Tại sao lại rải các viên đá trên đường ray xe lửa?

Thiết kế đường ray, như bạn đã biết gồm có 2 thanh đường ray được đặt song song với nhau, và 1 thanh ngang (thanh tà vẹt) để cố định hai đường ray đó, giúp đường ray luôn có một chiều rộng cố định, thanh tà vẹt thường được làm từ gỗ hoặc bê tông. Và tất cả sẽ được phủ một lớp đá lên trên, đá này gọi là đá ba lát (ballast).

Vậy cụ thể những viên đá trên là đá gì, và có tác dụng thế nào ?

Theo ScienceABC, không đơn giản là loại đá nào cũng được. Đá dành riêng cho đường ray không được là đá mịn, đá hình tròn, trơn, vì chúng sẽ bị trượt và lăn ra khỏi đường ray khi tàu chạy ngang qua. Đá dành cho đường ray tàu hỏa là đá dăm, có kích thước khoảng dưới 40mm, với hình thù nhiều cạnh sắc, giúp cho nó cố định vị trí tốt hơn.

Việc sử dụng đá dăm có vai trò hết sức quan trọng cho đường ray. Có thể bạn chưa biết, 99% thời gian đường ray sẽ không chịu lực, nhưng 1% còn lại nó sẽ phải cõng nguyên một đoàn tàu nặng hàng ngàn tấn. Thanh tà vẹt sẽ giúp cho các đường ray cố định vị trí khi tàu đi ngang qua, đồng thời truyền lực ép của đoàn tàu xuống dưới đất. Để đảm bảo áp lực được truyền đều xuống bên dưới trong khi vẫn giữ cho đường ray ổn định dưới tải trọng động của một con tàu đang chạy, các thanh tà vẹt được đặt trên một lớp đá dăm. Thêm vào đó, đường ray thường nằm lộ thiên vì vậy chúng phải đối mặt với các yếu tố thời tiết như co giãn nhiệt, chuyển động của mặt đất, địa chấn, mưa và nhiều yếu tố thiên nhiên khác như cỏ dại, cây dại mọc lên từ bên dưới.

Đá dăm sẽ giúp khắc phục các vấn đề trên, nó sẽ giúp hấp thụ nhiệt tốt hơn, giảm nhiệt cho đường ray. Các lớp đá sẽ ngăn chặn các cây dại mọc từ dưới đất lên, đồng thời sẽ giúp thoát nước tốt hơn khi đường ray ngập nước, ảnh hưởng đến độ an toàn của đường ray.

Trở lại câu hỏi vì sao không sử dụng các viên sỏi tròn mòn phải là đá dăm nhiều cạnh ? Bạn hãy thử hình dung một đống cát và một đống đá dăm, bạn hoàn toàn có thể dùng tay đẩy đống cát đi dễ dàng, nhưng với đống đá dăm, hầu như không thể. Tính chất đó có được do "nội ma sát của tập hợp đá", nó giúp đường ray được cố định, giảm tải tốt hơn.

Vậy là bạn đã hiểu được lý do vì sao đá dăm lại quan trọng vậy với đường ray, tuy nhiên một vấn đề khác là đá dăm dễ bẩn. Và nếu đá dăm bẩn thì ảnh hưởng lớn đến việc thoát nước, từ đó dẫn đến đường ray bị ngâm nước và dễ hư hỏng. Nên việc vệ sinh đá dăm cũng là một việc quan trọng.

Đường ray không có đá dăm chi phí đầu tư lớn.

Trước sự tàn phá của thiên nhiên, con người và sự hao mòn trong quá trình sử dụng, công tác bảo trì lớp đá ba lát tiêu tốn rất nhiều nhân lực, chi phí và thời gian. Vì vậy, ngành công nghiệp đường sắt cũng đã phát triển và áp dụng những loại đường sắt không cần dùng đá ba lát (ballastless track) (hình trên). Thay vì sử dụng lớp đá ba lát trợ lực, người ta dùng các phiến bê tông đặt liên tiếp nhau và đường ray được đặt trực tiếp lên mặt trên của phiến bê tông. Tuy nhiên, do chi phí ban đầu cao hơn và mất nhiều thời gian để thay thế trên các tuyến đường sắt sẵn có, loại đường ray không dùng đá ba lát thường được dành cho các tuyến đường sắt cao tốc hoặc vận tải nặng.