Analyse numérique de la réponse dynamique de structures ferroviaires - Application à la réduction des désordres géométriques induits dans les couches de ballast des Lignes à Grande Vitesse
MARTIN
Type de document
THESE
Langue
francais
Auteur
MARTIN
Résumé / Abstract
La circulation répétée des trains sur Lignes à Grande Vitesse entraîne une détérioration géométrique progressive des couches de ballast, dont on constate un accroissement de sévérité en fonction de la vitesse d'exploitation. Les études réalisées par le passé ont montré qu'une cause possible de ces désordres était la génération de fortes accélérations verticales dans la couche de ballast au passage des Trains à Grande Vitesse, pouvant désorganiser l'ensemble granulaire. Les finalités de ce travail sont doubles : quantifier les accélérations en section courante en fonction de la vitesse des véhicules et des paramètres de voie et rechercher des dispositions constructives permettant d'en réduire l'intensité. Pour cela, un outil semi-analytique de calcul de la réponse dynamique réversible des structures ferroviaires a été développé sur la base d'une approche continue (ViscoRail) et confronté à des mesures in situ. Ce code permet un accès rapide aux champs d'accélération et est utilisé pour l'étude de sensibilité de la réponse des voies vis-à-vis de la vitesse des charges roulantes et des paramètres de conception. Le rôle défavorable de la vitesse sur les accélérations est confirmé. Nos travaux montrent qu'une augmentation du module de la couche sous-ballast, de l'inertie du rail ainsi que la réduction de la rigidité du contact rail/ballast sont susceptibles de ramener les accélérations calculées à des vitesses élevées à une limite jugée « acceptable ». Ces résultats débouchent sur la proposition de dispositions constructives capables de réduire les accélérations et donc potentiellement les désordres géométriques. Un exemple de disposition avec souscouche en grave-bitume est illustré en exploitant les potentialités de prise en compte de loi viscoélastique de type Huet-Sayegh dans ViscoRail. Des essais triaxiaux ainsi que des simulations 2D par éléments discrets modélisant des échantillons granulaires reposant sur des supports de rigidités différentes ont également permis de montrer que le comportement réversible macroscopique de tels échantillons pouvait être raisonnablement modélisé par une loi élastique (anisotrope) de milieu continu, mais non intrinsèque, les paramètres de cette loi dépendant de la rigidité du support. Ces analyses justifient a posteriori l'approche continue retenue dans ViscoRail. Enfin, une analyse basée sur le Calcul à la Rupture permet de revenir sur l'effet défavorable des accélérations dirigées vers le bas sur la stabilité des couches de ballast. Mais l'approche suggère également de prêter attention aux changements de répartition des charges d'essieux induites lors de modifications des paramètres de conception des voies. Un jugement plus global sur l'efficacité des solutions proposées ci-dessus serait à apporter en combinant ViscoRail et Analyse Limite.
