La présente thèse sur travaux a pour objectif de montrer l’influence de la couche intermédiaire dans le comportement de la voie ferrée. Par analogie, la couche intermédiaire peut être assimilée à la sous-couche sur les lignes ferroviaires récentes. Elle est présente sur les lignes classiques construites depuis le début du réseau ferroviaire français au milieu du XIXème siècle. Cette couche est située sous le ballast et contribue à la stabilité de la voie. Elle s’est formée au cours du temps par l’interpénétration entre le ballast et le sol support. Sa densification a été obtenue par le passage des circulations durant près de 150 ans. Le présent travail s’appuie sur trois thèses réalisées au cours de la dernière décennie. Ces recherches réalisées par Trinh (2011), Duong (2013) et Lamas-Lopez (2016) ont permis de mieux appréhender le comportement de cette couche en étudiant respectivement le comportement hydromécanique d’une couche saine ; le mécanisme de création et dégradation de la couche intermédiaire ; et enfin son comportement dynamique. Sur la base de ces travaux, en se basant sur les approches de dimensionnement des structures développées dans le domaine routier et sur les données de maintenance des voies ferrées de groupes 3 et 4, on a pu développer une nouvelle approche de dimensionnement permettant la prise en compte de la couche intermédiaire dans le bon fonctionnement de la voie ferrée. La finalité de ce travail est de développer une méthodologie d’analyse du comportement de la voie afin de prescrire les « justes travaux » (RVB, relevage, assainissement…) permettant d’atteindre les objectifs de performance visés / The aim of this PhD thesis is to show the influence of the interlayer in the behaviour of the rail track. By analogy, the interlayer can be comparable with the sub-ballast layer on the high speed lines. It is present on the conventional lines built since the beginning of the French railway network in the middle of the 19th century. This layer is located under the ballast and contributes to the stability of the rail track. It was formed over time by the interpenetration between the ballast and the ground support. Its density was obtained by the passage of trains for almost 150 years. This work is based on three PhD theses carried out over the past decade. The research conducted by Trinh (2011), Duong (2013) and Lamas-Lopez (2016) has allowed a better understanding of the behaviour of this layer by respectively studying the hydraulic behaviour of a good layer; the creation mechanism of and degradation of the interlayer; and finally its dynamic behaviour. On the basis of this work and on approaches of sizing structures developed in roads, and on the data of maintenance of railways of UIC 3 and 4, we can develop a new approach to sizing by taking into account the role of the interlayer in the performance of the rail track. A method of analysis of the behaviour of the rail track has been developed to prescribe “good job” (track renewal, lifting, drainage…) in order to achieve the performance objectives

Le présent travail étudie le comportement couplé hydromécanique de la couche intermédiaire des plates-formes ferroviaires anciennes. L'objectif principal est de vérifier le fonctionnement des plates-formes sans drainage et d'optimiser les travaux de modernisation de voies anciennes en déblai. Premièrement, les essais d'identification ont été réalisés sur les matériaux prélevés sur le site de Sénissiat. Les résultats ont montré que le sol de la couche intermédiaire de ce site présente une granulométrie bien étalée de 0 à 63 mm et une densité très élevée (d = 2,39 Mg/m3). Deuxièmement, une nouvelle colonne d'infiltration et un moule de compression de 300 mm de diamètre ont été développés permettant d'étudier le comportement hydraulique de la couche intermédiaire. Une faible perméabilité (ks  2,2.10-7 m/s) de cette couche a été estimée à partir des résultats expérimentaux. Troisièmement, une étude expérimentale sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire a été réalisée. Cette étude a mis en évidence l'influence marquée de la teneur en eau sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire. Un modèle de fatigue avec prise en compte de l'influence du nombre de cycles, du niveau de contrainte appliqué et de l'état hydrique a été élaboré en se basant sur les résultats expérimentaux. Finalement, les mesures de succion, de température et de paramètres météorologiques ont été réalisées sur les plates-formes en déblai sans drainage du site de Moulin Blanc pour compléter l'étude du comportement des plates-formes sans drainage. Une analyse globale des résultats obtenus au laboratoire avec les mesures in-situ a montré que la décision de ne pas mettre en place un dispositif de drainage devra être assortie de justificatifs permettant de s'assurer de la limitation de la teneur en eau de la couche intermédiaire, en se basant sur une étude approfondie sur le cycle d'eau pour chaque site concerné

Le présent travail étudie le comportement couplé hydromécanique de la couche intermédiaire des plates-formes ferroviaires anciennes. L'objectif principal est de vérifier le fonctionnement des plates-formes sans drainage et d'optimiser les travaux de modernisation de voies anciennes en déblai. Premièrement, les essais d'identification ont été réalisés sur les matériaux prélevés sur le site de Sénissiat. Les résultats ont montré que le sol de la couche intermédiaire de ce site présente une granulométrie bien étalée de 0 à 63 mm et une densité très élevée (d = 2,39 Mg/m3). Deuxièmement, une nouvelle colonne d'infiltration et un moule de compression de 300 mm de diamètre ont été développés permettant d'étudier le comportement hydraulique de la couche intermédiaire. Une faible perméabilité (ks  2,2.10-7 m/s) de cette couche a été estimée à partir des résultats expérimentaux. Troisièmement, une étude expérimentale sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire a été réalisée. Cette étude a mis en évidence l'influence marquée de la teneur en eau sur le comportement mécanique de la couche intermédiaire. Un modèle de fatigue avec prise en compte de l'influence du nombre de cycles, du niveau de contrainte appliqué et de l'état hydrique a été élaboré en se basant sur les résultats expérimentaux. Finalement, les mesures de succion, de température et de paramètres météorologiques ont été réalisées sur les plates-formes en déblai sans drainage du site de Moulin Blanc pour compléter l'étude du comportement des plates-formes sans drainage. Une analyse globale des résultats obtenus au laboratoire avec les mesures in-situ a montré que la décision de ne pas mettre en place un dispositif de drainage devra être assortie de justificatifs permettant de s'assurer de la limitation de la teneur en eau de la couche intermédiaire, en se basant sur une étude approfondie sur le cycle d'eau pour chaque site concerné / The present work deals with the coupled hydro-mechanical behaviour of the blanket layer of the old railway trackbed. The main aim is to check the operation of the trackbed without drainage and to optimize the works of modernization of old railway in cutting. Firstly, identification tests were carried out on materials taken from the site of Sénissiat. The results showed that the blanket layer soil of this site is well graded from 0 to 63 mm and has a very high density (d = 2.39 Mg/m3). Secondly, an infiltration column of 300 mm in diameter were developed to study the hydraulic behaviour of the blanket layer. A low hydraulic conductivity (ks  2.2x10-7 m/s) of this layer was estimated according to the experimental results. Thirdly, an experimental study on the mechanical behaviour of the blanket layer was performed. This study shows a significant effect of the water content on the mechanical behaviour of the blanket layer. A permanent deformation model accounting for the influence of loading cycles, loading level and hydric state was elaborated based on the experimental results. Finally, the measurements of suction, temperature and weather parameters were carried out in a cutting without drainage at the site of Moulin Blanc to complete the study of the behaviour of the trackbed without drainage. A global analysis of the laboratory results with in-situ measurements shows that the decision regarding the setup of the drainage system required to establish justifications showing limited effects of the water content, based on a in-depth study on the water cycle for each site concerned

Le présent travail porte sur le comportement des plates-formes ferroviaires anciennes en France. Tout d'abord, une étude statistique a été menée sur les problèmes survenus dans l'ensemble du réseau ferroviaire français. L'analyse montre l'importance particulière de la qualité du sol support pour la performance de la sous-structure et pour la tenue géométrique des voies. Ensuite, une ligne ferroviaire ancienne située à l'Ouest de la France a été étudiée spécifiquement. Les analyses montrent que la vitesse de dégradation de cette ligne est en corrélation avec les différents paramètres tels que la nature de sol support, l'épaisseur des couches de la sous-structure. Une tendance d'augmentation de la vitesse de dégradation avec la diminution de l'épaisseur de la couche intermédiaire est identifiée. Cette couche as un impact positif puisqu'elle réduit les contraintes appliquées au sol support. Le comportement hydromécanique du sol de la couche intermédiaire dans des conditions différentes (teneur en eau, teneur en particules fines, charge, nombre de cycles) a été étudié. Des essais triaxiaux et des essais de colonne d'infiltration ont été réalisés à cette fin. En analysant les propriétés de résistance au cisaillement, la déformation axiale permanente et le module réversible, on a constaté que les effets de la teneur en eau et de la teneur en fines doivent être pris en compte ensemble. Une augmentation de teneur en fines dans la couche intermédiaire présente un impact positif à l'état non saturé grâce à l'effet de la succion, mais un impact négatif à l'état saturé. Les essais de colonne d'infiltration avec des cycles de séchage/humidification ont montré que la conductivité hydraulique du sol est gouvernée par la fraction de fines et qu'elle ne change pas significativement avec la teneur en fines. Afin d'étudier les mécanismes de la création de la couche intermédiaire et de remontée boueuse, un modèle physique de 550 mm de diamètre intérieur a été développé. Des échantillons de sol qui représentent la sous-structure ferroviaire ancienne avec une couche de ballast posée sur une couche de limon artificielle (mélange de sable concassé et du kaolin) ont été testés. Les effets des charges monotones et cycliques, de la teneur en eau et de la masse volumique sèche du sol support ont été étudiés. Il a été constaté que la pression interstitielle développée dans le sol support et la rigidité du sol support sont des facteurs clés pour la migration des particules fines ou la création de la couche intermédiaire/la remontée boueuse. L'eau est la condition nécessaire, mais c'est la compressibilité du sol support qui gouverne le phénomène à se produire / The present work deals with the behavior of ancient railway sub-structure in France. A statistical study was firstly undertaken on problems occurred in the whole ancient French railway network. The analysis evidenced the particular importance of sub-grade quality for the performance of the sub-structure and the track geometry. Afterwards, an ancient railway line in the West of France was investigated. The analysis showed that the degradation speed of this line was correlated with different parameters such as the nature of sub-grades and the thickness of different layers. An increase trend of degradation speed with the increase in interlayer thickness was identified. The interlayer has a positive impact since it reduces the train-induced stress applied to the sub-grade. The hydro-mechanical behavior of interlayer soil under different conditions (water content, fines content, stress, number of cycles) was investigated. A set of triaxial tests and infiltration tests were performed for this purpose. By analyzing the shear strength properties, the permanent axial strain and the resilient modulus of interlayer soil, we found that the water content and the fines content must be considered together. Adding more fines into the interlayer presents a positive impact under unsaturated conditions thanks to the suction effect, but a negative impact under saturated conditions. The infiltration column tests with drying/wetting cycles showed that the hydraulic conductivity of interlayer soil is governed by fines fraction but did not change significantly with fines content. In order to study the mechanism of interlayer creation and mud pumping, a physical model of 550 mm inner diameter was developed. Soil samples representing the ancient French railway substructure with a ballast layer overlying an artificial silt layer (mixture of crushed sand and kaolin were tested. The effects of monotonic and cyclic loadings, water content and dry unit mass of sub-soil were investigated. It was found that the pore water pressure developed in the sub-soil and the sub-soil stiffness are the key factors for the migration of fine particles or the creation of interlayer/mud pumping. Water is the necessary condition, but it is the soil compressibility that governs the phenomenon to occur