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Renforcement de plates-formes ferroviaires par colonnes de soil mixing réalisées
sans enlever la voie.
Railways platforms reinforced by soil-mixing columns without track removing
Calon N., Robinet A.,
Costa D’Aguiar
S.
SNCF, Paris, France
Briançon L., Cojean C.
Cnam, Paris, France
Mosser J.-F.
Soletanche Bachy, Rueil-Malmaison, France
RÉSUMÉ
: Afin de réduire le coût global de l’infrastructure ferroviaire, la Société Nationale des Chemin de fer Français (SNCF) et
SOLETANCHE BACHY développent un procédé de
renforcement des structures d’assise à l’aide de colonnes de sol ciment. D’un
point de vue mécanique, les colonnes sont susceptibles de créer des points durs provoquant une dégradation de l’armement (ballast et
rail) et donc un effort de maintenance plus
important. Des essais de laboratoire ont été réalisés pour vérifier l’influence du
positionnement des colonnes et l’efficacité des géosynthétiques pour gommer les points durs. En parallèle, des modélisations
numériques pour connaitre l’influence des colonn
es de soil-mixing sur la raideur globale de la voie sont réalisées.
ABSTRACT: In order to reduce the Life Cycle Cost of railway infrastructure, the French National Railway company (SNCF) and
SOLETANCHE BACHY have investigated the potential benefits from the ground reinforcement by vertical soil-cement columns.
From a mechanical point of view, stiff zones could be created at the column location and damaged the ballast, which would involve
maintenance additional works. Laboratory tests have been performed to verify the influence of the column location and the efficiency
of geosynthetics on the reduction of stiff zones effects. In parallel, numerical simulations were carried out to analyze the impact of the
columns on the behavior of the railway track structure in terms of deformability.
MOTS CLÉS: Plate-forme; ferroviaire; Soil-mixing; modélisation.
KEYWORDS ; platform ; railway ; soil mixing ; modelisation
1 INTRODUCTION.
Le réseau ferroviaire exploité en France compte environ
29 000 km de lignes anciennes dites « lignes classiques »
circulées
jusqu’à 220
km/h et 2 000 km de Lignes à Grande
Vitesse (LGV). Les structures d’assise des premières citées se
sont constituées au cours du temps en fonction de leur histoire
(Trinh 2011, 2012) : chargement et nature de matériaux mis en
œuvre.
Quelques tronçons de ces lignes classiques sont
a
ujourd’hui
affectés par des pathologies liées à la plate-forme.
Afin de trouver une alternative aux travaux actuels, longs et
couteux, la Société Nationale des Chemins de fer Français,
l’IFSTTAR et SOLETANCHE BACHY développent une
méthode de renforcement des structures ferroviaires, par
colonnes de soil-mixing, sans nécessiter une dépose préalable
de la voie.
L’intérêt de cette technique est qu’elle s’inscrit
pleinement dans les préceptes du développement durable, en
effet, elle permet de renforcer la voie en réutilisant les
matériaux du site, tout en diminuant les interceptions des
circulations.
C’est dans ces
perspectives (technique et
environnementale) que le projet de recherche Renforcement et
réUtilisation des plates-formes et Fondations Existantes
(RUFEX) a été initié permettant ainsi le développement et
l’optimisation de l’outil
Springsol
.
D’un point de vue mécanique, la mise en œuvre de colonne
de soil-mixing est susceptible de créer des points durs
provoquant
une dégradation de l’armement (ballast, rail) et
d’
engendrer des efforts dynamiques supplémentaires
occasionnant une maintenance accrue.
L’influence de ces colonnes, sur la voie, a donc été
testée au
laboratoire sur une structure échelle une. Divers complexes de
géotextiles
ont, également, été mis en œuvre
pour établir leur
effet sur le gommage des points durs. En parallèle, des
modélisations numériques ont été réalisées pour définir la
meilleure adéquation
entre l’
espacement inter colonne et leur
profondeur.
L’étude de l’interaction véhicule
-voie est également
prévue dans le cadre de cette recherche.
2 ESSAIS EN LABORATOIRE
Plusieurs recherches ont été menées, en laboratoire, pour
vérifier l’influence des géosynthétiques dans l’amé
lioration du
comportement du ballast. Idraratna et al. (2006) ont évalué les
caractéristiques du ballast à l’aide de cellules triaxiales
permettant de modéliser une portion de voie. Brown et al.
(2007) ont mis au point un appareil permettant de tester des
géogrilles et ainsi déterminer les paramètres essentiels qui ont
un rôle dans le renforcement du ballast. Kenedy et al. (2009) ont
développé une machine « Geopavement & Railway Accelerated
Fatigue Testing » permettant, en laboratoire, de reproduire des
conditions de sollicitations proches de la réalité. A la lecture de
ces documents,
un dispositif d’essai existant («
Railway
Accelerated Fatigue Testing » - RAFT), au laboratoire « voie »
de la SNCF, a été d’adapté pour tester l’influence des points
durs sur la voie et l’effet des géosynthétiques pour lisser ces
défauts.
1.1
Dispositif et protocole d’essai
1.1.1
Dispositif d’essai
Les dimensions (3x1.5 m) de la RAFT (Figure 1a ;b) permettent
de positionner à
l’intérieur un châssis de
voie comprenant deux
traverses
et deux rails. L’épaisseur de ballast mise en œuvre est
conforme à celle présente en voie à savoir 30cm. Les
circulations sont simulées à l’aide d’un vérin hydraulique de
200kN,
approchant d’un
trafic de 22,5 t/essieux, ayant une
fréquence de sollicitation de 5Hz, simulant un convoi circulant à
100 km/h (Trinh, 2011). Pour simuler la zone de remontée
boueuse, un tapis anti vibratile (2
cm d’épaisseur
; raideur
0,03 N/mm
3
) a été utilisé. Les colonnes de soil-mixing ont été
