Tại sao đường ray xe lửa lại rải đá

Câu hỏi: Tại sao phải rải đá dưới đường ray xe lửa?

Trả lời:

Việc sử dụng đá dăm có vai trò hết sức quan trọng cho đường ray. Có thể bạn chưa biết, 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.

Trở lại câu hỏi, nhiều người sẽ thắc mắc vì sao không sử dụng các viên sỏi tròn mòn 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.

Cùng Top lời giải tìm hiểu một số kiến thức xung quanh đường ray xe lửa nhé!

1. Đường ray là gì?

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.

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 giãn nở ra. Nếu không để khoảng cách đó thì ray có thể bị cong hoặc bị uốn vòng lên, tàu hỏa đi qua có thể trật khỏi đường ray.

2. Những điều thú vị về đường sắt

Đông đúc nhất thế giới: Ga Shinjuku, Nhật Bản

Ga Shinjuku ở Tokyo, Nhật Bản xác lập kỷ lục Guiness thế giới là điểm giao thông đông đúc nhất vì mỗi ngày trong năm 2007 ga đón trung bình 3,64 triệu lượt khách. Ngoài ra, Shinjuku có tất cả 36 điểm dừng và hơn 200 cửa ra vào. Tokyo cũng là nơi có hệ thống tàu điện ngầm bận rộn nhất thế giới với 3,334 tỉ chuyến vào năm 2013

Chậm nhất thế giới:Glacier Expresscủa Thụy Sĩ

Glacier Expresscủa Thụy Sĩ là chuyếntàu cao tốcchậm nhất thế giới khi mất tới 8 tiếng để hoàn thành quãng đường dài 291 km. Đó là bởi tuyến đường của chuyến tàu này sẽ đi qua những khung cảnh xinh đẹp từ điểm cao nhất của hành trình là Oberalp Pass cho tới cầu đường sắtLandwasser Viaductnằm ở độ cao 65m và lao thẳng xuống một đường hầm đi xuyên qua núi. Chuyến hành trình dài cả ngày này đi qua 91 đường hầm và 291 cây cầu.

Bận rộn nhất nước Anh: Ga Clapham Junction

Tại Anh, Clapham Junction ở thủ đô London là nhà ga đông nhất về số lượng tàu đến và đi [khoảng 110 chiếc mỗi giờ]. Trong khi London Waterloo là nơi giữ vị trí có lượng khách nhiều nhất đất nước với hơn 60 triệu lượt một năm.

Yên tĩnh nhất nước Anh: Ga Reddish South

Theo số liệu đường sắt quốc gia Anh vào tháng 8/2007, Reddish South tại Stockport có 47 tàu đến và đi trong 12 tháng. Con số này cho thấy đây là nhà ga được sử dụng ít nhất. Ảnh: geograph.

Dài nhất thế giới: Đường tàu Yiwu, Trung Quốc - Madrid, Tây Ban Nha

Tháng 12.2014, chuyến tàu dài nhất thế giới từ Yiwu, tây Trung Quốc tới Madrid, Tây Ban Nha kéo dài 20 ngày. Tuyến đường sắt này đi qua Kazakhstan, Nga, Belarus, Ba Lan, Đức và Pháp với chặng đường dài gần 13.000 km. Ảnh: Xinhua/Rex.

Dịch vụ thường xuyên dài nhất: Đường sắt xuyên Siberia

Tuyến đường sắt trực tiếp dài nhất thế giới là tuyến đường sắt Xuyên Siberia từ Moscow tới Vladivostok. Tuyến đường này đi qua quãng đường dài 9.289 km với 8 múi giờ và mất 166 tiếng để hoàn thành. Chuyến tàu này có 142 điểm dừng, đi qua 87 thành phố và thị trấn.

Ngắn nhất thế giới: Đường sắt ở Vatican

Không chỉ là đất nước nhỏ bé nhất thế giới mà ở đây còn tồn tại đường sắt ngắn nhất, chỉ dài 300 m. Tuyến đường này chủ yếu để trung chuyển thực phẩm, hàng hóa theo mùa và thường không có hành khách

Ngắn nhất châu Âu: Đường sắt Storurbridge Town

Đây là tuyến ngắn nhất ở châu Âu để kế nối từ ga đầu mối Stourbridge tới thị trấn cùng tên. Hành trình chỉ kéo dài 3 phút qua 1,6 km đường sắt.

Cao nhất thế giới: Đường sắt Trung Quốc - Tây Tạng

Tuyến đường sắt đi từ tỉnh Thanh Hải, Trung Quốc tới Tây Tạng nằm ở độ cao 5.072 m so với mực nước biển, qua đèo Tanggula, cũng là nơi có trạm ga cao nhất thế giới. Đường sắt được xây dựng trên tổng số 675 cây cầu ghép lại. Ngoài ra, tuyến này có cung cấp oxy cho hành khách do đặc điểm độ cao ít không khí.

Thấp nhất thế giới: Đường tàu Seikan, Nhật Bản

Tuyến Seikan chạy nối liền hai hòn đảo Honshu và Hokkaido của Nhật Bản là đường tàu nằm thấp nhất trên thế giới tại vị trí thấp hơn 240 m so với mực nước biển. Seikan còn có hệ thống hầm đường sắt dài nhất thế giới [53 km].

Dài nhất nằm dưới biển: Đường hầm Channel

Trong khi Nhật Bản có tuyến đường sắt nằm ở vị trí thấp nhất, thì Channel - đường hầm qua eo biển Manche lại là tuyến đường sắt qua hầm chạy dưới nước dài nhất thế giới với gần 38 km. Hầm đường sắt Channel đi vào hoạt động năm 1994.

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

Nếu như đã đi ngang qua đường ray xe lửa thì chắc hẳn bạn sẽ thấy trên đường ray luôn rải đầy đá nhỏ, bạn đã từng thắc mắc rốt cuộc tại sao lại như vậy chưa?

Các viên đá dăm trên đường ray còn được gọi là đá balat, chúng giúp giữ cố định các thanh dầm gỗ, từ đó giữ thanh thép đường ray đúng vị trí.

[Ảnh: Shutterstock]

Hãy nghĩ về thử thách này dành cho những kĩ sư: đặt hai hàng thanh thép kéo dài nhiều km trên mặt đất, chúng sẽ phải chịu co giãn nhiệt, mặt đất dịch chuyển hoặc rung động, tác động lâu dài của thời tiết khắc nghiệt, và cả các loại thực vật phát triển từ bên dưới. Ngoài ra, 99% thời gian, hai hàng thanh thép sẽ chỉ nằm trơ trơ ở đó, 1% còn lại chúng sẽ phải chịu khối lượng có thể lên tới 400 tấn của xe lửa.

Khi xe lửa đi qua cũng là lúc đường ray phải chịu sức nặng và rung động ghê gớm

Hãy đặt tất cả những vấn đề này lại với nhau và bạn có một thử thách khá thú vị – đã được giải quyết 200 năm trước và vẫn không thay đổi gì nhiều cho đến hôm nay!

Vấn đề được giải quyết từ trên nền đất, được đắp cao lên để chống lũ lụt. Trên nền tảng đó, người ta đặt một lớp đá có cạnh sắc [đá dăm], rồi đặt tiếp các thanh dầm gỗ với kích thước xác định, khoảng 2019 thanh trên 1 km đường ray. Đá dăm sẽ tiếp tục được đổ vào giữa các thanh gỗ, giúp giữ cố định vị trí một cách hiệu quả.

Xem thêm: Vì sao có một lỗ nhỏ ở cửa sổ máy bay?

Các thanh dầm gỗ thường được làm từ gỗ cứng [sồi, mại châu], được tẩm crezot để bảo vệ khỏi thời tiết. 93% các thanh này ở Mỹ vẫn được làm bằng gỗ, nhưng các đường ray hiện đại với giao thông dày đặc đang ngày càng sử dụng nhiều vật liệu mới như nhựa tổng hợp, thép và bê tông tổng hợp.

Tiếp theo là đặt các thanh thép đường ray lên, chúng sẽ được cố định trên dầm gỗ bằng kẹp hay neo, chứ không đóng đinh hay xiết ốc; điều này cho phép thanh thép có thể giãn nở hay co lại theo chiều dọc khi nhiệt độ thay đổi.

Vậy là chúng ta có một giải pháp đã tồn tại qua hai thế kỉ, cực kì hiệu quả giúp di chuyển người và hàng hóa qua hàng nghìn dặm… mà thậm chí không có phần nào được gắn chặt trên mặt đất.

Đá dăm giúp:

• Phân bố khối lượng trên thanh dầm ra khắp nền của đường ray, duy trì đường ray cho dù mặt đất có rung động,
• Cho phép giãn nở nhiệt và nhiều mức khối lượng khác nhau của đoàn tàu,
• Cho phép mưa và tuyết thấm qua xuống lòng đất, và
• Ngăn không cho cỏ dại phát triển làm hư hại đường ray.

Tác động giãn nở nhiệt là không thể coi thường, ví dụ như số phận của đường ray dưới đây ở Úc sau một đợt nắng nóng khủng khiếp.

Thử tưởng tượng điều gì sẽ xảy ra khi xe lửa đi qua đoạn đường ray bị biến dạng này?

Theo Quora,
Minh Tâm