Traverses guidées: un joint ferroviaire hautement innovant pour des exigences extrêmes

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MAURER conçoit de grandes traverses guidées et une protection unique contre le déraillement pour un pont ferroviaire à Montréal

Le nouveau Pont Samuel-de-Champlain, long de 3,4 kilomètres, qui enjambe le fleuve Saint-Laurent, remplace le pont Champlain construit en 1962 et fait déjà figure d'icône. Avec sa couleur blanche, son pylônes de 170 m de haut et ses haubans asymétriques, il est devenu un point de repère pour Montréal. Sa portée principale est de 240 m et sa largeur de 60 m est repartie sur trois poutres-caisson parallèles. Chaque année, jusqu'à 60 millions de véhicules y traversent le fleuve Saint-Laurent.

Le trafic routier circule depuis 2019 sur les deux tabliers extérieurs du pont, qui comportent chacun quatre voies de circulation. Le pont nord dispose en outre d'une voie polyvalente pour les cyclistes et les piétons. Le pont central, qui passe entre la jambes du pylône, est encore en construction. C'est ici que le nouveau Réseau Express Métropolitain (REM) automatisé devrait circuler à partir de l'automne 2022.

Grands mouvements plus torsions

Les joints de dilatation du pont central ont constitué un défi particulier. Celui-ci est très fin, ce qui entraîne des mouvements longitudinaux relativement importants lors du passage des trains, du freinage et de l'accélération. À cela s'ajoutent les vents violents, les hivers rigoureux et les éventuels tremblements de terre. "Les mouvements verticaux relativement importants, combinés aux torsions dues aux effets de torsion et de flexion, plus les déplacements horizontaux, constituaient un défi que seules nos nouvelles traverses guidées pouvaient relever", rapporte Stefan Vollert, ingénieur diplômé en développement chez MAURER. Mais il y avait encore tout un ensemble d'autres exigences pour le passage :

• Entièrement étanche à l'eau sur toute la largeur du tablier de pont (également en combinaison avec le joint de tôle traînante, appelé SP Expansion Joint) grâce à un profil d'étanchéité breveté
• Peut être inspecté par le bas sans interrompre la circulation
• Adapté à l'espace de construction de la voie sur dalle
• Ouverture et fermeture parfaitement régulières des fentes
• Plage de température de -35 à +40° C

Les autorités ferroviaires canadiennes connaissaient les possibilités techniques de la traverse guidée, car des représentants avaient visité l'usine MAURER de Munich il y a deux ans. C'est là qu'ont été fabriquées les premières traverses antisismiques au monde pour la ligne ferroviaire Toluca-Mexico City. En fait, la traverse guidée peut répondre à l'ensemble des exigences du nouveau pont Champlain.

Joints de dilatation pour ponts ferroviaires

Les traverses guidées sont des joints de dilatation pour les ponts ferroviaires. Ils couvrent la fente de l'ouvrage aux extrémités du pont ou entre les sections du pont, par exemple à Montréal devant et derrière les travées principales au niveau de la paire de pylônes, et permettent des mouvements et des torsions dans toutes les directions.

La traverse guidée est basée sur le principe du joint de dilatation à traverses pivotantes utilisé dans la construction routière, mais en beaucoup plus stable, car à chaque passage de train, de grandes charges par essieu agissent sur la construction. La traverse guidée absorbe ces impulsions de passage verticales rapides et les mouvements qui y sont liés sans se fatiguer. Les dilatations horizontales sont réparties uniformément sur les distances entre les traverses grâce à une commande géométriquement guidée. Contrairement à une commande guidée élastiquement, cela apporte une plus grande stabilité et donc une plus longue durée de vie.

De plus, les paliers mobiles dans la construction permettent aux traverses de "migrer" ou de tourner dans ou autour de l'axe longitudinal, transversal et même vertical. Lors du passage d'un train, il n'y a pas de déformations élastiques notables à l'intérieur de la traverse guidée. Même les mouvements sismiques sont compensés sans dommage à l'intérieur du joint de dilatation, de sorte que les trains peuvent à nouveau circuler, même immédiatement après un fort séisme. La traverse guidée est actuellement le seul joint de dilatation ferroviaire capable de transmettre et d'absorber des mouvements sismiques rapides, de type impulsionnel et de grande ampleur sans endommager l'élément de construction ou la structure.

Personnalisé

Le défi particulier au Canada était que les mouvements calculés étaient plus importants que ceux prévus par les réglementations allemandes et également plus importants que les traverses murales standard développées jusqu'à présent par MAURER. "Comme tous les mouvements du pont sont en dehors des normes normalisées, nous avons dû effectuer des vérifications spéciales pour les rails et les points d'appui des rails", explique Vollert.

En outre, il était demandé de faire passer la protection contre le déraillement, habituelle sur les ponts ferroviaires, par-dessus les joints de dilatation. Ces systèmes servent avant tout à protéger le pont en cas de déraillement de certains essieux de trains, ce qui n'est effectivement pas si rare dans l'exploitation ferroviaire. C'est pourquoi MAURER a développé pour la première fois un système de protection contre le déraillement pour la traverse guidée.

Matériau de glissement haute performance MSM

De petits paliers lisses MSM® guidés latéralement assurent un glissement des traverses à faible usure, presque sans friction et contrôlé, avec une résistance minimale. MSM® signifie "MAURER Sliding Material" et est un matériau de glissement développé et breveté par MAURER. Comparé au téflon (PTFE) traditionnel, il peut absorber des pressions deux fois plus élevées, fournir des sommes de courses de glissement 5 fois supérieures sans usure et résister à une vitesse de déplacement 7,5 fois supérieure. C'est pourquoi le MSM® est également installé comme palier lisse durable et à faible frottement sur tous les points d'appui.

Le nouveau pont de Champlain est censé avoir une durée de vie de 125 ans, alors qu'une durée minimale de 30 ans était exigée pour la traverse guidée. En réalité, les traverses guidées MAURER sont conçues pour durer au moins 60 ans. La durabilité du système de commande et des éléments de construction supportant la charge a été démontrée par un test de glissement de 10 km. Le test a été effectué avec un grand CT4 original (CT4 = Guided Cross Tie avec 4 fentes de joint) : conformément aux exigences du RIL804, dans un laboratoire indépendant de l'université de Munich, certifié comme organisme de contrôle externe. Il n'y a pas eu d'usure ou de fatigue dans les pièces mobiles.

Au total, 16 traverses guidées avec protection contre le déraillement ont été fabriquées pour Montréal à Munich, dont 4 en tant que grande variante "CT4" avec un mouvement allant jusqu'à 1 030 mm.

Dispositifs de transport et d'installation

Les traverses guidées sont livrées avec un cadre de transport spécialement conçu. Les traverses peuvent être déplacées dans le sens de la longueur à l'intérieur du cadre. Cela permet, pendant l'installation, de s'adapter à l'état de déplacement du pont.

Pour une mise en place rapide et précise des traverses, six pieds de montage par joint de dilatation sont mesurés et fixés dans la structure du bâtiment avant l'installation. Cette procédure permet d'économiser le temps d'utilisation d'un appareil de levage lourd.

Les 16 traverses guidées ont été installées de novembre 2020 à avril 2021. Pour la fixation, les rails ont été équipés de points d'appui de rail spéciaux (BSP FF-B-2-RE de la société Schwihag), qui ont été modifiés pour le rail américain RE115. Ces points d'appui pour rails sont utilisés dans la voie fixe et répondent à des exigences accrues en matière de forces verticales et de déformabilité transversale.

Le pont ferroviaire devrait être inauguré à l'automne 2022. Le maître d'ouvrage et l'exploitant est Signature on the Saint Laurent Group G.P (SSLG). Le pont a été conçu par T. Y. Lin International et construit par SSLC (Signature on the Saint Lawrance Construction GC). 

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