99% người được hỏi không hiểu vì sao đường ray xe lửa phải rải đá?

Đường ray xe lửa có từ lâu chạy nối qua các tỉnh thành trên khắp cả nước, việc thiết kế rải đá dưới đường ray là điều mà ai cũng thấy nhưng nguyên nhân tại sao thì ít ai biết.

Đường ray xe lửa luôn rải một lớp dằn – Ảnh: Internet

Từ năm 1881, Pháp đã bắt đầu xây dựng tuyến đường sắt tại Việt Nam, chính thức khánh thành tuyến đường sắt Bắc Nam (từ Hà Nội đến Sài Gòn) với chiều dài dài 1.730 km chạy qua 23 tỉnh thành.

Thiết kế một đường ray xe lửa sẽ gồm 2 thanh ray được đặt cố định song song nhau trên các thanh tà vẹt (Traverse) và tất cả đều được đặt trên một lớp đá ba lát (ballast). Theo đó, thuật ngữ ba lát (ballast) được bắt nguồn từ việc sử dụng đá để dằn con thuyền buồm và chúng cũng có tác động tương tự như trên đường ray xe lửa.

Khi một đoàn tàu đi qua, đường ray phải chịu ứng xuất của lực rất lớn (là đại lượng cho biết mức độ của lực tác dụng trên 1 đơn vị diện tích tiếp xúc). Thanh tà vẹt bên dưới có vai trò cố định đường ray, đồng thời làm nhiệm vụ truyền áp lực từ ray xuống mặt đất bên dưới.

Để đảm bảo áp lực được truyền đều xuống bên dưới, các thanh tà vẹt phải đặt trên một lớp đá dằn. Vậy trong trường hợp này, lớp đá dằn có vai trò cố định đường ray và giúp thanh tà vẹt truyền áp lực từ đường ray xuống mặt đất hiệu quả hơn.

Từ 200 năm trước các kỹ sư thiết  kế đường ray đã tính toán về ứng xuất của đoàn tàu khi tác dụng lên đường ray, ban đầu họ dùng xỉ sắt và sau đó là than vụn, đến năm 1840 người ta đã thay thế bằng đá và đá được sử dụng đến ngày nay.

Lớp đá ba lát mang lại một nền tảng hỗ trợ, giúp tăng độ cứng, độ bền và độ linh hoạt cho đường ray khi có tàu đi qua – Ảnh: Internet

Đá ba lát được rải dưới đường ray thường có kích thước dưới 40mm và được rải dưới và xung quanh tà vẹt. Những loại đá thường được dùng là đá granite, thạch anh, đá trap… hoặc đá mềm như đá vôi, đá kết.

Lớp đá này được rải dưới và xung quanh tà vẹt tạo nên một nội lực ma sát. Nội ma sát sẽ có nhiệm vụ cố định thanh tà vẹt khi có tàu chạy qua. Hay nói cách khác, lớp đá ba lát mang lại một nền tảng hỗ trợ, giúp tăng độ cứng, độ bền và độ linh hoạt cho đường ray khi có tàu đi qua.

Bên cạnh đó, đá ba lát còn có vai trò dẫn nước mưa ra khỏi đường ray, từ đó hạn chế tối đa sự xuất hiện của nước, cỏ dại mọc trên đường ray và góp phần tăng tính đàn hồi cho đường ray trước tác động của nhiệt.

Nhiều nơi trên thế giới đã thiết kế đường sắt không có lớp đá ba lát dành cho tàu cao tốc và tài vận tải nặng – Ảnh: Internet

Ngày nay, để tiết kiệm chi phí cũng như công sức, người ta đã thiết kế các đường sắt không dùng đá ba lát, đặc biệt là tuyến đường cao tốc hoặc vận tải nặng. Tuy vậy, ở Việt Nam vẫn đang ứng dụng triệt để lớp đá ba lát trên đường ray xe lửa.