RAILS A PATIN

Hauteur en millimètres

Larg'eur du champig'non en millimètres

Epaisseur de l'itme en millimètres

Largeur du patin en millimètres.

l'oids en kilùg-rammes

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Longueur des rails. — T^es joints sonlla partie f.âible des rails, par suite de la difticult»'. quel que soit le système d'éclisses eniplov»''. d'obtenir la même ré?:islance au j(jint que dans le reste du rail i. Il y a donc intérêt à en réduire le nombre. I)un. autre côté, rallongement du rail oblige à augmenter la largeur du joint, en vue de la dilatation, et, le poids des barres augmentant, rcutretien devient plus difiicile j^our les agents de la voie.

Néanmoins la tendance actuelle est d'augmenter la longueur des barres.

Voici les modèles divers et les longueurs de rails employés en France par les six grandes Compagnies et le réseau de l'État en 1906.'-..

Compagyile du Nord. — Le l'ail primitif en fer avait une longueur de 6 mètres, type Vignole. Le rail dacier qui la remplacé i)èse maintenant 45 kilogrammes par mètre courant. Le tyjie normal aujourd'hui adopté K une longueur de 12 mèti'es. La Compagnie se propose d'augmenter cette loiigueur;elleafaitquelques essaisde railsde ISmètreset même de 24 mètres, ces derniers étant réservés aux ouvrages métalliijues et à certains appareils: mais une solution définitive n'est pas encore intervenue : l'impression des ingénieurs est favorable à la. longueur de 18 mètres, mais hostile à celle de 24 mètres.

Coiiipaynie de l'Est. — Le rail court a une longueur de 6 mètres, type Vignole. La Compagnie emploie des rails de 12 et de 18 mètres, eV plus de 500 kilomètres de voie sont posés avec ces types ; elle

I Voir, dans la Berne (/énéi-dlc des Cliemins de fer, les articles de M. Couard sur les Conditions de stabilité des voies e» acier, 1887-1889.

'i Voir Revue générale des Chemins de fer, numéro de septembre 1906.

ILVrÉRIEL DE LA VOIE 47

emploie quelques rails de 24 mètres, mais seulement sur les ouvrages métalliques ou dans des souterrains à température constante. Des précautions spéciales sont prises pour relever la température du métal lui-même au moment de la pose et régler avec un soin minutieux la largeur du joint. Les ingénieurs delà Compagnie ne pensent pas qu'il y ait lieu d'envisager une longueur supérieure à 18 mètres en voie courante.

Compaf/nie de Lyon. — La longueur normale des rails était autrefois de 6 mètres ; on est passé successiveiuent â 8 mètres en 1877, 10 mètres en 1883, 12 mètres en 1885, IS mètres en 1897 ; les longueurs cui])loyées actuellement sont 4e 12 mètres et ISnuHres. 11 existe environ 500 kilomètres de voie }>osée en barres de 18 mètres.

On a essayé également dès 1897 des barres de 24 mètres (et 23"',8.b), mais i)0ur ces longueurs, 1(> dressage à l'usine présente des difticultés sérieuses, la manutention des barres pesant 1.150 kilogranunes est diflicile au moment de la i)ose, entin les joints en hiver ont une imi)orlance exagérée. Aussi n"emploie-t-on ])lus les barres de 24 mètres que dans des cas exceptionnels, par exemple pour supprimer des joints sur des tabliei'S métalliques ou dans des passages à niveau.

Compar/nie dn Midi. — Le rail court a une longueur de 5'",50, type double champignon. Le poids est de 38 kilogrammes par mètre courant. A partir de 1880, la longueur a été portée à 11 mètres. En 1903, la Compagnie a t'ait un essai de rails de 22 mètres sur 17 kilomètres de longueur. Cet essai est considéré comme satifaisant, et la longueur de 22 mètres est aujourd'hui admise comme noi'male ; mais, par suite de contrats antérieurs avec les l'ournisseurs, ce n'est qu'à partir de 1907 que les livraisons commenceront.

Compagnie d'Orléans. — Le rail court a une longueur de 5"', 50 type double champignon. Le i>oids par mètre courant est de &e,'ji)() sur les artères principales et de 38 kilos sur les autres lignes. Depuis une vingtaine d'années la longueur de la ])arre a été portée à 11 mètres en service courant. Depuis plusieurs années, un nouveau pas a été franchi, et la Compagnie ne conunande plus que des rails de 16'",50. Au 1«'' janvier lOOO, 90U kilomètres de voies étaient armés en l'ails de 11')"'. 50. Elle ne se propose pas d'essayer la longueur de 22 mètres.

Compagnie de V Ouest. — Le rail court a une longueur de G mètres, type dcjuble cham|iignou. Il pèse 4fj''8,25 par mètre courant pour les artèiH3s principales et 38''^, 75 pour les autres. Après avoir porté la longueur à 12 mètres, la Couipaguie a ado|)té définitivement celle de i^ mètres. -•»•! w. !i .

Quelques essais ont été tentés avec le rail de 22 mètres. L'impression n'a pas été favorable et les ingénieurs ne songent pa« à l'adopter.

Réseau d'KtaL — Le rail court a une longueur de ô™, 50 type double champignon. Le poids i)ar mètre courant est de 40 kilos ; depuis longtemps la longueur de 11 mètres a été adoptée comme normttle, et la

majeure partie du réseau est armée de ce modèle. On se préocupe de lalldnper. A la tin de 1906, '2fX) kilomètres de voie seront armés en rails de l(>'",;«0. En outre DOJ rails de 22 mètres ont été commandés pour être placés sur les ponts métalliques, mais il n"est pas question de les essayer en voie courante.

Fabrication des mils. — Les rails en acier se fabriquent soit par le procédé basique Ressemer, soil par le procédé basique Martin. On peut obtonir avec ces deu.\ procédés des rails de même qualité: mais le four Martin, e.xigeant une opération de plus longue durée «dix heures environ I, permet de suivre la fabrication et de modifier, suivant les besoins, la composition des lingots, afin d'obtenir un rail homogène.

].n tendance actuelle est demployer. pour la fabrication, des rails en acier dur.

On semble atimettre que. pour le métal à rail, les teneurs en carbone et manganèse les plus convenables sont :

Girbone 0,'» à 0,-5 0/0

.Manganèse 0,8 à 1 ,0 —

Sur le Continent, on fixe généralement un minimum de carbone m».:î ou O.i 0/0) et un maximum de phosjihore ^0. ! O/Oi. L"Et<it hongrois fixe un maximum de manganèse égal à 0,6 0/0, i>our lacier Thomas. En Angleterre, les i)Ourcentages-limiles sont sensiblement :

Carbone 0,3â à 0.50

Silicium 0.06 à 0, 15

Soufre O.nr. à 0,08

Phosphore 0.0(i à 0.08

Manganèse 0,80 à 1,00

On a«Jmet également les conditions de résistance suivantes :

Limite élastique 35 à 40 kilogrammes par millimètre carré

Charge de rupture 70 à 7.) — —

AlloDgement 0/0 12 à 15 0;0

Quelque* Compagnies anglaises ont fixé la charge de rupture à 78 kilogrammes.

Ojmme la dureté d'un acier ne déjiend jias seulement de sa comj)0sition chimique, mnis aussi de son état moléculaire, qui varie avec la pression a laquelle le métal jjf^ut se trouver soumis et avec la trempe due aux changements de température, il en résulte que la forme du rail Vignoie. facilitant la trempe des bords du ]»atin. produii au laminage, dans les différentes jiarties de la section, des Ifnsions moléculaires irrégulières. De là l'utilité demployer à la fabrication de ce rail un acier moins dur que jiour les rails «loublf chamjiignon et tW chauffer à une i»lus hautt' température les lingots.

l^a iialuie du métal pour rails a fait l'objet de i)lusieurs études spéciales et très documentées i qui ont été présentées au Congrès des Chemins de fer en l'iOO, lequel a adopté, à ce sujet, les conclusions suivantes :

« Il ne semble pas possible de préciser actuellement la nature du métal qu'il conviendrait de recommander i)Our la confection des niils. 11 y a lieu de continuer les études déjà faites dans ce but en précisant ce que Ton entend par acier dur ou doux et en adoptant des unités expérimentales uniformes. »

Usure des rails. — Lusure maximum des rails a lieu dans les tunnels, par suite de l'oxydation, sur les fortes jientes, aux entrées des gares, par suite de l'usage des freins, et sur la tile extérieure des courbes de très faible rayon "-i.

Sauf ces cas exceptionnels, la diminution de liauteur du chami)ignon d'un rail d'acier, après le passage d'un grand nombre de trains, jiarait proportionnelle, daiirès AI. Couard : 1» au tonnage moyen des trains ; 2" à leur vitesse moyenne ; 3" à la flexion des rails entre leurs points d'ai»i)ui : 4" à un coefficient variable suivant la provenance ; 5" aux déclivités: elle est plus forte sur les pentes que sur les rampes.

M. Couard représente cette loi par la formule suivante :

^ " TV ^ L^ ^ i + rtD-i ^ *^ ' N = nombre de trains qui répond à une diminution de 1 millimètre de hauteur

du champignon T = tonnage moyen d'un train en tonnes : V = vitesse moyenne, en kilomètres à l'iieure ; I r= moment d'inertie de la section, en centimètres ; L = espacement des traverses, en mètres ; D =^ déclivité, en millimètres par mètre ;

= coefficient égal à 0,023 pour les pentes et 0,012 pour les rampes ; (.; = coefficient de fabrication variable avec la provenance ; cette valeur est de 1,4 pour les rails d'acier P.-L.-M.

Cette formule donne l'usure régulière en voie courante, sans tenir compte des rails remplacés pour cause d'avaries, telles que cassures ou fissures longitudinales. Elle conduit, pour un rail en acier de composition normale, à une usure de i millimètre pour 150 ou 200.000 trains (soit 35.000.000 tonnes, en supposant un poids moyen de train de 200 tonnes), ce qui, i»our une ligne à grande circulation ayant une capacité de 10.000 trains i)ar an, conduirait à une durée

1 Voir notamment les Rapports de M.M. Bricka et Poulet et celui de M. l'.-H. Dudlcy {('otnittc rendu f/rnéral die Congrès, \" volume), -i Voir Rerue f/énérale des Chemins de fer, mars 1884, p. 105.

de rails dacier d'environ cent trente ans, en supposant une usure uiaxiniuni de lô iiiilliniètres ; mais, en tenant compte des rails avariés, celte durée se réduit à environ soixante-quinze ans, vSoit une circulation totale de 750.000 trains.

Des relevés très exacts ont dénii»ntr«^' que la durée des rails en fer correspondait à 80 ou iKj.OOO trains : les rails en acier ont donc une durée 8 à ^ fois plus grande que les rails en fer.

Dans une communication faite au Congrès de 1900, les chemins de fer do lOuest, de Itlst de France, et deux lignes autrichiennes, ont signalé que les rails s'usent de 1 millimètre par lUO.OÛO trains lorsque les freins n'agissent pas ; le Nord admet le chiffre de i°"»,8H, et ajoute que, là où les freins agissent sur tous les trains, lusure est 5 fois plus forte.

On cite un rail qui, ayant supporté ie passage de 450.000 trains dans une tjare où tons les trains sarrèteiit snus lactiou des freins continus, a subi sans détérioration une diminution d'épaisseur de 27 millimètres au chami)i*^non i.

ïSous les tunnels et sur les pentes voisines des gares, l'usure est, généralement, 10 fois {)lus grande qu'^^i pleine voie, et l'expérience semble indiquer que, dans ce dernier cas. les rails en acier moins dur se détéiioreraient moins rapidement. Au bord de la mer, comme dans les tunnels, on constate une usure rapide, due à l'influence des agents chimiques; l'Usure n'affecte pas seulement le champignon, mais toute la section du rail.

Epreuves des rails. — Les épreuves pour la l'éception des rails en acier varient suivant les Compagnies. Mais, cependant, elles peuvent se résumer :

1» En épreuve statique à la déformation. — Le raiî est disposé sur deux couteaux espacés de 1"',1<), et une charge de 16.000 kilogrammes, reposant au milieu, ne doit produire aucune flèche permanente au bout de cinq minutes.

2" Épreuve statique ù la rxipiure. — Avec le même espacement, une charge de 35 tonnes est placée pendant cin»! minutes au milieu du raiK qui ne doit pas garder de flèche permanente supérieure à 'l nùllimètres. On augmente ensuite cette charge jusqu'à la- rupture, qui ne doit pas se produire sous un poids inférieur à 50.000 kilogrammes.

3» Épreuve nu choc. — Cette épreuve consiste à prendre un morceau du rail de 2"',80 de longueur, à le placer sur deux ajjpuis espacés de 1"',10 et à lui faire subir le choc d'un mouton de 300 kilogrammes t<imbant de 1°',75 de hauteur (soit 525 kilogrammètres) sans qu'il se rompe, puis à le rompre sous le choc du même mouton tombant de 5 mètres (soit 875 kilogrammètres).

1 Bricka, C'ouyrès de lUOÔ.

MAÏKRIEL DE LA VOIE ^)i

Les deux appuis eu foute reposeut sur uue euchnae, également en fonte, de 10 tonnes, reposant elle-même sur une forte assise en maçonnerie.

Au P.-L.-M., les rails doivent donner 70 kilogrannaes de résistance à la rupture avec 12 0/0 d'allongement.

A ces essais ])rincipaux s'ajoutent d'autres épreuves complémentaires, et, parmi celles-ci, celles relatives aux essais à la traction jus- ([u'à la rupture, où l'on constate les allongements, les charges et la striction.

Choix du type de rail. — Le rail à double champignon à coussinets est-il préférable au rail à patin ou rail Vignole? Cette question, posée depuis vingt ans, est encore bien loin d'être résolue et, malgré une longue expérience, chaque système a ses partisans.

L'Angleterre, avec ses trains à très grande vitesse, n'emploie que le rail à coussinets.

Kn France, la proportion esta peu lués également repartie.

Kn AlbMuagne. en Autriche-Hongrie, en Russie, en Italie, en Espagne, nu n'emploie que le j-ail Yignole.

Il en est de même en Américjue.

En fait, la voie Vignolf résiste aussi bien que la voie à double champignon aux etforts verticaux : mais elle est inférieure à celle-ci au i)oint de vue des efforts latéraux, à moins d'employer, comme à la Compagnie de P.-L.-M., de fortes éclisses-cornières reliées aux traverses par des tire-fond ([ni font alors de la voie Vignole presque une voie à coussinets.

L'éclissage, le point faible de tous les systèmes de voies, peut être le même dans les denx types, mais la voie Vignole est plus économique, comme dépenses de premier établissement, que la voie à coussinets ; la différence peut atteindre ;i.900 francs par kilomètre.

La vérité est que c'est une (luestion d'espèce, et nous terminerons en citant, à ce sujet, les conclusions de la première section du Gongiès international des chemins de fer tenu à Paris en 1889.

Voici ces conclusions :

« L'Assemblée estime que les voies à coussinets et les voies Viginde fortement constituées olTrent toute garantie au point de vue de la sécurité de l'exjjloitation. Toutefois, la voie lourde à coussinets, à large bas?, semble devoir être plus spécialement la voie des lignes parcourues l).'rr des trains nombreux et lourds circulant à de très grandes vitesses.

" Elle serait avantageuse encnre pour les lignes à sinuosités très accentuées.

'< La voie Vignole, qui, débarrassée des compléments indispensables pour les lignes à grande vitesse, est plus économique de premier établis=;ement que 1 voie à coussinets, peut être i^réfiMée i)oui' les lignes à tralic moins luurd et surtout à trains moins rapides. »

o2 iVrUDES ET CONSTRUCTION

Cou$;<>iiiets et éclisses. — Les rails à double chnmpifjno» rpposont sur les traverses par lintermédiaire de pièces de fonte appelées coussinets, qui épousent la forme du champignon et sont calées, en général, du coté extérieur à la voie, à laide de coins en bois ou en métal ; ces derniers sont formés d'une lame repliée formant ressort. Les coussinets sont fixés sur les traverses à laide de deux ou trois tirefonds.

En Angleterre, on emploie souvent quatre attaches.

Le poids des coussinets va sans cesse en augmentant. Le dernier tvpe d'Orléans pèse \^^^,'r>. En Angleterre, au L. et N. W.. le poids du coussinet est de '20''p,95; au Midland, de 22^?,100. et au L. et Y., de 25''?,37. On augmente aussi la surface d'appui sur la traverse, de manière à ne pas dépasser une pression de 20 kilogrammes par centimètre carré.

Pour la voie à coussinets, comme pour la voie Vignole, le joint se fait généralement en porte-à-faux ; on a fait aussi quelques essais de juints chevauchés. Au dernier Congrès des Chemins de fer, il a été conclu, à ce sujet, que, tout en continuant les recherches en vue de lierfectionner le joint en porte-à-faux, il est utile que les Administrations de chemins de fer entreprennent ou poursuivent des essais avec tout autre système de joint, et, notamment, avec le joint appuyé ; il est utile aussi que des expériences soient entreprises en vue de réduire le nombre des joints, et cela, notamment, par le soudage des rails.

Les rails sont réunis au moyen de deux armatures en acier, appelées éclisses, interposées, de chaque côté du rail, entre les deux chauipignons, ou entre le champignon et le patin du rail lorsqu'il s'agit de la voie Vignole.

Chaque paire dédisses est réunie au moyen de quatre boulons, et, dans le premier cas, la longueur de léclisse est fixée par la longueur qui sépare aux joints les faces des deux coussinets : cette longueur est généralement de 0°',45.

Dans le but d'augmenter la résistance de l'éclisse et, i)ar conséquent, d'améliorer le joint, la partie faible de la voie, on donne à cette éclisse la forme d'une cornière, ou plutôt on prolonge la partie inférieure de celle-ci au-dessous du rail, en lui donnant une forme embrassant le champignon inférieur ; le moment d'inertie est ainsi augmenté.

La paire dédisses pèse : à l'Orléans, 19 kilogrammes ; à l'Ouest 10 kilogrammes ; à l'Etat. 19''e,50 ; au Midland, iS^^lô; et au L. et Y.,

La voie Vignole, par suite de la sujjpression du coussinet, permet d'allonger les éclisses : aussi, au P.-L.-M., celles-ci, en forme de cornière, ont 0'",80 de longueur et sont réunies au moyen de six boulons : elles s'appuient ainsi sur les deux traverses contigués auxquelles elles sont fixées au moyen de huit tire-fond par traverse de joint. Le poids de la paire dédisses est de 40 kilogrammes.

Au Ndid ot à l'Est, l't'clisse, tout en conservant sa forme cornière, nesl pas reliée par sa base aux traverses de joint. Au Nord, la lonj^ueur de Téclisse est de 0"',r)ô : il y a quatre boulons, et le poids de la paire déclisses est de 2;)''S'',ô6. Ce ])oids est, i)our l'Est, (le 18 kilopantnies.

Au P.-L.-M., les éclisses doivent donner au moins ôO kilogrammes de résistanie à la rupture avec 18 0/0 d'allongement.

Traverses. — Les traverses, destinées à supi»orter les rails, sont généralement en chêne, en hêtre ou en pin. On emploie aussi des traverses métalliques et. depuis quelques années, des traverses en ciment armé (voir ci-après).

I^e chêne dépotu-vu d'aubier semi)Ioie sans préparation aucune : les traverses en hêtre ou en bois tendre subissent une i)réparation au moyen d'une injection de matière antiseptique, qui est généralement, en France et en Angleterre, la créosote. Cette i)réparation se fait en vase clos par vide et i)ression. Ailleurs, on se sert encore, sur certaines lignes, du chlorure de zinc : l'Etat français fait également usage de cet antiseptique, soit seul, soit mélangé avec la créosote.

La quantité de créosote injectée par traverse adoptée par les diverses Comjiagnies est :

Chêne. . .

Hêtre . . .

5 à 7 kilogrammes.

13 kilogr. Nord.

. 15 à 16 — Ouest.

Hêtre

Pin

kilogr. Kst.

— Midi.

mais ces chiffres ne sont qu'approximatifs et varient avec l'état du bois à injecter.

On peut estimer aux prix suivants, d'après M. Euverte ', les frais d'injectinii dos traverses :

Créosote

CHÊ.NE

HKTUK

16 kilogr.

ET fIN

24 kilogr.

Autres frais .

Transports . .