Koleje Koleje –– podstawypodstawy

WykWykłład 3 ad 3 Elementy drogi kolejowej. Klasyczna Elementy drogi kolejowej. Klasyczna nawierzchnia kolejowa (podsypkowa)nawierzchnia kolejowa (podsypkowa)

dr hab. indr hab. inżż. Danuta Bryja, prof. . Danuta Bryja, prof. nadzwnadzw. . PWrPWrdr indr inżż. Igor . Igor GisterekGisterek; dr in; dr inżż. Jacek Makuch. Jacek Makuch

rok akadrok akademickiemicki 20172017--18; semestr letni18; semestr letni

NajwaNajważżniejsze elementy niejsze elementy drogi kolejowej na szlaku:drogi kolejowej na szlaku:

•• nawierzchnia kolejowa nawierzchnia kolejowa i podtorzei podtorze

•• urzurząądzenia trakcji dzenia trakcji elektrycznejelektrycznej

•• urzurząądzenia sterowania dzenia sterowania ruchem kolejowym (ruchem kolejowym (srksrk))

•• obiekty inobiekty inżżynieryjneynieryjne

1. o1. ośś toru, 2. obrys skrajni, 3. storu, 2. obrys skrajni, 3. słłup trakcyjny,up trakcyjny,4. semafor, 5. nawierzchnia, 6. podtorze, 4. semafor, 5. nawierzchnia, 6. podtorze, 7. pod7. podłłoożże, 8. torowisko, 9. skarpa przekopu, e, 8. torowisko, 9. skarpa przekopu, 10. 10. drenadrenażż (albo (albo rróóww),), 11. dren, 11. dren, 12. sie12. siećć trakcyjnatrakcyjna

Elementy drogi kolejowejElementy drogi kolejowej

Droga kolejowa w przekopie

Droga kolejowa na nasypie

Skrajnia budowli Skrajnia budowli –– wolna przestrzewolna przestrzeńń okreokreśślona linilona liniąąwyznaczajwyznaczająąccąą minimalne odlegminimalne odległłoośści pomici pomięędzy pojazdem dzy pojazdem kolejowym a obiektami i urzkolejowym a obiektami i urząądzeniami infrastruktury dzeniami infrastruktury kolejowej, niezbkolejowej, niezbęędne dla zapewnienia bezpiecznego dne dla zapewnienia bezpiecznego i bezkolizyjnego prowadzenia ruchu pojazdi bezkolizyjnego prowadzenia ruchu pojazdóów kolejowychw kolejowych

Skrajnia budowli jest liniSkrajnia budowli jest liniąągraniczngranicznąą, kt, któórej nie powinna rej nie powinna przekroczyprzekroczyćć żżadna czadna częśćęśćbudowli i urzbudowli i urząądzedzeńń..

Wymiary skrajni w kierunku Wymiary skrajni w kierunku poziomym mierzy sipoziomym mierzy sięę od osi od osi toru, w kierunku pionowym toru, w kierunku pionowym -- od god góórnej krawrnej krawęędzi gdzi głłóówki wki szyny. szyny.

Skrajnia budowliSkrajnia budowli

Przykład skrajni (skrajnia B, obecnie nieaktualna)

SKRAJNIA - STARE WYMAGANIA

Id-1 z 2005 zał.11: Skrajnia budowli na odcinkach toru na prostej i w łuku

zał.11 Id-1 - uchylony 24.03.2015nie usunięty lecz przeniesiony do: Moduł A2, zał. III - jako fakultatywny:

dopuszcza się ocenę skrajni budowli wg dotychczasowych zasad- do czasu inwentaryzacji obiektów zgodnie z nowymi wymaganiami

• 2013 - nowe normy:1) PN-EN 15273-1:2013-09 Kolejnictwo - Skrajnie - Część 1: Postanowienia ogólne

- Wymagania wspólne dla infrastruktury i pojazdów szynowych (208 stron)2) PN-EN 15273-2:2013-09 Kolejnictwo - Skrajnie - Część 2: Skrajnia pojazdów

szynowych (272 stron)3) PN-EN 15273-3:2013-09 Kolejnictwo - Skrajnie - Część 3: Skrajnie budowli (186

stron)

razem 666 stron !!!

(kiedyś: Id-1 zał.11 – 9 stron; „stara” norma PN-K-02057:1969 – 5 stron)

SKRAJNIA - NOWE WYMAGANIA

• 2015 - nowy moduł w Id-1:− MODUŁ A2, Skrajnia Budowli, wersja 2.0, 2015 - 25 stron− skrajnie:

− ujednolicona: GPL-1− profile referencyjne:

− G1 (stanowiąca minimalny gabaryt w przewozach kolejowych interoperacyjnych)

− G2 (dla wagonów piętrowych)− GA i GB (dla przewozów kontenerowych)

• 2017 - nowa wersja tomu II Standardów Technicznych ... z 2009:− TOM II, Skrajnia budowlana linii kolejowych, wersja 2.0, 2017 - 39 stron− obowiązuje od 1.01.2018 i wprowadza:

− 3 odmiany skrajni (różniące się wielkością dodatków przestrzennych jakie zostały uwzględnione do obrysu referencyjnego):

− SBU - Skrajnia Budowli Ujednolicona (próg P1)− NSZ - Nominalna Skrajnia Zabudowy (próg P2)− GSZ - Graniczna Skrajnia Zabudowy (próg P3)

− 2 + 5 typów skrajni (różniące się przeznaczeniem eksploatacyjnym):− ujednolicone: GPL-1 i GPL-2− profile referencyjne: G1, G2, GA, GB, GC

P1 (normalne wartości dopuszczalne) - podstawowe parametry stosowane w projektowaniuP2 (zawężone wartości dopuszczalne) - w przypadku niekorzystnych uwarunkowań lokalnych

- wymaga zgody właściwego Zakładu Linii Kolejowych PKP PLKP3 (wyjątkowo dopuszczone wartości) - stosowane wyjątkowo dla przypadków j.w.

- wymaga zgody zarządu PKP PLK

TYPY SKRAJNI:

FunkcjeFunkcje nawierzchni: nawierzchni: •• umoumożżliwienie prowadzenia pojazdliwienie prowadzenia pojazdóów po szynach w po szynach •• przenoszenie na podtorze obciprzenoszenie na podtorze obciążążeeńń statycznych statycznych

i dynamicznych spowodowanych ruchem pojazdi dynamicznych spowodowanych ruchem pojazdóówwkolejowychkolejowych

Typy nawierzchni:Typy nawierzchni:•• klasyczna (podsypkowa)klasyczna (podsypkowa)

•• niekonwencjonalna (bezpodsypkowa)niekonwencjonalna (bezpodsypkowa)

Elementy nawierzchni klasycznej Elementy nawierzchni klasycznej (podsypkowej):(podsypkowej):

1.1. szyny kolejoweszyny kolejowe2.2. podkpodkłładyady3.3. przytwierdzenia szyn przytwierdzenia szyn

do podkdo podkłładadóóww4.4. podsypkapodsypka

Nawierzchnia kolejowaNawierzchnia kolejowa

1

12

3

4

42 31

Rola szynRola szyn::•• prowadzprowadząą zestawy kozestawy kołłoweowe•• bezpobezpośśrednio przenoszrednio przenosząą obciobciążążenie naciskami enie naciskami

statycznymi i oddziastatycznymi i oddziałływaniami dynamicznymi kywaniami dynamicznymi kóółłpojazdu szynowegopojazdu szynowego

•• przekazujprzekazująą obciobciążążenia pojazdami enia pojazdami kolejowymi bezpokolejowymi bezpośśrednio na podkrednio na podkłładyady

•• przewodzprzewodząą prprąąd zasilajd zasilająący (powrotny)cy (powrotny)w przypadku trakcji elektrycznejw przypadku trakcji elektrycznej

Budowa szyny:Budowa szyny:ggłłóówka wka –– bezpobezpośśrednio wsprednio wspóółłpracuje z kopracuje z kołłami pojazdu, ma ksztaami pojazdu, ma kształłt t

dostosowany do przekroju kdostosowany do przekroju kóółłszyjka szyjka –– łąłączy gczy głłóówkwkęę ze stopkze stopkąą, musi mie, musi miećć odpowiedniodpowiedniąą sztywnosztywnośćść

na zginanie (sztywnona zginanie (sztywnośćść gigięętntnąą))stopka stopka –– oparcie szyny na podkoparcie szyny na podkłładachadach

Szyny kolejoweSzyny kolejowe

60E1 (inaczej UIC 60) 60E1 (inaczej UIC 60)

49E1 (inaczej S49) 49E1 (inaczej S49)

Typy szyn kolejowychTypy szyn kolejowychWymagane cechy szyn: Wymagane cechy szyn: odpornoodpornośćść na zuna zużżycie i zmianycie i zmianęększtakształłtu, wytrzymatu, wytrzymałłoośćść zmzmęęczeniowa czeniowa w warunkach dynamicznychw warunkach dynamicznych

Charakterystyki szynCharakterystyki szyn

ParametrParametr Typ 60E1Typ 60E1 Typ 49E1Typ 49E1

Powierzchnia przekroju [mmPowierzchnia przekroju [mm22]] 7686,007686,00 6297,006297,00

Masa 1 metra szyny [kg]Masa 1 metra szyny [kg] 60,3460,34 49,4349,43

Moment bezwMoment bezwłładnoadnośści ci IIxx [m[m44]] 3055,003055,00 1819,001819,00

Moment bezwMoment bezwłładnoadnośści ci IIyy [m[m44]] 513,00513,00 320,00320,00

WskaWskaźźnik wytrzymanik wytrzymałłoośści ci WWxx [m[m33]] 335,50335,50 240,00240,00

Szyny produkowane sSzyny produkowane sąą ze stali niskostopowych, ze stali niskostopowych, śśredniorednio--wwęęglowych, zaliczanych do materiaglowych, zaliczanych do materiałłóów trudnow trudno--spawalnychspawalnychStandardowa stal szynowa: Standardowa stal szynowa: St90: wytrzymaSt90: wytrzymałłoośćść na rozcina rozciąąganie ganie RR

mm= 880 = 880 MPaMPa

St110: wytrzymaSt110: wytrzymałłoośćść na rozcina rozciąąganie ganie RRmm

= 1100 = 1100 MPaMPawymagana granica plastycznowymagana granica plastycznośści ci RR

ee≅≅ 0,64 0,64 RR

mm

• obecnie w Polsce produkuje się szyny ze stali:• St90 - o wytrzymałości na rozciąganie Rm = 880 MPa• St110 - o Rm = 1100 MPa

o wymaganej granicy plastyczności: Re = 0,64 · Rm

• w eksploatowanych torach można jeszcze spotkać szyny ze stali:• St70, St72 - o Rm = 700 MPa

• w poprzednim systemie gospodarczym produkowano szyny:• obrabiane cieplnie w całym przekroju (tzw. szyny twarde albo hartowane - linia

technologiczna sprowadzona z ZSRR) niestety okazały się podatne na kruche pękanie - są sukcesywnie wycofywane

• obecnie procesom ulepszania cieplnego poddaje się jedynie główki szyn

• obecnie używa się oznaczeń stali szynowych zgodnie z PN-EN:• Grade Hardnes range (HBW) Description• R200 200 to 240 Carbon-manganese, Non heat treated• R220 220 to 260 Carbon-manganese, Non heat treated• R260 260 to 300 Carbon-manganese, Non heat treated• R260Mn 260 to 300 Carbon-manganese, Non heat treated• R320Cr 320 to 360 Alloy (1% Cr), Non heat treated• R350HT 350 to 390 Carbon-manganese, Heat treated• R350LHT 350 to 390 Low alloy, Heat treated

zależność wytrzymałości szyn od składu chemicznego stali:

• zalecenia stosowania: • Id-1: dla R ≤ 600 m - szyny o Rm ≥ 1100 MPa ze stali stopowej lub obr. cieplnie• Id-106: w tokach zewn. łuków o R ≤ 800 m przy T > 9 Tg - szyny ze stali R350HT,

poza tym R260

R ≥ 1000 m 300 ≤ R < 1000 R < 300 m

Towpik K.: Infrastruktura Transportu Kolejowego

(film)

kiedyś:• szyny żeliwne, odlewane (nie znano stali i procesu jej walcowania)

• o innym kształcie:

• płaskownik • korytko (ceownik) • kątownik

• Jessopa • Brunela

� dla kół bez obrzeża:

� dla kół z obrzeżem:

Pochylenie boczne szynPochylenie boczne szynSzyny ukSzyny ukłładane sadane sąą w pochyleniu bocznym w pochyleniu bocznym ku ku śśrodkowi toru, ze wzglrodkowi toru, ze wzglęędu nadu nastostożżkowatokowatośćść kkóółł pojazdpojazdóóww szynowych.szynowych.KsztaKształłt stot stożżkowy (1:20kowy (1:20 albo 1:40 albo 1:40 ) ) powierzchni tocznych kpowierzchni tocznych kóółł zapobiega zapobiega siodsiodłłowemu zuowemu zużżyciu obryciu obręęczy czy (niedopuszczalne, bo powoduje znaczny (niedopuszczalne, bo powoduje znaczny wzrost siwzrost siłł dynamicznych)dynamicznych) orazoraz umoumożżliwia liwia tzw. samonaprowadzanietzw. samonaprowadzanie -- co przeciwdziaco przeciwdziałła a wwężężykowaniu pojazdykowaniu pojazdóów szynowychw szynowych

Zużycie siodłowe obręczy kół (rys. a)

Wężykowanie pojazdu szynowego

Pochylenie boczne szyn

PoPołąłączenia (zczenia (złąłącza) cza) łłubkowe ubkowe –– odcinki szyny sodcinki szyny sąą popołąłączone czone za pomocza pomocąą łłubkubkóów czterow cztero-- lub szelub sześściootworowych oraz ciootworowych oraz śśrub rub łłubkowychubkowych

–– styk wiszstyk wisząący (cy (66--otworowyotworowy))

–– styk podpartystyk podparty (4(4--otworowy)otworowy)

PoPołąłączenia szyn (styki)czenia szyn (styki)

1.1. łłubek ubek szesześściciootworowyootworowy

2.2. śśruby ruby łłubkowe z nakrubkowe z nakręętkamitkami

3.3. przerwa przerwa mimięędzyszynowadzyszynowa

4.4. podkpodkłładki adki żżebrowe na podkebrowe na podkłładach adach

ŹŹrróóddłło: o: www.transportszynowy.plwww.transportszynowy.pl

łącznik szynowy

Izolowane zIzolowane złąłącza cza łłubkowe ubkowe −−−−−−−− dzieldzieląą toki szynowe natoki szynowe naodcinki niezaleodcinki niezależżne elektrycznie ne elektrycznie

Stosowane sStosowane sąą na liniach zelektryfikowanych wyposana liniach zelektryfikowanych wyposażżonych w ukonych w ukłłady ady kontroli zajkontroli zajęętotośści odstci odstęęppóów linii. Przejew linii. Przejeżżddżżajająący tabor kolejowy zwiera cy tabor kolejowy zwiera zestawami kozestawami kołłowymi odizolowane toki szyn, co stanowi sygnaowymi odizolowane toki szyn, co stanowi sygnałł zajzajęętotośści ci odstodstęępu przez tabor. pu przez tabor.

PoPołąłączenia czenia odcinkodcinkóów w szynszyn

Złącze z łłubkamiubkami stalowymiZZłąłącze z cze z łłubkami ubkami

z tworzywa sztucznegoz tworzywa sztucznego

Poprzeczna (pionowa)przekładka izolacyjna

(a) przekładka poprzeczna, (b) wkładka podłużna,(c) tuleja izolacyjna śruby

(a) przekładka poprzeczna, (b) łubek z tworzywa sztucznego,(c) blaszka dociskowa(d) tuleja izolacyjna śruby

Izolowane zIzolowane złąłącza szynowe klejonocza szynowe klejono--sprsprężężoneoneZZłąłącze skcze skłłada siada sięę z dwz dwóóch ch łłubkubkóów szew sześściootworowych, ciootworowych, śśrub rub sprsprężężajająących, przekcych, przekłładki izolacyjnej podadki izolacyjnej podłłuużżnej i poprzecznej, nej i poprzecznej, tulejki izolacyjnej oraz zaprawy klejowej.tulejki izolacyjnej oraz zaprawy klejowej.CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:

PoPołąłączenia odcinkczenia odcinkóów szynw szyn

1. łubek wzmocniony 2. śruba sprężająca z nakrętką3. podkładka4. przekładka izolacyjna podłużna5. przekładka izolacyjna poprzeczna6. tulejka izolacyjna7. zaprawa klejowa (żywica +

utwardzacz)

Faza montażu

Tor bezstykowy: Tor bezstykowy: tor, kttor, któóry powstaje w wyniku trwary powstaje w wyniku trwałłego ego popołąłączenia odcinkczenia odcinkóów szyn o normatywnej dw szyn o normatywnej dłługougośści ci (zespawania b(zespawania bąąddźź zgrzania bezpozgrzania bezpośśrednio w torze). rednio w torze).

DDłługougośćść toru bezstykowegotoru bezstykowegojest ograniczona jedynie jest ograniczona jedynie warunkami ukwarunkami ukłładu torowegoadu torowegowymagajwymagająącego przecicego przecięęcia cia toku szynowego toku szynowego ((npnp. za. załłoożżenie styku enie styku izolowanego, izolowanego, uułłoożżenia rozjazdu enia rozjazdu niespawanegoniespawanego itp.)itp.)

Tor bezstykowyTor bezstykowy

Zalety: Zalety: •• spokojna jazda (brak stukotu na pospokojna jazda (brak stukotu na połąłączeniach szyn) czeniach szyn) •• mniejsze zumniejsze zużżycie szyn i kycie szyn i kóółł taboru (witaboru (więększa trwaksza trwałłoośćść))•• redukcja drgaredukcja drgańń i hai hałłasu przy przejeasu przy przejeźździe pocidzie pociąągugu•• mniejsze zumniejsze zużżycie materiaycie materiałłóów (brak w (brak łłubkubkóów, w, śśrub rub łłubkowych ubkowych

i podki podkłładadóów w podzpodzłąłączowychczowych))•• mniejsze nakmniejsze nakłłady na utrzymanie nawierzchniady na utrzymanie nawierzchni

Wady:Wady:Tor wymaga starannego utrzymania, Tor wymaga starannego utrzymania, a zwa zwłłaszcza niedopuszczenia do aszcza niedopuszczenia do wyboczenia wskutek koncentracjiwyboczenia wskutek koncentracjinaprnaprężężeeńń (napr(naprężężenia termiczne enia termiczne i napri naprężężenia wynikajenia wynikająące z pece z pełłzaniazaniatoktokóóww szynowych)szynowych)

Tor bezstykowyTor bezstykowy

Spawanie termitowe metodSpawanie termitowe metodąą SoWoSSoWoS

Metoda polega na naMetoda polega na nałłoożżeniu na miejsce eniu na miejsce łąłączenia formy spawalniczej czenia formy spawalniczej odpowiadajodpowiadająącej przekrojowi szyny danego typu. Nastcej przekrojowi szyny danego typu. Nastęępnie pnie łąłączone czone szyny podgrzewa siszyny podgrzewa sięę palnikiem i w formpalnikiem i w formęę spawalniczspawalnicząą wlewa siwlewa sięęspoiwo spawalnicze (termit), ktspoiwo spawalnicze (termit), któórego nadlew po zastygnirego nadlew po zastygnięęciu siciu sięęobcina. Kolejnym krokiem jest szlifowanie miejsca obcina. Kolejnym krokiem jest szlifowanie miejsca łąłączenia.czenia.

www.transportszynowy.plwww.transportszynowy.pl

Tor bezstykowyTor bezstykowy

Spawanie termitowe• proces polegający na reakcji chemicznej sproszkowanej mieszaniny tlenków żelaza

i glinu (zwanej termitem), z której w temperaturze ok. 2 tyś. stopni C powstaje spoiwo spawalnicze

• na dokładnie ustawione końce szyn z zachowaniem odpowiedniego luzu spawalniczego nakłada się ceramiczne formy, a nad nimi umieszcza pojemnik wypełniony termitem,

• po uprzednim podgrzaniu szyn palnikiem podpala się termit - powoduje to reakcję, w wyniku której powstaje płynne żelazo stanowiące łącznik spawanych szyn (spoiwo) oraz tlenek glinu w postaci żużla

• wypływki spoiwa obcina się w stanie, w którym mają one jeszcze barwęciemnoczerwoną, a następnie obrabia się połączenie przez szlifowanie. (film)

Zgrzewanie elektrooporowe:

• nagrzanie oporowe obszaru styku zgrzewanych szyn w wyniku przepływu prądu i wywarciadocisku - w efekcie wyiskrzenie ciekłego metalu z obszaru stykupowodującego połączenie szyn zgrzeiną

zgrzewarka stacjonarna zgrzewarka mobilna

(film) zgrzeina po oszlifowaniu

Spawanie łukiem elektrycznym• w miejscach trudnodostępnych, gdzie nie jest możliwe spawanie termitowe lub

zgrzewanie• ręcznie elektrodą otuloną albo półautomatem z podajnikiem drutu

spoina wykonana elektrycznie

półautomatem, drutem proszkowym

Belki poprzeczne do osi toru, do ktBelki poprzeczne do osi toru, do któórych za pomocrych za pomocąąspecjalnych przytwierdzespecjalnych przytwierdzeńń mocuje simocuje sięę szynyszyny

Rola podkRola podkłładadóów: w: •• przejmujprzejmująą naciski szyn i przekazujnaciski szyn i przekazująą jeje

na podsypkna podsypkęę

•• zagzagłęłębione w podsypce czobione w podsypce czołła podka podkłładadóów stanowiw stanowiąą podparcie podparcie szyn w pszyn w płłaszczyaszczyźźnie poziomej (w kierunku podnie poziomej (w kierunku podłłuużżnym nym i poprzecznym do osi toru i poprzecznym do osi toru –– szczegszczegóólnie na lnie na łłukach poziomych)ukach poziomych)

•• zapewniajzapewniająą stastałły rozstaw szyny rozstaw szyn•• ttłłumiumiąą drgania szyn przekazywane na podsypkdrgania szyn przekazywane na podsypkęę (poprawa (poprawa

wwłłasnoasnośści tci tłłumiumiąących podkcych podkłładadóów przez zastosowanie zelw przez zastosowanie zelóówek)wek)

PodkPodkłładyady

Rodzaje podkRodzaje podkłładadóówww zależności od materiału:

• drewniane • betonowe (strunobetonowe

lub żelbetowe w zależnościod typu zbrojenia)

• stalowe• stalowo-betonowe (dwublokowe)• kompozytowe (z tworzyw sztucznych)

PodkPodkłładyady

PodkPodkłłady drewnianeady drewnianeBelki wykonywane z drewna drzew iglastych (sosny) lub Belki wykonywane z drewna drzew iglastych (sosny) lub liliśściastych (buku lub rzadziej dciastych (buku lub rzadziej dęębu), nasyconego bu), nasyconego śśrodkiem rodkiem przeciwgnilnym. przeciwgnilnym.

TrwaTrwałłoośćść::ok. 18 lat ok. 18 lat –– podkpodkłłady sosnowe ady sosnowe ok. 25 lat ok. 25 lat –– podkpodkłłady bukoweady bukoweok. 30 lat ok. 30 lat –– podkpodkłłady dady dęębowe bowe

i z drewna i z drewna azobeazobe

Zalety: Zalety: nie przewodznie przewodząą prprąądu (wadu (ważżne ze wzglne ze wzglęędu na instalacje elektryczne na du na instalacje elektryczne na kolei) i bardzo dobrze tkolei) i bardzo dobrze tłłumiumiąą drgania, stosunkowo drgania, stosunkowo łłatwe do wymianyatwe do wymiany

Wady:Wady:korozja biologicznakorozja biologiczna (gnicie)(gnicie), , zzuużżyciyciee drewnadrewna (ekologia)(ekologia),,mamałły wspy wspóółłczynnik tarciaczynnik tarcia (mn(mnieiejj nadajnadająą sisięę do toru bezstykowegodo toru bezstykowego)), , czczęęste ste śścinanie wkrcinanie wkręęttóóww

PodkPodkłłady drewnianeady drewnianePod wzglPod wzglęędem ksztadem kształłtu podktu podkłłady drewniane dzielady drewniane dzieląą sisięę nana::•• belkowe (B)belkowe (B)•• obobłłe (O)e (O)

Charakterystyki:Charakterystyki: masa 60masa 60--80 kg, d80 kg, dłługug.. 2,6 m (IB, IIB, IIO) i 2,5 m 2,6 m (IB, IIB, IIO) i 2,5 m (IIIB, IIIO, IVO), (IIIB, IIIO, IVO), wskwskaaźź.. wytrzwytrz.. WWxx od 6,2 od 6,2 ∙∙ 1010--44 do 8,3 do 8,3 ∙∙ 1010--44 mm33

Belki betonowe w postaci monoblokBelki betonowe w postaci monoblokóów:w:•• podkpodkłłady strunobetonowe ady strunobetonowe –– wstwstęępnie sprpnie sprężężone strunami one strunami

stalowymi, najczstalowymi, najczęśęściej stosowaneciej stosowane•• podkpodkłłady ady żżelbetowe elbetowe –– zbrojone klasycznie przbrojone klasycznie pręętami tami

stalowym stalowym

TrwaTrwałłoośćść: : ok. 40 lat (lepsza niok. 40 lat (lepsza niżż podkpodkłładadóów drewnianych)w drewnianych)Masa: Masa: od 220 do 300 kgod 220 do 300 kg

PodkPodkłłady betonoweady betonowe

PodkPodkłłady betonoweady betonowe

Zalety: Zalety: •• niska cena,niska cena,•• dudużża wytrzymaa wytrzymałłoośćść,,•• niewielkie przewodnictwo elektryczne,niewielkie przewodnictwo elektryczne,•• stwarzajstwarzająą dudużży opy opóór na przesunir na przesunięęcie cie

ze wzglze wzglęędu na dudu na dużążą masmasęę,,•• utrzymujutrzymująą geometrigeometrięę toru lepiej od toru lepiej od

podkpodkłładadóów drewnianych w drewnianych

Wady:Wady:•• dudużża sztywnoa sztywnośćść zwizwięększajkszająąca oddziaca oddziałływania dynamiczne,ywania dynamiczne,•• ttłłumienie drgaumienie drgańń i hai hałłasu sasu słłabsze niabsze niżż podkpodkłładadóów drewnianych,w drewnianych,•• podatnopodatnośćść na uszkodzenia mechaniczne (kruchona uszkodzenia mechaniczne (kruchośćść, rysy i , rysy i

ppęękniknięęcia w betonie),cia w betonie),•• trudniejsza technologia budowy i utrzymania nawierzchni trudniejsza technologia budowy i utrzymania nawierzchni

(trudna wymiana)(trudna wymiana)

PodkPodkłłady betonoweady betonowe

Elementy nawierzchni kolejowej sElementy nawierzchni kolejowej słłuużążące do poce do połąłączenia czenia szyn z podkszyn z podkłładami lub szyn z innymi podporamiadami lub szyn z innymi podporami

OOggóólnie dziellnie dzieląą sisięę na: na: przytwierdzenia sztywne (przytwierdzenia sztywne (śśrubowe) i sprrubowe) i sprężężysteyste

Rola przytwierdzeRola przytwierdzeńń::•• popołąłączenie szyn z podkczenie szyn z podkłładami w poziomy ruszt ramowyadami w poziomy ruszt ramowy

zagzagłęłębiony w podsypcebiony w podsypce

•• zapewnienie odpowiedniego pochylenia stopy szyny (1:20, zapewnienie odpowiedniego pochylenia stopy szyny (1:20, 1:40) w p1:40) w płłaszczyaszczyźźnie przekrojunie przekroju

•• zapobieganie podzapobieganie podłłuużżnym ruchom szyn wzglnym ruchom szyn wzglęędem podkdem podkłładadóóww•• ttłłumienie drgaumienie drgańń i hai hałłasu asu –– wkwkłładki wibroizolacyjne i adki wibroizolacyjne i

elementyelementy sprsprężężyste w przytwierdzeniach spryste w przytwierdzeniach sprężężystych ystych

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie bezpobezpośśrednie rednie -- sztywnesztywneSzyny sSzyny sąą przymocowane do podkprzymocowane do podkłładadóów w wbijanymi hakami wbijanymi hakami

(tak jak gwo(tak jak gwoźździe)dzie) albo wkralbo wkręęcanymi canymi wkrwkręętamitami, , bezpobezpośśrednio albo przez otwory w stalowej podkrednio albo przez otwory w stalowej podkłładceadce

Jest to przytwierdzenie sJest to przytwierdzenie słłabsze w porabsze w poróównaniu z wnaniu z przytwierdzeniem poprzytwierdzeniem pośśrednim, nie zapewnia starednim, nie zapewnia stałłego docisku ego docisku szyny do podkszyny do podkłładu, rzadko stosowane adu, rzadko stosowane –– tylko na liniach o tylko na liniach o najmniejszym najmniejszym znaczeniuznaczeniu, obecnie , obecnie –– w zanikuw zaniku

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:•• wwkrkręętyty albo hakialbo haki•• podkpodkłładkaadka

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie popośśrednie typu K rednie typu K –– z z łłapkapkąą ŁŁpp

PodkPodkłładka adka żżebrowa przymocowana jest do podkebrowa przymocowana jest do podkłładadóów w wkrwkręętami, szyna zatami, szyna zaśś do podkdo podkłładki za pomocadki za pomocąą śśrub rub stopowych i stopowych i łłapek sztywnychapek sztywnych ((ŁŁpp))

Przytwierdzenie zalicza siPrzytwierdzenie zalicza sięę do przytwierdzedo przytwierdzeńń sztywnych sztywnych (po(połąłączenie czenie śśrubowe), mimo zastosowania pierrubowe), mimo zastosowania pierśścieni sprcieni sprężężystych ystych na na śśrubrubęę stopowstopowąą..

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:a)a) podkpodkłładka adka żżebrowaebrowab)b) łłapki sztywneapki sztywnec)c) wkrwkręętytyd)d) śśruby stopoweruby stopowe

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie popośśrednie typrednie typu K u K -- z z łłapkapkąą SklSkl

Sztywne Sztywne łłapki apki ŁŁpp zostajzostająązastzastąąpione sprpione sprężężystymiystymiSklSkl--1212. . ŁŁapki sapki sąąosadzone osadzone nana żżebebrachrachpodkpodkłładki.adki.

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:a)a) podkpodkłładka adka żżebrowaebrowab)b) łłapkapkaa sprsprężężystysta Skla Skl--1212c)c) wkrwkręętytyd)d) śśrubrubaa stopowstopowaa

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

a

bb

cc

d

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie bezpobezpośśrednie SB rednie SB -- sprsprężężysteyste

Przytwierdzenie szyn do podkPrzytwierdzenie szyn do podkłładadóów (wyw (wyłąłącznie cznie strunobetonowych) za pomocstrunobetonowych) za pomocąą łłapek sprapek sprężężystych. ystych. ŁŁapki sapki sąązamocowane w kotwach osadzonych w podkzamocowane w kotwach osadzonych w podkłładach.adach.

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:a)a) kotwykotwyb)b) łłapki sprapki sprężężysteyste (SB(SB--3, 4, 7, 8)3, 4, 7, 8)c)c) wkwkłładkadkii izolacyjnizolacyjnee ((dystansowedystansowe))d)d) przekprzekłładka podszynowaadka podszynowa ((amortyzamortyz.).)

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

a

b

c

d

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie typu typu NablaNabla -- sprsprężężyste yste (francuskie)(francuskie)

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:a)a) przekprzekłładka podszynowaadka podszynowab)b) podkpodkłładkadkii polietylenowepolietylenowec)c) łłapkapkii sprsprężężystyste (z blachy)e (z blachy)d)d) wkrwkręętty (albo y (albo śśruby z ruby z nakrnakr.).)

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

d

cb

a

PrzytwierdzeniePrzytwierdzenie typu typu PandrolPandrol -- sprsprężężyste yste (brytyjskie)(brytyjskie)

a)a) dla kolei konwencjonalnychdla kolei konwencjonalnychprpręędkodkośści ci -- z niesymetrycznymiz niesymetrycznymiłłapkami (obok)apkami (obok)

b)b) dla kolei dudla kolei dużżych prych pręędkodkośścici-- z symetrycznymi z symetrycznymi łłapkamiapkami(poni(poniżżej)ej)

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szyn

Przytwierdzenia szynPrzytwierdzenia szynPrzytwierdzeniePrzytwierdzenie typu typu VosslohVossloh -- sprsprężężyste yste (niemieckie)(niemieckie)

CzCzęśęści skci skłładowe:adowe:a)a) podkpodkłładka adka podszynowapodszynowab)b) wkwkłładki dystansoweadki dystansowec)c) łłapkapki i sprsprężężystyste Skle Skl--1414d)d) wkrwkręęttyy

Warstwa zagWarstwa zagęęszczonego tszczonego tłłucznia (rzadziej ucznia (rzadziej żżuużżla la wielkopiecowego, wielkopiecowego, żżwiru lub pospwiru lub pospóółłki) uki) ułłoożżona pod ona pod podkpodkłładami na torowisku, wypeadami na torowisku, wypełłniajniająąca przestrzeca przestrzeńń mimięędzy dzy podkpodkłładamiadami

NajczNajczęśęściej stosowanciej stosowanąą podsypkpodsypkąą jest tjest tłłuczeuczeńń (kruszywo (kruszywo kamiennekamienne łłamaneamane) o uziarnieniu 31,5 ) o uziarnieniu 31,5 ÷÷ 50 50 albo 63 mmalbo 63 mmGruboGrubośćść warstwy podsypki jest przyjmowana warstwy podsypki jest przyjmowana w granicach od 16 w granicach od 16 ccm do 35 m do 35 ccm, w zalem, w zależżnonośści od rodzaju ci od rodzaju podkpodkłładadóów i klasy technicznej toruw i klasy technicznej toru

PodsypkaPodsypka

a) szynab) podkładc) podsypkad) ława torowiskae) warstwa ochronnaf) nasyp

ab c d

ef

Rola podsypki:Rola podsypki:•• przeniesienie naciskprzeniesienie naciskóów przekazywanych przez podkw przekazywanych przez podkłłady ady

na torowisko na torowisko •• momożżliwie rliwie róównomierny wnomierny

rozkrozkłład naciskad naciskóów podkw podkłładadóówwna powierzchnina powierzchnięę torowiskatorowiska

•• odprowadzenie wodprowadzenie wóód opadowych z otoczenia podkd opadowych z otoczenia podkłładadóów w na boki torowiska, aby utrzymana boki torowiska, aby utrzymaćć podtorze w mopodtorze w możżliwie liwie suchym staniesuchym stanie

•• przeciwdziaprzeciwdziałłanie podanie podłłuużżnemu i poprzecznemu nemu i poprzecznemu przesuniprzesunięęciu rusztu torowego (utrzymanie podkciu rusztu torowego (utrzymanie podkłładadóów w w pow połłoożżeniu zaprojektowanym)eniu zaprojektowanym)

•• ttłłumienie drgaumienie drgańń toru przekazywanych na podtorzetoru przekazywanych na podtorze

PodsypkaPodsypka

źródło: W. Koc i inni „Drogi szynowe”

WWłłaaśściwociwośści podsypki zaleci podsypki zależążą od:od:•• rodzaju materiarodzaju materiałłu skalnego (sku skalnego (skłład mineralogiczny ad mineralogiczny

i chemiczny)i chemiczny)skaskałłyy:: magmowe (granit, magmowe (granit, bazalt, melafirbazalt, melafir, , diabazdiabaz)); metamorficzne ; metamorficzne -- z z wyjwyjąątkiem wapieni krystalicznych i tkiem wapieni krystalicznych i łłupkupkóów; osadowe w; osadowe -- takie jak takie jak piaskowce kwarcowe o lepiszczu krzemionkowympiaskowce kwarcowe o lepiszczu krzemionkowym

•• cech fizycznych (wytrzymacech fizycznych (wytrzymałłoośćść mechaniczna, mechaniczna, śścieralnocieralnośćść, , kruchokruchośćść, mrozoodporno, mrozoodpornośćść))

•• skskłładu granulometrycznego (wielkoadu granulometrycznego (wielkośćść i ksztai kształłt ziaren)t ziaren)•• zdolnozdolnośści filtracyjnych kruszywaci filtracyjnych kruszywaPodsypka jest najbardziej odksztaPodsypka jest najbardziej odkształłcalnym elementem nawierzchni calnym elementem nawierzchni

kolejowej.kolejowej.Pracuje w stanie sprPracuje w stanie sprężężystoysto--plastycznym, tzn. doznaje odksztaplastycznym, tzn. doznaje odkształłceceńń

trwatrwałłych. Odksztaych. Odkształłcenia trwacenia trwałłe kumuluje kumulująą sisięę..Narastanie odksztaNarastanie odkształłceceńń trwatrwałłych postych postęępuje bardzo szybko, gdy puje bardzo szybko, gdy

podsypka jest zanieczyszczona. podsypka jest zanieczyszczona.

PodsypkaPodsypka

Rodzaje zanieczyszczeRodzaje zanieczyszczeńń::•• pozostawiane przez czpozostawiane przez człłowieka (owieka (npnp. . śśmiecimieci i butelki i butelki

wyrzucane z okna pociwyrzucane z okna pociąągu)gu)•• naturalne, takie jak naturalne, takie jak npnp. ziemia, . ziemia,

trawa, litrawa, liśście, itp. cie, itp. •• zapyleniezapylenie ((śścieranie sicieranie sięę))•• usypyusypy miamiałłkich kich substancjisubstancji

z wagonz wagonóóww

Podsypka musi byPodsypka musi byćć co pewien okres czasu czyszczona. co pewien okres czasu czyszczona. Zanieczyszczenia przy rZanieczyszczenia przy róównoczesnym zawilgoceniu powodujwnoczesnym zawilgoceniu powodująą

pokrycie ziaren tpokrycie ziaren tłłucznia maziucznia maziąą, kt, któóra zmniejsza tarcie mira zmniejsza tarcie mięędzy dzy ziarnamiziarnami..

ZZiarna iarna łłatwiej przesuwajatwiej przesuwająą sisięę wzglwzglęędem siebie dem siebie -- co moco możże e powodowapowodowaćć zwizwięększenie osiadakszenie osiadańń i zmiani zmianęę ksztakształłtu pryzmy tu pryzmy podsypki w przekroju oraz przebiegu toru w planie i podsypki w przekroju oraz przebiegu toru w planie i profiluprofilu..

PodsypkaPodsypka

Do oczyszczania tDo oczyszczania tłłucznia wykorzystuje siucznia wykorzystuje sięę::oczyszczarki toczyszczarki tłłuczniaucznia

specjalne maszynyspecjalne maszyny,, ktktóóre jadre jadąąc po torach c po torach wybierajwybierająą, , czyszczczyszcząą i uki ukłładajadająą z powrotem z powrotem ttłłuczeuczeńń..Maszyny te siMaszyny te sięęgajgająą przy oczyszczaniu poziomu przy oczyszczaniu poziomu łławy awy torowiska. torowiska.

PodsypkaPodsypka

Wymagania dotyczWymagania dotycząące elementce elementóów konstrukcyjnych w konstrukcyjnych nawierzchni snawierzchni sąą okreokreśślone przez standardy lone przez standardy konstrukcyjne.konstrukcyjne.

Standardy konstrukcyjne nawierzchni okreStandardy konstrukcyjne nawierzchni okreśślajlająą::•• typ szyn,typ szyn,•• typ, rodzaj i rozstaw podktyp, rodzaj i rozstaw podkłładadóów,w,•• typ przytwierdzetyp przytwierdzeńń i zi złąłączy,czy,•• rodzaj i gruborodzaj i grubośćść warstwy podsypki.warstwy podsypki.SSąą przyporzprzyporząądkowane do danej klasy technicznej toru. dkowane do danej klasy technicznej toru.

WyrWyróóżżnia sinia sięę 6 klas technicznych tor6 klas technicznych toróów.w.

W kaW każżdej z nichdej z nich momożżna stosowana stosowaćć kilka rkilka róównorzwnorzęędnych dnych standardstandardóów konstrukcyjnych. w konstrukcyjnych.

Standardy konstrukcyjne Standardy konstrukcyjne nawierzchninawierzchni

Klasy techniczne torKlasy techniczne toróówwWarunki klasyfikacji torów kolejowych

Klasy techniczne

torów

Dopuszczalna prędkość pociągów

[km/h]

Obciążenie przewozamiw [Tg/rok]

Uwagi

1 2 3 4

0 200 nienormowane O zaklasyfikowaniu toru do danej klasy decyduje jeden z parametrów określonych w kolumnach obok, przy czym

wyboru parametru należy dokonywać z

uwzględnieniem analiz niezawodności, dostępności i podatności utrzymaniowej w

rozumieniu normy PN-EN 50126 „Zastosowania

kolejowe – specyfikacja niezawodności, dostępności i podatności utrzymaniowej ...”

1 120140160

powyżej 25

2 80100

16-2516-25

3 7080

9-159-15

4 6070

4-84-8

5 3040

0-30-3

IInstrukcja PKP PLK Idnstrukcja PKP PLK Id--1 (D1 (D--1) 1) „„Warunki techniczne utrzymania Warunki techniczne utrzymania nawierzchni na liniach kolejowych" proponuje od 2 to 6 wariantnawierzchni na liniach kolejowych" proponuje od 2 to 6 wariantóów w standardu konstrukcyjnego nawierzchni dla kastandardu konstrukcyjnego nawierzchni dla każżdej klasy toru.dej klasy toru.

PrzykPrzykłład standardu konstrukcyjnegoad standardu konstrukcyjnego

Standard konstrukcyjny dla toru klasy 0Standard konstrukcyjny dla toru klasy 0

WarianWariantt

Typ szynyTyp szyny Rodzaj Rodzaj podkpodkłładadóóww

Maksymalny Maksymalny rozstaw rozstaw

podkpodkłładadóów w [m][m]

Rodzaj Rodzaj przytwierprzytwier--

dzeniadzenia

Minimalna Minimalna grubogrubośćść

podsypki podpodsypki podpodkpodkłłademadem

[m][m]1 2 3 4 5 6

0.1 noweUIC60 dla v>200 km/h

PS-93PS-94

0,60 SB 0,35

0.2 noweUIC60 dlav>200 km/h

I/B, II/Btwarde

0,60 Skltypu K

0,30