Fig. 1 Processus de fabrication du ballast avec les vérins hydrauliques et le blocage de sécurité.
Fig. 2 Rectifieuse : positionnement d’un ballast de voie ferrée à haute vitesse en phase d’usinage.
Fig. 3 Voie fixe en béton

Pour les tracés de l'ICE conçus pour des vitesses de 300 km/h, la couche de forme ballasté classique a fait son temps. L'usure importante du ballast avec les conséquences que cela implique pour la géométrie des rails et le confort de marche entraîne un coût trop important pour la réparation et provoque des pannes de fonctionnement. C'est la raison pour laquelle les Chemins de Fer posent aujourd'hui des voies sur dalle en béton sur les lignes très sollicitées. En ce qui concerne les "voies non ballastées Rheda" utilisées depuis 1972, le béton était jusqu'ici appliqué sur place, ce qui l'exposait, avant son durcissement, aux intempéries et à d'autres influences environnementales. Une travée repose ici sur une structure d'assise où elle est encastrée dans le béton. La "voie non ballastée" homologuée depuis 2001 par l'Office Fédéral des Chemins de Fer en Allemagne est en revanche fabriquée à l'abri des intempéries sous forme de série d'éléments fixes dans une usine de fabrication moderne.

Le processus de fabrication
La première étape consiste à couler l'ébauche, face inférieure en haut, dans un béton spécial. Deux treillis d'armature assurent la rigidité nécessaire, l'un est un treillis plat tandis que l'autre pos-sède un profil tridimensionnel. Six barres en acier dépassent de chaque côté de la plaque de béton et peuvent être vissés avec l'élément suivant avant que le trou ne soit bétonné sur place. Après avoir coulé la forme en usine, des vibreurs compactent le matériau de construction afin d'éliminer toutes les inclusions. Le corps de voie dressé et plan également sur le dessous durcit et le retrait typique du matériau se déroule, contrairement au montage en extérieur, dans des conditions qui peuvent être contrôlées avec précision.

Le profil de la voie
L'exactitude nécessaire pour le montage des poutres ne peut pas être obtenue seulement par un coulage de précision. De plus, chacun des éléments doit avoir une forme individuelle, car ils sont tous coupés sur mesure afin de s'adapter au contour de la voie et du terrain. Cela concerne les rayons d'inscription en courbe, les courbes de raccordement, les cuvettes, les sommets arrondis ainsi que tout autre contour de terrain. Il peut donc exister, en fonction du tracé de la voie, un profil tridimensionnel pour cha-cune des dalles longues de 6,5 m et larges de 2,55 m.

Fraisage de precision dans le beton
Une meule de 200 mm de large entraînée par une broche de 100 kW ébavure, une fois durcis, les éléments de voie fabriqués avec une surlongueur de 2 mm. On arrive à usiner jusqu'à 2 mètres par minute et à meuler par voie humide en une seule opération une épaisseur de 2 mm maximum. Cela permet d'éviter toute surchauffe ainsi qu'un dégagement extrême de poussière. La broche fournit une force de coupe allant jusqu'à une tonne. En raison des dimensions et du poids des éléments de la voie (9 tonnes), il peut arriver par conséquent que les pièces coulées à usiner fléchissent d'environ 0,1 mm en dépit d'une armature. Bien que le positionnement et le maintien en place d'une pièce à travailler soit en fait une simple procédure, les conditions générales qui règnent impo-sent des exigences extrêmement strictes aux entraînements linéaires.

Fixation hydraulique
Après avoir rentré le corps en béton au moyen d'un convoyeur à rouleaux, six vérins hydrauliques, tous équipés de capteurs dynamométriques, le positionnent. Trois vérins sont disposés de chaque côté. Trois de ces vérins – deux à gauche aux extrémités, un à droite au centre – sont équipés de soupapes proportionnelles et intégrés sous forme d'entraînement linéraire dans un circuit de réglage qui est piloté par commande numérique via un automate programmable 840 D de marque Siemens. Les trois autres vérins se déplacent jusqu'en bout de course tandis que les trois vérins de réglage positionnent l'élément de voie avec une précision de l'ordre de 0,01 mm. Tous les six vérins ont un diamètre de piston de 60 mm, un diamètre de tige de 40 mm, une course de 60 mm et sont équipés également de détecteurs de proximité. Dès que la fin de course est atteinte, quatre autres vérins sont positionnés pour apporter un support complémentaire. Ceci fait, six vérins fixent latéralement la pièce à usiner de grandes dimensions. Ceux-ci sont également conçus pour absorber les forces transversales pouvant éventuellement agir sur la tige du piston. Tous les vérins sont de la série 120, appropriés pour des pressions jusqu'à 150 bars et vérifiés à une pression 1,5 supérieure. Les six vérins de retenue de course et trois des vérins de serrage disposés sur les côtés sont du type Servoslide®. Cette qualité Hänchen est dotée d'un guidage de tige de piston en plastique spécial pour des propriétés de frottement optimisé. Les surfaces de glissement de ce guidage amortissent les vibrations, empêchent la compression des arêtes et garantissent dans une large mesure des mouvements sans stick-slip. L'extrême précision de fabrication et les jeux de guidage minimaux garantissent une utilisation de longue durée à une vitesse de piston allant jusqu'à 0,5 m/s. En outre, quatre vérins bloquent les têtes de meule.

Verins catalogue Hänchen
Bögl utilise des vérins catalogue de Hänchen. Au cours des dernières années, le spécialiste de l'hydraulique a investi des millions pour transférer la totalité de la construction et du développement sur un système CAO tridimensionnel polyvalent, spécialement conçu pour une construction modulaire. La modularisation est si élémentaire que chaque contour d'alésage représente déjà un module qui a été mémorisé une seule fois dans les archives centrales. Grâce à un catalogue électronique, le client peut également accéder par ordinateur à ce système modulaire avec des représentations spatiales. L'entreprise d'Ostfildern près de Stuttgart propose ainsi des variantes de produit coupées sur mesure sans avoir à supporter les frais et les désagréments entraînés par une construction spéciale.

Ratio-Clamp®
Tous les vérins qui agissent par le bas ainsi que trois de ceux qui agissent latéralement sont équipés du bloqueur de tige breveté Ratio-Clamp® de Hänchen. L'un des bloqueurs de tige latéraux de type RCS 40 avec un diamètre de 40 mm est un modèle spécial qui a été modifié pour pouvoir absorber sans dommage les forces latérales. Tous les bloqueurs de tige fournissent une force de retenue de 50 kN, dès que le système hydraulique n'est plus sous pression. Ils permettent ainsi l'usinage avec un circuit fluidique sans pression. Le bloqueur de tige Ratio-Clamp® également agréé par le Bureau de Certification Allemand "TÜV" se charge par exemple au cours de la fabrication proprement dite de tâches touchant la sécurité car le blocage n'est inhibé que lorsqu'il existe une pression. La tige peut alors être déplacée librement dans les deux sens. Une baisse de pression libère l'énergie accumulée dans les ressorts à disque qui applique sur la tige la force de retenue via un élément de serrage conique. Cette procédure peut être automatiquement déclenchée par une baisse de pression ciblée de la commande mais aussi en cas de panne de courant ou de dégradations du système. Le verrouillage est maintenu pendant une durée illimitée, sans apport d'énergie, jusqu'à ce que la pression de déverrouillage soit à nouveau présente et que la tige du piston puisse se redéplacer librement. Même une poussée occasionnelle de la tige sur de courtes distances lors du dépassement de la force de retenue indiquée n'entraîne pas une dégradation du système. Il est alors possible, pendant l'usinage qui dure une demiheure, de maintenir exactement dans la position voulue le corps en béton sans pression hydraulique ou sans avoir recours à la commande. Le bloqueur de tige Ratio-Clamp® est disponible en série sous forme d'unité complète ou en association avec un vérin hydraulique. Le client peut générer cette solution dans le catalogue électronique via un objet CAO aux dimensions à l'échelle exacte, le convertir puis l'exporter sous forme de bloc de données bidimensionnelles ou tridimensionnelles par exemple au format Autocad.

Une collaboration reussie
Après le fraisage, les corps en béton sont pourvus d'un numéro d'identification afin de poser la poutre à l'endroit prévu. Sur une distance globale de 70 km, on pose alors la toute première "voie non ballastée Bögl", projet innovateur qui rentre dans un portefeuille très diversifié. En effet, l'offre de l'entreprise familiale franque de la troisième génération qui, forte d'une effectif de 4000 employés, réalise un chiffre d'affaires de 750 millions d'euros va de la maison préfabriquée au stade livré clés en main pour la Coupe du Monde du Foot.

Le beton ouvre des voies nouvelles
Avec la production de la "voie non ballastée", Bögl et Hänchen prouvent que de nouvelles méthodes de traitement du béton sont désormais possibles, y compris l'utilisation de gros éléments de construction sous forme de produits de précision. Les deux entreprises ont pu associer leurs compétences respectives au sein de ce projet : le spécialiste de l'hydraulique montre la grande performance et la précision de ses vérins hydrauliques même dans des conditions environnementales ardues ainsi que les possibilités de systèmes de construction modulaire et de produits qui permettent de résoudre les problèmes difficiles sans constructions spéciales et propose une approche de solution d'essieu entièrement hydraulique, blocage compris. "Pour nous, cette collaboration pendant la phase de développement entre septembre 2002 et octobre 2003 et la production qui roule depuis sur une base trois-huit ont fait leurs preuves", confirme Stefan Bögl. Et l'entreprise familiale dévoile ainsi de manière exemplaire avec son propre service de recherche et développement des perspectives tout à fait nouvelles pour les éléments de construction qui sont produits dans des conditions environnementales précises avec une exactitude et une précision de reproductibilité jusqu'ici inconnues. En dépit de la crise dans l'industrie du bâtiment, l'entreprise a su préserver jusqu'ici aussi bien son potentiel emploi que ses bénéfices grâce à ce concept innovateur offrant des solutions complètes.
Jörg Beyer, mediaword
© Hänchen 2005
Menu
FR