27

Cap. 2. CONSTRUCŢIA CĂILOR FERATE

2.1. Elementele componente ale căii ferate

Calea ferată (calea) este formată din ansamblul instalaţiilor, clădirilor şi

amenajărilor destinate asigurării unei activităţi feroviare normale.

Rolul căilor ferate este după cum urmează:

- regulator al vieţii economice având influentă asupra tuturor sectoarelor de

producţie;

- asigură răspândirea cu uşurinţă a bunurilor de larg consum şi materialelor;

- asigură legătura dintre industrie şi zonele de extracţie / producţie a

materiilor prime aferente.

În sensul celor menţionate anterior, calea ferată poate fi definită ca

întreprindere tehnico-industrială producătoare de bunuri (tone nete transportate).

Pentru a fi construită, o cale ferată necesită executarea unei platforme pe

care să se aşeze calea. Platforma de pământ a căii obţinută la cotele din proiect

se numeşte terasament.

În cadrul profilului transversal, fâşia de teren ocupată efectiv de calea de

comunicaţie se numeşte ampriză. De o parte şi de alta amprizei se prevăd două

zone laterale (zone de siguranţă) folosite pentru întreţinerea căii, amplasarea

instalaţiilor de semnalizare, a unor plantaţii de protecţie. Zonele pot fi folosite

pentru circulaţia pietonală sau chiar pentru eventuala lărgire viitoare a căii, dacă

sunt nivelate şi amenajate corespunzător.

Terasamentul căii poate fi executat în umplutură (rambleu) la trecerea unei

28

văi, sau în săpătură (debleu) la trecerea unei creste de deal. Pe coaste de deal sau

de munte, profilul căii poate fi mixt (fig.2.1).

Linia, pozată pe platformă, este elementul care susţine direct circulaţia

materialului rulant. Este formată din două şine metalice care păstrează între ele o

distanţă constantă numită ecartament.

Şinele se fixează pe grinzi din lemn sau beton, numite traverse.

Fig. 2.1. Platforma căii în profil mixt.

Între ele, şinele se prind cu platbande (eclise) strânse în şuruburi; punctele

de prindere dintre şine se numesc joante.

Distanţa dintre două joante se numeşte panou. Lungimea panoului depinde

de lungimea de fabricaţie a şinei, ex. 12, 15, 30 m.

Şinele se fixează pe traverse cu tirfoane sau crampoane prin intermediul

unor plăci care se aşează între şină şi traversă.

Traversele se înglobează în stratul (prismul) de balast care se sprijină pe o

platformă de pământ. Balastul rol de repartizare uniformă, pe suprafaţa

platformei, a încărcărilor transmise de materialul rulant prin intermediul şinelor

şi traverselor. Şinele aşezate cap la cap formează firele (două) căii.

Traseul este drumul deschis de linie între două puncte oarecare.

29

Variantele de traseu sunt trasee care leagă două puncte comune.

Denumirea material mărunt de cale include: şine, piese de legătură de la

joante şi piese de fixare în traverse.

Suprastructura căii este ansamblul constructiv aflat deasupra platformei,

fiind alcătuit din cele două şine, traversele şi prisma de balast.

Infrastructura căii cuprinde toate elementele aflate de la suprafaţa

platformei, în jos, adică terasamentele căii (deblee şi ramblee) şi lucrările de

artă: tuneluri, poduri, viaducte, ziduri de sprijin, etc.

Pentru o bună exploatare, calea ferată include şi alte construcţii şi instalaţii

anexe: staţii, noduri şi triaje, clădiri şi instalaţii.

Staţiile sunt puncte intermediare ale unui traseu de cale ferată. Trenurile se

pot încrucişa ( la linie simplă), se por depăşi sau pot fi garate (pentru încărcare-

descărcare).

Notă: În raport cu poziţia liniilor fată de staţii se deosebesc:

- linii curente aflate între staţii;

- linii directe aflate în staţii prin prelungirea liniilor curente;

- linii de garare, definite ca fiind restul liniilor din staţii.

Nodurile de cale ferată sunt staţii mai mari unde se întretaie sau se ramifică

trei, patru sau mai multe direcţii. Se pot forma trenuri pentru direcţii secundare.

Triajele sunt grupări de linii unde se primesc trenurile de marfă, se împart

pe direcţii (se triază) şi se expediază. Sunt aşezate pe lângă staţii şi în general,

lângă nodurile de cale ferată.

Clădirile deservesc staţiile, nodurile şi linia curentă de circulaţie; alte

clădiri sunt cabinele de centralizare şi cabinele de acari, depouri cu instalaţiile

aferente.

În lungul căii, în linie curentă, se află cantoanele pentru personalul de

întreţinere şi revizie.

30

2.2. Elemente de proiectare a căii ferate

2.2.1. Studiul pe hartă

Înainte de începerea construirii unei căi ferate între două localităţi, se face

un studiu preliminar pe hartă la scara :100 000 sau 1:75 0000 sau, în cazuri

speciale, pe hărţi la scara 1:20 000 numite şi planuri directoare.

Este necesar ca traseul ales să satisfacă toate problemele mai importante de

configuraţie a terenului, ca: traversări de râuri, văi, dealuri, etc. În desfăşurarea

traseului se are în vedere faptul că declivitatea nu poate fi continuă (rampă de 16

000 / ), ci, din loc în loc, trebuie să intervină şi câte o porţiune orizontală sau

rampe sub 3% care să permită locomotivei o mărire a vitezei.

Declivitatea (fig.2.2.) se măsoară la linii prin raportul dintre lungimea linei

care urcă sau coboară )(l şi distanţa corespunzătoare )(h , folosind relaţia

nhhitg ==α .

Fig.2.2 Calculul declivităţilor

Instrucţiile tehnice de cale ferată (RET) recomandă valorile pentru linii: de

şes, max. 4 000 / ; de deal, max. 15 00

0 / ; de munte, max. 30 000 / .

2.2.2. Caracteristicile tehnice ale unui traseu

Caracteristicile principale care intervin în studiile şi proiectarea topografică

a unui traseu de cale ferată sunt:

- Lungimea liniei care depinde de distanţa dintre localităţi şi diferenţa de

nivel dintre ele, dezvoltările traseului pentru evitarea obstacolelor sau pentru

deservirea unor centre intermediare economice – industriale.

31

- Profilul transversal al căii, care, în funcţie de trafic are diferenţiere la

cale îngustă / normală, simplă /dublă.

- Întocmirea variantelor de traseu cu evidenţierea: lungimii, pantei,

lucrărilor de artă necesare, ş.a.

- Criteriile de bază la alegerea traseului definitiv sunt: lungimea de

construcţie, lungimea de exploatare, costul de construcţie, cheltuielile de

exploatare, siguranţa liniei, timpul de execuţie şi scheme şi tablouri

comparative, ca de exemplu tabloul comparativ între lungimi, cantităţi şi cost,

profil schematic în lung comparativ cu precizarea caracteristicilor tehnice ale

fiecărui traseu.

2.3. Infrastructura

Infrastructura cuprinde terasamentul căii şi lucrările de artă executate în

terasamente deasupra sau sub el:

- pentru traversarea apelor (tuburi, poduri, radiere, sifoane) şi a diferitelor

tipuri de drumuri (şosele, autostrăzi) sau a altor căi ferate.

- tunele construite pentru trecerea liniei ferate pe sub nivelul terenului

natural şi care înlocuiesc tăieturile sau debleele greu de executat;

- viaductele construite pentru trecerea liniei ferate deasupra terenului

natural pentru evitarea rambleelor mari şi costisitoare.

2.3.1. Terasamente

Tipul cel mai răspândit de infrastructură îl formează terasamentele alcătuite

din pământuri şi roci naturale.

Totalitatea construcţiilor de tipul: ramblee, deblee, semideblee,

semiramblee, semiramblee-semideblee destinate construcţiei căii ferate se

numesc terasamente.

Rolul terasamentelor:

- permit aşezarea directă a şinelor;

- asigură circulaţia fără pericol a trenurilor cu tonajul cerut şi cu viteza de

32

circulaţie maximă stabilită (în orice punct al profilului longitudinal al căii, cu

sarcina maximă stabilită pe diferitele osii ale materialului rulant).

Pentru îndeplinirea rolului, platforma căii ferate are o serie de construcţii

anexe: adaosuri la ramblee, construcţii pentru îndepărtarea apelor, consolidări de

taluzuri, ziduri de sprijin care susţin baza platformei pe coaste, apărări contra

acţiunii vântului, afuierii.

Defectele platformei conduc la: întreruperea provizorie a circulaţiei

terenurilor; înfiinţarea de restricţii de viteză (viteză redusă) de circulaţie; avarii,

deraieri.

Condiţiile de proiectare, execuţie, întreţinere şi reparare a terasamentelor

sunt: durabilitate, stabilitate la acţiunea apei, vântului, variaţiilor de temperatură,

rezistenţă şi stabilitate la încărcări statice şi dinamice provenite din circulaţia

materialului rulant; posibilităţi de reducere a costurilor de construcţie,

exploatare, întreţinere şi reparaţii.

Caracteristicile geometrice ale terasamentelor

A. Profilul longitudinal

Întrucât declivitatea terenului natural nu este constantă, iar materialul care o

alcătuieşte nu îndeplineşte în totalitate calitatea impusă, suprastructura nu se

poate aşeza direct pe direct pe terenul natural, ci pe o platformă. Platforma

superioară a terasamentelor este cunoscută şi sub denumirea de platforma

principală a terasamentelor.

Locul geometric al punctelor mijlocii ale platformei principale a

terasamentului formează axa longitudinală a terasamentului căii. Axa căii este

locul geometric al punctelor ce unesc mijloacele distanţelor dintre firele şinelor.

Axa terasamentelor nu coincide întotdeauna cu axa căii.

În cazul liniei duble, axa terasamentului nu coincide cu nici una din axele

ambelor căi. În general, profilul longitudinal (fig. 2.3) se referă la axa liniei

directe pe care trec trenurile directe (fără oprire).

33

Sunt uşor de folosit profilele longitudinale detaliate la scara 1:10 000 pentru

distanţe orizontale şi 1:1 000 pentru cote.

Pentru modernizarea căilor existente, de exemplu pentru atenuarea

declivităţilor, este indicată folosirea profilelor longitudinale mărite.

Pentru asigurarea condiţiilor impuse de exploatarea şi întreţinerea căii

ferate este necesar ca declivităţile liniei să nu depăşească valorile maxime

prescrise în aliniament 12≤ 0/00, iar distanţa dintre două puncte de trecere la

declivităţi diferite să fie multiplu întreg al lungimii pentru materialul rulant.

Fig.2.3 Profil longitudinal

B. Profilul transversal

Tipurile de profile transversale uzual întâlnite, STAS 4066-53, sunt:

Fig.2.4 Profil transversal în rambleu

34

Fig.2.5. Profil transversal în debleu

Fig.2.6 Profil transversal în semirambleu

Fig. 2.7.Profil transversal în semidebleu

Fig. 2.8 Profil transversal în semirambleu - semidebleu

Fig. 2.9. Profil transversal în semitunel

35

Fig.2.10 Profil transversal în locuri de trecere (puncte fictive)Q

Profilele transversale ale terasamentelor sunt de tip normal şi de tip special

(individual).

Profilele tip se recomandă pentru terenuri obişnuite; sunt verificate în

exploatare, nu reclamă studii şi calcule; au extindere generală.

Profilele speciale au specific bine determinat (ex. deblee mici, cu adâncime

de până la 2 m în zone expuse înzăpezirilor (deblee deschise). Se folosesc în

regiuni stâncoase, în care, în unele zone sunt expuse îngheţului permanent. Se

execută în zone de coaste de deal cu înclinări mai mari de ¼ sau nestabile; în

zone de ramblee expuse spălărilor sau afuierilor; în zone de ramblee pe terenuri

slabe sau în mlaştini şi sunt indicate la execuţia rambleelor executate

hidromecanizat.

B.1. Profile transversale ale rambleelor

Conturul terasamentelor şi al tuturor amenajărilor din zona de delimitare se

execută astfel încât apa sa nu ajungă la terasamente, iar cea căzută să se scurgă

cât mai repede şi mai departe. Din acest motiv, în profilul transversal, platforma

căii se execută cu taluz pe ambele părţi ale căii. Fig. 2.11 prezintă informativ

profilul transversal al rambleelor în cazul liniei ce urmează a fi dublată.

Fig. 2.11 Elemente constructive ale profilului transversal în rambleu

36

Declivităţile transversale se execută de 2...4 0/00, iar cele longitudinale de

minim 20/00 (3...4 0/00).

Partea de terasament pe care se aşează suprastructura căii se numeşte

platforma căii.

Părţile libere ale stratului de balast se numesc banchete. Lăţimea

banchetelor platformei căii este de minim 40 cm şi în mod excepţional de 20 cm.

Liniile de intersecţie ale platformei cu taluzele se numesc muchiile

platformei.

Lăţimea „a” a platformei este:

- pentru linii simple 5,5 m; 5,1 m în terenuri stâncoase;

- pentru linii duble 9,6 m; 9,1 m în terenuri stâncoase.

În curbe, este necesară supralărgirea platformei întrucât acestea reduc

puterea de remorcare a locomotivelor. Curbele de anumite raze primesc un spor

de ecartament denumit supralărgire.

Supralărgirea platformei în zona curbelor este efectul supraînălţării şinei

exterioare care se realizează prin sporirea înălţimii (grosimii) stratului de balast

de la capătul exterior al traversei.

Pentru ca să fie asigurată şi lăţimea banchetei, platforma se execută mai

largă decât în aliniament executând supralărgiri spre exteriorul curbei.

În România, pentru linii cu ecartament de 1435 mm, se admit supralărgirile

specificate în tabelul 2.1.: Tabel 2.1

Raza curbei (R)[m]

Supralărgirea (s) [mm]

R > 200 25 200 < R < 250 20 250 < R < 300 15 300 < R < 400 10 400 < R < 500 5

Toleranţele admise pentru supralărgirea liniei în curbă sunt identice cu cele

din aliniament +10 mm şi – 3 mm.

37

Supralărgirea se dă prin deplasarea firului interior al curbelor; se aplică pe

întreaga lungime a curbei circulare; se pierde în aliniament pe distanţa cel puţin

egale cu 1000 ori valoarea supralărgirii.

La curbele parabolice pierderea supralărgirii se face pe lungimea racordării.

Pentru două curbe vecine în acelaşi sens, distanţă dintre cele două puncte de

unde începe pierderea supralărgirii este de minim 30 m. În caz contrar se trece

direct de la o supralărgire la alta.

Pentru curbe în mâner de coş, pierderea supralărgirii se face pe cuprinsul

curbei cu rază mai mare.

Pentru linii duble, la curbe se execută supralărgiri suplimentare cu scopul

ca lumina (spaţiul liber) dintre vehiculele vecine să fie minim „c”.

Gabarite

Noţiunea se referă la: gabaritul de liberă trecere; gabaritul materialului

rulant; gabarit de încărcare (pentru marfă); gabarit de construcţie (pentru lucrări

de artă); gabarit pentru liniile electrice (necesară sporirea spaţiului la partea

superioară faţă de gabaritul normal de liberă trecere).

În acelaşi context se menţionează că:

- Distanţa dintre axele a două linii este de minim 4,1 m, cu sporire în curbe

(asp) în funcţie de rază. Exemple: R = 2000 m, asp = 130 mm; R = 200 m, asp =

530 mm (în condiţiile supraînălţării şinei exterioare faţă de cea interioară).

- Între liniile triple şi cvadruple distanţa dintre a doua şi a treia linie din

aliniament va fi de min. 5000 mm.

- În staţii:

- distanţa de la axa liniei extreme până la muchia terasamentului din

staţie trebuie să fie egală cu ½ din lăţimea platformei pentru linia simplă din

linia curentă;

- distanţa normală între axele liniilor vecine în aliniament este de min.

4750mm cu reducere la min. 4500 mm.

Faţă de un cheu de încărcare-descărcare cota şinei (la nivelul ciupercii

38

şinei) va fi cu 1120 mm mai mică.

Rolul banchetelor

- sporesc rezistenţa terasamentului;

- împiedică împrăştierea balastului pe taluzele terasamentului;

- servesc pentru instalarea semnalelor şi indicatoarelor de linie;

- permit execuţia lucrărilor de întreţinere a liniilor, circulaţia lucrătorilor şi

a personalului de serviciu.

Rampa supraînălţării

Supraînălţarea se aplică pe toată lungimea curbei circulare; pierderea

supraînălţării se face treptat, în afara capetelor curbei. Trecerea treptată de la

supraînălţarea 0 la supraînălţarea h în curbă formează rampa supraînălţării.

Forma platformei căii

Forma platformei trebuie să asigure o scurgere rapidă a apei. Forma optimă

este cea trapezoidală. În faza de execuţie, profilul este triunghiular (fig.2.12).

Fig. 2.12. Faza I-a Linia de şantier

Linia se aşează direct pe terasament (cocoaşă de măgar) – faza Ia - pe care

o deformează aducând-o la profil trapezoidal (faza II).

Fig. 2.13. Faza II-a Linia de exploatare

Taluzele rambleelor se execută cu înclinarea de 1:1,5.

Gropile de împrumut reprezintă zonele unde se sapă pentru obţinerea

pământului necesar realizării umpluturii (rambleului). Se execută în amontele

rambleului. Nu se execută gropi de împrumut în următoarele zone: clădiri,

39

pasaje de nivel, staţii.

Pentru terenurile cu declivităţi naturale mari, gropile de împrumut se

execută pe porţiuni separate. Porţiunile vecine ale două gropi de împrumut se

unesc printr-un şanţ executat în cascade (din trepte de 0,25...0,50 m) (fig.2.14).

Fig.2.14 Trepte la gropi de împrumut

Scurgerea apelor este dirijată astfel încât să fie evitată avarierea

terasamentului, construcţiilor vecine. Şanţurile de scurgere se construiesc în

concordanţă cu caracteristicile terenului, debitul de apă, viteza de scurgere

impusă (declivitate minimă 2 0/00).

B.2. Profile transversale ale debleelor

Fig. 2.15 Profil transversal în debleu

Şanţurile de scurgere au rol de colectarea apei de pe taluzele debleului şi de

pe platforma căii.

Se execută din argile, argile nisipoase, nisipuri argiloase şi au dimensiunile:

- adâncime minimă 60 cm;

- lăţimea la bază minim 40 cm;

- declivitate 2 0/00 (trebuie să fie egală cu declivitatea debleului);

- în punctele de separaţie a apelor, adâncimea poate fi redusă la 30 cm.

- taluzul şanţului de scurgere dinspre platforma căii, înclinare de 1:1,5.

40

Note:

Pentru terenuri nisipoase, datorită absorbţiei rapide a apei, se poate renunţa

la şanţurile de scurgere.

Distanţa din axul liniei extreme până la taluz, măsurată la nivelul tălpii

inferioare a traverselor trebuie să fie de minim 3,70 m.

Bancheta superioară are lăţimea de minim 5,0 m; pentru deblee executate

în terenuri slabe lăţimea este determinată cu relaţia (5+H), unde H este

adâncimea debleului.

Cavalierii sunt valuri de pământ aflate lateral banchetei superioare; se

execută din pământul suplimentar de la săparea debleului. Înălţimea unui

depozit este de maxim 3 m. Pentru deblee adânci, se pot executa cavalieri de

ambele părţi.

2.3.2. Măsuri de stabilizarea a terasamentelor căii

A. Regularizarea scurgerilor apei din precipitaţii de la suprafaţă

Apele de suprafaţă pot spăla suprafaţa terenului sau se pot infiltra. Măsurile

obişnuite de protecţie a terasamentelor sunt:

a. amenajarea terenului prin execuţia de şanţuri de colectare şi evacuare a

apei;

Vitezele de scurgere a apei şi prin lucrările de evacuare trebuie coordonate

cu condiţiile de rezistenţă la acţiunea de spălare a suprafeţei terenului şi a

învelişurilor speciale.

a.1. Însămânţarea cu iarbă pentru taluze care nu depăşesc 5 m şi înclinarea

este sub 1:1,5; se poate acoperi taluzul întâi cu un strat vegetal de cel puţin 10

cm grosime, iar suprafaţa se aranjează în teren (fig.2.16).

41

Fig.2.16 Însămânţare cu iarbă

a.2. Brăzduirea se face cu brazde vegetale de dimensiuni: 1,5...2,5 x 25...30

cm sau din bucăţi de brazdă de dimensiuni 20 x 25 cm...25 x 60 cm, grosime de

6 cm; înclinarea brazdelor este de 450, în ochiuri, protecţia pământului vegetal

contra spălării; brazdele se fixează de taluz cu ţăruşi de lungime 20...30 cm.

Fig. 2.17 Brăzduire. Vedere în plan şi secţiune

O altă variantă a brăzduirii este cea realizată în ochiuri formate din garduri

de nuiele (cleionaje). Reducerea vitezei de deplasare a apei pe suprafaţa

taluzului se face prin dispunerea unor „valuri mici contra spălărilor”

(fig.2.18).Valurile pot fi executate sub formă de garduri împletite din nuiele, cu

depunere de pământ în spatele lor.

Fig. 2.18 Cleionaje. Vedere în plan şi secţiune

a.3. Pereul simplu sau dublu este indicat la taluzuri supuse acţiunii continue

a apelor. Pot fi alcătuite din brazde de piatră naturală cu grosimea 15 cm, caroiaj

42

la 450, separate cu împletitură de nuiele legate între ele şi ancorate în taluz (70

cm) cu ţăruşi sau din dale de beton pe un strat de balast de min. 10 cm grosime.

Dacă apa se poate infiltra în spatele pereului, se execută un filtru invers

format din câte un strat de nisip şi de pietriş de min. 15 cm fiecare.

Pereul poate fi simplu sau zidit. În varianta simplă pietrele nu sunt legate

între ele; metoda poate fi folosită la taluzuri cu înclinarea maximă de 1:1,5.

În a doua variantă, se execută legarea pietrei naturale cu mortar de ciment.

Stabilitatea pereului este asigurată prin realizarea la bază a unui picior din

blocuri mari din piatră naturală – anrocamentele, care fac parte din corpul

terasamentelor (fig.2.19).

Fig.2.19. Variante de execuţie a pereului

a.4. Gabioanele sunt cutii metalice, prevăzute cu capace rabatabile

executate din plasă de sârmă şi umplute cu pietre (fig.2.20).

Fig.2.20 Gabion

Pentru curiile metalice se foloseşte tablă zincată Φ 2...6 mm. Din gabioane

se pot executa ziduri de sprijin pentru taluze. După 2-3 ani de utilizare, golul

dintre pietre se umple cu mâl adus de apa curgătoare, se monolitizează

ansamblul formând elemente de mare rezistenţă. În locul gabioanelor se pot

utiliza căsoaie de lemn umplute cu pietre.

43

a.5. Consolidări prin plantări de arbuşti sau arbori care rezistă la şocurile

valurilor şi apără terenul contra acţiunilor de spălare. În acest sens se aleg

arbuşti / arbori ale căror rădăcini consolidează solul (ex. salcia). Arbuştii se

plantează pe rânduri, cu o distanţă între rânduri de 0,5 m.

b. Măsuri contra infiltrării apei în terasament contra acţiunii de spălare a

apelor curgătoare se iau pentru terenuri având conţinut de loess, nisipuri fine,

nisipuri argiloase, atunci când infiltraţia apei conduce la deformarea

terasamentelor sau a terenurilor de la baza lor.

În condiţii obişnuite este suficientă brăzduirea suprafeţei aplanate a

taluzului. Cea mai bună soluţie este pereerea cu piatră pe un strat de muşchi de

turbă sau de paie, cu astuparea rosturilor cu pietricele mici, strat suport al

pereului este în acest caz din nisip gudronat sau pietriş neciuruit, extras din

carieră.

b.1. Măsuri de coborâre a nivelului sau captarea apelor subterane se

realizează folosind amenajări speciale de tipul drenurilor cu rol de interceptare

sau coborârea nivelului apelor subterane şi pentru colectarea şi evacuarea în

locuri din înainte stabilite.

Drenurile pot fi: izolate, grupuri (complex de drenuri izolate nelegate între

ele) şi reţele (complex de amenajări de drenaj, legate între ele.

După modul de amplasare şi executare a drenurilor se deosebesc:

- şanţuri descoperite - rigole

- fără tuburi - cu tuburi - tip tranşee - galerii

I. Drenuri orizontale acoperite

- galerii adânci - simple cu pomparea apei - etajate

- sonde II. Drenuri verticale puţuri absorbante - Puţuri verticale

III. Drenuri mixte (combinate) din drenuri orizontale şi verticale

44

Exemple:

Drenul închis colectează numai apele subterane; este necesară izolarea faţă

de acţiunea apelor de suprafaţă.

Fig. 2.21 Dren orizontal închis, de adâncime, fără tuburi

Umplutura drenului se face cu material granular : nisip (1...2 mm), pietriş

(2...4 mm).

Drenuri mixte

Fig. 2.22 Variante de drenuri mixte şi conductele aferente

45

2.3.3. Lucrări de amenajări de sprijinire, aplanarea terenului şi de

consolidare

a. Construcţia sprijinirilor este asigurată de contrabanchete (fig.2.23).

Fig.2.23 Contrabanchete

Materialul folosit pentru contrabanchete: piatră spartă, pietriş, nisip

permeabil, sau chiar materiale de rambleu.

b. Zidurile de sprijin pot fi realizate din: zidărie de blocuri de piatră

naturală tip uscat sau cu mortar de ciment, beton armat monolit sau prefabricat şi

din elemente de beton prefabricat asamblate prin post-comprimare.

(i) (ii)

Fig.2.24 Zid de sprijin a. din zidărie (uscată / cu mortar); b. din beton

(i) dren vertical 1- placă din beton; 2- argilă bătută; 3- dren vertical; 4-rigolă; 5- barbacană;

(ii) dren înclinat; 1- dren; 2- rigolă deschisă din beton

c. Contraforţii se execută de regulă din zidărie, cu blocuri din piatră

naturală (fig.2.25).

46

Fig. 2.25 Contraforţi din zidărie. Vedere şi secţiune

2.4. Suprastructura căii ferate

Elementele suprastructurii sunt: şinele cu material mărunt de cale, stratul

(prismul) de balast; dispozitivele contra fugirii şinelor; traverse specialele pentru

poduri (fig. 2.26).

Fig. 2.26 Suprastructura căii ferate 1. şină; 2- traversă; 3- prism de balast; 4- strat de repartiţie; 5- terasament

2.4.1. Şinele

Şinele servesc la susţinerea şi ghidarea materialului rulant (preiau

încărcările transmise de roţi şi le transmit traverselor).

Suprafaţa de rulare a ciupercii şinei nu se prelucrează special şi asigură o

bună aderenţă pentru roţile motoare ale locomotivei şi o rezistenţă moderată

pentru mişcarea restului de roţi. Secţiunea şinei este prezentată în fig.2.27 .

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească şina sunt: trebuie să aibă

suprafaţă aderentă; şina să fie rigid-elastică, dură-tenace. Condiţiile se contrazic

şi reprezintă dificultăţi în alegerea tipului optim de şină.

Stabilirea dimensiunii şinei se face din calcul tehnico-economică.

47

Fig. 2.27 Secţiune şină CF 1- ciuperca şinei; 2- inimă; 3- talpă;

4- suprafaţă de rulare; 5- faţă laterală; 6- umărul ciupercii şinei

Tipurile de şine sunt date în Tabelul 2.2. Tabel 2.2.

Tip şină Greutate /m [Kg]

H (înălţime profil)

[mm]

B (lăţime talpă inferioară)

[mm] R33 33 128 110 R38 38 135 114 R43 44 140 114 R50 51 152 132 R65 65 181 150

2.4.2. Materialul metalic mărunt de cale

Materialul metalic mărunt se compune din: eclise, plăci de suport, buloane

cu şaibe, crampoane, tirfoane.

a. Eclisele leagă şinele între ele într-un fir, cu ajutorul buloanelor cu şaibe

Zona de legătură între panouri se numeşte joantă (fig.2.28, fig.2.29).

Tipurile de eclise folosite sunt grupate în două categorii pentru joantele

şinelor până la tip 50 şi pentru joantele şinelor de tip 50, 65.

Pentru 1 km de cale realizată din panouri (şine de lungime 12,5 m) sunt

necesare 320 eclise.

Strângerea ecliselor la joante se face cu buloane de cale. Pentru a evita

jocul bulonului sub piuliţa lui se dispune o şaibă (inel) resort simplă sau dublă

din oţel călit (fig.2.30).

48

(a)

(b)

(c)

Fig.2.28 Tipuri de joante (a) pe traverse; (b) suspendate;

(c) pe traverse împerecheate

Fig.2.29 Profil şină fixat cu eclise cornier

Fig. 2.30 Inel resort simplu

b. Plăcile (oţel, grosime 4 mm) au rol de fixare a şinei de traversă,

asigurarea înclinării liniilor, păstrarea poziţiei şinelor, în special la curbe. Se

fixează de traversa de lemn sau beton precomprimat.

c. Crampoanele fixează şina de traversă (fig.2.31). Se introduc în găuri

efectuate anterior fixării. De obicei, au secţiune pătrată. Tipurile de crampoane

depind de tipul linei.

d. Tirfoanele se utilizează în locul crampoanelor, pentru schimbătorii de

cale (fig.2.32). Se strâng cu cheie specială şi nu se admite baterea lor cu

ciocanul.

Alt material mărunt îl reprezintă dispozitivele contra fugirii şinelor şi

contra deripării.

49

Fig. 2.31 Tipuri de crampoane Fig. 2.32 Tirfon

2.4.3.Traverse

Traversele au rol de preluare a încărcării transmise de şine, transmiterea

încărcării la stratul de balast şi de menţinere neschimbată a ecartamentului.

În România, materialele folosite la realizarea traverselor sunt lemnul şi

betonul precomprimat.

a. Traverse de lemn

Pentru dimensiuni ale ecartamentului de 1524; 1435 mm se folosesc

traverse cu lungimi de 2,7...2,8 m, iar pentru cale pe pod traverse de 3,2 m

(scurte) şi de 4,2 m (lungi).

Pentru traversele din lemn se menţionează următoarele avantaje:

- sunt elastice;

- au greutate suficientă pentru a menţine patul de balast îndesat sub ea;

- se prelucrează uşor;

- permit efectuarea simplă a burajului.

Esenţele de lemn folosite la realizarea traverselor sunt: stejar, gorun,

gârniţă, fag şi salcâm, iar cu acordul părţilor interesate şi din lemn de ulm.

Traversele se protejează prin impregnare cu: clorură de zinc, uleiuri distilate din

gudron de huilă, clorură mercurică, creozot de huilă.

Secţiunile de traverse din lemn utilizate la linii cu ecartament normal sunt

50

prezentate în fig. 2.33.

Fig. 2.33.Secţiuni traverse 21...25=a cm; 20...25=b cm;

13...15=h cm

Este necesară evitarea uzurii mecanice produse din exploatare care conduce

la strivire, crăpături ale secţiunii.

Pentru traversele tratate, durata de serviciu apreciată este de 15...18 ani.

Traversele pentru poduri de cale ferată au secţiune specială, pătrată sau

dreptunghiulară.

Aşezarea traverselor în cale se face după o anumită ordine (poza

traverselor) şi cu o distanţă bine determinată între ele (diagrama pozei traversei

– la fixare distanţă pe un panou de cale).

b. Traversele din beton precomprimat

Informativ, unele din caracteristicile traversei tip T din beton precomprimat

folosită în România sunt: lungime 2,5 m; lăţimea feţei superioare sub şină 145

mm; lăţimea tălpii sub şină 260 mm; grosimea traversei sub şină 197 mm;

greutate: 215/225 kg; beton marca B600; armătură din coarde de oţel 14 ( Φ3 3

mm), 10(3 mm7,3Φ ); 5,3...6,6 kg.

2.4.4. Balastul

Balastul formează stratul susţinător şi repartizator al încărcărilor primite de

la traverse, până la terasamentul propriu-zis, adică până la platforma căii, de la

care urmează infrastructura căii ferate. Prin rolul său, balastul formează o parte

importantă a suprastructurii căii, întrucât contribuie în mare măsură la rezistenţa,

51

durata şi siguranţa în exploatare a liniilor ferate.

a. Prisma de balast

Traversele de cale ferată sunt înglobate în balastul aşezat pe platforma

terasamentelor. Pentru liniile noi, au două părţi, substratul de balast şi balastul

propriu-zis.

Substratul de balast este partea prismei care se aşează direct pe platformă.

Dacă platforma căii este din beton şi zidărie sau dacă terasamentele sunt din

stâncă, piatră sau pietriş, nu se mai aşează substratul de balast.

Peste substrat, sau daca acesta nu există, direct pe platformă, se aşează

balastul propriu-zis.

Forma prismei de balast este arătată în fig. 2.34.

Fig.2.34 Prisma de balast la o cale simplă şi la o cale dublă

Dimensiunile importante ale prismei de balast sunt: lăţimea L a prismei de

balast la partea superioară, distanţa d de la şină la marginea prismei de balast,

grosimea a a balastului propriu-zis sub traversă în dreptul şinei măsurată acolo

unde are valoare minimă, grosimea b a substratului de balast în aceeaşi secţiune

şi înclinarea 1/n a taluzului prismei de balast faţă de orizontală.

Informativ se dau aceste valori în tabele 2.3, 2.4, 2.5 numai pentru

ecartament 1435 mm.

52

Tabel 2.3 Lăţimea prismei de balast

Categoria liniilor Felul liniei d

[m] L

[m] Curentă 0,80 3,20 Primiri şi expedieri din staţii 0,80 3,10 I Garare şi linii industriale categoria I 0,75 3,00 Curentă 0,80 3,10 Primiri şi expedieri din staţii 0,75 3,00 II Garare şi linii industriale categoria II 0,70 2,90

Tabel 2.4 Grosimea prismei de balast

Felul terasamentelor Beton, zidărie, piatră, pietriş, pământuri tari sau

tasate prin circulaţie

Strat sau substrat

Grosimea stratului de balast

Restul terasamentelor

strat 30 25 substrat - 10

Tabel 2.5 Înclinarea taluzului prismei de balast

Ecartament Materialul prismei de balast Înclinarea taluzului (1/n) Piatră spartă 1/1,25 ... 1/1,5

oricare Pietriş ciuruit, pietriş neciuruit, nisip, zgură

1/5... 1/2

Materiale cu rol de balast sunt: piatra spartă, pietrişul, nisipul, scoici, zgura.

Piatră spartă

- dimensiuni 25...70 mm (normală) 7...50 mm (deşeuri miniere) 7...25 mm (măruntă)

- se recomandă o granulozitate continuă - conţine roci rezistente (granit, bazal) sau sedimentare (gresie, calcar)

Pietriş

- de râu sau de concasare - conţinut în argilă < 15% din masa totală - granulozitate 3...60 mm - limitarea conţinutului de nisip la 20...50% max. - evitare pe cât posibil nisip cuarţos

La întreţinerea liniilor de cale ferată prin suflaj se folosesc criblură şi split

pentru linii ferate.

Tipul materialului utilizat ca balast influenţează modul de întreţinere a

liniei în exploatare sub raportul costului şi al stării traverselor.

Stratul de balast se protejează împotriva: murdăririi (în special stratul din

53

piatră spartă); umezirii (degradare); protecţia platformei căii faţă de acţiunea

apelor superficiale se face cu „îmbrăcăminte” de protecţie pe toată suprafaţa

prismei de balast, inclusiv traversele. Exemple: asfalt + nisip sau gudron acid

(grosime 25 mm) aplicate în stare plastică pe suprafeţe netezite sau saltele de

geotextile.

2.4.5.Calea pe pod

Pe poduri din piatră şi din beton armat există strat de balast, iar traversele

sunt obişnuite, cu joanta normală în consolă.

Pe poduri de lemn sau metalice se folosesc traverse speciale. Pentru

construcţia trotuarului, după fiecare 3 traverse scurte se aşează o traversă lungă

al cărei capăt iese cu 1,0 m în consolă, pentru aşezarea platelajului trotuarului.

Pentru poduri sub 10 m lungime nu se construiesc trotuare. La lungimi de

poduri de 10...20 m se realizează un singur trotuar, iar peste 20 m, două trotuare.

Traversele de pod se fixează pe grinzile longitudinale ale podului.

Contraşinele se aşează pe traversele de pod şi se prind de fiecare grindă cu

două crampoane. Lungimea lor depăşeşte cu 2 m faţa superioară a culeei.

2.4.6. Aparate de cale

Aparatele de cale sunt instalaţii care permit vehiculelor feroviare să treacă

de pe o linie pe alta sau să traverseze o linie.

Dintre condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească aparatele de cale se

menţionează:

- asigurarea circulaţiei cu viteză normală pe linia directă;

- asigurarea circulaţiei cu viteză cât mai mare pe linia abătută;

- lungime cât mai redusă pentru ca zona aparatelor de cale de la capetele

staţiei să fie cât mai scurtă.

În aceeaşi categorie de aparate se includ şi aparatele de compensare (de

dilataţie) care asigură dilatarea şi contractarea şinelor pe o porţiune de linie.

Dintre aparatele de cale menţionăm în acest curs schimbătoarele de cale

54

(simplu şi dublu), traversările (simple şi cu joncţiune) şi bretelele a căror alură

este prezentată în fig. 2.35...2.41.

Fig. 2.35 Schimbător de cale α - unghi de abatere; (a) pentru deviaţie la dreapta; (b) pentru deviaţie la stânga

Fig. 2.36 Schimbător de cale α - unghi de abatere; (a) deviaţie simetrică; (b) deviaţie nesimetrică

Fig. 2.37 Schimbător de cale pentru deviaţie curbă (a) în interior; (b) în exterior

55

Fig. 2.38 Schimbător de cale dublu (a) simetric; (b) nesimetric

Fig.2.39 Traversare simplă

(a) obişnuită; (b) perpendiculară (b)

Fig.2.40 Traversare cu joncţiune

(a) unică joncţiune; (b) dublă joncţiune; (c) cu dublă joncţiune specială

56

Fig.2.41 Bretela

Observaţii

Schimbătorul de cale simplu permite trecerea vehiculelor de pe o linie pe

linia lăturată, paralelă sau nu.

Schimbătorul de cale dublu permite trecerea vehiculelor pe două linii

alăturate, de ambele părţi a liniei în care este montat.

Schimbătorul de cale combinat se foloseşte la linii încălecate cu trei fire.

Traversarea simplă permite trecerea vehiculelor peste o linie, fără

posibilitatea de a intra pe linia traversată.

Traversările cu joncţiune permit atât traversarea simplă a liniilor cât şi

trecerea de pe o linie pe alta, dintr-o singură direcţie sau din ambele.

Bretela este o instalaţie care permite legătura în ambele sensuri între două

linii paralele.

Inima izolată permite trecerea vehiculelor peste firele care se întretaie la

încălecare şi descălecare a unei linii încălecate.