ComiMiraison enire le rail Tlnf noie et ler»ll

m double champignon. — La question du choix à faire entre le rail Vignole et le rail à double champignon fait depuis plus de trente ans Fobjet de controverses souvent passionnées entre les Ingénieurs de chemins de fer. Le Vignole a paru un moment, quelques années après son introduction en Europe, devoir l'emporter d'une manière définitive : dans son Traité des chemins de fer qui fait encore autorité sur beaucoup de questions. Couche, en 1867, annonçait comme prochain son triomphe définitif.

Le rail à double champignon n'en est pas moins encore aujourd'hui exclusivement employé sur toutes les voies d'Angleterre et d'Ecosse, et sur quatre des sept grands réseaux français ; et au dernier congrès des

chemins de fer de 1889, on a pu constater, même chez les Ingénieurs des pays étrangers, un mouvement d'opinion prononcé en faveur de ce type pour les lignes parcourues par des trains à grande vitesse. Toutefois, le rail Vignole est le seul qui existe dans toute l'Europe centrale, en Russie, en Italie, en Espagne et en Amérique.

On ne peut sérieusement, dans ces conditions, soutenir qu'un de ces deux types est mauvais, dangereux même, comme on l'a dit souvent tantôt à propos de l'un tantôt à propos de Pautre ; la diversité des opinions montre que chacun d'eux a ses avantages dont l'importance varie selon les conditions dans lesquelles ils sont employés. Nous nous efforcerons, malgré notre préférence personnelle pour le rail à double champignon, de les faire ressortir aussi nettement que possible.

Au point de vue de Péconomie, il n'y a pas de contestation possible : le Vignole qu^on peut appeler pur, c'est-à-dire sans les selles qu'on lui ajoute généralement aujourd'hui et qui font en partie l'effet d'un coussinet, est bien plus économique, puisqu'il supprime purement et simplement ce dernier.

L'emploi des selles diminue la différence, mais sans la supprimer.

Voilà pour la question d'économie : examinons la question de résistance. Au point de vue de la rigidité propre du rail, qui dépend seulement du moment d'inertie et de la répartition de la matière, il n'y a aucune différence entre les deux types dans le sens vertical. Mais dans le sens transversal, l'avantage est en faveur du rail Vignole. Au point de vue de la rigidité de la voie, l'encastrement produit par le coussinet est théoriquement avantageux au moins dans le sens

transversal. Si on suppose des traverses absolument

Fig. 148.

rigides et un encastrement parfait aux points abc d... a' b' c' d'..., l'ensemble de la voie résistera aux efforts transversaux comme une poutre de hauteur a a' , tandis que, s'il y a articulation avec les traverses aux mêmes points, les deux files de rails ne résisteront plus qu'isolément par leur moment d'inertie propre. Mais l'encastrement produit par le coussinet est très imparfait et il est compensé par l'augmentation du moment d'inertie transversal qui résulte de la forme du rail Vignole : d'expériences faites aux réseaux de l'Est et de l'État il résulte qu'à poids égal le désavantage est en somme du côté du rail à double champignon.

Examinons maintenant la question du mode d'attache et reportons-nous, à cet égard, à ce que nous avons dit précédemment des efforts qui agissent sur la voie ; les uns sont parallèles à la base du patin, de la selle ou du coussinet et tendent à faire glisser le rail sur son appui ; les autres sont normaux et tendent à écraser la traverse. Le glissement ne peut se produire que si le rapport des premiers efforts aux seconds est supérieur au coeflficient de frottement ; mais, comme nous Tavons vu, ce fait arrive constamment, toutes les fois qu'il se produit un effort horizontal notable au moment où, par suite d'irrégularités de la voie, de l'inertie des pièces du mouvement, etc.. une roue se trouve déchargée en partie. C'est alors que les attaches entrent en

jeu. Dans le type Vignole pur, il n'y a qu'un seul crampon ou tirefond pour résister. Si la traverse porte un épaulement, c'est lui qui supporte l'eflfort. Mais s'il y a une selle, les deux ou trois crampons ou tirefonds qu'elle rend solidaires contribuent à la résistance et, surtout avec la selle munie d'un rebord, les attaches sont exactement dans les mêmes conditions que celles d'un coussinet.

L'effort qui tend à écraser la traverse est l'effort R, normal à la base d'appui. La répartition de cet effort sur la surface de contact AB dépend du point d'application P de la résultante des efforts horizontaux et verticaux et par conséquent de la valeur relative de ces - -.- efforts. La pression s'exerce sur une largeur triple de la distance PB de ce point d'application à l'arête la plus voisine, et l'effort maximum qui se produit sur cette arête est égal au double de l'effort moyen, soit 3^. Cet effort est d'autant plus faible que la base AB est plus grande. Les coussinets sont donc très avantageux à cet égard, parce qu'on peut leur donner une grande largeur et qu'on y est d'ailleurs obligé à cause des nervures qui maintiennent les joues.

Il n'en est pas de même avec le type Vignole pur. La largeur du patin varie, en général, pour la voie normale, entre 9^"" et 13'""5. Si on admet que le rail porte sur la traverse sur une longueur de 15^"" , un effort vertical de 18"^ réparti uniformément donnera par centimètre carré une pression de 90 kilogs à 130 kilogs ;

mais cette pression augmente rapidement s'il survient un eflfort horizontal. Le rapport de la demi largeur du patin à la hauteur du rail est compris entre 2/3 et 1/2; il suffit que le rapport entre l'effort vertical et l'effort horizontal atteigne cette valeur pour que la pression sur l'arête devienne infinie. Il est vrai que, du côté opposé, la tête du tirefond exerce un effort tendant à maintenir le rail et à empêcher son déversement ; mais il faut de bien grandes précautions pour que le tirefond ne se desserre pas à la longue et, dans tous les cas,s'il atténue le mal, il ne le fait pas disparaître.

La résistance des traverses à la compression ne dépasse pas, d'après des expériences faites par M. Jules Michel, 240 kilogs par c. q. pour le chêne, 200 kilogs pour le pin, 120 kilogs pour le mélèze et 80 kilogs pour le sapin ; elle diminue à mesure que les traverses vieillissent. On voit par ces chiffres que, même avec des essieux chargés seulement de 12 à 14 tonnes, l'écrasement du bois des traverses en chêne et à plus forte raison des traverses en bois plus tendre est inévitable dès qu'il se produit des efforts transversaux de quelque importance.

Il y a une autre cause d'inégalité de répartition des pressions dans le Vignole ; c'est la flexion du rail qui en se courbant sous le poids d'une charge appliquée en-

Fig. 150.

tre les traverses, exerce sur le bord de ces dernières un effort beaucoup plus considérable qu'en leur milieu et augmente encore la pression maximum.

Avec le coussinet, la largeur de la base sur laquelle se répartit la pression peut être élargie à volonté. Pour

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que la pression au droit de l'arête soit assez forte pour entraîner l'écrasement du bois, il faudrait que le rap- I port de la composante horizontale à la composante ver-

[ ticale et la grandeur absolue de cette dernière attei-

I gnissent en même temps des proportions inadmissibles ;

^ et en effet tandis que, avec la voie Vignole, le bois est

fréquemment écrasé, ce qui exige des resabotages, c'est- I à-dire l'enlèvement de la partie endommagée, il ne se

L produit pas d'écrasement sous un coussinet de bonnes

I dimensions.

I Le coussinet permet aussi l'emploi des traverses en

I bois tendres tels que mélèze ou le sapin qui ne résiste

^ pas à la pression exercée par le patin du rail Vignole,

l . à moins que la ligne ne soit parcourue que par des

I trains peu rapides. Cette question a bien son impor-

I tance, car dans beaucoup de régions la différence de

[ prix entre les bois tendres et les bois durs est considé-

[ rable : en Angleterre notamment on se sert à peu près

exclusivement de sapin de Norwège.

La selle produit évidemment, au point de vue de ' la répartition des pressions, les mêmes effets que le

coussinet ; mais c'est à la condition qu'elle soit assez épaisse pour ne pas céder sous l'effet de la pression exercée au droit de l'arête du patin ; en cas contraire, elle finit par se plier et même par se fendre.

Enfin, pour compléter la comparaison, il faut faire entrer en ligne de compte le coin ; celui-ci est une sujétion pour Tentretien lorsqu'il est en bois, parce qu'il se desserre souvent et qu'il faut l'enfoncer à nouveau ; il occasionne une dépense notable lorsqu'il est en acier ; néanmoins, il n'est jamais en réalité, comme le disent les partisans de la voie Vignole, un danger dans le cas où il se desserre. Mais, à côté de ces

inconvénients, il a un très grand avantage : il constitue un tampon qui absorbe une certaine quantité de force vive ; or, les efforts transversaux qui agissent sur la voie sont les seuls qui soient dangereux, soit par leur action directe, soit par le déplacement de la résultante auquel ils donnent lieu, et ces efforts, lorsqu'ils atteignent une valeur élevée, sont presque toujours instantanés ; ce sont des chocs latéraux, qui ne sont susceptibles de produire qu'un faible déplace-

Fig. 151.

ment : si l'obstacle cède même très peu, la force s'atténue et arrive à s'annuler ; en outre, dès que le coin s'aplatit sous la pression qu'il supporte, la résistance du rail à la flexion transversale entre en jeu et une partie de l'effort se reporte sur les deux appuis voisins.

Enfin il nous reste à parler de quelques points accessoires. Le rail à double champignon est plus facile à laminer que le rail Vignole et, fabriqué avec la même qualité d'acier dur, il a moins de chances de se rompre, parce que le patin du rail Vignole, très mince, fatigue au laminage et subit un commencement de trempe au refroidissement. Avecles coussinets, les traverses durent plus longtemps ; d'une part, elles ne sont pas affaiblies par des resabotages fréquents, et, d'autre part, on peut les laisser dans la voie jusqu'à ce qu'elles soient entièrement hors de service, parce qu'on n'est jamais inquiet sur la solidité des attaches. Les partisans du rail Vignole font valoir les inconvénients des ruptures de coussinets en cas de déraillement : un essieu d'avant

d'une machine, déraillé, peut briser à son passage plusieurs milliers de coussinets. Cela est bien peu de chose ; le fait est extrêmement rare et, lorsqu'il se produit, il n'arrête pas la circulation : en ralentissant la vitesse, on passe sans danger sur les coussinets cassés jusqu'à ce qu'on ait eu le temps de les remplacer.

De la comparaison qui précède, on peut tirer cette conclusion qui nous paraît être la vraie. La supériorité de la voie à coussinets sur la voie Vignole, dépend de Pintensité des efforts horizontaux auxquels la voie est exposée. Or, sauf dans les courbes de très petits rayons, les efforts horizontaux, au moins ceux qui sont dangereux, sont presque exclusivement des forces d'inertie, ils croissent en raison de la vitesse des trains et de la masse des machines. C'est donc avec la vitesse et la masse des trains que la supériorité de la voie à coussinets se révèle ; en même temps, la différence de prix entre les deux types devient négligeable parce que l'importance du trafic permet alors de moins se préoccuper de la question d'économie. Si les Anglais ont pu toujours tenir la tête du progrès en ce qui concerne la vitesse, cela tient certainement en partie à ce qu'ils ont "toujours eu des voies sur lesquelles ils pouvaient absolument compter au point de vue de la résistance aux efforts horizontaux.

Est-ce à dire que le rail Vignole soit inadmissible avec les grandes vitesses ? L'exemple des réseaux du Nord, de l'Est et du Paris-Lyon-Méditerranée est là pour prouver le contraire. D'abord on peut, même avec des rails à patin étroit, augmenter la résistance de la voie Vignole en multipliant les traverses ; en outre, les efiorts horizontaux dépendent non seulement

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de la vitesse, mais de la masse des machines, de leurs dispositions, etc.

Dans une étude sur les types de rails employés en France*, M. Mussy a remarqué que, à égalité de trafic, les compagnies de chemins de fer ont adopté pour les grandes lignes un rail plus lourd de un vingtième environ avec le type Vignole qu'avec le type à double champignon ; c'est une expression de la confiance relative qu'inspirent les deux types à ceux qui les emploient. *

On a proposé de proscrire l'emploi du rail Vignole pour les lignes à courbes de très petits rayons. Gela est trop absolu ; on ne peut pas changer le type de matériel selon le plan de la ligne ; et on peut parfaitement renforcer les rails Vignole dans les courbes en les faisant reposer sur des selles avec trois tirefonds, ou même, comme l'a fait la Compagnie de l'Ouest, sur des coussinets. Ce ne serait pas une complication notable que de poser la voie Vignole sur coussinets seulement dans les courbes de petits rayons, en faisant reposer les rails directement sur les traverses dans les alignements droits et les courbes de grands rayons.