În secțiunea transversală a unei căi ferate curbate, deficiența cantului este deviația, negativă, între cantul teoretic necesar pentru a compensa forța centrifugă și cantul real.
În curbe, vehiculele feroviare sunt obiectul, ca orice dispozitiv mobil care schimbă direcția, a unei forțe centrifuge proporționale cu pătratul vitezei de mișcare și invers proporțională cu raza curbei, care se opune acestei schimbări de direcție și tinde să le împingă în afara curbei.
În consecință, vehiculele exercită forțe laterale asupra căii, care pot prezenta un pericol dincolo de o anumită viteză (deplasarea sau degradarea căii sau deraierea vehiculului).
În plus, pasagerii din vehicule simt, de asemenea, această împingere, o sursă de disconfort.
Prin urmare, companiile de administrare a infrastructurii feroviare încearcă să compenseze aceste efecte cât mai mult posibil.
Pentru a compensa forța centrifugă, constructorii de căi ferate înclină calea ridicând linia ferată exterioară. Diferența de nivel dintre cele două șine se numește „cant”.
Datorită pantei, vehiculul se apleacă spre interiorul curbei, ca un vehicul cu două roți. Ca urmare, axa sa verticală (podea - tavan) nu mai coincide cu direcția de atracție gravitațională (spre centrul Pământului), astfel încât orice corp din vehicul este atras de zona cea mai joasă a corpului înclinat, situat în interior curba. Atunci când vehiculul traversează o pantă curbată, aceasta compensează (parțial) efectul forței centrifuge.
Nevoia de compromisAceastă diferență rezultă în practică dintr-un compromis, întotdeauna mai mic decât valoarea maximă teoretic necesară.
De fapt, viteza trenurilor este variabilă, fie pentru că este o linie mixtă în care trenurile circulă cu o limită de viteză diferită autorizată (rapid, omnibus, de marfă etc.), fie pe o linie specializată. Unde trenuri omogene (de exemplu o linie LGV ) circulă ca urmare a capriciilor circulației, un tren putând chiar, eventual, să fie oprit în curbă.
Rezultatul este:
În Franța, cantitatea este, în general, egală cu 7/10 din cantitatea teoretică calculată pentru viteza maximă practicată pe linie, rămânând în anumite limite stabilite de experiență. De exemplu, este de neimaginat ca centrul de greutate al vehiculului înclinat să fie în consolă în raport cu șinele, deoarece acest lucru ar putea duce la răsturnarea vehiculului.
Această cantitate teoretică este egală cu d = 11.8.v 2 / r, d în mm, v fiind viteza maximă în km / h și r raza curbei în metri.
Pe o pistă normală, este permisă o înclinare maximă între 150 și 160 mm și până la 180 mm pe LGV. Deficiența maximă a cantității este stabilită în Franța la 160 mm , în general este limitată la 130 mm în alte țări.
O altă modalitate de a reduce forța centrifugă este de a crește raza curbelor. Aplicarea limitelor de pantă de mai sus oferă, pentru Franța, raza minimă pentru o viteză dată: r = (v / 5,2) 2 . Astfel, pe liniile parcurse cu 160 km / h, nu coborâm sub 1000 m pentru raza curbelor și 4000 m pentru liniile de mare viteză .
Pentru confortul călătorilor, pot fi folosite și trenuri basculante . În acest caz, înclinația caroseriei se datorează unui sistem specific vehiculului mai degrabă decât infrastructurii de la sol.
Acest lucru compensează insuficiența cantului cel puțin parțial și are avantajul de a putea fi modulat în funcție de viteză (înclinare activă). Dar acest lucru nu schimbă tensiunile impuse pe pistă, care sunt dimpotrivă amplificate dacă acceptăm să traversăm o curbă dată la viteză mai mare.
Tehnica pendulului utilizată de Deutsche Bahn pe linia Hof / Bayreuth-Nürnberg permite o deficiență de 300 mm, pentru o economie de timp de călătorie de 15%.
Confortul pasagerilor depinde, de asemenea, de variațiile acestui cant insuficient atunci când intră și ies din curbe.
Pentru a depăși acest lucru, adoptăm în aceste zone forme de curbură progresivă numite „conexiune parabolică (RP) sau spirală ”.
Acestea sunt zone delicate pentru stabilitatea vehiculelor, deoarece datorită înclinației progresive a pistei se formează o „stânga”, ceea ce înseamnă că cele patru puncte corespunzătoare punctelor de contact ale roților unui vehicul nu se află în același plan. Și spre deosebire de autovehiculele echipate în general cu mai multe roți cu suspensie independentă, trenurile sunt (în marea lor majoritate) echipate cu osii rigide care impun dispozitive de suspendare adecvate.
În plus, studiile au arătat că aceste corecții ale efectului centrifugal cauzează boli de mișcare ( boli de mișcare ) legate de faptul că creierul detectează o inconsecvență între, pe de o parte, percepția vizuală a curbei și înclinația corpului. corpul și, pe de altă parte, percepția vestibulară („simțul echilibrului” adăpostit în urechea internă ) care nu detectează această înclinare.
Rețelele care utilizează în mare măsură deficiența de cant nu au un interes prea mic în utilizarea seturilor de trenuri înclinabile, deoarece dispozitivul trebuie să „ofere confort” pasagerilor și, astfel, interzice păstrarea aceleiași deficiențe de cant ca și în cazul în care nu este setul de trenuri.
Într-un fel, înclinarea este redusă de la 1/3 la 2/3 prin această restituire a confortului (absența forței laterale aplicate pasagerilor).
Când adăugăm investițiile pe banca de balast pentru a conține creșterea forțelor laterale, schimbări de semnalizare și treceri la nivel, tracțiune electrică, crearea de evitări pentru depășirea trenurilor mai lente (cu trafic constant)), putem vedea că autoritățile locale sunt reticente a finanța un astfel de aranjament .