Лежащие на железной дороге 🚂 камни 🌑 играют важную роль в конструкции верхнего строения пути. Они передают давление 💪 на основную площадку земляного полотна.
Когда колёсная пара давит на рельсы, те передают это давление на шпалы. Шпалы, в свою очередь, распределяют его по всей подошве и передают на камни. Камни распределяют полученное давление от подошв шпал по всей поверхности основной площадки.
Если бы не было камней 🌑
Представьте, что мы устанавливаем рельсошпальную решётку на ровную площадку грунтового основания. После того как по ней проедет поезд, мы увидим следы от шпал в грунте.
Если поезда будут продолжать ходить, то со временем мы заметим, что решётка начинает утопать в грунте. Это происходит потому, что грунт не выдерживает давление, получаемое от подошв шпал, и проседает. Чтобы грунт выдержал, нужно уменьшить это давление. И здесь на помощь приходят камни.
Каменная пирамида из кубов
Представим пирамиду из каменных кубов. Мы давим на самый верхний куб. Он передаёт от себя двум нижним кубам по половине полученной нагрузки — ½ и ½. Эти два куба передают нагрузку уже на три куба. Среднему кубу достаётся большая часть нагрузки, потому что на него давит сразу два куба, это будет ¼ + ¼ = 2/4. Боковым кубам достаётся меньше, так как на них давит только один куб, это ¼. Три куба передают свои нагрузки на четыре куба и так далее по такой же схеме.
В итоге мы видим, как нагрузка, приложенная на самый верхний куб, распределилась по всей пирамиде. Каждый горизонтальный ряд делит между собой полученную нагрузку. В последнем ряду у нас 7 кубов, где центральный получает 20/64 нагрузки, остальные — по 1/64, 6/64 и 15/64. Однако если сложить нагрузки от каждого куба в 7 ряду, то получится единица - та самая нагрузка, которую мы приложили к самому верхнему кубу. Это и есть распределение нагрузки. Причём единицы получаются в каждом ряду.
Мы можем построить график распределения нагрузки по последнему ряду. Здесь мы также видим, что центральная часть давит сильнее, это место, расположенное под точкой приложения нагрузки. Именно так, по принципу пирамиды, работают камни.
Давление на подошве шпал, конечно, неравномерное. Самое большое давление под подошвой шпал возникает в подрельсовой части
Но камни всё равно его распределяют. И чем больше будет пирамида, то есть чем больше камней будет в самом последнем нижнем ряду, тем меньше будет давление, приходящееся на площадь основной площадки. Таким образом, можно устранить вдавливание рельсошпальной решётки в грунт. Поэтому на железной дороге вводится такое понятие, как толщина балластного слоя под шпалой.
Толщина камней под шпалой
Более грамотно эти насыпанные камни называют балластным слоем. В разные периоды времени использовали песок, гравий, ракушку, шлак, асбест и щебень. На данный момент используется щебеночный балласт.
Толщина балластного слоя под шпалой измеряется именно в месте под рельсом, потому что максимальное давление, как мы говорили ранее, исходит именно из этой точки. И это нормативная величина - толщина, при которой давление уменьшается настолько, что грунт основной площадки его выдерживает.
Чем больше толщина, тем лучше. Минимальная величина отображена в СП 119.13330.2024, в таблице 7.1. Для самой высокой категории минимальная толщина определена как 40 см, для самой низкой — 25 см. Это логично: чем выше категория дороги, тем меньше допустимые напряжения на основной площадке. И чем толще балластный слой, тем эти напряжения будут меньше.
