Karin EdvardssonRagnar Hedström

Bankonstruktionens egenskaperoch deras påverkansgrad på

nedbrytningen av spårfunktionenVTI rapport 864 | Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen av spårfunktionen

www.vti.se/publikationer

VTI rapport 864Utgivningsår 2015

VTI rapport 864

Bankonstruktionens egenskaper och deras

påverkansgrad på nedbrytningen av

spårfunktionen

Karin Edvardsson

Ragnar Hedström

Diarienr: 2012/0725-28

Omslagsbilder: Thinkstock, Hejdlösa Bilder AB

Tryck: LiU-Tryck, Linköping 2015

VTI rapport 864

Referat

Syftet med rapporten är att identifiera de faktorer som påverkar nedbrytningen av banöverbyggnad och

banunderbyggnad samt påverkansgraden av dessa. Projektet har genomförts som en jämförande studie,

där nedbrytande egenskaper och effektsamband som identifierats genom litteraturstudier har jämförts

med motsvarande resultat erhållna genom kvalitativa studier, det vill säga djupintervjuer med experter

inom området.

För att kunna kostnadseffektivisera järnvägsunderhållet finns ett stort behov av att förbättra

möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå den framtida tillståndsutvecklingen för olika

anläggningstyper i ett livscykelperspektiv. Idag kopplas dock inte den tillståndsdata som kontinuerligt

mäts på anläggningen, till nedbrytningsmodeller på tillräckligt djup nivå. Många komponenter i

anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser och det är viktigt att titta på vilka delar som är

förknippade med höga kostnader, där både kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd analyseras.

Störst inverkan av de faktorer som bedöms påverka nedbrytningen av bankonstruktionen har själva

trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer i fallande ordning,

dränering, dräneringssystemet, nedbrytningen av ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårläges-

fel, förekomsten av skarvar, undergrundens stabilitet samt fordonsegenskaper.

I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av

följande effekter, varav den första är absolut vanligast: Spårlägesförändring, materialutmattning,

rälsskada/rälsbrott, översvämning, ras och skred.

Olika uppgifter förekommer i litteraturen avseende påverkansgraden/ nedbrytningshastigheten av de

dynamiska påkänningar som uppkommer på grund av axellast och hastighet. Detta skulle behöva

studeras närmare. Det är till exempel oklart i vilken grad överbelastning forcerar nedbrytningen i

kontrast till normal förväntad belastning.

Titel: Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen

av spårfunktionen

Författare: Karin Edvardsson (VTI)

Ragnar Hedström (VTI)

Utgivare: VTI, Statens väg och transportforskningsinstitut

www.vti.se

Serie och nr: VTI rapport 864

Utgivningsår: 2015

VTI:s diarienr: 2012/0725-28

ISSN: 0347-6030

Projektnamn: Förstudie banöverbyggnadens nedbrytning.

Uppdragsgivare: Trafikverket

Nyckelord: Järnväg, banöverbyggnad, banunderbyggnad, nedbrytning, underhåll

Språk: Svenska

Antal sidor: 62

VTI rapport 864

Abstract

The aim in this report was to identify and quantify factors that contribute to the degradation of railway

superstructures and substructures. The project has been carried out as a comparison study where

degradation properties and their effects, identified through literature studies, have been compared with

equivalent results obtained through qualified studies such as in-depth interviews with industry experts.

In order to increase the cost-effectiveness of railway maintenance, improvements must be made to the

procedures used to determine the current and future conditions of the railway infrastructure. Current

procedures do not effectively use the available, continuously measured, condition data in relevant

degradation prediction models. Many of the components that make up the infrastructure are subject to

complicated degradation processes. It is important to identify and analyze the components that require

high-cost or frequent maintenance measures.

From the identified factors, vehicle load and vehicle frequency were determined to have the greatest

impact on infrastructure degradation. Other identified degradation factors, in descending order of

impact, were flooding, drainage system failure, degradation of ballast, rails and sleepers, ballast

contamination, track irregularities, track joint failure, subgrade instability, and vehicle characteristics.

In principle, the factors that were determined to have a detrimental effect on the condition of the

infrastructure lead to effects such as track irregularities (the most common effect), material failure,

track damage or breakage, flooding, and land-slides.

Different opinions exist in the literature regarding the rate of degradation caused by dynamic stresses

induced by factors such as axle-load and vehicle speed. Further studies of these effects are required.

For example, the relationship extent between increasing axle-load and rate of degradation is not clear.

Title: The structural characteristics of railway construction and their degree of

impact on the degradation of the tracks function

Author: Karin Edvardsson (VTI)

Ragnar Hedström (VTI)

Publisher: Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI)

www.vti.se

Publication No.: VTI rapport 864

Published: 2015

Reg. No., VTI: 2012/0725-28

ISSN: 0347-6030

Project: Pre-study of superstructure degradation.

Commissioned by: Swedish Transport Administration

Keywords: Railway, superstructures, substructures, degradation, maintenance

Language: Swedish

No. of pages: 62

VTI rapport 864

Förord

Rapporten ”Bankonstruktionens nedbrytande egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen

av spårfunktionen” innehåller en sammanställning av de egenskaper som påverkar nedbrytningen av

spårfunktionen, där en prioritering avseende deras påverkansgrad har tagits fram. Rapporten innehåller

också en sammanställning över de tillståndsdata som samlas in samt de underhållsåtgärder som görs

på spåranläggningen idag. Rapporten utgör en förstudie inför fortsatt arbete med att ta fram över-

gripande underhållsstrategier och livscykelkostnadsmodeller för järnvägsanläggningen.

Projektet har finansierats av Trafikverket och arbetet har skett i nära samarbete med referensgruppen,

bestående av följande personer på Trafikverket: Kenneth Natanaelsson, Anders Gustafsson, Eva-Lotta

Olsson, Jan Spännar och Joel Åkesson.

Från VTIs sida har Karin Edvardsson, Ragnar Hedström och Sigurdur Erlingson medverkat.

Inom projektet har också följande två examensarbetare från Högskolan Dalarna arbetat: Maria

Eriksson och Petra Stenberg.

Ett varmt tack riktas till Björn Paulsson, vid Trafikverket i Borlänge, som lämnat synpunkter på

arbetet samt till de intervjupersoner som deltagit i studien och delat med sig av sina erfarenheter inom

området:

Torgny Nilsson, Trafikverket Luleå

Malin Syk, Trafikverket Luleå

Björn Åstedt, Trafikverket Malmö

Björn Schelin, Trafikverket Malmö

Sven-Erik Wall, Trafikverket Gävle

Lennart Holmgren, Trafikverket Göteborg

Tryggve Olsson, Trafikverket Kristianstad.

Borlänge och Linköping, april 2015

Karin Edvardsson och Ragnar Hedström

VTI rapport 864

Kvalitetsgranskning

Granskningsseminarium genomfört 18 juni 2013 där Kenneth Natanaelsson var lektör. Ragnar

Hedström har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Forskningschef Anita Ihs har därefter

granskat och godkänt publikationen för publicering 30 april 2015 De slutsatser och rekommendationer

som uttrycks är författarens/författarnas egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s

uppfattning.

Quality review

Review seminar was carried out on 18 June 2013 where Kenneth Natanaelsson reviewed and

commented on the report. Ragnar Hedström has made alterations to the final manuscript of the report.

The research director Anita Ihs examined and approved the report for publication on 30 April 2015.

The conclusions and recommendations expressed are the author’s/authors’ and do not necessarily

reflect VTI’s opinion as an authority.

VTI rapport 864

Använda definitioner

Nedbrytning Definieras som tillståndsförändringen hos

anläggningen.

Nedbrytning av spårgeometrin Nedbrytning (dvs. tillståndsförändring) av en eller flera

komponenter som ingår i bankonstruktionen och som

påverkar spårgeometrin.

Spårkvalitet Den avvikelse som hjulet känner av, dvs. avvikelser i

rälyta (korrugering) och spår.

Spårstyvhet Hela bankroppens styvhet (axellast / förskjutning av

räl) (Banverket, 2008a).

Teknisk livslängd Den teoretiska livslängd ett system kan ha med

acceptabel nivå på antal underhållsåtgärder per år och

rimliga reparationskostnader (Trafikverket, 2013).

Dräneringssystemet Innefattar diken och trummor.

VTI rapport 864

VTI rapport 864

Innehållsförteckning

Sammanfattning ...................................................................................................................................11

Summary ...............................................................................................................................................13

1. Bakgrund .........................................................................................................................................15

1.1 Syfte ...........................................................................................................................................15 1.2 Avgränsningar ............................................................................................................................15 1.3 Genomförande ............................................................................................................................16 1.4 Disposition .................................................................................................................................17

2. Bankonstruktionen ..........................................................................................................................18

2.1. Bankonstruktionens beständighet ...............................................................................................20

3. Bankonstruktionens nedbrytning ..................................................................................................21

3.1. Trafikpåverkan ...........................................................................................................................21 Trafikbelastning ....................................................................................................................21 Dynamiska påkänningar........................................................................................................22 Fordonsegenskaper ...............................................................................................................23

3.2. Räl ..............................................................................................................................................24 3.3. Befästningar ...............................................................................................................................25 3.4. Sliprar .........................................................................................................................................25 3.5. Ballast ........................................................................................................................................26

Ballastförorening ..................................................................................................................27 Vegetation .............................................................................................................................28

3.6. Spårgeometri och styvhetspåverkan ...........................................................................................28 3.7. Undergrundens stabilitet ............................................................................................................29

Tjäle ......................................................................................................................................29 3.8. Dränering ...................................................................................................................................30

4. Tillståndsmätning/ mätning av nedbrytning ................................................................................31

4.1. Tillståndsparametrar ...................................................................................................................31 4.2. Okulärbesiktningar .....................................................................................................................36 4.3. Datainformationssystem/ databaser ...........................................................................................38 4.4. Projektet ePilot119 .....................................................................................................................39

5. Underhållsåtgärder .........................................................................................................................40

5.1. Spår ............................................................................................................................................40 5.2. Räl ..............................................................................................................................................41 5.3. Befästningar ...............................................................................................................................41 5.4. Slipers ........................................................................................................................................41 5.5. Ballast ........................................................................................................................................42 5.6. Undergrund ................................................................................................................................42 5.7. Dräneringssystemet ....................................................................................................................43 5.8. Förstärkningsåtgärder .................................................................................................................43 5.9. Sekundäreffekt av underhållsåtgärder ........................................................................................44

6. Nedbrytande egenskaper ................................................................................................................45

6.1. Intervjustudie .............................................................................................................................45 6.2. Effektsamband och ranking av nedbrytande egenskaper ...........................................................49

7. Slutsatser och förslag till fortsatt arbete .......................................................................................51

VTI rapport 864

Referenser .............................................................................................................................................53

Bilaga 1. Fullständiga intervjuer.........................................................................................................57

VTI rapport 864 11

Sammanfattning

Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen av spårfunktionen

av Karin Edvardsson (VTI) och Ragnar Hedström (VTI)

Det finns i Sverige idag ungefär 15 000 km järnväg, varav 13 600 km förvaltas av Trafikverket.

Trafikverket saknar idag övergripande underhållsstrategier för järnvägsanläggningen som beskriver

hur underhållet ska bedrivas för bästa kostnadseffektivitet. Det föreligger därför ett behov av att

förbättra möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå framtida tillståndsutveckling för olika

anläggningstyper i ett livscykelperspektiv. Först och främst behövs underlag i form av de tillståndsdata

som samlas in idag och en övergripande identifikation av de nedbrytande egenskaper som påverkar

järnvägsanläggningen, deras grad av påverkan och effektsamband.

Syftet med rapporten är att identifiera de egenskaper som påverkar nedbrytningen; definierat som

tillståndsförändringen, hos banöverbyggnad och banunderbyggnad samt gradera påverkansgraden av

dessa. Avsikten är även att redogöra för effektsamband i den mån detta är möjligt.

Identifierade nedbrytande egenskaper innefattar alltså sådana som påverkar banöverbyggnad och

banunderbyggnad, däremot ingår inte spårväxlar, kanalisation, el, signal eller tele.

Projektet har genomförts som en jämförande studie, där nedbrytande egenskaper och effektsamband

som kunnat identifieras genom litteraturstudier har jämförts med motsvarande resultat erhållna genom

kvalitativa studier, det vill säga djupintervjuer med experter inom området.

För att kunna skapa tillförlitliga livscykelkostnadsmodeller som möjliggör prioritering och planering

av underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt behöver mycket fokus läggas på indata till

modellen. Många komponenter i anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser. Det är också

viktigt, vid valet av underhållsstrategi, att titta på vilka delar som är förknippade med höga kostnader,

där både kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd betraktas.

Störst inverkan, av de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen, har

trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer, i fallande ordning,

dränering, dräneringssystemet, ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårgeometri (kurvor och

övergångskonstruktioner), förekomst av skarvar, undergrundens stabilitet och fordonsegenskaper.

Faktorer som bedömts ha en viss påverkan på nedbrytningen inkluderar ålder (gällande träspår),

spänningsfri temperatur, underhållsåtgärder (spårriktning), tjäle (beroende av geografi) och vegetation.

Faktorer som bedömts ha liten påverkan inkluderar ballastdjup, rälsvikt och slipersavstånd.

I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av

följande effekter, varav den förstnämnda är absolut vanligast:

spårlägesförändring

materialutmattning

rälsskada/ rälsbrott

översvämning

ras och skred.

12 VTI rapport 864

VTI rapport 864 13

Summary

The structural characteristics of railway construction and their degree of impact on the

degradation of the tracks function

by Karin Edvardsson (VTI) and Ragnar Hedström (VTI)

In Sweden there are currently about 15,000 km of railway, of which 13 600 km are administered by

the Swedish Transport Administration. For this railway facility, there is today a lack of overall

maintenance strategies that describes how the maintenance should be carried out for optimal cost

efficiency. There is therefore a need to improve the ability to assess the condition and predict the

future condition development for different track types in a lifetime perspective. First of all, basic

knowledge regarding the condition data collected today and a comprehensive identification of the

degradation characteristics affecting the railway facility, as well as the degree of their influence and

their effect relationship, are needed.

The main objective of the report is to identify the characteristics that influence the degradation;

defined as the condition change, of the super- and substructure of the railway construction. The

objective is also to rate the degree of influence of these properties as well as give an account for the

effect relationships to the extent that this is possible.

Identified degradation properties include such that affect the super- and substructure but does not

include switches, ducting, electrical systems, signal systems or telecommunication.

The project was done as a comparative study, where degradation properties and effect relationships

identified through literature studies have been compared with the corresponding results obtained by

qualitative studies, i.e. interviews with experts in the field.

To create reliable life cycle cost models, that enable prioritization and planning of maintenance

operations in a cost optimal way, focus on the data inputs to the model is required. Many components

of the railway system have complex degradation processes. It is also important, when choosing

maintenance strategy, to look at the parts that are associated with high costs, where both the cost of

operation and frequency of operation are considered.

The greatest impact, of the properties assessed to affect the degradation of the railway construction,

has traffic load; where both the load and the frequency are of importance. Then follows, in descending

order; drainage, the drainage system, degradation of ballast, rails and sleepers, ballast pollution, track

geometry (curves and joints), presence of joints, subgrade stability and vehicle characteristics.

Properties assessed to have some impact on the degradation include age (concerning wood tracks), rail

neutral temperature (stress free temperature), maintenance (using ballast tamping and lining machine),

frost (depending on geography) and vegetation. Properties assessed to have little impact include ballast

depth, rail weight and sleeper distance.

In principle, all characteristics assessed to affect the degradation of the railway construction lead to

any of the following effects, of which the former is far the most common:

Track settlement,

Fatigue of materials

Rail damage / broken rails

Flooding

Landslides.

14 VTI rapport 864

VTI rapport 864 15

1. Bakgrund

Det finns i Sverige idag ungefär 15 000 km järnväg, varav 13 600 km förvaltas av Trafikverket. Det

finns en tydlig trend med ett minskat förebyggande underhåll och ett ökat avhjälpande underhåll. Detta

är en oroande utveckling eftersom konsekvensen är att livslängden minskar samt att antalet fel och

trafikstörningar på anläggningen ökar. Ett av hindren för att kunna schemalägga och kontrollera

underhåll är avsaknaden av en övergripande modell som förutsäger nedbrytning och dess effekter över

tid.

Trafikverket saknar idag övergripande underhållsstrategier för järnvägsanläggningen som beskriver

hur underhållet av anläggningen i stort och de olika ingående komponenterna, ska bedrivas. Det finns

heller inga livscykelkostnadsmodeller (LCC-modeller) för att kunna prioritera och planera

underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt.

För att kunna kostnadseffektivisera järnvägsunderhållet finns det ett stort behov av att förbättra

möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå framtida tillståndsutveckling för olika anläggnings-

typer i ett livscykelperspektiv. Av stort intresse är då modeller för nedbrytning av spårfunktionen.

Tillståndet hos sliprar, befästningar, ballast, etc. har givetvis betydelse för nedbrytningshastigheten.

Ett dåligt tillstånd accelererar nedbrytningshastigheten. Idag kopplas dock inte den tillståndsdata som

kontinuerligt mäts på anläggningen, till nedbrytningsmodeller på tillräckligt djup nivå. Det är också

oklart om viss data saknas.

Modeller för nedbrytning av spårfunktionen ska kunna ligga till grund för framtida arbete med att

definiera effektsamband mellan nedbrytning av spårfunktionen och de faktorer som påverkar

nedbrytningen, vilket i sin tur sedan kan kopplas till kostnader. I förlängningen kan detta leda till

framtagande av en långsiktigt hållbar underhållsstrategi.

För att veta var underhållsåtgärder ska sättas in för att erhålla mesta möjliga nytta behövs underlag i

form av de tillståndsdata som samlas in idag och en övergripande identifikation av de nedbrytande

faktorer som påverkar järnvägsanläggningen, deras effektsamband och grad av påverkan. Information

om de åtgärder som görs och deras effekt är också nödvändig.

1.1 Syfte

Syftet med rapporten är att identifiera de faktorer som påverkar nedbrytningen1 av banöverbyggnad

och banunderbyggnad samt gradera påverkansgraden av dessa. Syftet är vidare att redogöra för

effektsamband i den mån detta är möjligt.

Ett ytterligare syfte är även att inventera vilken mätdata för tillstånd som samlas in idag, mätosäker-

heten och periodiciteten hos mätdata samt vilken mätdata som saknas för att möjliggöra utformandet

av prognosmodeller för tillståndsutveckling. Ett sekundärt syfte är också att redogöra för de åtgärder

som görs för att reducera nedbrytningen och hur dessa åtgärder påverkar anläggningen på olika sätt,

dvs. åtgärdernas effekter.

1.2 Avgränsningar

Identifierade nedbrytande faktorer innefattar sådana som påverkar banöverbyggnad och banunder-

byggnad. Däremot ingår inte spårväxlar, kanalisation, el, signal eller tele. Beskrivna faktorer och

metoder gäller för svenska förutsättningar avseende klimat, material, konstruktiv utformning,

tillståndsmätning och underhållspraxis.

1 Där nedbrytningen definieras som tillståndsförändringen hos anläggningen.

16 VTI rapport 864

1.3 Genomförande

Projektet har genomförts som en jämförande studie, där nedbrytande egenskaper och effektsamband

som kunnat identifieras genom litteraturstudier har jämförts med motsvarande resultat erhållna genom

kvalitativa studier, dvs. djupintervjuer med experter inom området.

Intervjupersonerna har valts ut i samråd med Trafikverkets kontaktpersoner i projektet. Totalt har sju

personer intervjuats; alla vid Trafikverket:

Torgny Nilsson, Luleå

Malin Syk, Luleå

Björn Åstedt, Malmö

Björn Schelin, Malmö

Sven-Erik Wall, Gävle

Lennart Holmgren, Göteborg

Tryggve Olsson, Kristianstad

Intervjuerna har skett i form av öppna frågor, dvs. intervjupersonerna har inledningsvis själva fått

prata fritt om de nedbrytande egenskaper som påverkar spåranläggningen. Därefter har kompletterande

frågor ställts för att undersöka intervjupersonens syn på nedbrytande effekt av påverkansfaktorer som

personen inte själv nämnt (se Tabell 1). Intervjupersonerna har därefter ombetts att ranka de

nedbrytande faktorerna med avseende på påverkansgrad. Slutligen har intervjupersonerna fått

verifiera/revidera den ranking av påverkansgrad som nedtecknats under intervjun.

Tabell 1. De påverkansfaktorer som intervjuaren förde på tal om inte intervjupersonen själv tog upp

dem.

Komponent Eventuella påverkansfaktorer

Trafik Axellast/fordonslast/vagnslast, ackumulerat tonnage (EMGT), antalet axelpassager (antalet lastcykler), tiden mellan passager, typ av fordon och dess styrningsegenskaper, boggikonstruktion, hastighet, acceleration/retardation, hjulprofil, hjulmaterial och hjulskador.

Miljö Fukt/vattenkvot, nederbörd, temperatur, frysning och tjäle, närvaro av sand och korrosiv miljö.

Räl Rälstyp, rälsvikt, spänningsfri temperatur, skarvar (isolerskarvar och termitsvetsskarvar), styvhet, kurvradie.

Befästning Typ

Mellanlägg

Sliprar Material, vikt, kvalitet, hängande sliprar, slipersavstånd.

Ballast Typ (makadam, grus), materialegenskaper (kornstorleksfördelning, kornform, textur, styrka), lagertjocklekar, för lite ballast, vegetation.

Undergrund

Dränering och dräneringssystem Förorening, undergrund bestående av silt och ler, kulvertar, diken, vegetation.

Underhåll Nedbrytande effekt av åtgärd, tid sedan föregående underhållsaktivitet.

Rapporten har skickats ut till intervjupersonerna och dessa har ombetts att kontrollera riktigheten och

att de inte blivit felciterade.

VTI rapport 864 17

1.4 Disposition

Rapporten är uppbyggd på följande sätt:

I kapitel 2 beskrivs bankonstruktionens uppbyggnad och beständighet.

Kapitel 3 beskriver bankonstruktionens nedbrytning enligt funnen litteratur. Kapitlet har en

underindelning avseende olika nedbrytande parametrar.

Kapitel 4 redogör för de tillståndsmätningar som görs på järnvägsnätet och de mätningar som

kan användas för att beskriva nedbrytning av bankonstruktionen.

Kapitel 5 innehåller en sammanställande beskrivning av de åtgärder som görs för att

säkerställa banans önskade tillstånd.

I kapitel 6 redovisas resultaten från en intervjustudie avseende nedbrytande faktorer på

bankonstruktionen och redovisas efter deras upplevda påverkansgrad. Kapitlet innehåller

också en sammanfattande tabell avseende effektsamband för nedbrytning av olika

komponenter, dess effekt för bankonstruktionen i stort och hur tillståndsmätning genomförs.

Slutligen, i kapitel 7, ges slutsatser och förslag på fortsatt arbete.

Kapitel 8 utgör en referenslista

18 VTI rapport 864

2. Bankonstruktionen

Figur 1 visar en bankonstruktion i tvärsektion. De konstruktionsmaterial som används till ingående

komponenter är höghållfast stål till rälen och betong alternativt trä till sliprarna. Makadamballasten,

liksom underballasten, består av kvalitetssorterat bergkrossmaterial. Underballasten har dock inte fullt

så högt ställda kvalitetskrav som för makadamballasten (Trafikverket, 2012).

Figur 1. Tvärsektion av en bankonstruktion med järnvägstekniska benämningar (Trafikverket, 2012).

Figur 2 visar ett tvärsnitt av en räl. Rälen finns i tre olika standardtyper; 43 kg/m, 50 kg/m och 60

kg/m. De spår som fortfarande har 43 kg/m i rälsvikt kan dock i princip inte underhållas längre

eftersom inga reservdelar tillverkas. Allt underhåll på sådana spår bygger på att använda material som

tas från spår som demonteras (Trafikverket, 2013).

Figur 2. Vignolrälens profil.

Sliprar kan vara av betong, trä (furu) eller hårdträ (ek eller bok). Betongsliprar finns huvudsakligen i

spår tillhörande bantyp 1–3 (betydande mängd trafik), medan träsliprar finns i bantyp 4–5 (låg

trafikbelastning). Viss uppgradering till betongsliprar har också skett på bantyp 4–5 sedan mitten av

90-talet. Träsliprar med Heyback-befästningar används i bantyperna 1–3 (betydande mängd trafik).

Träsliprar med spikbefästning används framförallt i bantyperna 4–5 (liten trafikbelastning). Hårdträ

används vid speciella tillämpningar, t.ex. på broar och i spårväxlar (Trafikverket, 2013).

Sedan 2008 är befästningen Pandrol Fastclip standard vid nybyggnation. Vanligast förekommande

befästning i befintliga spår är Pandrol e-clip, följt av rälspik, Heyback, Hambo och Fist. Rälspik

används med träsliper i skarvspår. Hambo och Fist befästningarna har bister och har i princip nu nått

VTI rapport 864 19

sin tekniska livslängd, varför de är under avveckling. I befästningssystemet ingår även mellanlägg

mellan räl och sliper samt isolatorer mellan befästning och rälsfot. Tabell 2 visar sex olika spårsystem

utifrån val av räl, befästning och sliper (Trafikverket, 2013).

Tabell 2. Uppdelning av spår i olika system, deras förekomstfrekvens och medelålder (Trafikverket,

2013).

Befästnings-system

Räl-vikt (kg/m)

Skarv-fritt spår

Sliper-typ

Bantyp 1-3

Bantyp 4-5

Normal huvudspår (km)

Avvikande huvudspår (km)

Medel-ålder2 (år)

Pandrol 60 Ja Betong 36 % 3 % 4 687 141 13,3

Pandrol 50 Ja Betong 19 % 5 % 2 793 225 20,0

Heyback 50 Ja3 Trä 7 % 1 % 1 108 26 30,5

Hambo 50 Ja Betong 5 % 2 % 717 266 24,7

Fist 50 Ja Betong 2 % 0 % 241 6 38,2

Spik 41-50 Nej Trä 2 % 16 % 2 087 176 39,0

Övrigt 221 42

Totalt 11 765 882

Tre typer av makadamballast förekommer; nämligen M1 (makadamballast klass I; 31,5–63 mm), M2

(makadamballast klass II; 11,2–31,5 mm) och grus. I princip används M1 på linjen och M2 i första

hand på rangerbangårdar och i viss mån inne på driftplatser. Grus förekommer på gamla linjer där

åtgärder inte gjorts (Trafikverket, 2013).

Makadamballastlagrets tjocklek under slipers underkant ska vara minst 30 cm, dvs. totalt 50 cm från

överytan. Makadamballastens livslängd ska motsvara spårkonstruktionens livslängd, dvs. 40 år, vilket

ställer höga krav, t.ex. tillräcklig bredd och tjocklek, hårda bergmaterial, hög inre friktion, stor

hålrumsvolym och korn med kubisk form (Trafikverket, 2012).

Underballasten ska bestå av minst 0,8 m underballast för förstärkning enligt AMA Anläggning. Vid

terrassyta av berg eller jord av materialtyp 2 kan tjockleken minskas till 0,5 m. Underballasten ska

utföras i ett eller två lager, bestående av förstärkningslager och frostisoleringslager. Används två lager

ska det under 0,8 m underballast för förstärkning finnas underballast för frostisolering ner till den

frostfria terrassen. Terrassytan utförs normalt med en tvärlutning på 2 % så att avrinning erhålls

(Trafikverket, 2012).

Dräneringssystemet ska samla upp och avleda dagvatten och grundvatten från järnvägskonstruktionen

och dess omgivning. Dräneringssystemet innefattar diken och trummor. För att dräneringen ska anses

som god ska grundvattennivån ligga minst 1,3 m under sliperns överkant. Nya trummor under järnväg

kan bestå av betong, stål, plåt eller plast. Trummor dimensioneras för aktuella belastningar från trafik,

jord, grundvatten, temperatur och ojämna sättningar (Trafikverket, 2012; Trafikverket, 2013).

2 Medelålder beräknas baserat på spårlängd*ålder för varje delsträcka.

3 Heyback kan även finnas i skarvspår (undantagsvis).

20 VTI rapport 864

Många av befintliga järnvägar är idag gamla och är avsedda för helt andra transportvillkor, såsom

axellaster och hastigheter, än de som råder idag.

2.1. Bankonstruktionens beständighet

Makadamballast av typen M1 ger spåret en längre livslängd än M2 och grus eftersom den är bättre på

att hålla bankroppen dränerad och är mer hållfast för högre laster. Själva ballasten, förutsatt att den är

väl underhållen med avseende på ballastreningsåtgärder, kan ha en livslängd på över 500 Mbrt

(miljoner bruttoton), dvs. ca 50 år med en trafik på 10 Mbrt/år (Trafikverket, 2013).

Behovet av slipersbyte fastställs idag via okulärbesiktning. Träsliprar har en teknisk livslängd4 på

storleksordningen 30–40 år. Sliprarna börjar ofta ruttna, vilket i regel sker inifrån utan synliga skador.

Enligt Trafikverket är livslängden för betongsliprar minst 50 år. Eftersom befästningssystemet är

integrerat i betongslipern är i regel dess livslängd dimensionerande för den tekniska livslängden. Fist

och Hambo-befästningar har en teknisk livslängd, i normalhuvudspår, på 38–40 år (Trafikverket,

2013).

Huvudhärdad räl, av typen 60E1 (R350), som underhålls med preventiv slipning har i rakspår en

livslängd på över 650 Mbrt, vilket betyder att det i rakspår är sliprar och ballast som begränsar spårets

livslängd. I kurvor med radier ner mot 900 meter kan ytdefekter reducera livslängden och i snävare

kurvor (400–800 m) är sidoslitaget så stort att detta begränsar livslängden (Trafikverket, 2013).

För äldre spår, där slipning inte gjorts i tillräckligt stor omfattning, har konstaterats att antalet OFP-fel5

i 50E3-räl ökar när rälens tekniska livslängd är uppnådd. Därför används 400–500 Mbrt som en gräns

för att byta hela spåret (Trafikverket, 2013).

Beträffande dräneringssystemet varierar livslängden allt mellan ca 40 år för plåttrummor till ungefär

150 år för befintliga stentrummor. Trafikverkets trumbestånd är idag i princip 100 år gammalt.

4 Teknisk livslängd är den teoretiska livslängd ett system kan ha med acceptabel nivå på antal underhållsåtgärder

per år och rimliga reparationskostnader (Trafikverket, 2013).

5 Oförstörande provning (OFP) är en metod där ultraljud används för att lokalisera sprickor/skador i rälen innan

de leder till rälsbrott.

VTI rapport 864 21

3. Bankonstruktionens nedbrytning

Bankonstruktionens nedbrytning påverkas av ett flertal faktorer mellan vilka det råder ett komplext

samband. Några av dessa faktorer och samband är mer kända medan det för andra saknas kunskap för

en mer djupgående analys avseende exempelvis effektsamband.

3.1. Trafikpåverkan

Utan tågtrafiken skulle bankonstruktionens nedbrytning givetvis vara betydligt mindre men det skulle

heller inte finnas något behov av själva bankonstruktionen. Man kan ur det perspektivet se det som att

tågtrafiken (förutsatt optimala fordon och optimalt underhåll av både bana och fordon) tillsammans

med tid, miljö- och klimatfaktorer genererar en teoretiskt optimal nedbrytning utifrån ekonomiskt och

tekniskt kriterium. Medelst denna optimala nedbrytning erhålls en optimal livslängd, dvs. en teoretisk

livslängd hos såväl enskilda komponenter som hela bankonstruktionen. Livslängden hos enskilda

komponenter kan dock vara signifikant kortare än livslängden för hela bankonstruktionen.

Beträffande trafikens påverkan på nedbrytningen av bankonstruktionen kan den delas in i tre olika

delar; trafikbelastning, dynamiska lasttillskott samt fordonsegenskaper.

Trafikbelastning

En ökning av axellast, antal lastcykler och metervikt accelererar nedbrytningen av spåret. Axellasten

hos fordonen anses framförallt påverka graden av utmattning och sättningar i spåret. Resultat baserat

på nedbrytningsmodeller, som redovisas av Sadeghi och Askarinejad (2007), tyder på ett nästan linjärt

förhållande mellan axellast och sättningar i spåret. Spårets nedbrytning tycks också mer känslig för

ändringar i antalet lastcykler vid högre axellaster. En ökning i antalet lastcykler från 100 till 10 000

resulterar i en ökning av sättningar med 166 procent. En ändring av axellasten från 16 till 22 ton

resulterar i 77 % ökning.

Det finns dock fältstudier som tyder på att axellasten inte har så stor inverkan på nedbrytningen. Ett

försök med ökade axellaster, från 22,5 till 25 ton, (med reducerad hastighet) på sträckan Hofors–

Hällefors, som Banverket gjorde 1997, visade ingen negativ påverkan på någon del av banan till följd

av den ökade axellasten (Larsson, 2004).

I den nötningsmodell som är vanligast använd är spårnötningen vid en given tidpunkt proportionell

mot energiförlusten beroende av friktionen (Larsson, 2004). Energiförlusten är då proportionell mot

tonnaget och ändras/påverkas inte av axellasten. Zhang et al. (2000) använder istället en nötnings-

modell där nötningen är proportionell mot den vertikala axellasten och hjulets attackvinkel mot spåret.

Det geometriska tillståndet, dvs. spårläget, hos spåret har en högre nedbrytningshastighet än det

strukturella tillståndet, dvs. lagertjocklekar, bärighet, etc. (Sadeghi och Askarinejad, 2010). De stora

belastningar som spåret utsätts för orsakar sättningar i såväl under- och överbyggnad som undergrund

vilket resulterar i avvikelser från den önskade spårgeometrin (Selig och Waters, 1994). Då dessa

avvikelser oftast är oregelbundna leder detta till sämre komfort för tågpassagerare och ökade

dynamiska tillskottsbelastningar, vilket i sin tur resulterar i ytterligare spårlägesfel.

Med hjälp av nedbrytningsmodeller har Sadeghi och Askarinejad (2007) analyserat olika

effektsamband. Ballastens nötningsegenskaper och undergrundens beskaffenhet tycks ha en signifikant

påverkan på uppkomsten av spårlägesfel. Förutsatt spårlägesfel på samma nivå, visar resultaten också

att tillåten trafikbelastning för ett skarvfritt spår är fem gånger högre än det hos ett skarvspår.

Resultaten visar också att hastigheten i hög grad påverkar uppkomsten av spårlägesfel. Förändringar i

hastigheten tycks ha större relativ påverkan än förändringar i trafikbelastningen.

22 VTI rapport 864

Dynamiska påkänningar

Den last som går ner i slipern består av en statisk lastdel som härstammar från axellasten och en

dynamisk lastdel som är beroende av tåghastigheten och som i huvudsak härstammar från ojämnheter

på räl och hjul samt från spårlägesfel. Det dynamiska lasttillskottet för sliperslasten kan vara

betydande (Ramböll, 2010).

Paulsson (2013) menar att dynamiska påkänningar utgör den helt dominerande effekten för

banöverbyggnadens nedbrytning och att merparten av befintliga prognosmodeller inom järnväg därför

är uppbyggda kring dessa.

Enligt Ramböll (2010) är de faktorer som påverkar det dynamiska lasttillskottet:

axellast

axelavstånd

tåghastighet

ostadig fordonsrörelse

fordonsboggins dynamiska egenskaper

hjuldefekter (excentricitet, obalans och hjulplattor)

motorstörningar

rälsdefekter

avstånd mellan rälsskarvar

växlar

kurvor (centrifugalkrafter)

sliprarnas geometri, styvhet och avstånd

ballastens geometri, styvhet och inhomogenitet

undergrundens styvhet och geometri.

Förutom storleken på den dynamiska lasten, enligt ovan, påverkas nedbrytningshastigheten även av

antalet axelpassager och tiden mellan passager påverkar (Trafikverket, 2013).

I samband med höjning av axellasten från 25 till 30 ton på Malmbanan utfördes mätningar som visade

att motsvarande dynamisk tillskottsfaktor erhölls oavsett 25 eller 30 tons axellast (Hammarlund,

1996). Den nedbrytningsmodell som användes vid övergången till 30 tons axellast på Malmbanan

baserades på ett Nordamerikanskt angreppssätt där en skadefaktor beroende av axellast ändå finns

med:

Nedbrytningen = (P/P0)n x M x SM x G x L

där;

(P/P0)n = skadefaktor beroende av axellast där P är den nya (högre) lasten, P0 är den gamla

(existerande) lasten och n är en skadeexponent för axellasten,

M = fordonsfaktor

SM = hastighetsfaktor

G = nötningsfaktor

L = smörjningsfaktor (ZETA-TECH Associates, 1996).

I extrema fall kan ökningen av dynamiska påkänningar vara sex gånger den statiska lasten. Det

dynamiska tillskottet ökar vid ökad hastighet och försämrad spårkvalitet, där spårkvaliteten definieras

som den avvikelse som hjulet känner av, dvs. avvikelser i rälyta (korrugering) och spår. Stora

dynamiska tillskott vid hjulpassage från avvikelser i termitsvetsskarvar erhålls t.ex. redan vid

geometriska avvikelser på några tiondels millimeter. Även i skarvspår kan geometriska avvikelser hos

VTI rapport 864 23

skarvar förekomma men då handlar det istället om felaktigt mått på skarvöppningen. I båda fallen är

det frågan om avvikelse i förhållande till, enligt föreskrifterna, gällande toleranskrav (Esveld, 2001).

Fordonsegenskaper

I Sverige har vi som följd av vårt stora spårnät i förhållande till befolkning och förhållandevis lågt

transportarbete på järnvägen generellt sett, fler kurvor och kanske inte lika bra spår som i andra länder

med större trafikunderlag. Därför har vi haft en tradition av att bygga fordon anpassade för dessa spår,

dvs. spårvänliga fordon med avseende på nedbrytning av rälen, som kan trafikera dessa spår utan att

orsaka stora skador och slitage. Detta har lett till den paradoxala situationen att, i och med att fler

utländska fordon kommer in, nyare och modernare fordon med en konstruktion som ibland sliter mer

än gamla befintliga fordon. När man jämför spårvänligheten hos olika fordon är det dock viktigt att

påpeka att transportuppgiften skiljer mellan olika fordon, dvs. fordonen har olika förutsättningar, och

att spårvänligheten är ett relativt mått. Det kan vara så att en transport med ett spårovänligt tåg ändå

resulterar i mindre slitage jämfört med ett spårvänligt fordon som har fler vagnar, kör fler omlopp, har

högre hastighet, etc. Jämförelser av slitage mellan olika fordon per tonkm är relevant men den

specifika transportuppgiften kan alltså leda till andra slutsatser (Thalén, 2013).

Den dominerande parametern beträffande rälsslitage är axellasten. Utöver detta är det kombinationen

lagerboxstyvhet/axelavstånd i boggin (eg. stel boggi och långt axelavstånd) samt en hög oavfjädrad

massa som är kostnadsdrivande. Även antalet axlar är viktigt; dvs. hur fordonens vikt fördelas.

Treaxliga styva boggier eller ramverksfordon kan vara speciellt spårovänliga, i synnerhet i

kombination med höga axellaster. Det är dock inte alltid så att ett stort avstånd mellan hjulparen (t.ex.

tre axlar) är sämre än ett kortare (t.ex. två axlar) eftersom de andra ovannämnda parametrarna också

påverkar (Thalén, 2013).

Utöver detta så innebär ökad hastighet och ökad rälsförhöjningsbrist att krafterna och därmed

nedbrytningen ökar men dessa parametrar bedöms inte ha lika stor påverkan som de parametrar som

nämns ovan. Hastigheten och rälsförhöjningsbristen kan dock vara av större betydelse för lätta fordon

eller tomma godsvagnar jämfört med exempelvis en tom timmervagn. Även en hög tyngdpunktshöjd

påverkar slitaget eftersom detta medför att krafterna ökar i kurvor. Nedan beskrivs fordonsegenskaper

för olika fordonstyper (Thalén, 2013).

X40: X40 lider av att axellasten är hög och att boggin är stel, även tyngdpunkten ligger högt. Om

fordonet trafikerar spår med få och stora kurvor kommer betydelsen av att axeln är stel att vara liten.

X2: X2 har en lägre axellast än X40. Om det liknas med ett helt motorvagnståg så har det en ännu

lägre axellast jämfört med X40. Boggin är radialstyrande, vilket sammantaget ger ett spårvänligt

fordon trots att hastigheten/rälsförhöjningsbristen är hög.

X50: X50-serien (och X31 Öresundtåget) har relativt låg axellast och en länkarm mellan boggi och

axel som ger en bättre radialstyrande förmåga än traditionella boggikonstruktioner. Därför är de att

betrakta som spårvänliga.

X60: X60-serien har Jakobsboggier och därmed både ett större axelavstånd och en högre axellast och

dessutom tyngre ändvagnar som driver upp genomsnittlig axellast.

Rc-lok: Rc-loken har ca 20 tons axellast. Det gör skillnad vilken hastighet de är växlade för. De har

även relativt styva boggier.

TRAXX/ EL19/ Re/ HR241: TRAXX/ EL19/ Re/ HR241 m.fl. är lok med tasslager och ganska hög

oavfjädrad massa, dvs. vikten av hjul, hjulaxlar och transmission är förhållandevis hög i relation till

axellasten. Detta påverkar de dynamiska impulskrafterna till spåret som skadar räls och ballast.

Generellt är oavfjädrad massa ganska viktig och ofta hög på lok.

Hur fordonen underhålls påverkar givetvis också hur spårvänliga de är; dåligt underhållna fordon

orsakar högre slitage (Thalén, 2013). Ojämnheter på hjul och räl orsakar ett dynamiskt lasttillskott

24 VTI rapport 864

men även avvikelser från ideala spårlägen, hjullastomlagringar på grund av drag- eller bromskrafter

samt kurvor kan bidra till lasttillskottet på spåret. Det dynamiska tillskottet, orsakat av ojämnheter på

hjul eller räl, kan uppgå till 50–300 %. Storleken på det dynamiska lasttillskottet påverkas främst av

axellasten, hastigheten, ojämnheternas storlek, spårets elasticitet samt fordonets dynamiska beteende

(Sahlin och Sundquist, 1995; Möller et al., 2000; Dahlberg, 2004).

Storleken på det slitage som uppstår kring interaktionen mellan hjul och räl beror i huvudsak på två

faktorer. Den första anknyter till kontaktmekanik och materialteknik. Den andra faktorn anknyter till

hur väl hela systemet räl/ hjul/ boggi samverkar, dvs. vagnens gångdynamik. Länken mellan dessa

faktorer är rälens och hjulens profiler (Esveld, 2001; Åhrén, 2002).

Hjulplatta, dvs. ojämnheter på hjulen, uppstår när hjul låses vid inbromsningar och därmed glider på

rälen. Hjulplatta orsakar stötkrafter med kort varaktighet men med en storleksordning som kan vara

flera gånger större än den statiska last som orsakas av tågets vikt (Xiang et al., 1994). Studier har

också visat att sprickor som hittats i armerade betongsliprar är starkt relaterade till hjulplattor (Dean et

al., 1982).

3.2. Räl

Klimatpåverkan i form av temperatur, fuktighet, regn och snö samt närvaron av sand påverkar i hög

grad nedbrytningen av rälerna (Kumar, 2006). Vintertid ökar styvheten hos rälen vilket kan leda till

fler skador på rälen orsakade av krafterna mellan hjul och räl. Hög omgivande temperatur (högre än

25°C) kan orsaka longitudinell utvidgning av rälen, vilket kan leda till bildning av så kallade

solkurvor.

Orsaken till solkurvor är ofta eftersatt underhåll eller avvikelser i spårets konstruktion i kombination

med solvärme och därmed hög rälstemperaturer vilket resulterar i stora tryckkrafter i rälerna. I många

fall kan solkurvor härledas till arbeten utförda i spåret eller spårområdet som därmed påverkat

spårstabiliteten. Det är vanligt att en solkurva utlöses i samband med tågpassage,

(www.trafikverket.se).

Sprickor, vanligen orsakade av utmattning, uppkommer i regel som fina horisontella sprickor i

överkanten av rälshuvudet men utmattning som initieras i centrum på rälfoten kan också uppkomma.

De senare är delvis ett resultat av höga böjdragspänningar i denna punkt (Ramböll, 2010; Paulsson,

2013).

Åldern hos rälen kan ha betydelse eftersom materialet åldras och dess egenskaper därmed ändras

(Kumar, 2006). Även stålsorten har betydelse för rälslitaget (Hammarlund, 1996). Ett hårdare stål ger

mindre rälsslitage men ökar ofta problemen med ytutmattning, bland annat pga. lägre brottseghet.

Slitage och utmattning är exempel på två faktorer som påverkar nedbrytningen av rälerna. I små

kurvradier dominerar nedbrytning orsakad av sidoslitaget och på raksträckor dominerar nedbrytning

orsakad av utmattning (Fig. 3). Förutom kurvradien påverkas sidoslitaget signifikant av smörjning av

rälen och fordonens styrningsegenskaper. Om rälen smörjs minskas slitaget (Larsson, 2004).

VTI rapport 864 25

Figur 3. Nedbrytningsindex för nötning respektive utmattning som funktion av kurvradien (Larsson,

2004). Nedbrytningsindex motsvarar en relativ nedbrytningshastighet.

Om fordonshastigheten är högre än den dimensionerade hastigheten i kurvor, med avseende på

rälsförhöjning, kommer den yttre, högre rälen att nötas mer av fordonshjulen. Om fordonshastigheten

å andra sidan är lägre än den dimensionerade i kurvor kommer accelererad nedbrytning att ske på den

inre, lägre rälen (IHHA, 2001).

Rälsskador är också vanligare på skarvspår än på helsvetsat spår. Orsaken är dels att spårläget på

skarvspår ofta är sämre än på helsvetsat spår, dels att spårstyvheten med tiden avviker från den

avsedda. När rälen, vid för hög styvhet, måste ta upp hela den dynamiska lasten ökar tillväxten av

sprickor (Trafikverket, 2013) .

När en rälsskada väl uppstått ersätts ofta en 6–8 m rälsbit med nytt material (Trafikverket, 2013).

Detta leder till att två nya termitsvetsar erhålls. Eftersom antalet svetsar därmed ökar med tiden och

termitsvetsarna är en vanlig startpunkt för sprickor ökar också antalet OFP-fel med tiden. Skadade

räler kan också orsaka nedbrytning av fordonshjulen (Kumar, 2006).

Om skarvöppningarna stängs eller öppnas helt vid små temperaturändringar kommer det att leda till

accelererad nedbrytning av rälsändarna (Lichtberger, 2005).

3.3. Befästningar

I Sverige förekommer följande typer av befästningar; Pandrol E-clip, Pandrol Fast-clip, Fist, Heyback,

K-fäste, Rälsspik och Fjäderspik (Banverket, 2008a). Vanligt förekommande fel hos befästningar är

att de lossnar, utmattas eller spricker. Det förekommer också att mellanlägg och isolator saknas eller

gått sönder. Saknade eller brustna befästningar leder till att rälen inte fixeras som den ska.

3.4. Sliprar

Betongsliprar är speciellt känsliga för dynamiska laster. Sliperstöjningen kan dock ungefärligen

halveras vid användande av mjuka mellanlägg jämfört med normala mellanlägg (Esveld, 2001).

Sprickbildning på betongsliprar kan leda till att vatten tränger in och armeringen korrugerar.

Allvarligaste skadorna uppkommer då slipern blir överbelastad genom dynamiska lasttillskott på

grund av rälsskador eller vid förorenad ballast (Ramböll, 2010). Den hårdast belastade delen på slipern

är direkt under rälen. Nedbrytning av sliperns underyta kan uppkomma på ställen med höga

ballastspänningar, exempelvis vid tunt ballastlager direkt på berg eller vid övergång mellan bro och

bank.

Kontaktytan mellan sliper och de enskilda ballastkornen är uppskattningsvis endast 5–10 % av sliperns

totala underyta. Detta genererar stora tryck i de enskilda kontaktpunkterna, vilket kan leda till

26 VTI rapport 864

nedbrytning av både ballastkorn och sliprar, med spårlägesförändringar som följd (Möller et al.,

2000).

Tidigare mätningar visar att små hålrum mellan sliper och ballast är vanligt förekommande (Olsson

och Zackrisson, 2000). Så mycket som 50 % av alla sliprar kan vara mer eller mindre ”hängande”

(Augustin et al., 2003), vilket kan leda till oönskade dynamiska påkänningar på såväl ballast som

sliprar och därmed påverka nedbrytningsprocessen (Lundqvist och Dahlberg, 2004). En hängande

sliper med så lite som 1 mm mellanrum till ballastbädden kan orsaka uppemot 70 % ökning av

kontakttrycket under de närmast intilliggande sliprarna. Detta resulterar också i att den vertikala

förskjutningen av de närliggande sliprarna ökar med 40 %. Dessutom kan den oregelbundna

belastningen av spårbädden leda till ojämna sättningar och därmed spårlägesfel.

3.5. Ballast

Spårlägesförändringar sker framförallt pga. krossning av ballastpartiklar. Partiklarnas nedbrytning är

en komplex mekanism som börjar vid partiklarnas kontaktpunkter och kornens svaghetspunkter och

fortsätter med komplett nedbrytning av vekare partiklar när lasten ökar. Detta leder till deformationer

samt att befintliga hålrum fylls med finmaterial, vilket medför nedsatt dräneringsförmåga.

Generellt kan de faktorer som huvudsakligen påverkar partikelnedbrytningen kategoriseras i tre olika

grupper:

1. egenskaper relaterade till stenmaterialet/bergart (såsom hårdhet, nötningsbeständighet,

densitet, vittringsbenägenhet, minerologisk sammansättning, interna bindningar och

korntextur)

2. fysiska egenskaper hos de enskilda kornen (såsom kornform, krossytegrad, kornstorlek,

ytjämnhet)

3. faktorer relaterade till kornsammanslutningar och belastningsegenskaper (såsom

tryckhållfasthet, kompaktdensitet, tjocklek hos ballastlagret, gradering, närvaro av vatten eller

ballastens fukthalt, cyklisk belastning i form av lastens amplitud och frekvens). (Indraratna et

al., 2009).

Sättningar uppkommer i ballast bl.a. på grund av trafikbelastningen. För detta finns ett flertal modeller

som vanligtvis har ett logaritmiskt förhållande, dvs. de utgår från en initialt stor deformation som

sedan avklingar och närmar sig ett asymptotiskt värde. Permanenta deformationer i granulära material

påverkas av ett stort antal egenskaper; bl.a. spänning (spänningsnivå, huvudspänningsrotation,

spänningshistorik), belastning (magnitud, antalet belastningar, belastningstid, frekvens, belastnings-

ordning), fukt (fukthalt, permeabilitet i materialet, vattenmättnadsgrad), ballast (typ av ballast,

partikelform, kornkurva, finjordshalt, maximal kornstorlek) och frys-tö-påverkan. Sättningarna leder

till spårlägesfel i allmänhet, i synnerhet vid övergångskonstruktioner. (Ramböll, 2010).

Storleken på plastiska deformationer ökar med ett ökat antal överfarter (Nålsund, 2010). Genom att

generera en mer välgraderad kornstorleksfördelning kan de permanenta deformationerna reduceras.

Understoppning, vid t.ex. spårriktning, är den största källan till nedbrytning av ballasten. Enligt

beräkningar av Sadeghi och Askarinejad (2007) orsakar en spårriktningsåtgärd, med en höjning av

spåret från 4 till 40 mm, en ökning på 133 % av sättningen i spåret.

Nedbrytning av ballastmaterialet sker i större eller mindre omfattning under både bygg- och

driftskedet genom krossning, transport, packning, byggnadstrafik och trafikbelastning. Nedbrytningen

kan delas in i två olika typer; nedkrossning och nötning. De viktigaste faktorerna som orsakar

nedkrossning är kornfördelning, kornform, andel spröda mineral, mineralens kornstorlek och

orientering samt belastningsnivå. Ett ensgraderat material är känsligare för nedkrossning än ett

välgraderat, dvs. belastningsnivån för välgraderade material måste vara högre än för ett ensgraderat

material för att uppnå likartad nedkrossning. En påtaglig nedbrytning av underballasten sker först vid

belastningar uppemot 5–10 MPa vilket kan jämföras med den, för svenska förhållanden, vanliga

VTI rapport 864 27

belastningsnivån på ungefär 50 kPa. Ett stort antal belastningscykler kommer ändå att leda till

nedbrytning och finjordsbildning (Sundquist, 2000; Dehlbom, 2003).

Den inre friktionen och den stora hålrumsvolymen hos ballasten försämras med tiden då materialet

bryts ned och genererar finkornigt material, det vill säga korn som är mindre än 31,5 mm i diameter

(Trafikverket, 2012). Material inom kornfraktionen 0–11,2 mm i kombination med att vatten samlas i

ballastlagret försämrar funktionen hos ballastlagret ytterligare. Dessutom sker 2,5–5 gånger mer

nednötning i ett fuktigt material än i torrt material (Dehlbom, 2004).

Ballastförorening

Ballastens livslängd är beroende av hur mycket finmaterial som finns i ballasten. Tabell 3 redovisar

möjliga orsaker till finjordsförorening av ballasten. De två viktigaste faktorerna för höjning av

finmaterialhalten är att ballasten mals ner på grund av trafik och underhållsåtgärder (spårriktning och

stoppning) samt intransport av finmaterial med hjälp av vatten eller växtlighet (Trafikverket, 2013).

Tabell 3. Möjliga orsaker till finjordsförorening av ballast (Selig och Waters, 1994).

1. Nedbrytning av ballast a. Hantering

i. Vid täkten ii. Under transport iii. Vid utläggning

b. Frostsprängning (mekanisk vittring) c. Kemisk vittring d. Skador från understoppningsarbeten e. Trafikbelastning

i. Upprepade belastningar ii. Vibrationer iii. Hydraulisk inverkan av finjordsvälling

f. Från komprimeringsmaskiner

2. Infiltration från ytan a. Transporterad med ballasten b. Från passerande tåg c. Vindtransporterat jordmaterial d. Vattentransporterat jordmaterial e. Stänk från närliggande skvättfläckar (Fig. 4)

3. Nedbrytning av sliper

4. Infiltration från underliggande granulära lager a. Sönderdelning av gammal spårbädd b. Vandring av underballastpartiklar beroende på bristfällig kornstorleksfördelning

5. Infiltration från undergrund/ leruppumpning

Figur 4. Skvättfläckar. (Foto: Torgny Nilsson, Trafikverket).

Finjordsförorening av ballasten leder till att dess funktion försämras med avseende på bärighet och

dräneringsförmåga (Holm et al., 2002; Selig och Waters, 1994). Selig och Waters (1994) menar dock

28 VTI rapport 864

att kornstorleken på det nedbrutna materialet har stor betydelse för ballastens egenskaper. Sandigt och

grusigt nedbrytningsmaterial kan till och med förbättra egenskaper som skjuvhållfasthet och styvhet.

Även tjälmotståndet kan förbättras. Består däremot det nedbrutna materialet av silt- och lerpartiklar

kommer en lervälling att kunna bildas i kombination med vatten. I takt med att halten finjordspartiklar

i ballasten ökar kommer också underhållsåtgärder som understoppning att bli mindre effektiva för att

vidmakthålla stabilt spårläge. I torrt tillstånd kommer vibrationerna att leda till att ballastpartiklarna

kommer i ett lösare tillstånd och i vått tillstånd kommer finjorden att fungera som ett smörjmedel som

försämrar strukturen och egenskaperna hos ballasten.

Vegetation

Utvecklingen av olika vegetationstyper styrs blad annat av tillgången på ljus, vatten, värme och

näringsämne (Trafikverket, 2012). Förekomsten av växtlighet på bankroppen påverkar framförallt

dräneringen. Vegetation på eller intill banvallen kan förhindra dränering samt dra åt sig fukt.

Nedbruten växtlighet ger också ett tillskott på finmaterial.

3.6. Spårgeometri och styvhetspåverkan

Olika processer orsakar nedbrytning av olika delar i bankonstruktionen. Nedbrytningen av räler

beskrivs ofta genom slitage och utmattning, medan nedbrytning av spårgeometrin6 är relaterat till t.ex.

sättningar hos ballast och undergrund (Berggren, 2009).

Rörelse mellan räl och underlag, dvs. rälsvandring, kan uppkomma i olika gränsskikt. Normalt sker

rörelsen i det skikt där motståndet är som lägst. Ballastens sido- och längsmotstånd beror av dess

geometri, tyngd och inre friktion. Rälsvandringsmotståndet beror också på befästningens utformning

och hållkraft. I spår med fjädrande befästning och 0,65 m slipersavstånd är motståndet i allmänhet

≥ 15 kN/m räl. Storleken på förskjutningen av slipern i ballasten beror av sliperns utformning och

tyngd, ballastens typ och mängd, ballastens konsolideringsgrad och huruvida ballasten är frusen eller

inte frusen (Ramböll, 2010).

Även spårstyvhetsförändringar orsakar ökade dynamiska krafter; graden av tillskottet beror på bl.a.

hastighet, styvhetsskillnad, dämpning och längd på övergångskonstruktion (t.ex. mellan bro och bank

på lös lera) (Esveld, 2001). Generellt innebär en hög spårstyvhet en minskad nedbrytning av spåret

(Berggren, 2009). En alltför hög spårstyvhet leder dock till högre dynamiska krafter, vilket kan orsaka

en snabbare nedbrytning av spåret. En varierande spårstyvhet längs en spårsträcka kan dessutom leda

till vibrationsproblem och en differentierad nedbrytning av spårgeometrin. Styvheten för ett fruset spår

är ca 1,3–2 ggr högre än för ett ofruset spår (Ramböll, 2010).

Spårstyvheten har visat sig väldigt användbar för att bestämma orsaken till vissa problem relaterade

till banunderbyggnaden (Tabell 4). (Berggren, 2009)

6 Nedbrytning av spårgeometrin definieras som nedbrytning av en eller flera komponenter som ingår i

bankonstruktionen och som påverkar spårgeometrin.

VTI rapport 864 29

Tabell 4. Förhållande mellan styvhet och spår-problem/-underhåll (Sussmann et al., 2001)

Egenskap Problem Underhåll/ Rehabilitering

Låg spårstyvhet Undermålig undergrund eller nedkrossad ballast

Underbyggnadens uppbyggnad, stabilisering av undergrund

Alltför hög spårstyvhet Dynamiska krafter, nedkrossad ballast, sättningar

Mjukare mellanlägg, ballastkomplettering

Varierande spårstyvhet Varierande spårunderstöd Byte av mellanlägg, översyn av underbyggnadens uppbyggnad, gummiduk

Hängande sliprar Nedkrossad ballast, lokala sättningar, dåliga befästningar

Inspektera befästningar, spårriktning, understoppning, ballastrening

3.7. Undergrundens stabilitet

De huvudsakliga orsakerna till problem i undergrunden har beskrivits av Li och Selig (1995):

Lasten: Materialens egenvikt respektive dynamisk fordonslast.

Jorden: Jord med fin gradering (silt och lera) har lägre styrka och permeabilitet än jord med

grov gradering (sand och grus).

Fukthalt: Nästan alla undergrundsproblem kan relateras till hög fukthalt i fingraderad jord.

Närvaron av vatten i undergrunden kan radikalt reducera styrkan och styvheten hos jorden.

Temperatur: Temperaturen hos jorden har betydelse när den orsakar frys-tö cykler.

De två mest frekventa skademekanismerna i undergrunden, orsakade av höga axellaster, är progressivt

skjuvbrott och plastiska deformationer (Lord, 1999). Det förstnämnda sker främst i finkorniga jordar

och speciellt i jordar med hög lerhalt. Undergrundsjorden skjuvas successivt utåt och uppåt mot

markytan vilket leder till en sättning under sliperändan och en lyftning vid sidan om spåret. Den

uppträngda jorden vid sidan om spåret hindrar vatten från att dränera ut och medför att vattnet hålls

kvar under spåret likt en balja, vilket förvärrar skadorna ännu mer.

Chrismer och Selig (1993) anser att sättningar är den avgörande faktorn vad gäller nedbrytningen av

spåret och beror i de flesta fall på plastiska deformationer hos överballasten, underballasten och/eller

undergrunden. Plastiska deformationer i undergrunden är mest markant under bankens yttre områden

och orsakas av upprepade belastningar (Lord, 1999). Permanenta deformationer kan i sin tur t.ex.

orsakas av partikelkrossning och nedsatta dräneringsegenskaper (Selig och Waters, 1994).

Sussmann et al. (2001) menar att orsaken till ett instabilt spårläge i regel är en svag undergrund

eftersom undergrundens egenskaper är det som påverkar spårläget och spårstyvheten mest. Ibland kan

denna svaghet härledas till bristfällig dränering. När väl problemet visar sig på spåret, har det i regel

gått så långt att banan måste rekonstrueras för att få ner påkänningarna, från trafiken, på undergrunden

till acceptabla nivåer. Alternativt kan förstärkningsåtgärder användas för att öka styrkan och styvheten

på undergrunden, exempelvis med hjälp av kalk-/cementpelare.

Ballast och underballast påverkas av styvheten både över och under sig. En ballast som vilar på berg

kommer att utsättas för stora tryck-/dragkrafter vid varje fordonspassage jämfört med en ballast som

vilar på ett mjukt lerlager (Berggren, 2009).

Tjäle

För att undvika tjällyftningar är det viktigt att ta bort tjälfarlig jord och att se till att ha ett, för platsens

klimatförutsättningar, tillräckligt tjockt underballastlager. Tjällyftningar kan ge allvarliga tågstörnings-

problem, i synnerhet om tjällyftningarna är ojämna. Problemen innefattar spårläges- och skevningsfel,

samt specifika problem vid övergångskonstruktioner (Ramböll, 2010).

30 VTI rapport 864

3.8. Dränering

Vattenkvoten har stor inverkan på styvheten (E-modulen) hos granulära material och, i kombination

med finjord, materialvandring och förekomsten av skvättfläckar. Brister i dräneringssystemet kan leda

till spårlägesfel, sättningar och brott (Ramböll, 2010).

Dikesrensning och renovering av sidodränage och trummor är viktigt med avseende på stabiliteten i

bankroppen (Nilsson, 2001). Primära orsaker till att jordmassor som funnits sedan banorna byggdes nu

kollapsar kan huvudsakligen tillskrivas den höga graden av vatteninfiltration och relativt låg

packningsgrad på det finkorniga fyllnadsmaterialet. Jorden får därmed en vattenövermättnad som

övergår i ett flytande tillstånd (passage av flytgränsen).

Krav på dränering av bankonstruktionen avser:

Dränering av geokonstruktioner i bankroppen

Dränering av geokonstruktioner i ytterslänter

Bortledning (avvattning) av ytvatten.

Upprepade dynamiska belastningar under lång tid kan, förutom risk för utmattningsbrott hos

konstruktionen, leda till att porvattentrycket i täta jordar eller instängda lager höjs stegvis, till följd av

att porvattentrycket inte hinner sjunka undan mellan belastningspulsarna, vilket medför att effektiv-

spänningen i jorden minskar. (Möller et al., 2000)

Förmågan hos en jordart eller ett material att kunna suga upp vätska kallas kapillaritet. Består jordytan

av ett material med stor kapillaritet stiger grundvattnet över grundvattenytan. Vissa jordarter förmår

suga upp vatten ända till markytan. Jordarterna delas därför in i olika tjälfarlighetsklasser, beroende på

kapillaritet och genomsläpplighet, dvs. förmåga att släppa igenom vatten. Grus och sand har

visserligen stor genomsläpplighet, men knappast någon kapillaritet. De är därför inte tjälfarliga.

Jordarterna silt och lera är å andra sidan mycket tjälfarliga eftersom de är både genomsläppliga och har

stor kapillaritet. Om vattenövermättade jäsleror utsätts för vibration får de en flytande konsistens och

förlorar sin bärighet.

Vattenövermättad finjord, framförallt innehållande fraktionen silt, har förmåga att transporteras upp

till överballasten och finjordsförorena denna genom en pumpeffekt. Detta är vanligt i samband med

dålig vattenavrinning och undermålig dränering av banvallen. Det är också troligt att problemet

kommer att öka till följd av klimatförändringar och ökade tillåtna axellaster och fordonshastigheter

(Sundvall, 2005).

VTI rapport 864 31

4. Tillståndsmätning/ mätning av nedbrytning

4.1. Tillståndsparametrar

Genom att använda pålitliga tekniker för att förutsäga tillståndet på järnvägen kan effektiviteten av

underhållsåtgärder och trafiksäkerheten höjas. Tillståndet på järnvägsbanorna mäts därför

kontinuerligt, maskinellt, manuellt och/eller via okulärbesiktning. Omfattningen av mätningarna är

beroende av banans besiktningsklass, som bygger på hastighet och trafikbelastning (Tabell 5).

Tabell 5. Besiktningsklasser och deras användning, (Trafikverket 2012a).

Besiktnings-klass

Används för:

B1 Hastighet: mindre eller lika med 40 km/h.

B2 Hastighet: högre än 40 km/h men mindre än eller lika med 80 km/h

Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år

B3 Hastighet: högre än 40 km/h men mindre än eller lika med 80 km/h

Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år

Hastighet: högre än 80 km/h men mindre än eller lika med 140 km/h

Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år

B4 Hastighet: högre än 80 km/h men mindre än eller lika med 140 km/h

Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år

Hastighet: högre än 140 km/h

Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år

B5 Hastighet: högre än 140 km/h

Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år

Tillståndsmätningar görs upp till sex gånger per år beroende av besiktningsklass och innefattar t.ex.

spårläge, räfflor och vågor (korrugering) på rälen, rälsprofil, ballastprofil samt OFP-data (Tabell 6–9).

Tabell 6. Mätningens omfattning för parametrar som skall mätas (Banverket, 2008b)

Besiktnings-klass bana

Spårläge

(antal/år)

Korrugering

(antal/år)

Rälsprofil

(antal/år)

Video spår

(antal/år)

Video omgivning

(antal/år)

1 1 0 0 1 1

2 3 1/2 1/2 1 1

3 4 1 1 2 1

4 6 2 1 2 1

5 6 2 1 2 1

32 VTI rapport 864

Tabell 7. Mätningens omfattning för parametrar som bör mätas (Banverket, 2008b).

Besiktnings-klass bana

Ballastprofil

(anta/år)

Besiktningar (räl, befästning, sliper)

(antal/år)

1 1/4 1/2

2 1/3 1

3 1 2

4 1 2

5 1 2

Tabell 8. Mätningens omfattning för vegetation om option löses ut (Banverket, 2008b).

Besiktnings-klass bana

Vegetation

(antal/år)

1 1/2

2 1/2

3 1

4 1

5 1

Tabell 9. Mätningens omfattning för mätparametrarna georadar, styvhet och klämkraft om option

löses ut (Banverket, 2008b).

Parameter Förväntat antal km/år

Georadar 500 - 1500

Styvhet 500 - 1500

Klämkraft 500 - 1500

Den viktigaste av dessa mätningar mätningen är spårlägesmätningen eftersom ett dåligt spårläge leder

till fel i andra delar av infrastrukturen eller kan vara symptom på sådana fel (Innotrack, 2010). Vid

spårlägesmätning görs en mätning varje 25:e cm. Vid spårlägesmätningar beräknas punktfel i

förhållande till den anordnade spårgeometrin avseende höjdläge (kortvågigt/långvågigt, höger/vänster

räl), sidoläge (kortvågigt/långvågigt, höger/vänster räl), rälsförhöjning, skevning, spårvidd och

kurvatur. Omfattningen av mätningen varierar beroende på besiktningsklass mellan 1 och 6 ggr per år.

Reproducerbarheten hos mätningarna ska enligt specifikation vara enligt Tabell 10 nedan.

VTI rapport 864 33

Tabell 10. Skall-krav för reproducerbarheten (95 % av alla data) av spårlägets mätparametrar enligt

SS-EN 13848-2 (Banverket, 2008a).

Parameter Inget filter D17 D28 D3

Höjdläge ± 0,8 mm ± 2 mm ± 5 mm9

Sidoläge ± 1,1 mm ± 3 mm ± 7 mm10

Rälsförhöjning ± 2,5 mm

Skevning (6 m) ± 0,5 mm/m

Spårvidd ± 1 mm

För varje punktfel finns gränsvärden som specificerats utifrån säkerhet mot urspårning och baseras på

kvalitetsklass, som i sin tur baseras på högsta tillåtna tåghastighet. A-, B- och C-fel anger gräns-

värdena för varje kvalitetsklass. A-fel är en gräns för ett nyjusterat spår, B-fel anger en underhålls-

baserad gräns och C-fel anger en akutgräns då åtgärder bör sättas in snarast eftersom det finns en risk

för urspårning. Överskrids gränsen för C-fel övervägs hastighetsnedsättning innan åtgärd satts in,

(Trafikverket 2013b). Det finns även gränser för Urspårningsfarliga fel för parametrarna skevning och

spårvidd. Ett problem vid analysen av C-fel är osäkerheten i mätdata som finns i Optram. Osäkerheten

finns i positionering och eventuella felmätningar (Spännar, 2013).

Vidare är både Q-tal och K-tal indikatorer på spårens kvalitet och tillstånd, vilket har betydelse för

spårets nedbrytning. Dessa beräknas utifrån standardavvikelser över 200 m för spårlägesparametrarna

höjdläge, sidoläge, rälsförhöjningens ojämnhet och samverkan som är en sammansatt signal av

rälsförhöjnings ojämnhet och sidoläge. Q-talet beräknas som ett vägt index av standardavvikelsen för

höjdläge och samverkan, beräknat som avvikelser från den geometriska komfortgränsen för en specifik

spårklass. Q-talet beräknas kontinuerligt på 200-meterssträckor. K-talet används för att beskriva hur

stor del i procent av den undersökta spårlängden för vilken samtliga standardavvikelser, avseende

höjdläge, rälsförhöjningens ojämnhet och sidoläge understiger komfortgränsen (Andersson et al.,

2011).

Ett högt värde på Q-talet innebär alltså att spårläget genomsnittligt är bra. Däremot kan det ändå

förekomma enstaka stora punktfel och en kortare spårriktning som utförts på en sträcka kommer inte

att ge utslag på Q-talet för ett kilometeravsnitt. För att kunna utvärdera effekten av en åtgärd bör

istället punktfelen analyseras (Trafikverket, 2013b).

Vid rälsprofilmätningen mäts höjdslitage och sidoslitage. Parmetrarna beräknas genom att jämföra

med rälens originalprofil. Sidoslitaget beräknas 14 mm under RÖK (rälsöverkant). Höjdslitaget

beräknas vid högsta punkten då hänsyn tagits till rälens lutning. Rälsprofilens ovansida och insida ska

mätas och rälsprofilens utsida bör mätas. Onoggrannheten i sidoslitage ska maximalt vara ± 0,7 mm

(95 % av alla data). Onoggrannheten i höjdslitage ska maximalt vara ± 1 mm (95 % av alla data).

Onoggrannheten i sidoslitage bör maximalt vara ± 0,5 mm, och höjdslitaget ± 0,7 mm (95 % av alla

data), (Banverket, 2008a).

Svårigheten med rälsprofilmätningar är trots allt den dåliga repeterbarheten hos metoden. I regel är

variationen mellan mätningar större än 1 mm medan rälslitaget är mindre än så. Detta betyder att det är

svårt att ur data ta ut någon trend över tid, bortsett från i vissa kurvor där slitaget kan vara större. Om

7 Våglängdsområde 1 m < λ ≤ 25 m

8 Våglängdsområde 25 m < λ ≤ 70 m

9 Våglängdsområde 70 m < λ ≤ 150 m

10 Våglängdsområde 70 m < λ ≤ 200 m

34 VTI rapport 864

ålder på rälen jämförs med totalt slitage kan ett värde erhållas men det förutsätter att den nyinsatta

rälen verkligen uppmätts till 0 mm (Trafikverket, 2013).

Räfflor och vågor, RoV, används som beteckning för periodiska ojämnheter i längsled på rälhuvudets

översida för våglängder upp till 160 cm. För att reducera inverkan från RoV genomförs slipning av

rälshuvudet. Mätning av RoV används som underlag för var slipning ska utföras. I nuläget mäts RoV

inom våglängdsområdet 2,2–35 cm. Inom våglängdsområdet 35–100 cm bör dock RoV mätas 2 ggr

per år. På grund av den starka kopplingen mellan våglängd och spårkrafter, och därigenom nedbryt-

ning av spåret, är det viktigt att onoggrannheten vid korta väglängder är så liten som möjligt. Tillåten

mätonoggrannhet för respektive våglängsintervall ges i Tabell 11. Den minsta uppmätbara amplituden

är 1 µm. Mätningen görs löpande för minst varje cm och varje värde ska ges som ett medelvärde för

10 meter. Skarvar bör detekteras och räknas bort innan effektivvärdet för varje våglängsintervall

räknas fram.

Tabell 11. Våglängdsintervall med angiven tillåten mätonoggrannhet (Banverket, 2008a).

Våglängdsintervall (cm) Tillåten mätonoggrannhet (µm)

2,2 – 2,8 1,5

2,8 – 3,5 2

3,5 – 4,5 3,5

4,5 – 5,6 4,5

5,6 – 7,1 5,5

7,1 – 8,9 6

8,9 – 11 6

11 – 14 6

14 – 18 7,5

18 – 22 10

22 – 28 10

28 – 35 10

35 – 45 15

45 – 56 20

56 – 71 35

71 – 89 60

89 – 100 100

Oförstörande provning (OFP) genom ultraljudprovning görs normalt automatiserat med hjälp av UT-

tåg. Med denna metod kan rälsdefekter, som kan leda till rälsbrott och/eller urspårning, mätas. OFP-

mätningen görs en gång per år för besiktningsklass B4 och B5 och med något lägre frekvens för

besiktningsklasserna B1-B3 (eg. 1/2 för B3, 1/3 för B2 och 1/4 för B1), (Banverket, 2012).

Olika fordonsdetektorer som finns längs järnvägen är exempelvis: hjulskade-, strömavtagar-,

varmgångs- och tjuvbromsdetektorer, rapporterar tågpassager, mätdata och eventuella larm.

Hjulskadedetektorerna mäter också tåglängd, antalet axlar och snedlast. Hjulskadedetektorerna mäter

fordonsaxlarna med hjälp av trådtöjningsgivare som är placerade under åtta på varandra följande

sliprar. Varje hjul mäts på åtta punkter och ett medelvärde respektive toppvärde rapporteras. Om

VTI rapport 864 35

toppvärdet överstiger medelvärdet för mycket skickar detektorn ett larm om hjulskada. Beroende av

hur stor avvikelsen är larmas med tre olika nivåer; hög, låg eller varning. För att säkerställa att

detektorerna fungerar skickas funktionslarm när de varit inaktiva i mer än 15 minuter (Rosenquist och

Sköld, 2011).

Klämkraftsmätning på befästningar görs för att identifiera kritiska avsnitt på banan där spårvidds-

ökning kan medföra risk för urspårning samt för att göra en bedömning vilka eventuella hastighets-

åtgärder som behöver vidtas på riskavsnitten. Med klämkraftsmätning avses mätning av spårvidd

rullande under vertikal och lateral pålastning samt utan lateral pålastning. Syftet med mätningen är att

identifiera säkerhets- och underhållsgränser för maximal sidoförskjutningskraft kopplat till

spårviddsökning (Banverket, 2008a).

Det kan också finnas anledning att mäta spårstyvhet eftersom detta också anses utgöra en viktig

nedbrytande faktor (Innotrack, 2010). Spårstyvheten är en grundläggande egenskap för spårets

belastningskapacitet, dynamiska krafter, kvaliteten på spårläget och livslängden på spårets

komponenter (Berggren, 2009). Styvheten är alltså en bidragande orsak till nedbrytning av ballast och

undergrund. Den nedbrytningen torde ge en ökad nedbrytningsshastighet av spårgeometrin, som i sin

tur kan mätas med spårlägesmätningar. Det finns dock ingen enkel koppling mellan styvhet,

förändring eller värde, till försämrad spårgeometri. Dessutom är styvhet inte något som förändras

mycket, vad gäller banunderyggnad, och därmed föranleder frekventiella mätningar. Det finns i

dagsläget ingen specificerad optimal standard för spårstyvhet (Andersson et al., 2011).

Med spårstyvhet menas hela bankroppens styvhet (axellast/förskjutning av räl) (Banverket, 2008a).

Spårstyvhet är en komplex storhet som beskrivs t.ex. av dess absolutbelopp och dess fasförskjutning.

Flera typer av utrustning finns för stillastående mätning av spårstyvhet, t.ex. fallvikt (Falling Weight

Deflectometer, FWD). En mobil mätvagn, kallad Rolling Stiffness Measurement Vehicle, RSMV, en

ombyggd två-axlad godsvagn, utvecklades 2003–2004 för mätning av spårstyvhet. Idag mäts dock inte

spårstyvheten mer än på objektsnivå (Berggren, 2009).

Järnvägen videofilmas varje år i samband med mätning med mätvagn. Dessutom videofilmas

omgivningen för att bedöma avverkningsbehovet i trädsäkringsprojekt. Samplingsfrekvensen ska vara

1 bild/meter. Filmerna sparas i ett år. (Banverket, 2008a)

Det finns möjlighet att övervaka vegetationsutbredning med hjälp av mätvagn. Skötselgatan; upp till

20 meter från spårmitt, samt kantzon, 10–20 meter utanför skötselgata, på varje sida om spåret bör

övervakas gällande växtlighetens höjd, täthet och utbredning (area). Resultatet redovisar för var 5:e

meter. Onoggrannheten i höjdangivelse bör vara bättre än 1 m i 95 % av fallen. Onoggrannheten för

täthet bör vara bättre än 20 % i 95 % av fallen. Täckt spårarea redovisas i procent och onoggrannheten

bör vara bättre än 2 % (Banverket, 2008a).

En korrekt ballastprofil är viktig för spårets sidomotstånd och påverkar därför bl.a. solkurve-

problematiken. Ballastprofilen bör därför mätas och då jämföras med normenlig profil. Vid mätning

mäts ballastskuldrans bredd, mätt från sliper ytterkant till ballastkrön, i en linje 5 cm under slipers

överkant (i plan med sliper). Bredden redovisas för var 3:e meter med en onoggrannhet bättre än 2 cm

i 95 % av fallen. Måttet får medelvärdesbildas upp till 0,5 m. Mätningen bör också redovisa

avvikelsen i dm3/m från slipersände till 0,2 m utanför normenlig profil (i plan med slipers överkant

och 0,6 m alternativt 0,75 m utanför sliper) och redovisas för var 3:e meter. Onoggrannheten bör vara

bättre än 5 dm3/m i 95 % av fallen (Banverket, 2008a).

Georadar (Ground Penetrating Radar, GPR), baseras på transmission av korta elektomagnetiska

impulser som reflekteras vid mötet med material med olika dielektriska egenskaper, och kan användas

för att erhålla information om uppbyggnaden av befintliga banor, t.ex. lagertjocklekar, vatteninnehåll

samt läge för fasta konstruktioner, frostisoleringar och genomföringar (rör, kablar, trummor).

Traditionellt görs geotekniska markundersökningar i form av sondering och borrning för att erhålla

viktig information om järnvägsunderbyggnad. Det är dock alltid svårt att utföra undersökningar i

36 VTI rapport 864

spåret och dessutom finns en risk att de mest problematiska platserna missas vid dessa

stickprovskontroller. Utveckling av datainsamling och databearbetning har dock gjort det möjligt att

utföra kontinuerliga undersökningar längs bana genom att använda georadar, som är en oförstörande

geofysisk metod. Georadarmätningar utförs i dagsläget dock inte på övergripande mätnivå (Banverket,

2008a; Berggren, 2009).

4.2. Okulärbesiktningar

Okulärbesiktningar görs av synlig del av räler (synliga skador såsom sprickor, brott, slirsår och s.k.

squats, dvs. lokala nedtryckningar på farbanan), befästning (avsaknad av klämfjädrar) och sliper

(sprickor i betongslipers, nedsjunkning av befästning i träslipers, snedställning) (Tabell 12).

Omfattningen av är beroende på besiktningsklass och varierar mellan 1 till 6 gånger per år. Det bör

vara möjligt att generera statistik och fellistor av typen antal rälsskador (största area, total area per

längdenhet) och antal saknade klämfjädrar samt antalet skadade/saknade befästningar per längdenhet

(Banverket, 2008a).

VTI rapport 864 37

Tabell 12. Definition av besiktningsparametrar och deras maximala onoggrannhet (Banverket,

2008a).

Räler

Räler som varken har brott eller sprickor utan andra fel, i regel på farbanan.

Imperfektioner större än 10 mm2 bör detekteras och klassificeras korrekt i 90 % av fallen.

Imperfektioner större än 25 mm2 bör detekteras och klassificeras korrekt i 97 % av fallen.

Brott och sprickor i rälen

Räler som antingen gått av i två eller flera delar eller från vilka brottstycken lossnat så att det i farbanan uppstått en lucka som är längre än 50 mm bör detekteras och klassificeras korrekt i 99,7 % av fallen.

Brott och sprickor större än 5 mm bör detekteras och klassificeras korrekt i 95 % av fallen.

Jordkabel

Lös jordkabel och korrekt fastsatt jordkabel bör kunna detekteras.

Befästning

I Sverige förekommande befästningar (Pandrol e-clip, fast-clip, Fist, Heyback, K-fäste, Rälsspik, Fjäderspik) bör detekteras och klassificeras korrekt i 95 % av fallen.

Avsaknad av befästning bör

detekteras korrekt i 95 % av fallen.

Skadade befästningar bör detekteras korrekt i 68 % av fallen.

Sliprar

Cc avstånd, samt snedställning (i cm) bör mätas med en onoggrannhet av 2 cm i 95 % av alla fall.

Sprickor i betongsliprar

I ett område upp till 1 dm utanför rälsbefästningen bör sprickor längre än 20 mm och bredare än 0,3 mm detekteras och klassificeras korrekt i 60 % av fallen. Längd och bredd för dessa sprickor bör kunna redovisas.

Sammanlagd spricklängd i ovan angivet område bör redovisas.

Träsliprar För träsliprar med underläggsplatta: Ange underläggsplattans nedsjunkning i slipern med en onoggrannhet av 2 mm i 95 % av fallen.

Skarvar säkerhetsbesiktigas med motsvarande antal besiktningstillfällen som rälen kontrolleras med

OFP. Vid besiktningen kontrolleras t.ex. att skarvjärnen är hela och fria från sprickor, att bultar och

muttrar inte saknas samt är väl åtdragna, att skarven inte är nedstukad, att mellanlägget i isolskarvar är

helt och skarvsliprarna är väl understoppade samt att skarvöppningen inte avviker från gällande

gränsvärden (Banverket 2012).

Banbanken säkerhetsbesiktigas 1–2 ggr per år och underballasten, dränering och dike 1–3 ggr per år.

Vid besiktningen kontrolleras t.ex. att inga erosionsskador eller sprickor förekommer i bankslänterna,

att vatten inte tränger fram okontrollerat ur bankslänter, att det inte uppträder sättningar eller

trafikstörande uppfrysningar i spåret, att bankroppens geometri inte synbart förändrats på grund av

38 VTI rapport 864

erosion eller annan påverkan, att det inte förekommer vattensamlingar eller vattenströmning som

bedöms kunna förorsaka bärighetsnedsättning eller erosionsskador i banvallen eller bankslänter och att

det inte finns hinder som bedöms kunna medföra problem när vatten tillkommer. (Banverket, 2012).

Följande fyra prioriteringsalternativ används för klassificering av besiktningsanmärkningar

(Trafikverket, 2012a):

A (akut) =Anmärkning av sådan art att den medför en omedelbar risk för olycka eller

tågstörning. För dessa anmärkningar ska nödvändiga åtgärder vidtas omedelbart

(inklusive eventuell avstängning av spår) och besked om detta ofördröjligen lämnas till

ansvarig enhet.

V =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas inom två veckor från besiktningsdatum.

M =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas inom tre månader från besiktnings-

datum, alternativt ska Chefen för underhållsområdet följa upp anmärkningen på

nödvändigt sätt.

B =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas innan nästa besiktningstillfälle

alternativt ska Chefen för underhållsområdet följa upp anmärkningen på nödvändigt

sätt.

Säkerhetsbesiktningen utförs med besiktningssystemet BESSY.

4.3. Datainformationssystem/ databaser

Baninformationssystemet (BIS) innehåller en nulägesbeskrivning av information kopplat till bannätet.

I OPTRAM kan data från spårläges-, rälsprofil- och RoV-mätningarna kopplas till anläggningsdata för

en viss spårsträcka (Andersson et al., 2011). Hur snabbt ett tillstånd förändras är viktigt för att kunna

bedöma vid vilken tidpunkt en underhållsåtgärd behöver utföras. Öberg (2006) menar att exempelvis

spårgeometrins nedbrytningshastighet varierar på så sätt att den är som högst efter en underhållsåtgärd

eller en reinvestering av spåret för att sedan nå en relativt linjär utveckling efter en viss trafikvolym.

Det råder dock olika uppfattningar om detta. Eftersom nedbrytningshastigheten av spårgeometrin

beror på en mängd olika saker (se kapitel 6) så räcker det med att en bakomliggande orsak är olinjär

för att spårgeometrins nedbrytningshastighet ska vara olinjär.

I BESSY samlas resultaten av de besiktningar som görs i järnvägsanläggningen. Eventuella

anmärkningar ligger till grund för planering av åtgärder och åtgärdstidpunkt, baserat på

anmärkningarnas allvarlighetsgrad. Varje år genomförs ca 700 000 besiktningar och dessa genererar

omkring 90 000 anmärkningar. (Andersson et al., 2011)

I Ofelia rapporteras fel i anläggningen, men även hastighetsnedsättningar sedan några år tillbaka.

(Andersson et al., 2011)

Banstat innehåller data, från år 2007, beträffande den tågtrafik som trafikerar anläggningarna.

Databasen innehåller även banlängden mellan trafikplatsmittpunkter och dess bandelstillhörighet.

Prognosmodeller för trafikdata, såsom transportvolymer och sammansättning av resor och gods,

återfinns i Sampers (persontrafik) samt Samgods (godstrafik) (Andersson et al., 2011).

Kostnadsdata för anläggningen kan inhämtas ur Agresso. Kostnadsdata skulle dock behöva ha en

tydligare redovisning, med bl.a. en finare indelningsnivå än bandelar.

Information om tågförseningar kan analyseras i LUPP (Andersson et al., 2011).

VTI rapport 864 39

4.4. Projektet ePilot119

Både infrastruktur och fordon är till stora delar ålderstigna och slitna samtidigt som det har skett en

ökning av såväl personresor som godstransporter. Denna kombination innebär att det finns ett stort

behov av upprustning och effektivare underhållsåtgärder för att skapa en så stabil och säker järnväg

som möjligt. För att åstadkomma ett bättre och effektivare underhåll krävs kunskap om tillståndet på

bana och fordon. Ett projekt som fokuserar på detta problemområde är projektet ePilot 119 som är ett

utvecklings- och implementeringsprojekt för att förbättra och utveckla arbetet med järnvägsunderhåll.

Målsättningen är att förbättra punktligheten, minimera trafikstörningar samt skapa bättre tillgänglighet

och kvalitet. Förväntningarna är att utforma ett beslutsstöd för underhållsverksamheten och därmed få

ett effektivare underhåll.

Projektet som genomförs på bandel 119 mellan Boden och Luleå bygger på ett branschsamarbete

mellan Järnvägstekniska Centrum vid Luleå tekniska universitet och olika järnvägsföretag och

underhållsentreprenörer. Genom att skapa ett samverkansprojekt vill man få alla aktörer att gemensamt

styra underhållet av järnvägssystemet så att rätt saker görs vid rätt tidpunkt. Projektet startade 2013

och är planerat att pågå till 2016. Målet är att två delprojekt under dessa tre år ska testas inom andra

delar av järnvägssektorn. Om ePilot119 lyckas med att införa förbättringar som medför förbättrad

punktlighet och färre driftstörningar så är avsikten att arbetssättet/konceptet successivt rullas ut på hela

det svenska järnvägsnätet.

Avsikten är att skapa en gemensam plattform för underhållsinformation, där förädlad och anpassad

information finns tillgänglig och som ger en helhetssyn på tillståndet i transportsystemet. Utifrån

insamlad data utformas beslutsstöd för underhållsåtgärder. En styrka med projektet är att det baseras

på befintliga resultat från genomförda utvecklings- och forskningsprojekt som via samverkan tas om

hand och implementeras i järnvägssystemet. Detta ger större möjligheter till förebyggande underhåll,

som är mer kostnadseffektivt än avhjälpande underhåll och som också bidrar till ett mer tillförlitligt

och robust transportsystem. Avhjälpande underhåll som sker före ett fel inträffar är 3–10 gånger

billigare än avhjälpande underhåll som gör efter att ett fel inträffat. Förutom att avhjälpande underhåll

är mycket dyrare än förebyggande så förorsakar det också driftstörningar, tågförseningar samt

förkortar livslängden både på bana och på fordon.

40 VTI rapport 864

5. Underhållsåtgärder

De åtgärder som genomförs för att utveckla och underhålla järnvägsnätet kan grovt delas in i:

underhåll

uppgradering

nedläggning

avveckling

införlivande (Banverket, 2007).

Underhållsåtgärder kan klassificeras i tre undergrupper; avhjälpande-, förebyggande- och förutbestämt

underhåll. Förutbestämt underhåll används i första hand där det finns goda kunskaper om förväntad

livslängd och där kostnaden för åtgärden är liten jämfört med kostnaden för att få störningar i

tågtrafiken. Ett annat skäl kan vara stora krav på att upprätthålla en hög säkerhet (Banverket, 2007).

Åtgärder inom avhjälpande underhåll innefattar:

akut underhåll, dvs. underhåll som genomförs omedelbart efter att ett funktionsfel upptäckts

eller anmälts för att undvika oacceptabla konsekvenser som exempelvis säkerhetspåverkande

fel eller fel som riskerar att medföra tågförseningar, samt

åtgärder efter besiktning, dvs. åtgärd som genomförs efter att tillståndskonstroll medfört

anmärkningar med benämningen A (akut) eller V (veckofel), (Banverket, 2007).

Åtgärder inom förebyggande underhåll innefattar tillståndsbaserat underhåll, dvs. de åtgärder som

genomförs utifrån resultaten från tillståndsmätningar, med undantag för besiktningsanmärkningar av

typen A och V. Exempel på förebyggande underhållsåtgärder är spårriktning, vegetationsbekämpning,

rälsslipning, dikning och dränering, neutralisering av skarvfritt spår samt reglering (t.ex. inmätning av

rälsmängder, reglering av skarvöppningar, fastmontering av räler, hantering av isolerskarvar)

(Banverket, 2007).

Enligt tidigare standard (Banverket 2007) görs en åtskillnad mellan mindre utbyten (förebyggande

underhåll) och större utbyten och upprustningar (reinvestering). Skillnaden mellan förebyggande

underhåll och större utbyten och upprustningar avgränsas med beloppsgränser. Inom kategori spår ska

varje objekt kosta minst 2 Mkr per stationssträcka för att betraktas som utbyte. Inom övriga kategorier

gäller 300 tkr per stationssträcka alternativt trafikplats för att betraktas som utbyte. Åtgärder som utgör

exempel på mindre utbyten kan alltså vara isolerskarvbyte, träslipersbyte, ströbyten av slipers och

rälsbyte. Utbyte eller upprustning genomförs, per definition, för att nå minst ursprungligt tillstånd.

Bytet ska vara föranlett av att komponenten är tekniskt förbrukad och/eller att det är oekonomiskt att

fortsätta med ”mindre” underhållsåtgärder. Grundsyftet med större utbyte eller en upprustning är alltid

att återställa tillståndet, däremot inte att uppgradera järnvägsnätet. Detta förhindrar dock inte att

kapacitetspåverkan ändå äger rum på grund av teknisk utveckling etc (Banverket, 2007).

5.1. Spår

När spåret över lag är dåligt, dvs. när det inte räcker med, eller inte längre lönar sig ekonomiskt, att

göra punktinsatser på enskilda komponenter för att återställa banans tillstånd görs ett spårbyte. Ett

spårbyte inkluderar byte av räl, befästningar, mellanlägg och sliprar samt ballastrening och

ballastkomplettering och utförs ungefär vart 50 år. Ett spårbyte kan också leda till en standardhöjning

t.ex. genom att kurvor rätas ut eller banan klarar av en högre axellast.

Spårriktningen säkerställer korrekt spårgeometri. Tidsintervallet mellan spårriktningar varierar mellan

2 och 10 år, beroende av trafik och nedbrytningshastighet (Berggren, 2009).

VTI rapport 864 41

5.2. Räl

Slipning av rälens farbana leder till en signifikant höjning av livslängden hos rälen, mindre

rälskorrugering och dessutom lägre bullernivåer eftersom slipningen tar bort räfflor och vågor (RoV)

på farbanan (Hammarlund, 1996). Dessutom förebyggs utvecklingen och tillväxten av sprickor

eftersom slipningen tar bort en del mikrosprickor (Paulsson, 2013). Därmed kan rälsbrott förebyggas.

Vid uppkomna rälsbrott tas en passbit bort och ersätts med en passräl. En del uppkomna skador på

rälshuvudet, såsom exempelvis slagskador, kan åtgärdas med påläggssvetsning.

För att minska sidoslitage i kurvor med små radier är smörjning en verksam metod (Hammarlund,

1996). Ibland krävs dock rälsbyte, i synnerhet på yttersträng i kurva. Åtgärden inkluderar, förutom

själva bytet av rälen, i regel även svetsning, spårriktning, ballastunderstoppning och ballast-

komplettering.

I en BV50-räl ger en grads temperaturförändring en förändring i kraft i rälen på 15 kN, i en UIC60-räl

blir kraftändringen 18 kN per grad. För att minimera de längsgående krafterna i spåret strävar man

efter att rälen ska vara spänningsfri vid en neutraltemperatur som ungefär motsvarar rälsens

medeltemperatur över året. Neutraltemperaturområdet är -3oC till +7oC från neutraltemperaturen. Inom

neutraltemperaturområdet ska rälerna vara spänningsfria i längsled. Befästningstemperaturen är den

temperatur vid vilken rälerna slutgiltigt fästs vid sliprarna och slutsvetsats, denna måste ligga inom

neutraltemperaturområdet. Den spänningsfria temperaturen ska vara samma på så långa sträckor som

möjligt. (Trafikverket, 2013a).

För att neutralisera spåret kan någon av följande metoder användas:

Nollställningsmetoden, kan neutralisera upp till maximalt 840 meter åt gången och är både

noggrann och säker. Rälerna lossas från sliprarna och läggs friktionsfritt på rullar utan

sidoförflyttning. Metoden används alltid för nya spår och företrädelsevis även för äldre.

Metoden kan dock endast användas då rälstemperaturen ligger under eller inom

neutraltemperaturområdet.

Beräkningsmetoden, kan neutralisera max 160 m åt gången och är mindre säker än

nollställningsmetoden. Rälsfästena lossas lite eller inte alls. Metoden används i undantagsfall i

äldre spår med befästningar som är besvärliga att demontera.

Skarvar i skarvspår innebär en ökad frekvens av underhållsåtgärder såsom uppbockning av skarvändar,

reglering av skarvöppningar med avseende på spänningsfri temperatur och rälsmängd, understoppning

av skarvar, justering av skarvjärn och rengöring av skarvar. Dåliga isolerskarvar, som t.ex. mist sin

isolerande förmåga, byts ut.

5.3. Befästningar

Befästningar och mellanlägg bryts framförallt ned till följd av utmattning och behöver då bytas ut. Vid

brustna, eller saknade, befästningar kan enstaka befästningar bytas ut. Genomgående utbyte av

befästningar och mellanlägg sker i samband med spårbyte.

5.4. Slipers

Som tidigare nämnts kan det vara svårt att upptäcka skadade sliprar. Träsliprar bryts ofta ner inifrån

och betongsliprar kan ha inbyggda sprickor från tillverkningsprocessen. Vid felanmärkningar, t.ex. på

grund av synliga sprickor eller nednötta sliprar, behöver de dock bytas ut, vilket kan ske i form av

både genomgående slipersbyte eller byte av enstaka sliper. Slipersbytet inkluderar, förutom själva

bytet av sliper, även spårriktning, ballastunderstoppning och ballastkomplettering.

42 VTI rapport 864

5.5. Ballast

Dräneringsförmågan tenderar att minska i takt med att nedbrytningen av de enskilda kornen

fortskrider. Detta medför en ökad risk för fuktansamling med ostabilt spårläge som följd. Ballastrening

innebär att ballasten renas från föroreningar, i form av finmaterial och yttre föroreningar. Eftersom

detta är en relativt kostsam underhållsåtgärd är det dock viktigt att göra en bedömning av när det är

optimalt att utföra den (Sahlin och Sundquist, 1995). Ballastrening bör utföras när halten partiklar

< 22,4 mm överstiger 30 % och är absolut nödvändig om halten överstiger 40 % (Berggren, 2009;

Trafikverket, 2012). Om en spårriktningsåtgärd inte ger det resultat man förväntat sig, trots att

ballastmängden är riktig, är det sannolikt att ballasten är i behov av rening (Paulsson, 2013).

Bankettrensning, som utförs i syfte att avlägsna onyttiga massor från banketterna, leder till bättre

dränering av ballastlagret. Den extra belastning som överskottsmassorna resulterar i kan också orsaka

dålig stabilitet hos banvallen. Genom att avlägsna massorna kan axellasten ökas (Trafikverket, 2012).

Metoder för vegetationsbekämpning kan delas in i mekanisk bekämpning och termisk bekämpning.

Termisk bekämpning är beröringsfri dvs. insatsen kan ske utan direktkontakt mellan maskin och

växt/banvall. Mekanisk bekämpning sker genom t.ex. borstning och innebär att även ballastmaterialet

bearbetas. Av den totala banlängden i Sverige utgör endast en mindre del (< 10 %) så kallade

restriktionsytor, som inte ogräsbekämpas med herbicider. Ogräsbekämpning på banvallar motiveras

generellt av att banans egenskaper försämras när det gäller t.ex. bärighet, slirningsrisk för lok,

brandrisk etc. Förebyggande åtgärder används dels för att hindra ogräsets rötter och jordstammar från

att växa in i banvallen, dels för att försvåra för ogräsfrön att gro och etablera sig i ballastens ytskikt.

Exempel på förebyggande åtgärder är ballastrening/ballastbyte, användning av ogrässpärrar och

etablering av ogräskonkurrerande vegetation på anslutande ytor. Ballastrening är normalt en alltför dyr

åtgärd för att den ska kunna motiveras enbart ur ogrässynpunkt (Hansson et al., 1995).

Ibland kan låg spårstyvhet och en dålig spårgeometri orsakas av förorenad ballast, i synnerhet i

kombination med det vatten som pressas uppåt på grund av den upprepade lasten från tågtrafiken.

Denna pumpeffekt leder också till att finjord pressas uppåt i banöverbyggnaden, vilket ytterligare ökar

problemet med bristande spårstyvhet och i förlängningen undermålig spårgeometri (Fig. 5). Ballast-

komplettering och/eller ballastrening kan ge en kortsiktig förbättring men för att långsiktigt komma

tillrätta med problemet måste dräneringen förbättras, rätt material i ballast och undergrund måste

tillses och områden med speciellt svårartade problem måste rekonstrueras. (Sussmann et al., 2001)

Figur 5. Leruppumpning. (Foto: Torgny Nilsson, Trafikverket).

5.6. Undergrund

Om finjord transporteras upp i ballastlagret på grund av undermålig underballast är utskiftning av

delar av befintlig underballast den mest effektiva åtgärden. Åtgärden kan eventuellt kombineras med

inläggning av frostskyddsisolering med cellplast. Det kan dock vara svårt, både praktiskt och

VTI rapport 864 43

ekonomiskt, att genomföra underballastbyte på längre sträckor i befintligt spår på grund av de

störningar som arbetet medför i tågtrafiken. Alternativ åtgärd kan då vara att lyfta spåret och

komplettera med ny makadamballast eller lägga en kraftig fiberduk eller geoarmering (Trafikverket,

2012).

5.7. Dräneringssystemet

De viktigaste åtgärderna med avseende på dränering av bankroppen är dikes- och trumrensning samt

ballastrening och bankettrensning. Diken och trummor kan snabbt sättas igen av växter, växtdelar,

stenar, etc.

I många äldre stentrummor har murverkets fogar dragits isär med inläckande fyllningsmaterial och

nedsatt funktion som följd. Isärdragna fogar kan t.ex. bero på högre trafikbelastning (axellast,

trafikmängd), sättningar i undergrunden eller horisontalrörelser på grund av brant slänt. Trummorna

kan åtgärdas genom exempelvis förankring av fogar med förankringsjärn, injektering av fogar eller

infodring av trummor. Det sistnämnda kräver dock att den minskade trumarean klarar

dimensionerande vattenföring (Trafikverket, 2012).

5.8. Förstärkningsåtgärder

Förstärkning av spåret kan ske genom att t.ex. reducera avståndet mellan sliprar, öka ballasttjockleken

eller lägga in ett geosyntetiskt lager (geotextil) mellan över- och underballasten. Geotextil kan fungera

som ett materialavskiljande lager och t.ex. förhindra leruppumpning men för att erhålla någon verkan

alls måste geotextilen kombineras med andra material, exempelvis ett sandlager (Selig och Waters,

1994).

Internationellt kan förstärkning av spåret ske genom att vidden vid sliperändarna ökas (Fig. 6) eller

genom att sätta ut tvärgående lastöverföringsanordningar som fördelar lasten mellan sliprar (Fig. 7)

(Indraratna et al., 2009).

Figur 6. Sliprar med utvidgade ändar för att öka kontakttrycket (Indraratna et al., 2004).

44 VTI rapport 864

Figur 7. Förhöjt kontakttryck genom användande av tvärgående fasthållningsanordningar mellan

sliprar (Indraratna et al., 2004).

Termisk isolering med cellplast för att förhindra tjälskador i befintligt spår har utförts sedan 1975.

Isoleringen utgörs av cellplastskivor med varierande tjocklek, vilket gör att frostskydden kan anpassas

inom hela landet med avseende på köldmängd och frostdjup. Frostskydd i befintligt spår läggs normalt

i samband med ballastrening (Trafikverket, 2012).

5.9. Sekundäreffekt av underhållsåtgärder

En ökning av en viss typ av underhållsåtgärd kan leda till en ökning av en annan insats. Möjligheterna

är dock små att i siffror ange hur mycket det sekundära underhållet ökar beroende av det primära.

Däremot går det att visa på sambanden:

● Spårlägesändring → Spårriktning (inkl. understoppning, ballastkomplettering) → nedbrytning

av ballast, befästning och felaktig rälsmängd → ballastrening, utbyte av befästning och

återställning av spårets rälsmängd och spänningsfri temperatur.

● Rälskada / rälsbrott → Rälsbyte (inkl. svetsning, spårriktning, understoppning,

ballastkomplettering) → nedbrytning av ballast och befästning → ballastrening och utbyte av

befästning.

● Underskott av ballast → Ballastkomplettering → I vissa fall höjd ballastskuldra, avsmalnad

bank.

Med tiden bryts ballastmaterialet ner, t.ex. vid spårlägesjustering och trafikering. Efter två till tre

spårlägesjusteringar behöver därför normalt en ballastkomplettering göras. Genom denna

underhållsåtgärd återställs ballastmängden.

En ojämnt utförd understoppning kan, förutom dålig tåggång, orsaka stora tillskottskrafter vilket leder

till accelererad förslitning och nedbrytning av konstruktionen (Sundquist, 2000).

Ballastkomplettering kan i vissa fall leda till förhöjd ballastskuldra. I och med att banan höjs något vid

varje spårjustering kryper spåret uppåt och banken smalnar av med tiden, vilket i sin tur kan leda till

att banken blir instabil, i synnerhet i kurvor på mindre banor, och dåligt spårläge.

Slutsatsen av ovanstående är att de komponenter som bör hållas under uppsikt om andra åtgärder ökar

markant är ballasten och klämmorna i befästningen. Dessutom bör miljöaspekten beaktas om

frekvensen av rälssmörjning ökar (Eriksson et al., 1996).

VTI rapport 864 45

6. Nedbrytande egenskaper

En banas nedbrytning, givet en bestämd konstruktion, beror av den trafikering den utsätts för samt

miljö- och klimatpåverkan. Genom att trafikera med rätt belastning och utföra rätt underhåll kan banan

användas med tänkt funktion till rätt kostnad under en planerad tidsperiod. Ofullständigt underhåll,

överbelastning samt ökad miljö- och klimatpåverkan kommer att öka nedbrytningen och leda till

kortare livslängd än planerat.

Resultatet av intervjustudien skall ses mot den bakgrund att svaren är beroende av intervjupersonens

tolkning av frågan avseende ”vilken/vilka nedbrytande egenskaper som är drivande av bankonstruk-

tionens nedbrytning”. Svaren är nämligen i hög grad beroende av om personen baserar sina svar på att

underhållet sköts optimalt, att det sköts enligt nuvarande praxis eller att inget underhåll görs.

6.1. Intervjustudie

Sex av sju intervjupersoner beskriver tågtrafiken som den faktor som har störst påverkan på

nedbrytningen av järnvägsanläggningen, även om de utrycker detta på lite olika sätt (eg. dynamiska

krafter, axellast, tonnage, etc.). En person anger vegetation som den viktigaste påverkansfaktorn.

Övriga personer placerar vegetationen betydligt längre ner på rankingen, vissa uppger till och med att

den påverkar i mycket ringa grad.

Efter tågtrafiken rankar fem av sju intervjupersoner överskott av vatten/ undermålig dränering som

näst mest betydelsefull för nedbrytningen av bankonstruktionen. Samma person som nämnde

vegetation som den högst rankade nämner även tjäle vid sidan av vattenöverskott, något som övriga

tillfrågade inte uppger vara lika betydelsefullt.

Förutsättningar för tjäl- och vegetationsproblematik kan i och för sig variera relativt mycket beroende

av geografi men i detta fall beror de skilda svaren sannolikt på huruvida intervjupersonen baserar

svaren på att normal underhållspraxis tillämpas eller ej.

Efter tågtrafik och dränering nämner alla intervjupersoner materialnedbrytning/ -slitage i någon form;

såsom ballastnednötning, ballastförorening, materialval och hållfasthet, rälsslitage och utmattning, etc.

Sedan nämns i samtliga fall ett antal nedbrytande egenskaper/ påverkansfaktorer som alla påverkar

nedbrytningen men som intervjupersonerna uppger sig ha svårare för att placera i rankingen.

Häribland kan nämnas underbyggnadens stabilitet, kurvradien, skarvar, övergångskonstruktioner,

fordonsegenskaper, dräneringsunderhåll, underhållsåtgärder och ålder (beträffande träsliperspår).

Beträffande påverkan från underhållsåtgärder påpekar några intervjupersoner att framförallt

spårriktningen bryter ner ballasten och påverkar således nedbrytningen av bankonstruktionen men att

alternativet, dvs. att låta åtgärden utebli, är ännu sämre. Med andra ord så finns egentligen inget

alternativ.

Flera av intervjupersonerna uppger samstämmigt att underhållsåtgärder borde göras oftare för att

förebygga accelererad nedbrytning av bankonstruktioner. Bland sådana åtgärder som nämns i

sammanhanget ingår spårriktning, dikesåtgärder och ballastrening.

Majoriteten av intervjupersonerna (5 st.) anser att lagertjockleken har väldigt liten betydelse för

nedbrytningen av bankonstruktionen, åtminstone inte förutsatt de lagertjocklekar som föreskrivs idag.

Med tiden nöts ballasten ned vilket förstås påverkar lagertjockleken/ ballastdjupet. En (1) intervju-

person uppger att det efter 40 år endast finns ca 10 cm kvar av makadamballastlagret om inte

ballastkompletteringar görs. Makadamballastens tjocklek påverkar spårläget, dvs. ballastbrist kan

medföra att det blir svårare att hålla spårläget, men enligt intervjupersonerna brukar det gå

anmärkningsvärt bra att köra på en svag bank, även för 30 tons trafik. Underballastens tjocklek

skyddar t.ex. mot tjäle men inte ens i de norra delarna av landet uppger man lagertjockleken som

betydelsefull i sammanhanget.

46 VTI rapport 864

Resultatet av intervjustudien tyder på en relativt hög grad av samstämmighet bland intervjupersonerna

trots att svaren i viss mån tycks bero av inriktningen på intervjupersonens eget arbete (t.ex. om denna

håller på med räl eller geoteknik). Intervjuerna kan läsas i sin helhet i Bilaga 1.

Tabell 13; ”Nedbrytande egenskaper – Ranking”, redovisar kortfattat rankingen avseende de

egenskaper som driver nedbrytningen av spåret för var och en av de sju intervjupersonerna.

Tabel

l 13

. N

edb

ryta

nde

egen

ska

per

– r

an

king

.

Påverk

an

sfa

kto

r In

terv

jup

ers

on

1

Inte

rvju

pe

rso

n 2

In

terv

jup

ers

on

3

Inte

rvju

pe

rso

n 4

In

terv

jup

ers

on

5

Inte

rvju

pe

rso

n 6

In

terv

jup

ers

on

7

Sto

r p

åverk

an

1

Dynam

iska k

raft

er –

axella

st,

anta

let

axla

r

Dynam

iska k

raft

er

Tå

gtr

afiken

T

ågtr

afiken

T

onnaget

Vegeta

tio

n

Tå

gtr

afiken

2

Vatt

en/f

uktin

nehåll

Utm

attnin

g –

räls

prickor,

räls

bro

tt

(ca 1

00 s

t/år)

Fö

r m

ycket (o

ch f

ör

lite)

vatten

Underm

ålig

drä

nerin

g

Spårs

yste

mets

uts

eende (

typ a

v

befä

stn

ingar,

etc

.)

Vatt

en o

ch t

jäle

D

ränerin

g

3

Berg

mate

ria

lets

hållf

asth

et

Räls

vik

t <

50 k

g

Dålig

banuppbyggnad

(gam

mal bana m

ed

balla

st av g

rusig

-

sand o

ch e

ndast

några

cm

underb

alla

st)

Nedbry

tnin

g a

v r

äl

och b

alla

st

Utm

attnin

g a

v r

äl

Mate

ria

lval

Räls

litage (

främ

st i

kurv

or)

4

Drä

nerin

gsdju

pet

Fö

rekom

st av

skarv

ar

Balla

stf

öro

renin

g

Balla

stf

öro

renin

g

Kurv

radie

n

Vagnsla

ste

r och

trafiktä

thet

Balla

stn

edbry

tnin

g/

nötn

ing (

mekanis

kt)

– lå

g

inre

friktio

n

5

Tru

mm

or

som

närm

ar

sig

liv

slä

ngden

Fe

laktig

neutr

altem

pera

tur

Fö

r sm

al banvall

(in

sta

bil

bank)

Vegeta

tio

n t

äpper

igen d

iken o

ch

trum

mor

Fö

rekom

st av s

karv

ar

Fö

rekom

st av

skarv

ar

Balla

stf

öro

renin

g

6

Underb

yggnade

ns

sta

bili

tet och

kom

pre

ssio

nsegen

-

skaper

Kurv

or

med s

må

radie

r, ö

verg

ången

mella

n o

lika

spårs

tyvhet

Drä

nerin

gsunder-

håll

(t.e

x.

igensatta d

iken)

Överg

ångs-

konstr

uktio

ner

Fö

rekom

st av s

karv

ar

och

överg

ångs-k

onstr

uktio

ner

7

F

öre

kom

st av

skarv

ar

Överg

ången m

ella

n

olik

a s

pårs

tyvhet –

skarv

ar,

la

ndfä

ste

på

bro

ar,

pla

nkors

nin

gar

Nedbry

tnin

g a

v s

pår

(stå

lkvalit

et)

, slip

rar

(sprickor

i

beto

ngslip

rar)

och

balla

st

Pla

stiska d

efo

rmatio

ner

i

underg

rund e

ller

balla

st

(t.e

x.

p.g

.a. svag

underg

rund)

8

F

ord

onsegenskaper

(tyngd,

typ,

hju

lpla

ttor,

etc

.)

VTI rapport 864 47

Påverk

an

sfa

kto

r

(fo

rts)

Inte

rvju

pe

rso

n 1

In

terv

jup

ers

on

2

Inte

rvju

pe

rso

n 3

In

terv

jup

ers

on

4

Inte

rvju

pe

rso

n 5

In

terv

jup

ers

on

6

Inte

rvju

pe

rso

n 7

Vis

s p

åverk

an

U

nders

toppnin

g

(underh

åll)

Slit

age p

å r

äl

Nedsatt f

unktio

n p

å

trum

mor

Fe

laktig

neutr

altem

pera

tur

Åld

er

(trä

spår)

Åld

er

(trä

spår)

T

jäle

Å

lder

(trä

slip

ers

pår)

Ö

verb

alla

ste

ns

egenskaper

(balla

std

jup o

ch

föro

renin

gsgra

d)

B

riste

r i

underg

runden

(lå

ngvågig

a

sättnin

gar)

Lit

en

på

verk

an

B

alla

stb

rist/

Lagert

jockle

kar

(balla

std

jup)

B

alla

stb

rist/

Lagert

jockle

kar

(balla

std

jup)

Räls

vik

t (5

0 r

esp.

60

kg r

äl)

Fe

laktig

neutr

altem

pera

tur

Balla

stb

rist/

Lagert

jockle

kar

(balla

std

jup)

Fe

laktig

neutr

altem

pera

tur

V

egeta

tio

n

Slip

ers

avstå

nd (

60

resp.

65 c

m)

Vegeta

tio

n

B

alla

stb

rist/

Lagert

jockle

kar

(balla

std

jup)

F

öre

kom

st av

pla

nkors

nin

gar,

bro

ar,

etc

.

Tjä

le

Räls

vik

t (5

0 r

esp.

60 k

g

räl)

Balla

stb

rist/

Lagert

jockle

kar

(balla

std

jup)

48 VTI rapport 864

VTI rapport 864 49

I Tabell 14 nedan redovisas en sammanställning baserad på intervjuerna.

Tabell 14. Sammanfattande ranking avseende spårets nedbrytande egenskaper.

Påverkansfaktor/ ranking

Nedbrytande egenskap

Stor påverkan

1 Trafikbelastning

2 Dränering

3 Dräneringssystemet

4 Nedbrytning av ballast, räl och sliprar

5 Ballastförorening

6 Spårgeometri (kurvor, övergångskonstruktioner)

7 Förekomst av skarvar (avser både isolerskarvar och termitsvetsskarvar)

8 Undergrundens stabilitet

9 Fordonsegenskaper

Viss påverkan

Ålder (träsliperspår)

Spänningsfri temperatur

Underhållsåtgärder (spårriktning)

Tjäle (beroende av plats i landet)

Vegetation (framförallt förorenande)

Liten påverkan

Ballastdjup/ ballastbrist

Rälsvikt

Slipersavstånd

6.2. Effektsamband och ranking av nedbrytande egenskaper

I Tabell 15; ”Effektsamband”, finns en sammanställning över förändring/ nedbrytning för

respektive bankomponent tillsammans med nedbrytningens effekt och hur denna mäts i

dagsläget. Gemensamt för dessa nedbrytande egenskaper är att de leder till nedbrytning av

spårgeometrin.

Tabel

l 15.

Eff

ekts

am

ba

nd

Ko

mp

on

en

t F

örä

nd

rin

g/N

ed

bry

tnin

g

Eff

ekt

Mätn

ing

Räle

r S

prickbild

nin

g frå

n till

verk

nin

gspro

cessen, tr

afikbela

stn

ing

R

äls

kada/

räls

bro

tt, spårlä

gesfö

rändrin

g,

nedbry

tnin

g a

v

ford

onshju

l.

Ultra

ljudspro

vnin

g (

OF

P)

M

ate

ria

lutm

attnin

g, slit

age

Höjd

- och s

idoslit

age p

å r

äle

rna, fö

rändra

de

mate

ria

legenskaper,

räff

lor/

vågor.

Räls

pro

film

ätn

ing, okulä

r besik

tnin

g,

RoV

-

mätn

ing (

korr

ugerin

g).

F

el rä

lsm

ängd

Try

ck-/

dra

gkra

fte

r i rä

lern

a, risk för

sid

ofö

rskju

tnin

g a

v

spåre

t (s

olk

urv

a/u

tknäcknin

g)

Behov a

v n

eutr

alis

erin

g.

Spårlä

gesm

ätn

ing (

till

vis

s d

el).

Kapm

eto

d, V

ers

e

S

tora

sid

okra

fter

Sid

oslit

age p

å y

tterr

äl i snäva k

urv

or

Räls

pro

film

ätn

ing, okulä

r besik

tnin

g

Skarv

ar

Nerk

örd

a s

karv

ar,

skador

på r

äls

ändarn

a.

Spårlä

gesfö

rändrin

g (

sätt

nin

gar)

, skador

på r

äls

ändar

(pla

stisk d

efo

rmatio

n),

nedbry

tnin

g a

v f

ord

onshju

l.

Spårlä

gesm

ätn

ing, okulä

rbesik

tnin

g,

hju

lskadedete

kto

rer

Befä

stn

ingar

Dynam

iska p

åkännin

gar,

påverk

an a

v v

ägsalt i p

lankors

nin

gar.

S

pårlä

gesfö

rändrin

g, m

ate

ria

lutm

att

nin

g, fö

rsäm

rad

klä

mkra

ft.

Spårlä

gesm

ätn

ing, okulä

rbesik

tnin

g,

(Klä

mkra

ftsm

ätn

ing)a

Mella

nlä

gg

D

ynam

iska p

åkännin

gar,

förä

ndra

de m

ate

ria

legenskaper

pga å

ldrin

g.

Spårlä

gesfö

rändrin

g, utm

att

nin

gsskador,

nedkro

ssnin

g

av s

liper

under

räls

fot

vid

dålig

a m

ella

nlä

gg.

Spårlä

gesm

ätn

ing, okulä

rbesik

tnin

g

Slip

rar

Klim

at, t

rafikbela

stn

ing,

dålig

unders

toppnin

g, dålig

a m

ella

nlä

gg.

S

pårlä

gesfö

rändrin

g, tr

äslip

ers

befä

stn

ingar

får

förs

äm

rad funktio

n, hängande s

lipra

r, r

öta

,

sprickbild

nin

g.

Spårlä

gesm

ätn

ing, okulä

rbesik

tnin

g

Balla

st

Tra

fikbela

stn

ing,

dynam

iska p

åkännin

gar,

klim

at, fin

mate

ria

l i

balla

ste

n, fö

r lit

e b

alla

st.

Nedkro

ssnin

g a

v b

alla

st. F

örs

äm

rad e

lasticitet, b

ärig

het,

frik

tio

n. Ö

kade p

åkännin

gar

på s

lipra

r och r

äle

r,

spårlä

gesfö

rändrin

gar,

ris

k för

ras o

ch s

kre

d i

bankro

ppen,

vis

s b

randrisk k

an f

öre

kom

ma p

ga

vegeta

tio

n i s

påro

mrå

det, d

ålig

sid

osta

bili

tet,

drä

nerin

gspro

ble

m.

Spårlä

gesm

ätn

ing, balla

stp

rofilm

ätn

ing,

(geora

dar)

a,

(vegeta

tio

nsm

ätn

ing)a

, vid

eo

spår,

pro

vta

gnin

g a

v b

alla

st

Underg

rund

P

rogre

ssiv

t skju

vbro

tt, pla

stisk d

efo

rmatio

n, sätt

nin

gar,

tjä

llyft

nin

gar,

fin

jord

sfö

rore

nin

g,

dålig

drä

nerin

g

Spårlä

gesfö

rändrin

g, risk för

ras o

ch s

kre

d i b

ankro

ppen.

Spårlä

gesm

ätn

ing, O

kulä

rbesik

tnin

g,

(Geora

dar)

a11

Drä

nerin

gs-

syste

m

Igensatta tru

mm

or,

vegeta

tio

n i s

länte

r och d

iken

Ö

vers

väm

nin

g,

insta

bili

tet

i bankro

ppen,

risk för

ras o

ch

skre

d i b

ankro

ppen, spårlä

gesfö

rändrin

g.

Vid

eo o

mgiv

nin

g,

Okulä

rbesik

tnin

g,

Spårlä

gesm

ätn

ing

a E

nd

ast

om

op

tio

n l

öse

s ut.

50 VTI rapport 864

VTI rapport 864 51

7. Slutsatser och förslag till fortsatt arbete

För att kunna skapa tillförlitliga LCC-modeller som möjliggör prioritering och planering av

underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt behöver mycket fokus läggas på indata till modellen.

Många komponenter i anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser. Det är också viktigt, vid

valet av underhållsstrategi, att titta på vilka delar som är förknippade med höga kostnader, där både

kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd analyseras.

Störst inverkan, av de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen, har själva

trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer, i fallande ordning,

dränering, dräneringssystemet, nedbrytning av ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårgeometri

(kurvor och övergångskonstruktioner), förekomst av skarvar, undergrundens stabilitet och fordons-

egenskaper. Faktorer som bedömts ha en viss påverkan på nedbrytningen inkluderar ålder (gällande

träsliperspår), spänningsfri temperatur, underhållsåtgärder (spårriktning), tjäle (beroende av geografi)

och vegetation. Faktorer som bedömts ha liten påverkan inkluderar ballastdjup, rälsvikt och

slipersavstånd.

I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av

följande effekter, varav den förstnämnda är absolut vanligast:

● spårlägesförändring

● materialutmattning

● rälsskada/ rälsbrott

● översvämning

● ras och skred.

I litteraturen förekommer olika uppgifter avseende påverkansgraden/ nedbrytningshastigheten av de

dynamiska påkänningar som uppkommer pga. axellast och hastighet. Detta skulle behöva studeras

närmare. Det är t.ex. oklart i vilken grad överbelastning forcerar nedbrytningen i kontrast till normal

förväntad belastning.

Vid kontrollbesiktning av fordon bedöms säkerhet med avseende på risk för urspårning. Däremot finns

inga krav för t.ex. slitageegenskaper. Tanken är att en högre spåravgift ska belasta fordon som sliter

mer på järnvägsanläggningen. För att få en rättvis kostnadsfördelning krävs därför egentligen att

fordonens slitageegenskaper uppmäts och kopplas till trafikeringen.

Det krävs ökad kunskap om de faktorer som påverkar spårets nedbrytningsprocess och

nedbrytningshastighet och effekten av underhållsåtgärder på mer detaljerad nivå. Det föreligger ett

behov av ökad dokumentation av underhållsdata, t.ex. när anläggningsdelen senast blev bytt. Om

åtgärderna sedan dokumenteras på en mer detaljerad nivå beträffande deras läge, utförande och

kostnad, kan befintliga databaser utnyttjas för att ta fram bättre tekniska och ekonomiska samband.

Det finns ett behov av ökad dokumentation av anläggningsdata, såsom uppbyggnad av hela

bankonstruktionen. I någon mån skulle eventuellt GPR- (georadar) mätningar, avseende t.ex.

lagertjocklekar, kunna komplettera den information som saknas i dagsläget. Det finns också ett behov

av en mätmetodik för mätning av dräneringstillståndet.

Det är inte möjligt att differentiera nedbrytningen av banöverbyggnaden från nedbrytningen av

banunderbyggnaden. Idealt ska banunderbyggnaden vara stabil under banöverbyggnadens hela

livslängd, vilket de facto inte alltid är överensstämmande med verkligt förhållande. Eftersom

nedbrytningen av banunderbyggnaden, såsom stabilitet och dräneringsnivå, påverkar nedbrytningen av

banöverbyggnaden, i synnerhet spårläget, i så hög grad måste nedbrytning av både banunderbyggnad

och banöverbyggnad ingå i modellen.

En sektionsindelning av spåret måste göras så att typsektioner erhålls, där varje typsektion kan antas

ha likartad nedbrytning. Parametrar att beakta vid sådan sektionering kan då vara tågtrafiken (dvs.

52 VTI rapport 864

axellast, antal axelpassager per dag, hastighet, fordonstyp), spårtyp (dvs. enkelspår/dubbelspår,

skarvspår/skarvfritt spår, linjesträcka/stationssträcka), banöverbyggnadens beskaffenhet (dvs. rälstyp,

befästningstyp, sliperstyp, ballasttyp, spårväxeltyp), banunderbyggnadens beskaffenhet (dvs.

materialtyp, materialtjocklek, dräneringstillstånd) och geometri (dvs. kurvradie och förekomst av

övergångskonstruktion, plankorsning, spårväxel, bro, isolerskarvar, etc.).

Vid arbetet med att ta fram nya underhållsstrategier bör hänsyn tas till att olika spårkomponenter har

olika livslängd, vilket i sin tur påverkar nedbrytningshastigheten hos andra komponenter. För att

minimera nedbrytningen på banan skulle utgångspunkten, enligt Lennart Holmgren vid Trafikverket,

vara att ha samma drifttid för banans alla ingående komponenter.

I OPTRAM finns också två åtgärdstyper som sparats under ett antal år, nämligen spårriktning och

spårslipning. Tillsammans med mätdata för spårläget är det, enligt Andersson et al. (2011), således

möjligt att analysera effekten av spårriktningsåtgärden, förutsatt att inga andra åtgärder som påverkar

spårläget har utförts under analysperioden. På liknande sätt bör det också gå att utreda effekten av

slipning på räfflor och vågor på rälen. Nedbrytning av mellanlägg och befästningar skulle, enligt

Trafikverket (2013), kunna identifieras genom att studera värdet på rällutning.

För att kunna använda OPTRAM som ett verktyg för att prioritera och välja åtgärder i tid och rum

skulle trafikdata och kostnadsdata behöva föras in i, eller kopplas till systemet. För att få en riktig

utvärdering av olika effektsamband är det också nödvändigt att göra indelningen på en relativt

detaljerad nivå/upplösning, dvs. dela upp bandelar i flera olika segment/sträckor beroende av

exempelvis trafikbelastning, miljö, material, dränering. Fortsatta studier bör också definiera hur ofta

mätningar måste ske för att fånga upp nedbrytningshastighet och optimalt åtgärdsintervall.

Trenden är att antalet sträckor med nya C-fel ökar (Spännar, 2013). Ökningen var 20 % mellan åren

2009 och 2010 och 85 % mellan 2009 och 2010. Totala antalet upptäckta sträckor med C-fel under

2008 var 9 570 stycken. C-felen bör följas upp bättre. De ligger i regel klumpvis och sedan kommer

långa sträckor där spårläget håller sig fint. Felen är också ofta återkommande på samma ställe, trots att

åtgärder utförts på platsen. Troligen råder problem med undergrund och/eller underbyggnad men i

dagsläget saknas den vetskapen.

Det är också möjligt att vissa nedbrytande egenskaper skulle kunna fångas upp (mätas) med ålder eller

genom spårstyvhetsmätningar. Spårstyvheten anses i sig utgöra en viktig nedbrytande egenskap och

den har också visat sig väldigt användbar för att bestämma orsaken till vissa problem relaterade till

banunderbyggnaden. Det finns i dagsläget ingen specificerad optimal standard för spårstyvhet och

spårstyvheten mäts idag inte mer än på objektsnivå (Innotrack, 2010; Andersson et al., 2011;

Berggren, 2009).

Det hade varit önskvärt med någon typ av målstandard för nedbrytningen av banan. Möjliga

egenskaper som kan användas för kvantifiering av målstandard är förändring i nedbrytningshastig-

heten för exempelvis antalet OFP-fel per km och år eller spårlägesförändring per år. Detta förutsatt att

man har god kännedom om den normala nedbrytningshastigheten för respektive typsektion.

VTI rapport 864 53

Referenser

Andersson, M.; Nyström, J.; Odolinski, K.; Wieweg, L; Wikberg, Å. (2011). Strategi för utveckling av

en samhällsekonomisk analysmodell för drift, underhåll och reinvestering av väg- och

järnvägsinfrastruktur. VTI Rapport 706, Linköping.

Augustin, S.; Gudehus, G.; Huber, G.; Schünemann, A. (2003). Numerical model and laboratory tests

on settlement of ballast track. In Popp, K. och Schiehlen, W. System dynamics and long-term behavior

of railway vehicles, track and subgrade. Springer Verlag, Berlin.

Banverket (2007). Åtgärder i järnvägsnätet. Huvudprocessen utveckla och underhålla anläggning.

Standard, BVS 803.

Banverket (2008a). Teknisk kravspecifikation – Periodisk Mätning. Handling 1.4

Banverket (2008b). Uppdragsbeskrivning, UB. Fu 2000 utgåva G Uppdrag avseende Periodisk

mätning, Handling 5.1.

Berggren, E. (2009). Railway Track Stiffness - Dynamic Measurements and Evaluation for Efficient

Maintenance. Doctoral Thesis in Railway Technology. Kungliga Tekniska Högskolan (KTH),

Stockholm.

Chrismer, S. and Selig, E.T. 1993. Computer model for ballast maintenance planning. Proceedings of

the 5th International Heavy Haul Conference. Beijing, China, June 1993.

Dahlberg, T. (2004). Railway track settlements – a literature review. Division of Solid Mechanics,

IKP, Linköpings universitet, Linköping.

Dean, F.E.; Ahlbeck, D.R.; Harrison, H.D.; Tuten, J.M. (1982). Effect of the pad stiffness on the

impact loading of concrete ties. Proceedings, Second International Heavy Haul Railway Conference,

Colorado Springs, USA, September 1982, 442-458.

Dehlbom, B. (2003). Nedbrytning av obundna överbyggnadsmaterial. Litteraturstudie, Scandiaconsult

Sverige AB, Falun.

Dehlbom, B. (2004). Hållfasthets- och nötningsegenskaper för underballast. Slutrapport,

Scandiaconsult Sverige AB, Falun.

Eriksson, J.; Vonkavaara, A.; Samuelsson, B. (1996). 30 ton på Malmbanan –Ekonomisk analys av

underhållskostnad av befintlig trafik med STAX 25 ton samt föreslagen trafik med STAX 30 ton.

Rapport 4.5, Banverket och Luleå Tekniska Högskola.

Esveld, C. (2001). Modern railway track. Second Edition, MRT Productions.

Hammarlund, S. (1996). 30 ton på Malmbanan – Spårmekanisk analys. Rapport 4.4, Banverket.

Hansson, D.; Mattsson, B.; Schroeder, H. (1995). Vegetationsbekämpning på Banvallar - En förstudie

om förebyggande åtgärder samt icke-kemiska metoder. Rapport 191, Sveriges lantbruksuniversitet

(SLU), Institutionen för lantbruksteknik.

Holm, G.; Bengtsson, P.E.; Carlsten, P.; Johansson, L.O.; Larsson, R. (2002). Befintliga banker vid

ökad tåglast och högre tåghastighet. Statens geotekniska institut (SGI), Linköping. ISSN: 1100-6692.

IHHA (2001). Guidelines to best practices for heavy haul railway operations: wheel and rail interface

issues. International Heavy Haul Association, May 2001, Virginia, USA.

Indraratna, B.; Nimbalkar, S.; Christie, D. (2009). The performance of rail track incorporating the

effects of ballast breakage, confining pressure and geosynthetic reinforcement. Bearing Capacity of

Roads, Railways and Airfields, Taylor & Francis, 5-24. ISBN 978-0-425-87199-0.

54 VTI rapport 864

Indraratna, B.; Khabbaz, H.; Salim, W.; Lackenby, J.; Christie, D. (2004). Ballast characteristics and

the effect of geosynthetics on rail track deformation. International Conference on Geosynthetics and

Geoenvironmental Engineering, ICGGE, Bombay, India, 3-12.

INNOTRACK (2010). Concluding Technical Report. Edited by Anders Ekberg & Björn Paulsson.

International Union of Railways (UIC), Solna. ISBN: 978-2-7461-185-8.

Jarnvagsinfo.se/banteknik/teorin/ (Hämtat 2013-06-11).

Kumar, S. (2006). A Study of the Rail Degradation Process to Predict Rail Breaks. Licentiate Thesis.

Division of Operation and Maintenance Engineering, Luleå University of Technology.

Larsson, D. (2004). A Study of the Track Degradation Process Related to Changes in Railway Traffic.

Licentiate Thesis, Luleå Railway Research Centre, Division of Operation and Maintenance

Engineering, Luleå University of Technology.

Li, D. och Selig, E.T. (1995). Evaluation of Railway Subgrade Problems. Transportation Research

Record 1489, TRB, National Research Council, Washington D.C.

Lichtberger, B. (2005). Track Compendium. Eurailpress, Tetzlaff-Hestra GmbH & Co., 1st edition,

Hamburg, Germany. ISBN 3-7771-0320-9.

Lord, J.A. (1999). Railway foundations: Discussion paper. Geotechnical Engineering for

Transportation Infrastructure, Balkema, Rotterdam.

Lundqvist, A. och Dahlberg, T. (2004). Load impact on railway track due to unsupported sleepers.

Department of Mechanical Engineering IKP, Linköpings universitet, Linköping.

Möller, B.; Larsson, R.; Bengtsson, P.E.; Moritz, L. (2000). Geodynamik i praktiken. Information 17,

Statens geotekniska institut (SGI), Linköping. ISSN: 0281-7578.

Nilsson, T. (2001). Vad ställer vädret och klimatförändringar för tekniska krav på vägar och

järnvägar? Dokumentation till session 20, Transportforum 2002.

Nålsund, R. (2010). Effect of Grading on Degradation of Crushed-Rock Railway Ballast and on

Permanent Axial deformation. Transportation research Record, No. 2154, 149-155.

Olsson, E.L. och Zackrisson, P. (2000). Long-term measurement results. Technical report

2B/000120/T2/DA for the EUROBALT II project, Banverket, Borlänge.

Paulsson, B. (2013). Muntlig referens efter intervju med Björn Paulsson vid Trafikverket, Borlänge.

2013-04-08.

Ramböll Sverige AB (2010). Tillståndsbedömning av befintliga geokonstruktioner för järnväg. State

of the Art, Falun, 2010-03-31.

Rosenquist, N. och Sköld, L. (2011). Mobil hjulskadedetektor för järnvägsfordon. Examensarbete

TMT 2011:24, KTH Industriell teknik och management.

Sadeghi, J. och Askarinejad, H. (2007). Influence of track structure, geometry and traffic parameters

on railway deterioration. IJE Transactions B: Applications, Vol. 20, No. 3, 291-300.

Sadeghi, J. och Askarinejad, H. (2010). Development of improved railway track degradation models.

Structure and Infrastructure Engineering, Vol. 6, No. , 675-688.

Sahlin, S. och Sundquist, H. (1995). Banteknik. Institutionen för Byggkonstruktion, Kungliga tekniska

högskolan (KTH), Stockholm.

Selig, E.T. och Waters, J.M. (1994). Track Geotechnology and Substructure Management. Thomas

Telford, London.

Spännar, Jan. (2013). C-fel i anläggningen. Trafikverket. (ej publicerat material).

VTI rapport 864 55

SS-EN 13848-2. Järnvägar – Spår – Spårlägeskvalitet – Del 2: Mätsystem – Fordon för

spårlägesmätning. SIS/TK 254.

Sundvall, M. (2005). Finjordsfläckar i överballast. Examensarbetet, Avdelningen för Geoteknik,

Institutionen för Samhällsbyggnad, Luleå tekniska universitet.

Sundquist, H. (2000). Byggande, Drift och Underhåll av järnvägsbanor. Institutionen för

Byggkonstruktion, Kungliga tekniska högskolan (KTH), Stockholm.

Sussmann, T.R.; Ebersöhn, W.; Selig, E.T. (2001). Fundamental Nonlinear Track Load-Deflection

Behaviour for Condition Evaluation. Transport Research Record 1742, Paper no. 01-2916.

Thalén, M. (2013). Referens efter samtal med och e-post från Marika Thalén, Trafikverket, Borlänge.

2013-06-10.

Trafikverket. (2012). Typsektioner för banan. Trafikverket, BVS 1585.005, dat. 2012-08-20, ver.1.0;

Dnr TRV 2012/38092.

Trafikverket (2012a). Säkerhetsbesiktning av fasta järnvägsanläggningar. Trafikverket, TDOK

2014:0240, 2014-10-02, ver. 1.0

Trafikverket (2013). Underhålls och reinvesteringsbehov 2013-2022. Banöverbyggnad. Rapport. Dnr

TRV2013/1803

Trafikverket, (2013a) Banöverbyggnad - Skarvfritt spår, Krav vid byggande och underhåll. TDOK

2013:0664, dat. 2014-04-01, ver. 1.0, Dnr TRV 2012/66430.

Trafikverket, (2013b) Banöverbyggnad – Spårläge – krav vid byggande och underhåll. TDOK

2013:0347, dat. 2014-06-01, ver. 3.0, Dnr TRV 2012/62780.

XianG, y.; Wang, N.; Mindess, S. (1994). Effect of loading rate and support conditions on the mode of

failure of prestressed railroad ties subjected to impact loading. Cement and Concrete Research, Vol.

24, No. 7, 1286-1298.

ZETA-TECH Associates (1996). Quantification of Track Maintenance Costs Resulting from Increased

Axle Loads on Malmbanan and Ofotbanan. Report 5.1, Prepared for Banverket and NSB.

Zhang, Y-J.; Murray, M.; Ferreira, L. (2000). Modeling rail track performance: An integrated

approach. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, vol. 141, 187-194, Thomas Telford

Services Ltd, England.

Åhrén, T. (2002). Utvärdering av underhållskostnad för hjul och räl på sträckan Kiruna –

riksgränsen. Examensarbete, Inst. För Väg- och vattenbyggnad, Luleå Tekniska Universitet. ISSN

1404-5494.

Öberg, J. (2006). Track Deterioration of Ballasted Track – Marginal Cost Models for Different

Railway Vehicles. Magisteruppsats, TRITA AVE 2006:88. Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.

56 VTI rapport 864

VTI rapport 864 57

Bilaga 1. Fullständiga intervjuer

Intervjuperson 1: Torgny Nilsson (TRV Underhåll/UHabb, Luleå)

Makadamballasten tar upp axellast (axellast, antal axlar) och utsätts därmed för dynamiska krafter som

leder till mekanisk nedbrytning av materialet. Denna nedbrytning påverkas väldigt mycket av

fuktinnehåll. 2-4 gånger mer nedbrytning sker i fuktig miljö än i torr miljö.

Så kallade ”skvättställen”, dvs. i vatten suspenderad finjord, är ett ökande problem som leder till

sättningar och spårlägesförändringar. Orsaken är att vattenavrinningen går för sakta. Vatten är

synnerligen avgörande för problemets uppkomst. Vid ballastrening erhålls ofta en typ av ”kar-effekt”

när orenad ballast blir kvar som en vall vid sidan om spåret och den renade ballasten, vilket gör att

vattnet blir innestängt under själva spåret.

Näst efter vattnet utgör bergmaterialets hållfasthet en nedbrytningsegenskap av stor betydelse.

Bristande hållfasthet, såsom exempelvis ses vid glimmerrika bergmaterial, leder till snabbare

nedkrossning av stenmaterialet, vilket i sin tur leder till sämre dränering. Dagens krav på kornform

(dvs. 100 % krossade ytor) gör däremot att denna egenskap inte är av samma betydelse för

nedbrytningen hos anläggningen.

Även dräneringsdjupet är av stor betydelse för nedbrytningen. Förstärkningslagret, dvs.

underballasten, måste vara väldränerad. Detta betyder alltså att dräneringsdjupet ska vara minst 1,3 m

under rälsunderkant (RUK). Diken och dräneringsledningar besiktas kontinuerligt. Dikesdjup som

understiger 1 m bör åtgärdas Bristande dränering av bankroppen indikeras i första hand av

spårlägesförändring.

Trumbeståndet är i princip 100 år gammalt och utgörs av granitmurverk. Livslängden på dessa

trummor uppskattas till ca 150 år. Den vanligaste nedbrytningen innefattar spruckna, sönderfallande

cementfogar och jord som sipprar in mellan murblocken. Detta leder till att trumvalvet utvidgas och i

värsta fall kollapsar taket, vilket leder till sättningar som fortplantar sig till spåret. Beroende av höjden

på fyllningen över befintlig trumma kan två typer av trumrenovering användas. Om fyllningen över

trumma inte är så hög lyfts i regel spåret och trumman läggs om. Alternativet är att utföra en så kallad

”relining”, när en glasfiberstrumpa träs in i den befintliga trumman. Det är svårt att undvika att

trumbottnen byggs upp vid en trumrenovering, däremot erhålls ofta ett bättre genomströmningstal på

den nya plasttrumman genom att en tratt placeras på utlopp (/inlopp) som höjer trummans kapacitet.

Beträffande underbyggnaden är dess stabilitet och kompressionsegenskaper av betydelse och då

påverkar metervikten (ej axellast). Detta upplevs dock inte som ett lika stort problem som vatten i

förstärkningslagret. Det som dock kan utgöra ett problem är när kornen, vid yttre påkänning i form av

stötvåg, tappar fäste mot varandra vid vattenmättnad. I värsta fall leder detta till flytande massor som

kollapsar så att hela banbanken åker iväg. Otillräcklig packning och tillfällig höjning av vatten på ena

sidan av banken tenderar att påskynda processen.

Lagertjocklekar på bankonstruktionen tycks inte ha lika stor inverkan på nedbrytningen. Exempelvis

byggdes Malmbanan, bestående av endast 30 cm makadam på naturbyggnad, för 14 tons trafik men

håller ändå idag för 30 ton.

Visserligen genererar underhållsåtgärden understoppning en ökad nedbrytning av ballast och sliprar

men alternativet är ändå mindre fördelaktigt, och exempelvis skvättfläckar orsakar också nedbrytning

av sliprar.

Vegetation utgör inget problem avseende nedbrytning av bankonstruktionen. Vegetationen suger och

binder vatten och kan således t.o.m. utgöra en tillgång.

Beträffande just nedbrytning av banunderbyggnaden, finns inga tecken på att plankorsningar,

bergundergrund eller liknande skulle föranleda accelererad nedbrytning. Däremot tillförs mycket

58 VTI rapport 864

finmaterial i plankorsningar, i form av olika partiklar och förslitningsmaterial som härrör till vägen

och fordonsbeståndet som trafikerar den.

Intervjuperson 2: Malin Syk (räler/ OFP, TRV Luleå)

Två typer av nedbrytning av räler:

Slitage; som beror av trafiken (tonnage, axellast, gångegenskaper)

Utmattning, som beror av inre felaktigheter hos materialet eller yttre åverkan.

De dynamiska krafterna från trafiken leder till utmattning hos rälen, vilket i sin tur leder till

rälssprickor, att bitar faller ur rälen eller i värsta fall rälsbrott.

Slitaget på rälen som trafiken åstadkommer är dock inte odelat negativt. Slitaget kan ta bort ytliga

sprickor på rälen och därmed förhindra deras spridning. Å andra sidan leder slitaget till att material

försvinner vilket kan förkorta dess livslängd. Ojämnt slitage, som bildar räfflor och vågor (RoV) på

rälen, bidrar dock till dynamiska belastningar i underliggande material och mindre komfortabel

tåggång. Ojämnheterna i rälsytan tas bort med hjälp av spårslipning. Ungefär 1-2 mm av farbanan

slipas bort vid varje slipning.

Med hjälp av metoder för OFP i form av ultraljudskontroll är vi dock idag bra på att detektera

sprickor. Rälssprickor kan ha två olika ursprung. De kan härröra från fel i materialet (sprickor inifrån)

eller från yttre påverkan (sprickor som kommer från ytan). T.ex. börjar sprickor, som orsakas av

påkänningar från hjul, nära ytan. Sprickorna kan också se olika ut och ha olika riktning och därför vara

av olika allvarlighetsgrad. T.ex. är tvärgående sprickor ofta allvarligare eftersom de kan leda till

rälsbrott.

Antalet rälsbrott är ungefär 100 st. per år i hela Sverige (2012: 120 st. 2011: 107 st. 2010:199 st.).

Rälsbrott innebär en stor risk för urspårning. I regel fångar signalsystemet upp dessa rälsbrott så att de

kan åtgärdas innan trafikering. För att åtgärda sprickor kan det ibland räcka med slipning eller att kapa

ur delar ur rälen och laga. Vid tvärgående rälsbrott måste man dock byta ut räl och svetsa igen.

Man ser idag fler rälsbrott på räl av vikt under 50 kg, vilket kan bero på att dessa räler är äldre än

tyngre typ av räl. Man ser också fler ytsprickor i kurvor än på raksträckor. I plankorsningar är rälerna

oftare sönderrostade. I plankorsningar är rälerna dolda, vilket gör att slipmaskinerna inte kommer åt

rälerna. Rälerna lyfts sällan för att kollas eller åtgärdas.

Varje spårskarv orsakar/utsätts för en liten extra påkänning, vilket orsakar större risk för

sprickbildning och kräver mer underhåll. Låg temperatur gör att de inre spänningarna i rälsmaterialet

ökar, vilket kan bidra till sprickornas tillväxt. Det är därför viktigt att spårets neutraltemperatur blir

rätt. Detta kontrolleras dock inte alltid efter en spåråtgärd där en spårdel ersatts.

Intervjuperson 3: Björn Åstedt (TRV Underhåll/ UHabb, Malmö)

Största nedbrytande faktorn är förstås tågtrafiken. Stora felkällor hos bankroppen är för mycket

respektive för lite vatten. För lite vatten kan ge upphov till sättningar vid t.ex. dikningsarbeten. För

mycket vatten är dock ett större problem.

Vid fullgod banuppbyggnad, dvs. enligt de lagertjocklekar och materialkvaliteter som kravställs idag,

så gör det inte så mycket att vatten blir stående i den. Är det däremot en gammal bana med ballast av

grusig-sand och dessutom, många gånger, endast några centimeter underballast är dräneringsfrågorna

av betydligt större betydelse. Lösningen då är att försöka höja spåret alternativt bättra på/ göra djupare

diken. Att trummor har nedsatt funktion är relativt vanligt men de är däremot sällan trafikfarliga.

Diken utgör ett större problem än trummor.

Det näst största problemet är relaterat till ballasten, både underballasten och makadamballasten, och

dess egenskaper kvalitetsmässigt. Ett vanligt förekommande problem är t.ex. att materialet är,

VTI rapport 864 59

egentligen har blivit, alltför finkornigt. Förorenad makadamballast leder till minskad bärighet och

ökade dynamiska påkänningar och därmed problem med s.k. skvättfläckar, inte minst vid spårskarvar.

Eftersom spåret är mer rörligt i skarvarna genereras en pumpande effekt vid närvaro av vatten.

Det är relativt vanligt med finjordsförorenad ballast. Dels blåser finmaterial in och dels sker

nedbrytning av spår, tåghjul och ballast. Ballastrening sker ungefär vart 30:e år men borde nog ske

oftare. Plankorsningar utgör extra utsatta områden eftersom extra finmaterial dras in av vägtrafiken.

Finmaterialet lägger sig i ett lager under ballasten och gör att vatten blir stående.

Ytterligare ett stort problem är att banvallen är för smal. I och med att banan höjs något vid varje

spårjustering kryper spåret uppåt och banken smalnar av med tiden. Detta leder till instabil bank, i

synnerhet i kurvor på mindre banor, och dåligt spårläge.

Tjälproblem förekommer väldigt sällan. Underballasten isolerar mot kyla men inte ens en mindre

lagertjocklek leder till några problem, åtminstone inte i södra delarna av Sverige.

Vegetation försvårar framförallt besiktningen av spåret men i och med att växterna dör och blir mull

leder de också till ballastförorening. Vegetation i spåret utgör dock ett tecken på behov att

ballastrening. Eftersom växter kan växa i spåret innehåller ballasten för mycket finmaterial.

Det är ovanligt med underskott av ballast på banorna och det gör inte så mycket om lagertjockleken

minskar något. Detta gäller för både över- och underballasten. En lagertjocklek på underballasten

(förstärkningslagret) på 50 cm, mot normalt 80 cm, räcker gott, t.o.m. vid nybyggnad. Danskarna och

tyskarna använder bara 30 cm. Då banan går på berg används ibland ingen underballast alls.

För att förhindra nedbrytning av sliprar och makadam, och därmed spårlägesfel, vid problem vid ytligt

berg, betongtunnlar eller under vägbroar, där man inte kan höja spåret, kan man använda s.k. pads;

dvs. infrästa gummibitar under sliper.

Brister i undergrunden leder oftast till långvågiga sättningar och dessa gör/ påverkar inte så mycket

men kan i kombination med höga axellaster ge spårlägesproblem.

Intervjuperson 4: Björn Schelin (Underhållsingenjör, Malmö)

Tågtrafiken sliter förstås mest på banan och desto längre upp i banan desto mer förslitning sker på

grund av tågen. Längre ned i banan sker en större del av förslitningen av tid och yttre faktorer.

Tidsaspekten är framförallt av vikt där banan består av träsliprar (som ruttnar). Yttre miljörelaterade

faktorer kan t.ex. handla om diken som slammar igen eller organiskt material i ballasten.

Näst efter själva tågtrafiken utgör undermålig dränering den viktigaste nedbrytande egenskapen.

Problemställen på banan kan ofta härröras till att dräneringssystemet inte fungerar som den ska.

Undermålig dränering leder till dåligt spårläge.

En relativt problematisk egenskap är också nedbrytning av räl och ballast. Rälens slitage härrör från

inre slitage, dvs. utmattning och sprickor (som orsakar OFP-fel och föranleder rälsbyte) samt yttre

slitage, från hjulkontakten. Det yttre slitaget beror av metervikten och är extra påtagligt i kurvor.

Nedbrytning av ballasten är ofta mest påtaglig under slipers underkant. Detta är ett större problem än

ballastförorening. Ballastföroreningar är dock relativ vanliga och orsakas av t.ex. att material blåser in.

Även vegetation förorenar ballasten; däremot påverkar inte vegetationen trafiken. Nere vid skånska

kusten förekommer också en del rost, vilket när det nöts av rälen hamnar i överballasten.

Ballastföroreningarna orsakar en accelererad förslitning av banan.

Vegetation kan även göra spåret halt om det förekommer rikligt i spåret. Problemet är mer påtagligt i

söder på grund av det varmare klimatet där. Vegetation bekämpas med kemikalier och där man, av

miljöskäl, inte kan göra detta kan det uppstå problem, i synnerhet i kombination med ballast med grus.

Vegetation riskerar också att täppa igen diken och trummor. Man brukar ha översyn av spårläget efter

ett trumbyte. Ballast kan rasa ner vid trumman och orsaka sättningar.

60 VTI rapport 864

Ett modernt spår ska hålla 40-50 år utan större utbyte av ingående komponenter. Därefter görs ett

spårbyte då allt byts ut och ballasten renas. Spårriktning görs efter 45-75M bruttoton; dvs. vart 4-8:e år

på stambanan. Det borde göras oftare för att förebygga problem med dynamiska krafter men är en

kortsiktig kostnadsfråga. Även dikesåtgärder borde göras oftare.

Kurvor och plankorsningar är också klassiska problemställen där spåret slits hårt. I kurvor med små

radier (≤ 2000) uppstår också problem med utmattningsskador. I plankorsningar dras salt, från

vinterväghållningen, med in vilket ökar förslitningen. Även övergången mellan olika spårstyvhet

orsakar en förhöjd förslitning på rälen, som ofta ses genom räfflor och vågor.

Skarvspår kräver mer underhåll än skarvfria spår. Bl.a. därför att skarvarna gärna vill vandra/ flytta

sig; i synnerhet om man har en felaktig rälsmängd. Det går dock inte att motivera ett byte från ett

skarvspår till ett skarvfritt spår baserat på enbart underhållskostnad, däremot möjligen om man väger

in effekter så som bullerreducering och ökad komfort.

Felaktig spänningsfri temperatur kan föranleda att räl hamnar på fel plats men är snarare en

konsekvens av annat dåligt underhåll; t.ex. att man spårriktat för lite eller felaktigt, än en faktor som i

sig driver spårnedbrytningen.

Materialegenskaper är förstås en aspekt som påverkar nedbrytningen men det är svårt att uppskatta

dess storlek. De 60-kilos räl som används på nya spår (istället för de traditionella 50 kg rälen) upplevs

vara bra men det kan bero på andra orsaker än enbart rälsvikten; t.ex. att de är styvare. Beträffande

slipersavstånd har övergången från 65 till 60 cm inte haft någon större effekt, i alla fall inte på de

banor som har lätt tågtrafik. De gamla banor som har 90 cm i slipersavstånd utgör dock ett större

problem.

Även fordonsegenskaper är av betydelse. Förutom att tyngre fordon sliter mer så upplevs även typen

av fordon ha betydelse; 6-axliga godståg och dubbeldäckare tycks slita mer. Även orunda hjul är ett

problem. Även om varje liten hjulskada/oregelbundenhet inte orsakar någon massiv

nedbrytning/förslitning så kommer effekten att vara märkbar efter tusen tågpassager.

Överballasten ska utgöras av ett 50 cm tjockt lager (30 cm under slipers/ 50 cm från överyta).

Ballastbrist kan medföra att det blir svårare att hålla spårläget men det brukar faktiskt gå

anmärkningsvärt bra att köra på en svag bank. Detta gäller dock inte för riktigt tung trafik.

Tjäle är inget stort problem i de södra delarna av landet.

Intervjuperson 5: Sven-Erik Wall (TRV Gävle)

Tonnaget påverkar nedbrytningen mest. I Sverige har vi banor som skiljer väldigt mycket på den

punkten. På Malmbanan går väldigt tung trafik medan det mellan Stockholm och Göteborg går mest

persontåg med lågt tonnage. Eftersläpningen i underhållet är ungefär 7 år på grund av bristen på

ekonomiska medel. Livslängden på våra banor är beroende på underhållsstrategi men är ungefär 43-46

år eller ungefär 650 miljoner bruttoton.

Även själva spårsystemet är av stor vikt för nedbrytningsegenskaperna, t.ex. huruvida befästningarna

är av typen Pandrol, Heyback eller Fist. De två sistnämnda fasas ut. Sedan slits förstås banan av andra

orsaker än tonnage också; såsom utmattning av rälshuvud etc. Det som är avgörande för livslängden är

när rälen är utmattad. Frågan är när rälen är utmattade egentligen och hur detta ska mätas? Sker ett

rälsbrott har problemet upptäckts för sent. Erfarenheten gör gällande att vid ett eller två OFP-fel är det

dags för rälsbyte.

Slitage på rälen är inte så avgörande eftersom det i regel går att underhålla tillfredställande. När

livslängden är uppnådd är det lika bra att även byta alla spårkomponenter. Det kostar ca 6500-7000

kr/spårmeter för spårbyte inkl. ballastrening.

VTI rapport 864 61

Det finns idag enklare nedbrytningsmodeller baserade på att vi kan mäta många olika

tillståndsparametrar, i denna ingår bl.a. tonnage, radien, C-fel, OFP-fel, K- och Q-tal (spårläge) och

vegetation (däremot inte klämkraft etc.).

Åldern har betydelse beträffande träslipersspår. Betongsliprarna är inte så gamla så det är svårt att veta

livslängden för dessa. Det är också svårt att mäta i vilket tillstånd betongsliprarna är. Däremot kan det

konstateras att betongspåret är bäst och spikspåret är sämst. Beträffande det förstnämnda har man vid

OFP-provning ofta 0 % fel per km.

Även kurvradien påverkar nedbrytningshastigheten. På en sträcka med 30 % radier som understiger

600 meter kommer accelererad nedbrytning att ske.

Skarvspår finns i regel på det trafiksvaga nätet och måste hanteras separat – med en ”speciell

portmonnä”.

Överballastens egenskaper; såsom ballastdjup och föroreningsgrad, påverkar i och för sig spårläget

men kan å andra sidan åtgärdas med spårriktning relativt enkelt, vilket gör att detta inte bedöms vara

av så stor vikt i sammanhanget. Däremot krävs ju fler underhållsåtgärder vid ballastbrist. Efter 40 år

finns ca 10 cm kvar av överballastlagret. Ballasten kan också vara förorenad men inte ens i sådana fall

förekommer några problem med kapillärvattensugning. Om ballasten brutits ner, så att finare ballast

erhållits, blir banans sidostabilitet sämre. Detta kan i sin tur leda till problem med solkurvor, förutsatt

att rälsmängden ligger helt fel. Ballasten skulle ofta behöva renas även någon gång i mitten av

livslängden men detta saknas finansiella medel för.

Generellt är dräneringsunderhållet på våra banor eftersatt. Det finns ett behov av att t.ex. dikesrensa

mer frekvent. Om det regnar mycket förmår dikena ibland inte svälja allt vatten vilket kan leda till ras

eller skred, etc. Därför skulle dräneringen behöva åtgärdas mer och det skulle behöva skräddarsys

pengar för detta. Även mer förebyggande åtgärder, såsom rensning, skulle behövas i större

utsträckning.

Årligen spårriktas ungefär 25-30 % av stambanans längd. Vid underhållsspårriktning lyfts spåret ca 2-

3 cm, vilket inte har någon större betydelse för banvallens geometri; t.ex. krympning.

Neutraltemperaturen säkerställer rätt rälsmängd i spåret men även om den skulle vara under gränsen så

påverkar det inte nedbrytningen nämnvärt. Förekomsten av solkurvor påverkas mer av annat, såsom

exempelvis att en åtgärd gjorts.

Spåret blir stummare vid t.ex. skarvar, landfäste på broar och plankorsningar, vilket leder till att fel

såsom rälsojämnheter sprider ut sig och man måste slipa mer och mer desto längre man väntar mellan

spårslipningstillfällena.

Även vegetation tas med i befintlig nedbrytningsmodell. Detta utgör dock inget stort problem, mer än

möjligen på sidospår och bangårdar.

Intervjuperson 6: Lennart Holmgren (TRV Stora projekt/PRtv, Göteborg)

Det problem som bedöms vara av störst betydelse för banans nedbrytning är växtlighet. Växtligheten

bryter ner banan, sätter igen diken och tätar igen bansidor. Träd kan också skada kontaktledningen om

de faller när på grund av stormar. Trots de besiktningar som utförs har vi ingen riktig koll på

växtligheten och ett systematiskt underhåll saknas.

Det näst största problemet är vatten och tjäle. Tjäldjup och stående vatten påverkar förskjutning på räl.

Banan är känsligare för tjälskott än vad en väg är. Klimatförändringarna, som medför att vi mer

frekvent kommer att ha en temperatur som ligger nära 0°C, ställer ännu högre krav på en välskött

anläggning.

Som prioritet tre placerar sig materialval. Noggrannhet i materialval för att säkerställa fungerande

dränering, i synnerhet med tanke på att nederbördsmängderna kommer att öka. Även dikens och

62 VTI rapport 864

trummors funktion är av stor vikt. Det vore lämpligt att göra en bedömning av värdet av de banor

(stora och små) som vi ska skydda kontra tillgängligheten och ta ställning till åtgärdsplaner för olika

scenarion. Resultaten borde sedan redovisas öppet så att man inte lurar trafikutförare.

Först härefter placeras vagnslaster och trafiktäthet. Konsekvenserna om banan inte fungerar kan bli

samma oavsett vagnslast och trafiktäthet.

Härefter följer ett antal egenskaper som påverkar, om än i olika grad, utan inbördes ranking.

Skarvfritt spår är att föredra. Skarvspår påverkas av flera olika komponenter. Spåret utvidgas och

krymper beroende av temperatur men detta får inte påverka bredvidliggande räls så att solkurvor

uppkommer. Ett annat problem är att skarvjärn lätt vibreras, vilket kan förorsaka slag i ändarna. Detta

kräver underhåll i form av kapning och svetsning.

Skarvfritt spår kräver neutralisering eftersom felaktig neutraltemperatur kan leda till solkurvor. Har

man dock väl ordning på rälsmängden och har bra neutraliseringstemperatur så ska

temperaturskillnader tas upp. Är rälsmängden för liten kommer sträckgränsen att uppnås men detta är

egentligen ett materialmässigt problem och inte ett spårgeometrimässigt.

Spårgeometrin påverkar förslitningen på spåret men driver kanske inte så mycket nedbrytningen i

övrigt. Förslitningen kräver underhållsåtgärder i form av spårslipning. Om rälen erhållit slag eller

räfflor och vågor är det lätt att detta överförs till tåghjulen och även utbreder sig på rälen. Det är därför

viktigt att detta åtgärdas i ett tidigt skede. Slag, orsakat av t.ex. en sten eller järnpellets på rälen, är

bland det värsta. Detta kan nämligen slå sönder räl och hjul. Fordonens hjul påverkar också

nedbrytningen av spåret; t.ex. snedställda hjul, hjul som snurrar olika fort, etc.

Stålkvaliteten kan ha en viss betydelse för nedbrytningen. Det skulle gå att höja den mer men detta

medför att rälen blir stötkänsligare.

Sliprar och ballast har stor betydelse för huruvida rälen ligger kvar där man lagt den. Största problemet

med sliprar är härdning av betongen. I snabbhärdade sliprar uppstår ofta sprickor. Även befästningar

är av stor vikt. Det är viktigt att dessa harmoniserar med räl och sliper. Pandrolbefästningar håller bra.

Eventuellt kommer det att behövas ännu styvare befästningar om det blir höghastighetsbanor.

Övergångskonstruktioner, t.ex. övergångar mellan jord och bro, kan vara problematiska ur

underhållssynpunkt. Dessa görs ofta för korta. Styvhetsskillnaderna i marken genererar dynamiska

påkänningar, i synnerhet om tågen kör för snabbt. Problemet skulle kunna åtgärdas genom att titta

över entreprenadkontrakten. Bron och marken handlas nämligen vanligen upp var för sig. Gränsskiktet

blir då i regel alltför kort; 7-9 meter, och sämre utfört.

Ballastens tjocklek påverkar inte nedbrytningen nämnvärt, åtminstone inte förutsatt de lagertjocklekar

vi föreskriver idag. De har varit tillräckligt bra, åtminstone sedan 50-talet.

Intervjuperson 7: Tryggve Olsson (Byggledare, TRV UHosö, Kristianstad)

Störst påverkan på nedbrytningen har trafiken. Därefter följer dränering. Sedan finns ett antal

egenskaper som påverkar nedbrytningen av spåranläggningen men vars grad av påverkan är svår att

definiera.

Att tillse god dränering är jätte viktigt. Tyvärr hinns detta inte med. Som ett exempel kan nämnas att

man vid t.ex. buskröjning med slaghack borde ta hand om flisen så att denna inte hamnar i diken och

förhindrar avvattning. En vattensjuk bankropp leder till sättningar och därmed ett oroligt spårläge.

Åldern påverkar nedbrytningen av träsliprar. Betongsliprar har en längre livslängd och bryts i princip

endast ned av slitage. Betongsliprar, och befästningar, har blivit stabilare de senaste 30-40 åren.

Traditionella FIST-befästningar fixerar däremot inte spåret som de ska, och är på väg att fasas ut. På

sådana banor förekommer hastighetsnedsättning till 80 km/h för godståg.

VTI rapport 864 63

Räl påverkas väldigt lite av slitage på raksträckor. Rälslitaget sker främst i kurvor, i synnerhet på

ytterräl i kurvor med små radier. Huvudhärdad räl används i allt större utsträckning idag. Dessa

tenderar dock att ha fler ytskador. I takt med att rälskvaliteten höjs ökar också hjultillverkarna sin

kvalitet och någonstans kommer påkänningarna att bli för stora, dvs. det blir skador i rälen (OFP-fel).

Skillnaden i nedbrytning/skadefrekvens mellan 60 och 50 kg räl är dock anmärkningsvärt liten.

Rälssprickor detekteras idag genom OFP-mätningar. Vid OFP-fel byts en passbit, som aldrig

understiger 5 m, av rälen ut.

Relativt mycket underhållsslipning av rälsen har skett under de senaste 20 åren. Detta är kostsamt och

görs på grund av uppkomst av t.ex. vågbildning på farbanan, som i sin tur kan ha orsakats av orunda

fordonshjul. Dessa skador tenderar att växa/utbreda sig på både räl och hjul om de inte åtgärdas. Det är

dock svårt att uttala sig om huruvida den ökade andelen underhållslipning under de senaste 20 åren

medfört någon vinst i form av exempelvis färre rälsbrott eller minskat behov av spårriktning. Eftersom

trafiken ökat under samma period har slitaget ökat. Helt klart är i alla fall att slipningen leder till

mindre vibrationer och oljud.

Skarvspår kräver mer underhållsåtgärder än helsvetsade spår men även isolskarvar i helsvetsade spår

kräver mycket underhåll eftersom de måste bytas regelbundet då limmet släpper.

Spårets neutraltemperatur påverkar kanske inte nedbrytningen så mycket i sig. Det är många

egenskaper som påverkar rälsmängden, såsom befästningar och ballastmängd. T.ex. bryter

spårriktningar ned ballasten så att det med tiden uppstår ballastbrist om inte kompletteringar utförs.

Detta kan leda till solkurvor under förutsättning att den spänningsfria temperaturen

(/befästningstemperaturen) är felaktig.

Efter 20 år tenderar ballasten att ha nötts så att den består av mer eller mindre runda korn. Detta gör att

den inte uppnår tillräcklig grad av inre friktion, dvs. den fixerar sig inte. Detta medför, i sin tur, att det

inte går att spårrikta eftersom ballasten inte låser spåret. Ofta ser man därför återkommande sättningar

på sådana platser.

Lagertjockleken hos ballasten upplevs inte ha någon större betydelse för nedbrytningen av spåret.

Ballastföroreningar är av större vikt, däremot inte lika stor som den mekaniska skadan, dvs.

ballastnedbrytningen/nötningen.

Både undergrunden och ballasten kan erhålla plastiska deformationer. Där undergrunden inte förmår

stå emot påkänningarna uppstår sättningar, vilket kommer att påverka spårläget och ge utslag på

spårlägesdiagrammet. Sedan kan det visserligen bli problem där undergrunden är för styv också, eller

framförallt i övergångarna, t.ex. mot berg eller bro. Detta innebär större påfrestningar på ballast, sliper

och räl.

Eftersom det inte finns tid till att analysera huruvida färre fel i anläggningen inträffar där vegetation

förekommer i spårmiljön går det inte att uttala sig om vikten av vegetationsbekämpning. Fler och fler

bekämpningsmedel finns på marknaden, undantaget vid vattenskyddsområden o.dyl. och man åtgärdar

detta så fort som möjligt.

HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE

LINKÖPING post/mail SE-581 95 Linköpingtel +46 (0)13-20 40 00www.vti.se

BORLÄNGE post/mail BOX 920SE-781 70 BORLÄNGEtel +46 (0)243-44 68 60

STOCKHOLM post/mail BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM tel +46 (0)8-555 770 20

GÖTEBORGpost/mail BOX 8072SE-402 78 GÖTEBORGtel +46 (0)31-750 26 00

HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE

LINKÖPING post/mail SE-581 95 Linköpingtel +46 (0)13-20 40 00www.vti.se

BORLÄNGE post/mail BOX 920SE-781 70 BORLÄNGEtel +46 (0)243-44 68 60

STOCKHOLM post/mail BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM tel +46 (0)8-555 770 20

GÖTEBORGpost/mail BOX 8072SE-402 78 GÖTEBORGtel +46 (0)31-750 26 00

www.vti.se

HEAD OFFICE

LINKÖPINGSE-581 95 LINKÖPINGPHONE +46 (0)13-20 40 00

STOCKHOLM BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM PHONE +46 (0)8-555 770 20

GOTHENBURGBOX 8072SE-402 78 GOTHENBURGPHONE +46 (0)31-750 26 00

BORLÄNGE BOX 920SE-781 29 BORLÄNGEPHONE +46 (0)243-44 68 60

LUND Scheelevägen 2SE-223 81 LUND PHONE +46 (0)46-540 75 00

VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut, är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut inom transportsektorn. Huvuduppgiften är att bedriva forskning och utveckling kring infrastruktur, tra� k och transporter. Kvalitetssystemet och miljöledningssystemet är ISO-certi� erat enligt ISO 9001 respektive 14001. Vissa provningsmetoder är dessutom ackrediterade av Swedac. VTI har omkring 200 medarbetare och � nns i Linköping (huvudkontor), Stockholm, Göteborg, Borlänge och Lund.

The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI), is an independent and internationally prominent research institute in the transport sector. Its principal task is to conduct research and development related to infrastructure, traf� c and transport. The institute holds the quality management systems certi� cate ISO 9001 and the environmental management systems certi� cate ISO 14001. Some of its test methods are also certi� ed by Swedac. VTI has about 200 employees and is located in Linköping (head of� ce), Stockholm, Gothenburg, Borlänge and Lund.