Un lien de corrélation direct existe entre la sécurité contre les déformations et la résistance latérale. Des températures élevées engendrent d'importantes forces longitudinales en raison de la dilatation due à la chaleur du rail. La circulation des trains engendre également des forces horizontales supplémentaires, en particulier dans les courbes et sur les lignes de circulation à grande vitesse et/ou de circulation de charges lourdes. Si la résistance latérale est trop faible, un flambage latéral de la voie se produit en raison de ces forces.
Les mesures réalisées sur le lit de ballast dans le cadre de travaux de superstructure réduisent naturellement la résistance latérale. Sans prise de mesures supplémentaires, le risque d’une déformation de la voie augmente considérablement. Comme la résistance latérale dépend fortement de l’état de compactage du ballast ainsi que des surfaces de contact entre les traverses et le ballast, la stabilisation dynamique de la voie est le choix approprié pour rétablir rapidement la sécurité contre les déformations de la voie.
Annulation des restrictions de travail estivales pour les opérations de bourrage.
Jusqu’à maintenant, la voie ne pouvait être traitée par des bourreuses que huit mois par an au Japon, car le risque de déformation de la voie après des opérations de bourrage était trop élevé, durant les quatre mois d’été. La résistance latérale nécessaire après un travail d'entretien de la voie avec une bourreuse peut être consolidée à l’aide du DGS. Le DGS intégré à la machine établit la résistance latérale et minimise ainsi le risque de déformation de la voie. Cela permet de réduire les restrictions d’exploitation estivales voire même de les supprimer, augmentant de ce fait nettement la rentabilité et la productivité de la machine.
« La suppression des restrictions de travail estivales revêt pour nous une grande importance. L’introduction du DGS amène une révolution dans notre plan de maintenance. Il est maintenant possible d’organiser de manière plus flexible le calendrier des interventions, ainsi que celui des maintenances des machines. »
Chaque intervention effectuée dans un lit de ballast existant et tassé en raison de la circulation diminue la densité et l’homogénéité de la structure du ballast et donc la stabilité de la voie. Suite à un travail d'entretien sans stabilisation finale de la voie, des limitations de vitesse temporaires doivent souvent être mises en place jusqu’à ce que le ballast se soit reconsolidé après avoir subi de nouveau la charge roulante et que la résistance latérale nécessaire soit rétablie.
La stabilisation dynamique de la voie anticipe le tassement initial du ballast, qui serait atteint sinon par la charge roulante exercée lors de l’exploitation. Des études ont montré une augmentation immédiate de la résistance latérale équivalente à au moins 100 000 t. de charge.
* Les références:
Les limitations temporaires de vitesse peuvent être de ce fait totalement supprimées ou fortement restreintes dans le temps. Le tronçon de voie peut être ouvert à la circulation à la vitesse autorisée, juste après une opération d’entretien, sans limitation de capacité de la ligne. C'est la raison pour laquelle on ne peut plus envisager la pose, l’entretien et l’assainissement de lignes à grande vitesse sans stabilisation dynamique de la voie.
Les vibrations transmises par la circulation des trains sur la voie constituent un spectre complexe aussi bien en termes de fréquence de vibrations qu’en termes d’amplitude avec tous ses effets négatifs sur la voie et le ballast. Le ballast s’ordonne de manière incontrôlée en un ensemble compact. Il est vrai que cela permet d’augmenter la stabilité mais cela entraîne des tassements initiaux irréguliers.
La stabilisation dynamique de la voie anticipe ces tassements initiaux de manière ciblée et contrôlée . Grâce à sa fréquence, son amplitude et sa direction (horizontale plutôt que verticale), une vibration commandée précisément garantit un compactage presque sans effort et donc en douceur.
Économie notable de coûts et de temps grâce au DGS
Selon les déclarations des sociétés DB Netz AG et Deutsche Gleis- und Tiefbau GmbH, le DGS représente un facteur essentiel dans le cadre de l’optimisation des processus. Utilisée suite à un remplacement des traverses, la machine a exercée une contrainte sur la voie correspondant à 100 000 t. de charge roulante, cela ayant permis de supprimer les passages de trains/ de charges roulantes normalement nécessaires. La stabilité de la géométrie de la voie juste après l’intervention du DGS a permis d’autoriser immédiatement une vitesse maximale de circulation de 160 km/h.
(Sur la base d’un rapport de chantier « Strecke Hamburg-Berlin wieder fit für den Hochgeschwindigkeitsverkehr », Der Eisenbahningenieur, septembre 2009)
La stabilisation dynamique de la voie au cours de travaux d'entretien de la voie anticipe le tassement initial de façon homogène. Ceci combiné à l’homogénéisation de la structure du ballast entraîne une diminution des tassements non contrôlés et hétérogènes pendant l’exploitation de la voie, permettant de maintenir un haut niveau de qualité de la géométrie de la voie sur une période plus longue.
Par ailleurs, un lit de ballast compacté uniformément disperse de manière plus homogène sur la plateforme les forces dynamiques liées à la circulation des trains, ce qui agit également positivement sur la stabilité de la géométrie de la voie.
Les valeurs empiriques montrent que la stabilisation dynamique de la voie a de ce fait un effet d’allongement des cycles de travaux d'entretien allant jusqu’à 30%.
La qualité initiale est décisive pour la durée de vie. Une attention particulière doit être portée sur l’homogénéisation dès la pose du lit de ballast. Elle peut être obtenue idéalement par un compactage par couche, lors duquel chaque couche de ballast est compactée grâce à la stabilisation dynamique de la voie, juste après le ballastage. C’est de cette façon seulement que l'on ressent pleinement les effets positifs en termes d’allongement des cycles de travaux d'entretien et de durée de vie de la voie.
Économies de coûts considérables chez Conrail
L’utilisation du DGS a tout d’abord rendu possible la réduction de la limitation temporaire de vitesse sur les voies traitées, de 72 heures à un passage de trois trains seulement. Un autre effet économique significatif concernant la maintenance des voies est l'allongement des intervalles des travaux d'entretien des lignes principales, de trois à quatre années, grâce à l’utilisation du DGS.
« L’utilisation du stabilisateur
dynamique de la voie a permis à Conrail de réduire la durée de la limitation
temporaire de vitesse sur une voie bourrée, de 72 heures à un passage de trois
trains. Par ailleurs, l’utilisation du stabilisateur dynamique de la voie,
telle qu’indiquée par les données collectées par l'engin de mesure, a permis à
Conrail d’allonger les cycles d'entretien de 3 à 4 années, dans de nombreuses
zones de voies principales. » (J. R. Clark, séminaire Brésil, juillet
1995)
Les charges roulantes, introduites dans le lit de ballast via les traverses, sont transmises vers la plate-forme par les surfaces de contact des pierres de ballast. Cette transmission d'efforts ne se déroule toutefois pas de façon rectiligne mais selon des chemins aléatoires. Plus la structure est homogène et la compacité élevée, plus le nombre de surfaces de contact est important, tant entre les pierres de ballast qu'entre la traverse et le ballast. La répartition des efforts a donc lieu de manière homogène, ce qui réduit la contrainte mécanique exercée sur le ballast et augmente la durée de vie.
Un calcul comparatif sur l’exemple de la ligne du Westbahn montre l’avantage de la stabilisation dynamique de la voie en termes de durée de vie de la voie :
grâce à l’utilisation du DGS, chaque cycle de bourrage peut être prolongé de 30% sur toute la durée d’utilisation sans perte de qualité. Ce prolongement a pour conséquence d’augmenter la durée d’utilisation de la voie de 10% sans perte de qualité (expérience de l'ÖBB), soit un allongement de la durée de vie de la voie de 32 à 35 ans.
(Sur la base des travaux du Professeur Peter Veit, Directeur de l’Institut des chemins de fer et du secteur des transports de l’Université technique de Graz)
