PREMIÈRE LEÇON
après on donna plus de largeur dans le dessus, afin d'offrir plus de surface au contact de la roue; cette largeur allait en diminuant par le bas et finissait par un renflement pour fortifier l'arête inférieure, fig. 20: enfin la sec- forme det )v c tion présenta la forme d'un T, et c'est le type général des rails'qu'on fait tÂat f *\. aujourd'hui ; à savoir , une partie plate horizontale sur laquelle porte la roue et une partie verticale en dessous pour fortifier la première.
Dans le sens de la longueur, on fit les rails courbes en dessous, fig. 8, pour ménager la matière et offrir une égale résistance en quelque point que fût la charge qu'ils avaient h supporter; ainsi ils avaient plus d'épaisseur au milieu qu'aux extrémités.
On a dit qua cette courbe devait être celle d'un solide d'égale résistance , «!'«!«»•*. c'est-à-dire une ellipse ; cela ne serait vrai qu'autant que les rails seraient posés librement sur les appuis; mais comme ils sont quelquefois liés entre eux, et toujours fortement reteuus dans les chairs , la question est un peu différente.
Le mode de fixer les extrémités du rail est un point très important. F,»«iioo de, t *tri-
On a d'abord terminé les rails par des espèces d'oreilles qui s'appliquaient m>ti * du rail sur les stoncs où on les fixait par des clous , fig. 7 ; dans ce système les rails étaient juxta-poscs bout à bout. La charge portait en définitive sur les quatre extrémités des oreilles; pour peu que les surfaces supérieures de trois stones contigus ne fussent pas dans le même plan , les oreilles portaient à faux, et la rigidité de la fonte ne permettant pas au système de fléchir , les oreilles qui recevaient immédiatement l'action des waggons devaient rompre souvent.
L'idée vint d'interposer un troisième corps entre le rail et le stone afin chair ou «>u»»iiirt.
d'atténuer une partie du choc , et ou fit reposer les rails sur les atones par
l'intermédiaire d'une pièce de fonte séparée nommée chair, chaise, coussinet.
Ces chairs étaient fixés aux stoncs par deux chevillettes ; l'extrémité de chaque rail posant sur le chair était de plus traversée par un clou horizontal passant dans les deux joues du chair t fig. 8.
On remarqua que les stones qui s'enfoncent plus ou moins sous le poids des chariots , s'inclinaient en avant et en arrière pendant le passage des waggons qui les pressaient , fig. 9, qu'alors l'extrémité d'un rail était relevée, tandis que celle du rail contigu était abaissée , d'où résultaient une saillie brusque à la surface supérieure du railway et un choc nuisible aux rails , aux roues des waggons et à la force motrice.
Pour diminuer cet inconvénient on fit joindre les rails à mi-fer en les Jonc*» <h. t *iu >
taillant en sifflet et les croisant d'environ o",o6 , fig. i3. Le chair n'était plus traversé que par un seul clou horizontal qui passait dans le joint des deux rails ; de plus, en abattant les angles de la partie horizontale sur Convnt^dfi chairs. laquelle s'appuient les rails, et en lui donnant une forme convexe fig. 1 1 et a3, le chair ne présentait qu'un point d'appui verticalement au-dessous du milieu du joint. Par celte disposition chaque rail portait sur cette sommité , et le stone pouvait s'incliner en avant ou en arrière sans que le point d'appui changeât bien sensiblement , ou au moins les deux rails descendaient ensemble.
On a varié cette disposition, mais en se rattachant à l'idée principale de faire appuyer les extrémités contiguës de deux rails sur un seul point, fig. ta et 10. .
Chain an-c coii». On a aussi cherché à lier les rails aux chairs par un autre moyen que les clous qui les traversent , lesquels se pliant aisément ne fixaient pas assez solidement les rails , et offraient des difficultés pour être retirés lors des réparations. On a ménagé dans l'une des joues du chair un renfoncement rond ou carré dans lequel on fait entrer latéralement une partie en relief du rail ; celui-ci est ainsi retenu au chair qui , lui-même fixé au stone , s'oppose au mouvement de bas en haut du rail.
Pour appuyer le rail contre le chair qu'il ne touche que par une seule joue , on chasse entre l'autre joue et le rail un coin en bots ou en fer ; on l'introduit horizontalement et parallèlement à la longueur du rail dans une petite échancrure faite à la joue du chair pour donner entrée.
Cette manière de fixer les rails au chair rend très facile l'enlèvement des rails dans les réparations.
Plusieurs assemblages de chairs et de rails ont été conçus dans ce système,^, ai , aa, a3, 14, 16, »4 et s^bis.
On peut proposer beaucoup de formes pour les chairs et les joints des rails , et nous examinerons les principales conditions à remplir pour obtenir la stabilité du système lorsque nous aurons parlé de la substitution du fer malléable à la fonte dans les rails et de leur forme actuelle.
Systèmes drrerf de rail» cl chairs.
Iiiconvémrns àtt
La dureté du roulage sur les railways en foule et la fréquente rupture *jui*e» r«r des rails firent songer à employer le fer laminé. Les premiers essais furent infructueux; mais en 1810 on proposa la forme de rails enfer malléable, qui est presque celle encore en usage aujourd'hui.
La fonte comparée au fer dans les rails a plusieurs inconvéniens.
i° Les rails rompent fréquemment et subitement ;
a» On ne peut leur donner pour longueur que la distance entre deux supports, parce que la fonte étant peu flexible, Userait impossible de faire porter un rail sur plus de deux stones à la fois : or, n'ayant qu'une petite longueur le choc résnltant de la jonction de deux rails est plus répété.
3° Les mils en fonte offrant une dureté assez grande à leur surface , mais sur une petite épaisseur , lorsque celle-ci est usée la partie qu'elle recouvrait résiste très inégalement et devient bientôt raboteuse.
Quant à la force relative des rails en fonte ou en fer, si nous supposons Rcsûtanee relative
, . . 1*1 j • desrailicn foatc et en
qn il s agit d une résistance statique et que les rails sont de section rec- fer. tangulaire d'une hauteur c et d'une épaisseur b, la charge que peut porter dans le milieu un rail d'une longueur L entre les chairs sur lesquels il serait posé librement , sera
R étant une fraction du poids de rupture pour l'unité de surface déterminée scion le degré de solidité qu'on croit suffisant. Si nous la déterminons ici d'après cette considération que la charge soit plus petite que celle qni commencerait à donner une flexion permanente et que nous la supposions de 7 k., 5o par millimètre carré pour la fonte, et de 6 k., 00 pour le fer, l'avantage sera du côté de la fonte.
Mais les rails ne sont pas seulement soumis à la simple pression des vé- te» rail» ne «ont p»
, . . ., . . ,,. 1 • j . J eoarai» a une simple
meules en repos, us reçoivent aussi 1 impulsion de ces masses animées de p^ion. divers raouveraens. D'un autre côté, les rails sont en partie encastrés dans les chairs. Ces circonstances empêchent de faire l'application de la formule précitée , et il convient de consulter l'expérience acquise sur les railways en activité pour connaître la force des rails. Or il résulte de ce qui a lieu jusqu'à présent :
des leçons de méawiqt* <k M Xavier, pag. 7e, 73.
chlmîZ déferra* i** '° 9 U '^ darlington ( et quelques autres raihvays) des rails en fonte des vit.. w ' n ■ ^, - dimensions suivantes , fig. i3,
Largeur en dessus o m., o55 \
Longueur entre les appuis. .1, i5o I pesant 22 k. le mètre cou- Hauteur moyenne o, 120 ( rant.
Epaisseur réduite o, 036 j
résistent au roulage de waggons pesant 4 to. et de locomotives de 8 to.
ayant 4 », 4 de vitesse.
a° Qu'à Li ver pool des rails en fer des dimensions suivantes : fig. 16
et 14.
Largeur en dessus.... o, m. o55.j
Longueur entre les appuis o, 910.I pesanl I? k lc mèlre courant f
Hauteur réduite o, o83 . 1
Épaisseur réduite. . . .0, o3oJ
Sont trop faibles pour le roulage de ce chemin où passent des waggons de 5 to. et des locomotives de 11 à 12 to. ayant 8 «, 8 de vitesse, mais qu'on peut présumer qu'ils seraient suffisans pour lc roulage du railway de Darlington ; et cette opinion est d'autant plus fondée que Ce même chemin de Darlington est presque entièrement formé de rails en fer des dimensions suivantes :
Largeur en dessus. . . . o m , o55
Longueur entre les appuis, o, 910
Hauteur réduite o, 072
Epaisseur réduite . . . . o, o35
Lesquels sont à la vérité reconnus trop faibles , mais cependant supportent le roulage actuel.
Les rails en fer de Liverpool pesant 17 k. seraient donc à peu près de même force que ceux en fonte de Darlington pesant 22 k.,ce qui donnerait l'avantage au fer.
Si , d'après les grands résultats d'expérience précédents, nous voulons déterminer approximativement les dimensions à donner à d'autres rails de formes à peu près semblables , soumis à des roulages peu différens , nous poserons la relation
P étant le plus grand poids en mouvement sur le milieu des appuis, b et c l'épaisseur et la hauteur moyenne d'un rail ,
pesant 14 k. le mètre courant ,
DEUXIÈME LEÇON. g L La distance des appuis ,
El fi un coefficient de résistance dont nous déduirons la valeur des V ai*ur du . circonstances particulières au chemin de Darlington, c'est-à-dire en sup- d<?n»»unce imposant que sur ce chemin la plus grande charge P=5,ooo k., et en mettant à la place de b t cet L les dimensions des rails en fonte de Darlington d'une part, et celles des rails en fer de Liverpool de l'autre.
Les deux valeurs de R qu'on trouvera, l'une de 1 4*»4 pour la fonte et l'autre deao k. pour le fer, étant substituées dans la formule, serviront à déterminer , pour chacun de ces métaux , les dimensions b , c et L des nouveaux rails.
La supposition de 3,ooo k. pour la plus grande charge des rails relative au roulage du chemin de Darlington où les locomotives pèsent environ 8 to. peut s'expliquer ainsi qu'il suit:
La distance des appuis des rails étant plus petite que celle des essieux J$£^£Ë!^ des roues , il semble qu'un rail ne peut jamais avoir à supporter plus du quart du poids d'une locomotive ou a,ooo k. ; mais M. Wood fait observer avec raison que par suite de l'enfoncement desstones, les deux ligues de rails d'une même voie pouvant être inclinées en sens contraire cessent d'être comprises dans le plan tangent aux quatre roues; qu'en conséquence il est possible qu'il n'y ait que trois roues qui portent ou même deux diagonalement : d'où il suit que le milieu d'un appui peut avoir à supporter instantanément la moitié du poids d'unwaggon ou d'une locomotive, c'està-dire 4<ooo k. sur le chemin de Darlington ; mais comme cet effet est très atténué à l'égard des machines par les ressorts qui les soutiennent , nous avons réduit à 3,ooo k. le maximum de la charge instantanée des rails. Nous verrons d'ailleurs plus tard que la vitesse peut augmenter la pression des masses qui pèsent sur les rails.
Si on veut appliquer la formule au chemin de Liverpool en supposant que les appuis conservent la distance o, m 9io, que la hauteur des nouveaux rails doit éireo n ,ioo et que la plus grande charge produite par les locomotives du poids de ta to. est de 5,ooo k. on aura pour déterminer, l'épaisseur réduite b:
ixao x . (,eo)ï = 5.000*- d'où b = 34 — •
Le poids de ces rails serait de i»6 k. par mètre , ce qni se rapproche du poids des rails projetés pour les chemins de Londres à Birmingham et à Bristol.
En fer.
On a fait des expériences directes sur la résistance statique des rails ; voici un extrait de celles de M. Wood :
Des rails en fonte, fig. 20 et i5 , pesant environ aak. par mètre, ont été posés et revenus comme à l'ordinaire dans des chairs fixés à des pièces de bois éloignées de i-,i5.
Résultat dune douzaine d expériences .
Poids de rupture placés au milieu, j
Maximum.
Minimum.
Moyenne. .
La seconde colonne se rapporte à la rupture de rails obtenus en mélangeant le métal des premiers rails avec de la vieille fonte.
Un rail en fer malléable de 4-, 55 de longueur , ayant partout la même section transversale, fig. 18, supporté par six chairs formant cinq divisions de o-.gi chacune, a été fixé solidement: i° à chaque chair ; a° aux deux chairs du milieu seulement. Dans les deux cas on l'a chargé et déchargé successivement de poids progressifs - x les flexions qui en résultaient , étaient non permanentes ou en partie permanentes. La flèche de courbure a été mesurée au-dessous des extrémités delà division du milieu sur laquelle les poids étaient appliqués. Le rail pesait 19 k. par mètre.
Les prix de la fonte et du fer malléable étant à peu près en raison inverse des quantités de matières contenues dans un mètre courant de rails en foute oucu for , il y a presque égalité de dépense sous ce rapport j mais
DEUXIÈME LEÇON. -u
comme il faut un quart de chairs et de stones de plus pour let rails en fer, l'établissement de ces derniers peut coûter davantage.
Les rail* en fonte ont donc encore quelques partisans pour le transport ^^é"/^^ des marchandises , mais on leur a généralement substitué les rails en fer malléable , qui se détériorent moins promptement et qui sont exempts de rupture subite, inconvénient grave, surtout pour le transport des voyageurs.
Quant a la durée , eu égard au frottement , il a été reconnu au chemin de Darlington qu'un roulage de 86,000 to. de marchandises dans un sens et de 5a, 000 to. de waggons et locomotives dans les deux sens pendant un an, avait fait perdre le même poids de o h -aa6 à un rail en fonte de i",aa de longueur et à un rail en fer malléable de 4",56 , de sorte que la fonte s'userait quatre fois plus promptement que le fer.
Cette observation, quoique délicate, est concluaute en faveur du fer; il faudrait supposer l'erreur bien forte pour qu'il y eût parité entre les deux
Si on admet que le frottement a lieu sur une largeur de o»,o4 , et qu'un rail dont l'épaisseur a diminué de o m ,oo6 est hors de service , on trouvera que les rails en fer pourront durer 38 ans tandis que les rails en fonte ne dureront que 9 ans. Cependant MM. Coste et Perdonnet ont vu des rails en fonte servant depuis ao ans , mais ils étaient à moitié rongés.
Il est d'ailleurs à remarquer que des rails en fer gissant sur le terrain se couvrent promptement de rouille , taudis que ceux des railways fréquentés ont un brillant métallique à la surface touchée par les roues, et ne sont presque pas oxidés dans les autres parties ; cette différence tient peut être a l'état magnétique dû au frottement contiuuel des roues.
Avant de poser les rails on les éprouve. Les rails du chemin de Liverpool ont supporté cinq tonneaux dans le milieu des appuis , et ceux du chemin de Roanne a ,000 k. tombant de o™, 70 de hauteur et portant sur une longueur de rail de o - ,ao ; il en a été de même au chemin de Lyon. Ces épreuves donnent souvent aux rails des courbures permanentes assex fortes (o»,o4 à o n ,o6 de flèche); on les redresse difficilement sans les passer au feu , opération qui la plupart du temps rend l'épreuve illusoire : on ne peut donc éprouver que quelques rails , et seulement comme garantie de la qualité du fer employé à en faire un certain nombre.
Deux formes principales ont été adoptées pour les rails en fer malléa- R * il 'JSdjJ«! C ' ** ble. Les uns sont parallèles, c'est-à-dire de même section transversale sur toute la longueur; les autres sont ondulés , c'est-à-dire plus épais vertica-
Forme dite d'égale
Inroim'oioi!.
Altéotio» du fer.
Sujétion d*n»Upow.
Mimilwc d'appuis limité.
Ecoulement entrave 1 .
E»pi-riencc* lur
1 a CHEMINS DE FER.
lement au milieu des appuis que sur les chairs j ils sont rectilignes en dessus et courbes en dessous.
On justifiait celte dernière forme , pour laquelle il a été pris un breret d'invention , eu disant qu'en suivant la courbure d'un solide d'égale résistance ou éparguail de la matière. Mais les rails courbes en dessous, sans jouir des avantages qu'on leur attribuait , ont de grands inconvéniens.
i° 11 est difficile de les façonner au laminoir , et d'obtenir la courbure inférieure, sans altérer plus ou moins la contexture des fibres métalliques.
2° Les chairs ne pouvant se placer que sous la partie la plus mince , il faut uue bien plus grande précision dans la pose des slones et des chairs , sujétion déjà assez grande.
3° Si un rail faiblit , on ne peut le soutenir aux points intermédiaires : il en est de même si le terrain exige plus de points d'appui.
4° Enfin l'écoulement transversal des eaux pluviales , qu'il est si important d'entretenir sur les chemins de fer , est entravé par la surépaisseur des rails, qui sont précisément plus bas dans le point où on peut établir les caniveaux d'écoulement.
Les avantages des rails ondulés sur les rails parallèles ne paraissent point prouvés j les expériences comparatives de M. Wood indiquent trop peu de diflérence dans les résistances, pour faire donner la préférence aux uns ou aux autres. Voici un extrait de ses expériences :
POIDS Jan> le milieu du • AIL.
RÉSISTANCE D'UN RAIL DE a,56 DE LONGUEUR,
nxi souDcmirr ses 6 Cflin», wncis m 0,91.
MKtlLELt »U1>! 19^.— ( rro . |g.)
, MI4WT 19», 3. — (ne. 19.)
Flèche permanente.
Flèche.
ijurative. Le mètre courant de rail parallèle , ayant pour section la secti» muni des rails courbes de Liverpool , pèserait à peu près ao k.j
section maxice lui des
DEUXIÈME LEÇON. i5
rails ondules ue pèse que 17k.; mais comme le prix des premiers est d'environ 26 fr. les 1 00 k., ei celui des seconds de 3i fr. (A), il u'y a point d'économie. D'ailleurs si l'on considère les grands avaulages que présentent les rails parallèles , n'exigeant de précision daus la pose des stones que pour l'alignement, permettant leur rapprochement à volonté selon la fatigue des rails ou la mollesse du sol, et nuisaut moins à l'écoulement, on ne pourra s'empêcher de leur donner la préférence, et c'est ce qu'on fait aujourd'hui.
Dimensions principales de quelques rails.
# Lyon
' Rouan». /fc s* «14 *•»
* E4MMC ,fig- 31
• Deu«iB,yty 11
Dtrlmgtou , Jfg. i5 et 17
Urtrpool 14 «l 16
* S.-Hclco-Raaeora ,JSg- 18 bit
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