Lærebok i jernbaneteknikk. Sviller

Transkript

1 Lærebok i jernbaneteknikk Sviller Utgitt:

2 1. INNLEDNING 3 2. SVILLETYPER OG SVILLEMATERIALER SVILLENES EGENSKAPER TRESVILLER BETONGSVILLER STÅLSVILLER SVILLETYPER I NORDEN 8 3. UTFORMING AV SVILLEN BALLASTSPENNINGER OG SPORVEDLIKEHOLD SIDEFORSKYVNINGSMOTSTAND SVILLEMATTER VEDLIKEHOLD AV TRESVILLER REGISTRERING BESIKTIGELSE I SPORET AUTOMATISK REGISTRERING TESTING AV SKRUEFESTET/TILTREKKING AV SKRUER REHABILITERING AV TRESVILLER REHABILITERING AV SKRUEHULL KILING AV UNDERLAGSPLATER ETTERIMPREGNERING AV SVILLER VEDLIKEHOLD AV BETONGSVILLER SLITTE MELLOMLEGG SLITTE ISOLATORER NEDKNUSING AV SVILLENS UNDERSIDE BRUDD I TOBLOKKSVILLER VIRKNING AV RISS I BETONGSVILLER VALG AV SVILLETYPE SIKKERHET SPORVIDDE ELASTISITET ØKONOMI MILJØ STEDER HVOR BETONGSVILLER UTEN ELASTISITET IKKE BØR BENYTTES 23

3 1. INNLEDNING Figur 1 Svillene bærer skinnen og fordeler lasten ned i ballasten. Svillene kan framstilles av bl.a. tre, betong eller stål. Mellom skinnene og ballasten er det en komponent med grunnleggende betydning i sporet, nemlig svillen. Svillens oppgave i overbygningen er: Ta opp kreftene fra trafikken ved framføring av det rullende materiell Fordele disse kreftene videre ned i ballasten uten at svillen tar skade Sammen med befestigelsen å holde sporvidden ved like Sammen med ballasten å sørge for en størst mulig stabilitet i sporet sideveis for å hindre utknekking. Svillen må: Tåle kontaktspenningene fra skinnene (evt. underlagsplatene) Tåle bøyespenningene fra momentbelastningene som oppstår pga. trafikken Ha bæreflater som er store nok til at ballasten ikke brytes ned som følge av store spenninger Være laget av et materiale som holder befestigelsen på plass for å sikre sporvidden Ha en form som gir størst mulig motstand mot utknekking av sporet Være håndterbare enten ved hjelp av maskiner eller håndkraft. I tillegg skal den også være så billig som mulig og ha en lengst mulig levetid. Det er ingen enkel oppgave å konstruere en sville som på best mulig måte skal oppfylle ovennevnte krav og å velge rett materiale. Mange faktorer og parametere kommer i betraktning. Det er utviklet metoder mht. fastsettelse av størrelsen på de ytre krefter og dimensjonering av svillen. Noen metoder er bygget opp på empirisk grunnlag. Andre metoder tar utgangspunkt i anerkjente teorier. I dette kapitlet skal det gis et overblikk over: Svilletyper og materialer til bruk i sville Dimensjonering Produksjon Fordeler og ulemper ved svilletypene Økonomi og vedlikehold Sviller 3

4 2. SVILLETYPER OG SVILLEMATERIALER Sviller kan lages i mange materialer og i flere utførelser, eller de kan enten sløyfes helt eller utformes i samvirke med andre komponenter ved sammenbundet forbindelse (ballastfritt spor). Tradisjonelt har svillene blitt framstilt av treslag i lokale skogsområder. I Norden er det blitt benyttet furu eller bøk. På kontinentet kom også stålsviller tidlig inn i bildet. Betongsvillen er i hovedsak en etterkrigsutvikling og har nå hos de fleste baner overtatt tresvillens rolle som den vanligste svillen ved sporombygging og ved legging av nytt spor. Sporets sideforskyvningsmotstand influeres sterkt av svilletypen og materialet den er laget av. 2.1 Svillenes egenskaper Tresviller Tresvillene har fordeler mht. håndterbarhet, elastisitet, liten følsomhet overfor impulslaster og mindre krav til ballastkvalitet. Tresviller har elastiske egenskaper og reagerer derfor på ujevnheter i sporet på en slik måte at svillenes kapasiteter mht. moment og skjær ikke overskrides. Tresvillene er også i stand til å motstå impulslaster på en slik måte at de ikke knekker så lett. Den største ulempen er levetiden. Dette gjelder spesielt furusviller. Levetiden begrenses av at tre utsettes for råte og i skarpe kurver av de store mekaniske påkjenninger som oppstår pga. sidekrefter. Disse fører igjen til utvidelser av sporvidden og problemer med løs befestigelse. For furusviller i nordisk klima kan levetiden være så kort som 25 år. Når det gjelder hardtresviller av bøk eller eik kan det regnes med en levetid på over 40 år under ytre forhold med kjølig klima. Ved riktig rehabilitering kan levetiden bli opptil 50 år på mindre trafikkerte baner [13]. Dette er det samme som den antatte levetiden for betongsviller. Noen tropiske regnskogstreslag (azobe, carry, jarrah, osv.) har spesielt gode egenskaper som svillemateriale. Av hensyn til det globale miljøvernet har det ved enkelte forvaltninger blitt tatt en prinsippbeslutning om ikke å benytte disse treslagene Betongsviller Overgangen til bruk av betongsviller har flere årsaker. Det er allerede nevnt problemene med tresvillenes (spesielt furu) korte levetid. Videre har prisene på tresviller etter hvert økt så mye at betongsvillene ofte er det rimeligste alternativet. Dette gjelder spesielt dersom det må anskaffes nye underlagsplater og befestigelse til tresvillene i forbindelse med rehabilitering Sviller 4

5 Med betongsviller blir det oppnådd en sikker sporvidde, et mer stabilt spor og lang levetid. Betongsvillene setter store krav til elastisiteten i ballasten da disse svillene er helt stive (ingen elastisitet). Videre er de følsomme overfor impulslaster. Betongsvillene er også meget følsomme mht. å bli opplagret under midten siden de ikke dimensjoneres for dette lasttilfellet. Det kreves av disse årsaker et tykt elastisk ballastlag (min. 30 cm er vanlig) og ren ballast uten innslag av store steiner. Et annet forhold er avsporinger. Mens tresviller vanligvis vil tåle dette, blir betongsvillene slått i stykker og skadeomfanget kan bli meget stort. Det er ikke alltid at avsporinger oppdages før toget har kjørt flere kilometer og dermed kan tusenvis av sviller bli skadet. Figur 2 Betongsvillene deles prinsipielt inn i monoblokk- og toblokksviller. Førstnevnte er spennarmert, mens toblokksvillene er slakkarmerte. Det er to hovedtyper betongsviller, nemlig monoblokk- og toblokksviller. Alle monoblokksviller har spennarmering. Det er 2 metoder for etablering av forspenningen. Den ene metoden går ut på at svillene støpes i langbenker med oppspente armeringstråder som kuttes når svillen er herdet. Ved den andre metoden stikkes armeringsjern inn i svillen etter at betongen er herdet. Armeringsjernene spennes deretter opp (kalles også etterspente sviller). Toblokksviller består av to slakkarmerte betongklosser bundet sammen med en stålstang. Hvilken av de to som er den beste svilletypen er åpent for diskusjon, men trenden internasjonalt går mot monoblokksviller Sviller 5

6 I Østerrike er det utviklet noen spesielle varianter av betongsviller, Rammesville og HDS sville. Rammesvillen er støpt som en ramme noe som medfører et svært stabilt spor. Spor med rammesviller kan imidlertid ikke justeres med vanlige sporjusteringsmaskiner. HDS svillen ligner mer på en normal monoblokksville, men denne har en bredere opplagsflate mot skinnen slik at det blir plass til doble sett med befestigelsesfjærer. I spor med denne type sviller kan man bruke vanlige sporjusteringsmaskiner Figur 3 Rammesviller Figur 4 HDS sviller Sviller 6

7 2.1.3 Stålsviller Figur 4 Typisk tverrsnitt av stålsville. Svillen formpresses av stålplate. Figur 6 Bygging av spor med stålsviller. Stålsviller er ikke i bruk i Norden, bortsett fra en kort prøvestrekning i Finland. Disse svillene består vanligvis av en tykk stålplate formet som et trau med nedbøyde ender og sider. Fordelene er at ballast spares siden svillen er tynn og at de har en meget lang levetid. Ulempene er høy pris, problemer med elektrisk isolasjon og støy Sviller 7

8 Figur 7 Såkalt Y-sville. Denne svilletypen bygges opp av H-bjelker som sammensveises. Den vil gi et meget stivt spor sideveis. 2.2 Svilletyper i Norden Det er en del forskjeller mellom de nordiske landene mht. hvilke svilletyper det har vært satset på. Tradisjonelt har de tre nordligste landene for det meste brukt sviller i furu, mens DSB har brukt bøk. Siden 1950-tallet er det gradvis blitt innført betongsviller. Ved JBV, BV og VR har dette stort sett vært monoblokksviller, mens DSB også har benyttet toblokksviller etter fransk modell. Nå bruker alle fire forvaltninger betongsviller av monoblokktypen. Alle er av forspent type og produseres i spennbenker. Når det gjelder tresviller, har trenden vært at disse skulle erstattes med betongsviller. Dette gjelder spesielt på hovedlinjene. Imidlertid for mindre viktige baner (sidebaner) benyttes ennå tresviller i furu og bøk. I stasjonsområdene er det også en del mindre trafikkerte spor med eldre tresviller. Tabell 1 og figur 8 på neste side viser fordelingene mellom tre- og betongsviller og den historiske utviklingen ved de nordiske banene pr [1] Sviller 8

9 Tabell 1 Fordeling mellom tre - og betongsviller ved de nordiske banene. DSB JBV BV VR Furu, bjørk 0 15,9 58,5 81,1 Bøk, eik eller 40,3 5,3 8,1 0,8 tropisk tre Sum tre 40,3 21,2 66,6 81,9 Betong 59,7 78,8 33,4 18,1 Figur 5 Historisk utvikling av tre- og betongsviller ved de nordiske banene fram til Bildet kan ha endret seg i de senere år. I 2014 har andelen betongsviller økt til 84% i Jernbaneverket sine spor Sviller 9

10 3. UTFORMING AV SVILLEN Svillens form har stor betydning for ballastspenningene og sporets sidemotstand. 3.1 Ballastspenninger og sporvedlikehold Størrelsen på ballastspenningene har stor betydning for vedlikeholdet av sporet (pakke- og justeringsbehov). Størrelsen på svillens opplagerflater er dermed også viktig for dette forholdet, ikke bare for den styrkemessige dimensjoneringen av svillen. Foruten at setninger oppstår raskere ved høye ballastspenninger, er det også muligheter for nedknusing av ballasten og slitasje på betongsviller. Erfaringer og målinger tyder på at spenningsnivået helst ikke bør overstige 0,3 N/mm 2 i ballasten. Over dette spenningsnivået blir setningskurvene vesentlig brattere enn ved lavere spenninger Sideforskyvningsmotstand Svillens utforming og materiale sammen med vekten har stor innflytelse på sporets motstand mot sideforskyvning. Sideforskyvningsmotstanden påvirkes av friksjonen mellom ballast og sville, det passive trykket fra ballasten og sporets tyngde. Friksjonen ballast/sville gjelder i første rekke undersiden. Betongsvillenes underside utformes derfor med ru overflate. Det passive trykket fra ballasten fører til at en sville med innsvingt midtparti og store endepartier vil ha en bedre motstand mot sideforskyvning enn en sville med rett midtparti og små endeflater. En toblokksville vil av samme grunn være bedre enn en monoblokksville siden den har dobbelt så mange endeflater og dermed større muligheter til å mobilisere ballastmotstanden (fig. 6). Sporets tyngde influerer pga. løftebølgen som går foran hver aksel. Denne løftebølgen blir mindre ved et tungt spor enn et lett. Det mobiliseres derved større friksjonskrefter mellom sville og ballast og motstanden mot sideforskyvning øker. Dette betyr igjen at betongsviller er gunstigere enn tresviller mht. sideforskyvning Sviller 10

11 Figur 6 Svilletypens innflytelse på motstand mot sideforskyvning (fra ORE-undersøkelse). Gunstigst er toblokk betongsviller som er ca. 110 % bedre enn tresviller. Figur 7 Monoblokksviller utformes med store endepartier og innsvingt midt for å øke sidemotstanden. Toblokksviller får stor motstand mot sideforskyvning på grunn av at den får dobbelt så mange endepartier Sviller 11

12 3.2 Svillematter Ved å lime på et elastisk lag under svillene vil den effektive kontaktflaten mellom svillens underside og ballastpukken øke. Dermed reduseres ballastspenninger og vibrasjoner. Dette vil trolig redusere knusing av ballast og svillemateriale og føre til lengre levetid av både sville og ballast Figur 11 Elastisk matte under sville Sviller 12

13 4. VEDLIKEHOLD AV TRESVILLER I tresvillespor vil man vanligvis få et forvarsel i god tid før det inntreffer feil som representerer noen sikkerhetsmessig fare. Feilene som oppstår skyldes råte eller mekanisk slitasje og vil vanligvis bli observert av målevogner i form av geometriske feil eller utvidelse av sporvidden. Vedlikeholdet vil da kunne få karakter av å forlenge svillenes levetid, f.eks. ved forsterking av skruehull, innlegging av kiler for å rette opp underlagsplatene, etterimpregnering eller evt. utbytting. I det følgende skal metoder for registrering av svillenes tilstand og rehabilitering av svillene gjennomgås. 4.1 Registrering For å kunne planlegge hvilke tiltak som skal settes i verk, omfanget og tidspunktet, må en registrere kvaliteten på svillene. Det er i prinsippet tre metoder som kan brukes: Visuell inspeksjon, automatisk registreringsutrustning og kontroll av skruenes feste. Sistnevnte kombineres med tiltrekking av skruene og planlegging av rehabiliteringsarbeid med dybling Besiktigelse i sporet Den vanligste metoden for å registrere svillekvaliteten har til nå vært å foreta en besiktigelse ute i sporet. Denne metoden gir bare begrenset informasjon da det bare er de synlige skadene (nedkjørte plater, ytre råteskader etc.) som kan registreres. Om svillen er råtten innvendig eller om skruene har feste kan ikke avgjøres på en sikker måte og det er vanskelig å finne det riktige tidspunktet for når en sville må tas ut. Det er ikke uvanlig at man ved en visuell inspeksjon tar feil i opptil 50% av tilfellene vedrørende hvilke sviller som er for dårlige til fortsatt å ligge i sporet. Det er helt klart at en så stor prosent med feilbedømminger har store økonomiske konsekvenser i tillegg til eventuelle konsekvenser for sikkerheten Automatisk registrering For å bedre registreringen av svillekvaliteten har det lenge vært ønske om et måleinstrument som kan foreta en objektiv bedømming. Et slikt instrument ble utviklet av Pandrol ("Panlogger") og innkjøpt av JBV og VR for noen år siden. Panloggeren består av en bærbar datamaskin og en teste-enhet. Målesystemet bygger på at svillen settes i vibrasjon ved hjelp av to "plastkuler" som slår mot overflaten. Instrumentet registrerer så responsen fra Sviller 13

14 svillen. Denne er avhengig av svillens tilstand mhp. råte. På bakgrunn av responsen blir svillen klassifisert innenfor en skala fra 1-6. "Panloggeren" skal være kalibrert for den innvirkning som skinner og ballast har på resonanssvingningene i svilla. I tillegg til den automatiske klassifiseringen av svillene, kan man for hver sville legge inn andre opplysninger manuelt, som f.eks. nedkjørte plater, løse skruer, sprekker, skinneskjøter og bruer. Ved normal framdrift vil man kunne teste opptil 1000 sviller pr. dag. I "Panloggeren" kan måleresultatet fra sviller lagres før den må "tømmes" over i en datamaskin (PC). Ved bearbeiding på PC'en kan man få ut resultatene for hver enkelt sville eller for seksjoner vist i tabeller og diagrammer. Det er også mulig å legge inn valgkriterier for å teste om det finnes strekninger hvor det ligger flere enn 3 sviller på rad som er i klasse 5 eller 6, dvs. sammenhengende partier med dårlige sviller. Jernbaneverkets erfaringer tyder ikke på at Panloggeren er spesielt godt egnet til å finne ut hvilke sviller som må byttes ut. Metoden er derfor aldri blitt tatt i bruk utover forsøk. Derimot kan den brukes for å finne fram til sviller som har god nok kvalitet for etterimpregnering (se senere avsnitt) Testing av skruefestet/tiltrekking av skruer Denne metoden er utviklet av VR og bygger på at det egentlig er skruenes feste som bestemmer om svillen er god nok til å bli liggende i sporet. Er befestigelsen i orden, kan svillen bli liggende. Om skruene er løse, kan man enten rehabilitere skruehullene med dybler/spiraler, eller hvis svillen bedømmes å være for dårlig, bytte den ut. Metoden brukes av både VR, BV og JBV. Svillen merkes vanligvis for utbytting hvis mer enn 4-5 skruer (av 8) ikke har feste ved moment 150 Nm. Er færre skruer løse settes dybler i de skruehullene som ikke gir feste. Fordelen med metoden er at en samtidig får gjort et vedlikeholdsarbeide som er nødvendig for å hindre nedbryting av svillen ved mekanisk slitasje, nemlig å trekke til skruene. Løse plater som ligger og slår i svillen ved togpassering fører til unødvendig stor slitasje på svillene og bør unngås. 4.2 Rehabilitering av tresviller Rehabilitering av sviller kan foregå ved en direkte forsterking av skruefestet ved hjelp av dybler/spiraler, innlegging av plastkiler mellom underlagsplate og mellomlegg for å rette opp underlagsplaten/minske sporvidden samt ved å foreta etterimpregnering av svillene Sviller 14

15 4.2.1 Rehabilitering av skruehull En rehabilitering av skruehullene kan enten utføres med dybler av kunststoff eller ved bruk aluminiumspiraler. Begge metodene utføres uten at underlagsplaten fjernes fra svillen. "Keko-holk"-metoden er en standardmetode for rehabilitering av skruehullene. Hovedmomentene i arbeidsgangen ved rehabilitering av skruefester med kunstoffdybler er: Testing av alle skruer med et bestemt dreiemoment (150 Nm) Merking av alle svilleskruer som er løse etter tiltrekking Uttrekking av alle løse skruer Boring av skruehull (gjennom hullene i underlagsplaten) Nedslåing av kunstoffdybel Nedsetting av svilleskrue Merking av de skruene som fortsatt er løse Dersom mer enn 4-5 skruer i en sville ikke har feste ved 150 Nm, merkes svillen for utskifting. Hvor mange skruer som kan godtas å være løse etter at dybler er satt ned, må vurderes etter de lokale forhold, slik som kurvatur og trafikkbelastning. Nedsetting av dybler medfører også at sporvidden minsker i kurver med utkjøring. Det er observert varig 5-10 mm bedring. Erfaringer tyder på en forlengelse av svillens levetid på 7-8 år etter innsetting av dybler. Figur 12 Plastdybel for rehabilitering av skruehull i tresviller Sviller 15

16 Figur.8 Aluminiumsspiral for rehabilitering av skruehull i tresviller. Spiralen settes ned i skruehullet og svilleskruen presser den inn i friskt tre slik at feste oppnås. Aluminiumsspiraler for rehabilitering av skruefestet er i vanlig bruk i flere land. Spiralene er noe dyrere enn dybler og noe mer tungvinte i bruk, men fordelen er at en ikke må bore opp skruehullene. Spiralen settes ned med en skrumaskin og svilleskruen skrus ned og presser spiralen inn i frisk ved Kiling av underlagsplater I skarpe kurver sliter gjerne underlagsplaten seg mer ned i svillen på yttersiden enn på innsiden. Dette er, sammen med ovale skruehull, årsaken til sporutvidelsen. BV og JBV benytter her kiler framstilt i plast for å rette opp underlagsplaten. Sammen med en forsterking av skruefestet med dybler er dette en brukbar metode for å få kontroll med sporvidden. Kilene legges inn samtidig med at skruene likevel er fjernet for å sette ned dybler Etterimpregnering av sviller Den største ulempen med tresviller er at de med tiden blir utsatt for råteangrep. Dette kommer av at kreosot ved trykkimpregnering bare trenger et stykke inn i svillene. Kjerneveden vil derfor ikke ha noen beskyttelse når svillene legges inn i sporet. Oppsprekking av svillene og derav følgende tilgang på fuktighet vil etterhvert medføre at det oppstår angrep av råtesopp [svamp]. Når prosessen først har startet vil den fortsette av seg selv med det resultat at svillene får store skader og ikke lenger kan ligge i sporet. Det foreligger metoder som kan stoppe råteangrepet. Metodene bygger på reimpregnering med stoff som trenger inn i veden ved hjelp av den naturlige fuktighetsvandringen i svillen. Impregneringsmidler som brukes kan være natriumfluorid eller borsyre Sviller 16

17 En metode for å etterimpregnere svillene er å sette ned staver av krystallisert borsyre (anhydrid-natrium-oktoborat) i hull som bores i svillene [16-17]. Stavene vil etter hvert løses opp og impregneringsmidlet trenger inn i veden ved hjelp av fuktvandringen. Ettersom fuktvandringen er størst til de stedene som er angrepet av råte vil mesteparten av impregneringsmidlet bli fraktet dit hvor behovet er størst. Avhengig av hvor stor forlengelse av svillenes levetid som kan oppnås i forhold til kostnadene, vil etterimpregnering være en interessant metode. F.eks hevder Pandrol at deres metode med nedboring av staver av borsyre vil forlenge svillenes levetid med omtrent 10 år for en kostnad på ca. n.kr. 50,- pr. sville. Dersom det benyttes "Panlogger" til registrering av svillenes kvalitet vil man lettere få en oversikt over hvilke sviller som kan reimpregneres. På sviller i klasse 3 og 4 vil reimpregneringen normalt være mest effektiv. En ulempe med impregneringsmidlene er at de er giftige. Anhydrid-natriumoktoborat er mindre giftig enn natriumfluorid. Ved å følge de oppgitte forholdsregler hevder Pandrol at deres "Pandrol Timbershield Rods" ikke utgjør noen helsefare for de som gjør arbeidet Sviller 17

18 5. VEDLIKEHOLD AV BETONGSVILLER Det ble lenge antatt at et spor med betongsviller ville være nærmest vedlikeholdsfritt. At dette var en gal antagelse har en etter vært fått erfaring for. Ved JBV har det dessverre også forekommet avsporinger som skyldes feil ved betongsvillene. Det er derfor selvfølgelig nødvendig at vedlikeholdet må tas alvorlig. Den store vanskeligheten med betongsviller er "skjulte" feil: Utslitte mellomlegg eller isolatorer, riss eller brudd i svillen og slitasje/nedknusing av betongsvillenes underside. For toblokksviller kommer dessuten problemet med korrosjon og brudd i forbindelsesstangen mellom de to blokkene. Forholdet nødvendiggjør manuell besiktigelse i sporet for å holde feilene under kontroll. Ingen målevogn kan oppfatte at et mellomlegg er utslitt eller at fobindelsesstangen i en toblokksville er rustet bort, dvs. ikke før feilen har fått sikkerhetsmessige følger. Feilene fører også til omfattende og dyrt vedlikeholdsarbeid. Spesielt er utbytting av mellomlegg arbeidskrevende. 5.1 Slitte mellomlegg Dette er en meget alvorlig feil. Hvis mellomlegget mangler, vil skinnen raskt grave seg ned i betongen på grunn av de store kontaktspenningene. Hvis dette forekommer i en kurve, vil flaten under skinnen bli slitt skrå som følge av de tverrgående kreftene fra trafikken. En risikerer da store sporutvidelser som kan føre til avsporinger. mm02 Figur 14 Slitasje på grunn av manglende mellomlegg observert etter avsporing hos JBV. Skinnen hadde slitt seg ca. 20 mm ned i svillen på én side. Til en viss grad vil dette fenomenet kunne oppdages ved kjøring av sporgeometrisk målevogn, i alle fall hvis målehjulene har stor nok aksellast. I eksemplet ovenfor var imidlertid slitasjen under indre skinne i en skarp kurve og avsporingen skjedde i et godstog med lav hastighet. Et persontog ville her Sviller 18

19 normalt ligget an mot ytre skinne og Mauzin-vognen hadde ikke observert feilen. Manuell inspeksjon med stikkprøver vil være den eneste sikre måte for å kunne oppdage slitte mellomlegg. Utbytting av mellomleggene er et omfattende arbeide hvor befestigelsen må løsnes og skinnen løftes. Automatisering er vanskelig og lønnsutgiftene blir meget høye i forhold til kostnaden for komponenten som byttes ut. Det er meget viktig at kvaliteten på mellomleggene er god med hensyn til slitasje. Noen kroner ekstra pr. mellomlegg for å få best mulig kvalitet vil være godt anvendte penger. De tidlige tynne mellomleggene i gummi var lite slitesterke og gikk i oppløsning og var meget farlige, men også de mer moderne plastmellomleggene (EVA) slites. Hvordan de nye 10 mm mellomleggene i gummi som er tatt i bruk hos de forskjellige forvaltningene vil oppføre seg når det gjelder slitasje, gjenstår å se. 5.2 Slitte isolatorer Figur 15 Isolatoren mellom klemfjær og skinne er avgjørende for sporisolasjonen. Dette er hovedsakelig et regularitetsproblem. Slitte isolatorer medfører dårlig sporisolasjon og dermed signalfeil som følge av såkalt "falskt belegg". Spesielt er strekninger med mye kurver og høye kurvehastigheter utsatt. Når signaler går i "stopp" og togene blir forsinket, er det for sent. Skal togforsinkelser som følge av slitte isolatorer unngås, må isolatorene inspiseres og byttes før slitasjen blir stor. Isolasjonsevnen i sporet kan kontrolleres ved hjelp av elektrisk måleutstyr Sviller 19

20 5.3 Nedknusing av svillens underside Slik nedknusing kan forekomme på steder med store ballastspenninger, dvs. ved tynt ballastlag på hard grunn. Det danner seg da vanligvis "pumpesviller" (dvs. at svillene ligger i en slags slurry). En vil da oftest rense ballasten eller grave ut de dårlige massene. Det vil da være viktig å inspisere svillene samtidig og bytte ut slitte sviller. Samtidig må man om mulig legge inn et tykkere ballastlag. Ved JBV er det observert sviller som er slitt ned til det andre laget med armering på slike steder. Dette svekker svillen og vil senere kunne føre til brudd. 5.4 Brudd i toblokksviller Ved korrosjon av stangen som forbinder de to delene av en toblokksville, vil en etter en tid kunne få brudd. Det betyr igjen at en ikke har noen kontroll over sporvidden og dette er selvsagt en meget alvorlig feil. Problemene kan spesielt oppstå på steder med korrosivt miljø, f.eks. ved stasjonsplattformer eller ved planoverganger hvor salt kan forekomme. DSB er det eneste jernbaneselskapet i Norden som har brukt toblokksviller som standard. Det er eksperimentert med utstyr som måler om det er brudd ved hjelp av elektrisk strøm, men utstyret er ikke helt pålitelig. Manuell inspeksjon må derfor foretas. 5.5 Virkning av riss i betongsviller Alvorlige riss oppstår gjerne på steder der svillen har blitt overbelastet, f.eks. som følge av sår i skinneoverflaten eller uren ballast med stein. Riss oppstår også ved alkaliereaksjoner. Rissene er ikke farlige hvis de ikke åpner seg. Gjør de det, vil vann trenge inn og en kan få korrosjon i armeringen. Dette er en meget farlig feil, siden den kan føre til at svillen brekker. En av de hardest belastede delene av betongsvillen er under skinnen. Riss som opptrer der kan være meget vanskelige å oppdage før de utvikler seg til alvorlige sprekker siden de ofte er skjult av skinnen eller ballasten. Figur 16 viser resultatet av en slik sprekk på Østfoldbanen (hovedlinjen Oslo - Gøteborg). Svilledelen på bildet hadde brukket av og falt ned i fyllingsskråningen. Ved nærmere ettersyn av kurven (R=500 m) fant man flere sviller som var ødelagt på samme måte, men hvor armeringen ennå ikke hadde røket. Tillatt hastighet på stedet var 100 km/h Sviller 20

21 Figur 9 Del av sville fra JBVs Østfoldbane (hovedlinjen Oslo - Gøteborg). Riss hadde dannet seg under skinnen. Feilen ble oppdaget ved at visitøren så denne svilledelen liggende i en skråning ved sporet. I den senere tid er det observert at riss i betongsviller også skyldes forurensning fra eksterne omgivelser. Årsaken er at sammensetningen av visse typer tilslagsstoffer sammen med sementpastaen reagerer på bestemte ytre forhold. Rissene blir forårsaket av en såkalt alkaliereaksjon Sviller 21

22 6. VALG AV SVILLETYPE Bortsett fra vedlikeholdsproblemer og -kostnader, må det tas hensyn til andre økonomiske og tekniske faktorer når valg av svilletype skal gjøres. 6.1 Sikkerhet Svilletype har stor betydning for sikkerhet mot solslyng. Betongsviller gir et spor med betydelig økt sidestabilitet og dermed større sikkerhet mot solslyng. Først og fremst fordi betongsviller er betydelig tyngre enn tresviller. Dette er spesielt viktig i kurver med liten radius der kritisk temperaturøkning er mindre enn i slakere kurver og på rettlinje. 6.2 Sporvidde Ved høye hastigheter er det viktig med liten variasjon i sporvidden. I betongsviller er sporvidden gitt ved at svilleformene har faste spor for innstøping av svilleankere. Dette gir svært små variasjoner i sporvidden. Tresviller gir generelt større variasjoner dels på grunn av at feste av underlagsplater med svilleskruer er en delvis manuell operasjon, og dels på grunn av at hver enkelt sville kan ha ulik krymping og vridning. I spor med svært krappe kurver vil det være en fordel med økt sporvidde, noe som gir økt rulleradiusdifferanse og bedre styring av boggiene gjennom kurven slik at slitasje på hjul og skinner reduseres. Med tresviller er det enkelt å tilordne en økt sporvidde ( mm) gjennom spesielle bormønstre for underlagsplatene. For betongsviller derimot er man låst til en sporvidde. 6.3 Elastisitet I motsetning til tresviller har betongsviller ingen elastisitet. Betongsviller krever derfor stor ballasthøyde for å unngå knusing av svillens underside på grunn av for store ballastspenninger. Noen steder, f.eks. i gamle trange tunneler, er det ikke plass til at ballasthøyden blir stor nok. På slike steder vil bruk av elastiske sviller, som f.eks. tresviller være en fordel. 6.4 Økonomi Tresviller av bøk eller eik er dyrere i innkjøp enn betongsviller dersom man regner med alle befestigelsesdeler. Tresvillene er riktignok litt rimeligere dersom man gjenbruker underlagsplatene, men da det er en arbeidskrevende ressurs å skru av og på platene vil bruk av tresviller likevel være mer kostbart i de fleste tilfeller. 6.5 Miljø Tresviller impregneres med kreosot for å oppnå en akseptabel levetid. I de senere årene har det vært en økende fokus på de helsemessige effektene ved bruk av kreosot. Kreosot er klassifisert som kreftfremkallende og inneholder PAH forbindelser og andre tungt nedbrytbare forbindelser Sviller 22

23 I 2011 vedtok EU (EU direktiv ) et forbud mot industriell anvendelse av kreosot fra Dette innebærer at svilleprodusenter ikke lenger får lov til å anvende kreosot som impregneringsmiddel. For Jernbane vil det sannsynligvis bli innvilget en dispensasjon frem til Om noen få år vil ikke kreosotimpregnerte sviller lenger være tilgjengelige på det europeiske markedet. Alternativer til kreosotimpregnerte tresviller er derfor under utredning i de fleste jernbaneforvaltninger. Alternativene man ser på er bl.a.: Tresviller impregnert med mer miljøvennlige og lovlige oljer Sviller av komposittmaterialer Sviller av resirkulert plast Stålsviller Betongsviller med pålimt svillematte 6.6 Steder hvor betongsviller uten elastisitet ikke bør benyttes På en del steder er elastiske sviller det eneste riktige alternativet, også på hovedlinjer. Det gjelder bl.a. steder der det ikke er mulig å oppnå tilstrekkelig tykkelse på ballasten. Bruk av betongsviller på slike steder vil føre til store problemer med nedknusing av ballasten og/eller ødelagte betongsviller og dermed økte vedlikeholdskostnader. Som eksempler på steder der betongsviller ikke bør brukes kan nevnes: Tunneler med begrenset høyde Under bruer med begrenset høyde på hard undergrunn På traubruer. Også med mulighet for 30 cm ballasttykkelse kan man her få problemer pga. hydrostatisk spenningstilstand i ballasten I overgangen mellom stålbruer uten ballast til vanlig spor. Her bør det brukes tresviller pga. at det ofte er et hardt parti over landkarene, dessuten er det lettere å feste ledeskinner til tresviller Sviller 23

24 Lærebøker i Jernbaneteknikk Feil! Fant ikke referansekilden. LITTERATURHENVISNINGER 1. Parzefall - Eine kritische Wertung der Belastungsannahmen, der Schwellenbemessung und der Schwellenprüfung. Technische Universität München Stjern - Ny betongsville for NSB - Forstudie. Taugbøl & Øverland ORE D71 Rp9 - Beanspruchung der Betonschwellen Schultheiss/Schulz - Schwellen für die Deutsche Bundesbahn. ETR 10/ Eisenmann - Die Schiene als Träger und Fahrbahn. Die Eisenbahnschiene. Verlag W. Ernst & Sohn Esveld - Modern Railway Track. MRT Productions Duisburg Nylander - Foredrag NBI-kurs Betonsvelle/Befæstigelse. Rapport fra DSB Banetjenesten Diverse interne NSB-rapporter vedrørende strategier for fornyelse av overbygningen og utvidet bruk av tresviller 1989/ Beräkningsnormer för betongsliprar. Informasjon fra Nordisk Baneteknisk Samarbeide Kreitz - Rälen som bärverk. Notat til NBIU Stjern - Vertikalspenninger mot ballast formasjonsplan Schultheiss - Grundsätze für die Konstruktion von Gleiskomponenten unter Berücksichtigung der Lebenszykluskosten. Notat til NBIU 88/ AVAIN - Nordisk sammenstilling Eisenmann - Foredrag om sporet ved 75-års jublieet ved Bundesbahn-Zentralamt, München. 16. Beauford - Preservation treatment of wooden sleepers. Railway Technology International Swedish Wood Preservation Institute - Remedial treatment of creosoted railway sleepers of redwood by selective application of boric acid. Stockholm Sørli - Overbygningens komponenter - Sviller, Kompendium, NBIU SINTEF - Undersøkelser av betongsviller med alkaliereaksjoner ved statisk og syklisk belastningsprøvning Feil! Fant ikke referansekilden Sviller 24

25 Lærebøker i Jernbaneteknikk STIKKORDREGISTER A alkaliereaksjoner 20; 24 aluminiumspiraler 15 armeringsjern 5 armeringstråder 5 avsporinger 5; 18 azobe 4 B ballast 5; 7; 10; 14; 20; 23; 24 ballasten 3; 5; 10; 20; 23 ballastfritt spor 4 ballastspenninger 10; 20 befestigelse 4 befestigelsen 3; 14; 19 Betongsvillen 4 betongsviller 4; 5; 8; 9; 10; 11; 18; 20; 21; 23; 24 borsyre 16; 17 BV 8; 9; 14; 16 bøk 4; 8 C carry 4 D dimensjonering 3 DSB 8; 9; 20; 24 E eik 4; 9 Eisenmann 24 etterimpregnering 13; 14; 17 F furu 4; 8 furusviller 4 H hardtresviller 4 I impulslaster 4; 5 isolatorer 18; 19 J jarrah 4 K Keko-holk 15 kiler 13; 16 Kjerneveden 16 korrosjon 18; 20 kreosot 16 L langbenker 5 M monoblokk 5 monoblokksviller 5; 8 N natriumfluorid 16; 17 nedknusing 10; 18; 20; 23 O ORE 11; 24 P Panlogger 13; 17 plastkiler 14 produksjon 3 R rehabilitering 4; 13; 15; Sviller 25

26 Lærebøker i Jernbaneteknikk Rehabilitering 14; 15 riss 18; 20; 21 råte 4; 13; 14; 17 råtesopp 16 S sideforskyvning 10; 11 sideforskyvningsmotstand 4 Sideforskyvningsmotstanden 10 SINTEF 24 skruehull 13; 15; 16 spennarmering 5 sporombygging 4 sporvidde 5 sporvidden 3; 4; 13; 14; 15; 16; 20 stålsviller 4 Stålsviller 7 svilleskruer 15 T tilslagsstoffer 21 toblokksviller 5; 8; 18; 20 Tresviller 4 U underlagsplater 4; 16 V vedlikehold 3 VR 8; 9; 13; Sviller 26