pienoiskuva|Betonisia ratapölkkyjä Betoniratapölkky on ratapölkkytyyppi, joka on valmistettu teräsbetonista.
Historia pienoiskuva|vasen|Betoniratapölkkyjä käytettiin koko Adelaiden–Darwinin rautatien rakentamisessa. Vuonna 1877 ranskalainen puutarhuri Joseph Monier ehdotti, että teräsbetonia voitaisiin käyttää ratapölkkyjen valmistuksessa. Monier suunnitteli uuden ratapölkyn ja sai sille patentin, mutta tuote ei menestynyt.
Betoniratapölkkyä käytettiin ensi kertaa Alfordin ja Suttonin raitiotiellä vuonna 1884. Pääradalla betonipölkkyjä käytettiin ensi kertaa vuonna 1896 Reading Companyn radalla, Yhdysvalloissa. Pölkkyjä kehitettiin lisää, ja Itävallan ja Italian rautateillä betonipölkkyjä käytettiin ensi kertaa 1900-luvun vaihteessa. Pian jälkeen ne otettiin käyttöön myös monilla muilla Euroopan rautateillä.
Betoniratapökkyjen kehitys eteni hitaasti toiseen maailmansotaan asti. Tuolloin ratapölkkyihin käytetystä puutavarasta oli pulaa, koska sitä tarvittiin moniin muihin tarkoituksiin kuten kaivoksiin. Ranskalaisilla ja muillakin eurooppalaisilla rautateilla tehtiin tutkimusta, minkä seurauksena kehitettiin esijännitetty betoniratapölkky. Samoihin aikoihin alettiin myös rakentaa pitkistä, yhteen hitsatuista kiskoista ratoja raskaammille junille, ja tällaisille raiteille tarvittiin paremman laatuisia ratapölkkyjä. Nämä seikat kannustivat kehittämään betoniratapölkkyjä Ranskassa, Saksassa ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa, jossa pölkyistä kehitettiin virheettömiä.
Pohjois-Devonissa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa sijaitsevalla Lyntonin ja Barnstaplen rautatiellä, jonka raideleveys oli 597 mm, kokeiltiin betoniratapölkkyjä useassa kohdassa rataa. Koska ratapölkyt valmistettiin raideleveyden mukaan, niistä ei ollut juurikaan hyötyä asema-aluiden ulkopuolella, koska rata oli hyvin kaareva, jolloin raideleveyttä jouduittiin löysäämään. Pölkyt olivat myös meluisia eikä niillä ollut puuratapölkkyjä vastaavaa kimmoisuutta, joten rata oli todella jäykkä.Steve Phillips The Lynton & Barnstaple Measured & Drawn Osa näistä betonipölkyistä on nykyisin näytillä Woody Bayn asemalla.
Kiinnostus betoniratapölkkyjä kohtaan kasvoi toisen maailmansodan jälkeen esijännitetyn betonin suunnittelun, laadun ja tuotannon kehittymisen ansiosta.
Tuolimaisia betoniratapölkkyjä on käytetty ainakin 1940-luvulta lähtien. Great Western -rautatiellä Yhdistyneessä kuningaskunnassa käytettiin kaksireikäisiä pölkkyjä, sillä tällä tavoin säätettiin sekä puuta että pulttien korjaamiseen käytettyä terästä, joista oli pulaa sota-aikana.British Standard 986 Tätä mallia käytettiin valtion omistamilla rautateillä toisen maailmansodan aikana etenkin juuri ennen operaatio Neptunusta, sillä tällöin puutavarasta oli pulaa ja ratojen jatkoille ja uusimiselle oli pakottava tarve. Tämän ansiosta Gravesend West Streetin asema voitiin ottaa käyttöön vuonna 1944, ja tällä mahdollistettiin tavaraliikenteen valtava kasvu.
Indian Railways ehdotti ferrobetonisten ratapölkkyjen käyttämistä suurilla ratapihoilla. Ferrobetoniratapölkkyjen ainut koe tehtiin Intian rautateiden Langhola Ghatin rataosalla Sealdahin liikennepaikalla. Ferrobetonisten ratapölkkyjen käytössä on monia ongelmia. Pölkyt ovat raskaita eikä niiden käsittely-, kiinnitys- ja varastointivaikeuksia ole saatu ratkaistua. Pölkkyjä on kokeiltava laajassa mittakaavassa ennen, kuin niistä voi tehdä varmoja johtopäätöksiä.
Tyypit pienoiskuva| Kaksiosaisia ratapölkkyjä Buenos Airesin metrolinjalla H Betonipölkyt voivat olla kaikki samankokoisia tai niitä voi olla useampaa kokoa. Ne voivat koostua myös kahdesta terästangolla yhdistetystä pölkystä. Great Western -rautatiellä valmistettiin toisen maailmansodan aikaan tällaisia kaksiosaisia, terästangolla yhdistettyjä pölkkyjä sivuraiteilla ja joissakin silmukoissa, mutta nämä pölkyt eivät ylläpitäneet raideleveyttä kaikissa paikoissa, koska yleensä joko kolmen tai neljän pölkyn välein tai kiskojen liitoskohdissa käytetään raideleveyttä ylläpitäviä ratapölkkyjä. Esimerkkejä tällaisesta raiteesta olivat Tatyllyn Eastin risteysasemalla ja Rockin sivuraiteella, jotka sijaitsivat entisellä Brecon & Merthyrin rautatiellä, Talybont-on Uskissa, ja ne dokumentoitiin syyskuussa 1963. Vastaavaa raidetta oli myös Doveyn risteysasemalla, Cambrianin radalla aivan viime aikoihin saakka, ja samanlaisia raiteita saattaa olla yhä olemassa muualla.Railway Gazette May 1944
Poikkeustapauksissa betoni voidaan jakaa kahdeksi pituissuuntaiseksi laataksi; tällaista rakennetta on käytetty Namibiassa. Tällainen raide koostuu yhtenäisestä betonialustasta, jossa ei ole erillisiä pölkkyjä, ja raidetta käytetään useimmiten tunneleissa. British Rail kokeili laattaraidetta 1960-luvun lopulla ja rakensi raidetta useiden mailien matkan pääradan viereen Derbystä pohjoiseen.
Ratapölkkyjen pohjaimet
Betoniratapölkyt eivät ole yhtä kimmoisia kuin puupölkyt, joten betonipölkkyradoilla raidesepeli murenee huomattavasti nopeammin kuormitettuna. Ongelmaa esiintyy varsinkin kaarteissa ja vaihteissa. Raidesepelin kulumisen vähentämiseksi ja joissakin tapauksissa myös tärinän vähentämiseksi ratapölkkyjen pohjiin asennetaan pohjaimia eli joustorakenteita. Pohjaimet valmistetaan yleensä polyuretaanista, kumista tai etyylivinyyliasetaatista, jonka jäykkyys on räätälöity vastaamaan raiteen kimmoisuusvaateita. Pohjaimet kiinnitetään ratapölkkyihin yleensä jo asennusvaiheessa, jotta ne eivät hankaloita pölkkyjen asentamista. Eräs merkittävä pohjainten käyttökohde on vaihteiden geometrian pysyvyyden parantaminen. Standardin SFS-EN 13230-2:2016 mukaan pohjainten tulisi olla paksuudeltaan 12–17 mm.
Tärinäneristyksen parantamiseksi joustorakenteiden tulisi olla pehmeämpiä ja monissa tapauksissa myös paksumpia. Tärinäneristyksellä voidaan vähentää melua 5–12 dB, mutta tämä riippuu monista tekijöistä kuten akselipainoista, nopeudesta, maaperän jäykkyydestä, raidesepelin jäykkyydestä ja monesta muusta asiasta. Tämän takia eristyksen tulosten tarkka ennustaminen on vaikeaa. Pehmeiden pohjainten käyttöä rajoittaa se, että ne sopivat lähinnä tärinän ja runkomelun alentamiseen. Muihin pohjainten käyttötarkoituksiin eli raiteen geometrian pysyvyyden parantamiseen, radan jäykkyyserojen tasoittamiseen, tukikerrospaksuuden ohentamiseen ja kiskojen pitkäaaltoisen korrugaation vähentämiseen tulisi käyttää normaaleja tai jäykköjä pohjaimia. Toisaalta normaalitkin pohjaimet vähentävät tärinää ja runkomelua jonkin verran. Normaaleilla pohjaimilla tarkoitetaan pohjaimia, joiden jäykkyys on 0.15 N/mm³–0.25 N/mm³.
Hyödyt ja haitat Hyödyt oikea|pienoiskuva|Betoniratapölkyillä on puisia pölkkyjä pidempi käyttöikä. BNSF:n rataa Yakiman pohjoispuolella Washingtonissa. Betoniratapölkyt eivät lahoa tai mätäne toisin kuin puupölkyt, ja ne ovat tulenkestäviä. Ne pysyvät puuratapölkkyä paremmin paikoillaan. Niiden lisäpaino tekee raiteesta vakaamman etenkin lämpötilan muuttuessa. Betonipölkyt kestävät palovahinkoja puupölkkyjä paremmin, parantavat raiteen kykyä vastustaa magnetoitumista, ja niiden käyttöikä on puuratapölkkyjä pidempi. Betoniratapölkyt tarvitsevat vähemmän huoltoa, joten niistä syntyy vähemmän kustannuksia, ja tarve raiteen sulkemiselle vähenee. Betoniratapölkkyjä ei kyllästetä kreosootilla toisin kuin puuratapölkyt (etenkin Euroopassa käytetyt), joten betonipölkyt ovat myös ympäristöystävällisempiä.
Haitat Kun junat suistuvat kiskoilta, ja niiden pyörät osuvat ratapölkkyihin, puuratapölkyt yleensä absorboivat iskun ja pysyvät ehjinä, kun taas betoniratapölkyt yleensä rikkoutuvat niin, että ne on vaihdettava uusiin. Betonipölkyt ovat kalliimpia eikä betoniratapölkkyraiteen raideleveyttä pystytä jälkikäteen muuttamaan ellei tähän olla varauduttu. Betoniratapölkyt voivat olla jopa 136 kg painavampia kuin vastaavat puuratapölkyt. Tämän vuoksi tarvitaan suurempirakeista raidesepeliä betonipölkkyjen tukemista ja paikallaan pitämistä varten. Suuremmasta massastaan johtuen betoniratapölkyt aiheuttavat myös suuremman raiteen poikittaisvastuksen. Betonipölkyt eivät myöskään vaimenna ohittavista junista syntyvää tärinää yhtä paljon kuin puupölkyt. Tämä voi aiheuttaa särönkasvua, jolloin ratapölkyt heikkenevät ja voivat lopulta murtua. Tätä ongelmaa esiintyy eniten kiskojen liitosten vieressä olevissa pölkyissä. Tämän vuoksi betoniratapölkkyjä käyttäneillä rautateillä vältettiin aiemmin betonipölkkyjen käyttämistä vaihteissa ja kiskoliitoksissa. Nykyaikaisia betoniratapölkkyjä voidaan käyttää myös vaihteissa, joten betonivaihdepölkkyjä asennetaan nykyisin vaihteisiin muun muassa peruskorjausten yhteydessä. Betonipölkkyjen ongelmana on myös sivuttaisjäykkyys, joka voi aiheuttaa metallin väsymistä etenkin kääntösilmukoissa, joissa sivuttaisvoimien äkillinen muutos korostaa jännitysten vaihteluita. Tämä voi aiheuttaa joko itse kiskon tai ratapölkyn teräsvahvikkeen murtumisen kaarteessa. pienoiskuva|Käytössä olleita betonipölkkyjä.
Saksan suurnopeusratojen pölkyistä on löydetty murtumia, joten tuhansia pölkkyjä on vaihdettu uusiin jo lyhyen käytön jälkeen. Tämän todettiin johtuvan sopimattoman kiviaineksen käytöstä betonissa. Vaurioituneita betoniratapölkkyjä ei voi korjata. Vanhoja betonipölkkyjä voidaan käyttää esimerkiksi tukiseinissä, tai ne voidaan murskata kiviaineksen ja raudoituksen kierrätystä varten.concrete sleeper crusher - YouTube
Erikoisvalmisteisille pölkyille voi olla tarvetta todella tiukoissa kaarteissa kuten Newmarketin uudella kolmioraiteella Uudessa-Seelannissa. Siellä raideleveys on 1067 mm ja kaarresäde 95 m, joten pölkyt ovat hyvin painavia (noin 250 kg), ja niissä on otettu huomioon mahdollinen raideleveyden kasvattaminen.Railway Gazette International maaliskuu 2012, s. 23
Betonivaihdepölkyt joudutaan raatälöimään käyttökohteeseensa sopiviksi. Pölkyt ovat huomattavasti tavallista pidempiä, niissä on rakoja vaihteiden moottoreita varten, ja niitä valmistaa lähinnä vain muutama tällaisiin pölkkyihin erikoistunut yritys. Jos vaihde pitää saada nopeasti käyttöön, on käytettävä puupölkkyjä, jotka voidaan yksinkertaisesti porata vaihteeseen sopiviksi.
Standardit Kansainvälinen rautatieliitto on julkaissut betoniratapölkkyjä koskevan standardin 710. Esimerkiksi Malesiassa ja Singaporessa, käytetään monia erilaisia standardeja, kuten esijännitettyjä betoniratapölkkyjä koskevaa australialaista standardia (AS 1085.14:2012) tai N 13230-4:2016 -standardia, joka koskee vaihteissa ja tasoristeyksissä käytettäviä esijännitetystä betonista valmistettuja pölkkyjä.
Muun muassa Suomessa käytetään vuonna 2016 voimaan tullutta kuusiosaista Eurooppalaista standardia. Standardia ei ole käännetty Suomen kielelle, mutta se on vahvistettu suomalaiseksi kansalliseksi standardiksi. Standardin ensimmäisen osan SFS-EN 13230-1:2016 aiheena on betoniratapölkkyjen yleiset vaatimukset, toisen osan SFS-EN 13230-2:2016 aiheena esijännitetyt yksiosaiset pölkyt, kolmannen osan SFS-EN 13230-3:2016 aiheena kaksiosaiset teräsbetonipölkyt, neljännen osan SFS-EN 13230-4:2016 aiheena esijännitetyt vaihdepölkyt vaihteita ja risteyksiä varten, viidennen osan SFS-EN 13230-5:2016 aiheena erikoiselementit ja kuudennen osan SFS-EN 13230-6:2016 aiheena betoniratapölkkyjen suunnittelu. Betoniratapölkkyjä käsitellään standardissa erityisesti turvallisuuden kannalta. Käsiteltäviä aiheita ovat mm. pölkyissä käytettävät materiaalit, pölkyille tehtävät turvallisuuskokeet, valmistusprosessit ja laadunvalvonta.
Valmistus, kuljetus ja asennus
pienoiskuva|Unimog työntämässä kiskonkiinnitysjärjestelmien kiristämiseen ja löysentämiseen tarkoitettua automaattista ja synkronoitua laitetta.