Nhưng thực tế 2 thanh đường ray của đường sắt ở việt nam lại mòn như nhau, tại sao vậy?

Đường ray đang được bảo trì, trải thêm đá - Ảnh: Cooma Monaro Railway

Đường ray là một yếu tố cơ bản trong vận tải đường sắt, giúp định hướng cho tàu hỏa chạy mà không cần quan tâm nhiều đến việc bẻ lái như các phương tiện giao thông khác. 

Một tuyến đường ray gồm 2 đường chạy song song với nhau đặt trên các thanh ngang gọi là tà vẹt.

Thanh tà vẹt có vai trò cố định đường ray, đồng thời làm nhiệm vụ truyền áp lực từ ray xuống mặt đất bên dưới. Tà vẹt lại được đặt trên một lớp đá dăm. Vì sao?

"Vệ sĩ" cho tà vẹt

Khi một đoàn tàu đi qua, đường ray sẽ chịu một áp lực rất lớn vì các đoàn tàu có thể có tổng khối lượng lên đến hàng chục ngàn tấn.

Do đó, nhằm đảm bảo áp lực được truyền đều xuống bên dưới mà vẫn giữ cho đường ray ổn định dưới tải trọng của tàu đang chạy, cần có lớp đá dằn để hỗ trợ thêm cho tà vẹt.

Một đợt bảo trì lớp đá ba lát đường ray - Nguồn: Youtube

Ngoài ra, lớp đá này được trải bên dưới và xung quanh tà vẹt tạo nên một lực ma sát, góp phần cố định những thanh tà vẹt khi có tàu chạy qua.

Nếu không có lớp đá này mà nền đường ray là đất, khi đoàn tàu có khối lượng lớn chạy qua, rất có thể đường ray bị biến dạng hay sụt lún, gây nguy cơ lật tàu.

Lớp đá dăm này còn giúp thoát nước. Khi mưa, nước mưa sẽ dễ dàng chảy qua các khe giữa những viên đá thoát ra ngoài, hạn chế lượng nước tồn đọng trên đường ray và góp phần bảo vệ đất bên dưới.

Lớp đá dăm cũng giúp hạn chế thực vật phát triển xung quanh đường ray - điều khiến lớp đất dưới đường ray trở nên yếu hơn...

Tuy nhiên ở nhiều nơi, người dân vẫn chưa biết được vai trò của lớp đá này, nhiều người đã đem đá về dùng cho các sinh hoạt riêng của gia đình.

Thường xuyên được bảo trì

Lớp đá trải đường ray có tên gọi là đá ba lát [tiếng Anh: ballast], bắt nguồn từ việc chúng được dùng để dằn những con thuyền buồm.

Độ dày của các lớp đá ba lát tùy thuộc vào kích thước của tà vẹt và khoảng cách giữa các thanh tà vẹt, cũng như số chuyến tàu chạy trên đường ray. 

Thường độ dày của lớp đá ba lát đường ray không nhỏ hơn 150mm, trong khi những đường ray cao tốc thậm chí có thể cần lớp đá lên đến 500mm.

Lượng đá không đủ dày có thể gây quá tải cho lớp đất bên dưới khiến đường ray bị cong hay lún xuống đất. Còn lớp đá dưới 300mm có thể gây rung lắc tiềm ẩn nguy cơ làm hư hại đến nhà cửa hay công trình xây dựng gần đó.

Do lớp đá ba lát đóng vai trò rất quan trọng trong vận hành hệ thống đường sắt, ở hầu hết các nước trên thế giới, các lớp đá này thường xuyên được bảo trì.

Trong nhiều trường hợp, chúng có thể được làm mới hay thay mới bằng nhiều phương pháp như dùng chân tay, máy móc chuyên dụng hay thông qua công nghệ sinh học.

TRỌNG NHÂN [Nguồn kham khảo: The Independent, Science ABC]

Hẳn không ít người trong chúng ta thắc mắc tại sao đường ray xe lửa lại luôn có một lớp đá dăm trải đều bên dưới đường ray. Thiết kế đường ray như đã biết gồm 2 thanh ray được đặt song song nhau và được gắn cố định trên các thanh tà vẹt [Traverse] và tất cả đều được đặt trên một lớp đá ba lát [ballast]. Lớp đá này quan trọng như thế nào và tại sao phải có?

Một lớp đá dằn được dải dọc theo đường ray xe lửa.

Thuật ngữ ba lát [ballast] kì thực bắt nguồn từ việc sử dụng đá để dằn những con thuyền buồm và chức năng của nó trên đường ray cũng tương tự. Khi một đoàn tàu đi qua, đường ray sẽ chịu ứng suất lực rất lớn. Cần lưu ý rằng 99% thời gian đường ray chỉ nằm im không chịu áp lực nhưng 1% thời gian còn lại là lúc nó phải "cõng" cả một đoàn tàu. Thử lấy ví dụ như đoàn tàu chở quặng sắt của BHP Iron Ore tại miền Tây nước Úc, nó dài 7,353 km, gồm 682 toa trần, 8 đầu máy GE AC6000 và nặng đến gần 100.000 tấn với 82.262 tấn quặng và đây cũng là đoàn tàu dài nhất và nặng nhất thế giới theo sách kỷ lục Guinness. Thanh tà vẹt bên dưới giúp cố định đường ray tạo nên khổ ray đồng thời có chức năng truyền áp lực từ ray xuống mặt đất bên dưới. Để đảm bảo áp lực được truyền đều xuống bên dưới trong khi vẫn giữ cho đường ray ổn định dưới tải trọng động của một con tàu đang chạy, các thanh tà vẹt được đặt trên một lớp đá dằn. Thêm vào đó, đường ray thường nằm lộ thiên vì vậy chúng phải đối mặt với các yếu tố thời tiết như co giãn nhiệt, chuyển động của mặt đất, địa chấn, mưa và nhiều yếu tố thiên nhiên khác như cỏ dại, cây dại mọc lên từ bên dưới.

Từ 200 năm trước, các kỹ sư ngành đường sắt đã bắt đầu sử dụng nhiều vật liệu nhằm giải quyết tất cả vấn đề vừa nêu. Trước đây xỉ sắt và than vụn đã từng được dùng làm lớp nền cho đường ray. Tuy nhiên, kể từ những năm 1840 thì đá ba lát đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi và trở thành một yếu tố tối quan trọng trong cấu trúc đường ray. Đá ba lát là những viên đá nghiền có kích thước dưới 40 mm. Chúng được rải dưới và xung quanh tà vẹt và sở hữu một đặc tính gọi là "nội ma sát của tập hợp đá". Nội ma sát này phụ thuộc vào cách sắp đặt, hình dạng và kích thước của một tập hợp những viên đá nhỏ. Những loại đá cứng thường được dùng là đá granite, thạch anh, đá trap, v.v... Nếu những loại đá này không có, người ta có thể sử dụng đá cát kết, đá vôi. Nội ma sát này quan trọng như thế nào? Để dễ hình dung, bạn hãy nghĩ tới một đụn cát và một đống đá với độ cao như nhau. Nếu bạn dùng tay đẩy đụn cát đi, bạn sẽ thấy nó dễ dàng di chuyển. Ngược lại, nếu bạn dùng tay đẩy đống đá đi, bạn sẽ cảm nhận được lực cản. Thật không dễ dàng để di chuyển đống đá và thậm chí nó vẫn trơ trơ cho dù bạn cố hết sức. Tương tự khi bạn đứng trên đụn cát, nó dễ dàng bị bẹp xuống và khi bạn đứng lên đống đá, nó vẫn không hề suy suyễn. Đây chính là nội ma sát.

Với đặc tính trên, đá ba lát mang lại một nền tảng hỗ trợ, giúp tăng độ cứng, độ bền và độ linh hoạt cho đường ray khi có tàu đi qua. Ngoài ra, đá ba lát còn giúp dẫn nước mưa và tuyết ra khỏi đường ray, ngăn sự xuất hiện của nước trên bề mặt, ngăn cỏ, cây dại mọc trên đường ray, tăng tính đàn hồi cho đường ray trước tác động nhiệt.

Đá ba lát có độ cứng bền và khả năng linh hoạt cao.

Trong quá trình xây dựng, độ dày của lớp đá ba lát phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách giữa 2 ray [khổ ray], lưu lượng tàu lưu thông trên tuyến đường và nhiều yếu tố khác. Tuy nhiên, lớp đá ba lát không được mỏng hơn 150 mm và các đường ray dành cho tàu cao tốc có thể yêu cầu lớp đá dày đến nửa mét. Nếu lớp đá không đủ dày gây quá tải cho lớp đất bên dưới, trường hợp tệ nhất là đường ray sẽ bị chìm. Lớp đá ba lát thường nằm trên một lớp ba lát phụ [sub-ballast] [hình trên]. Lớp đá này đóng vai trò ngăn nước và hỗ trợ cho cấu trúc đường ray phía trên. Nếu đường ray không có lớp dằn phụ, ray và tà vẹt có thể bị ngập ngước, hư hỏng và dẫn đến tai nạn cho tàu.

Đóng vai trò rất quan trọng, lớp đá ba lát đường ray thường xuyên được bảo trì. Nếu lớp đá này bị bẩn, hiệu quả thoát nước sẽ giảm đi khiến rác, cặn bẩn bị hút từ lớp dằn phụ lên trên khiến lớp đá này càng bẩn hơn. Vì vậy, lớp đá ba lát luôn cần được giữ sạch, dầm chắc hoặc thay mới bằng nhiều phương pháp xử lý như sinh học, bằng lao động hoặc dùng các máy móc chuyên dụng.

Hình ảnh đường sắt không cần dùng đá ba lát.

Trước sự tàn phá của thiên nhiên, con người và sự hao mòn trong quá trình sử dụng, công tác bảo trì lớp đá ba lát tiêu tốn rất nhiều nhân lực, chi phí và thời gian. Vì vậy, ngành công nghiệp đường sắt cũng đã phát triển và áp dụng những loại đường sắt không cần dùng đá ba lát [ballastless track]. Thay vì sử dụng lớp đá ba lát trợ lực, người ta dùng các phiến bê tông đặt liên tiếp nhau và đường ray được đặt trực tiếp lên mặt trên của phiến bê tông. Tuy nhiên, do chi phí ban đầu cao hơn và mất nhiều thời gian để thay thế trên các tuyến đường sắt sẵn có, loại đường ray không dùng đá ba lát thường được dành cho các tuyến đường sắt cao tốc hoặc vận tải nặng.

PV [Theo Tinh Tế]

Đã bao giờ bạn tự hỏi, vì sao đường ray tàu hỏa truyền thống luôn được rải những viên đá nhỏ?

Đường ray được thiết kế gồm có 2 thanh đường ray đặt song song với nhau, và 1 thanh ngang [thanh tà vẹt] để cố định hai đường ray đó, giúp đường ray luôn có một chiều rộng cố định, thanh tà vẹt thường được làm từ gỗ hoặc bê tông. Và tất cả sẽ được phủ một lớp đá lên trên, đá này gọi là đá ba lát [ballast]. Vậy cụ thể những viên đá trên là đá gì, và có tác dụng thế nào ?

Theo ScienceABC, không đơn giản là loại đá nào cũng được. Đá dành riêng cho đường ray không được là đá mịn, đá hình tròn, trơn, vì chúng sẽ bị trượt và lăn ra khỏi đường ray khi tàu chạy ngang qua. Đá dành cho đường ray tàu hỏa là đá dăm, có kích thước khoảng dưới 40mm, với hình thù nhiều cạnh sắc, giúp cho nó cố định vị trí tốt hơn.

Việc sử dụng đá dăm có vai trò hết sức quan trọng cho đường ray. Thực tế, 99% thời gian đường ray sẽ không chịu lực, nhưng 1% còn lại nó sẽ phải cõng nguyên một đoàn tàu nặng hàng ngàn tấn. Thanh tà vẹt sẽ giúp cho các đường ray cố định vị trí khi tàu đi ngang qua, đồng thời truyền lực ép của đoàn tàu xuống dưới đất.

Để đảm bảo áp lực được truyền đều xuống bên dưới trong khi vẫn giữ cho đường ray ổn định dưới tải trọng động của một con tàu đang chạy, các thanh tà vẹt được đặt trên một lớp đá dăm. Thêm vào đó, đường ray thường nằm lộ thiên vì vậy chúng phải đối mặt với các yếu tố thời tiết như co giãn nhiệt, chuyển động của mặt đất, địa chấn, mưa và nhiều yếu tố thiên nhiên khác như cỏ dại, cây dại mọc lên từ bên dưới.

Đá dăm sẽ giúp khắc phục các vấn đề trên, nó sẽ giúp hấp thụ nhiệt tốt hơn, giảm nhiệt cho đường ray. Các lớp đá sẽ ngăn chặn các cây dại mọc từ dưới đất lên, đồng thời sẽ giúp thoát nước tốt hơn khi đường ray ngập nước, ảnh hưởng đến độ an toàn của đường ray.

Vậy tại sao lại không sử dụng các viên sỏi tròn mịn mà phải là đá dăm nhiều cạnh? Bạn hãy thử hình dung một đống cát và một đống đá dăm, bạn hoàn toàn có thể dùng tay đẩy đống cát đi dễ dàng, nhưng với đống đá dăm, hầu như không thể. Tính chất đó có được do "nội ma sát của tập hợp đá", nó giúp đường ray được cố định, giảm tải tốt hơn.

Tuy nhiên, một vấn đề khác xảy ra, đó là đá dăm rất dễ bẩn. Và nếu đá dăm bẩn thì ảnh hưởng lớn đến việc thoát nước, từ đó dẫn đến đường ray bị ngâm nước và dễ hư hỏng. Nên việc vệ sinh đá dăm cũng là một việc quan trọng.

Trước sự tàn phá của thiên nhiên, con người và sự hao mòn trong quá trình sử dụng, công tác bảo trì lớp đá ba lát tiêu tốn rất nhiều nhân lực, chi phí và thời gian. Vì vậy, ngành công nghiệp đường sắt cũng đã phát triển và áp dụng những loại đường sắt không cần dùng đá ba lát [ballastless track]. Thay vì sử dụng lớp đá ba lát trợ lực, người ta dùng các phiến bê tông đặt liên tiếp nhau và đường ray được đặt trực tiếp lên mặt trên của phiến bê tông.

Tuy nhiên, do chi phí ban đầu cao hơn và mất nhiều thời gian để thay thế trên các tuyến đường sắt sẵn có, loại đường ray không dùng đá ba lát thường được dành cho các tuyến đường sắt cao tốc hoặc vận tải nặng.

V.Cường [tổng hợp]