Vì sao cần phải trải đá trên đường ray xe lửa?

Hẳn không ít người trong chúng ta từng thắc mắc tại sao đường ray xe lửa lại luôn có một lớp đá dăm trải đều bên dưới. Lớp đá này quan trọng như thế nào và tại sao phải có nó?

Ở hầu hết các nước trên thế giới, các lớp đá này thường xuyên được bảo trì. (Ảnh: pixabay.com)

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.

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. Lớp đá này 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.

Nội ma sát này quan trọng như thế nào? Để dễ hình dung, hãy nghĩ tới một đụn cát và một đống đá với độ cao như nhau. Nếu dùng tay đẩy đụn cát đi, bạn sẽ thấy nó dễ dàng di chuyển. Ngược lại, nếu 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.

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 quan trọng của lớp đá này, nhiều người đã đem đá về dùng cho các sinh hoạt riêng của gia đình.

Thường xuyên được bảo trì

Đường ray đang được bảo trì, trải thêm đá. (Ảnh: plasseramerican.com).

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.

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, cáu 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.

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).

Hình ảnh đường sắt không cần dùng đá ba-lát. (Ảnh: en.wikipedia.org)

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.

-ST-