JTR2014 Journées Techniques Routes 2014 Nantes – 11 & 12 février 2014 La R.I.D. au service de l’infrastructure ferroviaire CALON Nicolas - SNCF JTR2014 Historique du réseau • La majeure partie du réseau ferroviaire est achevée à la fin XIXème Siècle • Fin des années 70 construction des premières Lignes à Grande Vitesse: La cartographie du réseau a peu évolué Réseau fin XIXème CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Réseau actuel & futur JTR2014 La plateforme ferroviaire • Le réseau a dû s’adapter aux évolutions des circulations - Augmentation des charges à l’essieu: • Augmentation de la vitesse et du trafic: Ces modifications peuvent avoir un impact sur la tenue de géométrie de la voie et la qualité de la plateforme CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’imagerie au service de la voie Investigations géoradar / Panda Train carotteur ETF CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 RADIOGRAPHIE DE LA VOIE FERREE • Couplage des outils scan-dynamique et géoradar • Inspection de la voie à 80 km/h: • Détection des défauts de plateforme • Scan topo de la voie et son environnement • Gain étude important (tracé/gabarit) • Meilleure connaissance du patrimoine •Coupe Géoradar Scan-dynamique et géoradar couplés sur une même draisine (Ligne N) CALON LVE – JTR 2014 CALON– –PSIGT SNCF Ingénierie – JTR 2014 –– 21/01/2014 21/02/2014 Rendu graphique des investigations (Ligne N) JTR2014 PANDA / Géo-endoscope : Description ballast Ballast « pollué » Plateforme Source Solsolution CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Renforcer la voie sans la déposer RUFEX outil furtif pour voie ferrée CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L'expérience INNOTRACK • Les essais en voie – – – – Vérifier la pertinence de l’outil Springsoil™ Vérifier la faisabilité des colonnes Vérifier le design de la colonne Estimer l’impact du renforcement sur la qualité de la plate forme Realisation de colonne Springsoil (Φ400) Colonne excavée CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Le principe RUFEX • L’avantage de RUFEX: Alternative aux procédés classiques: injection, jet-grouting L’outil peut être utilisé Entre traverses Sous caténaire Absence de spoil dans le ballast CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Quelles applications pour le ferroviaire? Plates-formes Ferroviaires dégradées Remblais ferroviaires instables Blocs techniques dégradés CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Modélisation numérique: Optimisation du maillage des colonnes (I&R – PFC) - modèle 2.5D quasi statique - Caractéristiques des colonnes: Ø 400 - Modèle de 70 traverses Impact de l’espacement entre colonnes CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Impact de la profondeur de la colonne JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Modélisation numérique: Optimisation du maillage des colonnes (I&R – PFC) - modèle 3D – Site de Vernouillet (78) - Caractéristiques des colonnes: Ø 400 / profondeur 4.5m - Modèle de 30 traverses Modèle 3D de la voie CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Impact de la colonne centrale JTR2014 Une route sous les rails Adaptation des structures routières au ferroviaire CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 La grave bitume dans le ferroviaire JTR2014 LGV Est Européenne Pk 109 CALON – PSIGT LVE – JTR 2014 – 21/01/2014 CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’intérêt de la structure bitumineuse • Optimisation du projet – Optimisation du poste terrassement • Réduction des épaisseurs des structures – Faciliter la pose de l’équipement ferroviaire • Pose voie, signalisation, caténaires… – Optimisation du cout de maintenance de l’infrastructure ferroviaire • Meilleure stabilité de la voie CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 La zone d’essai La zone de test - Ligne à Grande Vitesse Est Européenne - Une zone de 3 Km (avec déblais, remblais, ouvrages d’art) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Les études préliminaires • Dès 2000, l’étude de faisabilité technico-économique Colas/SNCF IG Structure granulaire structure bitumineuse Ballast 35 cm Ballast 35 cm Graves 20 cm Grave bitume 15 cm Couche de forme 50 cm Couche de forme 35 cm total CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 105 cm Δ = 20 cm 85 cm Exemple de dimensionnement JTR2014 Les paramètres techniques Structure mise en œuvre : - Ballast 35 cm - Couche sous ballast 14 cm - Couche de réglage 20 cm GNT 0/31,5 - Plate forme traitée EV2>80MPa La grave bitume mise en œuvre: - E = 9 000 MPa - e6 = 110 mdef - Indice des vides < 4% CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 GB3+ JTR2014 La mise en œuvre Mise en œuvre de la GB (LGV Est Européenne) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Le retour d’expérience • Mesures de pression – La pression sous structure est 2 fois plus faible avec la structure bitumineuse (conforme au calcul) • Allongement fibre inférieure – Mesuré : ~ 10 mdef – Admissible : 33 mdef • Accélération traverses – Résultats comparables sur les 2 structures CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Le retour d’expérience • Une maintenance optimisée : Ligne 005 000 Pk 110: Zone de grave Bitume Pk 112: Zone de grave non traitée CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Vers une nouvelle voie… • L’utilisation de la grave bitume en réhabilitation Lingolsheim (138 000 – V3 bis) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Vers une nouvelle voie… • L’exemple Lingolsheim d’un point de vue maintenance GB Lingolsheim (138 000 – V3 bis – 24/07/2013) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Vers une nouvelle voie… • Déploiement aux travaux de tunnel – Dégagement de gabarit (GB1) – Limite le terrassement en tunnel Sensibilité des fondations Béton Bitumineux 8cm Ballast 20 cm Grave Bitume 20 cm Couche de Fondation 10 cm couche de forme 35 cm Δ = 37cm Sous couche 20 cm St Esprit : Tunnel & Tête Nord JTR2014 Vers une nouvelle voie… • Des incertitudes à lever: – Assurer la stabilisation transversale et longitudinale des traverses – Prise en compte des fondations de tunnel – Gestion des eaux de nappe – Entretien de la voie: • Attache réglable • Des pistes d’optimisations – Armement spécifique – Création d’un plancher continu… Longrine LAVAL (forum.e-train.fr) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 La plateforme ferroviaire • 1955 : Record du monde de vitesse sur rail – Appelle de nombreuses interrogations : • Fonctionnement de la plate-forme? • Quelle constitution? • Comment l’optimiser Ligne des Landes entre Facture et Morcenx CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 La plateforme ferroviaire • Quelles structures de référence? – Structure de lignes classiques – Structure Nouvelles (LGV) • Les structures classiques: Constituées de sous-couche (SC) et couche de forme (CdF) • Les structures innovantes: – CdF traitée – SC en grave bitume – Voie sur dalle CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’imagerie au service de la voie Investigations géoradar / Panda CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Pourquoi développer le radar/panda? •L’application et le développement des investigations PANDA et Géoradar entrent dans le cadre du projet de recherche TEDIVOIE B (Tenue et Diagnostic de la Voie Ballastée – I&R ). Le développement de techniques d’investigation alternatives visent à: • Pallier le manque de disponibilité du train carotteur • Développer les techniques d’investigation de PF non destructives • Donner des informations géométriques et mécaniques en continu de la PF Amendement de l’IN 4103 CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Train carotteur ETF JTR2014 Complémentarité des outils GÉORADAR PÉNÉTROMÈTRE DYNAMIQUE Mesures en continu Mesures ponctuelles Acquisition sur de grands linéaires Résistance de pointe Méthode permettant un grand rendement Caractérisation des propriétés mécaniques de la plateforme GPR Géoradar : l’utilisation du Panda Lecture optimisation de Optimisation permet une Panda : pour interpréter les mesures géoradar PANDA CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 apport d’informations JTR2014 Le géoradar: fonctionnement CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Le géoradar: fonctionnement Installation antennes (SolSolution) Radargramme: Ligne N CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 Géoradar: • Rendu : CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Description JTR2014 Géoradar: Description Interface ballast sain / ballast pollué Interface ballast / couche intermédiaire Interface couche intermédiaire / sol support Etat de la structure d'assise Pollution du ballast Pollution de la couche intermédiaire Remarques fines humidité épaisseur de ballast sain humidité fines ondulation de l'interface ballast/couche intermédiaire Condition structurale ondulation de l'interface couche intermédiaire/sol support Bon état CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Etat intermédiaire 35 Mauvais état JTR2014 Géoradar: Description •Les rendus Source Ground control CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 PANDA: Description Qui suis-je ??? • Qu’est ce que le PANDA: – Il permet le contrôle de la qualité du compactage du sol (Norme XP P 94-105) – C’est une méthode de reconnaissance au pénétromètre dynamique à énergie variable • Le principe – L’essai consiste à enfoncer, au marteau, dans le sol un train de tige terminé par une pointe (Ø2-4cm) – A chaque battage, le PANDA mesure: • l’énergie variable de frappe apportée au système • la profondeur de la pointe – Ces deux paramètres permettent de calculer la résistance du sol. Source photo: Sol-Solution CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 PANDA: Description • Déroulement d’une campagne: – Objectifs définis dans un Cahier des Charges : • Déterminer la nature et les épaisseurs des structures existantes • Déterminer la nature du sol support • Recueillir les infos nécessaires à une éventuelle remise en état des structures • Description du livrable – Réalisation des essais: • Chaque essai pénétrométrique doit permettre de sonder 20-30cm du sol support (soit Z -1.30m du plan de roulement) • Y est couplé un essai endoscopique permettant de déterminer la nature et les épaisseurs des structures rencontrées CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Modélisation numérique: Optimisation du maillage des colonnes (I&R - PFC) Impact de la colonne centrale CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Modélisation numérique: Optimisation du maillage des colonnes Influence de l’espacement entre colonnes CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Influence du trafic sur la cure de la colonne (V.C. LE – ENPC) Contrainte (kPa) - Objectif : étude du comportement mécanique du matériau soil-mix suite à des chargements cycliques à jeune âge. - Six colonnes H=20cm, D=8cm : C300; Wn=57%, C/E=0,30 - Chargement cyclique (2000 cycles à 5Hz) à 2h, 6h, 12h, 24h et 48h - Essais de compression simple à 7j CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Influence du trafic sur la cure de la colonne C1 témoin C6 cure =12h C2 Cure = 24h C4 Cure= 2h CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Influence du trafic sur la cure de la colonne Essai de compression à 7j (V.C. LE 2013) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Conclusions et perspectives JTR2014 Géosynthétiques: Effet bénéfique dans le gommage des points durs Maillage des colonnes: Apport de la modélisation 3D permet d’optimiser l’espacement entre colonnes Effet du trafic: Les vibrations (circulations de train) ont une influence sur le comportement mécanique des colonnes Perspectives Optimisation (technico-économique) du maillage Estimer l’influence de la chaux sur le comportement des colonnes Industrialisation du procédé RUFEX CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’influence du renforcement sur la voie Influence du trafic sur la cure de la colonne Déplacement des éprouvettes en fonction du temps de cure (V.C. LE 2013) CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 JTR2014 L’instrumentation • Monitoring de la zone d’essai – Températures GB/température ambiante – Contrainte sur le sol support • Structure GB/ Structure classique – Accélération des traverses • Structure GB/ Structure classique – Allongement de la fibre inférieure de la grave bitume Test zone P A P A P A J P A Instrumentation (LN6) Déblai CALON – SNCF Ingénierie – JTR 2014 – 21/02/2014 Remblai Profil rasant
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