. ces contraintes ne peuvent être dominées que par un ancrage puissant du rail : ballast de bonne qualité et d'épaisseur renforcée, traverses lourdes (préférentiellement en béton, plus de 200 kg par traverse)

si le température s'élève ou s'abaisse trop ou que cet ensemble est déstabilisé, en particulier le ballast, le rail n'est plus maintenu. Il cherche un chemin plus court (en hiver) ou plus long (en été) ce qu'il fait dans le sens latéral, parce que sa masse suffit à l'empêcher de se soulever.

Dans une voie à joints comme on les posait avant, il n'y a pas de contraintes dans le rail qui peut se dilater librement.

A l'extrémité d'un LRS, on ne peut plus imposer de contraintes dans le rail, puisque l'extrémité est libre. On laisse donc se dilater une centaine de mètres avec ce qu'on appelle un joint aiguille qui autorise une bonne dizaine de cm de variation.

Au tout début de cette technique, on n'osait pas dépasser 800 m et chaque LRS avait un joint aiguille à chaque extrémité.

Modifié 19 septembre 2010 par 5121

[kerguel]

il n'y a pas que les LGV. Toutes les lignes principales sont équipées en LRS (longs rails soudés). Il n'y a plus de longueur maximum, ainsi, il y a déjà longtemps, il y avait un LRS de 27 km du côté de Narbonne.

en fait dans une telle installation, le rail ne se dilate plus. Les variations de température transforment ça en contraintes internes au rail. ces contraintes ne peuvent être dominées que par un ancrage puissant du rail : ballast de bonne qualité et d'épaisseur renforcée, traverses lourdes (préférentiellement en béton, plus de 200 kg par traverse)

si le température s'élève ou s'abaisse trop ou que cet ensemble est déstabilisé, en particulier le ballast, le rail n'est plus maintenu. Il cherche un chemin plus court (en hiver) ou plus long (en été) ce qu'il fait dans le sens latéral, parce que sa masse suffit à l'empêcher de se soulever.

Dans une voie à joints comme on les posait avant, il n'y a pas de contraintes dans le rail qui peut se dilater librement.

A l'extrémité d'un LRS, on ne peut plus imposer de contraintes dans le rail, puisque l'extrémité est libre. On laisse donc se dilater une centaine de mètres avec ce qu'on appelle un joint aiguille qui autorise une bonne dizaine de cm de variation.

Au tout début de cette technique, on n'osait pas dépasser 800 m et chaque LRS avait un joint aiguille à chaque extrémité.

Bravo 5121 ; juste une terminologie à préciser - on ne parle pas de joint aiguille mais d'appareil de dilatation ; il est vrai que les rails usinés constituant l'appareil de dilatation ressemblent à des aiguilles.

[Sébastien Martin]

il n'y a pas que les LGV. Toutes les lignes principales sont équipées en LRS (longs rails soudés). Il n'y a plus de longueur maximum, ainsi, il y a déjà longtemps, il y avait un LRS de 27 km du côté de Narbonne.

Et il me semble qu'il y a bien plus long maintenant, je pense notamment à Strasbourg Sélestat où je crois avoir lu que suite à RVB il y a eu pose de LRS sans interruption ou presque (à confirmer par ceux qui maîtrisent mieux que moi le sujet)

[Invité 5121]

Bravo 5121 ; juste une terminologie à préciser - on ne parle pas de joint aiguille mais d'appareil de dilatation ; il est vrai que les rails usinés constituant l'appareil de dilatation ressemblent à des aiguilles.

je me fais vieux, joint aiguille, c'est quand ils sont apparus. Une vraie curiosité, les premiers appareils de dilatation !!! :Smiley_19:

Modifié 20 septembre 2010 par 5121

[kerguel]

je me fais vieux, joint aiguille, c'est quand ils sont apparus. Une vraie curiosité, les premiers appareils de dilatation !!!

Il me semblait que je faisais partie des anciens mais je constate que tu as une génération d'avance :Smiley_40:

[Invité 5121]

Il me semblait que je faisais partie des anciens mais je constate que tu as une génération d'avance

.. hélas (d'un côté, de l'autre, je ne sais pas si je peux envier la situation de la jeunesse de nos jours ..)

juste un ajout sur les contraintes. En cas de froid, en fait, on assiste plutôt à des ruptures soit du rail lui-même, soit d'une soudure, quand l'effort de contrainte dépasse la résistance à la traction de l'acier. Ce qui ne se produit évidemment pas en compression, pour le même écart de température vers le haut

[kerguel]

.. hélas (d'un côté, de l'autre, je ne sais pas si je peux envier la situation de la jeunesse de nos jours ..)

juste un ajout sur les contraintes. En cas de froid, en fait, on assiste plutôt à des ruptures soit du rail lui-même, soit d'une soudure, quand l'effort de contrainte dépasse la résistance à la traction de l'acier. Ce qui ne se produit évidemment pas en compression, pour le même écart de température vers le haut

Il y a plus de ruptures en période d'hiver parce qu'effectivement le rail est en traction mais pour qu'il y ait rupture c'est qu'il y a un défaut métallurgique (fissure de fatigue, corrosion au patin, blessure, ) ou un mauvais collage s'il s'agit d'une rupture au droit d'une soudure.

[Invité 5121]

Il y a plus de ruptures en période d'hiver parce qu'effectivement le rail est en traction mais pour qu'il y ait rupture c'est qu'il y a un défaut métallurgique (fissure de fatigue, corrosion au patin, blessure, ) ou un mauvais collage s'il s'agit d'une rupture au droit d'une soudure.

oui, bien sûr

[Soupeaulait]

Ouaip! pas bon.

A part si on est habitué aux joints du PLMA. hi! hi! hi!

C'est vrai que vous avez quelques joints qui piquent :Smiley_15:

[Rail cassé]

C'est vrai que vous avez quelques joints qui piquent :Smiley_15:

! T'as fini par le voir ou pas notre tas de cailloux vénéré! hic!

Euh! je ne sais pas si c'est les joints qui piquaient la semaine dernière, mais ça à du faire du bien à certains. ( oh! là, c'est l'esprit moqueur qui reprend le dessus ).

[Invité 5121]

Il n'y a pas qu'en extrémité de LRS que l'on est obligé de poser des appareils de dilatation; sur les ouvrages d'art de plus de 90m (à quelques centimètres près) ils sont obligatoires, la dilatation de l'ouvrage est trop importante pour être compensée.

oui, sinon, ce sont les culées des ponts qui encaisseraient.

[Soupeaulait]

! T'as fini par le voir ou pas notre tas de cailloux vénéré! hic!

Euh! je ne sais pas si c'est les joints qui piquaient la semaine dernière, mais ça à du faire du bien à certains. ( oh! là, c'est l'esprit moqueur qui reprend le dessus ).

Voit' caillou je le vois mieux de chez moi que depuis là haut. Pffff.

Et la semaine passée, certains ont trouvé le temps long. mdrmdr

Bon on arrête, on s'éloigne du sujet initial, et on va se faire taper sur les doigts. :blush:

[DU 94 LGV]

Bonjour ! Je suis en classe préparatoire aux grandes écoles d'ingénieurs et nous devons réaliser une sorte d'étude sur un phénomène scientifique plus ou moins de notre choix. J'ai décidé de m'intéresser au flambement thermique des rails. J'aurais quelques questions sur l'origine de ce phénomène. Tout d'abord, est-ce que il ne se produit que sur des rails où il n'y a pas de joint de dilatation ? C'est à dire que la dilatation du rail génèrerait des efforts supplémentaires qui pourraient entrainer le flambement. D'autre part, est-ce que la dilatation du rail et donc la diminution du module de Young de l'acier joue un rôle important ou bien est-ce négligeable ? Enfin, quelles sont les solutions mises en oeuvre par la SNCF pour éviter ce genre d'incidents ?

Merci beaucoup de votre aide, et si à tout hasard un ingénieur de la SNCF acceptait de me rencontrer pour une discussion à ce sujet, cela me serait d'une très grande aide pour mon travail !

Bonne soirée.

Salut à toi,

Bon je ne te cacherai pas longtemps que je suis passé par où tu es passé et que moi aussi j'ai eu un TIPE à faire. J'avais choisi la mesure et la localisation de défauts de géométrie voie. Thème ultra passionnant que j'ai pu approndir en école sous la forme de rapports techniques et de stages.

Je veux bien te filer un coup de main, il va falloir cadrer la problématique et surtout savoir deux trois choses:

-filière?

-année?

désolé de l'interrogatoire mais c'est pour t'aider au mieux. L'élasticité et la théorie des poutres sont des domaines passionnant mais bon, les outils mathémqtiques vus en prépa ne sont pas d'une grande utilité. Tout se fait en écriture tensorielle et utilise des opérateurs grad, rot, div... que l'on manipule peu en prépa. Donc le préalable va être la prise en main de tout ça.

La RDM est une matière bien structurée donc à la base tu devrais vite piger les notions "un peu plus évoluées" qui pourraient te manquer.

Je te propose de t'aider à définir ta problématique si tu veux, puis pour la partie plus théorique ça peut se faire. Tu peux aborder la question de la libération des LRS lors de la pose, parler des zones de respiration. L'ancrage des traverses lourdes dans le ballast se modélise aisément.

Bien sûr, le regard des "praticiens" (qui m'ont beaucoup apporté via ce forum => n'est- ce pas Kerguel (entre autre)? ) est indispensable.

Par exemple, ne pas s'intéresser aux barres normales serait une faute: les relevés d'ouverture de joint... tout ça s'est important si tu veux connecter théorie et pratique. La SNCF a passé commande et reçu 3(ou4?) automoteurs "surjoint" chargés de mesurer l'ouverture des joints des barres normales. Car si les joints sont fermés ben le flambage ne va pas tarder,

Sans compter qu'il va falloir monter une expérience si l'épreuve n'a pas trop changé depuis mon temps [mode vieux c** /OFF]

Voilà, à voir donc

Modifié 20 septembre 2010 par DU 94 LGV

[Rail cassé]

Voit' caillou je le vois mieux de chez moi que depuis là haut. Pffff.

Et la semaine passée, certains ont trouvé le temps long. mdrmdr !

Bon on arrête, on s'éloigne du sujet initial, et on va se faire taper sur les doigts.

Ben chez nous les rails ne risquaient pas de flamber ce matin, vu la caillante!

[DU 94 LGV]

.. hélas (d'un côté, de l'autre, je ne sais pas si je peux envier la situation de la jeunesse de nos jours ..)

juste un ajout sur les contraintes. En cas de froid, en fait, on assiste plutôt à des ruptures soit du rail lui-même, soit d'une soudure, quand l'effort de contrainte dépasse la résistance à la traction de l'acier. Ce qui ne se produit évidemment pas en compression, pour le même écart de température vers le haut

Tout ça par exemple est trés intéressant pour ton TIPE, les cercles de Mohr permettent de bien comprendre ces questions de compression/ traction. Je sais pas si tu en as fais un peu en prépa...

[Birdoon]

Tout d'abord merci à tous pour vos réponses (et votre rapidité !), et aussi pour la documentation qui me sera bien utile .

Pour DU94LGV :

Je suis en PSI*, je passe donc les concours à la fin de l'année scolaire et le thème est "mobilité, mouvement". J'ai mis beaucoup de temps à trouver un sujet intéressant ; vu le thème, je me suis dit que je pouvais trouver un bon sujet dans le "domaine du train" et ma prof m'a parlé du phénomène de flambement thermique des rails, je m'y suis donc intéressé. Effectivement, ma problèmatique n'est pas très précise, si ce n'est "quelles sont les caractéristiques de ce phénomène ?", mais je pense qu'il faut d'abord que j'envisage tous les aspects du problème avant d'en choisir une qui me permettera d'être le plus intéressant pour le jury, de faire une expérience, et le tout en rapport avec le thème.

Voilà l'esquisse de plan que j'avais prévu :

1/ Le flambement en général

-> charge critique d'Euler (est-ce vraiment transposable au problème du rail ?)

2/ Modélisation des efforts roue-rails

-> modèle et calcul de l'effort longitudinal transmis par le passage d'un train

3/ Dilatation thermique

-> calcul de l'effort ajouté par la dilatation du rail

-> puis comparaison des valeurs trouvées à la charge critique calculée en 1/

Tout cela n'étant qu'un plan initial, je devais d'ailleurs présenter un petit quelque chose à mes profs la semaine dernière, il fallait bien se lancer. Je m'intéresse aussi aux solutions mises en oeuvre pour empècher le phénomène, si possible en montrant quantitativement leur impact (en vue des calculs précédent). Après, il est évident que j'ai un regard peut-être naïf sur ce problème qui m'était encore inconnu il y a 2 semaines, c'est pourquoi j'avais besoin de l'avis de gens compétents, pour connaître la réalité pratique de ce problème. Il est évident que ton aide me serait très précieuse et me ferait vraiment plaisir, je pense que tu es le mieux placé pour savoir ce à quoi je pourrais m'intéresser particulièrement pour faire un bon TIPE. Mon adresse mail est disponible dans mon profil.

Merci beaucoup !

[DU 94 LGV]

Tout d'abord merci à tous pour vos réponses (et votre rapidité !), et aussi pour la documentation qui me sera bien utile .

Pour DU94LGV :

Je suis en PSI*, je passe donc les concours à la fin de l'année scolaire et le thème est "mobilité, mouvement". J'ai mis beaucoup de temps à trouver un sujet intéressant ; vu le thème, je me suis dit que je pouvais trouver un bon sujet dans le "domaine du train" et ma prof m'a parlé du phénomène de flambement thermique des rails, je m'y suis donc intéressé. Effectivement, ma problèmatique n'est pas très précise, si ce n'est "quelles sont les caractéristiques de ce phénomène ?", mais je pense qu'il faut d'abord que j'envisage tous les aspects du problème avant d'en choisir une qui me permettera d'être le plus intéressant pour le jury, de faire une expérience, et le tout en rapport avec le thème.

Voilà l'esquisse de plan que j'avais prévu :

1/ Le flambement en général

-> charge critique d'Euler (est-ce vraiment transposable au problème du rail ?)

2/ Modélisation des efforts roue-rails

-> modèle et calcul de l'effort longitudinal transmis par le passage d'un train

3/ Dilatation thermique

-> calcul de l'effort ajouté par la dilatation du rail

-> puis comparaison des valeurs trouvées à la charge critique calculée en 1/

Tout cela n'étant qu'un plan initial, je devais d'ailleurs présenter un petit quelque chose à mes profs la semaine dernière, il fallait bien se lancer. Je m'intéresse aussi aux solutions mises en oeuvre pour empècher le phénomène, si possible en montrant quantitativement leur impact (en vue des calculs précédent). Après, il est évident que j'ai un regard peut-être naïf sur ce problème qui m'était encore inconnu il y a 2 semaines, c'est pourquoi j'avais besoin de l'avis de gens compétents, pour connaître la réalité pratique de ce problème. Il est évident que ton aide me serait très précieuse et me ferait vraiment plaisir, je pense que tu es le mieux placé pour savoir ce à quoi je pourrais m'intéresser particulièrement pour faire un bon TIPE. Mon adresse mail est disponible dans mon profil.

Merci beaucoup !

Re,

Présenté comme ça, je serai ravi de t'aider dans la mesure de ce que je peux.

Pour le flambage et ce qui tourne autour, ça se fera bien. Je vois pas de soucis majeur: Euler ça le fera. Par ailleurs y a moyen d'introduire des tenseurs d'ordre 2 pour représenter les contraintes dans le rail et après ça se fait bien au niveau des lois de la RDM. Il faudra juste voir si tu as déjà fait des divergences de tenseur d'ordre 2, si non, tu apprendras vite. La modélisation du LRS peut se faire sous l'approche de la dilatation contrariée (je te passerai mes TDs sans problème).

Pour la modélisation roue/ rail, je ne veux surtout pas briser l'enthousiasme mais ça va être une autre paire de manches.

Faut passer par le calcul numérique car c'est vraiment hors d'atteinte de manière analytique (je te passes un rapport de thèse à ce sujet, c'est éclairant).

Aprés à ce niveau, ce que ce forum peut t'apporter comme tu le disais, ce sont les élements de culture ferroviaire qui vont t'être nécessaires. Par exemple, ce sont essentiellement les efforts latéraux qui sont problématiques et que l'on va chercher à modéliser et non les longitudinaux. Les liens existant entre les circulations ferroviaires (le mouvement des véhicules: lacet, tamis...), la charge à l'essieu et les efforts latéraux ont occupé environ 30 ans deux services de recherche de la SNCF (SDF pour le matériel en collaboration avec la Section Etudes Voies pour la partie infrastructure).

Modéliser le contact roue/ rail c'est , hard on dira. Tu peux laisser tomber les lois de Coulomb, faut introduire les contacts de Hertz et pareil, le calcul numérique sans ça on ne peut pas s'en sortir.

Pour la partie trois, à l'inverse c'est très simple, donc il faudra voir ce qui peut être rajouté.

Pour le moment, je te propose de te pencher sur la dilatation contrariée d'une barre longue, sur la mise en équation de tout ça. Aprés on pourra aborder le tenseur des contraintes avec les opérations que l'on peut faire sur lui, les cercles de Mohr... les critères de rupture en compression...

Voilà, ben à bientôt

[vbest]

2/ Modélisation des efforts roue-rails

-> modèle et calcul de l'effort longitudinal transmis par le passage d'un train

3/ Dilatation thermique

-> calcul de l'effort ajouté par la dilatation du rail

si je peux faire quelques remarques...

en 2/ :

n'oublie pas que tu ne peux pas modéliser le phénomène en isolant un rail . c'est surtout l'ensemble rails-traverse-ballast qu'il faut considérer (et dans ce trio ça n'est pas le rail qui est essentiel)

en 3/

si tu parles de dilatation tu ne dois pas parler d'effort (et réciproquement). en effet si il y a dilatation c'est qu'il y a déplacement donc résiliation des contraintes internes.

bon courage mais un beau sujet

[DU 94 LGV]

si je peux faire quelques remarques...

en 3/

si tu parles de dilatation tu ne dois pas parler d'effort (et réciproquement). en effet si il y a dilatation c'est qu'il y a déplacement donc résiliation des contraintes internes.

Bonsoir,

Désolé, je veux bien une explication parce que je ne comprends pas:

on sait parfaitement lier contraintes et déformations. Voici la loi qui lie contraintes et déformations dans le cas d'une déformation thermo- élastique isotrope:sij = (l tr(e) - (3 l + 2 m)a (q - q0 )) × dij + 2m eij

on pourra bien évoquer les contraintes s'appliquant à la barre et la déformant. Une contrainte étant dN/dS pour S ->0 je pense que parler d'efforts n'est pas choquant.

Aprés il se peut que vous vouliez dire autre chose... que je n'ai pas compris

Cordialement

[vbest]

dans le langage ferroviaire courant

dilatation = déplacement réalisé (se mesure en mm)

j'aurais mieux aimé qu'il parle de contrainte thermique de cette façon l'effort existe sans qu'il soit lié au déplacement (qui lui reste potentiel et redouté !!!!)