Résultats des mesures

Les résultats sur les différentes zones sont présentés en Fig. 3.4. Chaque courbe correspond à la moyenne des dix impacts en un point de mesure pour la réceptance directe (point d’impact et point de mesure identiques). La cohérence correspondant à ces mesures est supérieure à 0.99 entre 10 et 100 Hz, ce qui permet d’assurer une très bonne répétabilité en un point de mesure et de travailler sur l’interprétation des résultats. Notons que cette bonne cohérence est obtenue dès 3 impacts, la réalisation systématique de 10 impacts par point de mesure paraît donc a posteriori surdimensionnée. En revanche, en dessous de 10 Hz, les mesures sont inexploitables. En effet, les caractéristiques du capteur donnent un niveau de bruit à 3 ou 5 milli-g en dessous de 20 Hz, et sur de nombreuses mesures le niveau d’accélérations pour des fréquences inférieures à 10 Hz est en dessous de cette valeur. Les courbes correspondant aux différents points d’impacts disponibles sont superposées sur la figure de manière à refléter la variabilité de la mesure.

Ainsi, il est intéressant de noter que pour la transition avec le tapis 1 il y a une variation de 20 % de l’amplitude sur la gamme de fréquences étudiée selon le point d’impact, dans la zone avec tapis 2, cette variation est de 10 %, et pour finir, dans la zone de voie ballastée où des données sont disponibles à 6 mois d’intervalle puisqu’une seconde campagne a été réalisée dans cette même zone après travaux de régénération, la variation monte à 80%. Malgré ces variations d’amplitude, la forme des courbes est caractéristique des zones étudiées.

En effet, sur la Fig.3.4 il ressort clairement que selon la zone étudiée, la forme de la réceptance peut changer. Pour des fréquences inférieures à 40 Hz les deux zones de la transition sont plus souples (c’est-à-dire ont une amplitude plus élevée) que la voie ballastée. Un pic de résonance est clairement visible à 31 Hz pour la zone munie de tapis 2 et à 33 Hz pour celle munie de tapis 1. Sur la voie ballastée, une légère résonance peu marquée se distingue autour de 50 Hz, très amortie.

Pour des fréquences supérieures à 40 Hz, c’est la voie ballastée qui devient plus souple que les zones de la transition.

Expérimentations, simulations numériques et analyses de la réponse dynamique de la voie ferrée sous impact

La différence de raideur des tapis est également visible dans les courbes de réceptance. D’une part, la principale résonance est à une fréquence plus élevée pour la zone de transition munie du tapis 1 que pour celle munie du tapis 2. D’autre part, pour toutes les fréquences, la zone munie du tapis 1 est plus souple que celle avec le tapis 2. Cette différence va dans le sens des raideurs des deux tapis, puisque le tapis 1 était prévu plus souple que le tapis 2.

Il est important de noter que l’ensemble de ces différences est uniquement provoqué par des change- ments de sous-structure puisque la super structure de reste identique pour toutes les zones sur lesquelles les mesures sont effectuées.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5#10 -8 Fréquence (Hz) Réceptance (m/N) Voie Ballastée Zone de transition tapis 2 Zone de transition tapis 1

FIGURE3.4 : Réceptance directe mesurée sur la voie ballastée (en bleu), sur la zone de transition avec

tapis 2 (en vert), et sur la zone de transition avec tapis 1 (en rouge).

Pour illustrer la sensibilité aux variations de la sous-structure, des mesures exactement au change- ment de structure de voie ont été réalisées. Les résultats de ces mesures sont présentés sur la Fig.3.5. La courbe bleue correspond aux impacts sur le rail entre les traverses situées juste avant la dernière de la voie ballastée de conception LGV. La forme de cette courbe est très proche de la courbe bleue de la Fig.3.4, qui avait mesurée en « zone homogène », c’est-à-dire suffisamment loin de la transition pour ne pas être affectée par le changement de structure. Cependant, pour des fréquences inférieures à 40 Hz, la forme est plus incurvée, ce qui traduit la présence sous la traverse voisine du tapis et de la grave traitée. La courbe verte correspond à la mesure sur la dernière traverse de la voie ballastée. La forme devient plus proche de la réceptance mesurée sur la zone avec tapis (courbe verte sur la Fig.3.4), mais les amplitudes y sont plus élevées pour des fréquences inférieures à 60 Hz. Finalement, la courbe rouge est la mesure réalisée sur la première traverse avec de la zone avec tapis. Sa forme est similaire à celle mesurée loin de la transition dans cette zone, mais les amplitudes y sont tout de même plus élevées entre 40 et 60 Hz, encore influencées par les caractéristiques de la structure ballastée de type LGV au voisinage proche.

Ainsi, l’objectif numéro 1 identifié plus haut est rempli : la mesure de réceptance permet bien de détecter un changement dans la sous-structure. Le point kilométrique auquel ce changement est effectif peut être expérimentalement identifié par ce type de mesure, c’est ce que montre la Fig.3.5.

Les analyses précédentes des mesures visaient à montrer l’influence de la sous-structure dans les résultats de réceptance pour des fréquences inférieures à 100 Hz. Toutefois, d’autres informations sont contenues dans ces mesures en les regardant sur une gamme de fréquences plus étendue.

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 3 4 5 6 7 8 #10-8 Fréquence (Hz) Réceptance (m/N) Impact sur VB Impact sur la transition Impact sur la zone avec tapis 2

FIGURE3.5 : Courbes de réceptance mesurées directement à la transition entre voie ballastée et zone

de transition avec tapis 2.

200 400 600 800 1000 1200 10-10 10-9 10-8 Fréquence (Hz) Réceptance (m/N) Voie Ballastée Zone de transition tapis 2 Zone de transition tapis 1 A B C _D (a) Receptance 200 400 600 800 1000 1200 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 Fréquence (Hz) Cohérence Voie ballastée Zone de transition tapis 2 Zone de transition tapis 1

(b) Coherence

FIGURE3.6 : Mesures de réceptance pour les zones de voie ballastée, et zone de transition de Chau-

conin sur une gamme de fréquences étendue.

Sur la Fig. 3.6 les courbes de réceptance et les cohérences correspondantes sont tracées sur l’in- tervalle 10-1300 Hz. Il s’agit strictement des mêmes mesures que celles présentées sur une gamme fréquentielle réduite sur la Fig.3.4.

Les courbes en trait plus épais sont celles correspondant à des impacts sur traverses. Sur cette figure, les points de résonance caractéristiques de la voie ballastée qui ont été présentés sur la Fig.

1.11sont indiqués. Le point A, correspondant principalement à la résonance de la superstructure sur le sol support, dépend en grande partie des propriétés des sous-couches et a été longuement étudié plus haut. La première constatation est que les différences entre les types de voie étudiées dans la section précédente s’estompent au-delà de 100 Hz. Ce résultat était attendu puisque l’étude bibliographique

Expérimentations, simulations numériques et analyses de la réponse dynamique de la voie ferrée sous impact

1.1.2rappelait que celle-ci influence principalement la réponse pour des fréquences inférieures à 140

Hz.

Le point D, correspondant à la fréquence « pin-pin » est facilement distinguable à 1100 Hz. Pour cette fréquence, les courbes correspondant aux impacts entre et sur traverses se séparent. Les impacts sur traverses donnent lieu à un minimum local à cette fréquence, ceux entre traverses à un maximum.

Le point C correspond en théorie à la résonance du rail sur les semelles. Ce point peut donc être utilisé pour calibrer ou vérifier la valeur de la raideur de semelle pour des fréquences proches de 500 Hz, comme détaillé plus loin dans le paragraphe3.2.2.

Enfin le point B est une anti-résonance sur les traverses, qui se comportent alors comme des absor- beurs dynamiques [Ilias, 1999]. Ce mode correspond à un rail et des traverses qui vibrent en opposition de phase. Ceci se vérifie sur la Fig.3.7en traçant la réceptance directe pour un impact sur le rail et la réceptance croisée, mesurée au niveau de la traverse. Si en basse fréquence les deux courbes sont très proches, leur forme diffère fortement dans la zone correspondant à ce mode, c’est à dire autour de 300 Hz. 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 10-9 10-8 |Receptance (m/N)| 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -100 0 100 Fréquence [Hz] phase (w) [deg] Mesure rail Mesure traverse

FIGURE3.7 : Mesures de réceptance directe et croisée sur traverse pour des impacts au niveau du rail

sur la voie ballastée.

Dans la section3.4, des pistes pour réaliser des mesures permettant de tirer plus d’informations des courbes de réceptance sont proposées.