Ratapölkky

Ratapölkky on suorakaiteen muotoinen rautateiden raiteiden kiskoja tukeva kappale. Ratapölkyt ovat yleensä kohtisuorassa kiskoja vastaan, ja ne välittävät kuormat raidesepeliin ja ratapohjaan ja pitävät kiskot oikealla etäisyydellä toisistaan.

Puuratapölkkyjä käytetään monilla perinteisillä rautateillä. Taustalla olevalla raiteella käytetään betonipölkkyjä.

Ratapölkyt on tehty perinteisesti puusta, mutta nykyään ne tehdään usein esijännitetystä betonista, etenkin Euroopassa ja Aasiassa. Teräspölkyt ovat yleisiä Yhdistyneen kuningaskunnan sivuraiteilla. Myös muovikomposiittipölkkyjä käytetään, mutta vähemmän kuin puuta tai betonia. Vuonna 2008 Pohjois-Amerikan ratapölkyistä 91,5 % oli perinteisiä puupölkkyjä ja loput betoni-, teräs-, siipibongossipuu- (”azobé”) ja muovikomposiittipölkkyjä.

Pääradoilla käytettävät puuratapölkyt asennetaan yleensä 48–49,5 senttimetrin välein ja betoniratapölkyt noin 61 senttimetrin välein. Puisia ratapölkkyjä on tällöin 2 019 kappaletta kilometrillä ja betoniratapölkkyjä 1 640 kappaletta kilometrillä. Yhdysvaltain rautateillä kiskot voidaan kiinnittää ratapölkkyihin joko kiskonauloilla eli ratanauloilla tai ruuvaamalla ratapölkkyihin aluslevyt ja käyttämällä jotakin kiskonkiinnitysjärjestelmää, kuten Vossloh- tai Pandrol-kiinnitystä. Näitä kiinnitysjärjestelmiä käytetään etenkin Euroopassa.

Tyypit

Kivenlohkareet

Kilmarnockin ja Troonin välisellä rautatiellä käytetty kivenlohkare.

Ensimmäisen varsinaisen rautatien (Liverpoolin ja Manchesterin välisen rautatien) edeltäjissä käytettiin ratapölkkyjen asemesta maahan laskettuja kivenlohkareita (pareittain) pitämään kiskot tukevasti lohkareita vasten. Yksi menetelmän eduista oli, että hevoset pystyivät kulkemaan kiskojen välissä kompastumisvaaratta. Kun käyttöön tuli raskaampia vetureita, huomattiin, että oikean raideleveyden ylläpito oli hankalaa. Kivenlohkareet eivät myöskään soveltuneet pehmeälle maaperälle rakennetuille radoille, kuten Chat Mossin radalle, joten tällöin oli käytettävä puupölkkyjä. Kaksiosaiset pölkyt ovat samankaltaisia.

Puuratapölkyt

Eräs puuratapölkkyjen kanssa käytettävä kiskonkiinnitysmenetelmä.

Aikoinaan puiset ratapölkyt tehtiin joko kirveellä veistämällä tai sahaamalla siten, että vähintään kaksi ratapölkyn sivua saatiin tasaisiksi. Ratapölkyissä käytetään sekä havu- että lehtipuuta, joista yleisimmät ovat tammi, jarraeukalyptus ja karri, mutta niiden hankinnasta on tullut yhä vaikeampaa, koska raaka-aineen tulisi olla kestävästi tuotettua. Joillakin radoilla käytetään havupuupölkkyjä, esimerkiksi lännendouglaskuusesta valmistettuja pölkkyjä. Ne ovat alttiimpia kulumiselle, mutta ne ovat halvempia, kevyempiä (eli helpompia käsitellä), ja niitä on paremmin saatavilla. Havupuusta valmistetut ratapölkyt käsitellään tavallisesti kreosootilla, mutta sen asemesta käytetään joskus pentakloorifenolia, kromattua kupariarsenaattia ja muutamia muita suoja-aineita. Joskus käytetään myrkyttömiä suoja-aineita, kuten kupariatsolia tai mikronisoitua kuparia. Yhdysvaltain tärkeimmillä rautatiellä käytetään toisena suoja-aineena uutta booripohjaista ainetta, jolla saadaan pidennettyä ratapölkkyjen kestoa kosteilla alueilla. Osa puista, kuten intianmerantipuu, Mora-suvun puut, jarraeukalyptus ja siipibongossipuu, ovat riittävän kestäviä käytettäviksi myös ilman suoja-aineita.

Puuratapölkkyjen ongelmia ovat mätäneminen, lahoaminen, halkeaminen, hyönteistuhot, kiskonaulan irtoaminen vähitellen sekä leikkautuminen, joka johtuu ratapölkyn sivuttaisliikkeestä. Puuratapölkyt voivat myös syttyä palamaan, ja iän myötä pölkkyihin syntyvät halkeamat edesauttavat kipinöistä aiheutuvien palojen syttymistä. Suomessa kreosoottikyllästettyjä puupölkkyjä ei saa käyttää pohjavesialueilla, ja käytöstä poistettu kyllästetty pölkky luokitellaan ongelmajätteeksi.

Betoniratapölkyt

Betonipölkkyjä BNSF:n radalla Washingtonin Yakiman pohjoispuolella.

Betoniratapölkyt ovat puisia halvempia, niiden saatavuus on parempi, ja ne kestävät paremmin suuret akselipainot ja nopeudet. Niiden suurempi paino parantaa ratageometriaa etenkin silloin, kun pölkkyjen asennuksessa on käytetty jatkuvaa hitsausta. Betonipölkkyjen käyttöikä on pidempi ja huollontarve pienempi, sillä ne pysyvät pidempään paikoillaan suuren painonsa ansiosta. Betonipölkyt tulee asentaa hyvälle ratapohjalle ja upottaa riittävän syvälle raidesepeliin, jotta ne kestäisivät mahdollisimman pitkään. Betonipölkyt lisäävät pyöristä tulevaa melua, joten tiheästi asutuilla alueilla käytetään usein puuratapölkkyjä.

Yhdistyneen kuningaskunnan tärkeimmiksi luokitelluilla radoilla (suuret nopeudet ja akselipainot) saa Network Railin mukaan käyttää ainoastaan esijännitetystä betonista valmistettuja ratapölkkyjä.

Useimmilla Euroopan rautateillä käytetään nykyisin betoniratapölkkyjä vaihteissa ja ristikoissa, koska ne kestävät puupölkkyjä pidempään ja ovat halvempia. Puuratapölkkyjä on yhä hankalampi ja kalliimpi hankkia riittäviä määriä riittävällä laadulla.

Teräsratapölkyt

Teräspölkkyjä

Teräsratapölkyt on valmistettu puristetusta teräksestä, ja ne ovat poikkileikkaukseltaan kourumaisia. Pölkkyjen päädyt on muotoiltu ”lapiomaisiksi”, mikä lisää sivuttaisliikkeen vastusta. Kiinnitysjärjestelmien kotelot hitsataan teräspölkkyjen yläpintaan. Teräspölkkyjä käytetään yleisesti Yhdistyneen kuningaskunnan radoilla merkittävimpiä ratoja ja suurnopeusratoja lukuun ottamatta, sillä niiden on havaittu olevan taloudellisia, koska ne voidaan asentaa olemassa olevalle ratapohjalle. Teräspölkyt ovat betonipölkkyjä kevyempiä, ja ne voidaan myös pinota pieniksi nipuiksi toisin kuin puuratapölkyt. Teräspölkyt voidaan asentaa olemassa olevalle ratapohjalle toisin kuin betonipölkyt, jotka vaativat riittävän syvän uuden ratapohjan. Teräspölkyt ovat täysin kierrätettäviä, ja ne tarvitsevat jopa 60 % vähemmän raidesepeliä kuin betonipölkyt ja 45 % vähemmän kuin puupölkyt.

Teräsratapölkkyjen ongelmana oli aikoinaan huono suunnittelu, ja kasvaneet liikennemäärät lyhensivät niiden käyttöikää. Vanhanaikainen suunnittelu rajoittaa junien painoja ja nopeuksia, mutta teräsratapölkkyjä käytetään siitä huolimatta maailmanlaajuisesti monin paikoin, ja osa niistä on edelleen riittävässä kunnossa vuosikymmenten käytöstä huolimatta. Yli 50-vuotiaitakin teräspölkkyjä on olemassa, ja ne on voitu kunnostaa siten, että ne ovat yhä hyväkuntoisia. Teräspölkkyjä on käytetty myös erikoiskäytössä muun muassa Hijazin rautatiellä Arabian niemimaalla, jossa oli jatkuvia ongelmia beduiinien kanssa, sillä he varastivat puisia ratapölkkyjä nuotioihinsa.

Nykyaikaiset teräsratapölkyt kestävät raskaatkin kuormat, niiden käyttövarmuus on hyvä suojastetuilla radoilla, ja ne kestävät huonokuntoisillakin radoilla. Rautatieyhtiöille on tärkeää, että teräsratapölkyt ovat halvempia asentaa uusille radoille kuin kreosootilla suojatut puupölkyt tai betonipölkyt. Teräspölkkyjä hyödynnetään maailmanlaajuisesti lähes kaikentyyppisillä rautateillä, kuten suuren akselipainon kestävillä radoilla, pääradoilla, lähiliikenteen radoilla, lyhyillä yksityisradoilla, kaivosradoilla, sähköistetyillä henkilöliikenteen radoilla sekä kaikenlaisilla teollisuusradoilla. Teräspölkyt ovat viime vuosikymmeninä osoittautuneet hyviksi vaihteissa ja siten ratkaisseet aiemmin käytettyjen pitkien puuratapölkkyjen saatavuusongelman.

Jos teräsratapölkyt eristetään siten, että sähkö ei kulje niiden läpi, niitä voidaan käyttää raidevirtapiiripohjaisten suojastus- ja kulunvalvontajärjestelmien kanssa. Eristämättömiä teräspölkkyjä voidaan käyttää vain suojastamattomilla radoilla ja tasoristeyksissä tai radoilla, joilla käytetään muunlaista kulunvalvontaa, kuten akselinlaskijoita.

Muoviratapölkyt

KLP:n hybridimuoviratapölkkyjä

Ratapölkkyjen asentamiseen käytettävä ratatyökone Hyannisissa, Massachusettsissa, Yhdysvalloissa

Viime vuosina kierrätysmuovista ja -kumista valmistettuja komposiittiratapölkkyjä valmistavien yritysten määrä on lisääntynyt. Valmistajat lupaavat pölkyilleen puupölkkyjä pidemmän käyttöiän, 30–80 vuotta, ja että pölkyt eivät mätäne tai lahoa ja kestävät hyönteistuhot. Muovipölkyt voidaan myös valmistaa siten, että niiden sivusuuntainen vakaus lisääntyy. Joillakin pääradoilla käytetään hybridimuoviratapölkkyjä, jotka ympäröidään kokonaan raidesepelillä.

Kierrätysmateriaalin ympäristöhyötyjen ohella muoviratapölkkyjä käytetään korvaamaan myrkyllisellä kreosootilla kyllästettyjä puupölkkyjä, ja ne ovat sellaisenaan kierrätettäviä. Hybridimuovi- ja komposiittiratapölkkyjä käytetään monenlaisilla rautateillä, kuten maanalaisilla kaivosradoilla, teollisuusalueilla, kosteilla alueilla ja tiheästi asutuilla alueilla. Hybridimuoviratapölkkyjä käytetään myös korvaamaan yksittäisiä mädänneitä puuratapölkkyjä siten, että raide pysyy yhtenäisessä jännityksessä. Hybridimuovipölkyistä ja komposiittipölkyistä on hyötyä myös ratasilloilla, koska ne jakavat voimia paremmin ja vähentävät siltapalkkien ja ratapohjan värähtelyä. Tämä on hybridimuovi- ja komposiittipölkkyjen parempien vaimennusominaisuuksien ansiota; sekä tärinä että melu vähenevät. Vuonna 2009 Network Rail tiedotti alkavansa korvata puuratapölkkyjä kierrätysmuovista tehdyillä pölkyillä, mutta I-Plasista tuli maksukyvytön lokakuussa 2012.

Vuonna 2012 Uuden-Seelannin valtio tilasi Axionilta koe-erän EcoTrax-komposiittiratapölkkyjä käytettäväksi vaihteissa ja silloilla. Uusi kolmivuotinen tilaussopimus tehtiin vuonna 2015, mutta Axion meni konkurssiin joulukuussa 2015. Kaupankäynti kuitenkin jatkuu siitä huolimatta. Yhtiön pölkyt on kehittänyt Rutgersin yliopiston tohtori Nosker.

Ratapölkkyjä voidaan valmistaa myös kuitulasista.

Epätavallisia ratapölkkytyyppejä

Y:n muotoiset ratapölkyt

Y-pölkkyraide ja tavallinen raide vierekkäin.

Yksi epätavallisen muotoisista ratapölkyistä on Y:n muotoinen pölkky, joka kehitettiin alun perin vuonna 1983. Tällöin raidesepeliä tarvitaan pienempi määrä tavallisiin pölkkyihin verrattuna, koska Y-pölkyt jakavat kuormat paremmin. Melu on kova, mutta raide pysyy todella hyvin paikallaan. Kaarteissa Y-teräspölkyille ei ole olemassa tarkkaa geometristä sovitusta kiinteään kiinnityspisteeseen, koska niissä käytetään kolmipistekiinnitystä.

Y-pölkkyjen poikkileikkaus on I-palkki.

Vuoteen 2006 mennessä Y-pölkkyrataa oli rakennettu alle tuhat kilometriä, ja siitä noin 90 prosenttia on Saksassa.

Kaksoisratapölkyt

ZSX-kaksoisratapölkyt ovat Leonhard Moll Betonwerke GmbH & Co KG:n valmistamia, ja ne koostuvat kahdesta esijännitetystä betonipölkystä, jotka on yhdistetty pituussuunnassa toisiinsa neljällä terästangolla. Muotoilun sanotaan sopivan jyrkkiin kaarteisiin, radoille, joilla on tavallista enemmän lämpökuormitusta esimerkiksi pyörrevirtajarrujen käytön vuoksi, silloille ja siirtymäraiteena tavallisen radan ja laattaradan tai siltojen välillä.

Leveät ratapölkyt

Yksipölkkyisiä betoniratapölkkyjä on valmistettu myös tavallista leveämpinä (esim. 57 cm) siten, että pölkkyjen välillä ei ole raidesepeliä. Leveys kasvattaa sivuttaisvastusta ja pienentää raidesepelin painetta. Järjestelmää on käytetty Saksassa, jossa leveitä ratapölkkyjä on käytetty myös raidesepelittömissä GETRAC A3 -raidejärjestelmissä.

Kaksiosaiset ratapölkyt

Kaksiosaiset ratapölkyt koostuvat kahdesta betonipölkystä, jotka on yhdistetty toisiinsa terästangolla. Näiden pölkkyjen hyötynä on suurempi sivuttaisvastus, yksiosaisia betonipölkkyjä pienempi paino sekä pölkkyjen keskiosan vääntymisvaurioiden poistuminen joustavampien teräsliitosten ansiosta. Tyyppiä käytetään paljon Ranskassa muun muassa TGV-suurnopeusradoilla. Kaksiosaisia ratapölkkyjä käytetään myös raidesepelittömillä rautateillä. Raideleveyttä voidaan muuttaa leikkaamalla ja hitsaamalla tanko uuden raideleveyden mukaisesti.

Kehikkoratapölkyt

Kehikkoratapölkyt koostuvat sekä pitkäittäisistä että poikittaisista osista, jotka on valettu betonista yhteen. Tätä järjestelmää käytetään Itävallassa. Itävaltalaisessa järjestelmässä kiskot kiinnitetään kehikon neljään kulmaan, ja raidetta tuetaan kehikon lisäksi myös keskeltä. Peräkkäiset kehikkopölkyt ovat lähellä toisiaan. Järjestelmän hyötynä on radan parempi tuenta perinteisiin pölkkyihin verrattuna, ja sen kanssa voidaan käyttää samoja rakentamismenetelmiä, kuin tavallisen raiteen rakentamisessa käytetään.

Tikasraide

Tikasraiteella ratapölkyt ovat kiskojen suuntaiset ja useita metrejä pitkät. Rakenne on samanlainen kuin Brunelin raiteella. Tällaisia ratapölkkyjä voidaan käyttää joko raidesepelin tai kiinteän, raidesepelittömän elastomeeriratapohjan kanssa.

Kiskojen kiinnitys ratapölkkyihin

On olemassa useita menetelmiä kiskojen kiinnittämiseksi ratapölkkyihin. Aikaisemmin kiinnittämiseen on käytetty lähinnä kiskonauloja, mutta nykyisin kiskonkiinnityksessä käytetään yleensä jousia (kuten Pandrol-kiinnikkeitä).

Muita käyttökohteita

Veistoksina käytettäviä entisiä puuratapölkkyjä Nothfieldin rautatieasemalla, Yhdistyneessä kuningaskunnassa.

Skottilaista raideleveyttä käyttäneellä Ardrossanin rautatiellä lastauslaiturin rakentamisessa käytetty kivenlohkare.

Viime vuosina puuratapölkkyjen suosio on kasvanut myös puutarha- ja maisemointikäytössä. Pölkkyjä käytetään tukimuureissa, korotetuissa kukkapenkeissä ja joskus myös portaina. Perinteisesti tähän tarkoitukseen myydyt ratapölkyt ovat olleet entisiä rautateillä käytettyjä, uusilla korvattuja pölkkyjä, joten niiden elinkaarta rajoittavat mätäneminen ja lahoaminen. Jotkut yritykset myyvät uusia pölkkyjä. Puunsuoja-aineiden, kuten kivihiilitervan, kreosootin ja raskasmetalleiden suolojen vuoksi ratapölkyt lisäävät maan pilaantumista, ja monet kiinteistönomistajat välttävät niiden käyttöä. Yhdistyneessä kuningaskunnassa on myynnissä puutarhakäyttöön tarkoitettuja tammesta tai männystä valmistettuja puupölkkyjä, jotka ovat samanpituisia (2,4 m) kuin tavalliset ratapölkyt mutta eivät sisällä vaarallisia aineita. Niiden hinta on noin kaksinkertainen kierrätettyihin ratapölkkyihin verrattuna. Joissakin paikoissa ratapölkkyjä on käytetty (pääosin köyhien ihmisten) kotien rakentamiseen, etenkin rautateiden lähellä. Myös rautateiden työntekijät ovat käyttäneet niitä tähän tarkoitukseen. Ratapölkkyjä on käytetty myös telakoiden ja venevajojen laitureina.

Espanjalainen taiteilija Agustín Ibarrola on käyttänyt Espanjan kansallisen rautatieyhtiön, Renfen, kierrätettyjä pölkkyjä useissa projekteissaan.

Saksassa puuratapölkkyjen käyttö rakennusaineena on ollut lailla kiellettyä vuodesta 1991 lähtien, sillä pölkyt ovat merkittävä terveys- ja ympäristöriski. Sääntö koskee puutarhoja, taloja ja kaikkia paikkoja, joissa pölkyt voivat olla kosketuksissa ihon kanssa, lasten suosimia alueita ja kaikkia ruoantuotantoon ja varastointiin liittyviä alueita. Vuodesta 1991 vuoteen 2002 tätä säänteli Teerölverordnung (karboliinilaki) ja vuodesta 2002 alkaen Chemikalien-Verbotsverordnungin (kemikaalienkieltolain), pykälä yksi liitteineen (liitteet 10 ja 17).

Lähteet

• Krylov, Victor V. (2001). Noise and Vibration from High-Speed Trains. Thomas Telford. ISBN 0-7277-2963-2
• Lancaster, Patricia J. (2001). Construction in Cities: Social, Environmental, Political, and Economic Concerns. CRC Press. ISBN 0-8493-7486-3.
• Schut, Jan H. (2004). "They've Been Working on the Railroad (Arkistoitu – Internet Archive)". Plastics Technology. Viitattu 5.11.2007.