SUR LES, CHEMINS EN FER

Les chemins en fer sont supérieurs aux routes ordinaires , le tracé en est plus régulier , et la surface plus ferme et plus unie.

Ils diftçt’ent entr’eux par les dimensions et. la forme des barres , et par les moyens de les fixer ensemble et au sol. On les distingue en

deux espèces , les Iram-road , que nous traduisons par rouages angulaires, et les egde rails ou barres saillantes. Les tram-rond qui furent les premiers employés, sont formés de deux bandes plates, parallèles , avec rebords sur les côtés , pour diriger et retenir les roues 4

des voitures. Ces roues sont en fer et à jantes étroites , en raison de la plus grande force du métal. Les egde rail?, ou barres saillantes, plus minces .que les premières , ont généralement de un pouce à deux pouces un quart de largeur; elles s’élèvent un peu au-dessus du sol et se trouvent, par cette raison, moins exposées à être recouvertes de boue. Elles n’ont point de rebords pour guider les roues. Leur surface est tantôt plane et tantôt convexe; lorsqu’elle est plane, les roues ont un rebord qui les dirige; si elle est convexe, les jantes sont concaves comme la gorge d’une poulie , et d’une courbure qui correspond à celle des barres ; alors des rebords ne sont pas nécessaires.

Les barres ont des longueurs diiïerentes, selon la nature du métal, dont elles sont composées, ; celles en fonte de fer ont ordinairement trois pieds et quelquefois jusqu’il six pieds d étendue; celles en fer travaillé ont de dix à vingt pieds. Les barres sont fixées joiutivement à chacune de leurs extrémités, sur une pièce en travers ou sur un bloc. Lorsque la voie est étroite , u,ne pièce ordinairement en bois , pla-

cée en travers, reçoit les joints opposés, et compose toute la fomlation ; quand la voie est plus large, ou pose sous chaque joint un bloc en pierre, de seize à dix-huit pouces carrés et plus , selon le poids des voitures. Quelquefois les deux barres parallèles sont unies par une pièce en fer placée en travers et passant sous les joints opposés ; cette pièce a des mortaises où viennent s’encastrer des tenons placés à chaque extrémité des barres, mais plus généralement les deux lignes sont isolées et indépendantes l’une de l’autre.

La surface de ces chemins est de niveau ou en pente , selon que l’exigent les avantages du commerce , quand la nature du pays permet de faire un choix ; lorsque les transports sont considérables et presque en égale quantité dans les deux sens , on fait, s’il est possible, le chemin de niveau. Si le commerce est dans une seule direction et en descendant , comme d’une mine à un port , la route est régulièrement inclinée, et la pente est tellement combinée, que la résistance des voitures chargées est égale en descendant à celle des voitures vides en montant.

L’elTet produit sur un chemin en fer est estimé par Jep.oids qu’une force donnée peut tirer sur une surface, de niveau , la résistance alors étant seulement déterminée par l’inégalité des surfaces et le frottement des essieux.

L’augmentation de résistance occasionnée par les pentes, est évaluée par le calcul; mais comme la force nécessaire pour monter Tin poids sur une pente donnée est proportionnelle à ce poids . il suit que l'angle d’inclinaison doit être fixé par la résistance des surfaces, et le poids des voitures.

Lorsque les marchandises vont dans la même direction et en descendant , on ne doit pas chercher à réduire la résistance des surfaces ou à augmenter la pente pour descendre, avec une force donnée, une plus grande charge, si la même force ne suffit pas pour remonter les voitures vides sur cette même pente.

Les lignes courbes occasionnant une plus grande résistance que les droites ; une force donnée mènera sur une route droite une plus grande charge ,mais ne pourra suffire pour la conduire sttr une route courbe. 11 est donc inutile de tenter sur quelques points une grande perfection dans le tracé si cette amélioration n’est pas générale.

Des variations à peine sensibles dans le choix des pentes et des directions , et dans les arrangemens des barres , produisent sur les diverses routes en fer des résultats très dilïérents et beaucoup plus grands qu’on ne le suppose.

Les obstacles qui empêchent d’adopter les tracés le plus parfaits , sont en général les irrégularités naturelles du pays , les vallées ,

les rivières et la position îles propriétés par* ticulières : c’est à l’ingénieur à surmonter par son habiletgles difficultés qu'oppose la nature. Quelquefois pour diminuer les dépenses premières, il se croit ol> lige d’adopter un projet défectueux. Mais de toutes les difficultés, les plus embarrassantes viennent des propriétaires du terrain à occuper; souvent le simple changement de direction pour" conserver intacte la Surface d’un pâturage , dimiuue considérablement les avantages de la route. .

Si ou ne peut approuver une résolution opiniâtre de ne se détourner jamais , ni à droite ni à gauche , quelques difficultés qui se présentent, on doit plus encore condamner un esprit borné qui par une économie mal calculée , tourne et évite les moindres obstacles.

La différence entre les routes en fer et les •> canaux est d’autant plus grande que ces routés dépendent pins de leur exécution ; sur un canal la seule résistance «à vaincre est celle du fluide qui est la même , que le canal ait été bien ou inal fait ; mais sur une route en fer de niveau , toute la résistance est produite , à l’exception du frottement des essieux , par des .imperfections, indépendantes de la nature de ces constructions ; il reste encore beaucoup à faire même après qu’on a choisi le meilleur tracé.

Par suite de l’erreur trop commune que la

supériorité des routes est due à la qualité des matériaux employés , on néglige les détails d’assemblages des barres et ceux de construction des voitures et on ri’obtient qu’un ouvrage imparfait.

J'ai visité une route en fera barres saillantes ayant une pente de i/36, sur laquelle un cheval tirait à plein collier une charge d’uu tonneau et demi seulement ; avec des bandes mieux disposées , la voiture descendrait par son propre poids; cependant cette route a coûté aussi cher qu’une plus parfaite sur laquelle la meme force conduirait une charge cinq fois plus forte.

Lorsque les routes sont parfaitement dures de niveau et droites, et les roues de voiture également dures , unies et cylindriques , la résistance à vaincre pour mettre une voiture en mouvement n’est occasionnée que par le frottement des essieux.

D’après cela , il est essentiel de déterminer les differentes causes qui produisent les résis*tances dans la pratique afin de prévenirles imperfections des travaux ; en obtenant des ouvrages plus parfaits , on ne diminue pas seulement les résistances à vaincre , mais les causes de dégradation , car les routes en fer sont plutôt détruites par l'influence des vices de constructions que par le roulage.

Les routes et les voilures eu fer ne font ensem-

ble qu’une même machine, et c’est seulement en raison de la longueur de l'une des parties qu’o» les sépare dans la pensée; aucune perfection de l’une ne peut compenser l’imperfection de l’autre ; les pièces du chemin et celles des roues sontd’une égale importance et doivenlêtre considérées comme solidaires et invariablement dépendantes les unes des autres. 11 ne fautdonc pas chercher à améliorer quelques- détails et nég'iger le reste , mais porter la plus sévère attention dans la combinaison et la construction du tout ou de chacune des parties.

Pour diminuer les matériaux à employer sur les routes, on divise la chargea conduire sur plusieurs voitures ; mais la puissance qui imprime le mouvement , se trouve placée à une trop grande distance des derniers chariots , et quelquefois la direction de la force est fort inclinée par rapporta celle des dernières roues.

Lorsque le tracé est courbe , les roues frottent contre les bandes, et ne sont dirigées que par la résistance qu’elles opposent; la force se trouve alors réduite de toute la somme des résistances produites pag le frottement, cette force perdue tend à déplacer les bandes du chemin en fer. '•**

Il ne suffit pas de prévenir les inconvénients des directions courbes, et d’établir les chemins en ligne droite, il faut encore rendre chaque partie assez parfaite pour éviter des pertes de

force, qui ne sont nullement inhérentes art système. Sur les chemins en rouages , la bande plate ayant nécessairement un rebord, et sur les bandes en saillie, les roues portant ellesmêmes ce rebord pour diiiger la roue, il est évident que si les rebords sont irréguliers, ou si les parties latérales des bandes qui frottent sont raboteuses, les voitures éprouveront dans leur marche des secousses continuelles, et des résistances plus difficiles à vaincre que celles des surfaces, elles seront soumises à l’action d’une force vive , latérale , qui , à la longue , ébranle les barres dans leurs fondations, les renverse ou les brise.

Dans les chemins à rouages, les jantes des roues ne sont pas proportionnées à la force des matériaux et au poids des charges; étant trop étroites ou trop chargées , elles creusent une trace dans les bandes , et finissent par les couper en deux dans leur longueur. En leur donnant peu de largeur , on a surtout pour but de- faciliter le passage des obstacles qui se trouvent accidentellement sur les rouages ; aussi lorsqu’une roue rencontre une petite pierre, par exemple, comme elle a du jeu, elle s'écarte au lieu de la passer , et se trouve ensuite poussée avec force contre les bords des bandes qui en sont ébranlées et quelquefois rompues. Dans les chemins • à bandes saillantes, on néglige de même de don. ner des dimensions suffisantes relativement au

poids à supporter; les bandes cèdent sous la pression, le mouvement est irrégulier, la résistance très-grande , et la durée des pièces fort limitée. ,

Toutes les parties du travail des routes demandent une égale perfection d’exécution.

Comme les blocs sur lesquels reposent les bandes saillantes ou en rouages n’opposent pas une résistance exactement semblable, on ne doit pas se borner à donner aux pièces les plus faibles une force d’inertie , capable de résister au poids mort des charges les plus lourdes ; l’action qu’elles auront à soutenir est beaucoup plus forte, et exige une plus grande solidité.

La force vive produite par les irrégularités des parties ou les obstacles, agit contre les fondations avec plus d’intensité que la charge ,. et ne tarde pas à se faire remarqner par les détériorations quelle cause aux travaux mal exécutés. - •

Souvent les bandes placées près du sol sont recouvertes de boue ou de corps étrangers , incouvéuiens qui ont lieu surtout dans les chemins en rouages. Les bandes saillantes n’v sont exposées que lorsque les matières tranportées sont des substances glutineuses, qui, en tombant des voitures , s’attachent sur ces bandes. Ces obstacles ne tendent pas seulement à augmenter

la résistance, mais occasionnent des répercussions, des chocs et de fréquentes dégradations , et ruptures. La plus petite protubérance sur la surface influe fur la direction du mouvement, etdevient unecausededestruction.

Je rapporterai l’expérience que j’ai faite , sur vrtie branche de chemin à rouages de Cheltenharn, presque neuve et en bon état, pour déterminer la résistance occasionnée par la poussière tombée sur les bandes. La voiture et la charge pesaient ensemble 5264 liv. , les bandes étant.balayées, la résistance fut de 56 liv. , et légèrement recouvertes de poussière, de 43 livres. Ainsi l’accroissement delà résistance était de 7 liv. , et le rapport de cette augmentation à la force première , d’un cinquième.

Suivie chemin en fer de Penrhyn, destiné à l’exploitation des carrières d’ardoises, on a l’usage de conduire sur le chariot de 'tête ün tonneau d’eau, qui, dans la marche, arrose les bandes. La pente de ce chemiu est de -~-.e La suite des voitures se compose de toutes celles que trois chevaux peuvent conduire. La forcp nécessaire pour remonter le chariot d’eau est , terme moyen, de 21 livres, ce qui fait 7 livres pour chaque cheval , cette^ quantité doit être au moins égale à la résistance occasionnée par la poussière, si cette précaution n’est point désavantageuse. Ce moyen est aussiemployésur

quelques autres routes en fer; maïs nulle part il n’a été jugé aussi nécessaire. ( i ).

On ne doit pas considérer le résultat de l’expérience de Cheltenl^im que j’ai citée , comme une moyenne des résistances occasionnées par la poussière des bandes; le principal chemin en fer de Cheltenham qui est établi sur le coté d'une grande route est plus fréquemment obstrué par la boue ; aussi un cheval y conduit une tonne de moins que sur. la branche dont nous avons parlé.

Puisque les différentes imperfections Auxquelles les surfaces des chemins en fer sont exposées, tendent constamment à ébranler les fondations , à déranger les bandes ? à détruire le parallèlisme des lignes, et en dernier lieu à occasionner des ruptures et des réparations continuelles; il est évident que l’entretien de ces chemins doit occasionner des dépenses considérables si les bandes n’ont pas été ajustées dnns le principe avec un soin extrême.

Mais les réparations des bandes , établies d’après l’usage adopté , ne font que les remettre dans leurs fondations primitives et ne peuvent donner une perfection que ce système n’admet pas. Si l’on disposait avec aussi peu d’habileté

( j ) L'emploi de l'arrosage des Laudes a étésuggeré par la remarque que la résistance était moindre dans les tems de pluie. Aussi on a l'usage alors d’ajouter un chariot de plus, pour une meme force.

les pièces d'une machine compliquée, celles d’un moulin, par exemple , en quelques instaus le mouvement les ferait sauter : quoique ceS machines paraissent différentes , les causes et les effets sont les mêmes. En mettant cependant une grande attention à réparer sur le champ et à bien entretenir les routes en fer , même dans leur système actuel d’imperfection , on est bien indemnisé de ces soins et de ces dépenses par la diminution du frottement et par la conservation des ouvrages. Combien de plus grands avantages ne retirerait-on pas d’un mode de construction qui ^permettrait de rajuster avec précision les barres , sans être obligé de retoucher aux fondations ?

Comme les routes en fer ont sur les autres une grande supériorité relativement à l’économie de la force, on a négligé lés détails de construction des chariots. Les roues sont employées en sortant des fonderies, et sans être circulaires; la fabrication des essieux plus importante encore , est plus grossière. Cependant , on a constaté, par beaucoup d’expériences, qu’on trouve une réduction très-grande dans les résistances produites par les essieux faits avec les meilleurs fers et par les plus habiles ouvriers. On a reconnu que les plus légères variations dans la forme et les dimensions des essieux et des boîtes occasionnent des résultats très-diffé- . rens.

M'étant long-tems occupé de mesurer la résistance d’une voilure, j’ai remarqué un fait dont ^explication pourra jeter quelque jour sur le sujet que je traite, et comme il se rattache aussi à beaucoup d’autres questions de la mécanique pratique, j’entrerai à ce sujet dans quelques détails.

Tendant une suite d’expériences, que j’ai continuées plusieurs mois, j’ai constamment remarqué que lorsque je mettais de l’huile aux essieux d’un cliarriot, la résistance -devenait plus grande , et il falktitun service de plusieurs, jours pour réduire le flottement à ce qu’il était avant l'introduction de 1 huile. Je ne voyais d’abord d’autre manière d’expliquer ce fait qu’en supposant que l’huile acquérait par le travail et le teins, une qualité plus assortie à celte destination. Un savant de ma connaissance donnait à ce Fait l'explication suivante : l’huile s’épajssk parle contact de l’air et résiste davantage dans le frottement des surfaces Pour juger cette assertion-, j’épaissis artificiellement de l’huile par un faible mélange de cire; mais je n’obtins que le même résultat ; la résistance était augmentée aussitôt après l’introduction de l’huile- 11 me vint alors en pensée que cette cause était produite par le contact trop intime de l’essieu et du moyeu ; je diminuai l’épaisseur des essieux , et mesurai l’elïet d’une nouvelle addition d’huile ; la résistance fut encore aug-

tncntée , mais plus faiblement. Je fus dès-lors convaincu que le phénomène était plutôt dû à la quantité d’huile qu'à sa qualité. Pour m’en assurer, je nettoyai parfaitement les essieux et me bornai à les imprégner légèrement d’huile avec le doigt; la résistance fut mesurée et trouvée exactement la même que lorsque le chariot avait roulé plusieurs jours sans être graissé. Ayant, par là, constaté que' Ja différencederésislanceest dûe à la quantité d huile , j'ai pense qu’on pouvait ainsi expliquer la manière dont l’excédent agit. . x

Soient ABCD le cercle du trou de l’essieu de la roue , et EC la section de l’axe; le cercle EC , touche celui ABCD seulement en C. Si l’espace à angle très-aigu , qui reste entre les deux cer-* clés est rempli d’huile, et si la roue est mise en mouvement, l’huile peut être considérée comme un coin qui tend à pénétrer au point G, et à soulever l’essieu dont lé poids combat cette force. L action continuelle de l’huile pour passer

au point G , et élever l’essieu , occasionne la résistance que nous avons constatée.

Pour mieux juger le fait, je donnai aux essieux la forme EFCG fig. 2, et au moyeu ou boite, celle ABCD; c’est-à-dire que le demi cercle inférieur du moyeu , correspondait exactement avec le demi - cercle de l’essieu , et brusquement au' centre , les deux parties se séparaient par une section BFGD, qui n’est point angulaire, et sur laquellel’huile excédante pouvait séjourner. Mesurant ensuite la résistance des essieux, je trouvai qu’elle n’augmentait pas, quelque quantité supplémentaire d'huile qu’on mit, et qu’elle était d’un dixième plus faible que dans la première expérience.

Dans le cas- où la différence des diamètres serait très-grande , je suis persuadé que l’excès d'huile n’aurait aucune influence , si les partiès . inférieures du moyeu et celles des axes , se convenaient assez exactement, pour bien régler le mouvement et prévenir les secousses.

Beaucoup de causes produisent de la résistance sur nos chemins en fer et quoiqu’on se soit beaucoup occupé de leur airtélioration et de •celle des grandes routés ordinaires et des voitures ; on est encore peu avancé parcequ’on ne . s’est attaché qu’à quelques points particuliers en négligeant le reste. Les imperfections de ces constructions doivent être surtout attribuées à un manque d’ensemble.

Lorsque l’on considère combien les différences les pins légères clans les proportions clés v parties peuvent en donner de grandes dans le résultat , et qu’une mauvaise route comme une bonne exige les mêmes dépendes pour niveler le sol , transporter les terres , acheter le terrain et exécuter les mêmes ouvrages, on regrette que le fruit de si grands travaux soit perdu par l’ignorance ou la simple négligence de ceux qui les dirigent. Si on avait des moyens faciles et sûrs deconslater en toute occasion les résistances sur cheininsen fer etautres, leur amélioration serait ' *

beaucoup plus rapides : la quantité de chaque * résistance dans chaque cas étant connue et comparée, on ferait bientôt disparaître les défauts qui les occasionnent. Les propriétaires sauraient alors si la différence des effets doit être attribuéeaux chevaux ou à d’autres circonstances , et pourraient exiger dans les marchés à . passer pour la construction de ces routes , les résultats qui devraient être obtenus.

Les méthodes employées jusqu’ici pour mesurer la résistance sur les chemins en fer sont très-imparfaites etsujettesà trop d’inconvéniens dans l’usage ordinaire. Les dynamomètres qui mesurent la résistance par le degré d’extension des ressorts attachés aux attelages , ont sans contredit le mérite d’instrumens très-portatifs , mais ils ne donnent pas une précision rigoureuse et indispensable ; on peut même assurer que

lorsqu ’op emploie des chevaux , ils ne peuvent être d’aucune utilité ; l’action dê leur puissance inégale occasionne des vibrations el altère à tel point les résultats, qu’on ne peut s’en tenir à ceux qu’on obtient avec cet instrument. Toutes les autres- méthodes usitées sont sujettes à des défauts de même genre.

.Ayant été souvent conduit à constater les résistances des voitures , j’ai construit un instrument exempt de cés vices et qui m’a constamment réussi ; il s’agissait de le rendre susceptible d apprécier les plus petites différences, sans être toutefois dérangé par une résistance subite et très-grande. J’ai adapté au dynamomètre un vase demi-circulaire en cuivre, au centre duquel est un pivot et une .aiguille qui occupe presque exactement le vide du vase et qui se meut par l’action du ressort du dynamomètre. L’intérieur est exactement et entièrement rempli d’eau j l’aiguille tourne , mais lentement, au moindre changement de résistance; si celle résistance est très-grande, 1 aiguille forcée de déplacer l’eau qui ne ‘passe que difficilement sur les cotés, ne peut changer rapidement de position.

J’ai exposé dans un tableau les résultats des expériences que j'ai faites surdifférens chemins en fer, pour en constater les résistances.

La première colonne indique les articles transportés; la seconde les résistances compa-

rées aux poids; la troisième l’effet produit, le poids de la voilure compris , par uty cheval dont la force moyenne est évaluée à 1^0 livres, et la vitesse de deux milles et demi par heure; la quatrième, l'effet utile, ou la charge transportée évaluée en livres ; la cinquième, la même quantité en mesures ordinaires ; la sixième , 1 inclinaison exprimée eu parties décimales, et calculée de telle manière que la résistance des chariots chargés en descendant est égale à celle des charriots vides en montant; la septième, l’effet produit dans de telles circonstances ; la huitième, l’effet utile dans le même cas, le poids du charriot étant déduit. Dans tontes ces expériences, la force du cheval est toujours évaluée à raison de cent quarante livres pour une vitesse de deux milles et demi par heure.

Nota. 'Dans les pentes, on n'a point pris en considération la différence du pouvoir du cheval en montant ou en descendant, ni porté en compte les rectifications dans le tableau des effets produits, afin que les tables puissent servir lorsqu'une force mé anique est employée. 11 faut donc avoir égard à cette cause dans les résultats, lorsqu'on fait usage des chevaux j au reste , ces modifications seraient de peu d'importance pour des pentes très-faibles.

TABLE des résistances sur differens chemins en fer en l/g, et d'une vitesse de 2 milles 1/2 par heure , qui est cei