Identification et caractérisation non destructive du comportement ...

IDENTIFICATION ET CARACTÉRISATION NON-DESTRUCTIVE DU COMPORTEMENT DES MATÉRIAUX DE LA VOIE FERRÉE

B. FAURE, C. VOIVRET

DIFFUSION LIMITÉE – MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE

01.INFRASTRUCTURE FERROVIAIRERÔLES ET FONCTIONS

– MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE2

L’INFRASTRUCTURE FERROVIAIREPRÉSENTATION DES ÉLÉMENTS

Rail

Semelle sous railTraverse

(Semelle sous traverse)Ballast

– MARDI 29 SEPTEMBRE 2015, SÉMINAIRE ANNUEL DE L'INSTITUT SEISMSNCF INNOVATION & RECHERCHE

Sol

(Semelle sous traverse)Ballast

(Tapis sous ballast)

(Sous couches)

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L’INFRASTRUCTURE FERROVIAIREFONCTIONS : RÉPARTIR, TRANSMETTRE ET DISSIPER L’ÉNERGIE

Effort d’interaction roue/rail

Bruit

Attrition


Sollicitation de la plateforme

Vibrations sol

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PROBLÉMATIQUEDU COMPOSANT AU SYSTÈME

Ces fonctions conditionnent les performances de l’infrastructure : • Sécurité des circulations • Durée de vie de la voie• Confort des passagers• Nuisances vibro-acoustiques


Actuellement : évaluation macro des performances du système

Train de mesure de la géométrie de la voie � Défauts de voie � Effort de maintenance

Comment faire le lien avec le comportement de chaqu e sous système ?

Challenge : mesurer les caractéristiques des sous-systèmes permettant d’évaluer et de prédire les performances du système global

� Alimenter la production (équipes terrain) et les ingénieries (labos)

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02.ETAT ET COMPORTEMENT DE L’INFRASTRUCTUREMÉTHODES DE MESURE


APPROCHES EXPÉRIMENTALESESTIMER LES PARAMÈTRES D’INTÉRÊT

Bruit de roulementMesure de réceptance HF (1/K)ou de taux de décroissance

fballast

Voie non chargéeValable à f = f

fsemelle

fanti


Valable à f = fresonance

Validité spatiale ?

( )M

kf résonance

ω=

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Vibrations sol : propriétés de la voie

Réceptance BF + fonctions de transfert


� Adapté aux premières « couches »� Très bonne répétabilité� Possibilité de charger la voie

Limité à partir des sous-couchesPeut devenir très fastidieuxValidité spatiale ?

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Vibrations sol : raideurs hautes-fréquences

Pour tous les matériaux élastiques de la voie

500600

800

1000

Stif

fnes

s (M

N/m

)

Stiffness dependence on preload

Influence des paramètres suivants :• Précharge


� Large gamme couverte� Aide à la spécification

Fastidieux (1/2 journée par échantillon)Quelles sont les sollicitation en voie ?

10 20 30 405063 80100 160 250100

200

300

400

500

Frequency (Hz)

Stif

fnes

s (M

N/m

)

F0 = 18 kN

F0 = 35 kN

F0 = 50 kN

F0 = 68 kN

• Précharge• Fréquence• Amplitude dynamique

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MASW :

Vibrations sol : propriétés du sol

� Ca marche à tous les coups


Courbes de dispersion

FastidieuxCouches homogènesSolutions parfois farfelues !

� Ca marche à tous les coups� Technique courante

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Instrumentation accélérométrique « enfouie » sous la voie+ Essais labo sur matériaux prélevés

Dynamique de la plateforme

� Lecture « live » d’indicateurs simples


3 nuits pour l’instrumentation(~60 capteurs)Risque de déstabilisation de la voiePertinence des indicateurs ?

� Lecture « live » d’indicateurs simples� Signaux nombreux et riches� Traitement « offline » plus complexes

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Géométrie des couches de la plateforme

� Mesure en continu� Technique maitrisée

Géoradar


Difficile à interpréter

� Technique maitrisée

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Etat des couches de la plateforme

Pandas + Géoendoscope : Résistance de pointe et visualisation

� Technique courante


Fastidieux pour une ligneDépend de la profondeur

accessibleRepose sur des corrélations

� Technique courante� Faiblement destructif (non destabilisant)

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03.BILAN ET ATTENTES


LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTUREBILAN

SNCF évalue et maitrise les performances globales de son infrastructure mais :

• Méthodes pas nécessairement adaptées aux besoins et contraintes du milieu ferroviaire


milieu ferroviaire

• Les géo-matériaux sont les parents pauvres du monitoring de l’infrastructure, le ballast en premier

• Volonté de mieux comprendre les cas particuliers nécessitant une connaissance plus approfondie des sous-systèmes

• Notion de temporalité peu exploitée (suivi dans le temps)

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LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTURELA MESURE IDÉALE

Pour SNCF, la mesure idéale repose sur deux éléments :

1) L’identification de quantités d’intérêt pertinentes

2) La mesure optimale des ces quantité d’intérêts :


• Non destructive• Continue en temps et/ou en espace• Rapide• Économique et Explicite (si pour la production)• Fiable et Précise (si pour l’ingénierie)

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LE MONITORING DE L’INFRASTRUCTUREQUELQUES SUJETS CHAUDS

Auscultation des propriétés du ballast

Matériau granulaire, décisif au sein de l’infrastructure� Vieillissement, comportement aux interfaces, efficacité du bourrage

Vers une plateforme hautes-performances


Vers une plateforme hautes-performances

• État et performances de l’existant vs. augmentation du trafic, de la vitesse� Comprendre, diagnostiquer et proposer des solutions

• Concevoir la plateforme de demain� Modéliser, spécifier et tester

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SNCF Innovation & Recherche : thèses CIFRE, partenariats, groupes de travail…� Renouveler et alimenter ces collaborations

Merci pour votre attention


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