24/07/2007

07/2007-2 - La dilatation des rails

A la suite du post précédent qui se termine par une remarque sur la dilatation des rails, j'en profite pour développer ce sujet, l'estimant important. En effet, le problème de la dilatation ne doit pas être sous-estimé si l'on veut s'éviter des surprises. Si les joints de dilatation sont trop peu nombreux ou carrément absents, le risque est assuré de voir des portions de voies se gondoler ou se décoller de l'assiette de voie. Dégâts garantis, donc !

Gondolage rails

 

Voyons ça de plus près de façon rationnelle.

La dilatation est fonction du matériau, de la longueur du rail et de l'écart de température. Dans le cas du maillechort, celui-ci a un coefficient de dilatation de 0,0186 mm par m par °C. Dans le cas d'un écart de température de 40°, un mètre de rail en maillechort se dilate de 40° x 0,0186 x 1 m = 0,744 mm. Compte tenu du premier critère, il est donc normal de constater des différences selon les marques de rails. En particulier, les rails Peco sont très sensibles à la dilatation, et cela dépend en outre de la longueur du coupon de rail.

Deux conclusions s'imposent. Primo, il est souhaitable de poser des joints de dilatation tous les m au maximum, et même moins avec l'avantage d'entendre le bien sympathique tac tac des roues sur les joints (un joint tous les 50 cm serait bien). A la pose de la voie, il faut donc laisser du jeu entre les coupons de rail contigus ou créer de nouveaux joints de dilatation moyennant un bon coup de disque à tronçonner. Secundo, la pose devrait idéalement se faire à une température d'environ 20 ° afin de réduire les écarts de température, donc la dilatation.

Personnellement, j'installe à peu près tous les mètres ou moins un joint de 1 mm environ, voire 1,5 mm si les travaux de pose sont effectués par temps froid. Précaution importante : de part et d'autre de l'éclisse, je pose un bout de câble joignant les deux parties afin d'assurer la continuité électrique (outre le double feeder courant sous le réseau et permettant une réalimentation fréquente de la voie).

Autre chose maintenant. Il arrive que les rails, se dilatant à leur aise lors de grandes chaleurs, arrivent à se rejoindre malgré le jeu. Une seule solution, repasser un coup de disque à tronçonner. Après cela, les voies ne devraient plus se dilater par la suite. Mais, direz-vous, lorsque la température baisse, les rails vont se rétracter et les joints augmenter. Et bien, pas du tout, du moins pas dans la mesure où ils se sont dilatés ! En effet, j'ai constaté, ainsi que d'autres modélistes l'ont fait, que les rails ne se rétractaient guère et ne bougeaient presque plus, quelle que soit la température (dans un local fermé bien sûr) ! Pourquoi ?

La grande dilatation initiale des rails Peco pourrait peut-être provenir d'une libération des contraintes internes initiées par les procédés de fabrication. Cette hypothèse n'est théoriquement valable qu'avec des rails venant d'être tréfilés mais non avec des rails ayant séjourné suffisamment longtemps dans les stocks. Et pourtant, les profilés que j'ai posés proviennent d'un stock que je possède depuis des années bien à l'abri sur mes étagères ! Le mystère n'est donc pas éclairci entièrement !
Par contre, j'ai aussi constaté que les rails des voies solidement clouées et ballastées ou ceux soudés aux extrémités de modules ne bougent pas, du moins si les écarts de température restent dans des limites acceptables. Cela me fait inévitablement penser à ce qui se passe en réalité avec les longs rails soudés.

Je me suis donc décidé à aller à la pêche aux renseignements chez les pros du grand chemin de fer. Voici ce qu'il en ressort. 

Les longs rails soudés, appelés aussi "barres longues", constituent une méthode moderne de pose des voies ferrées qui présente l'intérêt de supprimer la plupart des joints de rail sur des longueurs importantes, souvent plusieurs kilomètres. Pour limiter les contraintes, on pose les barres longues à une température moyenne entre les extrêmes attendues, en général à 25 °C sous notre latitude. Au moment de la soudure, les rails sont mis en traction à l'aide de vérins hydrauliques. Aux extrémités, on installe des appareils de dilatation ou des joints en biseau, qui permettent aux rails de coulisser, tout en assurant sans hiatus la continuité du roulement.

La dilatation du métal avec la température, qui est contrariée dans ce système de pose, se transforme en contraintes de compression ou de tension, qui peuvent atteindre jusqu'à 140 tonnes pour une voie armée de rails de 60 kg/m. Ces contraintes dépendent des variations de températures et de la section du rail, mais sont indépendantes de sa longueur. Elles sont contrariées par le frottement des traverses sur le ballast, sauf aux extrémités de la barre longue.

Voilà en ce qui concerne le grand chemin de fer.

Il n'en reste pas moins que la question "pourquoi?" énoncée plus haut n'est toujours pas résolue. La réponse relève plus que probablement du domaine de la thermophysique des matériaux et je renonce à pousser l'enquête aussi loin.

Qu'importe finalement que nous ne sachions pas pourquoi, puisque nous savons ce qu'il convient de faire sur notre réseau.

 

Sur les parties visibles du réseau, il est possible de reproduire un joint de dilatation coulissant comme on en voit en réalité. Je me suis amusé à en confectionner un pour voir ce que ça donne (rails code 75 Peco).

Joint dilatation 1 (Small)

 

00:29 Écrit par André S dans 09. Voie | Lien permanent | Commentaires (4) | Tags : -voie_dilatation des rails |  Facebook |

Commentaires

Dans le texte concernant les moteurs pecos :
-il est indiqué : "...la commande simultanée de plusieurs moteurs péco à l'aide d'un seul bouton poussoir (itinéraire) est aisé moyennat l'emploi d'une matrice à diodes..."; est il possible d'en savoir un peu plus avec schémas de réalisation pratique?
- Pour la décharge capacitive permettant le bon fonctionnement des moteurs peco : schéma et conseils de réalisation plus concret; est-ce posible?
Merci

Écrit par : Couty Lionel | 27/08/2007

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Grace a cet article j'ai encore appris une nouvelle chose.

Au revoir.

Écrit par : Mallory | 01/09/2007

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Dilatation des rails la réflextion que vous développée est interèssante mais il se peux que le support des voies à aussi un rôle à jouer dans la dilatation, ce qui produit l'effet constaté.

Écrit par : ESTIVALS | 30/03/2010

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Bonjour,
Je suis actuellement en formation en Technicien Supérieur en Conception Mécanique et j'ai un projet sur le rail rail de guidage d'un métro.
Pouvez vous me donner plus d'informations sur les Longs Rails Soudés et les joints de dilatation.
Merci d'avance et j'espère vous rapidement.
Aydemir

Écrit par : ALTUN | 14/10/2011

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