Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif Séminaire de restitution
des opérations de recherche
Platif et Vif 13 mars 2015
Le projet de voie mixte fret-LGV sur dalles béton innovante NBT
(New Balastless Track)
T. Sedran (Ifsttar), C. Masson (Alstom transport)
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• FUI n°072906053 Janvier 2007 - Mars 2014 • NBT a été co-développé en partenariat :
– Alstom: process de construction
– CEF: monitoring
– IFSTTAR: design et test de laboratoire
• MAST/MIT, MAST/LAMES
• COSYS/SII
– Railtech: design des dalles et des attaches
– RFF: maître d’ouvrage
– Vossloh-Cogifer: design des aiguillages
Le projet NBT
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 2
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Design – Durée de vie théorique de 100 ans
– Grande disponibilité pour du trafic mixte: LGV (360km/h) et fret (25T/axe)
– Solution acceptant des dévers
– Solution utilisable en ligne courante et avec appareils de voie
– Une solution avec une emprise au sol réduite
• Vitesse de construction élevé – Vitesse de construction à partir de 500 mètres de voie/jour/front
• Maintenance faible – Maintenance des équipements de voie similaire aux voie ballastée
– Structure ne nécessitant pas de maintenance corrective
– En cas de dommage structurel localisé, réparation aisée
Le cahier des charges de NBT
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 3
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Pas de solution « Française » en dalles béton reconnue à l’international
• Existence de la méthode de construction Appitrack d’Alstom développée pour le tramway et le métro
Contexte des voies sur dalles béton
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 4
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Basé sur l’expérience routière
Dalles de voies indépendantes
• béton armé (2,5m x 0,24m)
• Insertion du système d’attache sur
la dalle, e= 0,60m
Dalles de fondation en béton
indépendantes et non armées
(2,8m x 0,30m)
Clé pour la stabilité transversale
Plateforme de 120 MPa
Le concept proposé
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 5
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Pré-dimensionnement de la structure sur la base de
l’expérience routière
• Réalisation d’une maquette à l’échelle 1 pour tester la solution
• Réalisation d’un tronçon expérimental
• Analyse du coût de cycle de vie
• Suivi du tronçon expérimental
Les étapes du projet
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 6
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Pré-dimensionnement
• Basée sur des calculs aux EF (CESAR, SYSTUS)
Contrainte en traction maximale
• Prenant en compte le comportement à la fatigue du béton
• Prenant en compte le couplage
– Chargements mécaniques
– Gradients thermiques (négatifs ou positifs)
• Etude paramétrique pour déterminer les dimensions des dalles et des armatures
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 7
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Maquette à l’échelle 1
• Plateforme représentée par une couche d’élastomère
• 8 vérins (200 kN chacun, 5 Hz)
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 8
Maquette: vue générale
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Etude paramétrique numérique sous César
• Chargement: 2 essieux 200kN/roue, distance entre essieux=1,80m
• On cherche des champs de contraintes et de déplacements proches du cas plateforme semi infinie.
Modèle complet PF3 (120MPa)
Hsol=5m
Modèle avec support en élastomère
Module et épaisseur variables
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 9
Maquette : choix de l’élastomère
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Une couverture thermique alimentée par une pompe à chaleur et pilotée par ordinateur pour fournir un historique de gradients de températures représentatif
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 10
Maquette: couverture thermique
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Une instrumentation complète
– 50 thermocouples
– 40 jauges de déplacements
– 140 jauges de déformations
– 3 capteurs de force
– 6 fibres optiques
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 11
Maquette : instrumentation
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
2.7 m
2.7 m 4.2 m 2.7 m
Groupe1 de vérins
(Vue du dessus)
2.1 m 0.3m P=200 KN
Dalle de fondation
Dalle de voie
Rail
(Vue de face)
4.2mx2.5mx0.24m 4.2mx2.5mx0.24m
4.2mx2.7mx0.3m 2.7mx2.7mx0.3m 2.7mx2.7mx0.3m
Groupe2 de
vérins
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 12
Maquette: chargement
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Maquette: chargement
profil de chargement sur NBT
0
50
100
150
200
250
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
temps (ms)
am
pli
tud
e (
kN
)
V1-V4
V5-V8
somme
chargement vu de BC3
chargement vu de BC5
vérins V1-V4
chargement vu de BC5
vérins V5-V8
4.8m2.7m0.6m 6.9m 9m
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 13
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Pose de l’élastomère
Ragréage de la dalle d’essai
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 14
Maquette: construction plateforme
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Maquette: construction dalles BC3
Mise en place des jauges Coulage
Coffrage
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 15
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Maquette: construction dalles BC5
Amenée du béton Talochage
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 16
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Chargement statique et cyclique (10 millions de cycles à 2,5 Hz)
• validation du modèle aux EF utilisé
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 17
Maquette: chargements
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• validation des fibres optiques comme outil de monitoring
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 18
Maquette: chargements
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• bon comportement de la structure
• démontage facile
• validation du concept et du pré-dimensionnement
• passage au prototype
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 19
Maquette: bilan
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• 2x1km de voie NBT installés près de Sérifontaine sur la ligne Serqueux-Gisors
• Construction Alstom: printemps 2013
• Mise en service: 16/12/2013
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 20
Tronçon expérimental
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Traitement du sol pour atteindre une portance de 120MPa
– Remblai sable/ciment 30cm
• Mise en place du drainage enterré
• Mise en place de la dalle de
fondation non ferraillée par
coffrage glissant
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 21
Tronçon expérimental: construction
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Installation de la dalle de voie avec le convoi APPITRACK
– Mise en place des armatures
– Mise en place de la dalle avec un coffrage
glissant
– Insertion des systèmes d’attache
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 22
Tronçon expérimental: construction
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
– Construction manuelle « top-down »
• Installation de l’appareil de voie
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 23
Tronçon expérimental: construction
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Zone de transition
– Longue de 25m
– Ballast confiné / Semelles sous traverses
– Ballast sur dalle béton / Semelles sous traverses
– Rails raidisseurs
– Evolution de la raideur des semelles sous rail
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 24
Tronçon expérimental
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Bilan chantier
• Bavures BC5 se détachent facilement du BC3
• Non collage entre BC3 et BC5
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 25
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Bilan chantier
• Seules 6 fissures de réflexion du joint BC5 dans le
BC3 sur l’ensemble du tronçon
• confirmation du non collage
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 26
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
27
Tronçon expérimental: mise en service
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson
• Mise en service: 16/12/2013
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Sollicitations
climatiques (rapports météo France)
Dalle de voie
Dalle de fondation
EFFORTS
DANS LES DALLES RANGE : ± 1000 µε
UNCERTAINTY : ± 10 µε
DISTRIBUTION
VERTICALE DE LA
TEMPÉRATURE
RANGE : -30°C / +80°C
UNCERTAINTY : ± 0.5°C
DÉPLACEMENTS
RELATIFS DES
DALLES RANGE : ± 5 mm
UNCERTAINTY : ± 0.1mm
EFFORTS AU
CONTACT ROUE-
RAIL RANGE : 0 to 150kN
UNCERTAINTY : ± 0.6kN (vertical)
∆z
• Chaine de 150 capteurs
• Mesures par fibre optique
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 28
Tronçon expérimental: instrumentation
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
29
Exemple capteurs 3 et 2 Réalisées automatiquement au passage de chaque train (4 par jour)
• Fréquence d’échantillonnage: 2000 Hz/voie
• 4 voies de mesures: +/-5g
• Déclanchement de la mesure au passage du train (trigger)
• Pré trigger de 1 s
• Post trigger de 5s
• Fichier de 12 0000 points
• Envoi par 3G sur serveur distant accès permanent aux fichiers
Mesures d’accélérations
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Mesures d’accélérations
Masse en service
50 t
Longueur hors tampons 28.900 m
Empattement
17.500 m
Empattement du bogie 2.100 m
Diamètre des roues
Ø840 mm
30
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
-0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50
Dé
flex
ion
(m
m)
Gradient (°C/cm)
Déflexion vs Gradient
Train de 6h30
train de 8h30
train de 16h50
train de 18h55
31
Mesures d’accélérations
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Enregistrement des gradients thermiques sur 1 an:
– de -0,3 à 0,7°C/cm
– les hypothèses de calcul (de -0,6 à 0,8°C/cm) étaient sécuritaires
• Les mesures de déformations expérimentales sont cohérentes avec les valeurs prédites par le modèle
• Pas de dégradation de la structure depuis la mise en service
32
Bilan du monitoring
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Hypothèses:
– Projet type LGV ~100km
– Trafic mixte grande vitesse/fret
– Tracé incluant sections sur ouvrages (viaducs et tunnels)
– Cycle de vie analysé sur 50 ans
– Comparaison avec voie ballast et autre voie béton (type Rheda)
– Coûts de construction et de maintenance de la voie uniquement
– Taux d’actualisation (6%) et d’inflation (3%)
• Sources:
– Coûts de construction voies : ALSTOM
– Coûts de maintenance: • SETRA
• SNCF Réseau (RFF)
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 33
Analyse des coûts sur le cycle de vie
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Analyse des coûts sur le cycle de vie
• Résultats CAPEX :
– Coûts construction: • NBT : + 30% par rapport à la voie ballast
• NBT < autre solution voie béton
– Gains possibles sur le génie civil grâce à une emprise moindre
– Gains possibles sur le tracé grâce à des dévers supérieurs
• Résultats OPEX :
– Coût global NBT < coût global ballast après 15-20ans de mise en service
– Gains commerciaux possibles grâce à la plus grande disponibilité de la voie
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 34
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
• Un partenariat fructueux de l’idée au prototype en passant par le laboratoire: de la page blanche au prototype en 7 ans
• Un bon comportement du prototype après 15 mois de circulation
• Une conception de voie optimisée de faible emprise permettant une diminution des ouvrages
• Une conception permettant une construction automatisée à très haut rendement
• Un faible besoin en maintenance
Une grande disponibilité
Un coût sur le cycle de vie réduit
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 35
Conclusions
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Conclusions
• Maintenance – Les fissures peuvent être réparées sans
impact sur le trafic
– En cas de défaillance structurelle localisée :
• Les dalles peuvent être retirées (pas de renforcement continu)
• Remplacement par coulage en place ou dalle préfabriquée
– Rails et attaches: idem voie ballastée
• La stabilité géométrique devrait réduire les besoins en monitoring et l’ajustement des caténaires
Projet NBT- T. Sedran, C. Masson 36
Séminaire de restitution des opérations de recherche Platif et Vif
Merci de votre attention Pour plus d’information: [email protected], [email protected]
37