Dlaczego szyny nie lubią upałów

Miarowy stukot poruszającego się pociągu jest wywoływany przez szyny połączone śrubami (łączenie łubkowe). Nowa infrastruktura kolejowa i tramwajowa wykorzystuje już łączenie bezstykowe (np. spawane termitem). Dzięki temu powstaje szyna długa nawet na kilka kilometrów. Zaletą tego rozwiązania jest brak wspomnianego charakterystycznego odgłosu kół, a co za tym idzie obniżenie hałasu i większy komfort pasażerów.

Problem długości

To rozwiązanie ma jednak pewną wadę. Każdy kto pamięta lekcje fizyki, wie, że stal pod wpływem temperatury zwiększa lub zmniejsza swoją objętość. Jeśli dołożymy do tego równania szynę długą na kilka kilometrów obciążoną ciężkimi podkładami lub wbudowaną w jezdnię to z rachunku wyjdzie nam, że szyna ma tylko jedną drogę rozrostu – na długość.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej stali wynosi 0,000012 m na 1°C. W związku z tym wraz ze wzrostem temperatury o jeden stopień 5-kilometrowa szyna wydłuży się o 6 cm. Przy wzroście o 10 stopni długość wzrośnie o 60 cm. Szyna zblokowana przez mocowania może rosnąć tylko na swoich końcach, pod warunkiem, że nie jest niczym ograniczona, np. drugą szyną.

Szyny na ogół dostosowane są do temperatury 27 °C. Oznacza to, że problem wybrzuszających się szyn może pojawić się, gdy słupek rtęci powędruje znacznie ponad normę. – Z tego powodu w pewnych odstępach montuje się tak zwane styki dylatacyjne umożliwiające wzajemne ruchy dwóch odcinków szyn wobec siebie. Bez zastosowania dylatacji wysokie temperatury bardzo szybko powodowałyby wybrzuszanie torów, a w zimie następowałaby deformacja poprzez kurczenie się szyn – mówi Bogusława Kruk, kierownik działu technicznego firmy Tines. Styki dylatacyjne stosuje się również przy mostach i wiaduktach. Kolejnym rozwiązaniem zabezpieczającym torowisko przed wystąpieniem naprężenia są przyrządy wyrównawcze wykonane z szyn. Newralgicznymi miejscami, w których zaleca się stosowanie tych urządzeń torowych są okolice rozjazdów, skrzyżowań, przejazdów, wiaduktów i mostów. Stal jest dobrym materiałem i dobrze znosi rozciąganie i ściskanie. Jednak, jak wszystko we wszechświecie, ma swoje ograniczenia.

Przez cały dzień w słońcu szyna potrafi nagrzać się do ponad 50°C. To o 23° ponad normę, co oznacza przyrost o 1,38 m na przykładowym 5 kilometrowym odcinku, a także na sąsiednich szynach. W końcu musi coś się stać. Stal zaczyna napierać na boki lub wzwyż, wyrywając się z mocowań, całkowicie niszcząc odcinek toru gdzie wystąpiło zjawisko. Wybrzuszona szyna w skrajnym przypadku może doprowadzić do wykolejenia się tramwaju, czy pociągu.

Chłodzenie wodą

Ze względu na temperaturę, służby techniczne niewiele mogą zdziałać. Jeśli wyciąć dany fragment i zastąpić go nową szyną to cały układ nadal jest rozgrzany i gdy ostygnie może powstać luka lub pęknięcie. Wszystko co można zrobić w czasie upałów to zamknąć tor lub zastosować prowizoryczną tymczasową naprawę. Można również walczyć prewencyjnie z wybrzuszeniami – w newralgicznych punktach polewać wodą nagrzane tory. Tylko w Krakowie w 2014 r. na ten cel podczas upałów dziennie wylewano na torowiska tramwajowe 32 tysiące litrów wody. Wysokie temperatury skutkują również ograniczeniem prędkości pojazdów szynowych, co powoduje opóźnienia.

To jest odpowiedź na pytanie, dlaczego szyny nie lubią upałów. Jednak to nie jedyny problem jaki powodują wysokie temperatury. Przewody trakcji wykonane są z miedzi i chociaż systemy napinania przewodów w dużej mierze pochłaniają wzrosty, to na starszych instalacjach może dojść do znacznego obniżenia się trakcji. Również podbudowa ziemna toru wysychając i kurcząc się, może powodować nierówności toru.

Gorące lato to prawdziwy problem. Podobnie rzecz się ma podczas bardzo mroźnych zim, ale to temat na osobny artykuł.