PENTE EN

en descend

Nota. Les deux derniers exemples ne se rapportent pas à un doirent être regardés comme des faits exceptionnels.

habituel et

HUITIÈME LEÇON. «9 Dana la détermination de tous les rapports précédais , le coefficient du frottement total des waggons et de la machine a été supposé , il n'a point été reconnu par uue observation particulière aux rails parcourus daus chaque expérience. Or ce frottement varie suivant l'état des rails ; il reste donc de l'incertitude sur l'évaluation du rapport précité.

L'état des rails influe doublement sur le résultat desexpériences , puisque les mêmes causes qui diminuent la retenue des roues des locomotives augmentent le frottement total des waggons. Ainsi nous voyons dans le rapport du second semestre de i853, sur le chemin de Liverpool, que le temps orageux de l'hiver dernier rendait les rails tellement boueux qu'il fallait souvent ajouter une locomotive de reufort, même sur les parties de niveau.

En admettant le rapport de ^ pour la retenue d'une locomotive , et £elui de ~ pour le frottement total, et nommant : i la plus grande pente cherchée d'uu railway ; L , le poids d'une locomotive ; W , celui des waggons , on a l l + w , l + w

Pente maximum pour le» luenraolvre».

d'Où

r " ao« ( L + W )

La quantité d'action utile d'une machine locomotive de dix chevaux a été estimée moyennement par M. Wood, à ao ou aS tonneaux trans-

portés avec 6"», 70 de vitesse.

Voici les résultats des transports et des dépenses des locomotives du chemin de Liverpool pendant les deux dernières années.

Nota. Il y a à peu pris dix machine» de 24 cheraux roulant sur le chemin. La dislance Formule du Cour* de M.cbiuei de M. Navier, p. g- i5i.

6o CHEMINS DE FER.

parcourue ett de 48000*1 Oo a supposé un poids do 80 k. par voyageur. La moyenne est de 8",00 pour les voyageurs et de &",00 pour les marchandises.

Chaque machine de 34 chevaux a donc pu transporter 49 tonneaux avec environ 5 m ,oo de vitesse , ce qui s'éloigne peu des données de M. Wood.

Les rapports publiés par la compagnie , d'où sont extraites les données précédentes , ne distinguent pas les dépenses de locomotion des voyageurs de celles des marchandises. Si les vitesses étaient les mêmes , les dépenses seraient en raison du nombre de trains j mais il y a des frais proportionnels au temps du mouvement comme ceux du coke et des conducteurs , et d'autres en raison inverse , comme les réparations des machines qui se détériorent d'autant plus qu'elles marcheut rapidement. Les dernières colonnes du tableau ont été calculées en partageant les dépenses par moitié.

Si on admet les résultats du second semestre de i833, on voit que le tonneau des marchandises transportéà 4000"" avec 5" de vitesse coûte o',i5 et o',85 pour les voyageurs transportés avec 8» ,00 de vitesse. Sur le chemin de Darlington, il paraît que ce prix ne s'élève qu'à o',to pour les marchandises mues avec 4 à 5" de vitesse ; mais il ne faut pas perdre de vue qu'il s'agit uniquement des frais delà force motrice , et qu'il faudrait les doubler pour les marchandises et les tripler pour les voyageurs , s'il s'agissait du coût total du transport sur le railway de Liverpool.

Ces données comparées, a celles de même nature pour le moteur cheval , établiraient le rapport des dépenses des deux modes de transporté différentes vitesses, s'il n'y manquait quelques élémens essentiels , notamment la détérioration du chemin, dont l'entretien est d'autant plus dispendieux que la vitesse est grande , mais dont la valeur encore peu counue pour chaque degré de vélocité rend la conclusion incertaine.

Cette comparaison nous conduit naturellement à parler des dégradations et de l'entretien des railways.

»ei aihu iu fouiap Dans le roulage des chemins de fer, comme sur nos routes, le moteur m lu r«aw*)i, et les véhicules sout actifs et amènent la destruction; mais les railways, moins passifs que les chaussées, réagissent en résistant : l'action et la réaction méritent d'être examinées.

Action «m «tajpMit. L'action des waggons consiste à heurter les rails aux joints, à les écarter, à les faire plier , et même à les rompre; à ébranler les stones , à les pousser et à les enfoncer.

Ckoc S rlaT Ct "" 1 * Q uanû " on voyage sur un chemin de fer on ressent ou on entend un petit

choc qui a lieu a chaque joint ; bien que deux rails s'affleurent parfaitement, le petit jeu qui est entre eux suffit pour que l'application de la jante de la roue ne se fasse pas avec continuité et qu'il y ait choc dans le passage d'un rail à l'autre.

La percussion est plus marquée s'il y a différence de niveau entre les extrémités des rails. Quand la roue s'élève sur la saillie , le choc est plus fort que lorsqu'elle en descend j c'est un fait que j'ai souvent eu lieu de constater. Dans le premier cas, le choc a lieu avant que le centre de la roue ait passé verticalement sur le joiut, et le rail sur lequel elle va rouler est poussé avant que la roue ait monté dessus. Dans le second cas, la secousse a lieu après que le centre de la roue a passé sur le joint, et le rail qu'elle quitte est faiblement repoussé en arrière au moment où la roue tombe.

Ainsi les rails qui font saillie tendent toujours à avancer dans un même sens, quelle que soit la direction des waggons ; et comme il y a à peu près autant de rails qui font saillie dans un sens que dans l'autre, les effets peuvent se compenser. Mais si la pente est forte, si le commerce descendant est prédominant, les waggons descendans heifrient les rails saillans avec plus de vitesse et plus de masses que les waggons mont ans. Les rails se poussent donc plus d'un côté que d'un autre et ont tous une marche progressive vers l'aval.

Au chemin de Lyon , tous les rails ont avancé de Saint -Etienne vers Mouvement é> touu Rives-de-Gier, et même de P%ives-dc-Gicr vers Givors , en glissant dans les une Ubb " ^ raiU chairs dont ils sont près de sortir sur plusieurs points ; toutefois à la cause précédente, il faut ajouter l'entraînement des rails par les roues, car dans cette partie du chemin, qui n'est qu'une suite de sinuosités, les deux roues jumelles, pour avoir la même vitesse, glissent ou frottent sur les rails et les entraînent plutôt en aval qu'en amont ; le frottement latéral est aussi . plus considérable quand les waggons descendent, à cause de la grande vitesse et de la force centrifuge.

La marche des rails, qui prouve la force avec laquelle sont poussés les chairs et les stoncs, est un mouvement difficile à arrêter j il parait qu'il n'a pas lieu quand les rails sont retenus dans les chairs par des chevilles transversales ou par des coins de fer. On cherche à y remédier au chemin de Lyon, en donnant au patin des chairs de joints une saillie contre laquelle butte l'extrémité des rails échancrée à cet effet, fig. io3. Un rail ne sera donc retenu que par la résistance latérale d'un seul stone contre le terrain. L'expérience apprendra si elle sera suffisante.

Les roues des waggons produisent l'écartement des rails en Rapprochant E«rt«»«i du rùb

6t CHEMINS DE PBR.

plus d'une ligue que de l'autre. Les rebords poussent chaque rail en dehors, ce qui augmente la voie. Cette pression latérale est démontrée par l'usure des roues, qui a lieu principalement dans l'angle de la jante et du rebord.

Plusieurs causes jettent les waggons de côté :

i° La force centrifuge, dans les parties courbes ;

a» Le vent, lorsque sa direction n'est point parallèle aux rails;

3° Le roulis des chariots, lorsque les rails des deux lignes ne sont pas de niveau sous un essieu ;

4° Les roues mal cintrées ;

5° Les changemens de voie ;

6° La traction des waggons les uns par les autres, lorsqu'ils s'arrêtent, se mettent en mouvement ou augmentent brusquement de vitesse ; car le tirage ne se faisant pas toujours dans la direction des centres de gravité, quel que soit le mode d'attache, les waggons pivotent et poussent les rails en dehors des deux côtés.

Enfwicrmcn^ici «tj>- La flexion des rails, et surtout l'enfoncement des stones, sont les dété- .von n.. ». r ; orat j ons ] cs pi us funestes et les plus fréquentes des chemins de fer ; elles sont devenues très fortes depuis qu'on emploie des machines locomotives, et elles ont augmenté dans une progression inattendue, quaud on les a fait marcher avec des vitesses de i4 m à 20 n> ,oo.

Examinons en détail l'effet du roulage sur les rails et les stones.

Soit un railway de niveau, système de Liverpool , rails de 4",55 soutenus et serrés sur chaque stone dans les chairs à o",9i d'intervalle ; supposons que le terrain a une résistance uniforme mais non suffisante ; on doit croire que le stone de joints s'enfoncera plus que les autres, car le point de la ligne des rails où il y a solution de coutinuité est le plus faible. Si ce stone s'enfonce, le rail qui s'appuie sur lui au passage d'un waggon, se courbera et deviendra convexe près du stone adjacent.

D'un autre côte, le sol fléchissant sous les slones du milieu, le rail pliera dans cette partie sous le poids des waggons , et ensuite se rétablira dans son état primitif par l'élasticité propre du fer, et parce qu'il y est rappelé par les chairs qui le retiennent fortement, comme le prouvent les expériences de M. Wood (pag. 10). Le milieu du rail se redressera donc dans les mêmes circonstances où l'extrémité aurait éprouvé une courbure permanente, et même il relèvera le stone abaissé.

Ainsi au passage de chaque waggon, le stone s'enfonce et se relève, le terrain pilonné baisse de plus en plus, ainsi que le stone ; le mal s'aggrave s'il y a de l'eau dans le sol ou à la superficie ; elle s'introduit avec prompt i-

tude dans l'espace vide que le stone laisse sous lui, y séjourne , amollit le terrain, et le stone s'y enfonce encore plus.

Tel est à peu près ce qui se passe, et ce que l'on peut observer, eu examinant attentivement le mouvement des stones et des rails sous les waggons après de grandes pluies.

Ainsi le milieu du rail, qui parait devoir résister plus que les extrémités, peut au contraire s'enfoncer davantage par cela même qu'il se relève plus facilement que les bouts. Un rail qui est dans ce cas devient très concave qiSfquTS'eJr»!^! au moment où un waggon est dans le milieu ; le joint s'ouvre eu haut, les angles se relèvent et peuvent faire une saillie coutre laquelle heurtent les secondes roues du même waggon, ou celles du waggon qui le suit. Cela explique comment il peut y avoir des chocs assez forts lors du mouvement des chariots, bien que le chemin paraisse uni avant leur passage ; surtout lorsque le patin des chairs de joints n'est pas convexe , précaution qui parait bonne pour prévenir l'effet dout nous parlons, et qu'on a prise au chemin de Lecds et Se\by,Jîg. a3.

Remarquons que la courbure permanente que prendrait un rail, par la cause que nous venons d'examiner , ne détruisant pas toute l'élasticité, l'effet du pilonnage aurait toujours lieu; le rail se courberait de plus en plus et la détérioration du chemin augmenterait.

La flexion des rails et l'enfoncement des stoues ou des traverses en bois., F1 jjj£"^ e JJ^ ,,peu " sont des faits d'observation; non seulement les rails fléchissent dans toute leur longueur, mais même entre deux appuis. Sur le pool en maçonnerie de Manchester, f ai vu des rails plier sensiblement sous le poids d'une locomotive qui venait avec son allège se placer à la tête d'un train ; elle ne marchait pas plus vite qu'un homme au pas. A l'instant où une des roues allait passer sur un joint, on voyait le rail qu'elle quittait se relever; dès qu'elle avait dépassé le joint, on voyait baisser le rail sur lequel elle commençait à peser ; le joiut restait constamment à la même hauteur. Ces mouvemens, très sensibles pour certains rails, nuls pour d'autres, et' qui ne se faisaient point remarquer lors du passage de l'allège, étaient faciles à observer en cet endroit du chemin qui est entièrement pavé.

Aux chemins de Darlingt on, de Lyon, de Roanne, j'ai vu les rails plier sous le poids des locomotives et même quelques fois sous celui des allèges et des waggons.

Au chemin d'Epinac les rails plient au passage des waggons.

Cependant les expériences rapportées par M. YVood, et le calcul, n'indiquent , pour les poids dont il s'agit, que des flexions insensibles à l'œil ;

horizon-

Jet mi II

le» r»il«.

tuais l'action d'une masse en mouvement sur les rails ne peut être assimilée à celle d'un poids en repos. Nous Terrons d'ailleurs que la pression et la flexion peuvent être augmentées par la vitesse.

En supposant la résistance du terrain uniforme, on peut admettre que l'excès d'enfoncement des stones du milieu sur celui des joints sera le même dans chaque ligne d'une voie ; en conséquence, si les joints sont visà-vis les uns des autres , comme au chemin de Lyon, les ondulations des deux lignes se correspondront ; et si les joints alternent, les convexités d'une ligne seront vis-à-vis les concavités de l'autre,^. 100. Cette dernière disposition adoptée dans l'origine au chemin deLiverpool, explique peut-être les oscillations horizontales des chars, qui ont lieu si fortement dans certaines parties. L'amplitude est quelquefois de o n ,07 et le nombre de 100 par minute.

On doit donc se représenter une ligne de rails en fer malléable , non comme droite , mais comme ondulée verticalement. Les courbures sont plus ou moins prononcées selon l'enfoncement des stones , la force des rails, la fatigue du chemin et son état d'entretien.

On doit aussi supposer que le centre d'inertie d'un waggon parcourt une ligne ondulée à double courbure.

La flexion des rails et renfoncement des stones augmentent avec la vitesse du transport à cause des ondulations verticales. Considérons un waggon qui descend dans l'angle formé par deux plans inclinés opposés ; au moment où les roues rencontrent le plan sur lequel elles montent, il supporte , outre le poids du waggon , l'action de la composante de la vitesse perpendiculaire à ce plan» action d'autant plus forte que la vitesse est plus grande; quoique la déformation d'un rail qui a fléchi ne présente pas un angle aussi prononcé , il y a action semblable du waggon sur la partie du rail où il va monter ; dans le cas où la courbure est régulière , il y a un surcroît de pression dû à la force centrifuge qui augmente comme le carré de la vitesse. Avec les ondulations et les vitesses qui ont lieu quelquefois , le poids des masses roulantes est presque doublé; ainsi, en supposant que la courbure soit celle d'un arc de cercle de o»,ooa de flèche et o»,90 de corde , dont le rayon est de 5o mètres, l'augmentation de pression due à la force centrifuge , pour une vitesse de ao mètres , serait ~ = /j^* 5 . - = 0,8 1 du poids roulant.

Il peut y avoir des circonstances où la grande vitesse fait tomber les roues sur le milieu de l'intervalle des appuis. Supposons i°, que le premier

stone après celui du joint se soit enfoncé , et que le rail courbé ait baissé à ce point de o m ,oo3 : a* , que l'extrémité du rail précédent dépasse celle du rail courbé de o a ,ooa,./Sg. 101. Si la vitesse est de i3 à 14 mètres, la roue, après avoir quitté le rail élevé , s'avancera sans toucher le rail courbé, jusqu'à ce qu'elle toir.be sur lui à environ o - ,38 du joint , distance de l'intersection de la parabole décrite par la roue, avec la courbure du rail, supposée un arc de cercle.

Une autre disposition qui produit le même effet est celle où le stone de joint est plus élevé que les deux stones adjacens , Jig. 10a : la roue, dans lé cas d'une très grande vitesse, s'élève en quittant le joint , et retombe sur le rail un peu plus loin.

La grande vitesse produit encore un autre effet destructeur sur les che- Effet dotiracicur <u mins en fer malléable. Les rails, les chairs et les stones forment un en- Ujr»n«k>^uw*. semble dont l'élasticité est démontrée par les oscillations verticales qu'on observe au passage des traius. On peut les attribuer en partie à l'élasticité du terrain; mais en somme ces oscillations sont très fortes sur la terre, les remblais et les travcrses.en bois ; elles sont produites par l'action successive des roues sur les rails, qui, après avoir fléchi, reviennent à leur première position. Ou conçoit que, selon le temps que les parties abaissées mettent à se relever, l'arrivée d'une nouvelle masse sur elles peut coïucidcr avec le commencement ou le maximum de la vitesse ascendante. Dans le premier cas , la roue descend dans la concavité du rail qui fléchit davantage , et la courbure augmente à chaque waggon ; dans le second , il y a secousse violente entre le rail et le waggon, qui se pressent en sens contraire.

L'effet est analogue à ce qui a lieu quand on marche sur un madrier posé en travers d'uu large fossé ; si on règle son pas sur les balanccmens du madrier, on éprouve peu de secoures, et le madrier plie de plus en plus ; s'il n'y a poiut accord entre les pas et les oscillations , on ressent une violente réaction.

Ainsi dans le transport sur les railways élastiques , si les roues mettent moins de temps à se succéder que les rails n'en mettent à se relever, les ef- . fets destructeurs dont nous venons de parler auront lieu, et se reproduiront d'autant plus que la vitessse des waggons seia grande. Au chemin de Liverpool toutes les roues d'un train sont à peu près à i»,8o d'intervalle, et la vitesse étant quelquefois de ao-.oo, on voit qu'alors elles se succèdent à chaque onzième de seconde.

La réparation la plus fréquente des railways est l'exhaussement des stones enfoncés ; lorsqu'elle ne s'applique qu'à quelques stones , on peut

Gù CHEMINS DE FER.

l'exécuter sans interrompre le mouvement du chemin. L'opération consiste à déchausser le stone et à le soulever doucement avec un grand levier destiné à cet usage % fig. 89 bis. Pendant qu'il est ainsi soutenu d'on côté , un homme, au moyen d'une pioche qui a un bout plat coupé carrément yfiç. 89 fer, pousse la terre sons le stone, et l'y comprime fortement. Celte manœuvre, exécutée sur deux ou quatre faces, relève le stone très peu à chaque fois, et sans qu'il sorte des alignemens où il doit rester.

Lorsqu'on doit relever les stones sur de longues parties d'un chemin , ou parce que le sol a permis l'enfoncement, ou parce que la masse générale du terrain a tassé , il faut prévoir l'urgence de la réparation , et préparer un chemin latéral pour suppléer au premier pendant la réfection.

Les accidens qui arrivent aux stones , outre l'enfoncement , sont les ruptures parla gelée ou parla dilatation des chevilles de bois, quand la pierre n'a pas assez de consistance. La plupart des stones du chemin de Liverpool, en grès rouge, ont éclaté. On a dû les remplacer par des stones d'un calcaire très dur du Cumberland.

Lorsque des rails sont hors de la voie on défectueux on même brisés , on peut facilement les redresser ou les remplacer en enlevant les coins.

Les accideus qui arrivent aux chairs dépendent de leur forme et de la nature des coi us. Au railway de Liverpool on voit une très grande quantité de chairs cassés : la rupture a eu lieu à la /oue, et a été produite par les coins de fèr chasses avec trop de force et quelquefois par le choc des rebords des roues. Au chemin de Lyon, où il y a des secousses assez fortes, les forces vives sont en partie usées par l'élasticité des coins de bois, et on ne voit presque point de chairs cassés aux joues , quoiqu'ils soient beaucoup plus faibles qu'à Liverpool. Ou avait d'abord employé les coins, en fer; mais on y a renoué, parce qu'ils avaient fait casser beaucoup de chairs à la pose des rails. Lorsque les coins sont très aigus , ils entrent avec une grande facilité , et uu coup de marteau appliqué un peu trop fort fait partir la joue.

Les chairs rompent aussi dans le patin, quand ils portent à faux sur le stoue : cela arrive ordinairement aux chemins de Roanne , de Lyon et de Saint-Élicnne, où les stones sont en granit excessivement dur et difficile à bien dresser. A Roanne on a posé quelques chairs sur une pJauchetie de

F«<Mll« III. lit.

L'écoulement de l'eau est un point essentiel de la conservation des chemins de fer. En général, ils n'ont que de trCs faibles pentes en longueur , et ce u'est pas dans ce sens qu'on peut espérer de se débarrasser des eaux

pluviales , excepté sur les plans inclinés. Il faut donc rejeter les eaux latéralement ; et comme les rails forment un obstacle non interrompu qui retient l'eau dans le milieu de la voie , il faut nécessairement pratiquer de petits cauiveaux sous les rails entre les stones.

Lorsqu'il n'y a qu'une voie , on f<iit les caniveaux sous une ligne de rails, du côté de la pente générale du terrain ; quand il y a deux voies, on est obligé , à cause de l'entrevoie , de pratiquer les caniveaux au moins sons trois lignes de rail.

Lorsque le terrain est de nature à absorber ou à laisser infiltrer l'eau de la pluie très promptement , les caniveaux deviennent inutiles ; c'est ce qu'on peut remarquer auxrailways d'Angleterre sur remblai de schiste, de scorie ou même de bouille , et au chemin sur gravier entre Lyon et Givors. Mais si le sol est gras et s'il y a des flaques après la pluie , il faut dres. ser le terrain en pente à partir de chaque stone >Jig. 14 , pour en éloigner l'eau : à la rencontre des deux pentes on fait un caniveau qui a une légère inclinaison transversale à l'axe du railway et porte l'eau à l'extérieur.

Plus les cauiveaux sont profonds, plus ils sont favorables à l'écoulement, mais aussi plus ils affaiblissent la résistance latérale du terrain contre les stones qui onl.bcsoin de cet appui. On a remédié heureusement à cet inconvénient au chemin de Roanne , en remplissant les caniveaux de cailloux arrondis, ils soutiennent les terres tout en laissant filtrer l'eau facile- . meut, /ig. a4-

Il en est de l'entretien des railways comme de celui des routes ; on ne Entrelien conserve la viabilité, ou n'arrête à temps le progrès des dégradations qu'au . moyen de réparations continuelles. Elles ne peuvent être exécutées par des ouvriers isolés , il faut des ateliers de deux ou trois hommes réunis. C'est ainsi qu'ils sont disposés sur les chemins de Darlington et dcLiverpool : sur ce dernier, il y a à peu près deux ouvriers par 1 aoo",oo de voie simple ; il y a en outre des hommes à poste fixe chargés de tenir libre le pssage des rebords des roues et de nettoyer le dessus des rails.

Il est encore bien difficile d'assigner la dépense d'entretien des chemins Dépense d'euuetim. de fer , bien qu'ils aient entre eux plus de similitude que les routes ordinaires ; on voit qu'à même fatigue, il y a des différences dans les dimensions des rails et des stones, dans le système d'attache des chairs et enfin dans la résistance du sol. Voici quelques aperçus qui serviront de points de comparaison,

Entretien des railwajrs.

Dratine* mi»

chandnet.

Darlioglon, par lie lupcrirurc

idem p«fti*in("

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