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]
Đường ray hay đường rầy là thành phần cơ bản trong giao thông đường sắt. Đường ray cùng với bộ phận chuyển ray dẫn hướng cho tàu hoả hay xe điện di chuyển mà không cần lái. Tuyến đường ray gồm 2 ray song song với nhau đặt trên các thanh ngang gọi là tà vẹt, tà vẹt được đặt trên lớp đá dăm gọi là đá ba lát.
Vì sao bên dưới đường ray xe lửa phải rải đá?
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.
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...
Tại sao khi đặt đường ray xe lửa người ta phải để một khe hở?
Khi đặt đường ray xe lửa người ta phải để một khe hở ở chỗ tiếp giáp giữa hai thanh ray vì khi tàu chạy có ma sát làm tăng nhiệt độ của đường ray, khi đó đường ray dãn nở ra. Nếu không để khoảng cách đó thì ray có thể bị cong hoặc bị uốn vồng lên, tàu hoả đi qua có thể trật khỏi đường ray
Khi đi xe đạp trên đường trải nhựa phẳng bạn sẽ cảm thấy thoải mái, còn khi đi xe đạp trên đường đất đá gồ ghề khấp khểnh bạn sẽ cảm thấy mệt, vì sao lại như vậy?
Khi lốp xe đạp được bơm căng, ngồi lên xe sẽ cảm thấy thoải mái, khi lốp non hơi đạp xe sẽ tốn sức, đó là vì sao?
Thì ra đó là do vấn đề sức cản lăn. Đường nhựa phẳng lì và lốp xe đạp bơm căng thì sức cản lăn nhỏ, người ngồi trên xe đạp cảm thấy dễ chịu. Vì vậy giảm sức cản lăn là một quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận chuyển.
Những tàu hỏa đầu tiên là những xe bánh gỗ chạy trên đường ray gỗ do ngựa kéo, sức cản lăn rất lớn. Sau đó, từng bước cải tiến phát triển, cho đến cách đây hơn 100 năm, khi phát minh ra máy hơi nước thì bánh xe và đường ray mới được chế tạo bằng thép, do vậy mới giảm được sức cản lăn rất nhiều.
Theo thực nghiệm một ô tô tải nếu đỗ trên mặt đường đá vụn cần có 15 người mới đẩy nó đi được, nhưng nếu một toa tàu hỏa có cùng trọng lượng đỗ trên đường ray thép thì chỉ cần 2 người là có thể đấy nó tiến lên được. Sức cản lăn của xe và tàu hỏa chênh nhau 7,5 lần. Và như thế bất kể xét từ mặt tiết kiệm nhiên liệu hoặc nâng cao hiệu suất vận hành, sự chênh lệch giữa xe và tàu hỏa cũng rất rõ rệt. Đó là một trong những nguyên nhân chủ yếu khiến tàu hỏa rất nặng, nếu tàu hỏa trực tiếp chạy trên đường đá hoặc đường xi măng thì mặt đường sẽ xảy ra hiện tượng lõm xuống dưới. Dùng ray thép và tà vẹt có thể tránh được tình trạng đó.
Ngoài ra, còn một lí do khác, đó là, giữa hai thanh ray của đường sắt có khoảng cách nhất định, gọi là chiều rộng đường ray, nó thích hợp với khoảng cách của hai bánh cùng trục hai bên có gờ. Như vậy thông qua quan hệ giữa bánh và đường ray, tàu hỏa có thể chạy theo hướng của hai đường ray, và đó cũng là một lý do nữa đòi hỏi tàu hỏa phải chạy trên đường ray.