Défauts du rail

Découvrez les défis du rail

Les rails sont exposés à de fortes sollicitations. Citons à titre d’exemple les charges à l’essieu, la vitesse des circulations, les accélérations et les freinages (très fréquents sur les réseaux urbains). Outre l’usure normale, ces sollicitations génèrent différents défauts.

Généralement, on classe les défauts de rail selon quatre catégories : usure (perte de matière par frottement), déformation, fissuration et défauts liés à l’utilisation. Pour définir le procédé d’entretien à mettre en œuvre - meulage ou fraisage - il ne suffit pas de connaître le type de défaut. Il faut aussi déterminer sa gravité. La quantité de matière enlevée dépend de la profondeur de la détérioration. Pour déterminer la quantité exacte de matière à retirer à chaque point du tronçon, il faut tout d’abord effectuer des mesures sur les rails.

Des opérations de maintenance régulières et préventives, telles que le meulage à grande vitesse ( High Speed Grinding ) permet d’entretenir les rails et de stopper l’aggravation du défaut. De cette façon, vous pouvez augmenter de façon importante la durée de vie de vos rails, et réduire de manière significative les couts de maintenance sur l’ensemble du cycle de vie de vos rails. Nos engins de meulage seront prochainement équipés d’une technologie de mesure qui déterminera l’état des rails lors de leur passage. Les données ainsi collectées alimente la base de donnée de notre concept innovant de maintenance intelligente (lien), vous permettant ainsi de mettre en œuvre votre propre gestion de l’entretien via une application. Ce système accroît considérablement la durée de vie des rails et diminue notablement les coûts de maintenance du rail .

Voici une présentation des défauts de rail les plus courants.

Fissures « head check »

Les défauts apparaissant le plus souvent sont les fissures « head check ». Il s’agit de fissures fines très serrées. Ces fissures de fatigue au contact de roulement (RCF), apparaissent en premier lieu sur le congé de roulement des rails puis progresse sur le champignon.. Si on ne les élimine pas de temps en temps, celles-ci deviennent de plus en plus profondes à l’intérieur du rail, fusionnent et entraînent à un stade avancé des ébrèchures et un affaiblissement du rail, il n’y plus alors comme alternative que le remplacement du rail pour supprimer ces défauts. A terme, si aucune mesure n’est prise, l’évolution de ces fisures peut provoquer des ruptures multiples et mettre ainsi en cause la sécurité de circulations

À un stade initial, ces fissures peuvent être éliminées par le meulage . Si l’évolution du défaut est trop avancée, une plus grande quantité de matière devra être retirée. Il est alors recommandé de procéder à un fraisage (lien vers la page produit HPM).

Altération de la table roulement (ondulation)

La déformation ondulatoire de la surface du rail est due au contact de roulement et à un traitement inadapté. L’ondulation est la principale cause d’émission de bruit. Les vibrations résultant de ce défaut constituent une charge pour la voie et les trains, qui peuvent à leur tour subir des dommages.

On classe les défauts ondulatoires dans trois catégories selon la longueur de l’ondulation : usure ondulatoire à ondes courtes, empreintes de patinage (moyennes) et usure ondulatoire à ondes longues.

Sur les lignes à grande vitesse, les ondulations à un stade avancé peuvent entraîner l’apparition de fissures. On parle alors de défaut « Belgrospi » : il s’agit d’un réseau de fissures apparaissant au sommet des ondulations. En évoluant, ce type de défaut peut provoquer des squats (voir point suivant).

Les ondulations de patinage surviennent dans les virages serrés sur le rail intérieur (branche interne). Ce défaut est dû à des effets de patinage au niveau des essieux résultant d’une différence de rayon de roulement entre la roue interne au virage et la roue externe.

Les ondulations longues sont plutôt rares. Lorsqu’elles apparaissent, il est difficile de faire la différence avec des défauts de géométrie de la voie.

Squats

Les squats sont généralement des défauts isolés, bien qu’ils apparaissent parfois en séries. Ils se caractérisent par un enfoncement de couleur foncée. À un stade avancé, ils ressemblent à des fissures en V ou semi-circulaires pointant vers le côté de roulement des rails. Différentes hypothèses permettent d’expliquer ce défaut. Certaines sources évoquent des écrasements latéraux du matériau, d’autres considèrent que les squats sont la conséquence de dommages préalables, tels que des ondulations et des enfoncements, ou de défauts de meulage (formation de martensite résultant d’un bleuissement par meulage). L’apparition de squats a fortement augmenté ces dernières années. Certaines sources estiment que les squats constituent les défauts les plus

Empreinte de patinage

Les points de dérapage résultent du frottement et du patinage des roues des véhicules automoteurs en démarrage. Si la roue patine, le profil du rail peut se déformer et l’augmentation de la température entraîne une modification de la structure du matériau, qui peut alors durcir à certains endroits. Les points de dérapage se différencient facilement des squats, par exemple, car ils apparaissent toujours en même temps et de façon opposée sur les rails gauche et droit.

Poinçonnements

Les poinçonnements sont situés sur la surface de roulement. Ils sont la conséquence de la présence de corps étrangers durs sur le rail lors du passage des roues. Deux causes sont possibles. Si le défaut est ponctuel et ne se répète pas, il s’agit d’un corps étranger présentsur le rail qui est écrasé par les roues (expl. empreinte de ballast). Si un corps étranger s’est logé dans une roue, un poinçonnement périodique appelé billage se produit à chaque tour de roue de telle sorte que le tronçon sera endommagé de façon répétée sur de grandes longueurs. Ces poinçonnements peuvent être le point de départ de fissures.

Ebrechures

Lorsque les défauts sont très avancés, il peut arriver que la surface du rail subisse des ébréchures. Cela se produit par exemple lorsque les fissures « head check » ou les fissures se trouvant à l’intérieur du rail n’ont fait l’objet ni d’un meulage ni d’un fraisage. Ces fissures peuvent alors évoluer, fusionner avec le temps et devenir de véritables points faibles. Lorsqu’une réserve d’usure est encore disponible, il est possible de fraiser le rail afin de se débarasser des fissures . Si les ébrèchements sont si profonds qu’un simple enlèvement superficiel de matière n’est plus suffisant, un remplacement de rail est alors nécessaire

Défauts de traitement

L’usure résultant du passage des trains n’est pas seule en cause dans le raccourcissement de la durée de vie des rails. Le matériau peut également être endommagé par un traitement inadapté, comme par exemple un meulage dit « agressif ». L’augmentation de la pression de contact et de la vitesse de rotation des meules entraînées permet d’enlever une quantité de matière aussi importante que possible. Ce traitement peut cependant provoquer une surchauffe du rail et entraîner un bleuissement et des durcissements avec formation de martensite.

Un enlèvement de matière insuffisant peut générer un autre problème, dans la mesure où les défauts ne sont pas totalement supprimés : les défauts restants sont masqués et peuvent alors entraîner l’apparition de nouvelles détériorations. Par exemple, si les ondulations n’ont pas subi un fraisage ou un meulage suffisant, de nouvelles ondulations se forment rapidement à ces endroits.