ŽELEZNICA - Student Info

Fakulteta za gradbeništvo in geodezijoUniverza v LjubljaniSeminarska naloga pri predmetuUvod v gradbeništvoŽELEZNICAKranj, 26. 2. 2009Avtorica: Ana PelkoMentor: doc. dr. Dušan Žagar

KAZALO1 Uvod ................................................................................................................................... 22 Zgodovinski razvoj železnice............................................................................................. 23 Pomen železnic................................................................................................................... 23.1 Tirno vodenje ............................................................................................................. 34 Železniška proga ................................................................................................................ 34.1 Vrste železniških prog................................................................................................ 44.2 Elementi trase železniške proge ................................................................................. 64.3 Železniška proga kot gradbeni objekt ....................................................................... 74.3.1 Spodnji ustroj ..................................................................................................... 74.3.2 Zgornji ustroj...................................................................................................... 75 Literatura ............................................................................................................................ 9- 1 -

1 UvodUrejenost prometnega sistema in njegova razvitost veliko pripomore k mobilnostiprebivalstva in uspešnosti gospodarstva. V zadnjem desetletju ali dveh se je količina cestnegaprometa tako hitro povečevala, da marsikje urejenost in razvitost cestnega sistema ne zadoščaveč tako velikemu številu uporabnikov.Dobra urejenost in razvitost železniškega sistema bi v kombinaciji s cestnim javnimprometom lahko veliko pripomogla k povečanju uporabe vlakov.2 Zgodovinski razvoj železniceVlečna vozila, ki so vozila po tirih in so jih vlekli konji, so poznali že pred približno 2000 letiv Rimskem imperiju, Grčiji in na Malti. V Evropi so se ponovno začela pojavljati okoli leta1550.Prva uspešna železniška proga je bila proga med Stocktonom in Darlingtonom v Angliji.Poizkusno vožnjo sta 27. 9. 1825 izvedla George in Robert Stephenson. Vlak je dosegelhitrost 19 km/h. Prvi javni železniški promet pa je stekel leta 1830 na progi Liverpool –Manchester.Na Slovensko je prvi vlak pripeljal v Celje leta 1846, v Ljubljano pa tri leta kasneje. ProgaDunaj – Trst je bila zgrajena leta 1857. Takrat je na tej progi vozila parna lokomotiva , ki jevlekla 70 ton težek vlak s hitrostjo 40 km/h.Večino sedanjih prog so zgradili do prve svetovne vojne, v Sloveniji jih imamo 1558,4 km.Po drugi svetovni vojni so začeli proge opremljati s stabilnimi napravami za električno vleko,s čimer so dosegli večje potovalne hitrosti.V razvitejših državah se gradijo vedno nove proge za visoke hitrosti. Francija se ponaša zvlakom ˝TGV˝ na normalnotirni progi, ki doseže hitrosti tudi preko 500 km/h. Na Japonskemuporabljajo vlake na magnetni blazini, ki dosežejo hitrosti preko 550 km/h.3 Pomen železnicV Sloveniji je bila železnica več kot 100 let najpomembnejše transportno sredstvo za prevozpotnikov in tovora. Z razvojem cestnega prometa v 20. stoletju, pa so železnice začelezaostajati. Šele zadnji dve desetletji, ko je v cestnem prometu začelo prihajati do težav, sedaje železnicam večji poudarek. Prednosti železniškega prometa pred cestnim so:- z vidika porabe energije se v železniškem prometu z določeno količino energije prepelje večtovora ali potnikov kot v cestnem prometu,- varnost v železniškem prometu je 24- boljša,- poraba prostora je manjša (v primerjavi cesta – železnica, ni pomanjkanja parkirnihprostorov),- 2 -

- manjše je onesnaževanje okolja z izpušnimi plini in hrupom- je zanesljiva, točna, udobna (ni zastojev)- sodobni vlaki dosegajo zelo velike hitrosti.Največja pomanjkljivost železnic je njihova togost in neprilagodljivost. Tudi tehničnazastarelost v Sloveniji predstavlja precejšen problem, saj je bilo železniško omrežje zgrajenože pred 150-imi leti. Na relaciji Šentilj – Celje, je še vedno proga iz leta 1846.3.1 Tirno vodenjeTir pri železniški progi predstavlja prometno pot, vagon in vlak pa transportno sredstvo.Odvisnost med transportnim sredstvom in prometno potjo je zelo velika - tir ima funkcijovodenja in nošenja transportnega sredstva.Pri nošenju tiri prevzemajo statične in dinamične vertikalne sile, ki nastanejo zaradi:- pospeškov in pojemkov v smeri vožnje,- posledice spremembe smeri vožnje,- zaradi napak v tiru in- zaradi vetra.Pri vodenju pa gre za prevzem horizontalnih kvazistatičnih in dinamičnih sil vodenja, ki soposledica medsebojnega delovanja elementov transportnega sredstva in prometne poti.Sila vodenja se aktivira predvsem s trenjem med kolesom in tirnico. Pri kotaljenju kolesa potirnici je odpor kotaljenja 5- do 15-krat manjši kot odpor kotaljenja na cesti, kar omogočatvorbo velikih vlakovnih kompozicij.4 Železniška progaŽelezniško progo sestavljajo spodnji in zgornji ustroj, signalnovarnostne intelekomunikacijske naprave, stabilne naprave za električno vleko, progovne naprave, opremaproge, poslovne stavbe železnice na progi s pripadajočim zemljiščem, progovni pas in zračniprostor nad progo do višine 12 m oziroma 14 m pri daljnovodih z napetostjo višjo od 220kV.Pogoje, ki jih mora izpolnjevati železniška proga so zapisane v Zakonu o varnosti vželezniškem prometu.Železniška proga v prerezu- 3 -

4.1 Vrste železniških progŽelezniške proge niso povsod enake. Načrtovane in zgrajene morajo biti tako, da bodooptimalno prilagojene potrebam njenih uporabnikov ter geografskim in gospodarskimpogojem na določenem območju. Ustrezati morajo predvideni prevozni in prepustni močiproge, zahtevani hitrosti vlakov, osni obremenitvi, masi vozil, ustrezni varnosti prometa terdrugim zahtevam, ki jih predpiše država, mednarodne proge pa morajo izpolnjevati tudizahteve določene z mednarodnimi predpisi in dogovori.Železniške proge razlikujemo glede na: Obseg prometa in pomenGlede na obseg prometa in pomen za notranji in mednarodni promet se proge delijo na glavnein regionalne proge ustreznega reda.Glavne proge so normalnotirne proge, ki so namenjene mednarodnemu prometu, ter progenamenjene notranjem prometu (pogoj je, da imajo zadosten obseg prometa nad 7000 brt/dan).Regionalne proge so vse ostale normalnotirne proge.Od vrste proge so odvisne mere, sestavni deli in oblika zgornjega ustroja (tirnice, dolžinapragov, debelina in vrsta tirne grede), širina planuma, mere spodnjega ustroja itd. NamenLočimo proge:- samo za potniški promet,- samo za tovorni promet in- za mešani promet (tovorni in potniški).Za sodobni potniški promet so značilni lahki in hitri vlaki, za tovorni promet pa so značilnevelike osne obremenitve. Od posamezne vrste prometa pa so odvisni tudi elementiprojektiranja prog (npr. nagib proge). V Sloveniji imamo večinoma proge za mešani promet. Prenos vlečne silePoznamo:- trenjske proge (adhezijske) – gibanje omogoča trenje- zobate železnice – gibanje omogočajo zobata kolesa- žične železnice – vlečna sila se prenaša na vozilo preko žične vrvi Vrsto vleke- Parna vleka v rednem prometu v Sloveniji zaradi ekonomičnosti ni več v uporabi,- Dizelska vleka se uporablja na progah, ki niso elektrificirane- Električna vleka je najbolj ugodna glede porabe energije, velike moči in doseganjavisokih pospeškov, ugodna pa je tudi iz okoljevarstvenega vidika. V Sloveniji je 503,5km elektrificiranih prog.- 4 -

Slovensko železniško omrežje glede na vrsto vleke Tirno širinoTo je razdalja med notranjima robovoma tirničnih glav na razdalji od 0 do 14 mm podzgornjim robom tirnice.- normalnotirne proge: širina je 1.435 mm (Slovenija)- širokotirne proge: širina je večja od 1.435 mm- ozkotirne proge: širina je manjša od 1.435 mm Število tirovProge so lahko enotirne, dvotirne ali večtirne. Zmogljivost enotirne proge je majhna, sajpoteka po njej promet v obe smeri po eni progi in se vlaki lahko prehitevajo in srečujejo le napostajah. V Sloveniji imamo 897,7 km enotirnih in 330,9 km dvotirnih prog.- 5 -

Potek enotirnih in dvotirnih prog v Sloveniji Osno obremenitevGlede na dopustno osno obremenitev (od 160 do 225 kN/os) in obremenitev na tekoči meter(od 50 do 80 kN/m) se proge delijo na kategorije A, B, C in D s podskupinami. Najvišjakategorija je D4. Glavne proge v Sloveniji ustrezajo kategoriji D3, ki omogoča obtežbo 180kN/os, oziroma 64 kN/m.4.2 Elementi trase železniške progeV narisu je trasa določena z niveleto. To je črta, ki v vzdolžnem profilu določa obliko inpoložaj osi projektirane trase. Niveleto sestavljajo horizontalni in nagnjeni odseki.Traso sestavljajo med seboj povezani deli, kot so prema, prehodnica in njej pripadajočaprehodna klančina ter krožni lok z nadvišanjem. Prema in krožni lok sta najenostavnejšageometrijska elementa trase.Nadvišanje v danem krožnem loku določa največjo dovoljeno hitrost v krivini in osnovneparametre prehodne klančine in prehodnice. Nadvišanje je višinska razlika med dvemasosednjima tirnicama v krožnem loku in se določi za vsako krivino posebej. Nadvišana jezunanja tirnica v krožnem loku.Prehodna klančina omogoča prehod iz nenadvišane preme v nadvišani krožni lok in obratno,ali prehod med dvema nadvišanima krožnima lokoma.Prehodnica je krivulja, ki omogoča postopen prehod iz preme v krožni lok in obratno oziromaprehod med dvema krožnima lokoma različnih polmerov. Prehodnica in prehodna klančinamorata sovpadati po vsej dolžini.- 6 -

4.3 Železniška proga kot gradbeni objektŽelezniška proga je sestavljena iz posameznih konstrukcij in elementov, ki služijo vožnji,poleg tega mora imeti še različne naprave in objekte, ki omogočajo njeno delovanje.Železniško progo sestavljajo:- spodnji ustroj,- zgornji ustroj,- različne naprave za nadzor in vodenje prometa (signalnovarnostne intelekomunikacijske naprave, stabilne naprave za električno vleko, progovne naprave,oprema proge),- objekte (poslovne stavbe železnice na progi s pripadajočim zemljiščem),progovni pas in zračni prostor nad progo do višine 12 m oziroma 14 m pri daljnovodih znapetostjo višjo od 220 kV.4.3.1 Spodnji ustrojNamen spodnjega ustroja je, da prenaša obremenitev zgornjega ustroja na raščen teren. Semspadajo zemeljski in umetni objekti (nasipi in vkopi, mostovi, prepusti, predori, podvozi,nadvozi, oporni zidovi).Planum terena pri vkopih in planum nasipa pri nasipih se pogosto zaščiti z geotekstilom, kipreprečuje mešanje slabše spodnje zemljine s posteljico. Posteljica služi vremenski odpornostiplanuma proge in zadostni nosilnosti. Posteljica se nadgradi s tamponsko plastjo, izdelano izdobro zgoščenega kamnitega materiala granulacije 0/22, 0/32, 0/45 ali 0/63 mm, debelo dopribližno 40 cm.4.3.2 Zgornji ustrojZgornji ustroj je del železniške proge, po katerem vozijo tirna vozila in ga imenujemo tudi tir.Zgornji ustroj prenaša obtežbo na spodnji ustroj. Sestavljajo ga tirnice, pragi, tirna greda intirni pribor.Oblika in mere zgornjega ustroja so odvisne od vrste in reda proge, števila tirov, vrste pragovter od tega ali so tirnice zvarjene v dolgi tirni trak ali ne.Če je potrebno, se med gredo in planumom progovnega telesa vgrajuje tamponski sloj, ki imafunkcijo boljše porazdelitve obremenitve na spodnji ustroj ter filtriranje, odvodnjavanje terzavarovanje spodnjega ustroja pred erozijo in zmrzovanjem. Debelina tamponskega sloja jeodvisna od lastnosti tal, od lokalnih geoloških, klimatskih in hidroloških razmer, od prometneobremenitve, hitrosti in konstrukcije zgornjega ustroja. TirniceTirnice vodijo in prevzemajo obtežbo vozil, ter jo prenašajo na pragove, tirno gredo in spodnjiustroj proge. Obremenjene so torej s statično in dinamično obtežbo vlakov, s sredobežnimisilami v krivinah, s silami, ki nastanejo na vzponih in padcih ter pri pospeševanju inzaviranju. Na tirnice vplivajo tudi temperaturne razlike, zaradi česar se krčijo in raztezajo.- 7 -

Standardizirane so tri različne tirnice, za gradnjo pa jih izberemo glede na hitrost vožnje inosno obtežbo. PragiPragi služijo prenosu obremenitve tirnih vozil s tirnice na tirno gredo, zagotavljajo ustreznoširino tira, preprečujejo potovanje tira zaradi zaviranja, sredobežnih sil in temperaturnihrazlik. Pragi morajo biti vremensko obstojni in odporni na udar koles pri morebitnemiztirjenju.Lahko so leseni, betonski ali jekleni. Leseni pragi so elastični, dušijo nihanje, pri iztirjenjuvlaka pa se le malo poškodujejo. Slaba stran lesenih pragov je, da imajo krajšo življenjskodobo od betonskih in jeklenih.Betonski pragi so običajno prednapeti. Vsi so enake kakovosti, dimenzijsko so točni, vgrajenopa imajo pritrditev za tirni pribor. Taki pragi so togi, zato se pri iztirjenju vlaka zlomijo. Tirna gredaFunkcija tirne grede je prenos in porazdelitev obremenitve tirnih vozil s pragov na spodnjiustroj, preprečuje pa tudi kakršnokoli premikanje pragov. Izdelana je iz tolčenca z granulacijomed 22 in 56 mm. Zagotavljati mora neovirano odvodnjavanje meteorne vode s planumaproge, da ne pride do gnitja lesenih pragov in da pozimi ne nastanejo poškodbe tira zaradizmrzali. Tirni priborFunkcija tirnega pribora je pritrditev tirnic na proge. Ločimo vezni in pritrdilni pribor. Veznipribor se uporablja za medsebojno spajanje tirnic s pritrdilnim priborom pa pritrjujemo tirnicena prag.- 8 -

5 Literatura1. Slokan, I.: Nizke zgradbe, Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 20052. Zgonc, B.: Železnice I., Univerza v Ljubljani, FGG, Ljubljana, 19963. Zgonc, B.: Železniški promet, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za pomorstvo inpromet, Portorož, 20034. Pravilnik o pogojih za projektiranje, gradnjo in vzdrževanje zgornjega ustrojaželezniških prog, Uradni list RS 14/20035. Pravilnik o pogojih za projektiranje, gradnjo in vzdrževanje spodnjega ustrojaželezniških prog, Uradni list RS 14/20036. http://sl.wikipedia.org/wiki/Glavna_stran7. http://www.slo-zeleznice.si/- 9 -