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La superstructure, ou les voies ferrées, d’une ligne de chemin de fer est constituée du lit de la voie et des rails qui y sont fixés. Les fondations forment une base solide à la construction des superstructures qui permet de compenser les irrégularités du terrain.
La superstructure, et notamment le lit de la voie, sert à prendre en charge et à répartir les forces générées par la masse, l’accélération, la course sinusoïdale, la vitesse du véhicule ferroviaire, ainsi que les sollicitations thermiques dues aux intempéries.
Les traverses en bois conviennent très bien à tous les types de fondations et de lits de pose. On peut les utiliser aussi bien sur un support mou que sur de la roche, sur un lit de gravier ou sur du ballast.
Les traverses en bois s’utilisent de manière privilégiée sur les lignes de chemin de fer où l’on peut s’attendre à ce que des tassements aient lieu (par ex. régions montagneuses avec des pentes).
On peut recourir à tous les types de fixation sur des traverses en bois, et notamment les plus basiques, telles que les clous à ressort, entre autres. Les éléments de fixation les plus simples et les plus économiques seraient les clous à ressort à double tige DS 18.
La superstructure KS (attaches élastiques SKL 12) ne se différencie de la superstructure K que parce que la première a recours à des attaches élastiques SKL 12 avec des vis à crochets et des rondelles, au lieu de plaques de serrage, de vis à crochets et de bagues élastiques. Les SKL 12 sont déjà prémontées sur les traverses. Sur l’illustration, vous pouvez voir, à droite du rail, l’attache élastique SKL 12 en position de prémontage, et, à gauche du rail, la position de montage finale.
Comme les attaches élastiques SKL 12 sont prémontées d’usine, la superstructure KS permet de réaliser des économies considérables lors de l’installation et de la fixation des rails sur le chantier.
La superstructure K, munie de plaques à nervures, de tirefonds et de bagues élastiques pour le support des rails (et, si besoin est, de plaques intermédiaires en plastique) ainsi que de plaques de serrage, de vis à crochets et de bagues élastiques, constitue également un type de superstructure courant et appréciable pour la fixation des rails sur les traverses en bois.
Pour éviter d’endommager ou d’user les patins de rails ainsi que la plaque à nervures lors du déroulage des rails, il peut être utile de placer une plaque intermédiaire en plastique (ZW) sous les patins de rails.
Suite aux modifications de position des armatures dans le lit de ballast sous l’effet de la charge des véhicules, le système de fixation des rails est également soumis à des mouvements lors de la transmission des forces du rail vers la traverse. Il faut tout mettre en œuvre pour que les rails restent bien ancrés à tout moment sur la traverse. Cela signifie que la liaison entre le rail et la traverse doit être solide au maximum, mais qu’elle doit également pouvoir supporter les mouvements des rails sur la traverse. Pour conserver cette efficacité au fil des décennies, et minimiser le plus possible les coûts d’entretien, un système de fixation des rails doit répondre aux critères suivants :
Les rails doivent être tendus contre la traverse. Mis à part quelques mouvements élastiques très limités, ils ne doivent ni se soulever, ni basculer sur le côté, ni glisser dans le sens longitudinal en-dessous de la fixation sous l’effet de la température. C’est pourquoi les rails doivent être tendus sur la traverse. La force de serrage de l’élément élastique (plaque de serrage pour la construction K, et SKL pour la construction KS) doit s’exercer en permanence sur les patins de rails. Ce n’est le cas que lorsqu’une pièce amortissante est intercalée. Pour la construction K, il s’agit de la bague élastique située entre plaque de serrage, la vis à crochets et l’écrou. Pour la construction KS, il s’agit de l’attache élastique avec la vis à crochets, la rondelle et l’écrou.
Étant donné que dans la construction KS, grâce à ses deux bras-ressorts libres, l’attache élastique affiche des performances de tension et de serrage bien meilleures que celles de la construction K avec sa bague élastique posée sur une plaque de serrage, on obtient une tension en force durable des rails avec un débattement long et élastique, et la fixation n’a généralement pas besoin d’entretien.
Comme il n’y a pas besoin ici de beaucoup de travaux d’entretien, et que ceux-ci coûtent peu cher à effectuer, sans oublier que le confort de conduite est amélioré, cela fait quelques années déjà que les Chemins de fer allemands sont passé d’une superstructure avec traverses en bois à une superstructure KS avec des SKL 12 prémontées sur les traverses. Entre temps, des sociétés de chemins de fers d’autres pays ainsi que d’autres exploitants ont adopté ce système où, de temps en temps, d’autres types de fixation sont utilisés.
En résumé, on peut affirmer que le système de fixation des rails constitue un élément de construction des voies qui revêt une importance capitale pour la sécurité et la rentabilité des chemins de fer. Il doit être économique, facile à monter, assurer une mise en tension toujours efficace et durable des rails avec les traverses, afficher une bonne résistance à la torsion, n’entraîner que de faibles coûts d’entretien, et avoir une longévité élevée.
