Comportement d’un support d’appareil de voie soumis à l’exposition gel-dégel

(fre) Les supports d'appareil de voie permettent d'assurer la stabilité de la voie ferroviaire au niveau des aiguillages ainsi que la position exacte de la voie ferrée. Anciennement en bois, ils sont remplacés aujourd'hui par des supports en béton précontraint, plus durables et surtout plus écologiques. Ceux-ci doivent subir une série d'essais en laboratoire afin d'obtenir l'accréditation nécessaire à leur mise en service. Lors du test de gélivité qui consiste à effectuer des cycles de gel-dégel, une fissure apparaît au niveau des fils de précontrainte du milieu des supports étudiés. Celle-ci contraint à invalider l'essai. Il est alors nécessaire de mettre en évidence les efforts qui tendent à fendre en deux les éléments afin d'éviter ce problème et de satisfaire le client, Infrabel, par rapport aux produits fournis. Il existe des supports de différentes longueurs, en fonction de leur position, et de sections diverses. Parmi ceux-ci, trois géométries ont été analysées dans ce présent document car elles présentent toutes la même problématique. Dans un premier temps, les effets qui s'appliquent aux supports ont été mis en évidence. Il y a, d'une part, les effets mécaniques qui résultent de la précontrainte et, d'autre part, les effets thermiques tels que le changement de température et l'effet du gel au sein de la matrice de ciment. Aucune autre sollicitation n'est appliquée sur les supports lors de l'essai. Dans un second temps, une étude expérimentale, qui avait pour but de valider le modèle numérique réalisé sur le logiciel d'éléments finis ABAQUS ainsi que de trouver les valeurs de certains paramètres, a été effectuée. Ensuite, la contribution de chaque phénomène à la création de la fissure a pu être quantifiée. Chaque effet a été analysé de manière individuelle avant l'étude de l'action conjointe de ceux-ci. Cette dernière a démontré que la précontrainte impliquent des sollicitations trop importantes dans l'élément qui provoquent un endommagement du béton. Les effets du gel aggrave cette dégradation et une fissure apparaît. Il est dès lors nécessaire de diminuer les contraintes dans les fils et mettre en place une stratégie qui permettrait d'améliorer la résistance à la traction des produits. Revoir la mise en oeuvre de la précontrainte peut aussi être une option. Enfin, cette recherche a offert l'occasion de démontrer la pertinence de l'essai de gélivité dont le but est de recréer les conditions climatiques belges les plus sévères.

(eng) Railway sleepers ensure the right position of the railway tracks along the railway switches as well as their stability. Formerly made of wood, they are nowadays replaced by prestressed concrete railway sleepers, more sustainable and especially eco-friendlier. Prior to being used, railway sleepers must pass laboratory tests. The freeze-thaw test, for instance is mandatory to obtain the commissioning accreditation. During this freeze-thaw experiment on the sleepers, a crack may appear in the middle row of prestressed wires, resulting in an invalid test. It is therefore necessary to draw attention to the forces that tend to split the object to avoid this problem in the future as well as to match Infrabel’s expectations. Sleepers may be of different lengths, depending on their position and of the different sections. This paper focuses on three geometries owing to the fact that those sleepers are concerned by the same issue. First, the forces affecting the prestressed beam have been highlighted. There are, on the one hand, the mechanical effects from the prestressing and on the other, the thermal effects due to changes of temperature in addition to the damage caused by frost inside the concrete. During the test, no other solicitation is applied. Second, an experimental study aimed to validate the ABAQUS finite elements models and to find some unknown parameters has been carried out. This paper has analysed each effect individually before studying their shared action. Finally, the contribution of each phenomenon on the crack has been quantified. The study has demonstrated that prestressing involves excessive stress in the element which causes damage to the concrete. The effect of frost aggravates the deterioration and eventually a crack appears. Therefore, it’s necessary to reduce the stress in the wire and also to implement a strategy that would improve the tensile strength of the products. Reassessing the prestressing system may also be an effective solution. Finally, this paper has provided an opportunity to demonstrate the relevance of the freeze-thaw test which goal is to reproduce the most extreme Belgian weather conditions.