NATURE ET FORME DES RAILS

Généralités.

ornières Les ornières entièrement plates ( plate-rails), plates. c > es t à (}i re sans aucun rebord , existent dans un

petit nombre de localités où toutes espèces de voi tures doivent passer et se croiser. Ainsi , on en

(i) Rail est un mot par lequel on désigne en anglais les pièces en bois ou barres de métal , qui , placées à la suite les unes des autres sur des lignes parallèles, forment les ornières du chemin. Cette expression étant passée dans notre kngue, nous remploierons comme synonyme avec celle d'ornière.

A ORNIÈRES. l3

voit enÉcosse dans les rues deGlascow, en Italie à Milan , etc. Elles paraissent susceptibles d'être employées , surtout aux montées, où elles peuvent servir aux chariots ascendans, tandis que ceux qui descendent suivent le chemin ordinaire.

Les ornières plates à rebord sont assez corn- Ornières piamunes dans l'intérieur des mines, et même on tes a rebonL en voit encore un assez grand nombre à l'exté • rieur, dans leur voisinage , et auprès des usines. En Allemagne , elles sont presque exclusivement en usage.

Les ornières creuses ont été partout abandonnées.

Les ornières saillantes ( edge-rails) enfin sont Ornières préférées sur toutes les routes de quelque étendue, et l'on sent que la facilité avec laquelle elles sont entretenues dans l'état de propreté leur assure la supériorité sur toute espèce d'ornières plates ou creuses. Il paraît aussi, d'après les expériences de M. Wood, que le frottement sur les routes à ornières plates est plus grand que sur les routes à ornières saillantes , dans le rapport de 73 à 63.

Les ornières en bois ont été presque généra* ornières en lement abandonnées ; on en établit cependant bois assez communément dans l'intérieur des mines de houille de Silésie sur des plans inclinés, où le transport de ce combustible n'a lieu qu'à la descente ; elles peuvent aussi servir avec avantage

l4 SUR LES CHEMINS

à l'exploitation des forêts et remplacer les canaux de flottage.

Un cheval ne traîne en plaine, sur une route en bois , qu'un peu plus du double de ce qu'il transporte sur une route ordinaire , et environ le quart de ce qu'il peut traîner sur une route en fonte ou en fer.

Comparaison Si la fonte l'a aisément emporté sur le bois entre le« rails p Qur j a fabrication des rails, ce n'est pas sans

en fonte et 1

les rails en peine qu'elle a cédé au fer malléable; encore eslfer malléable. e jj e défendue par quelques ingénieurs. Le fer malléable se montre cependant aujourd'hui sur toutes les nouvelles routes de la Grande-Bretagne, et parmi celles établies dans ces dernières années , nous n'eu avons vu qu'une seule de quelque étendue, construite en fonte ; elfe existe, pour le service de plusieurs houillères, dans le voisinage de Newcastle-sur-Tyne, et a été posée sous la direction de M. l'ingénieur Thomson. Les nouvelles routes de Saint-Etienne à Lyon et d'Andrezieux à Roane seront également en fer malléable , à ornières saillantes ; celle de Saint- Étienneà Andrezieux est en fonte.

Tjes chemins en fer malléable coûtent moins que ceux en fonte, car si le quintal de fer est plus cher que celui de fonte , comme la ténacité de ce métal permet d'en fabriquer les rails plus légers que ceux en fonte , il arrive que, tout compen-

A ORNIÈRKS. l5

se, une certaine étendue de route en rails de fer malléable revient a un prix moins élevé qu'une ligne de même longueur en rails de fonte : cela est vrai pour la France comme pour l'Angleterre.

Le fer malléable a ce grand avantage sur la fonte, qu'il ne se casse ni ne se ronge comme elle. Nous avons vu des chemins de fonte aux environs de Newcastle - sur -Tyne , après vingt ans de service, à moitié rongés et couverts d'inégalités qui en augmentaient considérablement le frottement : celui de Saint-Étienne à la Loire, quoique en activité seulement depuis peu de temps, et bien que l'on en rechange chaque année un certain nombre de rails devenus incapables de servir, a beaucoup souffert dans les parties courbes.

Les rails en fonte, se composant d'une croûte extérieure durcie par le refroidissement rapide qu'ils ont éprouvé lorsqu'on les a coulés, et d'une partie intérieure plus tendre , dès que la croûte extérieure est usée ou brisée, la partie intérieure se détruit rapidement.

Les rails en fer forgé étant susceptibles d'être fabriqués plus longs que ceux en fonte, cela diminue, sur les chemins en fer, le nombre des joints, et par conséquent les causes de cahots.

On avait reproché au fer malléable de s'oxider plus aisément que la fonte, de se laminer et de

l6 SUR LES CHEMINS

plier. On a reconnu que si , conformément aux théories chimiques, le fer s'oxidait plus aisément que la fonte lorsque les rails étaient jetés en tas sur les bords de la route, ou lorsque, étant en place, on les employait rarement, il n'en était plus de même lorsqu'ils servaient sur un chemin très fréquenté, soit que l'oxidation fût prévenue par le frottement des chariots ou l'ébranlement auquel ils donnaient lieu , soit par toute autre raison. Nous avons vu quelques rails en fer malléable qui avaient souffert par çxfoliation. On nous a assuré cependant , dans divers endroits, que les rails de bonne qualité ne paraissaient pas , après plusieurs années d'usage, éprouver les effets de cette cause de destruction.

Portés sur des supports également éloignés, les rails en fer malléable plient sous une plus faible charge que les rails en fonte; mais, en rapprochant les points d'appui convenablement, on pare à cet inconvénient. D'après les expériences de M. Wood, les rails en fonte de bonne qualité, fixés à des coussinets distans de 4 pieds, ne supportent pas un poids dépassant six tonnes sans se briser ; ceux en fer malléable, lorsque les coussinets sont à 3 pieds l'un de l'autre, perdent leur élasticité sous une pression qui est aussi de près de six tonnes.

A ORNir.RFS. 17

Nous n avons pas vu eu Angleterre d'ornières ornières en en bois et fer ; elles ne peuvent être avantageuses bois et fcr que dans les pays où le bois est très bon marché et le fer très cher : aussi est-ce la réunion de ces deux dernières conditions qui les a lait adopter pour une route de la longueur de 38 f milles anglais (62 kilom. ) , entre la Moldau et le Danube, construite dernièrement par M. A. de Gerstner, et pour de nouvelles voies de communication que Ton se propose d'établir sur une très grande étendue de pays dans les États-Unis d'Amérique. Nous pensons que ce genre de chemins est surtout à conseiller lorsqu'au bas prix du bois et au prix élevé du 1er se joint la circonstance d'un transport peu considérable. On en a construit un, à très peu de frais, sur une longueur de 5oo mètres, auprès de Saint-Ktienne , pour le service d'une houillère; il aboutit à la route en fonte de Saint- Etienne à Andiezieux.

Rails en fer malléable.

Les rails généralement adoptés en Angleterre Formc ct tî . pour les chemins en fer malléable ( Glasgow, Li- menions des verpool, Dudley, Darlingtou) ont la forme indiquée par lesfîg. 1, 2 et 3, Pl. I. tés en Angle-

terre

On voit que le rail s'élargit dans sa partie supérieure ; c'est sur la surface al), bien unie , que

l8 SUR LES CIIKMINS

frottent les roues des chariots. Si cette surface était trop étroite , le rail formerait, ainsi qu'on la éprouvé , des enfoncemens ou cannelures dans les jantes de roues des chariots. A la partie inférieure du rail est un bourrelet cd, qui s'étend dans toute sa longueur, diminuant ou augmentant de hauteur avec lui ; ce bourrelet sert à fixer l'ornière au sol par l'intermédiaire d'autres pièces dites chairs, comme nous l'expliquerons plus loin, et lui communique une plus grande force de résistance. La hauteur du rail est la moindre aux points s et s', par lesquels la bande de fer repose sur des appuis; elle croît entre deux, proportionnellement à l'effort qu'exercerait un poids appliqué successivement à chacun des points intermédiaires : d'où il suit que la courbe soros' est une ellipse (i).

Mode de fa- Nous avons vu fabriquer cette espèce de rails bricution de cnez MM. LoshWîIson et Bell, près de Newcastle.

On reçoit le fer du Staffordshire ou du pays de Galles en barres plates d'environ 1 5 pieds de longueur et de 4 à 5 pouces de largeur et i pouce d'épaisseur ; on le coupe en morceaux, de 20 pouces de longueur. On réunit quatre de ces mor-

(1) Voyez le résumé des leçons données à l'Ecole royale des ponts et chaussées, par M. Navier, première partie, page 274.

A ORNIÈRES. If)

ceaux, ou les réchauffe dans un four à réverbère, puis on passe les paquets, d'abord sous un dé-

grossisseur à grandes cannelures ovales, puis sous un système de cylindres , qui les convertit en une barre carrée d'environ 20 lignes de côté et 7 à 8 pieds de longueur; celle-ci, enfin, est immédiatement étirée sous des laminoirs, qui lui donnent la forme des rails.

Le fer reçoit d'abord dans des cannelures A et B la forme d'un rail, qui aurait même hauteur dans toute sa longueur.

La surface de la cannelure, qui forme le plan supérieur ab,fig. 1,2 et 5 , Pl. I du rail , est verticale et perpendiculaire aux axes des laminoirs; les parties de la cannelure qui forment les surfaces latérales sont conséquemment parallèlesàcesaxc s et horizontales: c'est pourquoi nous dirons que le rail, lorsqu'il passe dans les cannelures A et lï, est couché sur le côté. Après l'avoir étiré dans la cannelure A, on le retourne pour le passer dans la cannelure li, en sorte que sa face latérale, qui avait été précédemment en contact avec le cylindre supérieur, soit cette fois-ci en contact avec le cylindre inférieur et réciproquement. Posant ensuite le rail verticalement , c'est à dire dans la même position où il se trouve lorsqu'il est établi sur le chemin , on le passe par une troisième cannelure C. Cette cannelure est de forme parti-

20 SUR LFS CFIFHINS

culière, la fig. 4 en donne une section par un plan vertical mené suivant les axes des laminoirs. Les surfaces, dont ab et a'b' représentent des coupes, sont cylindriques, comme ordinairement; mais l'une d'elles, la surface ab y est concentrique avec le cylindre-laminoir auquel elle appartient, el l'autre, excentrique avec le cylindre inférieur. Il suit de là que lorsque les laminoirs marchent, la dislance dd' entre les surfaces ab et. « 'Avarie constamment, et leurs dimensions, ainsi que la position de Taxe du laminoir inférieur, sont combinées de telle manière que chaque tour donne à une partie de l'arête inférieure du rail la forme courbe qu'il faut produire : ainsi, le rail ayant i5 pieds de longueur et la distance entre les minimums de hauteur étant 5 pieds, les laminoirs feront cinq tours , tandis que La barre entière passera une seule fois. Vis à vis de la cannelure C, du coté par lequel sort la barre , est un guide que l'on fait constamment appuyer et frotter contre le cylindre inférieur au moyen d'un contre -poids V % /ïg. 5. Le rail est enfin étiré dans deux dernières cannelures D et E, en étant couché sur le coté comme JorsquYm la passé par les cannelures A et P>. Les cannelures D et E ont pour largeur la plus grande hauteur du rail, et elles sont creusées de manière à en former le bourrelet

A OllflilKRES. 21

Cette opération d'étirage en rails ondulés paraît difficile, -et elle nuit souvent à la qualité du fer. On voit cependant qu'il y a, en définitive, économie à ne pas se servir de rails d'égale hauteur, puisqu'alors celle-ci devrait être la même <jue Ja hauteur maxima des rails ondulés, et que, par conséquent, on augmenterait le poids delà matière premièresansnécessité. L'expérience a d'ailleurs prononcé sur cette question ; car parlouUen Angleterre on adopte maintenant la nouvelle espèce de rails, quoique le brevet en augmente le prix.

Sur les nouvelles routes en fer de France, on Bail* enfer ;i cependant choisi les rails d'égale épaisseur. Les éien fig. G et 7 sont des coupes des rails du chemin France, de Saint- Etienne à Lyon, ceux du chemin de MM. Mellet et Henry sont semblables.

Les rails français sont laminés, dans les usines du Creusot et de Terre-Noire, de la même manière que les rails anglais; seulement la forme des rails français rend l'opération plus simple.

Le fer employé pour la fabrication des rails du grand chemin de Liverpool à Manchester, et qii sort en partie de l'usine de Pen-y-Darran, est du fer n°. a. ( Voyez un Mémoire sur la. fabrication du 1er, Annales des Mines, 4 e - livraison de 1829, page 29. )

La longueur îles rails anglais en 1er malléable

est de 1 5 à 18 pieds; il convient de les faire le plus longs possible, afin de diminuer le nombre des joints. On a proposé de les souder ensemble sur place ; nous n'avons vu cependant ce procédé employé nulle part. Les autres dimensions sont données parles/?^. 1, 1 et 5 ; la distance entre les points d'attache est de 3 pieds ; la largeur àeab est de a^à i\ pouc, ou quelquefoisseulement a pouc. roids par Le poids par yard de longueur, pour les routes

yard ou par çn j er ( j e j a secon( | e classe ( Glasgow, Dudley ),

mètre des

différentes est . , 28 livres :

espèces de ce la fait , par mètre i3,78kilog.

rails. 1 "

Pour les routes en fer de première classe ( Li-

verpool) . 35 livres :

cela fait, par mètre • . . 1^,35 kilog.

Les raiU de la route de St.-Étienne à Lyon on t

p. p". raétr.

Hauteur » 3 0,075

Largeur «à la partie su p. . » 2 o,o5o

Longueur i5 » 4i^7°

Le poids par yard , environ 26 J livres :

cela fait, par mètre i5 kilogrammes.

Chaque bande sera soutenue par cinq supports.

Les rails de la route d'Andrezieux à Roanne auront 5 mètres de longueur; ils pèseront aussi 1 3 kilog. par mètre 9 mais ils seront posés sur six supports.

•a ORNIÈRES. 23

LesTails doivent, avant d'être employés, subir Essais des

i**iils cîu clic

certaines épreuves. Nous avons vu, à l'usine de r,us . u cie "

» ' imndc

Pen-y-Darran , près Merihyr ( pays de Galles ), Llverpool. essayer des rails en fer malléable pour la route* •de Liverpool. On les plaçait pour cela sur des appuis éloignés de 3 pieds, et on leur faisait porter un chariot à quatre roues contenant dix-huit tonnes. Admettant que dans ces dix-huit tonnes on n'ait pas compris le poids du chariot , nous aurons environ cinq tonnes de pression au point de contact de chaque roue sur le rail. Les chariots dont on compte se servir sur ces rails ne pèsent pas, avec leur charge, au delà de trois tonnes; mais les machines locomotives, qui seront aussi à quatre roues, pèseront probablement, y compris l'eau et le charbon nécessaires à la chaudière, de huit à dix tonnes.

Les rails du chemin de fer d'Andrezieux à Essais des Roanne devront, étant posés sur des supports éloi- rails du cl,e *

, , . ... min d'An-

gnes dç o m ,9o, recevoir, sans se briser ni se gercer, drezieu* à Je choc d'un poids de 2,000 kil. tombant de la Roanne, hauteur de o m ,70. La face de cette masse dea,ooo kilogrammes, frappant sur le rail, doit présenter une superficie de o nl ,ao t et lé rail, pliant à la suite de cette épreuve, doit pouvoir se redresser à froid.

L'épreuve que l'on fait subir aux rails , en le s chargeant d'un certain poids, leur nuit moins que celle à laquelle on les soumet lorsqu'on les essaie

par le choc; mais il est bon d'observer qu'ils doivent résister aux effets des cahots aussi bien qu'à ceux de la pression de chariots : ce qu'il y a de •mieux à faire »du reste est de ne pas éprouver tous les rails dont on veut se servir, mais seule-' ment quelques uns, pris au hasard parmi ceux qui ont été fabriqués avec le même fer et par le même procédé.

Mails en fonte.

Forme et di- Les rails en fonte sont de forme diverse : les

raiUenfontr me ^' eurs ont une forme analogue à celle des rails enfer malléable; ils s'élargissent, comme eux, à la partie supérieure, et prennent aussi à la partie inférieure la courbure d'une ellipse, dont le sommet est également éloigné des deux points d'appui. Ils n'ont généralement que 4 pieds anglais de longueur; ce qui est aussi la distance entre les supports. On les coule ordinairement de seconde fusion.

Les dimensions des rails du chemin en fonte établi récemment par M. Thomson aux environs de Newcastle , et celles des rails du chemin de Saint-Étienne à Andrezieux, sont les suivantes :

' Chem. Th. Cbem. deSt.-Bt.

p. p°. mèt. p. p°. met.

Plus grande hauteur » /> o,io » 4 <>,io

Lirg. à la partie supérieure. » î 1 /^ 0 * 0 -* » 2 o,o5

Longueur 4 » 1,22 4 30 '»- a

par yard. p. mèt. p. yard. p. met.

Le poids en est 4 2l. ac^tia 43 liv. 21^66.

On fait à 1 usine de Horseley, dans le Stafford- Ess.udr» sbire, des rails en fonte pour les mines ou usi- ra,l3tafontc nés, de deux espèces. Les uns, pesant 56 livres par yard, sont soumis à un essai de quatre tonnes de pression sur chaque roue; les autres, du poids de 84 Hv. par yard , supportent jusqu'à sept tonnes.

M. Wood pense que l'on ne doit pas faire porter habituellement aux rails en fonte un poids qui dépasse le tiers de celui sous lequel ils se brisent , mais que Ton peut exposer les rails en 1er malléable à l'effet d'une charge qui se rapproche beaucoup plus de la limite de leur élasticité.

Rails en bois et en fer % Dans les ornières en bois et en fer, les bandes „

' Forme et di-

de métal souj; liées aux solives par des clous ou mensiomdw

vis à tète perdue. oroièiwen r • bois et fer.

Dans le chemin de la Moldau :

p. p°. met.

La largeur des bandes de fer est de. » i o,o5

•Leur épaisseur » i/3 0?0l

La longueur de chaque bande. . . . itf » 5,4a

Lebois est du pinastre, du pin ou du sapin.

Les rails, soit en fer, soit en fonte, sont fixés au

aG SDR I/KS CHEMINS

moyen de pièces en fonte appelées en anglais chairs,, et en français sièges , coussinets ou sup" ports, .qui sè lient elles-mêmes à de gros dés en pierre placés de distance en distance sur la ligue des ornières. Afin d'éviter les répétitions, nous ne décrirons ces sièges ou coussinets que lorsque, dans le paragraphe suivant , nous expliquerons la manière dont les rails s'y attachent.