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2012 Karlsruhe - Bâle, Tunnel de Katzenberg

Dans le tunnel de Katzenberg en tant que système masse-ressort un produit de haute qualité de Calenberg Ingenieure était installé

Le tunnel du Katzenberg constitue le principal projet parmi les travaux de construction et d'aménagement de la ligne ferroviaire entre Karlsruhe et Bâle. Pour protéger la population des vibrations, la voie sans ballast qui passe sous les habitations de Bad Bellingen est équipée d'un système masse-ressort. Un système a pour cela été développé afin de répondre aux exigences les plus sévères.

Calenberg Ingenieure développe, fabrique et distribue des appuis glissants élastomère et des appuis de construction statiques et dynamiques (appuis élastomère) pour le bâtiment, ainsi que des nattes et des tapis sous ballast pour la construction ferroviaire, sans oublier d'autres produits élastomère pour la protection acoustique et la protection de l'environnement.

Selon les prévisions du Plan des infrastructures fédérales de transport, le tunnel devrait tout de même voir circuler d'ici 2005 en 24 heures quelque 60 trains de grandes lignes, plus de 100 trains régionaux et au moins 300 trains de marchandises. Ce qui correspond à environ un train toutes les trois minutes. On estime que plus de 70 millions de tonnes de charge transiteront chaque année par cet itinéraire – avec les vibrations engendrées par le tunnel dans les habitations.

Le système masse-ressort central se compose des éléments de la voie sans ballast (système Bögl) disposés sur une plaque porteuse d'une épaisseur d'environ 34 cm. En dessous se trouve l'USM 1000 W qui sert d'appui linéaire. Les espaces intermédiaires compris entre les dos des éléments élastiques ont été recouverts de plaques en fibres-ciment. La fréquence de syntonie du système masse-ressort a ainsi pu atteindre une valeur de 12,5 Hz, ce qui assure la haute protection exigée par le système.

Un champ de tension, généralement plutôt négligé, a ici été traité de façon propre sur le plan constructif et favorisé par le choix d'un matériau adapté : protection contre les vibrations et évacuation des eaux. L'eau de pénétration est conduite de façon ciblée par les nattes latérales vers la semelle. Grâce aux pentes longitudinale et transversale, l'eau comprise entre les noppes s'écoule dans une rigole centrale.

Calenberg Ingenieure développe, fabrique et distribue des appuis glissants élastomère et des appuis de construction statiques et dynamiques (appuis élastomère) pour le bâtiment, ainsi que des nattes et des tapis sous ballast pour la construction ferroviaire, sans oublier d'autres produits élastomère pour la protection acoustique et la protection de l'environnement.

A l'aide de gaines disposées de façon régulière, cette rigole évacue l'eau dans une conduite de drainage centrale prévue au niveau de la semelle du tunnel. Des trappes de révision permettent la maintenance et le contrôle des systèmes d'évacuation des eaux. Le choix s'est directement porté sur l'USM 1000 W. Ce produit éprouvé est un élément combiné mis au point par nos ingénieurs développement.

Les nappes coniques sont constituées de NR qui affiche un rapport optimal entre résistance statique et résistance dynamique. Sous l'effet d'une charge croissante, les cônes se transforment en hémisphères, ce qui engendre une relation non linéaire entre surcharge et rigidité. L'avantage saute aux yeux : pour toutes les contraintes de compression habituelles dans le secteur ferroviaire, l'USM présente une fréquence propre quasiment constante.

Il s'agit du seul moyen d'assurer une protection constante contre les bruits d'impact et les vibrations dans le cas de surcharges très variables. Le dos se compose de deux différentes couches fonctionnelles. Le mélange de caoutchouc de la couche centrale agit comme un amortisseur qui atténue les dévers dans la fréquence propre et laisse décroître plus vite les amplitudes d'oscillation.

Du néoprène CR entre dans la composition de la couche de finition et d'usure, ce qui lui garantit une robustesse extrême contre les sollicitations mécaniques. Deux membranes tissées vulcanisées confèrent sa stabilité au dos et empêchent les déformations transversales indésirables.

Notre USM autorise une pose dans le sens longitudinal. Des bandes d'une largeur de 64 cm ont été découpées dans la largeur de fabrication d'environ 1,54 m. Afin de faciliter la manipulation dans le tunnel, la longueur de rouleau a été fixée à 50 m en accord avec les entreprises de construction. Les tapis de ballast USM 2020 et USM 3000 ont été posés sur toute la surface dans les zones de transition.

Après la pose de l'USM 1000 W, les espaces intermédiaires ont été recouverts de plaques en fibres-ciment et les joints longitudinaux et transversaux rendus étanches. Cela permet de s'assurer qu'aucun béton frais ne s'introduit dans la partie située sous les éléments élastiques. L'armature de la plaque porteuse est disposée sur le dos stable des nattes sous ballast.

Il est inutile d'ajouter une couche de protection supplémentaire pour les éléments élastiques. Après durcissement du béton, la plaque porteuse est prête à recevoir les éléments préfabriqués de la voie sans ballast du système Bögl. A l'aide d'une grue, ces derniers ont été retirés du poids-lourd et fixés de façon monolithique à la plaque porteuse au moyen d'une masse de scellement.

L'accès autorisé par la voie sans ballast aux véhicules routiers permet aux tubes du tunnel de servir également d'accès aux véhicules de secours. Pour reprendre les charges de roues, des exigences sévères ont été imposées à l'appui des regards de gaine. Dans ce but, plus de 2,5 km d'appuis bi-Trapèze® ont été installés à cet endroit.

Ce projet a nécessité d'importants essais pour vérifier les résistances statique et dynamique, mais aussi le comportement dans le temps. Ces essais ont été menés conformément à la nouvelle norme DIN 45673 – partie 7.

Au cours de la phase de conception, des examens d'agrément ont été prescrits pour prouver l'aptitude du matériau et fournir les principes nécessaires au dimensionnement. Les directives liées à l'autocontrôle accompagnant la production assurent que le matériau mis en œuvre sur le chantier reprend bien les valeurs de l'examen d'agrément. Des échantillons ont été prélevés en cours de réalisation.

Les valeurs exigées ont été vérifiées par un bureau de contrôle indépendant. Il s'agissait dans notre cas de l'Agence fédérale pour la recherche et le contrôle des matériaux (BAM) de Berlin. Ces moyens ont été déployés pour garantir un fonctionnement à long terme des éléments élastiques d'un système masse-ressort.

Les certificats relatifs aux autres composants du système masse-ressort, ainsi que les documents liés à l'autorisation, ont été remis à la DB Netz AG. Après examen, celle-ci a émis une autorisation interne à l'entreprise pour le système masse-ressort.

À la fin des travaux, les services chargés du réseau ferroviaire et l'entreprise de construction ont été si convaincus par le mode de travail à l'avant-garde des techniques qu'une maquette du système masse-ressort à l'échelle grandeur a été exposée à l'espace d'accueil des visiteurs de la DB et au siège social de l'entreprise de construction. Les personnes intéressées peuvent ainsi facilement apprécier les avantages du mode de travail utilisé.

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