Traversele Din Lemn [PDF]

Zitiervorschau

CAP. 5.3.1. TRAVERSELE DIN LEMN 1. MATERIALE DE EXECUŢIE Traversele din lemn îndeplinesc majoritatea condiţiilor necesare unei traverse de cale ferată, realizând căi ferate elastice şi confortabile. Se confecţionează din: - lemn de esenţă moale: răşinoase, plop, salcâm, ulm, etc. Sunt greu de protejat contra putrezirii; - lemn de esenţă tare: stejar, fag, gorun, gârniţă, cer, etc. Sunt rezistente şi durabile cu excepţia fagului; - lemn de esenţe speciale, exotice, tropicale cu rezistenţe mecanice mari, grele, dure: gabonul în Franţa şi laricea în Australia. În general, nu se pot impregna şi în condiţiile climatice ale Europei se degradează uşor. Traversele din lemn de esenţă tare se folosesc pe sectoarele de cale cu solicitări importante: cale ferată principală, curbe cu raze mici care necesită supralărgiri (R < 500 m), declivităţi sporite, (i > 5 o/oo), precum şi pe sectoarele cu suprastructuri speciale (tuneluri, pasaje de nivel, pe podurile fără cale pe balast, aparate de cale, cale încălecată, zonele cu curbe cu rază mică unde se dispun contraşine la firul interior contra deraierilor, peroane, etc.). 2. CARACTERISTICI GEOMETRICE ALE TRAVERSELOR DIN LEMN Traversele din lemn se clasifică după cum urmează: - traverse normale – pentru linii cu ecartament normal; - traverse pentru linii cu ecartament îngust / larg; - traverse speciale pentru poduri; - traverse speciale pentru aparate de cale şi linii încălecate. Traversele normale după forma secţiunii transversale se clasifică: - tip A 1 – cu patru feţe prelucrate; - tip A 2 - cu patru feţe prelucrate, dar şi cu muchii teşite la 45o; - tip B – cu trei feţe prelucrate, iar a patra faţă corespunzător razei naturale a lemnului; - tip C - cu două feţe prelucrate şi cu două feţe corespunzătoare razei naturale a lemnului. a

45o

A1

A2

B

C bt

h

Lungimile uzuale ale traverselor sunt: 2,60; 2,50 şi 2,40 m. Traversele speciale pentru poduri sunt de tipul A 1 de dimensiuni: 24 x 24 x 270 (280) cm 22 x 22 sau 22 x 24 x 259 (270) şi 20 x 22 sau 20 x 24 x 240 cm Traversele speciale pentru aparate de cale şi linii încălecate sunt de tipul A1 de dimensiuni 16 x 26 cm şi lungimi de la 280 la 520 cm din 10 în 10 cm. Traversele din lemn, indiferent de categorie, nu trebuie să aibă anomalii şi defecte care să le depăşească pe cele din normative: curburi, crăpături, noduri, coloraţii, putregaiuri, etc, mai ales în zonele de fixare ale plăcilor de fixare ale şinelor (zone de 40 cm extinse pe traverse în dreptul şinelor, câte 20 cm de o parte şi de alta a axei şinei). Dimensiunile traverselor rezultă din condiţii constructive sau de dimensionare (deformaţii, solicitări raţionale) şi anume: 1. Lăţimea minimă a feţei superioare (a) rezultă din lăţimea plăcii suport dintre şină şi traversă şi din condiţia ca presiunile transmise de şine traverselor să nu depăşească rezistenţa la strivire a materialului traversei (a min = 14 cm). 2. Lăţimea tălpii (bt) rezultă din presiunea admisă în prismul de piatră spartă. Pentru a nu se produce deformaţii remanente în prismul de piatră spartă, trebuie ca presiunea efectivă, invers proporţională cu lăţimea tălpii traversei, să fie mai mică decât presiunea admisibilă (bt min = 20 cm). 3. Înălţimea traversei (h) este condiţionată de solicitarea la încovoiere, de evitarea fisurărilor din oboseală şi din necesitatea ca elementele de prindere ale şinei de traversă – crampoane şi / sau tirfoane – să nu străbată traversa (h min = 13 cm). Înălţimea traversei contribuie direct la sporirea stabilităţii căii în sens transversal. Este recomandabil ca traversele să fie de tip A 1, cu laturile verticale, pentru ca dispozitivele contra fugirii şinelor să rezeme pe traverse în condiţii cât mai bune şi nu pe elementele de prindere. 4. Lungimea traversei (2l) este condiţionată de ecartament, de condiţiile de rezemare şi de cele de deformabilitate a traversei. Studiile teoretice şi experimentale au arătat că lungimea optimă a traversei pentru ecartament normal este de 250 … 260 cm, lungimi pentru care rezemarea, deformaţia şi stabilitatea traversei sunt normale. Dacă lungimea traversei este prea mare, fibra medie deformată are forma (a), capetele traversei având tendinţa de a se ridica. Dacă lungimea traversei este prea mică, fibra medie deformată are forma (c). La traversele de lungime normală sau prea lungi tangenta la fibra medie deformată este aproximativ orizontală, pe când la cele prea scurte, aceasta este înclinată spre exteriorul căii cu unghiul .

(a)

(b)

(c)



Această înclinare spre exteriorul căii cu unghiul  are următoarele efecte negative: 1. se modifică (sporeşte) lărgimea căii cu valoarea  = 2 h tg, unde « h » este înălţimea şinei şi a plăcii support (a). 2. Se ajunge la un echilibru instabil prin sporirea reacţiunilor în partea centrală a traversei, modificându – se în mod defavorabil şi solicitările în traversă (b). 3. Stabilitatea şinelor (a căii), este periclitată deoarece în condiţiile unei traverse deformate, sarcinile transmise de materialul rulant – chiar şi numai cele verticale – acţionează defavorabil faţă de axa verticală a şinei rotită cu unghiul  (b). Acest fapt este accentuat în curbele cu supraînălţări mari, caz în care firul interior ajunge înclinat  (c)    + cu h’ unghiul / l’ unde:

(a) h



h



(b)



(c)

h’

 = înclinarea în dreptul şinei a traversei din încovoiere; h’ = supraînălţarea căii mai mare de 75 mm; l’ = distanţa dintre axele şinelor. Şinele montate în cale sunt înclinate spre interior cu panta 1 / 20. Pentru orice supraînălţare mai mare de 75 mm (75 : 1500 = 1 : 20), şina interioară căii este înclinată faţă de verticală spre exterior. În aceste condiţii, pe lângă sporirea excesului de supraînălţare, este periclitată şi stabilitatea şinei interioare, mai ales dacă intervin şi forţe orizontale care acţionează la nivelul ciupercii şinei spre interiorul curbei. Traversele din lemn – mult mai elastice decât cele din beton – cu lungimea sub 250 cm, se utilizează numai pe linii cu trafic redus, iar traversele cu lungimea sub 240 cm numai pe linii industriale. l’ u

Dacă se consideră lungimea de rezemare a blocheţilor traverselor (2 u  100 … 120 cm), lungimea traversei (2l) devine: 2l = l’ + 2u unde: l’ = 150 cm; u = 50 … 60 cm 2l  l 3  1,73l 2l  l 3  1,73l 2l = 250 … 260 cm Pentru orice ecartament, lungimea normală a traversei este: 2l  l

30

u

u

u

‘

30

2l-4u

u

u

2l

3  1,73l

Dimensiunile în plan ale traverselor se corelează cu distanţa dintre ele (poza traverselor) şi cu grosimea stratului de piatră spartă de sub traverse, astfel încât repartiţia presiunilor pe platforma căii să conducă la valori inferioare presiunilor admisibile.

h



bt

bt+2h tg



2l+2h tg

2P p  b t  2 h tg   x  2 l  2 h tg   a

unde: h = grosimea stratului de piatră spartă sub talpa traversei;  = unghiul de repartiţie a presiunilor în prismul de piatră spartă (  o 45 ). 3. MĂSURI PENTRU PRELUNGIREA DURATEI DE FOLOSIRE A TRAVERSELOR DIN LEMN Factorii care provoacă şi grăbesc scoaterea din cale a traverselor din lemn – deci reducerea duratei de utilizare a acestora, sunt: - putrezirea traverselor; - fisurarea şi crăparea traverselor; - uzura mecanică a traverselor. 1. Putrezirea traverselor este provocată de ciuperci şi microorganisme sub acţiunea umidităţii şi a aerului. Acest fenomen se combate prin impregnarea traverselor cu substanţe antiseptice care împiedică dezvoltarea ciupercilor şi a microorganismelor, deci putrezirea lemnului. Neimpregnate, traversele din fag rezistă 2 … 3 ani, cele din răşinoase 8 … 10 ani iar cele din stejar 12 … 15 ani, fapt total neeconomic şi neacceptabil în practica curentă. Prin impregnare, durata de serviciu a traverselor creşte după cum urmează: traversele din fag la 15 … 20 ani, iar cele din lemn de răşinoase şi stejar, practic se dublează. Prin măsuri speciale de recoltare în perioada de repaus vegetativ a lemnului, uscare controlată, impregnare exploatare şi întreţinere corectă, traversele din stejar pot rezista şi 40 de ani, după care, prin reparare mai pot fi folosite pe liniile secundare şi industriale. Lemnul trebuie să fie propice impregnării. Substanţele folosite la impregnat trebuie să: - pătrundă uşor în masa lemnoasă; - să nu atace lemnul şi / sau oţelul; - să nu fie volatil sau solubil în apă; - să nu se degradeze sub efectul razelor solare; - să nu fie bun conducător electric pentru a nu periclita electroizolarea căii; - să nu fie nociv pentru muncitori. Substanţele antiseptice folosite la impregnarea traverselor din lemn pot fi substanţe minerale sau organice. În general, substanţele minerale sunt volatile şi / sau solubile în apă şi atacă lemnul sau oţelul:

- clorura de zinc şi clorura mercurică atacă lemnul; - sulfatul de cupru, fluorura de sodiu şi pentaclorfenolul sunt solubile în apă. Substanţele minerale dau rezultate nesatisfăcătoare în practica curentă. Substanţele organice sunt net superioare din punct de vedere al calităţilor de protejare contra putrezirii a lemnului. Creozotul de huilă este un lichid vâscos, uleios, portocaliu, cu miros caracteristic, insolubil în apă. Se obţine prin distilarea uscată a gudroanelor de huilă la temperaturi ridicate. Este cel mai bun material de impregnare a traverselor din lemn, dar este scump. Carbolineum, cuprizol sau diferite uleiuri distilate din gudroanele de cărbune diluate în produse petroliere sunt des utilizate pentru protejarea lemnului împotriva putrezirii. Metode de impregnare a traverselor: a. prin înmuiere în bazine – se obţin rezultate necorespunzătoare; b. prin injectare cu presiune în autoclave la o presiune de 7 … 8 barr; c. prin injectare cu vidare şi presiune în autoclave: - se creează un vid parţial (0,55 … 0,65 barr) timp de 30 minute, care va scoate seva şi aerul din lemn pe o adâncime de 3 … 4 cm; - se introduce impregnantul încălzit la 90 … 100oC (pentru fluidizarea acestuia) timp de 60 minute la presiunea de 7,5 … 9 barr. Astfel, locul aerului şi al sevei din lemn va fi ocupat de către agentul de impregnare; - se produce un nou vid parţial de 0,6 barr timp de 20 minute care elimină excesul de material de impregnare. Impregnarea traverselor se face în uzine specializate, dotate corespunzător. 2. Fisurarea şi crăparea traverselor se produce prin: - contracţia lemnului; - efectul de despicare produs de elementele de fixare ale şinei pe traverse (crampoane sau tirfoane) chiar dacă au fost introduse în găuri făcute anterior cu diametrul cu 1 … 2 mm mai mic decât al elementului de prindere; - acţiunea forţelor orizontale transmise prin crampoane sau tirfoane; - caracterul dinamic al solicitărilor produse de vehicule. Pentru prevenirea fisurării şi / sau a crăpării traverselor, se iau următoarele măsuri: - la impregnare, lemnul să aibă umiditatea maximă de 18 … 20 %; - traversele se confecţionează din lemn de esenţă tare recoltat în perioade de repaus vegetativ; - pentru fixarea şinelor sau a plăcilor pe traverse, se folosesc numai tirfoane care sunt introduse în găuri făcute anterior cu diametrul cu 1 … 2 mm mai mic decât al elementului de prindere. Este interzisă baterea tirfoanelor cu ciocanul; - traversele se aşează pe un strat de piatră spartă compactat corespunzător şi uniform în sens longitudinal şi transversal, astfel ca să fie asigurată o rezemare cât mai corectă şi mai elastică a traverselor şi deci şi a căii.

Repararea traverselor se face prin: - agrafe din oţel de formă „S” sau „Z” sau plăci metalice semiperforate bătute în capul traversei perpendicular pe fisură, după ce fisura a fost umplută cu creozot sau alt material de impregnare;

- prin balotarea capetelor traverselor cu fier balot (platbandă cu lăţimea de 20 … 300 mm şi grosimea de 2 … 3 mm) sau cu oţel beton cu diametrul de 5 … 7 mm;

- şuruburi sau cepuri filetate din lemn de esenţă tare înşurubate în găuri filetate date perpendicular pe fisură, după ce în prealabil crăpăturile au fost umplute cu creozot şi apoi strânse în menghine speciale pentru a fi închise fisurile.

3. Uzura mecanică a traverselor se manifestă prin: - strivirea lemnului sub talpa şinei sau a plăcii metalice; - forfecarea fibrelor la marginea tălpii şinei sau a plăcii metalice; - uzura găurilor pentru tirfoane. Uzura mecanică se previne prin: - confecţionarea traverselor din lemn de esenţă tare; - traverse de dimensiuni sporite; - folosirea plăcilor metalice de dimensiuni sporite pentru reducerea presiunilor; - menţinerea prinderilor corecte, fără jocuri care pot provoca uzuri mecanice; - sabotarea mecanică şi impregnarea suplimentară a părţilor sabotate; - împiedecarea pătrunderii apei în găurile tirfoanelor; - întreţinerea corectă a liniei.