Analyse vibratoire numérique et expérimentale d'un système couplé "voie ferrée–sol"

Numerical and experimental vibratory analysis of a coupled device “railway-soil”

¹ Laboratoire 3MSGC, IUT Département Génie Civil, Bd. J. Derche, 19300 Égletons, France
² GeM UMR CNRS 6183, École Centrale de Nantes, 1 rue de la Noë, 44321 Nantes Cedex 3, France

Auteur de correspondance : benoit.picoux@tulle.unilim.fr

Reçu : 16 Novembre 2004
Accepté : 21 Mars 2006

Résumé

Les conséquences de la circulation ferroviaire, en termes de nuisances environnementales (vibrations, bruits, pollutions diverses, ...) sont d'autant plus importantes que les vitesses des trains sont élevées. En ce qui concerne les vibrations, l'effet de cette vitesse est directement lié à son positionnement relatif vis-à-vis de celle des ondes se propageant dans le sol (en particulier, celle des ondes superficielles de Rayleigh). Pour des sols assez mous (argile, tourbe, ...), une vitesse d'onde de Rayleigh bien inférieure à 100 m.s^-1 est tout-à-fait possible, et dans ce cas, l'atteinte d'un régime super-Rayleigh est bien envisageable pour des trains circulant à grande vitesse. Cette situation se traduit par des déplacements importants au niveau du rail (supérieurs éventuellement à 12 mm), ne jouant pas sur le confort des passagers mais préoccupant pour la durée de vie de la structure. Cet article présente la mise en œuvre numérique d'un modèle semi-analytique de propagation d'ondes soumis à un ensemble de charges mobiles. Des séries d'essais ont pu également être opérées sur deux sites spécifiques (sol tourbeux) avec des paramètres variables (type et composition des trains, vitesse du train, poids du convoi). La comparaison qui a pu être réalisée entre les déplacements et les vitesses obtenus, d'une part, grâce aux simulations numériques et, d'autre part, par les mesures expérimentales, doit être considérée comme relativement satisfaisante compte tenu des différentes incertitudes présentes dans les deux démarches. Cet accord est suffisamment significatif pour estimer que le modèle qui est proposé permet d'obtenir des informations crédibles sur le comportement de la voie et du sol environnant.

Abstract

Results of railway traffic, concerning with the environmental disturbances (vibrations, noises, various pollutions, ...) are all the more important as the train velocities are higher. For vibrations, the effect of this velocity is directly linked to its relative value against that of waves propagating in the soil (particularly for Rayleigh surface waves). For soft soils (clay, peat, ...), a Rayleigh wave velocity very lower than 100 m.s^-1 is quite possible, and in this case, the reach of a super-Rayleigh regime can be envisaged for trains moving at high velocity. This situation includes important displacements in the rail (sometimes higher than 12 mm), not acting on the passengers comfort but troubling for the life duration of structure. This paper describes the numerical approach with a semi-analytical model for the waves propagation in the case of moving loadings. Also, sets of tests were able to be performed on two specific sites (peaty soil) with variable parameters (type and composition of trains, train velocity, traffic weight). The comparison achieved between displacements and velocities, obtained on the one hand through the numerical simulations and on the other hand by means of test measurements, must pass for a relatively satisfactory result, taking into account the numerous uncertainties in the two approaches. This agreement is enough correct to consider that the proposed model allows to obtain accurate informations for the railway behaviour and that of the surrounding soil.