Bankonstruktionens egenskaper och deras...
Transcript of Bankonstruktionens egenskaper och deras...
Karin EdvardssonRagnar Hedström
Bankonstruktionens egenskaperoch deras påverkansgrad på
nedbrytningen av spårfunktionenVTI rapport 864 | Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen av spårfunktionen
www.vti.se/publikationer
VTI rapport 864Utgivningsår 2015
VTI rapport 864
Bankonstruktionens egenskaper och deras
påverkansgrad på nedbrytningen av
spårfunktionen
Karin Edvardsson
Ragnar Hedström
Diarienr: 2012/0725-28
Omslagsbilder: Thinkstock, Hejdlösa Bilder AB
Tryck: LiU-Tryck, Linköping 2015
VTI rapport 864
Referat
Syftet med rapporten är att identifiera de faktorer som påverkar nedbrytningen av banöverbyggnad och
banunderbyggnad samt påverkansgraden av dessa. Projektet har genomförts som en jämförande studie,
där nedbrytande egenskaper och effektsamband som identifierats genom litteraturstudier har jämförts
med motsvarande resultat erhållna genom kvalitativa studier, det vill säga djupintervjuer med experter
inom området.
För att kunna kostnadseffektivisera järnvägsunderhållet finns ett stort behov av att förbättra
möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå den framtida tillståndsutvecklingen för olika
anläggningstyper i ett livscykelperspektiv. Idag kopplas dock inte den tillståndsdata som kontinuerligt
mäts på anläggningen, till nedbrytningsmodeller på tillräckligt djup nivå. Många komponenter i
anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser och det är viktigt att titta på vilka delar som är
förknippade med höga kostnader, där både kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd analyseras.
Störst inverkan av de faktorer som bedöms påverka nedbrytningen av bankonstruktionen har själva
trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer i fallande ordning,
dränering, dräneringssystemet, nedbrytningen av ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårläges-
fel, förekomsten av skarvar, undergrundens stabilitet samt fordonsegenskaper.
I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av
följande effekter, varav den första är absolut vanligast: Spårlägesförändring, materialutmattning,
rälsskada/rälsbrott, översvämning, ras och skred.
Olika uppgifter förekommer i litteraturen avseende påverkansgraden/ nedbrytningshastigheten av de
dynamiska påkänningar som uppkommer på grund av axellast och hastighet. Detta skulle behöva
studeras närmare. Det är till exempel oklart i vilken grad överbelastning forcerar nedbrytningen i
kontrast till normal förväntad belastning.
Titel: Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen
av spårfunktionen
Författare: Karin Edvardsson (VTI)
Ragnar Hedström (VTI)
Utgivare: VTI, Statens väg och transportforskningsinstitut
www.vti.se
Serie och nr: VTI rapport 864
Utgivningsår: 2015
VTI:s diarienr: 2012/0725-28
ISSN: 0347-6030
Projektnamn: Förstudie banöverbyggnadens nedbrytning.
Uppdragsgivare: Trafikverket
Nyckelord: Järnväg, banöverbyggnad, banunderbyggnad, nedbrytning, underhåll
Språk: Svenska
Antal sidor: 62
VTI rapport 864
Abstract
The aim in this report was to identify and quantify factors that contribute to the degradation of railway
superstructures and substructures. The project has been carried out as a comparison study where
degradation properties and their effects, identified through literature studies, have been compared with
equivalent results obtained through qualified studies such as in-depth interviews with industry experts.
In order to increase the cost-effectiveness of railway maintenance, improvements must be made to the
procedures used to determine the current and future conditions of the railway infrastructure. Current
procedures do not effectively use the available, continuously measured, condition data in relevant
degradation prediction models. Many of the components that make up the infrastructure are subject to
complicated degradation processes. It is important to identify and analyze the components that require
high-cost or frequent maintenance measures.
From the identified factors, vehicle load and vehicle frequency were determined to have the greatest
impact on infrastructure degradation. Other identified degradation factors, in descending order of
impact, were flooding, drainage system failure, degradation of ballast, rails and sleepers, ballast
contamination, track irregularities, track joint failure, subgrade instability, and vehicle characteristics.
In principle, the factors that were determined to have a detrimental effect on the condition of the
infrastructure lead to effects such as track irregularities (the most common effect), material failure,
track damage or breakage, flooding, and land-slides.
Different opinions exist in the literature regarding the rate of degradation caused by dynamic stresses
induced by factors such as axle-load and vehicle speed. Further studies of these effects are required.
For example, the relationship extent between increasing axle-load and rate of degradation is not clear.
Title: The structural characteristics of railway construction and their degree of
impact on the degradation of the tracks function
Author: Karin Edvardsson (VTI)
Ragnar Hedström (VTI)
Publisher: Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI)
www.vti.se
Publication No.: VTI rapport 864
Published: 2015
Reg. No., VTI: 2012/0725-28
ISSN: 0347-6030
Project: Pre-study of superstructure degradation.
Commissioned by: Swedish Transport Administration
Keywords: Railway, superstructures, substructures, degradation, maintenance
Language: Swedish
No. of pages: 62
VTI rapport 864
Förord
Rapporten ”Bankonstruktionens nedbrytande egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen
av spårfunktionen” innehåller en sammanställning av de egenskaper som påverkar nedbrytningen av
spårfunktionen, där en prioritering avseende deras påverkansgrad har tagits fram. Rapporten innehåller
också en sammanställning över de tillståndsdata som samlas in samt de underhållsåtgärder som görs
på spåranläggningen idag. Rapporten utgör en förstudie inför fortsatt arbete med att ta fram över-
gripande underhållsstrategier och livscykelkostnadsmodeller för järnvägsanläggningen.
Projektet har finansierats av Trafikverket och arbetet har skett i nära samarbete med referensgruppen,
bestående av följande personer på Trafikverket: Kenneth Natanaelsson, Anders Gustafsson, Eva-Lotta
Olsson, Jan Spännar och Joel Åkesson.
Från VTIs sida har Karin Edvardsson, Ragnar Hedström och Sigurdur Erlingson medverkat.
Inom projektet har också följande två examensarbetare från Högskolan Dalarna arbetat: Maria
Eriksson och Petra Stenberg.
Ett varmt tack riktas till Björn Paulsson, vid Trafikverket i Borlänge, som lämnat synpunkter på
arbetet samt till de intervjupersoner som deltagit i studien och delat med sig av sina erfarenheter inom
området:
Torgny Nilsson, Trafikverket Luleå
Malin Syk, Trafikverket Luleå
Björn Åstedt, Trafikverket Malmö
Björn Schelin, Trafikverket Malmö
Sven-Erik Wall, Trafikverket Gävle
Lennart Holmgren, Trafikverket Göteborg
Tryggve Olsson, Trafikverket Kristianstad.
Borlänge och Linköping, april 2015
Karin Edvardsson och Ragnar Hedström
VTI rapport 864
Kvalitetsgranskning
Granskningsseminarium genomfört 18 juni 2013 där Kenneth Natanaelsson var lektör. Ragnar
Hedström har genomfört justeringar av slutligt rapportmanus. Forskningschef Anita Ihs har därefter
granskat och godkänt publikationen för publicering 30 april 2015 De slutsatser och rekommendationer
som uttrycks är författarens/författarnas egna och speglar inte nödvändigtvis myndigheten VTI:s
uppfattning.
Quality review
Review seminar was carried out on 18 June 2013 where Kenneth Natanaelsson reviewed and
commented on the report. Ragnar Hedström has made alterations to the final manuscript of the report.
The research director Anita Ihs examined and approved the report for publication on 30 April 2015.
The conclusions and recommendations expressed are the author’s/authors’ and do not necessarily
reflect VTI’s opinion as an authority.
VTI rapport 864
Använda definitioner
Nedbrytning Definieras som tillståndsförändringen hos
anläggningen.
Nedbrytning av spårgeometrin Nedbrytning (dvs. tillståndsförändring) av en eller flera
komponenter som ingår i bankonstruktionen och som
påverkar spårgeometrin.
Spårkvalitet Den avvikelse som hjulet känner av, dvs. avvikelser i
rälyta (korrugering) och spår.
Spårstyvhet Hela bankroppens styvhet (axellast / förskjutning av
räl) (Banverket, 2008a).
Teknisk livslängd Den teoretiska livslängd ett system kan ha med
acceptabel nivå på antal underhållsåtgärder per år och
rimliga reparationskostnader (Trafikverket, 2013).
Dräneringssystemet Innefattar diken och trummor.
VTI rapport 864
VTI rapport 864
Innehållsförteckning
Sammanfattning ...................................................................................................................................11
Summary ...............................................................................................................................................13
1. Bakgrund .........................................................................................................................................15
1.1 Syfte ...........................................................................................................................................15 1.2 Avgränsningar ............................................................................................................................15 1.3 Genomförande ............................................................................................................................16 1.4 Disposition .................................................................................................................................17
2. Bankonstruktionen ..........................................................................................................................18
2.1. Bankonstruktionens beständighet ...............................................................................................20
3. Bankonstruktionens nedbrytning ..................................................................................................21
3.1. Trafikpåverkan ...........................................................................................................................21 Trafikbelastning ....................................................................................................................21 Dynamiska påkänningar........................................................................................................22 Fordonsegenskaper ...............................................................................................................23
3.2. Räl ..............................................................................................................................................24 3.3. Befästningar ...............................................................................................................................25 3.4. Sliprar .........................................................................................................................................25 3.5. Ballast ........................................................................................................................................26
Ballastförorening ..................................................................................................................27 Vegetation .............................................................................................................................28
3.6. Spårgeometri och styvhetspåverkan ...........................................................................................28 3.7. Undergrundens stabilitet ............................................................................................................29
Tjäle ......................................................................................................................................29 3.8. Dränering ...................................................................................................................................30
4. Tillståndsmätning/ mätning av nedbrytning ................................................................................31
4.1. Tillståndsparametrar ...................................................................................................................31 4.2. Okulärbesiktningar .....................................................................................................................36 4.3. Datainformationssystem/ databaser ...........................................................................................38 4.4. Projektet ePilot119 .....................................................................................................................39
5. Underhållsåtgärder .........................................................................................................................40
5.1. Spår ............................................................................................................................................40 5.2. Räl ..............................................................................................................................................41 5.3. Befästningar ...............................................................................................................................41 5.4. Slipers ........................................................................................................................................41 5.5. Ballast ........................................................................................................................................42 5.6. Undergrund ................................................................................................................................42 5.7. Dräneringssystemet ....................................................................................................................43 5.8. Förstärkningsåtgärder .................................................................................................................43 5.9. Sekundäreffekt av underhållsåtgärder ........................................................................................44
6. Nedbrytande egenskaper ................................................................................................................45
6.1. Intervjustudie .............................................................................................................................45 6.2. Effektsamband och ranking av nedbrytande egenskaper ...........................................................49
7. Slutsatser och förslag till fortsatt arbete .......................................................................................51
VTI rapport 864
Referenser .............................................................................................................................................53
Bilaga 1. Fullständiga intervjuer.........................................................................................................57
VTI rapport 864 11
Sammanfattning
Bankonstruktionens egenskaper och deras påverkansgrad på nedbrytningen av spårfunktionen
av Karin Edvardsson (VTI) och Ragnar Hedström (VTI)
Det finns i Sverige idag ungefär 15 000 km järnväg, varav 13 600 km förvaltas av Trafikverket.
Trafikverket saknar idag övergripande underhållsstrategier för järnvägsanläggningen som beskriver
hur underhållet ska bedrivas för bästa kostnadseffektivitet. Det föreligger därför ett behov av att
förbättra möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå framtida tillståndsutveckling för olika
anläggningstyper i ett livscykelperspektiv. Först och främst behövs underlag i form av de tillståndsdata
som samlas in idag och en övergripande identifikation av de nedbrytande egenskaper som påverkar
järnvägsanläggningen, deras grad av påverkan och effektsamband.
Syftet med rapporten är att identifiera de egenskaper som påverkar nedbrytningen; definierat som
tillståndsförändringen, hos banöverbyggnad och banunderbyggnad samt gradera påverkansgraden av
dessa. Avsikten är även att redogöra för effektsamband i den mån detta är möjligt.
Identifierade nedbrytande egenskaper innefattar alltså sådana som påverkar banöverbyggnad och
banunderbyggnad, däremot ingår inte spårväxlar, kanalisation, el, signal eller tele.
Projektet har genomförts som en jämförande studie, där nedbrytande egenskaper och effektsamband
som kunnat identifieras genom litteraturstudier har jämförts med motsvarande resultat erhållna genom
kvalitativa studier, det vill säga djupintervjuer med experter inom området.
För att kunna skapa tillförlitliga livscykelkostnadsmodeller som möjliggör prioritering och planering
av underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt behöver mycket fokus läggas på indata till
modellen. Många komponenter i anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser. Det är också
viktigt, vid valet av underhållsstrategi, att titta på vilka delar som är förknippade med höga kostnader,
där både kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd betraktas.
Störst inverkan, av de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen, har
trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer, i fallande ordning,
dränering, dräneringssystemet, ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårgeometri (kurvor och
övergångskonstruktioner), förekomst av skarvar, undergrundens stabilitet och fordonsegenskaper.
Faktorer som bedömts ha en viss påverkan på nedbrytningen inkluderar ålder (gällande träspår),
spänningsfri temperatur, underhållsåtgärder (spårriktning), tjäle (beroende av geografi) och vegetation.
Faktorer som bedömts ha liten påverkan inkluderar ballastdjup, rälsvikt och slipersavstånd.
I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av
följande effekter, varav den förstnämnda är absolut vanligast:
spårlägesförändring
materialutmattning
rälsskada/ rälsbrott
översvämning
ras och skred.
12 VTI rapport 864
VTI rapport 864 13
Summary
The structural characteristics of railway construction and their degree of impact on the
degradation of the tracks function
by Karin Edvardsson (VTI) and Ragnar Hedström (VTI)
In Sweden there are currently about 15,000 km of railway, of which 13 600 km are administered by
the Swedish Transport Administration. For this railway facility, there is today a lack of overall
maintenance strategies that describes how the maintenance should be carried out for optimal cost
efficiency. There is therefore a need to improve the ability to assess the condition and predict the
future condition development for different track types in a lifetime perspective. First of all, basic
knowledge regarding the condition data collected today and a comprehensive identification of the
degradation characteristics affecting the railway facility, as well as the degree of their influence and
their effect relationship, are needed.
The main objective of the report is to identify the characteristics that influence the degradation;
defined as the condition change, of the super- and substructure of the railway construction. The
objective is also to rate the degree of influence of these properties as well as give an account for the
effect relationships to the extent that this is possible.
Identified degradation properties include such that affect the super- and substructure but does not
include switches, ducting, electrical systems, signal systems or telecommunication.
The project was done as a comparative study, where degradation properties and effect relationships
identified through literature studies have been compared with the corresponding results obtained by
qualitative studies, i.e. interviews with experts in the field.
To create reliable life cycle cost models, that enable prioritization and planning of maintenance
operations in a cost optimal way, focus on the data inputs to the model is required. Many components
of the railway system have complex degradation processes. It is also important, when choosing
maintenance strategy, to look at the parts that are associated with high costs, where both the cost of
operation and frequency of operation are considered.
The greatest impact, of the properties assessed to affect the degradation of the railway construction,
has traffic load; where both the load and the frequency are of importance. Then follows, in descending
order; drainage, the drainage system, degradation of ballast, rails and sleepers, ballast pollution, track
geometry (curves and joints), presence of joints, subgrade stability and vehicle characteristics.
Properties assessed to have some impact on the degradation include age (concerning wood tracks), rail
neutral temperature (stress free temperature), maintenance (using ballast tamping and lining machine),
frost (depending on geography) and vegetation. Properties assessed to have little impact include ballast
depth, rail weight and sleeper distance.
In principle, all characteristics assessed to affect the degradation of the railway construction lead to
any of the following effects, of which the former is far the most common:
Track settlement,
Fatigue of materials
Rail damage / broken rails
Flooding
Landslides.
14 VTI rapport 864
VTI rapport 864 15
1. Bakgrund
Det finns i Sverige idag ungefär 15 000 km järnväg, varav 13 600 km förvaltas av Trafikverket. Det
finns en tydlig trend med ett minskat förebyggande underhåll och ett ökat avhjälpande underhåll. Detta
är en oroande utveckling eftersom konsekvensen är att livslängden minskar samt att antalet fel och
trafikstörningar på anläggningen ökar. Ett av hindren för att kunna schemalägga och kontrollera
underhåll är avsaknaden av en övergripande modell som förutsäger nedbrytning och dess effekter över
tid.
Trafikverket saknar idag övergripande underhållsstrategier för järnvägsanläggningen som beskriver
hur underhållet av anläggningen i stort och de olika ingående komponenterna, ska bedrivas. Det finns
heller inga livscykelkostnadsmodeller (LCC-modeller) för att kunna prioritera och planera
underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt.
För att kunna kostnadseffektivisera järnvägsunderhållet finns det ett stort behov av att förbättra
möjligheten att bedöma tillståndet och förutspå framtida tillståndsutveckling för olika anläggnings-
typer i ett livscykelperspektiv. Av stort intresse är då modeller för nedbrytning av spårfunktionen.
Tillståndet hos sliprar, befästningar, ballast, etc. har givetvis betydelse för nedbrytningshastigheten.
Ett dåligt tillstånd accelererar nedbrytningshastigheten. Idag kopplas dock inte den tillståndsdata som
kontinuerligt mäts på anläggningen, till nedbrytningsmodeller på tillräckligt djup nivå. Det är också
oklart om viss data saknas.
Modeller för nedbrytning av spårfunktionen ska kunna ligga till grund för framtida arbete med att
definiera effektsamband mellan nedbrytning av spårfunktionen och de faktorer som påverkar
nedbrytningen, vilket i sin tur sedan kan kopplas till kostnader. I förlängningen kan detta leda till
framtagande av en långsiktigt hållbar underhållsstrategi.
För att veta var underhållsåtgärder ska sättas in för att erhålla mesta möjliga nytta behövs underlag i
form av de tillståndsdata som samlas in idag och en övergripande identifikation av de nedbrytande
faktorer som påverkar järnvägsanläggningen, deras effektsamband och grad av påverkan. Information
om de åtgärder som görs och deras effekt är också nödvändig.
1.1 Syfte
Syftet med rapporten är att identifiera de faktorer som påverkar nedbrytningen1 av banöverbyggnad
och banunderbyggnad samt gradera påverkansgraden av dessa. Syftet är vidare att redogöra för
effektsamband i den mån detta är möjligt.
Ett ytterligare syfte är även att inventera vilken mätdata för tillstånd som samlas in idag, mätosäker-
heten och periodiciteten hos mätdata samt vilken mätdata som saknas för att möjliggöra utformandet
av prognosmodeller för tillståndsutveckling. Ett sekundärt syfte är också att redogöra för de åtgärder
som görs för att reducera nedbrytningen och hur dessa åtgärder påverkar anläggningen på olika sätt,
dvs. åtgärdernas effekter.
1.2 Avgränsningar
Identifierade nedbrytande faktorer innefattar sådana som påverkar banöverbyggnad och banunder-
byggnad. Däremot ingår inte spårväxlar, kanalisation, el, signal eller tele. Beskrivna faktorer och
metoder gäller för svenska förutsättningar avseende klimat, material, konstruktiv utformning,
tillståndsmätning och underhållspraxis.
1 Där nedbrytningen definieras som tillståndsförändringen hos anläggningen.
16 VTI rapport 864
1.3 Genomförande
Projektet har genomförts som en jämförande studie, där nedbrytande egenskaper och effektsamband
som kunnat identifieras genom litteraturstudier har jämförts med motsvarande resultat erhållna genom
kvalitativa studier, dvs. djupintervjuer med experter inom området.
Intervjupersonerna har valts ut i samråd med Trafikverkets kontaktpersoner i projektet. Totalt har sju
personer intervjuats; alla vid Trafikverket:
Torgny Nilsson, Luleå
Malin Syk, Luleå
Björn Åstedt, Malmö
Björn Schelin, Malmö
Sven-Erik Wall, Gävle
Lennart Holmgren, Göteborg
Tryggve Olsson, Kristianstad
Intervjuerna har skett i form av öppna frågor, dvs. intervjupersonerna har inledningsvis själva fått
prata fritt om de nedbrytande egenskaper som påverkar spåranläggningen. Därefter har kompletterande
frågor ställts för att undersöka intervjupersonens syn på nedbrytande effekt av påverkansfaktorer som
personen inte själv nämnt (se Tabell 1). Intervjupersonerna har därefter ombetts att ranka de
nedbrytande faktorerna med avseende på påverkansgrad. Slutligen har intervjupersonerna fått
verifiera/revidera den ranking av påverkansgrad som nedtecknats under intervjun.
Tabell 1. De påverkansfaktorer som intervjuaren förde på tal om inte intervjupersonen själv tog upp
dem.
Komponent Eventuella påverkansfaktorer
Trafik Axellast/fordonslast/vagnslast, ackumulerat tonnage (EMGT), antalet axelpassager (antalet lastcykler), tiden mellan passager, typ av fordon och dess styrningsegenskaper, boggikonstruktion, hastighet, acceleration/retardation, hjulprofil, hjulmaterial och hjulskador.
Miljö Fukt/vattenkvot, nederbörd, temperatur, frysning och tjäle, närvaro av sand och korrosiv miljö.
Räl Rälstyp, rälsvikt, spänningsfri temperatur, skarvar (isolerskarvar och termitsvetsskarvar), styvhet, kurvradie.
Befästning Typ
Mellanlägg
Sliprar Material, vikt, kvalitet, hängande sliprar, slipersavstånd.
Ballast Typ (makadam, grus), materialegenskaper (kornstorleksfördelning, kornform, textur, styrka), lagertjocklekar, för lite ballast, vegetation.
Undergrund
Dränering och dräneringssystem Förorening, undergrund bestående av silt och ler, kulvertar, diken, vegetation.
Underhåll Nedbrytande effekt av åtgärd, tid sedan föregående underhållsaktivitet.
Rapporten har skickats ut till intervjupersonerna och dessa har ombetts att kontrollera riktigheten och
att de inte blivit felciterade.
VTI rapport 864 17
1.4 Disposition
Rapporten är uppbyggd på följande sätt:
I kapitel 2 beskrivs bankonstruktionens uppbyggnad och beständighet.
Kapitel 3 beskriver bankonstruktionens nedbrytning enligt funnen litteratur. Kapitlet har en
underindelning avseende olika nedbrytande parametrar.
Kapitel 4 redogör för de tillståndsmätningar som görs på järnvägsnätet och de mätningar som
kan användas för att beskriva nedbrytning av bankonstruktionen.
Kapitel 5 innehåller en sammanställande beskrivning av de åtgärder som görs för att
säkerställa banans önskade tillstånd.
I kapitel 6 redovisas resultaten från en intervjustudie avseende nedbrytande faktorer på
bankonstruktionen och redovisas efter deras upplevda påverkansgrad. Kapitlet innehåller
också en sammanfattande tabell avseende effektsamband för nedbrytning av olika
komponenter, dess effekt för bankonstruktionen i stort och hur tillståndsmätning genomförs.
Slutligen, i kapitel 7, ges slutsatser och förslag på fortsatt arbete.
Kapitel 8 utgör en referenslista
18 VTI rapport 864
2. Bankonstruktionen
Figur 1 visar en bankonstruktion i tvärsektion. De konstruktionsmaterial som används till ingående
komponenter är höghållfast stål till rälen och betong alternativt trä till sliprarna. Makadamballasten,
liksom underballasten, består av kvalitetssorterat bergkrossmaterial. Underballasten har dock inte fullt
så högt ställda kvalitetskrav som för makadamballasten (Trafikverket, 2012).
Figur 1. Tvärsektion av en bankonstruktion med järnvägstekniska benämningar (Trafikverket, 2012).
Figur 2 visar ett tvärsnitt av en räl. Rälen finns i tre olika standardtyper; 43 kg/m, 50 kg/m och 60
kg/m. De spår som fortfarande har 43 kg/m i rälsvikt kan dock i princip inte underhållas längre
eftersom inga reservdelar tillverkas. Allt underhåll på sådana spår bygger på att använda material som
tas från spår som demonteras (Trafikverket, 2013).
Figur 2. Vignolrälens profil.
Sliprar kan vara av betong, trä (furu) eller hårdträ (ek eller bok). Betongsliprar finns huvudsakligen i
spår tillhörande bantyp 1–3 (betydande mängd trafik), medan träsliprar finns i bantyp 4–5 (låg
trafikbelastning). Viss uppgradering till betongsliprar har också skett på bantyp 4–5 sedan mitten av
90-talet. Träsliprar med Heyback-befästningar används i bantyperna 1–3 (betydande mängd trafik).
Träsliprar med spikbefästning används framförallt i bantyperna 4–5 (liten trafikbelastning). Hårdträ
används vid speciella tillämpningar, t.ex. på broar och i spårväxlar (Trafikverket, 2013).
Sedan 2008 är befästningen Pandrol Fastclip standard vid nybyggnation. Vanligast förekommande
befästning i befintliga spår är Pandrol e-clip, följt av rälspik, Heyback, Hambo och Fist. Rälspik
används med träsliper i skarvspår. Hambo och Fist befästningarna har bister och har i princip nu nått
VTI rapport 864 19
sin tekniska livslängd, varför de är under avveckling. I befästningssystemet ingår även mellanlägg
mellan räl och sliper samt isolatorer mellan befästning och rälsfot. Tabell 2 visar sex olika spårsystem
utifrån val av räl, befästning och sliper (Trafikverket, 2013).
Tabell 2. Uppdelning av spår i olika system, deras förekomstfrekvens och medelålder (Trafikverket,
2013).
Befästnings-system
Räl-vikt (kg/m)
Skarv-fritt spår
Sliper-typ
Bantyp 1-3
Bantyp 4-5
Normal huvudspår (km)
Avvikande huvudspår (km)
Medel-ålder2 (år)
Pandrol 60 Ja Betong 36 % 3 % 4 687 141 13,3
Pandrol 50 Ja Betong 19 % 5 % 2 793 225 20,0
Heyback 50 Ja3 Trä 7 % 1 % 1 108 26 30,5
Hambo 50 Ja Betong 5 % 2 % 717 266 24,7
Fist 50 Ja Betong 2 % 0 % 241 6 38,2
Spik 41-50 Nej Trä 2 % 16 % 2 087 176 39,0
Övrigt 221 42
Totalt 11 765 882
Tre typer av makadamballast förekommer; nämligen M1 (makadamballast klass I; 31,5–63 mm), M2
(makadamballast klass II; 11,2–31,5 mm) och grus. I princip används M1 på linjen och M2 i första
hand på rangerbangårdar och i viss mån inne på driftplatser. Grus förekommer på gamla linjer där
åtgärder inte gjorts (Trafikverket, 2013).
Makadamballastlagrets tjocklek under slipers underkant ska vara minst 30 cm, dvs. totalt 50 cm från
överytan. Makadamballastens livslängd ska motsvara spårkonstruktionens livslängd, dvs. 40 år, vilket
ställer höga krav, t.ex. tillräcklig bredd och tjocklek, hårda bergmaterial, hög inre friktion, stor
hålrumsvolym och korn med kubisk form (Trafikverket, 2012).
Underballasten ska bestå av minst 0,8 m underballast för förstärkning enligt AMA Anläggning. Vid
terrassyta av berg eller jord av materialtyp 2 kan tjockleken minskas till 0,5 m. Underballasten ska
utföras i ett eller två lager, bestående av förstärkningslager och frostisoleringslager. Används två lager
ska det under 0,8 m underballast för förstärkning finnas underballast för frostisolering ner till den
frostfria terrassen. Terrassytan utförs normalt med en tvärlutning på 2 % så att avrinning erhålls
(Trafikverket, 2012).
Dräneringssystemet ska samla upp och avleda dagvatten och grundvatten från järnvägskonstruktionen
och dess omgivning. Dräneringssystemet innefattar diken och trummor. För att dräneringen ska anses
som god ska grundvattennivån ligga minst 1,3 m under sliperns överkant. Nya trummor under järnväg
kan bestå av betong, stål, plåt eller plast. Trummor dimensioneras för aktuella belastningar från trafik,
jord, grundvatten, temperatur och ojämna sättningar (Trafikverket, 2012; Trafikverket, 2013).
2 Medelålder beräknas baserat på spårlängd*ålder för varje delsträcka.
3 Heyback kan även finnas i skarvspår (undantagsvis).
20 VTI rapport 864
Många av befintliga järnvägar är idag gamla och är avsedda för helt andra transportvillkor, såsom
axellaster och hastigheter, än de som råder idag.
2.1. Bankonstruktionens beständighet
Makadamballast av typen M1 ger spåret en längre livslängd än M2 och grus eftersom den är bättre på
att hålla bankroppen dränerad och är mer hållfast för högre laster. Själva ballasten, förutsatt att den är
väl underhållen med avseende på ballastreningsåtgärder, kan ha en livslängd på över 500 Mbrt
(miljoner bruttoton), dvs. ca 50 år med en trafik på 10 Mbrt/år (Trafikverket, 2013).
Behovet av slipersbyte fastställs idag via okulärbesiktning. Träsliprar har en teknisk livslängd4 på
storleksordningen 30–40 år. Sliprarna börjar ofta ruttna, vilket i regel sker inifrån utan synliga skador.
Enligt Trafikverket är livslängden för betongsliprar minst 50 år. Eftersom befästningssystemet är
integrerat i betongslipern är i regel dess livslängd dimensionerande för den tekniska livslängden. Fist
och Hambo-befästningar har en teknisk livslängd, i normalhuvudspår, på 38–40 år (Trafikverket,
2013).
Huvudhärdad räl, av typen 60E1 (R350), som underhålls med preventiv slipning har i rakspår en
livslängd på över 650 Mbrt, vilket betyder att det i rakspår är sliprar och ballast som begränsar spårets
livslängd. I kurvor med radier ner mot 900 meter kan ytdefekter reducera livslängden och i snävare
kurvor (400–800 m) är sidoslitaget så stort att detta begränsar livslängden (Trafikverket, 2013).
För äldre spår, där slipning inte gjorts i tillräckligt stor omfattning, har konstaterats att antalet OFP-fel5
i 50E3-räl ökar när rälens tekniska livslängd är uppnådd. Därför används 400–500 Mbrt som en gräns
för att byta hela spåret (Trafikverket, 2013).
Beträffande dräneringssystemet varierar livslängden allt mellan ca 40 år för plåttrummor till ungefär
150 år för befintliga stentrummor. Trafikverkets trumbestånd är idag i princip 100 år gammalt.
4 Teknisk livslängd är den teoretiska livslängd ett system kan ha med acceptabel nivå på antal underhållsåtgärder
per år och rimliga reparationskostnader (Trafikverket, 2013).
5 Oförstörande provning (OFP) är en metod där ultraljud används för att lokalisera sprickor/skador i rälen innan
de leder till rälsbrott.
VTI rapport 864 21
3. Bankonstruktionens nedbrytning
Bankonstruktionens nedbrytning påverkas av ett flertal faktorer mellan vilka det råder ett komplext
samband. Några av dessa faktorer och samband är mer kända medan det för andra saknas kunskap för
en mer djupgående analys avseende exempelvis effektsamband.
3.1. Trafikpåverkan
Utan tågtrafiken skulle bankonstruktionens nedbrytning givetvis vara betydligt mindre men det skulle
heller inte finnas något behov av själva bankonstruktionen. Man kan ur det perspektivet se det som att
tågtrafiken (förutsatt optimala fordon och optimalt underhåll av både bana och fordon) tillsammans
med tid, miljö- och klimatfaktorer genererar en teoretiskt optimal nedbrytning utifrån ekonomiskt och
tekniskt kriterium. Medelst denna optimala nedbrytning erhålls en optimal livslängd, dvs. en teoretisk
livslängd hos såväl enskilda komponenter som hela bankonstruktionen. Livslängden hos enskilda
komponenter kan dock vara signifikant kortare än livslängden för hela bankonstruktionen.
Beträffande trafikens påverkan på nedbrytningen av bankonstruktionen kan den delas in i tre olika
delar; trafikbelastning, dynamiska lasttillskott samt fordonsegenskaper.
Trafikbelastning
En ökning av axellast, antal lastcykler och metervikt accelererar nedbrytningen av spåret. Axellasten
hos fordonen anses framförallt påverka graden av utmattning och sättningar i spåret. Resultat baserat
på nedbrytningsmodeller, som redovisas av Sadeghi och Askarinejad (2007), tyder på ett nästan linjärt
förhållande mellan axellast och sättningar i spåret. Spårets nedbrytning tycks också mer känslig för
ändringar i antalet lastcykler vid högre axellaster. En ökning i antalet lastcykler från 100 till 10 000
resulterar i en ökning av sättningar med 166 procent. En ändring av axellasten från 16 till 22 ton
resulterar i 77 % ökning.
Det finns dock fältstudier som tyder på att axellasten inte har så stor inverkan på nedbrytningen. Ett
försök med ökade axellaster, från 22,5 till 25 ton, (med reducerad hastighet) på sträckan Hofors–
Hällefors, som Banverket gjorde 1997, visade ingen negativ påverkan på någon del av banan till följd
av den ökade axellasten (Larsson, 2004).
I den nötningsmodell som är vanligast använd är spårnötningen vid en given tidpunkt proportionell
mot energiförlusten beroende av friktionen (Larsson, 2004). Energiförlusten är då proportionell mot
tonnaget och ändras/påverkas inte av axellasten. Zhang et al. (2000) använder istället en nötnings-
modell där nötningen är proportionell mot den vertikala axellasten och hjulets attackvinkel mot spåret.
Det geometriska tillståndet, dvs. spårläget, hos spåret har en högre nedbrytningshastighet än det
strukturella tillståndet, dvs. lagertjocklekar, bärighet, etc. (Sadeghi och Askarinejad, 2010). De stora
belastningar som spåret utsätts för orsakar sättningar i såväl under- och överbyggnad som undergrund
vilket resulterar i avvikelser från den önskade spårgeometrin (Selig och Waters, 1994). Då dessa
avvikelser oftast är oregelbundna leder detta till sämre komfort för tågpassagerare och ökade
dynamiska tillskottsbelastningar, vilket i sin tur resulterar i ytterligare spårlägesfel.
Med hjälp av nedbrytningsmodeller har Sadeghi och Askarinejad (2007) analyserat olika
effektsamband. Ballastens nötningsegenskaper och undergrundens beskaffenhet tycks ha en signifikant
påverkan på uppkomsten av spårlägesfel. Förutsatt spårlägesfel på samma nivå, visar resultaten också
att tillåten trafikbelastning för ett skarvfritt spår är fem gånger högre än det hos ett skarvspår.
Resultaten visar också att hastigheten i hög grad påverkar uppkomsten av spårlägesfel. Förändringar i
hastigheten tycks ha större relativ påverkan än förändringar i trafikbelastningen.
22 VTI rapport 864
Dynamiska påkänningar
Den last som går ner i slipern består av en statisk lastdel som härstammar från axellasten och en
dynamisk lastdel som är beroende av tåghastigheten och som i huvudsak härstammar från ojämnheter
på räl och hjul samt från spårlägesfel. Det dynamiska lasttillskottet för sliperslasten kan vara
betydande (Ramböll, 2010).
Paulsson (2013) menar att dynamiska påkänningar utgör den helt dominerande effekten för
banöverbyggnadens nedbrytning och att merparten av befintliga prognosmodeller inom järnväg därför
är uppbyggda kring dessa.
Enligt Ramböll (2010) är de faktorer som påverkar det dynamiska lasttillskottet:
axellast
axelavstånd
tåghastighet
ostadig fordonsrörelse
fordonsboggins dynamiska egenskaper
hjuldefekter (excentricitet, obalans och hjulplattor)
motorstörningar
rälsdefekter
avstånd mellan rälsskarvar
växlar
kurvor (centrifugalkrafter)
sliprarnas geometri, styvhet och avstånd
ballastens geometri, styvhet och inhomogenitet
undergrundens styvhet och geometri.
Förutom storleken på den dynamiska lasten, enligt ovan, påverkas nedbrytningshastigheten även av
antalet axelpassager och tiden mellan passager påverkar (Trafikverket, 2013).
I samband med höjning av axellasten från 25 till 30 ton på Malmbanan utfördes mätningar som visade
att motsvarande dynamisk tillskottsfaktor erhölls oavsett 25 eller 30 tons axellast (Hammarlund,
1996). Den nedbrytningsmodell som användes vid övergången till 30 tons axellast på Malmbanan
baserades på ett Nordamerikanskt angreppssätt där en skadefaktor beroende av axellast ändå finns
med:
Nedbrytningen = (P/P0)n x M x SM x G x L
där;
(P/P0)n = skadefaktor beroende av axellast där P är den nya (högre) lasten, P0 är den gamla
(existerande) lasten och n är en skadeexponent för axellasten,
M = fordonsfaktor
SM = hastighetsfaktor
G = nötningsfaktor
L = smörjningsfaktor (ZETA-TECH Associates, 1996).
I extrema fall kan ökningen av dynamiska påkänningar vara sex gånger den statiska lasten. Det
dynamiska tillskottet ökar vid ökad hastighet och försämrad spårkvalitet, där spårkvaliteten definieras
som den avvikelse som hjulet känner av, dvs. avvikelser i rälyta (korrugering) och spår. Stora
dynamiska tillskott vid hjulpassage från avvikelser i termitsvetsskarvar erhålls t.ex. redan vid
geometriska avvikelser på några tiondels millimeter. Även i skarvspår kan geometriska avvikelser hos
VTI rapport 864 23
skarvar förekomma men då handlar det istället om felaktigt mått på skarvöppningen. I båda fallen är
det frågan om avvikelse i förhållande till, enligt föreskrifterna, gällande toleranskrav (Esveld, 2001).
Fordonsegenskaper
I Sverige har vi som följd av vårt stora spårnät i förhållande till befolkning och förhållandevis lågt
transportarbete på järnvägen generellt sett, fler kurvor och kanske inte lika bra spår som i andra länder
med större trafikunderlag. Därför har vi haft en tradition av att bygga fordon anpassade för dessa spår,
dvs. spårvänliga fordon med avseende på nedbrytning av rälen, som kan trafikera dessa spår utan att
orsaka stora skador och slitage. Detta har lett till den paradoxala situationen att, i och med att fler
utländska fordon kommer in, nyare och modernare fordon med en konstruktion som ibland sliter mer
än gamla befintliga fordon. När man jämför spårvänligheten hos olika fordon är det dock viktigt att
påpeka att transportuppgiften skiljer mellan olika fordon, dvs. fordonen har olika förutsättningar, och
att spårvänligheten är ett relativt mått. Det kan vara så att en transport med ett spårovänligt tåg ändå
resulterar i mindre slitage jämfört med ett spårvänligt fordon som har fler vagnar, kör fler omlopp, har
högre hastighet, etc. Jämförelser av slitage mellan olika fordon per tonkm är relevant men den
specifika transportuppgiften kan alltså leda till andra slutsatser (Thalén, 2013).
Den dominerande parametern beträffande rälsslitage är axellasten. Utöver detta är det kombinationen
lagerboxstyvhet/axelavstånd i boggin (eg. stel boggi och långt axelavstånd) samt en hög oavfjädrad
massa som är kostnadsdrivande. Även antalet axlar är viktigt; dvs. hur fordonens vikt fördelas.
Treaxliga styva boggier eller ramverksfordon kan vara speciellt spårovänliga, i synnerhet i
kombination med höga axellaster. Det är dock inte alltid så att ett stort avstånd mellan hjulparen (t.ex.
tre axlar) är sämre än ett kortare (t.ex. två axlar) eftersom de andra ovannämnda parametrarna också
påverkar (Thalén, 2013).
Utöver detta så innebär ökad hastighet och ökad rälsförhöjningsbrist att krafterna och därmed
nedbrytningen ökar men dessa parametrar bedöms inte ha lika stor påverkan som de parametrar som
nämns ovan. Hastigheten och rälsförhöjningsbristen kan dock vara av större betydelse för lätta fordon
eller tomma godsvagnar jämfört med exempelvis en tom timmervagn. Även en hög tyngdpunktshöjd
påverkar slitaget eftersom detta medför att krafterna ökar i kurvor. Nedan beskrivs fordonsegenskaper
för olika fordonstyper (Thalén, 2013).
X40: X40 lider av att axellasten är hög och att boggin är stel, även tyngdpunkten ligger högt. Om
fordonet trafikerar spår med få och stora kurvor kommer betydelsen av att axeln är stel att vara liten.
X2: X2 har en lägre axellast än X40. Om det liknas med ett helt motorvagnståg så har det en ännu
lägre axellast jämfört med X40. Boggin är radialstyrande, vilket sammantaget ger ett spårvänligt
fordon trots att hastigheten/rälsförhöjningsbristen är hög.
X50: X50-serien (och X31 Öresundtåget) har relativt låg axellast och en länkarm mellan boggi och
axel som ger en bättre radialstyrande förmåga än traditionella boggikonstruktioner. Därför är de att
betrakta som spårvänliga.
X60: X60-serien har Jakobsboggier och därmed både ett större axelavstånd och en högre axellast och
dessutom tyngre ändvagnar som driver upp genomsnittlig axellast.
Rc-lok: Rc-loken har ca 20 tons axellast. Det gör skillnad vilken hastighet de är växlade för. De har
även relativt styva boggier.
TRAXX/ EL19/ Re/ HR241: TRAXX/ EL19/ Re/ HR241 m.fl. är lok med tasslager och ganska hög
oavfjädrad massa, dvs. vikten av hjul, hjulaxlar och transmission är förhållandevis hög i relation till
axellasten. Detta påverkar de dynamiska impulskrafterna till spåret som skadar räls och ballast.
Generellt är oavfjädrad massa ganska viktig och ofta hög på lok.
Hur fordonen underhålls påverkar givetvis också hur spårvänliga de är; dåligt underhållna fordon
orsakar högre slitage (Thalén, 2013). Ojämnheter på hjul och räl orsakar ett dynamiskt lasttillskott
24 VTI rapport 864
men även avvikelser från ideala spårlägen, hjullastomlagringar på grund av drag- eller bromskrafter
samt kurvor kan bidra till lasttillskottet på spåret. Det dynamiska tillskottet, orsakat av ojämnheter på
hjul eller räl, kan uppgå till 50–300 %. Storleken på det dynamiska lasttillskottet påverkas främst av
axellasten, hastigheten, ojämnheternas storlek, spårets elasticitet samt fordonets dynamiska beteende
(Sahlin och Sundquist, 1995; Möller et al., 2000; Dahlberg, 2004).
Storleken på det slitage som uppstår kring interaktionen mellan hjul och räl beror i huvudsak på två
faktorer. Den första anknyter till kontaktmekanik och materialteknik. Den andra faktorn anknyter till
hur väl hela systemet räl/ hjul/ boggi samverkar, dvs. vagnens gångdynamik. Länken mellan dessa
faktorer är rälens och hjulens profiler (Esveld, 2001; Åhrén, 2002).
Hjulplatta, dvs. ojämnheter på hjulen, uppstår när hjul låses vid inbromsningar och därmed glider på
rälen. Hjulplatta orsakar stötkrafter med kort varaktighet men med en storleksordning som kan vara
flera gånger större än den statiska last som orsakas av tågets vikt (Xiang et al., 1994). Studier har
också visat att sprickor som hittats i armerade betongsliprar är starkt relaterade till hjulplattor (Dean et
al., 1982).
3.2. Räl
Klimatpåverkan i form av temperatur, fuktighet, regn och snö samt närvaron av sand påverkar i hög
grad nedbrytningen av rälerna (Kumar, 2006). Vintertid ökar styvheten hos rälen vilket kan leda till
fler skador på rälen orsakade av krafterna mellan hjul och räl. Hög omgivande temperatur (högre än
25°C) kan orsaka longitudinell utvidgning av rälen, vilket kan leda till bildning av så kallade
solkurvor.
Orsaken till solkurvor är ofta eftersatt underhåll eller avvikelser i spårets konstruktion i kombination
med solvärme och därmed hög rälstemperaturer vilket resulterar i stora tryckkrafter i rälerna. I många
fall kan solkurvor härledas till arbeten utförda i spåret eller spårområdet som därmed påverkat
spårstabiliteten. Det är vanligt att en solkurva utlöses i samband med tågpassage,
(www.trafikverket.se).
Sprickor, vanligen orsakade av utmattning, uppkommer i regel som fina horisontella sprickor i
överkanten av rälshuvudet men utmattning som initieras i centrum på rälfoten kan också uppkomma.
De senare är delvis ett resultat av höga böjdragspänningar i denna punkt (Ramböll, 2010; Paulsson,
2013).
Åldern hos rälen kan ha betydelse eftersom materialet åldras och dess egenskaper därmed ändras
(Kumar, 2006). Även stålsorten har betydelse för rälslitaget (Hammarlund, 1996). Ett hårdare stål ger
mindre rälsslitage men ökar ofta problemen med ytutmattning, bland annat pga. lägre brottseghet.
Slitage och utmattning är exempel på två faktorer som påverkar nedbrytningen av rälerna. I små
kurvradier dominerar nedbrytning orsakad av sidoslitaget och på raksträckor dominerar nedbrytning
orsakad av utmattning (Fig. 3). Förutom kurvradien påverkas sidoslitaget signifikant av smörjning av
rälen och fordonens styrningsegenskaper. Om rälen smörjs minskas slitaget (Larsson, 2004).
VTI rapport 864 25
Figur 3. Nedbrytningsindex för nötning respektive utmattning som funktion av kurvradien (Larsson,
2004). Nedbrytningsindex motsvarar en relativ nedbrytningshastighet.
Om fordonshastigheten är högre än den dimensionerade hastigheten i kurvor, med avseende på
rälsförhöjning, kommer den yttre, högre rälen att nötas mer av fordonshjulen. Om fordonshastigheten
å andra sidan är lägre än den dimensionerade i kurvor kommer accelererad nedbrytning att ske på den
inre, lägre rälen (IHHA, 2001).
Rälsskador är också vanligare på skarvspår än på helsvetsat spår. Orsaken är dels att spårläget på
skarvspår ofta är sämre än på helsvetsat spår, dels att spårstyvheten med tiden avviker från den
avsedda. När rälen, vid för hög styvhet, måste ta upp hela den dynamiska lasten ökar tillväxten av
sprickor (Trafikverket, 2013) .
När en rälsskada väl uppstått ersätts ofta en 6–8 m rälsbit med nytt material (Trafikverket, 2013).
Detta leder till att två nya termitsvetsar erhålls. Eftersom antalet svetsar därmed ökar med tiden och
termitsvetsarna är en vanlig startpunkt för sprickor ökar också antalet OFP-fel med tiden. Skadade
räler kan också orsaka nedbrytning av fordonshjulen (Kumar, 2006).
Om skarvöppningarna stängs eller öppnas helt vid små temperaturändringar kommer det att leda till
accelererad nedbrytning av rälsändarna (Lichtberger, 2005).
3.3. Befästningar
I Sverige förekommer följande typer av befästningar; Pandrol E-clip, Pandrol Fast-clip, Fist, Heyback,
K-fäste, Rälsspik och Fjäderspik (Banverket, 2008a). Vanligt förekommande fel hos befästningar är
att de lossnar, utmattas eller spricker. Det förekommer också att mellanlägg och isolator saknas eller
gått sönder. Saknade eller brustna befästningar leder till att rälen inte fixeras som den ska.
3.4. Sliprar
Betongsliprar är speciellt känsliga för dynamiska laster. Sliperstöjningen kan dock ungefärligen
halveras vid användande av mjuka mellanlägg jämfört med normala mellanlägg (Esveld, 2001).
Sprickbildning på betongsliprar kan leda till att vatten tränger in och armeringen korrugerar.
Allvarligaste skadorna uppkommer då slipern blir överbelastad genom dynamiska lasttillskott på
grund av rälsskador eller vid förorenad ballast (Ramböll, 2010). Den hårdast belastade delen på slipern
är direkt under rälen. Nedbrytning av sliperns underyta kan uppkomma på ställen med höga
ballastspänningar, exempelvis vid tunt ballastlager direkt på berg eller vid övergång mellan bro och
bank.
Kontaktytan mellan sliper och de enskilda ballastkornen är uppskattningsvis endast 5–10 % av sliperns
totala underyta. Detta genererar stora tryck i de enskilda kontaktpunkterna, vilket kan leda till
26 VTI rapport 864
nedbrytning av både ballastkorn och sliprar, med spårlägesförändringar som följd (Möller et al.,
2000).
Tidigare mätningar visar att små hålrum mellan sliper och ballast är vanligt förekommande (Olsson
och Zackrisson, 2000). Så mycket som 50 % av alla sliprar kan vara mer eller mindre ”hängande”
(Augustin et al., 2003), vilket kan leda till oönskade dynamiska påkänningar på såväl ballast som
sliprar och därmed påverka nedbrytningsprocessen (Lundqvist och Dahlberg, 2004). En hängande
sliper med så lite som 1 mm mellanrum till ballastbädden kan orsaka uppemot 70 % ökning av
kontakttrycket under de närmast intilliggande sliprarna. Detta resulterar också i att den vertikala
förskjutningen av de närliggande sliprarna ökar med 40 %. Dessutom kan den oregelbundna
belastningen av spårbädden leda till ojämna sättningar och därmed spårlägesfel.
3.5. Ballast
Spårlägesförändringar sker framförallt pga. krossning av ballastpartiklar. Partiklarnas nedbrytning är
en komplex mekanism som börjar vid partiklarnas kontaktpunkter och kornens svaghetspunkter och
fortsätter med komplett nedbrytning av vekare partiklar när lasten ökar. Detta leder till deformationer
samt att befintliga hålrum fylls med finmaterial, vilket medför nedsatt dräneringsförmåga.
Generellt kan de faktorer som huvudsakligen påverkar partikelnedbrytningen kategoriseras i tre olika
grupper:
1. egenskaper relaterade till stenmaterialet/bergart (såsom hårdhet, nötningsbeständighet,
densitet, vittringsbenägenhet, minerologisk sammansättning, interna bindningar och
korntextur)
2. fysiska egenskaper hos de enskilda kornen (såsom kornform, krossytegrad, kornstorlek,
ytjämnhet)
3. faktorer relaterade till kornsammanslutningar och belastningsegenskaper (såsom
tryckhållfasthet, kompaktdensitet, tjocklek hos ballastlagret, gradering, närvaro av vatten eller
ballastens fukthalt, cyklisk belastning i form av lastens amplitud och frekvens). (Indraratna et
al., 2009).
Sättningar uppkommer i ballast bl.a. på grund av trafikbelastningen. För detta finns ett flertal modeller
som vanligtvis har ett logaritmiskt förhållande, dvs. de utgår från en initialt stor deformation som
sedan avklingar och närmar sig ett asymptotiskt värde. Permanenta deformationer i granulära material
påverkas av ett stort antal egenskaper; bl.a. spänning (spänningsnivå, huvudspänningsrotation,
spänningshistorik), belastning (magnitud, antalet belastningar, belastningstid, frekvens, belastnings-
ordning), fukt (fukthalt, permeabilitet i materialet, vattenmättnadsgrad), ballast (typ av ballast,
partikelform, kornkurva, finjordshalt, maximal kornstorlek) och frys-tö-påverkan. Sättningarna leder
till spårlägesfel i allmänhet, i synnerhet vid övergångskonstruktioner. (Ramböll, 2010).
Storleken på plastiska deformationer ökar med ett ökat antal överfarter (Nålsund, 2010). Genom att
generera en mer välgraderad kornstorleksfördelning kan de permanenta deformationerna reduceras.
Understoppning, vid t.ex. spårriktning, är den största källan till nedbrytning av ballasten. Enligt
beräkningar av Sadeghi och Askarinejad (2007) orsakar en spårriktningsåtgärd, med en höjning av
spåret från 4 till 40 mm, en ökning på 133 % av sättningen i spåret.
Nedbrytning av ballastmaterialet sker i större eller mindre omfattning under både bygg- och
driftskedet genom krossning, transport, packning, byggnadstrafik och trafikbelastning. Nedbrytningen
kan delas in i två olika typer; nedkrossning och nötning. De viktigaste faktorerna som orsakar
nedkrossning är kornfördelning, kornform, andel spröda mineral, mineralens kornstorlek och
orientering samt belastningsnivå. Ett ensgraderat material är känsligare för nedkrossning än ett
välgraderat, dvs. belastningsnivån för välgraderade material måste vara högre än för ett ensgraderat
material för att uppnå likartad nedkrossning. En påtaglig nedbrytning av underballasten sker först vid
belastningar uppemot 5–10 MPa vilket kan jämföras med den, för svenska förhållanden, vanliga
VTI rapport 864 27
belastningsnivån på ungefär 50 kPa. Ett stort antal belastningscykler kommer ändå att leda till
nedbrytning och finjordsbildning (Sundquist, 2000; Dehlbom, 2003).
Den inre friktionen och den stora hålrumsvolymen hos ballasten försämras med tiden då materialet
bryts ned och genererar finkornigt material, det vill säga korn som är mindre än 31,5 mm i diameter
(Trafikverket, 2012). Material inom kornfraktionen 0–11,2 mm i kombination med att vatten samlas i
ballastlagret försämrar funktionen hos ballastlagret ytterligare. Dessutom sker 2,5–5 gånger mer
nednötning i ett fuktigt material än i torrt material (Dehlbom, 2004).
Ballastförorening
Ballastens livslängd är beroende av hur mycket finmaterial som finns i ballasten. Tabell 3 redovisar
möjliga orsaker till finjordsförorening av ballasten. De två viktigaste faktorerna för höjning av
finmaterialhalten är att ballasten mals ner på grund av trafik och underhållsåtgärder (spårriktning och
stoppning) samt intransport av finmaterial med hjälp av vatten eller växtlighet (Trafikverket, 2013).
Tabell 3. Möjliga orsaker till finjordsförorening av ballast (Selig och Waters, 1994).
1. Nedbrytning av ballast a. Hantering
i. Vid täkten ii. Under transport iii. Vid utläggning
b. Frostsprängning (mekanisk vittring) c. Kemisk vittring d. Skador från understoppningsarbeten e. Trafikbelastning
i. Upprepade belastningar ii. Vibrationer iii. Hydraulisk inverkan av finjordsvälling
f. Från komprimeringsmaskiner
2. Infiltration från ytan a. Transporterad med ballasten b. Från passerande tåg c. Vindtransporterat jordmaterial d. Vattentransporterat jordmaterial e. Stänk från närliggande skvättfläckar (Fig. 4)
3. Nedbrytning av sliper
4. Infiltration från underliggande granulära lager a. Sönderdelning av gammal spårbädd b. Vandring av underballastpartiklar beroende på bristfällig kornstorleksfördelning
5. Infiltration från undergrund/ leruppumpning
Figur 4. Skvättfläckar. (Foto: Torgny Nilsson, Trafikverket).
Finjordsförorening av ballasten leder till att dess funktion försämras med avseende på bärighet och
dräneringsförmåga (Holm et al., 2002; Selig och Waters, 1994). Selig och Waters (1994) menar dock
28 VTI rapport 864
att kornstorleken på det nedbrutna materialet har stor betydelse för ballastens egenskaper. Sandigt och
grusigt nedbrytningsmaterial kan till och med förbättra egenskaper som skjuvhållfasthet och styvhet.
Även tjälmotståndet kan förbättras. Består däremot det nedbrutna materialet av silt- och lerpartiklar
kommer en lervälling att kunna bildas i kombination med vatten. I takt med att halten finjordspartiklar
i ballasten ökar kommer också underhållsåtgärder som understoppning att bli mindre effektiva för att
vidmakthålla stabilt spårläge. I torrt tillstånd kommer vibrationerna att leda till att ballastpartiklarna
kommer i ett lösare tillstånd och i vått tillstånd kommer finjorden att fungera som ett smörjmedel som
försämrar strukturen och egenskaperna hos ballasten.
Vegetation
Utvecklingen av olika vegetationstyper styrs blad annat av tillgången på ljus, vatten, värme och
näringsämne (Trafikverket, 2012). Förekomsten av växtlighet på bankroppen påverkar framförallt
dräneringen. Vegetation på eller intill banvallen kan förhindra dränering samt dra åt sig fukt.
Nedbruten växtlighet ger också ett tillskott på finmaterial.
3.6. Spårgeometri och styvhetspåverkan
Olika processer orsakar nedbrytning av olika delar i bankonstruktionen. Nedbrytningen av räler
beskrivs ofta genom slitage och utmattning, medan nedbrytning av spårgeometrin6 är relaterat till t.ex.
sättningar hos ballast och undergrund (Berggren, 2009).
Rörelse mellan räl och underlag, dvs. rälsvandring, kan uppkomma i olika gränsskikt. Normalt sker
rörelsen i det skikt där motståndet är som lägst. Ballastens sido- och längsmotstånd beror av dess
geometri, tyngd och inre friktion. Rälsvandringsmotståndet beror också på befästningens utformning
och hållkraft. I spår med fjädrande befästning och 0,65 m slipersavstånd är motståndet i allmänhet
≥ 15 kN/m räl. Storleken på förskjutningen av slipern i ballasten beror av sliperns utformning och
tyngd, ballastens typ och mängd, ballastens konsolideringsgrad och huruvida ballasten är frusen eller
inte frusen (Ramböll, 2010).
Även spårstyvhetsförändringar orsakar ökade dynamiska krafter; graden av tillskottet beror på bl.a.
hastighet, styvhetsskillnad, dämpning och längd på övergångskonstruktion (t.ex. mellan bro och bank
på lös lera) (Esveld, 2001). Generellt innebär en hög spårstyvhet en minskad nedbrytning av spåret
(Berggren, 2009). En alltför hög spårstyvhet leder dock till högre dynamiska krafter, vilket kan orsaka
en snabbare nedbrytning av spåret. En varierande spårstyvhet längs en spårsträcka kan dessutom leda
till vibrationsproblem och en differentierad nedbrytning av spårgeometrin. Styvheten för ett fruset spår
är ca 1,3–2 ggr högre än för ett ofruset spår (Ramböll, 2010).
Spårstyvheten har visat sig väldigt användbar för att bestämma orsaken till vissa problem relaterade
till banunderbyggnaden (Tabell 4). (Berggren, 2009)
6 Nedbrytning av spårgeometrin definieras som nedbrytning av en eller flera komponenter som ingår i
bankonstruktionen och som påverkar spårgeometrin.
VTI rapport 864 29
Tabell 4. Förhållande mellan styvhet och spår-problem/-underhåll (Sussmann et al., 2001)
Egenskap Problem Underhåll/ Rehabilitering
Låg spårstyvhet Undermålig undergrund eller nedkrossad ballast
Underbyggnadens uppbyggnad, stabilisering av undergrund
Alltför hög spårstyvhet Dynamiska krafter, nedkrossad ballast, sättningar
Mjukare mellanlägg, ballastkomplettering
Varierande spårstyvhet Varierande spårunderstöd Byte av mellanlägg, översyn av underbyggnadens uppbyggnad, gummiduk
Hängande sliprar Nedkrossad ballast, lokala sättningar, dåliga befästningar
Inspektera befästningar, spårriktning, understoppning, ballastrening
3.7. Undergrundens stabilitet
De huvudsakliga orsakerna till problem i undergrunden har beskrivits av Li och Selig (1995):
Lasten: Materialens egenvikt respektive dynamisk fordonslast.
Jorden: Jord med fin gradering (silt och lera) har lägre styrka och permeabilitet än jord med
grov gradering (sand och grus).
Fukthalt: Nästan alla undergrundsproblem kan relateras till hög fukthalt i fingraderad jord.
Närvaron av vatten i undergrunden kan radikalt reducera styrkan och styvheten hos jorden.
Temperatur: Temperaturen hos jorden har betydelse när den orsakar frys-tö cykler.
De två mest frekventa skademekanismerna i undergrunden, orsakade av höga axellaster, är progressivt
skjuvbrott och plastiska deformationer (Lord, 1999). Det förstnämnda sker främst i finkorniga jordar
och speciellt i jordar med hög lerhalt. Undergrundsjorden skjuvas successivt utåt och uppåt mot
markytan vilket leder till en sättning under sliperändan och en lyftning vid sidan om spåret. Den
uppträngda jorden vid sidan om spåret hindrar vatten från att dränera ut och medför att vattnet hålls
kvar under spåret likt en balja, vilket förvärrar skadorna ännu mer.
Chrismer och Selig (1993) anser att sättningar är den avgörande faktorn vad gäller nedbrytningen av
spåret och beror i de flesta fall på plastiska deformationer hos överballasten, underballasten och/eller
undergrunden. Plastiska deformationer i undergrunden är mest markant under bankens yttre områden
och orsakas av upprepade belastningar (Lord, 1999). Permanenta deformationer kan i sin tur t.ex.
orsakas av partikelkrossning och nedsatta dräneringsegenskaper (Selig och Waters, 1994).
Sussmann et al. (2001) menar att orsaken till ett instabilt spårläge i regel är en svag undergrund
eftersom undergrundens egenskaper är det som påverkar spårläget och spårstyvheten mest. Ibland kan
denna svaghet härledas till bristfällig dränering. När väl problemet visar sig på spåret, har det i regel
gått så långt att banan måste rekonstrueras för att få ner påkänningarna, från trafiken, på undergrunden
till acceptabla nivåer. Alternativt kan förstärkningsåtgärder användas för att öka styrkan och styvheten
på undergrunden, exempelvis med hjälp av kalk-/cementpelare.
Ballast och underballast påverkas av styvheten både över och under sig. En ballast som vilar på berg
kommer att utsättas för stora tryck-/dragkrafter vid varje fordonspassage jämfört med en ballast som
vilar på ett mjukt lerlager (Berggren, 2009).
Tjäle
För att undvika tjällyftningar är det viktigt att ta bort tjälfarlig jord och att se till att ha ett, för platsens
klimatförutsättningar, tillräckligt tjockt underballastlager. Tjällyftningar kan ge allvarliga tågstörnings-
problem, i synnerhet om tjällyftningarna är ojämna. Problemen innefattar spårläges- och skevningsfel,
samt specifika problem vid övergångskonstruktioner (Ramböll, 2010).
30 VTI rapport 864
3.8. Dränering
Vattenkvoten har stor inverkan på styvheten (E-modulen) hos granulära material och, i kombination
med finjord, materialvandring och förekomsten av skvättfläckar. Brister i dräneringssystemet kan leda
till spårlägesfel, sättningar och brott (Ramböll, 2010).
Dikesrensning och renovering av sidodränage och trummor är viktigt med avseende på stabiliteten i
bankroppen (Nilsson, 2001). Primära orsaker till att jordmassor som funnits sedan banorna byggdes nu
kollapsar kan huvudsakligen tillskrivas den höga graden av vatteninfiltration och relativt låg
packningsgrad på det finkorniga fyllnadsmaterialet. Jorden får därmed en vattenövermättnad som
övergår i ett flytande tillstånd (passage av flytgränsen).
Krav på dränering av bankonstruktionen avser:
Dränering av geokonstruktioner i bankroppen
Dränering av geokonstruktioner i ytterslänter
Bortledning (avvattning) av ytvatten.
Upprepade dynamiska belastningar under lång tid kan, förutom risk för utmattningsbrott hos
konstruktionen, leda till att porvattentrycket i täta jordar eller instängda lager höjs stegvis, till följd av
att porvattentrycket inte hinner sjunka undan mellan belastningspulsarna, vilket medför att effektiv-
spänningen i jorden minskar. (Möller et al., 2000)
Förmågan hos en jordart eller ett material att kunna suga upp vätska kallas kapillaritet. Består jordytan
av ett material med stor kapillaritet stiger grundvattnet över grundvattenytan. Vissa jordarter förmår
suga upp vatten ända till markytan. Jordarterna delas därför in i olika tjälfarlighetsklasser, beroende på
kapillaritet och genomsläpplighet, dvs. förmåga att släppa igenom vatten. Grus och sand har
visserligen stor genomsläpplighet, men knappast någon kapillaritet. De är därför inte tjälfarliga.
Jordarterna silt och lera är å andra sidan mycket tjälfarliga eftersom de är både genomsläppliga och har
stor kapillaritet. Om vattenövermättade jäsleror utsätts för vibration får de en flytande konsistens och
förlorar sin bärighet.
Vattenövermättad finjord, framförallt innehållande fraktionen silt, har förmåga att transporteras upp
till överballasten och finjordsförorena denna genom en pumpeffekt. Detta är vanligt i samband med
dålig vattenavrinning och undermålig dränering av banvallen. Det är också troligt att problemet
kommer att öka till följd av klimatförändringar och ökade tillåtna axellaster och fordonshastigheter
(Sundvall, 2005).
VTI rapport 864 31
4. Tillståndsmätning/ mätning av nedbrytning
4.1. Tillståndsparametrar
Genom att använda pålitliga tekniker för att förutsäga tillståndet på järnvägen kan effektiviteten av
underhållsåtgärder och trafiksäkerheten höjas. Tillståndet på järnvägsbanorna mäts därför
kontinuerligt, maskinellt, manuellt och/eller via okulärbesiktning. Omfattningen av mätningarna är
beroende av banans besiktningsklass, som bygger på hastighet och trafikbelastning (Tabell 5).
Tabell 5. Besiktningsklasser och deras användning, (Trafikverket 2012a).
Besiktnings-klass
Används för:
B1 Hastighet: mindre eller lika med 40 km/h.
B2 Hastighet: högre än 40 km/h men mindre än eller lika med 80 km/h
Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år
B3 Hastighet: högre än 40 km/h men mindre än eller lika med 80 km/h
Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år
Hastighet: högre än 80 km/h men mindre än eller lika med 140 km/h
Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år
B4 Hastighet: högre än 80 km/h men mindre än eller lika med 140 km/h
Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år
Hastighet: högre än 140 km/h
Trafikbelastning: mindre än eller lika med 8 Mbrt/spår och år
B5 Hastighet: högre än 140 km/h
Trafikbelastning: högre än 8 Mbrt/spår och år
Tillståndsmätningar görs upp till sex gånger per år beroende av besiktningsklass och innefattar t.ex.
spårläge, räfflor och vågor (korrugering) på rälen, rälsprofil, ballastprofil samt OFP-data (Tabell 6–9).
Tabell 6. Mätningens omfattning för parametrar som skall mätas (Banverket, 2008b)
Besiktnings-klass bana
Spårläge
(antal/år)
Korrugering
(antal/år)
Rälsprofil
(antal/år)
Video spår
(antal/år)
Video omgivning
(antal/år)
1 1 0 0 1 1
2 3 1/2 1/2 1 1
3 4 1 1 2 1
4 6 2 1 2 1
5 6 2 1 2 1
32 VTI rapport 864
Tabell 7. Mätningens omfattning för parametrar som bör mätas (Banverket, 2008b).
Besiktnings-klass bana
Ballastprofil
(anta/år)
Besiktningar (räl, befästning, sliper)
(antal/år)
1 1/4 1/2
2 1/3 1
3 1 2
4 1 2
5 1 2
Tabell 8. Mätningens omfattning för vegetation om option löses ut (Banverket, 2008b).
Besiktnings-klass bana
Vegetation
(antal/år)
1 1/2
2 1/2
3 1
4 1
5 1
Tabell 9. Mätningens omfattning för mätparametrarna georadar, styvhet och klämkraft om option
löses ut (Banverket, 2008b).
Parameter Förväntat antal km/år
Georadar 500 - 1500
Styvhet 500 - 1500
Klämkraft 500 - 1500
Den viktigaste av dessa mätningar mätningen är spårlägesmätningen eftersom ett dåligt spårläge leder
till fel i andra delar av infrastrukturen eller kan vara symptom på sådana fel (Innotrack, 2010). Vid
spårlägesmätning görs en mätning varje 25:e cm. Vid spårlägesmätningar beräknas punktfel i
förhållande till den anordnade spårgeometrin avseende höjdläge (kortvågigt/långvågigt, höger/vänster
räl), sidoläge (kortvågigt/långvågigt, höger/vänster räl), rälsförhöjning, skevning, spårvidd och
kurvatur. Omfattningen av mätningen varierar beroende på besiktningsklass mellan 1 och 6 ggr per år.
Reproducerbarheten hos mätningarna ska enligt specifikation vara enligt Tabell 10 nedan.
VTI rapport 864 33
Tabell 10. Skall-krav för reproducerbarheten (95 % av alla data) av spårlägets mätparametrar enligt
SS-EN 13848-2 (Banverket, 2008a).
Parameter Inget filter D17 D28 D3
Höjdläge ± 0,8 mm ± 2 mm ± 5 mm9
Sidoläge ± 1,1 mm ± 3 mm ± 7 mm10
Rälsförhöjning ± 2,5 mm
Skevning (6 m) ± 0,5 mm/m
Spårvidd ± 1 mm
För varje punktfel finns gränsvärden som specificerats utifrån säkerhet mot urspårning och baseras på
kvalitetsklass, som i sin tur baseras på högsta tillåtna tåghastighet. A-, B- och C-fel anger gräns-
värdena för varje kvalitetsklass. A-fel är en gräns för ett nyjusterat spår, B-fel anger en underhålls-
baserad gräns och C-fel anger en akutgräns då åtgärder bör sättas in snarast eftersom det finns en risk
för urspårning. Överskrids gränsen för C-fel övervägs hastighetsnedsättning innan åtgärd satts in,
(Trafikverket 2013b). Det finns även gränser för Urspårningsfarliga fel för parametrarna skevning och
spårvidd. Ett problem vid analysen av C-fel är osäkerheten i mätdata som finns i Optram. Osäkerheten
finns i positionering och eventuella felmätningar (Spännar, 2013).
Vidare är både Q-tal och K-tal indikatorer på spårens kvalitet och tillstånd, vilket har betydelse för
spårets nedbrytning. Dessa beräknas utifrån standardavvikelser över 200 m för spårlägesparametrarna
höjdläge, sidoläge, rälsförhöjningens ojämnhet och samverkan som är en sammansatt signal av
rälsförhöjnings ojämnhet och sidoläge. Q-talet beräknas som ett vägt index av standardavvikelsen för
höjdläge och samverkan, beräknat som avvikelser från den geometriska komfortgränsen för en specifik
spårklass. Q-talet beräknas kontinuerligt på 200-meterssträckor. K-talet används för att beskriva hur
stor del i procent av den undersökta spårlängden för vilken samtliga standardavvikelser, avseende
höjdläge, rälsförhöjningens ojämnhet och sidoläge understiger komfortgränsen (Andersson et al.,
2011).
Ett högt värde på Q-talet innebär alltså att spårläget genomsnittligt är bra. Däremot kan det ändå
förekomma enstaka stora punktfel och en kortare spårriktning som utförts på en sträcka kommer inte
att ge utslag på Q-talet för ett kilometeravsnitt. För att kunna utvärdera effekten av en åtgärd bör
istället punktfelen analyseras (Trafikverket, 2013b).
Vid rälsprofilmätningen mäts höjdslitage och sidoslitage. Parmetrarna beräknas genom att jämföra
med rälens originalprofil. Sidoslitaget beräknas 14 mm under RÖK (rälsöverkant). Höjdslitaget
beräknas vid högsta punkten då hänsyn tagits till rälens lutning. Rälsprofilens ovansida och insida ska
mätas och rälsprofilens utsida bör mätas. Onoggrannheten i sidoslitage ska maximalt vara ± 0,7 mm
(95 % av alla data). Onoggrannheten i höjdslitage ska maximalt vara ± 1 mm (95 % av alla data).
Onoggrannheten i sidoslitage bör maximalt vara ± 0,5 mm, och höjdslitaget ± 0,7 mm (95 % av alla
data), (Banverket, 2008a).
Svårigheten med rälsprofilmätningar är trots allt den dåliga repeterbarheten hos metoden. I regel är
variationen mellan mätningar större än 1 mm medan rälslitaget är mindre än så. Detta betyder att det är
svårt att ur data ta ut någon trend över tid, bortsett från i vissa kurvor där slitaget kan vara större. Om
7 Våglängdsområde 1 m < λ ≤ 25 m
8 Våglängdsområde 25 m < λ ≤ 70 m
9 Våglängdsområde 70 m < λ ≤ 150 m
10 Våglängdsområde 70 m < λ ≤ 200 m
34 VTI rapport 864
ålder på rälen jämförs med totalt slitage kan ett värde erhållas men det förutsätter att den nyinsatta
rälen verkligen uppmätts till 0 mm (Trafikverket, 2013).
Räfflor och vågor, RoV, används som beteckning för periodiska ojämnheter i längsled på rälhuvudets
översida för våglängder upp till 160 cm. För att reducera inverkan från RoV genomförs slipning av
rälshuvudet. Mätning av RoV används som underlag för var slipning ska utföras. I nuläget mäts RoV
inom våglängdsområdet 2,2–35 cm. Inom våglängdsområdet 35–100 cm bör dock RoV mätas 2 ggr
per år. På grund av den starka kopplingen mellan våglängd och spårkrafter, och därigenom nedbryt-
ning av spåret, är det viktigt att onoggrannheten vid korta väglängder är så liten som möjligt. Tillåten
mätonoggrannhet för respektive våglängsintervall ges i Tabell 11. Den minsta uppmätbara amplituden
är 1 µm. Mätningen görs löpande för minst varje cm och varje värde ska ges som ett medelvärde för
10 meter. Skarvar bör detekteras och räknas bort innan effektivvärdet för varje våglängsintervall
räknas fram.
Tabell 11. Våglängdsintervall med angiven tillåten mätonoggrannhet (Banverket, 2008a).
Våglängdsintervall (cm) Tillåten mätonoggrannhet (µm)
2,2 – 2,8 1,5
2,8 – 3,5 2
3,5 – 4,5 3,5
4,5 – 5,6 4,5
5,6 – 7,1 5,5
7,1 – 8,9 6
8,9 – 11 6
11 – 14 6
14 – 18 7,5
18 – 22 10
22 – 28 10
28 – 35 10
35 – 45 15
45 – 56 20
56 – 71 35
71 – 89 60
89 – 100 100
Oförstörande provning (OFP) genom ultraljudprovning görs normalt automatiserat med hjälp av UT-
tåg. Med denna metod kan rälsdefekter, som kan leda till rälsbrott och/eller urspårning, mätas. OFP-
mätningen görs en gång per år för besiktningsklass B4 och B5 och med något lägre frekvens för
besiktningsklasserna B1-B3 (eg. 1/2 för B3, 1/3 för B2 och 1/4 för B1), (Banverket, 2012).
Olika fordonsdetektorer som finns längs järnvägen är exempelvis: hjulskade-, strömavtagar-,
varmgångs- och tjuvbromsdetektorer, rapporterar tågpassager, mätdata och eventuella larm.
Hjulskadedetektorerna mäter också tåglängd, antalet axlar och snedlast. Hjulskadedetektorerna mäter
fordonsaxlarna med hjälp av trådtöjningsgivare som är placerade under åtta på varandra följande
sliprar. Varje hjul mäts på åtta punkter och ett medelvärde respektive toppvärde rapporteras. Om
VTI rapport 864 35
toppvärdet överstiger medelvärdet för mycket skickar detektorn ett larm om hjulskada. Beroende av
hur stor avvikelsen är larmas med tre olika nivåer; hög, låg eller varning. För att säkerställa att
detektorerna fungerar skickas funktionslarm när de varit inaktiva i mer än 15 minuter (Rosenquist och
Sköld, 2011).
Klämkraftsmätning på befästningar görs för att identifiera kritiska avsnitt på banan där spårvidds-
ökning kan medföra risk för urspårning samt för att göra en bedömning vilka eventuella hastighets-
åtgärder som behöver vidtas på riskavsnitten. Med klämkraftsmätning avses mätning av spårvidd
rullande under vertikal och lateral pålastning samt utan lateral pålastning. Syftet med mätningen är att
identifiera säkerhets- och underhållsgränser för maximal sidoförskjutningskraft kopplat till
spårviddsökning (Banverket, 2008a).
Det kan också finnas anledning att mäta spårstyvhet eftersom detta också anses utgöra en viktig
nedbrytande faktor (Innotrack, 2010). Spårstyvheten är en grundläggande egenskap för spårets
belastningskapacitet, dynamiska krafter, kvaliteten på spårläget och livslängden på spårets
komponenter (Berggren, 2009). Styvheten är alltså en bidragande orsak till nedbrytning av ballast och
undergrund. Den nedbrytningen torde ge en ökad nedbrytningsshastighet av spårgeometrin, som i sin
tur kan mätas med spårlägesmätningar. Det finns dock ingen enkel koppling mellan styvhet,
förändring eller värde, till försämrad spårgeometri. Dessutom är styvhet inte något som förändras
mycket, vad gäller banunderyggnad, och därmed föranleder frekventiella mätningar. Det finns i
dagsläget ingen specificerad optimal standard för spårstyvhet (Andersson et al., 2011).
Med spårstyvhet menas hela bankroppens styvhet (axellast/förskjutning av räl) (Banverket, 2008a).
Spårstyvhet är en komplex storhet som beskrivs t.ex. av dess absolutbelopp och dess fasförskjutning.
Flera typer av utrustning finns för stillastående mätning av spårstyvhet, t.ex. fallvikt (Falling Weight
Deflectometer, FWD). En mobil mätvagn, kallad Rolling Stiffness Measurement Vehicle, RSMV, en
ombyggd två-axlad godsvagn, utvecklades 2003–2004 för mätning av spårstyvhet. Idag mäts dock inte
spårstyvheten mer än på objektsnivå (Berggren, 2009).
Järnvägen videofilmas varje år i samband med mätning med mätvagn. Dessutom videofilmas
omgivningen för att bedöma avverkningsbehovet i trädsäkringsprojekt. Samplingsfrekvensen ska vara
1 bild/meter. Filmerna sparas i ett år. (Banverket, 2008a)
Det finns möjlighet att övervaka vegetationsutbredning med hjälp av mätvagn. Skötselgatan; upp till
20 meter från spårmitt, samt kantzon, 10–20 meter utanför skötselgata, på varje sida om spåret bör
övervakas gällande växtlighetens höjd, täthet och utbredning (area). Resultatet redovisar för var 5:e
meter. Onoggrannheten i höjdangivelse bör vara bättre än 1 m i 95 % av fallen. Onoggrannheten för
täthet bör vara bättre än 20 % i 95 % av fallen. Täckt spårarea redovisas i procent och onoggrannheten
bör vara bättre än 2 % (Banverket, 2008a).
En korrekt ballastprofil är viktig för spårets sidomotstånd och påverkar därför bl.a. solkurve-
problematiken. Ballastprofilen bör därför mätas och då jämföras med normenlig profil. Vid mätning
mäts ballastskuldrans bredd, mätt från sliper ytterkant till ballastkrön, i en linje 5 cm under slipers
överkant (i plan med sliper). Bredden redovisas för var 3:e meter med en onoggrannhet bättre än 2 cm
i 95 % av fallen. Måttet får medelvärdesbildas upp till 0,5 m. Mätningen bör också redovisa
avvikelsen i dm3/m från slipersände till 0,2 m utanför normenlig profil (i plan med slipers överkant
och 0,6 m alternativt 0,75 m utanför sliper) och redovisas för var 3:e meter. Onoggrannheten bör vara
bättre än 5 dm3/m i 95 % av fallen (Banverket, 2008a).
Georadar (Ground Penetrating Radar, GPR), baseras på transmission av korta elektomagnetiska
impulser som reflekteras vid mötet med material med olika dielektriska egenskaper, och kan användas
för att erhålla information om uppbyggnaden av befintliga banor, t.ex. lagertjocklekar, vatteninnehåll
samt läge för fasta konstruktioner, frostisoleringar och genomföringar (rör, kablar, trummor).
Traditionellt görs geotekniska markundersökningar i form av sondering och borrning för att erhålla
viktig information om järnvägsunderbyggnad. Det är dock alltid svårt att utföra undersökningar i
36 VTI rapport 864
spåret och dessutom finns en risk att de mest problematiska platserna missas vid dessa
stickprovskontroller. Utveckling av datainsamling och databearbetning har dock gjort det möjligt att
utföra kontinuerliga undersökningar längs bana genom att använda georadar, som är en oförstörande
geofysisk metod. Georadarmätningar utförs i dagsläget dock inte på övergripande mätnivå (Banverket,
2008a; Berggren, 2009).
4.2. Okulärbesiktningar
Okulärbesiktningar görs av synlig del av räler (synliga skador såsom sprickor, brott, slirsår och s.k.
squats, dvs. lokala nedtryckningar på farbanan), befästning (avsaknad av klämfjädrar) och sliper
(sprickor i betongslipers, nedsjunkning av befästning i träslipers, snedställning) (Tabell 12).
Omfattningen av är beroende på besiktningsklass och varierar mellan 1 till 6 gånger per år. Det bör
vara möjligt att generera statistik och fellistor av typen antal rälsskador (största area, total area per
längdenhet) och antal saknade klämfjädrar samt antalet skadade/saknade befästningar per längdenhet
(Banverket, 2008a).
VTI rapport 864 37
Tabell 12. Definition av besiktningsparametrar och deras maximala onoggrannhet (Banverket,
2008a).
Räler
Räler som varken har brott eller sprickor utan andra fel, i regel på farbanan.
Imperfektioner större än 10 mm2 bör detekteras och klassificeras korrekt i 90 % av fallen.
Imperfektioner större än 25 mm2 bör detekteras och klassificeras korrekt i 97 % av fallen.
Brott och sprickor i rälen
Räler som antingen gått av i två eller flera delar eller från vilka brottstycken lossnat så att det i farbanan uppstått en lucka som är längre än 50 mm bör detekteras och klassificeras korrekt i 99,7 % av fallen.
Brott och sprickor större än 5 mm bör detekteras och klassificeras korrekt i 95 % av fallen.
Jordkabel
Lös jordkabel och korrekt fastsatt jordkabel bör kunna detekteras.
Befästning
I Sverige förekommande befästningar (Pandrol e-clip, fast-clip, Fist, Heyback, K-fäste, Rälsspik, Fjäderspik) bör detekteras och klassificeras korrekt i 95 % av fallen.
Avsaknad av befästning bör
detekteras korrekt i 95 % av fallen.
Skadade befästningar bör detekteras korrekt i 68 % av fallen.
Sliprar
Cc avstånd, samt snedställning (i cm) bör mätas med en onoggrannhet av 2 cm i 95 % av alla fall.
Sprickor i betongsliprar
I ett område upp till 1 dm utanför rälsbefästningen bör sprickor längre än 20 mm och bredare än 0,3 mm detekteras och klassificeras korrekt i 60 % av fallen. Längd och bredd för dessa sprickor bör kunna redovisas.
Sammanlagd spricklängd i ovan angivet område bör redovisas.
Träsliprar För träsliprar med underläggsplatta: Ange underläggsplattans nedsjunkning i slipern med en onoggrannhet av 2 mm i 95 % av fallen.
Skarvar säkerhetsbesiktigas med motsvarande antal besiktningstillfällen som rälen kontrolleras med
OFP. Vid besiktningen kontrolleras t.ex. att skarvjärnen är hela och fria från sprickor, att bultar och
muttrar inte saknas samt är väl åtdragna, att skarven inte är nedstukad, att mellanlägget i isolskarvar är
helt och skarvsliprarna är väl understoppade samt att skarvöppningen inte avviker från gällande
gränsvärden (Banverket 2012).
Banbanken säkerhetsbesiktigas 1–2 ggr per år och underballasten, dränering och dike 1–3 ggr per år.
Vid besiktningen kontrolleras t.ex. att inga erosionsskador eller sprickor förekommer i bankslänterna,
att vatten inte tränger fram okontrollerat ur bankslänter, att det inte uppträder sättningar eller
trafikstörande uppfrysningar i spåret, att bankroppens geometri inte synbart förändrats på grund av
38 VTI rapport 864
erosion eller annan påverkan, att det inte förekommer vattensamlingar eller vattenströmning som
bedöms kunna förorsaka bärighetsnedsättning eller erosionsskador i banvallen eller bankslänter och att
det inte finns hinder som bedöms kunna medföra problem när vatten tillkommer. (Banverket, 2012).
Följande fyra prioriteringsalternativ används för klassificering av besiktningsanmärkningar
(Trafikverket, 2012a):
A (akut) =Anmärkning av sådan art att den medför en omedelbar risk för olycka eller
tågstörning. För dessa anmärkningar ska nödvändiga åtgärder vidtas omedelbart
(inklusive eventuell avstängning av spår) och besked om detta ofördröjligen lämnas till
ansvarig enhet.
V =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas inom två veckor från besiktningsdatum.
M =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas inom tre månader från besiktnings-
datum, alternativt ska Chefen för underhållsområdet följa upp anmärkningen på
nödvändigt sätt.
B =Anmärkning av sådan art att den ska åtgärdas innan nästa besiktningstillfälle
alternativt ska Chefen för underhållsområdet följa upp anmärkningen på nödvändigt
sätt.
Säkerhetsbesiktningen utförs med besiktningssystemet BESSY.
4.3. Datainformationssystem/ databaser
Baninformationssystemet (BIS) innehåller en nulägesbeskrivning av information kopplat till bannätet.
I OPTRAM kan data från spårläges-, rälsprofil- och RoV-mätningarna kopplas till anläggningsdata för
en viss spårsträcka (Andersson et al., 2011). Hur snabbt ett tillstånd förändras är viktigt för att kunna
bedöma vid vilken tidpunkt en underhållsåtgärd behöver utföras. Öberg (2006) menar att exempelvis
spårgeometrins nedbrytningshastighet varierar på så sätt att den är som högst efter en underhållsåtgärd
eller en reinvestering av spåret för att sedan nå en relativt linjär utveckling efter en viss trafikvolym.
Det råder dock olika uppfattningar om detta. Eftersom nedbrytningshastigheten av spårgeometrin
beror på en mängd olika saker (se kapitel 6) så räcker det med att en bakomliggande orsak är olinjär
för att spårgeometrins nedbrytningshastighet ska vara olinjär.
I BESSY samlas resultaten av de besiktningar som görs i järnvägsanläggningen. Eventuella
anmärkningar ligger till grund för planering av åtgärder och åtgärdstidpunkt, baserat på
anmärkningarnas allvarlighetsgrad. Varje år genomförs ca 700 000 besiktningar och dessa genererar
omkring 90 000 anmärkningar. (Andersson et al., 2011)
I Ofelia rapporteras fel i anläggningen, men även hastighetsnedsättningar sedan några år tillbaka.
(Andersson et al., 2011)
Banstat innehåller data, från år 2007, beträffande den tågtrafik som trafikerar anläggningarna.
Databasen innehåller även banlängden mellan trafikplatsmittpunkter och dess bandelstillhörighet.
Prognosmodeller för trafikdata, såsom transportvolymer och sammansättning av resor och gods,
återfinns i Sampers (persontrafik) samt Samgods (godstrafik) (Andersson et al., 2011).
Kostnadsdata för anläggningen kan inhämtas ur Agresso. Kostnadsdata skulle dock behöva ha en
tydligare redovisning, med bl.a. en finare indelningsnivå än bandelar.
Information om tågförseningar kan analyseras i LUPP (Andersson et al., 2011).
VTI rapport 864 39
4.4. Projektet ePilot119
Både infrastruktur och fordon är till stora delar ålderstigna och slitna samtidigt som det har skett en
ökning av såväl personresor som godstransporter. Denna kombination innebär att det finns ett stort
behov av upprustning och effektivare underhållsåtgärder för att skapa en så stabil och säker järnväg
som möjligt. För att åstadkomma ett bättre och effektivare underhåll krävs kunskap om tillståndet på
bana och fordon. Ett projekt som fokuserar på detta problemområde är projektet ePilot 119 som är ett
utvecklings- och implementeringsprojekt för att förbättra och utveckla arbetet med järnvägsunderhåll.
Målsättningen är att förbättra punktligheten, minimera trafikstörningar samt skapa bättre tillgänglighet
och kvalitet. Förväntningarna är att utforma ett beslutsstöd för underhållsverksamheten och därmed få
ett effektivare underhåll.
Projektet som genomförs på bandel 119 mellan Boden och Luleå bygger på ett branschsamarbete
mellan Järnvägstekniska Centrum vid Luleå tekniska universitet och olika järnvägsföretag och
underhållsentreprenörer. Genom att skapa ett samverkansprojekt vill man få alla aktörer att gemensamt
styra underhållet av järnvägssystemet så att rätt saker görs vid rätt tidpunkt. Projektet startade 2013
och är planerat att pågå till 2016. Målet är att två delprojekt under dessa tre år ska testas inom andra
delar av järnvägssektorn. Om ePilot119 lyckas med att införa förbättringar som medför förbättrad
punktlighet och färre driftstörningar så är avsikten att arbetssättet/konceptet successivt rullas ut på hela
det svenska järnvägsnätet.
Avsikten är att skapa en gemensam plattform för underhållsinformation, där förädlad och anpassad
information finns tillgänglig och som ger en helhetssyn på tillståndet i transportsystemet. Utifrån
insamlad data utformas beslutsstöd för underhållsåtgärder. En styrka med projektet är att det baseras
på befintliga resultat från genomförda utvecklings- och forskningsprojekt som via samverkan tas om
hand och implementeras i järnvägssystemet. Detta ger större möjligheter till förebyggande underhåll,
som är mer kostnadseffektivt än avhjälpande underhåll och som också bidrar till ett mer tillförlitligt
och robust transportsystem. Avhjälpande underhåll som sker före ett fel inträffar är 3–10 gånger
billigare än avhjälpande underhåll som gör efter att ett fel inträffat. Förutom att avhjälpande underhåll
är mycket dyrare än förebyggande så förorsakar det också driftstörningar, tågförseningar samt
förkortar livslängden både på bana och på fordon.
40 VTI rapport 864
5. Underhållsåtgärder
De åtgärder som genomförs för att utveckla och underhålla järnvägsnätet kan grovt delas in i:
underhåll
uppgradering
nedläggning
avveckling
införlivande (Banverket, 2007).
Underhållsåtgärder kan klassificeras i tre undergrupper; avhjälpande-, förebyggande- och förutbestämt
underhåll. Förutbestämt underhåll används i första hand där det finns goda kunskaper om förväntad
livslängd och där kostnaden för åtgärden är liten jämfört med kostnaden för att få störningar i
tågtrafiken. Ett annat skäl kan vara stora krav på att upprätthålla en hög säkerhet (Banverket, 2007).
Åtgärder inom avhjälpande underhåll innefattar:
akut underhåll, dvs. underhåll som genomförs omedelbart efter att ett funktionsfel upptäckts
eller anmälts för att undvika oacceptabla konsekvenser som exempelvis säkerhetspåverkande
fel eller fel som riskerar att medföra tågförseningar, samt
åtgärder efter besiktning, dvs. åtgärd som genomförs efter att tillståndskonstroll medfört
anmärkningar med benämningen A (akut) eller V (veckofel), (Banverket, 2007).
Åtgärder inom förebyggande underhåll innefattar tillståndsbaserat underhåll, dvs. de åtgärder som
genomförs utifrån resultaten från tillståndsmätningar, med undantag för besiktningsanmärkningar av
typen A och V. Exempel på förebyggande underhållsåtgärder är spårriktning, vegetationsbekämpning,
rälsslipning, dikning och dränering, neutralisering av skarvfritt spår samt reglering (t.ex. inmätning av
rälsmängder, reglering av skarvöppningar, fastmontering av räler, hantering av isolerskarvar)
(Banverket, 2007).
Enligt tidigare standard (Banverket 2007) görs en åtskillnad mellan mindre utbyten (förebyggande
underhåll) och större utbyten och upprustningar (reinvestering). Skillnaden mellan förebyggande
underhåll och större utbyten och upprustningar avgränsas med beloppsgränser. Inom kategori spår ska
varje objekt kosta minst 2 Mkr per stationssträcka för att betraktas som utbyte. Inom övriga kategorier
gäller 300 tkr per stationssträcka alternativt trafikplats för att betraktas som utbyte. Åtgärder som utgör
exempel på mindre utbyten kan alltså vara isolerskarvbyte, träslipersbyte, ströbyten av slipers och
rälsbyte. Utbyte eller upprustning genomförs, per definition, för att nå minst ursprungligt tillstånd.
Bytet ska vara föranlett av att komponenten är tekniskt förbrukad och/eller att det är oekonomiskt att
fortsätta med ”mindre” underhållsåtgärder. Grundsyftet med större utbyte eller en upprustning är alltid
att återställa tillståndet, däremot inte att uppgradera järnvägsnätet. Detta förhindrar dock inte att
kapacitetspåverkan ändå äger rum på grund av teknisk utveckling etc (Banverket, 2007).
5.1. Spår
När spåret över lag är dåligt, dvs. när det inte räcker med, eller inte längre lönar sig ekonomiskt, att
göra punktinsatser på enskilda komponenter för att återställa banans tillstånd görs ett spårbyte. Ett
spårbyte inkluderar byte av räl, befästningar, mellanlägg och sliprar samt ballastrening och
ballastkomplettering och utförs ungefär vart 50 år. Ett spårbyte kan också leda till en standardhöjning
t.ex. genom att kurvor rätas ut eller banan klarar av en högre axellast.
Spårriktningen säkerställer korrekt spårgeometri. Tidsintervallet mellan spårriktningar varierar mellan
2 och 10 år, beroende av trafik och nedbrytningshastighet (Berggren, 2009).
VTI rapport 864 41
5.2. Räl
Slipning av rälens farbana leder till en signifikant höjning av livslängden hos rälen, mindre
rälskorrugering och dessutom lägre bullernivåer eftersom slipningen tar bort räfflor och vågor (RoV)
på farbanan (Hammarlund, 1996). Dessutom förebyggs utvecklingen och tillväxten av sprickor
eftersom slipningen tar bort en del mikrosprickor (Paulsson, 2013). Därmed kan rälsbrott förebyggas.
Vid uppkomna rälsbrott tas en passbit bort och ersätts med en passräl. En del uppkomna skador på
rälshuvudet, såsom exempelvis slagskador, kan åtgärdas med påläggssvetsning.
För att minska sidoslitage i kurvor med små radier är smörjning en verksam metod (Hammarlund,
1996). Ibland krävs dock rälsbyte, i synnerhet på yttersträng i kurva. Åtgärden inkluderar, förutom
själva bytet av rälen, i regel även svetsning, spårriktning, ballastunderstoppning och ballast-
komplettering.
I en BV50-räl ger en grads temperaturförändring en förändring i kraft i rälen på 15 kN, i en UIC60-räl
blir kraftändringen 18 kN per grad. För att minimera de längsgående krafterna i spåret strävar man
efter att rälen ska vara spänningsfri vid en neutraltemperatur som ungefär motsvarar rälsens
medeltemperatur över året. Neutraltemperaturområdet är -3oC till +7oC från neutraltemperaturen. Inom
neutraltemperaturområdet ska rälerna vara spänningsfria i längsled. Befästningstemperaturen är den
temperatur vid vilken rälerna slutgiltigt fästs vid sliprarna och slutsvetsats, denna måste ligga inom
neutraltemperaturområdet. Den spänningsfria temperaturen ska vara samma på så långa sträckor som
möjligt. (Trafikverket, 2013a).
För att neutralisera spåret kan någon av följande metoder användas:
Nollställningsmetoden, kan neutralisera upp till maximalt 840 meter åt gången och är både
noggrann och säker. Rälerna lossas från sliprarna och läggs friktionsfritt på rullar utan
sidoförflyttning. Metoden används alltid för nya spår och företrädelsevis även för äldre.
Metoden kan dock endast användas då rälstemperaturen ligger under eller inom
neutraltemperaturområdet.
Beräkningsmetoden, kan neutralisera max 160 m åt gången och är mindre säker än
nollställningsmetoden. Rälsfästena lossas lite eller inte alls. Metoden används i undantagsfall i
äldre spår med befästningar som är besvärliga att demontera.
Skarvar i skarvspår innebär en ökad frekvens av underhållsåtgärder såsom uppbockning av skarvändar,
reglering av skarvöppningar med avseende på spänningsfri temperatur och rälsmängd, understoppning
av skarvar, justering av skarvjärn och rengöring av skarvar. Dåliga isolerskarvar, som t.ex. mist sin
isolerande förmåga, byts ut.
5.3. Befästningar
Befästningar och mellanlägg bryts framförallt ned till följd av utmattning och behöver då bytas ut. Vid
brustna, eller saknade, befästningar kan enstaka befästningar bytas ut. Genomgående utbyte av
befästningar och mellanlägg sker i samband med spårbyte.
5.4. Slipers
Som tidigare nämnts kan det vara svårt att upptäcka skadade sliprar. Träsliprar bryts ofta ner inifrån
och betongsliprar kan ha inbyggda sprickor från tillverkningsprocessen. Vid felanmärkningar, t.ex. på
grund av synliga sprickor eller nednötta sliprar, behöver de dock bytas ut, vilket kan ske i form av
både genomgående slipersbyte eller byte av enstaka sliper. Slipersbytet inkluderar, förutom själva
bytet av sliper, även spårriktning, ballastunderstoppning och ballastkomplettering.
42 VTI rapport 864
5.5. Ballast
Dräneringsförmågan tenderar att minska i takt med att nedbrytningen av de enskilda kornen
fortskrider. Detta medför en ökad risk för fuktansamling med ostabilt spårläge som följd. Ballastrening
innebär att ballasten renas från föroreningar, i form av finmaterial och yttre föroreningar. Eftersom
detta är en relativt kostsam underhållsåtgärd är det dock viktigt att göra en bedömning av när det är
optimalt att utföra den (Sahlin och Sundquist, 1995). Ballastrening bör utföras när halten partiklar
< 22,4 mm överstiger 30 % och är absolut nödvändig om halten överstiger 40 % (Berggren, 2009;
Trafikverket, 2012). Om en spårriktningsåtgärd inte ger det resultat man förväntat sig, trots att
ballastmängden är riktig, är det sannolikt att ballasten är i behov av rening (Paulsson, 2013).
Bankettrensning, som utförs i syfte att avlägsna onyttiga massor från banketterna, leder till bättre
dränering av ballastlagret. Den extra belastning som överskottsmassorna resulterar i kan också orsaka
dålig stabilitet hos banvallen. Genom att avlägsna massorna kan axellasten ökas (Trafikverket, 2012).
Metoder för vegetationsbekämpning kan delas in i mekanisk bekämpning och termisk bekämpning.
Termisk bekämpning är beröringsfri dvs. insatsen kan ske utan direktkontakt mellan maskin och
växt/banvall. Mekanisk bekämpning sker genom t.ex. borstning och innebär att även ballastmaterialet
bearbetas. Av den totala banlängden i Sverige utgör endast en mindre del (< 10 %) så kallade
restriktionsytor, som inte ogräsbekämpas med herbicider. Ogräsbekämpning på banvallar motiveras
generellt av att banans egenskaper försämras när det gäller t.ex. bärighet, slirningsrisk för lok,
brandrisk etc. Förebyggande åtgärder används dels för att hindra ogräsets rötter och jordstammar från
att växa in i banvallen, dels för att försvåra för ogräsfrön att gro och etablera sig i ballastens ytskikt.
Exempel på förebyggande åtgärder är ballastrening/ballastbyte, användning av ogrässpärrar och
etablering av ogräskonkurrerande vegetation på anslutande ytor. Ballastrening är normalt en alltför dyr
åtgärd för att den ska kunna motiveras enbart ur ogrässynpunkt (Hansson et al., 1995).
Ibland kan låg spårstyvhet och en dålig spårgeometri orsakas av förorenad ballast, i synnerhet i
kombination med det vatten som pressas uppåt på grund av den upprepade lasten från tågtrafiken.
Denna pumpeffekt leder också till att finjord pressas uppåt i banöverbyggnaden, vilket ytterligare ökar
problemet med bristande spårstyvhet och i förlängningen undermålig spårgeometri (Fig. 5). Ballast-
komplettering och/eller ballastrening kan ge en kortsiktig förbättring men för att långsiktigt komma
tillrätta med problemet måste dräneringen förbättras, rätt material i ballast och undergrund måste
tillses och områden med speciellt svårartade problem måste rekonstrueras. (Sussmann et al., 2001)
Figur 5. Leruppumpning. (Foto: Torgny Nilsson, Trafikverket).
5.6. Undergrund
Om finjord transporteras upp i ballastlagret på grund av undermålig underballast är utskiftning av
delar av befintlig underballast den mest effektiva åtgärden. Åtgärden kan eventuellt kombineras med
inläggning av frostskyddsisolering med cellplast. Det kan dock vara svårt, både praktiskt och
VTI rapport 864 43
ekonomiskt, att genomföra underballastbyte på längre sträckor i befintligt spår på grund av de
störningar som arbetet medför i tågtrafiken. Alternativ åtgärd kan då vara att lyfta spåret och
komplettera med ny makadamballast eller lägga en kraftig fiberduk eller geoarmering (Trafikverket,
2012).
5.7. Dräneringssystemet
De viktigaste åtgärderna med avseende på dränering av bankroppen är dikes- och trumrensning samt
ballastrening och bankettrensning. Diken och trummor kan snabbt sättas igen av växter, växtdelar,
stenar, etc.
I många äldre stentrummor har murverkets fogar dragits isär med inläckande fyllningsmaterial och
nedsatt funktion som följd. Isärdragna fogar kan t.ex. bero på högre trafikbelastning (axellast,
trafikmängd), sättningar i undergrunden eller horisontalrörelser på grund av brant slänt. Trummorna
kan åtgärdas genom exempelvis förankring av fogar med förankringsjärn, injektering av fogar eller
infodring av trummor. Det sistnämnda kräver dock att den minskade trumarean klarar
dimensionerande vattenföring (Trafikverket, 2012).
5.8. Förstärkningsåtgärder
Förstärkning av spåret kan ske genom att t.ex. reducera avståndet mellan sliprar, öka ballasttjockleken
eller lägga in ett geosyntetiskt lager (geotextil) mellan över- och underballasten. Geotextil kan fungera
som ett materialavskiljande lager och t.ex. förhindra leruppumpning men för att erhålla någon verkan
alls måste geotextilen kombineras med andra material, exempelvis ett sandlager (Selig och Waters,
1994).
Internationellt kan förstärkning av spåret ske genom att vidden vid sliperändarna ökas (Fig. 6) eller
genom att sätta ut tvärgående lastöverföringsanordningar som fördelar lasten mellan sliprar (Fig. 7)
(Indraratna et al., 2009).
Figur 6. Sliprar med utvidgade ändar för att öka kontakttrycket (Indraratna et al., 2004).
44 VTI rapport 864
Figur 7. Förhöjt kontakttryck genom användande av tvärgående fasthållningsanordningar mellan
sliprar (Indraratna et al., 2004).
Termisk isolering med cellplast för att förhindra tjälskador i befintligt spår har utförts sedan 1975.
Isoleringen utgörs av cellplastskivor med varierande tjocklek, vilket gör att frostskydden kan anpassas
inom hela landet med avseende på köldmängd och frostdjup. Frostskydd i befintligt spår läggs normalt
i samband med ballastrening (Trafikverket, 2012).
5.9. Sekundäreffekt av underhållsåtgärder
En ökning av en viss typ av underhållsåtgärd kan leda till en ökning av en annan insats. Möjligheterna
är dock små att i siffror ange hur mycket det sekundära underhållet ökar beroende av det primära.
Däremot går det att visa på sambanden:
● Spårlägesändring → Spårriktning (inkl. understoppning, ballastkomplettering) → nedbrytning
av ballast, befästning och felaktig rälsmängd → ballastrening, utbyte av befästning och
återställning av spårets rälsmängd och spänningsfri temperatur.
● Rälskada / rälsbrott → Rälsbyte (inkl. svetsning, spårriktning, understoppning,
ballastkomplettering) → nedbrytning av ballast och befästning → ballastrening och utbyte av
befästning.
● Underskott av ballast → Ballastkomplettering → I vissa fall höjd ballastskuldra, avsmalnad
bank.
Med tiden bryts ballastmaterialet ner, t.ex. vid spårlägesjustering och trafikering. Efter två till tre
spårlägesjusteringar behöver därför normalt en ballastkomplettering göras. Genom denna
underhållsåtgärd återställs ballastmängden.
En ojämnt utförd understoppning kan, förutom dålig tåggång, orsaka stora tillskottskrafter vilket leder
till accelererad förslitning och nedbrytning av konstruktionen (Sundquist, 2000).
Ballastkomplettering kan i vissa fall leda till förhöjd ballastskuldra. I och med att banan höjs något vid
varje spårjustering kryper spåret uppåt och banken smalnar av med tiden, vilket i sin tur kan leda till
att banken blir instabil, i synnerhet i kurvor på mindre banor, och dåligt spårläge.
Slutsatsen av ovanstående är att de komponenter som bör hållas under uppsikt om andra åtgärder ökar
markant är ballasten och klämmorna i befästningen. Dessutom bör miljöaspekten beaktas om
frekvensen av rälssmörjning ökar (Eriksson et al., 1996).
VTI rapport 864 45
6. Nedbrytande egenskaper
En banas nedbrytning, givet en bestämd konstruktion, beror av den trafikering den utsätts för samt
miljö- och klimatpåverkan. Genom att trafikera med rätt belastning och utföra rätt underhåll kan banan
användas med tänkt funktion till rätt kostnad under en planerad tidsperiod. Ofullständigt underhåll,
överbelastning samt ökad miljö- och klimatpåverkan kommer att öka nedbrytningen och leda till
kortare livslängd än planerat.
Resultatet av intervjustudien skall ses mot den bakgrund att svaren är beroende av intervjupersonens
tolkning av frågan avseende ”vilken/vilka nedbrytande egenskaper som är drivande av bankonstruk-
tionens nedbrytning”. Svaren är nämligen i hög grad beroende av om personen baserar sina svar på att
underhållet sköts optimalt, att det sköts enligt nuvarande praxis eller att inget underhåll görs.
6.1. Intervjustudie
Sex av sju intervjupersoner beskriver tågtrafiken som den faktor som har störst påverkan på
nedbrytningen av järnvägsanläggningen, även om de utrycker detta på lite olika sätt (eg. dynamiska
krafter, axellast, tonnage, etc.). En person anger vegetation som den viktigaste påverkansfaktorn.
Övriga personer placerar vegetationen betydligt längre ner på rankingen, vissa uppger till och med att
den påverkar i mycket ringa grad.
Efter tågtrafiken rankar fem av sju intervjupersoner överskott av vatten/ undermålig dränering som
näst mest betydelsefull för nedbrytningen av bankonstruktionen. Samma person som nämnde
vegetation som den högst rankade nämner även tjäle vid sidan av vattenöverskott, något som övriga
tillfrågade inte uppger vara lika betydelsefullt.
Förutsättningar för tjäl- och vegetationsproblematik kan i och för sig variera relativt mycket beroende
av geografi men i detta fall beror de skilda svaren sannolikt på huruvida intervjupersonen baserar
svaren på att normal underhållspraxis tillämpas eller ej.
Efter tågtrafik och dränering nämner alla intervjupersoner materialnedbrytning/ -slitage i någon form;
såsom ballastnednötning, ballastförorening, materialval och hållfasthet, rälsslitage och utmattning, etc.
Sedan nämns i samtliga fall ett antal nedbrytande egenskaper/ påverkansfaktorer som alla påverkar
nedbrytningen men som intervjupersonerna uppger sig ha svårare för att placera i rankingen.
Häribland kan nämnas underbyggnadens stabilitet, kurvradien, skarvar, övergångskonstruktioner,
fordonsegenskaper, dräneringsunderhåll, underhållsåtgärder och ålder (beträffande träsliperspår).
Beträffande påverkan från underhållsåtgärder påpekar några intervjupersoner att framförallt
spårriktningen bryter ner ballasten och påverkar således nedbrytningen av bankonstruktionen men att
alternativet, dvs. att låta åtgärden utebli, är ännu sämre. Med andra ord så finns egentligen inget
alternativ.
Flera av intervjupersonerna uppger samstämmigt att underhållsåtgärder borde göras oftare för att
förebygga accelererad nedbrytning av bankonstruktioner. Bland sådana åtgärder som nämns i
sammanhanget ingår spårriktning, dikesåtgärder och ballastrening.
Majoriteten av intervjupersonerna (5 st.) anser att lagertjockleken har väldigt liten betydelse för
nedbrytningen av bankonstruktionen, åtminstone inte förutsatt de lagertjocklekar som föreskrivs idag.
Med tiden nöts ballasten ned vilket förstås påverkar lagertjockleken/ ballastdjupet. En (1) intervju-
person uppger att det efter 40 år endast finns ca 10 cm kvar av makadamballastlagret om inte
ballastkompletteringar görs. Makadamballastens tjocklek påverkar spårläget, dvs. ballastbrist kan
medföra att det blir svårare att hålla spårläget, men enligt intervjupersonerna brukar det gå
anmärkningsvärt bra att köra på en svag bank, även för 30 tons trafik. Underballastens tjocklek
skyddar t.ex. mot tjäle men inte ens i de norra delarna av landet uppger man lagertjockleken som
betydelsefull i sammanhanget.
46 VTI rapport 864
Resultatet av intervjustudien tyder på en relativt hög grad av samstämmighet bland intervjupersonerna
trots att svaren i viss mån tycks bero av inriktningen på intervjupersonens eget arbete (t.ex. om denna
håller på med räl eller geoteknik). Intervjuerna kan läsas i sin helhet i Bilaga 1.
Tabell 13; ”Nedbrytande egenskaper – Ranking”, redovisar kortfattat rankingen avseende de
egenskaper som driver nedbrytningen av spåret för var och en av de sju intervjupersonerna.
Tabel
l 13
. N
edb
ryta
nde
egen
ska
per
– r
an
king
.
Påverk
an
sfa
kto
r In
terv
jup
ers
on
1
Inte
rvju
pe
rso
n 2
In
terv
jup
ers
on
3
Inte
rvju
pe
rso
n 4
In
terv
jup
ers
on
5
Inte
rvju
pe
rso
n 6
In
terv
jup
ers
on
7
Sto
r p
åverk
an
1
Dynam
iska k
raft
er –
axella
st,
anta
let
axla
r
Dynam
iska k
raft
er
Tå
gtr
afiken
T
ågtr
afiken
T
onnaget
Vegeta
tio
n
Tå
gtr
afiken
2
Vatt
en/f
uktin
nehåll
Utm
attnin
g –
räls
prickor,
räls
bro
tt
(ca 1
00 s
t/år)
Fö
r m
ycket (o
ch f
ör
lite)
vatten
Underm
ålig
drä
nerin
g
Spårs
yste
mets
uts
eende (
typ a
v
befä
stn
ingar,
etc
.)
Vatt
en o
ch t
jäle
D
ränerin
g
3
Berg
mate
ria
lets
hållf
asth
et
Räls
vik
t <
50 k
g
Dålig
banuppbyggnad
(gam
mal bana m
ed
balla
st av g
rusig
-
sand o
ch e
ndast
några
cm
underb
alla
st)
Nedbry
tnin
g a
v r
äl
och b
alla
st
Utm
attnin
g a
v r
äl
Mate
ria
lval
Räls
litage (
främ
st i
kurv
or)
4
Drä
nerin
gsdju
pet
Fö
rekom
st av
skarv
ar
Balla
stf
öro
renin
g
Balla
stf
öro
renin
g
Kurv
radie
n
Vagnsla
ste
r och
trafiktä
thet
Balla
stn
edbry
tnin
g/
nötn
ing (
mekanis
kt)
– lå
g
inre
friktio
n
5
Tru
mm
or
som
närm
ar
sig
liv
slä
ngden
Fe
laktig
neutr
altem
pera
tur
Fö
r sm
al banvall
(in
sta
bil
bank)
Vegeta
tio
n t
äpper
igen d
iken o
ch
trum
mor
Fö
rekom
st av s
karv
ar
Fö
rekom
st av
skarv
ar
Balla
stf
öro
renin
g
6
Underb
yggnade
ns
sta
bili
tet och
kom
pre
ssio
nsegen
-
skaper
Kurv
or
med s
må
radie
r, ö
verg
ången
mella
n o
lika
spårs
tyvhet
Drä
nerin
gsunder-
håll
(t.e
x.
igensatta d
iken)
Överg
ångs-
konstr
uktio
ner
Fö
rekom
st av s
karv
ar
och
överg
ångs-k
onstr
uktio
ner
7
F
öre
kom
st av
skarv
ar
Överg
ången m
ella
n
olik
a s
pårs
tyvhet –
skarv
ar,
la
ndfä
ste
på
bro
ar,
pla
nkors
nin
gar
Nedbry
tnin
g a
v s
pår
(stå
lkvalit
et)
, slip
rar
(sprickor
i
beto
ngslip
rar)
och
balla
st
Pla
stiska d
efo
rmatio
ner
i
underg
rund e
ller
balla
st
(t.e
x.
p.g
.a. svag
underg
rund)
8
F
ord
onsegenskaper
(tyngd,
typ,
hju
lpla
ttor,
etc
.)
VTI rapport 864 47
Påverk
an
sfa
kto
r
(fo
rts)
Inte
rvju
pe
rso
n 1
In
terv
jup
ers
on
2
Inte
rvju
pe
rso
n 3
In
terv
jup
ers
on
4
Inte
rvju
pe
rso
n 5
In
terv
jup
ers
on
6
Inte
rvju
pe
rso
n 7
Vis
s p
åverk
an
U
nders
toppnin
g
(underh
åll)
Slit
age p
å r
äl
Nedsatt f
unktio
n p
å
trum
mor
Fe
laktig
neutr
altem
pera
tur
Åld
er
(trä
spår)
Åld
er
(trä
spår)
T
jäle
Å
lder
(trä
slip
ers
pår)
Ö
verb
alla
ste
ns
egenskaper
(balla
std
jup o
ch
föro
renin
gsgra
d)
B
riste
r i
underg
runden
(lå
ngvågig
a
sättnin
gar)
Lit
en
på
verk
an
B
alla
stb
rist/
Lagert
jockle
kar
(balla
std
jup)
B
alla
stb
rist/
Lagert
jockle
kar
(balla
std
jup)
Räls
vik
t (5
0 r
esp.
60
kg r
äl)
Fe
laktig
neutr
altem
pera
tur
Balla
stb
rist/
Lagert
jockle
kar
(balla
std
jup)
Fe
laktig
neutr
altem
pera
tur
V
egeta
tio
n
Slip
ers
avstå
nd (
60
resp.
65 c
m)
Vegeta
tio
n
B
alla
stb
rist/
Lagert
jockle
kar
(balla
std
jup)
F
öre
kom
st av
pla
nkors
nin
gar,
bro
ar,
etc
.
Tjä
le
Räls
vik
t (5
0 r
esp.
60 k
g
räl)
Balla
stb
rist/
Lagert
jockle
kar
(balla
std
jup)
48 VTI rapport 864
VTI rapport 864 49
I Tabell 14 nedan redovisas en sammanställning baserad på intervjuerna.
Tabell 14. Sammanfattande ranking avseende spårets nedbrytande egenskaper.
Påverkansfaktor/ ranking
Nedbrytande egenskap
Stor påverkan
1 Trafikbelastning
2 Dränering
3 Dräneringssystemet
4 Nedbrytning av ballast, räl och sliprar
5 Ballastförorening
6 Spårgeometri (kurvor, övergångskonstruktioner)
7 Förekomst av skarvar (avser både isolerskarvar och termitsvetsskarvar)
8 Undergrundens stabilitet
9 Fordonsegenskaper
Viss påverkan
Ålder (träsliperspår)
Spänningsfri temperatur
Underhållsåtgärder (spårriktning)
Tjäle (beroende av plats i landet)
Vegetation (framförallt förorenande)
Liten påverkan
Ballastdjup/ ballastbrist
Rälsvikt
Slipersavstånd
6.2. Effektsamband och ranking av nedbrytande egenskaper
I Tabell 15; ”Effektsamband”, finns en sammanställning över förändring/ nedbrytning för
respektive bankomponent tillsammans med nedbrytningens effekt och hur denna mäts i
dagsläget. Gemensamt för dessa nedbrytande egenskaper är att de leder till nedbrytning av
spårgeometrin.
Tabel
l 15.
Eff
ekts
am
ba
nd
Ko
mp
on
en
t F
örä
nd
rin
g/N
ed
bry
tnin
g
Eff
ekt
Mätn
ing
Räle
r S
prickbild
nin
g frå
n till
verk
nin
gspro
cessen, tr
afikbela
stn
ing
R
äls
kada/
räls
bro
tt, spårlä
gesfö
rändrin
g,
nedbry
tnin
g a
v
ford
onshju
l.
Ultra
ljudspro
vnin
g (
OF
P)
M
ate
ria
lutm
attnin
g, slit
age
Höjd
- och s
idoslit
age p
å r
äle
rna, fö
rändra
de
mate
ria
legenskaper,
räff
lor/
vågor.
Räls
pro
film
ätn
ing, okulä
r besik
tnin
g,
RoV
-
mätn
ing (
korr
ugerin
g).
F
el rä
lsm
ängd
Try
ck-/
dra
gkra
fte
r i rä
lern
a, risk för
sid
ofö
rskju
tnin
g a
v
spåre
t (s
olk
urv
a/u
tknäcknin
g)
Behov a
v n
eutr
alis
erin
g.
Spårlä
gesm
ätn
ing (
till
vis
s d
el).
Kapm
eto
d, V
ers
e
S
tora
sid
okra
fter
Sid
oslit
age p
å y
tterr
äl i snäva k
urv
or
Räls
pro
film
ätn
ing, okulä
r besik
tnin
g
Skarv
ar
Nerk
örd
a s
karv
ar,
skador
på r
äls
ändarn
a.
Spårlä
gesfö
rändrin
g (
sätt
nin
gar)
, skador
på r
äls
ändar
(pla
stisk d
efo
rmatio
n),
nedbry
tnin
g a
v f
ord
onshju
l.
Spårlä
gesm
ätn
ing, okulä
rbesik
tnin
g,
hju
lskadedete
kto
rer
Befä
stn
ingar
Dynam
iska p
åkännin
gar,
påverk
an a
v v
ägsalt i p
lankors
nin
gar.
S
pårlä
gesfö
rändrin
g, m
ate
ria
lutm
att
nin
g, fö
rsäm
rad
klä
mkra
ft.
Spårlä
gesm
ätn
ing, okulä
rbesik
tnin
g,
(Klä
mkra
ftsm
ätn
ing)a
Mella
nlä
gg
D
ynam
iska p
åkännin
gar,
förä
ndra
de m
ate
ria
legenskaper
pga å
ldrin
g.
Spårlä
gesfö
rändrin
g, utm
att
nin
gsskador,
nedkro
ssnin
g
av s
liper
under
räls
fot
vid
dålig
a m
ella
nlä
gg.
Spårlä
gesm
ätn
ing, okulä
rbesik
tnin
g
Slip
rar
Klim
at, t
rafikbela
stn
ing,
dålig
unders
toppnin
g, dålig
a m
ella
nlä
gg.
S
pårlä
gesfö
rändrin
g, tr
äslip
ers
befä
stn
ingar
får
förs
äm
rad funktio
n, hängande s
lipra
r, r
öta
,
sprickbild
nin
g.
Spårlä
gesm
ätn
ing, okulä
rbesik
tnin
g
Balla
st
Tra
fikbela
stn
ing,
dynam
iska p
åkännin
gar,
klim
at, fin
mate
ria
l i
balla
ste
n, fö
r lit
e b
alla
st.
Nedkro
ssnin
g a
v b
alla
st. F
örs
äm
rad e
lasticitet, b
ärig
het,
frik
tio
n. Ö
kade p
åkännin
gar
på s
lipra
r och r
äle
r,
spårlä
gesfö
rändrin
gar,
ris
k för
ras o
ch s
kre
d i
bankro
ppen,
vis
s b
randrisk k
an f
öre
kom
ma p
ga
vegeta
tio
n i s
påro
mrå
det, d
ålig
sid
osta
bili
tet,
drä
nerin
gspro
ble
m.
Spårlä
gesm
ätn
ing, balla
stp
rofilm
ätn
ing,
(geora
dar)
a,
(vegeta
tio
nsm
ätn
ing)a
, vid
eo
spår,
pro
vta
gnin
g a
v b
alla
st
Underg
rund
P
rogre
ssiv
t skju
vbro
tt, pla
stisk d
efo
rmatio
n, sätt
nin
gar,
tjä
llyft
nin
gar,
fin
jord
sfö
rore
nin
g,
dålig
drä
nerin
g
Spårlä
gesfö
rändrin
g, risk för
ras o
ch s
kre
d i b
ankro
ppen.
Spårlä
gesm
ätn
ing, O
kulä
rbesik
tnin
g,
(Geora
dar)
a11
Drä
nerin
gs-
syste
m
Igensatta tru
mm
or,
vegeta
tio
n i s
länte
r och d
iken
Ö
vers
väm
nin
g,
insta
bili
tet
i bankro
ppen,
risk för
ras o
ch
skre
d i b
ankro
ppen, spårlä
gesfö
rändrin
g.
Vid
eo o
mgiv
nin
g,
Okulä
rbesik
tnin
g,
Spårlä
gesm
ätn
ing
a E
nd
ast
om
op
tio
n l
öse
s ut.
50 VTI rapport 864
VTI rapport 864 51
7. Slutsatser och förslag till fortsatt arbete
För att kunna skapa tillförlitliga LCC-modeller som möjliggör prioritering och planering av
underhållsåtgärder på ett kostnadseffektivt sätt behöver mycket fokus läggas på indata till modellen.
Många komponenter i anläggningen har komplicerade nedbrytningsprocesser. Det är också viktigt, vid
valet av underhållsstrategi, att titta på vilka delar som är förknippade med höga kostnader, där både
kostnaden för åtgärd och frekvensen av åtgärd analyseras.
Störst inverkan, av de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen, har själva
trafikbelastningen, där både lasten och frekvensen av denna påverkar. Sedan följer, i fallande ordning,
dränering, dräneringssystemet, nedbrytning av ballast, räl och sliprar, ballastförorening, spårgeometri
(kurvor och övergångskonstruktioner), förekomst av skarvar, undergrundens stabilitet och fordons-
egenskaper. Faktorer som bedömts ha en viss påverkan på nedbrytningen inkluderar ålder (gällande
träsliperspår), spänningsfri temperatur, underhållsåtgärder (spårriktning), tjäle (beroende av geografi)
och vegetation. Faktorer som bedömts ha liten påverkan inkluderar ballastdjup, rälsvikt och
slipersavstånd.
I princip leder de faktorer som bedömts påverka nedbrytningen av bankonstruktionen till någon av
följande effekter, varav den förstnämnda är absolut vanligast:
● spårlägesförändring
● materialutmattning
● rälsskada/ rälsbrott
● översvämning
● ras och skred.
I litteraturen förekommer olika uppgifter avseende påverkansgraden/ nedbrytningshastigheten av de
dynamiska påkänningar som uppkommer pga. axellast och hastighet. Detta skulle behöva studeras
närmare. Det är t.ex. oklart i vilken grad överbelastning forcerar nedbrytningen i kontrast till normal
förväntad belastning.
Vid kontrollbesiktning av fordon bedöms säkerhet med avseende på risk för urspårning. Däremot finns
inga krav för t.ex. slitageegenskaper. Tanken är att en högre spåravgift ska belasta fordon som sliter
mer på järnvägsanläggningen. För att få en rättvis kostnadsfördelning krävs därför egentligen att
fordonens slitageegenskaper uppmäts och kopplas till trafikeringen.
Det krävs ökad kunskap om de faktorer som påverkar spårets nedbrytningsprocess och
nedbrytningshastighet och effekten av underhållsåtgärder på mer detaljerad nivå. Det föreligger ett
behov av ökad dokumentation av underhållsdata, t.ex. när anläggningsdelen senast blev bytt. Om
åtgärderna sedan dokumenteras på en mer detaljerad nivå beträffande deras läge, utförande och
kostnad, kan befintliga databaser utnyttjas för att ta fram bättre tekniska och ekonomiska samband.
Det finns ett behov av ökad dokumentation av anläggningsdata, såsom uppbyggnad av hela
bankonstruktionen. I någon mån skulle eventuellt GPR- (georadar) mätningar, avseende t.ex.
lagertjocklekar, kunna komplettera den information som saknas i dagsläget. Det finns också ett behov
av en mätmetodik för mätning av dräneringstillståndet.
Det är inte möjligt att differentiera nedbrytningen av banöverbyggnaden från nedbrytningen av
banunderbyggnaden. Idealt ska banunderbyggnaden vara stabil under banöverbyggnadens hela
livslängd, vilket de facto inte alltid är överensstämmande med verkligt förhållande. Eftersom
nedbrytningen av banunderbyggnaden, såsom stabilitet och dräneringsnivå, påverkar nedbrytningen av
banöverbyggnaden, i synnerhet spårläget, i så hög grad måste nedbrytning av både banunderbyggnad
och banöverbyggnad ingå i modellen.
En sektionsindelning av spåret måste göras så att typsektioner erhålls, där varje typsektion kan antas
ha likartad nedbrytning. Parametrar att beakta vid sådan sektionering kan då vara tågtrafiken (dvs.
52 VTI rapport 864
axellast, antal axelpassager per dag, hastighet, fordonstyp), spårtyp (dvs. enkelspår/dubbelspår,
skarvspår/skarvfritt spår, linjesträcka/stationssträcka), banöverbyggnadens beskaffenhet (dvs. rälstyp,
befästningstyp, sliperstyp, ballasttyp, spårväxeltyp), banunderbyggnadens beskaffenhet (dvs.
materialtyp, materialtjocklek, dräneringstillstånd) och geometri (dvs. kurvradie och förekomst av
övergångskonstruktion, plankorsning, spårväxel, bro, isolerskarvar, etc.).
Vid arbetet med att ta fram nya underhållsstrategier bör hänsyn tas till att olika spårkomponenter har
olika livslängd, vilket i sin tur påverkar nedbrytningshastigheten hos andra komponenter. För att
minimera nedbrytningen på banan skulle utgångspunkten, enligt Lennart Holmgren vid Trafikverket,
vara att ha samma drifttid för banans alla ingående komponenter.
I OPTRAM finns också två åtgärdstyper som sparats under ett antal år, nämligen spårriktning och
spårslipning. Tillsammans med mätdata för spårläget är det, enligt Andersson et al. (2011), således
möjligt att analysera effekten av spårriktningsåtgärden, förutsatt att inga andra åtgärder som påverkar
spårläget har utförts under analysperioden. På liknande sätt bör det också gå att utreda effekten av
slipning på räfflor och vågor på rälen. Nedbrytning av mellanlägg och befästningar skulle, enligt
Trafikverket (2013), kunna identifieras genom att studera värdet på rällutning.
För att kunna använda OPTRAM som ett verktyg för att prioritera och välja åtgärder i tid och rum
skulle trafikdata och kostnadsdata behöva föras in i, eller kopplas till systemet. För att få en riktig
utvärdering av olika effektsamband är det också nödvändigt att göra indelningen på en relativt
detaljerad nivå/upplösning, dvs. dela upp bandelar i flera olika segment/sträckor beroende av
exempelvis trafikbelastning, miljö, material, dränering. Fortsatta studier bör också definiera hur ofta
mätningar måste ske för att fånga upp nedbrytningshastighet och optimalt åtgärdsintervall.
Trenden är att antalet sträckor med nya C-fel ökar (Spännar, 2013). Ökningen var 20 % mellan åren
2009 och 2010 och 85 % mellan 2009 och 2010. Totala antalet upptäckta sträckor med C-fel under
2008 var 9 570 stycken. C-felen bör följas upp bättre. De ligger i regel klumpvis och sedan kommer
långa sträckor där spårläget håller sig fint. Felen är också ofta återkommande på samma ställe, trots att
åtgärder utförts på platsen. Troligen råder problem med undergrund och/eller underbyggnad men i
dagsläget saknas den vetskapen.
Det är också möjligt att vissa nedbrytande egenskaper skulle kunna fångas upp (mätas) med ålder eller
genom spårstyvhetsmätningar. Spårstyvheten anses i sig utgöra en viktig nedbrytande egenskap och
den har också visat sig väldigt användbar för att bestämma orsaken till vissa problem relaterade till
banunderbyggnaden. Det finns i dagsläget ingen specificerad optimal standard för spårstyvhet och
spårstyvheten mäts idag inte mer än på objektsnivå (Innotrack, 2010; Andersson et al., 2011;
Berggren, 2009).
Det hade varit önskvärt med någon typ av målstandard för nedbrytningen av banan. Möjliga
egenskaper som kan användas för kvantifiering av målstandard är förändring i nedbrytningshastig-
heten för exempelvis antalet OFP-fel per km och år eller spårlägesförändring per år. Detta förutsatt att
man har god kännedom om den normala nedbrytningshastigheten för respektive typsektion.
VTI rapport 864 53
Referenser
Andersson, M.; Nyström, J.; Odolinski, K.; Wieweg, L; Wikberg, Å. (2011). Strategi för utveckling av
en samhällsekonomisk analysmodell för drift, underhåll och reinvestering av väg- och
järnvägsinfrastruktur. VTI Rapport 706, Linköping.
Augustin, S.; Gudehus, G.; Huber, G.; Schünemann, A. (2003). Numerical model and laboratory tests
on settlement of ballast track. In Popp, K. och Schiehlen, W. System dynamics and long-term behavior
of railway vehicles, track and subgrade. Springer Verlag, Berlin.
Banverket (2007). Åtgärder i järnvägsnätet. Huvudprocessen utveckla och underhålla anläggning.
Standard, BVS 803.
Banverket (2008a). Teknisk kravspecifikation – Periodisk Mätning. Handling 1.4
Banverket (2008b). Uppdragsbeskrivning, UB. Fu 2000 utgåva G Uppdrag avseende Periodisk
mätning, Handling 5.1.
Berggren, E. (2009). Railway Track Stiffness - Dynamic Measurements and Evaluation for Efficient
Maintenance. Doctoral Thesis in Railway Technology. Kungliga Tekniska Högskolan (KTH),
Stockholm.
Chrismer, S. and Selig, E.T. 1993. Computer model for ballast maintenance planning. Proceedings of
the 5th International Heavy Haul Conference. Beijing, China, June 1993.
Dahlberg, T. (2004). Railway track settlements – a literature review. Division of Solid Mechanics,
IKP, Linköpings universitet, Linköping.
Dean, F.E.; Ahlbeck, D.R.; Harrison, H.D.; Tuten, J.M. (1982). Effect of the pad stiffness on the
impact loading of concrete ties. Proceedings, Second International Heavy Haul Railway Conference,
Colorado Springs, USA, September 1982, 442-458.
Dehlbom, B. (2003). Nedbrytning av obundna överbyggnadsmaterial. Litteraturstudie, Scandiaconsult
Sverige AB, Falun.
Dehlbom, B. (2004). Hållfasthets- och nötningsegenskaper för underballast. Slutrapport,
Scandiaconsult Sverige AB, Falun.
Eriksson, J.; Vonkavaara, A.; Samuelsson, B. (1996). 30 ton på Malmbanan –Ekonomisk analys av
underhållskostnad av befintlig trafik med STAX 25 ton samt föreslagen trafik med STAX 30 ton.
Rapport 4.5, Banverket och Luleå Tekniska Högskola.
Esveld, C. (2001). Modern railway track. Second Edition, MRT Productions.
Hammarlund, S. (1996). 30 ton på Malmbanan – Spårmekanisk analys. Rapport 4.4, Banverket.
Hansson, D.; Mattsson, B.; Schroeder, H. (1995). Vegetationsbekämpning på Banvallar - En förstudie
om förebyggande åtgärder samt icke-kemiska metoder. Rapport 191, Sveriges lantbruksuniversitet
(SLU), Institutionen för lantbruksteknik.
Holm, G.; Bengtsson, P.E.; Carlsten, P.; Johansson, L.O.; Larsson, R. (2002). Befintliga banker vid
ökad tåglast och högre tåghastighet. Statens geotekniska institut (SGI), Linköping. ISSN: 1100-6692.
IHHA (2001). Guidelines to best practices for heavy haul railway operations: wheel and rail interface
issues. International Heavy Haul Association, May 2001, Virginia, USA.
Indraratna, B.; Nimbalkar, S.; Christie, D. (2009). The performance of rail track incorporating the
effects of ballast breakage, confining pressure and geosynthetic reinforcement. Bearing Capacity of
Roads, Railways and Airfields, Taylor & Francis, 5-24. ISBN 978-0-425-87199-0.
54 VTI rapport 864
Indraratna, B.; Khabbaz, H.; Salim, W.; Lackenby, J.; Christie, D. (2004). Ballast characteristics and
the effect of geosynthetics on rail track deformation. International Conference on Geosynthetics and
Geoenvironmental Engineering, ICGGE, Bombay, India, 3-12.
INNOTRACK (2010). Concluding Technical Report. Edited by Anders Ekberg & Björn Paulsson.
International Union of Railways (UIC), Solna. ISBN: 978-2-7461-185-8.
Jarnvagsinfo.se/banteknik/teorin/ (Hämtat 2013-06-11).
Kumar, S. (2006). A Study of the Rail Degradation Process to Predict Rail Breaks. Licentiate Thesis.
Division of Operation and Maintenance Engineering, Luleå University of Technology.
Larsson, D. (2004). A Study of the Track Degradation Process Related to Changes in Railway Traffic.
Licentiate Thesis, Luleå Railway Research Centre, Division of Operation and Maintenance
Engineering, Luleå University of Technology.
Li, D. och Selig, E.T. (1995). Evaluation of Railway Subgrade Problems. Transportation Research
Record 1489, TRB, National Research Council, Washington D.C.
Lichtberger, B. (2005). Track Compendium. Eurailpress, Tetzlaff-Hestra GmbH & Co., 1st edition,
Hamburg, Germany. ISBN 3-7771-0320-9.
Lord, J.A. (1999). Railway foundations: Discussion paper. Geotechnical Engineering for
Transportation Infrastructure, Balkema, Rotterdam.
Lundqvist, A. och Dahlberg, T. (2004). Load impact on railway track due to unsupported sleepers.
Department of Mechanical Engineering IKP, Linköpings universitet, Linköping.
Möller, B.; Larsson, R.; Bengtsson, P.E.; Moritz, L. (2000). Geodynamik i praktiken. Information 17,
Statens geotekniska institut (SGI), Linköping. ISSN: 0281-7578.
Nilsson, T. (2001). Vad ställer vädret och klimatförändringar för tekniska krav på vägar och
järnvägar? Dokumentation till session 20, Transportforum 2002.
Nålsund, R. (2010). Effect of Grading on Degradation of Crushed-Rock Railway Ballast and on
Permanent Axial deformation. Transportation research Record, No. 2154, 149-155.
Olsson, E.L. och Zackrisson, P. (2000). Long-term measurement results. Technical report
2B/000120/T2/DA for the EUROBALT II project, Banverket, Borlänge.
Paulsson, B. (2013). Muntlig referens efter intervju med Björn Paulsson vid Trafikverket, Borlänge.
2013-04-08.
Ramböll Sverige AB (2010). Tillståndsbedömning av befintliga geokonstruktioner för järnväg. State
of the Art, Falun, 2010-03-31.
Rosenquist, N. och Sköld, L. (2011). Mobil hjulskadedetektor för järnvägsfordon. Examensarbete
TMT 2011:24, KTH Industriell teknik och management.
Sadeghi, J. och Askarinejad, H. (2007). Influence of track structure, geometry and traffic parameters
on railway deterioration. IJE Transactions B: Applications, Vol. 20, No. 3, 291-300.
Sadeghi, J. och Askarinejad, H. (2010). Development of improved railway track degradation models.
Structure and Infrastructure Engineering, Vol. 6, No. , 675-688.
Sahlin, S. och Sundquist, H. (1995). Banteknik. Institutionen för Byggkonstruktion, Kungliga tekniska
högskolan (KTH), Stockholm.
Selig, E.T. och Waters, J.M. (1994). Track Geotechnology and Substructure Management. Thomas
Telford, London.
Spännar, Jan. (2013). C-fel i anläggningen. Trafikverket. (ej publicerat material).
VTI rapport 864 55
SS-EN 13848-2. Järnvägar – Spår – Spårlägeskvalitet – Del 2: Mätsystem – Fordon för
spårlägesmätning. SIS/TK 254.
Sundvall, M. (2005). Finjordsfläckar i överballast. Examensarbetet, Avdelningen för Geoteknik,
Institutionen för Samhällsbyggnad, Luleå tekniska universitet.
Sundquist, H. (2000). Byggande, Drift och Underhåll av järnvägsbanor. Institutionen för
Byggkonstruktion, Kungliga tekniska högskolan (KTH), Stockholm.
Sussmann, T.R.; Ebersöhn, W.; Selig, E.T. (2001). Fundamental Nonlinear Track Load-Deflection
Behaviour for Condition Evaluation. Transport Research Record 1742, Paper no. 01-2916.
Thalén, M. (2013). Referens efter samtal med och e-post från Marika Thalén, Trafikverket, Borlänge.
2013-06-10.
Trafikverket. (2012). Typsektioner för banan. Trafikverket, BVS 1585.005, dat. 2012-08-20, ver.1.0;
Dnr TRV 2012/38092.
Trafikverket (2012a). Säkerhetsbesiktning av fasta järnvägsanläggningar. Trafikverket, TDOK
2014:0240, 2014-10-02, ver. 1.0
Trafikverket (2013). Underhålls och reinvesteringsbehov 2013-2022. Banöverbyggnad. Rapport. Dnr
TRV2013/1803
Trafikverket, (2013a) Banöverbyggnad - Skarvfritt spår, Krav vid byggande och underhåll. TDOK
2013:0664, dat. 2014-04-01, ver. 1.0, Dnr TRV 2012/66430.
Trafikverket, (2013b) Banöverbyggnad – Spårläge – krav vid byggande och underhåll. TDOK
2013:0347, dat. 2014-06-01, ver. 3.0, Dnr TRV 2012/62780.
XianG, y.; Wang, N.; Mindess, S. (1994). Effect of loading rate and support conditions on the mode of
failure of prestressed railroad ties subjected to impact loading. Cement and Concrete Research, Vol.
24, No. 7, 1286-1298.
ZETA-TECH Associates (1996). Quantification of Track Maintenance Costs Resulting from Increased
Axle Loads on Malmbanan and Ofotbanan. Report 5.1, Prepared for Banverket and NSB.
Zhang, Y-J.; Murray, M.; Ferreira, L. (2000). Modeling rail track performance: An integrated
approach. Proceedings of the Institution of Civil Engineers, vol. 141, 187-194, Thomas Telford
Services Ltd, England.
Åhrén, T. (2002). Utvärdering av underhållskostnad för hjul och räl på sträckan Kiruna –
riksgränsen. Examensarbete, Inst. För Väg- och vattenbyggnad, Luleå Tekniska Universitet. ISSN
1404-5494.
Öberg, J. (2006). Track Deterioration of Ballasted Track – Marginal Cost Models for Different
Railway Vehicles. Magisteruppsats, TRITA AVE 2006:88. Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.
56 VTI rapport 864
VTI rapport 864 57
Bilaga 1. Fullständiga intervjuer
Intervjuperson 1: Torgny Nilsson (TRV Underhåll/UHabb, Luleå)
Makadamballasten tar upp axellast (axellast, antal axlar) och utsätts därmed för dynamiska krafter som
leder till mekanisk nedbrytning av materialet. Denna nedbrytning påverkas väldigt mycket av
fuktinnehåll. 2-4 gånger mer nedbrytning sker i fuktig miljö än i torr miljö.
Så kallade ”skvättställen”, dvs. i vatten suspenderad finjord, är ett ökande problem som leder till
sättningar och spårlägesförändringar. Orsaken är att vattenavrinningen går för sakta. Vatten är
synnerligen avgörande för problemets uppkomst. Vid ballastrening erhålls ofta en typ av ”kar-effekt”
när orenad ballast blir kvar som en vall vid sidan om spåret och den renade ballasten, vilket gör att
vattnet blir innestängt under själva spåret.
Näst efter vattnet utgör bergmaterialets hållfasthet en nedbrytningsegenskap av stor betydelse.
Bristande hållfasthet, såsom exempelvis ses vid glimmerrika bergmaterial, leder till snabbare
nedkrossning av stenmaterialet, vilket i sin tur leder till sämre dränering. Dagens krav på kornform
(dvs. 100 % krossade ytor) gör däremot att denna egenskap inte är av samma betydelse för
nedbrytningen hos anläggningen.
Även dräneringsdjupet är av stor betydelse för nedbrytningen. Förstärkningslagret, dvs.
underballasten, måste vara väldränerad. Detta betyder alltså att dräneringsdjupet ska vara minst 1,3 m
under rälsunderkant (RUK). Diken och dräneringsledningar besiktas kontinuerligt. Dikesdjup som
understiger 1 m bör åtgärdas Bristande dränering av bankroppen indikeras i första hand av
spårlägesförändring.
Trumbeståndet är i princip 100 år gammalt och utgörs av granitmurverk. Livslängden på dessa
trummor uppskattas till ca 150 år. Den vanligaste nedbrytningen innefattar spruckna, sönderfallande
cementfogar och jord som sipprar in mellan murblocken. Detta leder till att trumvalvet utvidgas och i
värsta fall kollapsar taket, vilket leder till sättningar som fortplantar sig till spåret. Beroende av höjden
på fyllningen över befintlig trumma kan två typer av trumrenovering användas. Om fyllningen över
trumma inte är så hög lyfts i regel spåret och trumman läggs om. Alternativet är att utföra en så kallad
”relining”, när en glasfiberstrumpa träs in i den befintliga trumman. Det är svårt att undvika att
trumbottnen byggs upp vid en trumrenovering, däremot erhålls ofta ett bättre genomströmningstal på
den nya plasttrumman genom att en tratt placeras på utlopp (/inlopp) som höjer trummans kapacitet.
Beträffande underbyggnaden är dess stabilitet och kompressionsegenskaper av betydelse och då
påverkar metervikten (ej axellast). Detta upplevs dock inte som ett lika stort problem som vatten i
förstärkningslagret. Det som dock kan utgöra ett problem är när kornen, vid yttre påkänning i form av
stötvåg, tappar fäste mot varandra vid vattenmättnad. I värsta fall leder detta till flytande massor som
kollapsar så att hela banbanken åker iväg. Otillräcklig packning och tillfällig höjning av vatten på ena
sidan av banken tenderar att påskynda processen.
Lagertjocklekar på bankonstruktionen tycks inte ha lika stor inverkan på nedbrytningen. Exempelvis
byggdes Malmbanan, bestående av endast 30 cm makadam på naturbyggnad, för 14 tons trafik men
håller ändå idag för 30 ton.
Visserligen genererar underhållsåtgärden understoppning en ökad nedbrytning av ballast och sliprar
men alternativet är ändå mindre fördelaktigt, och exempelvis skvättfläckar orsakar också nedbrytning
av sliprar.
Vegetation utgör inget problem avseende nedbrytning av bankonstruktionen. Vegetationen suger och
binder vatten och kan således t.o.m. utgöra en tillgång.
Beträffande just nedbrytning av banunderbyggnaden, finns inga tecken på att plankorsningar,
bergundergrund eller liknande skulle föranleda accelererad nedbrytning. Däremot tillförs mycket
58 VTI rapport 864
finmaterial i plankorsningar, i form av olika partiklar och förslitningsmaterial som härrör till vägen
och fordonsbeståndet som trafikerar den.
Intervjuperson 2: Malin Syk (räler/ OFP, TRV Luleå)
Två typer av nedbrytning av räler:
Slitage; som beror av trafiken (tonnage, axellast, gångegenskaper)
Utmattning, som beror av inre felaktigheter hos materialet eller yttre åverkan.
De dynamiska krafterna från trafiken leder till utmattning hos rälen, vilket i sin tur leder till
rälssprickor, att bitar faller ur rälen eller i värsta fall rälsbrott.
Slitaget på rälen som trafiken åstadkommer är dock inte odelat negativt. Slitaget kan ta bort ytliga
sprickor på rälen och därmed förhindra deras spridning. Å andra sidan leder slitaget till att material
försvinner vilket kan förkorta dess livslängd. Ojämnt slitage, som bildar räfflor och vågor (RoV) på
rälen, bidrar dock till dynamiska belastningar i underliggande material och mindre komfortabel
tåggång. Ojämnheterna i rälsytan tas bort med hjälp av spårslipning. Ungefär 1-2 mm av farbanan
slipas bort vid varje slipning.
Med hjälp av metoder för OFP i form av ultraljudskontroll är vi dock idag bra på att detektera
sprickor. Rälssprickor kan ha två olika ursprung. De kan härröra från fel i materialet (sprickor inifrån)
eller från yttre påverkan (sprickor som kommer från ytan). T.ex. börjar sprickor, som orsakas av
påkänningar från hjul, nära ytan. Sprickorna kan också se olika ut och ha olika riktning och därför vara
av olika allvarlighetsgrad. T.ex. är tvärgående sprickor ofta allvarligare eftersom de kan leda till
rälsbrott.
Antalet rälsbrott är ungefär 100 st. per år i hela Sverige (2012: 120 st. 2011: 107 st. 2010:199 st.).
Rälsbrott innebär en stor risk för urspårning. I regel fångar signalsystemet upp dessa rälsbrott så att de
kan åtgärdas innan trafikering. För att åtgärda sprickor kan det ibland räcka med slipning eller att kapa
ur delar ur rälen och laga. Vid tvärgående rälsbrott måste man dock byta ut räl och svetsa igen.
Man ser idag fler rälsbrott på räl av vikt under 50 kg, vilket kan bero på att dessa räler är äldre än
tyngre typ av räl. Man ser också fler ytsprickor i kurvor än på raksträckor. I plankorsningar är rälerna
oftare sönderrostade. I plankorsningar är rälerna dolda, vilket gör att slipmaskinerna inte kommer åt
rälerna. Rälerna lyfts sällan för att kollas eller åtgärdas.
Varje spårskarv orsakar/utsätts för en liten extra påkänning, vilket orsakar större risk för
sprickbildning och kräver mer underhåll. Låg temperatur gör att de inre spänningarna i rälsmaterialet
ökar, vilket kan bidra till sprickornas tillväxt. Det är därför viktigt att spårets neutraltemperatur blir
rätt. Detta kontrolleras dock inte alltid efter en spåråtgärd där en spårdel ersatts.
Intervjuperson 3: Björn Åstedt (TRV Underhåll/ UHabb, Malmö)
Största nedbrytande faktorn är förstås tågtrafiken. Stora felkällor hos bankroppen är för mycket
respektive för lite vatten. För lite vatten kan ge upphov till sättningar vid t.ex. dikningsarbeten. För
mycket vatten är dock ett större problem.
Vid fullgod banuppbyggnad, dvs. enligt de lagertjocklekar och materialkvaliteter som kravställs idag,
så gör det inte så mycket att vatten blir stående i den. Är det däremot en gammal bana med ballast av
grusig-sand och dessutom, många gånger, endast några centimeter underballast är dräneringsfrågorna
av betydligt större betydelse. Lösningen då är att försöka höja spåret alternativt bättra på/ göra djupare
diken. Att trummor har nedsatt funktion är relativt vanligt men de är däremot sällan trafikfarliga.
Diken utgör ett större problem än trummor.
Det näst största problemet är relaterat till ballasten, både underballasten och makadamballasten, och
dess egenskaper kvalitetsmässigt. Ett vanligt förekommande problem är t.ex. att materialet är,
VTI rapport 864 59
egentligen har blivit, alltför finkornigt. Förorenad makadamballast leder till minskad bärighet och
ökade dynamiska påkänningar och därmed problem med s.k. skvättfläckar, inte minst vid spårskarvar.
Eftersom spåret är mer rörligt i skarvarna genereras en pumpande effekt vid närvaro av vatten.
Det är relativt vanligt med finjordsförorenad ballast. Dels blåser finmaterial in och dels sker
nedbrytning av spår, tåghjul och ballast. Ballastrening sker ungefär vart 30:e år men borde nog ske
oftare. Plankorsningar utgör extra utsatta områden eftersom extra finmaterial dras in av vägtrafiken.
Finmaterialet lägger sig i ett lager under ballasten och gör att vatten blir stående.
Ytterligare ett stort problem är att banvallen är för smal. I och med att banan höjs något vid varje
spårjustering kryper spåret uppåt och banken smalnar av med tiden. Detta leder till instabil bank, i
synnerhet i kurvor på mindre banor, och dåligt spårläge.
Tjälproblem förekommer väldigt sällan. Underballasten isolerar mot kyla men inte ens en mindre
lagertjocklek leder till några problem, åtminstone inte i södra delarna av Sverige.
Vegetation försvårar framförallt besiktningen av spåret men i och med att växterna dör och blir mull
leder de också till ballastförorening. Vegetation i spåret utgör dock ett tecken på behov att
ballastrening. Eftersom växter kan växa i spåret innehåller ballasten för mycket finmaterial.
Det är ovanligt med underskott av ballast på banorna och det gör inte så mycket om lagertjockleken
minskar något. Detta gäller för både över- och underballasten. En lagertjocklek på underballasten
(förstärkningslagret) på 50 cm, mot normalt 80 cm, räcker gott, t.o.m. vid nybyggnad. Danskarna och
tyskarna använder bara 30 cm. Då banan går på berg används ibland ingen underballast alls.
För att förhindra nedbrytning av sliprar och makadam, och därmed spårlägesfel, vid problem vid ytligt
berg, betongtunnlar eller under vägbroar, där man inte kan höja spåret, kan man använda s.k. pads;
dvs. infrästa gummibitar under sliper.
Brister i undergrunden leder oftast till långvågiga sättningar och dessa gör/ påverkar inte så mycket
men kan i kombination med höga axellaster ge spårlägesproblem.
Intervjuperson 4: Björn Schelin (Underhållsingenjör, Malmö)
Tågtrafiken sliter förstås mest på banan och desto längre upp i banan desto mer förslitning sker på
grund av tågen. Längre ned i banan sker en större del av förslitningen av tid och yttre faktorer.
Tidsaspekten är framförallt av vikt där banan består av träsliprar (som ruttnar). Yttre miljörelaterade
faktorer kan t.ex. handla om diken som slammar igen eller organiskt material i ballasten.
Näst efter själva tågtrafiken utgör undermålig dränering den viktigaste nedbrytande egenskapen.
Problemställen på banan kan ofta härröras till att dräneringssystemet inte fungerar som den ska.
Undermålig dränering leder till dåligt spårläge.
En relativt problematisk egenskap är också nedbrytning av räl och ballast. Rälens slitage härrör från
inre slitage, dvs. utmattning och sprickor (som orsakar OFP-fel och föranleder rälsbyte) samt yttre
slitage, från hjulkontakten. Det yttre slitaget beror av metervikten och är extra påtagligt i kurvor.
Nedbrytning av ballasten är ofta mest påtaglig under slipers underkant. Detta är ett större problem än
ballastförorening. Ballastföroreningar är dock relativ vanliga och orsakas av t.ex. att material blåser in.
Även vegetation förorenar ballasten; däremot påverkar inte vegetationen trafiken. Nere vid skånska
kusten förekommer också en del rost, vilket när det nöts av rälen hamnar i överballasten.
Ballastföroreningarna orsakar en accelererad förslitning av banan.
Vegetation kan även göra spåret halt om det förekommer rikligt i spåret. Problemet är mer påtagligt i
söder på grund av det varmare klimatet där. Vegetation bekämpas med kemikalier och där man, av
miljöskäl, inte kan göra detta kan det uppstå problem, i synnerhet i kombination med ballast med grus.
Vegetation riskerar också att täppa igen diken och trummor. Man brukar ha översyn av spårläget efter
ett trumbyte. Ballast kan rasa ner vid trumman och orsaka sättningar.
60 VTI rapport 864
Ett modernt spår ska hålla 40-50 år utan större utbyte av ingående komponenter. Därefter görs ett
spårbyte då allt byts ut och ballasten renas. Spårriktning görs efter 45-75M bruttoton; dvs. vart 4-8:e år
på stambanan. Det borde göras oftare för att förebygga problem med dynamiska krafter men är en
kortsiktig kostnadsfråga. Även dikesåtgärder borde göras oftare.
Kurvor och plankorsningar är också klassiska problemställen där spåret slits hårt. I kurvor med små
radier (≤ 2000) uppstår också problem med utmattningsskador. I plankorsningar dras salt, från
vinterväghållningen, med in vilket ökar förslitningen. Även övergången mellan olika spårstyvhet
orsakar en förhöjd förslitning på rälen, som ofta ses genom räfflor och vågor.
Skarvspår kräver mer underhåll än skarvfria spår. Bl.a. därför att skarvarna gärna vill vandra/ flytta
sig; i synnerhet om man har en felaktig rälsmängd. Det går dock inte att motivera ett byte från ett
skarvspår till ett skarvfritt spår baserat på enbart underhållskostnad, däremot möjligen om man väger
in effekter så som bullerreducering och ökad komfort.
Felaktig spänningsfri temperatur kan föranleda att räl hamnar på fel plats men är snarare en
konsekvens av annat dåligt underhåll; t.ex. att man spårriktat för lite eller felaktigt, än en faktor som i
sig driver spårnedbrytningen.
Materialegenskaper är förstås en aspekt som påverkar nedbrytningen men det är svårt att uppskatta
dess storlek. De 60-kilos räl som används på nya spår (istället för de traditionella 50 kg rälen) upplevs
vara bra men det kan bero på andra orsaker än enbart rälsvikten; t.ex. att de är styvare. Beträffande
slipersavstånd har övergången från 65 till 60 cm inte haft någon större effekt, i alla fall inte på de
banor som har lätt tågtrafik. De gamla banor som har 90 cm i slipersavstånd utgör dock ett större
problem.
Även fordonsegenskaper är av betydelse. Förutom att tyngre fordon sliter mer så upplevs även typen
av fordon ha betydelse; 6-axliga godståg och dubbeldäckare tycks slita mer. Även orunda hjul är ett
problem. Även om varje liten hjulskada/oregelbundenhet inte orsakar någon massiv
nedbrytning/förslitning så kommer effekten att vara märkbar efter tusen tågpassager.
Överballasten ska utgöras av ett 50 cm tjockt lager (30 cm under slipers/ 50 cm från överyta).
Ballastbrist kan medföra att det blir svårare att hålla spårläget men det brukar faktiskt gå
anmärkningsvärt bra att köra på en svag bank. Detta gäller dock inte för riktigt tung trafik.
Tjäle är inget stort problem i de södra delarna av landet.
Intervjuperson 5: Sven-Erik Wall (TRV Gävle)
Tonnaget påverkar nedbrytningen mest. I Sverige har vi banor som skiljer väldigt mycket på den
punkten. På Malmbanan går väldigt tung trafik medan det mellan Stockholm och Göteborg går mest
persontåg med lågt tonnage. Eftersläpningen i underhållet är ungefär 7 år på grund av bristen på
ekonomiska medel. Livslängden på våra banor är beroende på underhållsstrategi men är ungefär 43-46
år eller ungefär 650 miljoner bruttoton.
Även själva spårsystemet är av stor vikt för nedbrytningsegenskaperna, t.ex. huruvida befästningarna
är av typen Pandrol, Heyback eller Fist. De två sistnämnda fasas ut. Sedan slits förstås banan av andra
orsaker än tonnage också; såsom utmattning av rälshuvud etc. Det som är avgörande för livslängden är
när rälen är utmattad. Frågan är när rälen är utmattade egentligen och hur detta ska mätas? Sker ett
rälsbrott har problemet upptäckts för sent. Erfarenheten gör gällande att vid ett eller två OFP-fel är det
dags för rälsbyte.
Slitage på rälen är inte så avgörande eftersom det i regel går att underhålla tillfredställande. När
livslängden är uppnådd är det lika bra att även byta alla spårkomponenter. Det kostar ca 6500-7000
kr/spårmeter för spårbyte inkl. ballastrening.
VTI rapport 864 61
Det finns idag enklare nedbrytningsmodeller baserade på att vi kan mäta många olika
tillståndsparametrar, i denna ingår bl.a. tonnage, radien, C-fel, OFP-fel, K- och Q-tal (spårläge) och
vegetation (däremot inte klämkraft etc.).
Åldern har betydelse beträffande träslipersspår. Betongsliprarna är inte så gamla så det är svårt att veta
livslängden för dessa. Det är också svårt att mäta i vilket tillstånd betongsliprarna är. Däremot kan det
konstateras att betongspåret är bäst och spikspåret är sämst. Beträffande det förstnämnda har man vid
OFP-provning ofta 0 % fel per km.
Även kurvradien påverkar nedbrytningshastigheten. På en sträcka med 30 % radier som understiger
600 meter kommer accelererad nedbrytning att ske.
Skarvspår finns i regel på det trafiksvaga nätet och måste hanteras separat – med en ”speciell
portmonnä”.
Överballastens egenskaper; såsom ballastdjup och föroreningsgrad, påverkar i och för sig spårläget
men kan å andra sidan åtgärdas med spårriktning relativt enkelt, vilket gör att detta inte bedöms vara
av så stor vikt i sammanhanget. Däremot krävs ju fler underhållsåtgärder vid ballastbrist. Efter 40 år
finns ca 10 cm kvar av överballastlagret. Ballasten kan också vara förorenad men inte ens i sådana fall
förekommer några problem med kapillärvattensugning. Om ballasten brutits ner, så att finare ballast
erhållits, blir banans sidostabilitet sämre. Detta kan i sin tur leda till problem med solkurvor, förutsatt
att rälsmängden ligger helt fel. Ballasten skulle ofta behöva renas även någon gång i mitten av
livslängden men detta saknas finansiella medel för.
Generellt är dräneringsunderhållet på våra banor eftersatt. Det finns ett behov av att t.ex. dikesrensa
mer frekvent. Om det regnar mycket förmår dikena ibland inte svälja allt vatten vilket kan leda till ras
eller skred, etc. Därför skulle dräneringen behöva åtgärdas mer och det skulle behöva skräddarsys
pengar för detta. Även mer förebyggande åtgärder, såsom rensning, skulle behövas i större
utsträckning.
Årligen spårriktas ungefär 25-30 % av stambanans längd. Vid underhållsspårriktning lyfts spåret ca 2-
3 cm, vilket inte har någon större betydelse för banvallens geometri; t.ex. krympning.
Neutraltemperaturen säkerställer rätt rälsmängd i spåret men även om den skulle vara under gränsen så
påverkar det inte nedbrytningen nämnvärt. Förekomsten av solkurvor påverkas mer av annat, såsom
exempelvis att en åtgärd gjorts.
Spåret blir stummare vid t.ex. skarvar, landfäste på broar och plankorsningar, vilket leder till att fel
såsom rälsojämnheter sprider ut sig och man måste slipa mer och mer desto längre man väntar mellan
spårslipningstillfällena.
Även vegetation tas med i befintlig nedbrytningsmodell. Detta utgör dock inget stort problem, mer än
möjligen på sidospår och bangårdar.
Intervjuperson 6: Lennart Holmgren (TRV Stora projekt/PRtv, Göteborg)
Det problem som bedöms vara av störst betydelse för banans nedbrytning är växtlighet. Växtligheten
bryter ner banan, sätter igen diken och tätar igen bansidor. Träd kan också skada kontaktledningen om
de faller när på grund av stormar. Trots de besiktningar som utförs har vi ingen riktig koll på
växtligheten och ett systematiskt underhåll saknas.
Det näst största problemet är vatten och tjäle. Tjäldjup och stående vatten påverkar förskjutning på räl.
Banan är känsligare för tjälskott än vad en väg är. Klimatförändringarna, som medför att vi mer
frekvent kommer att ha en temperatur som ligger nära 0°C, ställer ännu högre krav på en välskött
anläggning.
Som prioritet tre placerar sig materialval. Noggrannhet i materialval för att säkerställa fungerande
dränering, i synnerhet med tanke på att nederbördsmängderna kommer att öka. Även dikens och
62 VTI rapport 864
trummors funktion är av stor vikt. Det vore lämpligt att göra en bedömning av värdet av de banor
(stora och små) som vi ska skydda kontra tillgängligheten och ta ställning till åtgärdsplaner för olika
scenarion. Resultaten borde sedan redovisas öppet så att man inte lurar trafikutförare.
Först härefter placeras vagnslaster och trafiktäthet. Konsekvenserna om banan inte fungerar kan bli
samma oavsett vagnslast och trafiktäthet.
Härefter följer ett antal egenskaper som påverkar, om än i olika grad, utan inbördes ranking.
Skarvfritt spår är att föredra. Skarvspår påverkas av flera olika komponenter. Spåret utvidgas och
krymper beroende av temperatur men detta får inte påverka bredvidliggande räls så att solkurvor
uppkommer. Ett annat problem är att skarvjärn lätt vibreras, vilket kan förorsaka slag i ändarna. Detta
kräver underhåll i form av kapning och svetsning.
Skarvfritt spår kräver neutralisering eftersom felaktig neutraltemperatur kan leda till solkurvor. Har
man dock väl ordning på rälsmängden och har bra neutraliseringstemperatur så ska
temperaturskillnader tas upp. Är rälsmängden för liten kommer sträckgränsen att uppnås men detta är
egentligen ett materialmässigt problem och inte ett spårgeometrimässigt.
Spårgeometrin påverkar förslitningen på spåret men driver kanske inte så mycket nedbrytningen i
övrigt. Förslitningen kräver underhållsåtgärder i form av spårslipning. Om rälen erhållit slag eller
räfflor och vågor är det lätt att detta överförs till tåghjulen och även utbreder sig på rälen. Det är därför
viktigt att detta åtgärdas i ett tidigt skede. Slag, orsakat av t.ex. en sten eller järnpellets på rälen, är
bland det värsta. Detta kan nämligen slå sönder räl och hjul. Fordonens hjul påverkar också
nedbrytningen av spåret; t.ex. snedställda hjul, hjul som snurrar olika fort, etc.
Stålkvaliteten kan ha en viss betydelse för nedbrytningen. Det skulle gå att höja den mer men detta
medför att rälen blir stötkänsligare.
Sliprar och ballast har stor betydelse för huruvida rälen ligger kvar där man lagt den. Största problemet
med sliprar är härdning av betongen. I snabbhärdade sliprar uppstår ofta sprickor. Även befästningar
är av stor vikt. Det är viktigt att dessa harmoniserar med räl och sliper. Pandrolbefästningar håller bra.
Eventuellt kommer det att behövas ännu styvare befästningar om det blir höghastighetsbanor.
Övergångskonstruktioner, t.ex. övergångar mellan jord och bro, kan vara problematiska ur
underhållssynpunkt. Dessa görs ofta för korta. Styvhetsskillnaderna i marken genererar dynamiska
påkänningar, i synnerhet om tågen kör för snabbt. Problemet skulle kunna åtgärdas genom att titta
över entreprenadkontrakten. Bron och marken handlas nämligen vanligen upp var för sig. Gränsskiktet
blir då i regel alltför kort; 7-9 meter, och sämre utfört.
Ballastens tjocklek påverkar inte nedbrytningen nämnvärt, åtminstone inte förutsatt de lagertjocklekar
vi föreskriver idag. De har varit tillräckligt bra, åtminstone sedan 50-talet.
Intervjuperson 7: Tryggve Olsson (Byggledare, TRV UHosö, Kristianstad)
Störst påverkan på nedbrytningen har trafiken. Därefter följer dränering. Sedan finns ett antal
egenskaper som påverkar nedbrytningen av spåranläggningen men vars grad av påverkan är svår att
definiera.
Att tillse god dränering är jätte viktigt. Tyvärr hinns detta inte med. Som ett exempel kan nämnas att
man vid t.ex. buskröjning med slaghack borde ta hand om flisen så att denna inte hamnar i diken och
förhindrar avvattning. En vattensjuk bankropp leder till sättningar och därmed ett oroligt spårläge.
Åldern påverkar nedbrytningen av träsliprar. Betongsliprar har en längre livslängd och bryts i princip
endast ned av slitage. Betongsliprar, och befästningar, har blivit stabilare de senaste 30-40 åren.
Traditionella FIST-befästningar fixerar däremot inte spåret som de ska, och är på väg att fasas ut. På
sådana banor förekommer hastighetsnedsättning till 80 km/h för godståg.
VTI rapport 864 63
Räl påverkas väldigt lite av slitage på raksträckor. Rälslitaget sker främst i kurvor, i synnerhet på
ytterräl i kurvor med små radier. Huvudhärdad räl används i allt större utsträckning idag. Dessa
tenderar dock att ha fler ytskador. I takt med att rälskvaliteten höjs ökar också hjultillverkarna sin
kvalitet och någonstans kommer påkänningarna att bli för stora, dvs. det blir skador i rälen (OFP-fel).
Skillnaden i nedbrytning/skadefrekvens mellan 60 och 50 kg räl är dock anmärkningsvärt liten.
Rälssprickor detekteras idag genom OFP-mätningar. Vid OFP-fel byts en passbit, som aldrig
understiger 5 m, av rälen ut.
Relativt mycket underhållsslipning av rälsen har skett under de senaste 20 åren. Detta är kostsamt och
görs på grund av uppkomst av t.ex. vågbildning på farbanan, som i sin tur kan ha orsakats av orunda
fordonshjul. Dessa skador tenderar att växa/utbreda sig på både räl och hjul om de inte åtgärdas. Det är
dock svårt att uttala sig om huruvida den ökade andelen underhållslipning under de senaste 20 åren
medfört någon vinst i form av exempelvis färre rälsbrott eller minskat behov av spårriktning. Eftersom
trafiken ökat under samma period har slitaget ökat. Helt klart är i alla fall att slipningen leder till
mindre vibrationer och oljud.
Skarvspår kräver mer underhållsåtgärder än helsvetsade spår men även isolskarvar i helsvetsade spår
kräver mycket underhåll eftersom de måste bytas regelbundet då limmet släpper.
Spårets neutraltemperatur påverkar kanske inte nedbrytningen så mycket i sig. Det är många
egenskaper som påverkar rälsmängden, såsom befästningar och ballastmängd. T.ex. bryter
spårriktningar ned ballasten så att det med tiden uppstår ballastbrist om inte kompletteringar utförs.
Detta kan leda till solkurvor under förutsättning att den spänningsfria temperaturen
(/befästningstemperaturen) är felaktig.
Efter 20 år tenderar ballasten att ha nötts så att den består av mer eller mindre runda korn. Detta gör att
den inte uppnår tillräcklig grad av inre friktion, dvs. den fixerar sig inte. Detta medför, i sin tur, att det
inte går att spårrikta eftersom ballasten inte låser spåret. Ofta ser man därför återkommande sättningar
på sådana platser.
Lagertjockleken hos ballasten upplevs inte ha någon större betydelse för nedbrytningen av spåret.
Ballastföroreningar är av större vikt, däremot inte lika stor som den mekaniska skadan, dvs.
ballastnedbrytningen/nötningen.
Både undergrunden och ballasten kan erhålla plastiska deformationer. Där undergrunden inte förmår
stå emot påkänningarna uppstår sättningar, vilket kommer att påverka spårläget och ge utslag på
spårlägesdiagrammet. Sedan kan det visserligen bli problem där undergrunden är för styv också, eller
framförallt i övergångarna, t.ex. mot berg eller bro. Detta innebär större påfrestningar på ballast, sliper
och räl.
Eftersom det inte finns tid till att analysera huruvida färre fel i anläggningen inträffar där vegetation
förekommer i spårmiljön går det inte att uttala sig om vikten av vegetationsbekämpning. Fler och fler
bekämpningsmedel finns på marknaden, undantaget vid vattenskyddsområden o.dyl. och man åtgärdar
detta så fort som möjligt.
HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE
LINKÖPING post/mail SE-581 95 Linköpingtel +46 (0)13-20 40 00www.vti.se
BORLÄNGE post/mail BOX 920SE-781 70 BORLÄNGEtel +46 (0)243-44 68 60
STOCKHOLM post/mail BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM tel +46 (0)8-555 770 20
GÖTEBORGpost/mail BOX 8072SE-402 78 GÖTEBORGtel +46 (0)31-750 26 00
HUVUDKONTOR/HEAD OFFICE
LINKÖPING post/mail SE-581 95 Linköpingtel +46 (0)13-20 40 00www.vti.se
BORLÄNGE post/mail BOX 920SE-781 70 BORLÄNGEtel +46 (0)243-44 68 60
STOCKHOLM post/mail BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM tel +46 (0)8-555 770 20
GÖTEBORGpost/mail BOX 8072SE-402 78 GÖTEBORGtel +46 (0)31-750 26 00
www.vti.se
HEAD OFFICE
LINKÖPINGSE-581 95 LINKÖPINGPHONE +46 (0)13-20 40 00
STOCKHOLM BOX 55685SE-102 15 STOCKHOLM PHONE +46 (0)8-555 770 20
GOTHENBURGBOX 8072SE-402 78 GOTHENBURGPHONE +46 (0)31-750 26 00
BORLÄNGE BOX 920SE-781 29 BORLÄNGEPHONE +46 (0)243-44 68 60
LUND Scheelevägen 2SE-223 81 LUND PHONE +46 (0)46-540 75 00
VTI, Statens väg- och transportforskningsinstitut, är ett oberoende och internationellt framstående forskningsinstitut inom transportsektorn. Huvuduppgiften är att bedriva forskning och utveckling kring infrastruktur, tra� k och transporter. Kvalitetssystemet och miljöledningssystemet är ISO-certi� erat enligt ISO 9001 respektive 14001. Vissa provningsmetoder är dessutom ackrediterade av Swedac. VTI har omkring 200 medarbetare och � nns i Linköping (huvudkontor), Stockholm, Göteborg, Borlänge och Lund.
The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI), is an independent and internationally prominent research institute in the transport sector. Its principal task is to conduct research and development related to infrastructure, traf� c and transport. The institute holds the quality management systems certi� cate ISO 9001 and the environmental management systems certi� cate ISO 14001. Some of its test methods are also certi� ed by Swedac. VTI has about 200 employees and is located in Linköping (head of� ce), Stockholm, Gothenburg, Borlänge and Lund.