voie ferrée

Une voie ferrée se compose de deux rails en acier parallèles fixés à une série de traverses en bois ou en béton, qui sont elles-mêmes posées sur une plate-forme ou un ballast préparé. Les rails sont généralement des profilés en acier laminé avec une section en T inversé, avec une base plate, une âme verticale et une tête arrondie. La tête offre une surface de roulement pour les boudins de roue, tandis que la base répartit la charge dans les traverses. L'écartement standard en Amérique du Nord est de 4 pieds 8,5 pouces entre les bords intérieurs des rails ; d'autres pays utilisent des écartements différents, notamment 1 435 mm (effectivement le même) en Europe et 1 000 mm dans certaines voies ferrées de montagne et industrielles.

Les rails eux-mêmes sont disponibles en différents poids et profils selon les exigences de service. Les lignes de fret lourd utilisent des sections de rail de 130 à 155 livres par yard ; les lignes de passagers et industrielles plus légères peuvent utiliser 100 à 115 livres par yard. Le rail moderne soudé en continu, posé en une seule pièce de plusieurs miles de long, a largement remplacé le rail éclissé avec des éclisses boulonnées, ce qui réduit l'entretien et l'impact des roues aux joints. Les rails sont maintenus à l'écartement (l'espacement correct) par des tirants ou des contreventements latéraux et sont généralement fixés aux traverses avec des crampons, des clips ou des systèmes de fixation conçus pour permettre un certain mouvement latéral tout en empêchant le fluage, le déplacement progressif des rails sous des contraintes répétées.

Ballast et fondation

Le ballast, généralement de la pierre concassée ou du gravier, se trouve sous les traverses et remplit plusieurs fonctions : il répartit la charge concentrée des traverses sur une zone plus large de la plate-forme, permet le drainage loin de la voie et assure une retenue latérale. Sur les routes à mauvais drainage ou dans les climats humides, la profondeur du ballast peut atteindre 12 à 15 pouces ; les régions arides peuvent utiliser 8 à 10 pouces. La plate-forme elle-même doit être correctement nivelée et compactée pour éviter le tassement ; un affaissement différentiel provoque une voie ondulée et un mauvais contact des roues, entraînant une usure accélérée et un risque de déraillement.

Les traverses en bois restent courantes en Amérique du Nord et mesurent généralement 7 sur 9 pouces de section transversale et 8,5 pieds de long, espacées de 19 à 21 pouces sur une voie droite et plus rapprochées dans les courbes. Les traverses en béton, plus lourdes et plus durables mais moins tolérantes aux désalignements, ont gagné du terrain dans les corridors très fréquentés et dans les régions soumises à des intempéries rigoureuses ou à des parasites destructeurs du bois. Les traverses en bois absorbent l'humidité, pourrissent et doivent être traitées avec des conservateurs ; les traverses en béton sont insensibles à ces problèmes mais ne peuvent pas être enfoncées avec des crampons, nécessitant des clips de fixation spéciaux.

La géométrie de la voie est essentielle : le rail doit être correctement relevé dans les courbes (le rail extérieur relevé par rapport à l'intérieur), généralement 4 à 6 pouces d'élévation sur les courbes de la ligne principale, pour équilibrer la force centrifuge et le poids normal. Les rails s'usent à des vitesses différentes selon le tonnage du trafic, la courbure et la vitesse ; les rails intérieurs dans les courbes serrées s'usent plus rapidement. Une inspection régulière des défauts des rails (défauts internes détectés par des tests ultrasoniques), des fixations corrodées et de la dégradation des traverses est essentielle ; une voie négligée accumule des retards et des risques d'accident. L'ensemble du système est un équilibre entre la rigidité (pour supporter les charges lourdes et la dynamique des trains) et la conformité (pour répartir l'impact et permettre le drainage).