Valorile indicate în coloana A a Tabelului 1 trebuie să fie considerate ca obiective importante la care se va ajunge în conformitate cu planurile naționale de dezvoltare a căilor ferate, iar orice abatere de la aceste valori trebuie să fie considerată excepțională. Acesta este un fragment din Acordul european privind marile linii internaționale de cale ferată (A.G.C.), încheiat la Geneva la 31 mai 1985. Parametrii care se au în vedere nu frânează în niciun fel progresul tehnic; acestea sunt exigențe minime.
Gabarite și Standarde Internaționale
Acordul european privind marile linii internaționale de cale ferată (A.G.C.), încheiat la Geneva la 31 mai 1985, definește standarde esențiale pentru infrastructura feroviară. Printre acestea se numără transportul semiremorcilor rutiere obișnuite cu o lățime de 2,5 m și o înălțime de 4 m pe vagoane purtătoare echipate cu boghiuri normale, precum și transportul containerelor I.S.O.
Majoritatea marilor linii internaționale existente respectă cel puțin gabaritul B al U.I.C.. Liniile existente care traversează regiuni muntoase (Pirineii, Masivul Central, Alpii, Jura, Apeninii, Carpații etc.) prezintă numeroase tunele cu un gabarit al unității tehnice sau cu gabarite puțin superioare în înălțime pe axul liniei. În aproape toate cazurile, ridicarea la gabaritul C1 al U.I.C. este imposibilă din punct de vedere economic și financiar, astfel încât, pentru aceste linii, se menține gabaritul B al U.I.C.
Distanța dintre Axe și Viteza Nominală
Pe liniile existente cu cale dublă și în afara stațiilor, distanța dintre axe este între 3,5 m și 4 m. Pe liniile noi, opțiunea pentru o distanță mare între axe implică, în general, o investiție marginală limitată, cel puțin în afara tunelelor și până la 4,2 m. Prin urmare, este adoptată distanța minimă între axe de 4,2 m.
Pe liniile existente, vitezele maxime sunt în funcție de raza curbelor. Viteza minimă nominală adoptată (160 km/h) este, de regulă, pe secțiunile de traseu rectiliniu și în curbe cu rază mare. Pe liniile noi, se pot adopta viteze nominale mult mai ridicate. Este important de menționat că viteza nominală este diferită de viteza comercială. Viteza comercială este câtul dintre distanța dintre punctul de pornire și de destinație al unui tren și durata parcursului, inclusiv opririle intermediare.
Sarcina pe Osie și Standardele de Transport
Se utilizează vagoane de mărfuri cu o sarcină pe osie de 20 t, care corespunde clasei C a U.I.C. Pentru liniile noi destinate traficului mixt sau combinat, s-a adoptat o sarcină pe osie de 22,5 t până la 100 km/h, în conformitate cu recentele decizii ale U.I.C.
Sarcina autorizată pe metru de lungime în afara tampoanelor vehiculelor, pe care trebuie să o poată accepta marile linii internaționale, este de 8 t, în conformitate cu categoria C4 a U.I.C.
Pe liniile noi pentru trafic combinat sau mixt se utilizează trenul tip denumit U.I.C. Pe liniile noi pentru trafic mixt sau combinat, s-a adoptat valoarea de 12,5 mm/m pentru declivitate, care este în funcție de lungimea rampei; ea este cu atât mai mică cu cât rampa este mai lungă și viceversa.
S-a stabilit lungimea de 400 m, adoptată de U.I.C., și lungimea de 750 m, de asemenea adoptată de U.I.C. Aceasta din urmă permite circulația și gararea trenurilor de mărfuri cu o greutate brută remorcată mai mare de 5.000 t din categoria C4 (8 tone brute pe metru). Pe de altă parte, un tren de 1.500 tone brute remorcate, ce urmează a se gara pe o linie de evitare de 750 m, are o greutate puțin mai mare de 2 tone pe metru.
Impactul Sarcinii pe Osie asupra Infrastructurii
În multe țări de pe glob, rețeaua feroviară joacă un rol important pentru transportul de mărfuri și pasageri. Uneori, pentru transportul de mărfuri pe calea ferată se folosesc trenuri care pot ajunge la lungimi de 3-5 km și încărcări pe osie de până la 40 de tone. Acestea supun infrastructura feroviară unor solicitări deosebite, care fac necesară proiectarea de așa manieră încât, pe de o parte, terasamentele să reziste unor încărcări ciclice mari, iar pe de altă parte, terenul de fundare să nu fie supus unor tasări excesive sau riscului de cedare.
Prisma de piatră spartă, formată din agregate naturale sau concasate, este amplasată între suprastructura căii ferate și stratul de formă și are rol structural, distribuind eforturile apărute sub roți. Pe parcursul exploatării, stratul de piatră spartă se degradează prin deteriorarea colțurilor și muchiilor ascuțite ale agregatelor ca urmare a acțiunilor mecanice, prin contaminarea cu particule fine și din cauza fenomenelor de pompaj sub sarcină.
În plus, șocurile produse de roțile în mișcare, acolo unde șinele au denivelări sau imperfecțiuni geometrice, sau în zonele de tranziție din apropierea unor elemente rigide de tipul podurilor și tunelurilor, pot să accelereze degradarea stratului de piatră spartă, făcând necesare lucrări frecvente de mentenanță.
Soluții Moderne pentru Stabilizarea Infrastructurii
Geogrilele, geocompozitele și saltelele de amortizare a vibrațiilor fabricate din cauciuc reciclat au devenit populare în ultimii ani pentru diminuarea deformațiilor stratului de piatră spartă și pentru reducerea deteriorării agregatelor provocate de solicitările mecanice. Concluzia unui număr de studii a fost aceea că interacțiunea mecanică dintre geogrile și stratul de piatră spartă, prin încleștare, poate reduce deplasarea laterală a agregatelor și diminua fragmentarea acestora.
Până de curând, nu au existat dovezi științifice substanțiale cu privire la corelația între comportamentul încărcare-deformație și degradarea stratului de piatră spartă asociat acestuia la încărcări dinamice ciclice, cum sunt cele produse de circulația trenurilor, în condițiile folosirii în structura căii a materialelor geosintetice de stabilizare și armare și a saltelelor de cauciuc pentru amortizarea vibrațiilor.
Piatra spartă folosită pentru experiment a fost din bazalt, proaspăt extras de la o carieră din New South Wales, Australia, cu o distribuție granulometrică conformă cu Standardul Australian AS 2758.7 (2015). Stratul de formă a fost format din agregate cu o densitate în stare uscată de 2.110 kg/m³ și o umiditate de 10%. Geogrilele biaxiale folosite pentru experiment au fost fabricate din materiale polimerice, anume polipropilenă (PP). În plus față de geogrile și geocompozite, a fost folosită și o saltea de amortizare a vibrațiilor de 10 mm grosime, pentru a se evalua efectul combinat al acestor materiale.
Scopul programului a fost acela de a determina efectul pe care îl au geogrilele, geocompozitele și salteaua de amortizare a vibrațiilor în privința limitării deformațiilor verticale și laterale și fragmentării stratului de piatră spartă. Programul de testare ciclică a presupus 10 încercări în aparatul triaxial prismatic, în cursul cărora au fost folosite frecvențe de încărcare de 15 și 25 Hz și simulate încărcări pe osie de 25 și 35 tone. Pentru determinarea efectului geosinteticelor și al saltelei de amortizare a vibrațiilor, testele au fost făcute cu și fără acestea, iar apoi au fost comparate rezultatele.
Deformațiile înregistrate după aplicarea unui număr de cicluri de încărcare sunt prezentate grafic, folosind o scară semilogaritmică. Se observă că, odată cu creșterea numărului de cicluri de încărcare, variația inițial neliniară a deformației plastice totale a stratului de piatră spartă și a stratului de formă devine liniară în reprezentarea semilogaritmică.
După efectuarea testelor, piatra spartă de sub traverse a fost împărțită în trei straturi individuale - inferior, median și superior - și trecută prin site pentru determinarea indicelui de fragmentare după metoda propusă de Indraratna et al. (2005). Valorile cele mai mari ale indicelui de fragmentare au fost obținute în straturile superior și inferior, din cauza nivelului mai ridicat al eforturilor la interfața cu traversele, cu terenul de fundare și în zona de contact a agregatelor.
Aceste valori ale indicelui de fragmentare se corelează cu valorile obținute în cadrul testelor desfășurate de Navaratnarajah et al. (2018) în condiții similare (35 tone încărcare pe osie și frecvență de 15 Hz), situate în intervalul 0,07-0,09. Valorile obținute în aceste experimente sunt, de asemenea, în concordanță cu cele obținute în testele efectuate de Indraratna et al. (2014) în orașul Singleton, poziționate în intervalul 0,06-0,17, obținute la trecerea prin sită a agregatelor prelevate înainte de efectuarea lucrărilor periodice de mentenanță.
În mod similar cu rezultatele studiului legat de fragmentarea pietrei sparte în exploatare, și rezultatele acestui studiu au evidențiat indici de fragmentare semnificativ mai mari la testarea la impact, comparativ cu indicii măsurați după încărcări ciclice.
Prezența geogrilelor a avut o influență pozitivă, conducând la o reducere semnificativă a indicelui de fragmentare a pietrei sparte. Aceasta se datorează efectului de stabilizare a agregatelor pe care îl are geogrila, având ca rezultat limitarea deplasării laterale sub sarcină a acestora. Prezența saltelei de amortizare a vibrațiilor a condus, de asemenea, la reducerea indicelui de fragmentare: în timp ce geogrilele și geocompozitele limitează deplasarea agregatelor, salteaua absoarbe energia care altfel ar fi disipată în stratul de piatră spartă.
A fost evident că eforturile dinamice induse stratului de piatră spartă au crescut substanțial cu încărcarea pe osie și moderat cu creșterea vitezei trenurilor (creșterea frecvenței de încărcare). Experimentele din acest studiu au confirmat că, la creșterea vitezei trenurilor și a încărcării pe osie, cresc deformațiile plastice ale terasamentului de cale ferată și se accentuează degradarea pietrei sparte.
Pentru aceeași încărcare pe osie (25 t), creșterea frecvenței de încărcare de la 15 la 25 Hz a produs o creștere a indicelui mediu de fragmentare a pietrei sparte în toate cele trei straturi (inferior, median și superior). Pentru aceeași frecvență de încărcare (15 Hz), creșterea încărcării pe osie de la 25 t la 35 t (corespunzătoare diferenței dintre un tren de pasageri și un tren de marfă sau un tren pentru transportul cărbunelui) a produs o creștere a indicelui mediu de fragmentare a pietrei sparte de 34-37%.
Prin contrast cu efectul asupra deformațiilor plastice, încărcarea pe osie are o influență mai mare asupra fragmentării pietrei sparte decât creșterea frecvenței de încărcare (viteza trenului), pentru că sarcinile mai mari favorizează abraziunea pietrei sparte, ruperea colțurilor și muchiilor agregatelor și spargerea acestora.
Piatra spartă folosită în terasamentele de cale ferată ca strat suport și de distribuție a eforturilor sub traverse se degradează în timp ca urmare a circulației trenurilor, fiind afectată de deformații plastice și de fragmentarea agregatelor. Folosirea geogrilelor și geocompozitelor la baza stratului de piatră spartă are un efect pozitiv prin stabilizarea agregatelor și limitarea deplasării laterale a acestora și prin absorbția eforturilor care altfel ar fi disipate în strat; aceasta conduce la diminuarea semnificativă a deformațiilor verticale și laterale și reduce fragmentarea pietrei sparte.
Încercările făcute în condițiile cele mai defavorabile considerate în programul experimental (încărcare pe osie de 25 tone și frecvență de încărcare de 15 Hz) au arătat că deformațiile stratului de piatră spartă care nu a fost stabilizat cu geogrile au fost cu peste 14% mai mari decât în cazul stratului stabilizat. Indicele de fragmentare a pietrei sparte pentru cel mai solicitat strat, cel superior, a fost cu 16% mai scăzut atunci când a fost stabilizat cu geogrilă prin comparație cu stratul nestabilizat, pentru încercările făcute cu cea mai mare încărcare pe osie, de 35 de tone.
Două dintre condițiile importante pentru stabilizarea corespunzătoare a agregatelor și asigurarea unei performanțe ridicate în structura de cale ferată sunt acelea ca geogrilele și geocompozitele folosite să aibă o structură rigidă, caracterizată printr-o stabilitate pronunțată la torsiune și să fie capabile să mobilizeze rezistențe mari la alungiri scăzute, astfel încât deformațiile terasamentului să fie reduse. Dat fiind că, în unele cazuri, terenul de fundare pentru terasamentul de cale ferată poate fi un pământ slab sau foarte slab, se poate ajunge la situații în care geogrilele să funcționeze în afara zonei de stabilizare (corespunzătoare unei deformații în general de 1%, dar care poate ajunge la 2%), anume în zone de armare, în care sunt mobilizate forțe mai mari de întindere.
Este de asemenea important de remarcat că încercările în care a fost folosit un material compozit din familia de produse Combigrid® fabricat de NAUE GmbH & Co. Geotextilele de separare și filtrare și geogrilele sunt folosite de mult timp pentru creșterea performanței și duratei de viață a terasamentelor de cale ferată, fiind folosite de regulă la baza stratului de formă, unde acționează pentru prevenirea fenomenelor de pompaj sub sarcină și pentru distribuția corespunzătoare a încărcărilor pe terenuri cu capacitate portantă redusă.
Infrastructura Feroviară din România: Situație și Modernizare
Ministerul Transporturilor a lansat un proiect de act normativ privind repararea liniei Dărmănești-Vicșani-Frontieră. Linia de cale ferată este parte integrantă a infrastructurii feroviare, gestionată de C.N.C.F. „C.F.R.”- S.A prin S.R.C.F.
La trenurile de călători, viteza maximă este de 100 km/h pe intervalul Dărmănești - Dornești și 50 km/h pe intervalul Dornești - Vicșani Frontieră. La trenurile de marfă, viteza maximă este de 80 km/h pe intervalul Dărmănești - Dornești și 50 km/h pe intervalul Dornești - Vicșani Frontieră pentru trenurile de marfă internaționale, respectiv 70 km/h pe intervalul Dărmănești - Dornești și 50 km/h pe intervalul Dornești - Vicșani Frontieră pentru trenurile directe de marfă.
Șina prezintă defecte în special pe suprafața de rulare: știrbituri, bavurări, patinări și desprinderi de material. Există porțiuni de traseu unde șina prezintă uzuri verticale foarte mari. Prisma de piatră spartă, în general, este curată la partea superioară. În linie curentă, vegetația este prezentă la marginea prismei de piatră spartă.
Starea terasamentului este în general bună, excepție făcând terasamentele semnalate ca puncte periculoase. Au fost observate traverse oarbe (înnoroiri din cauza efectului hidrodinamic), dar nu au fost observate adâncituri superficiale, tasări sau umflări. Trecerile la nivel sunt în cea mai mare parte realizate cu dale de beton, care sunt degradate. Lucrările de artă, poduri și podețe prezintă degradări ale cadrelor și o mare parte dintre acestea nu se verifică din punct de vedere hidraulic.
Stațiile de cale ferată de pe acest tronson sunt înzestrate cu instalații de centralizare electrodinamică cu relee (CED) și instalații de asigurare cu încuietori și bloc tip SBW. Acestea sunt uzate din punct de vedere moral și fizic, neavând toate lucrările de reparații executate, datorită faptului că nu mai există furnizori agrementați A.F.E.R.
Material Rulant și Standarde
CFR Călători folosește o serie de locomotive electrice (numite EA), diesel-electrice (EGM/GM), diesel-hidraulice (LDH) și diesel (DA). Majoritatea locomotivelor electrice folosite de CFR sunt construite de Electroputere Craiova (aceste locomotive sunt cunoscute ca tip 060-EA) și de Končar Zagreb (tip 040-EC). Toate au fost construite pentru ecartamentul standard de 1435 mm și sunt alimentate prin catenară la curent alternativ cu tensiunea de 25 kV și frecvența de 50 Hz.
CFR are în parcul său 1.066 de locomotive electrice, dintre care 933 au fost construite de Electroputere și 133 de Končar. Locomotivele vechi sunt vopsite, majoritatea, gri, pe când cele care au fost modernizate (după 1999) sunt vopsite într-o schemă roșu sau vișiniu cu alb, roșu reprezentând locomotivele electrice.
Locomotive Electrice
- Tip 060-EA (Electroputere Craiova): 5.100 kW (6.800 CP), formulă osii Co'Co'. Utilizată pentru transport de călători și marfă.
- Variante modernizate ale clasei 41, 43/44, 40, 46, 47: Acestea includ locomotive cu boghiuri, angrenaje, sisteme de control și frâne noi, primele locomotive CFR care folosesc control de tracțiune digital, variante modernizate de PROMAT Craiova, variante modernizate cu ICOL-TSAM de către Softronic Craiova (cu IGBT în tracțiune). Există 29 de locomotive din seria 47 pentru transportul de călători (seriile 476 și 477), cu o viteză maximă de până la 160 km/h. Locomotivele din seria 46 au același aspect vizual.
- Locomotive modernizate de către Softronic Craiova prin PNRR: Original Clasa 41/42, rețin doar 10% din structura originală, cu excepția boghiurilor. Putere de 6000kW, formulă osii Co'Co'.
Locomotive Diesel
Locomotivele diesel ale CFR sunt construite de Electroputere Craiova (clasele 60-68 LDE) și de Faur București (clasele 69-95 LDE+LDH). Locomotivele construite de Electroputere Craiova au la bază 6 locomotive produse de un consorțiu format din Sulzer Winterthur, BBC Baden și SLM Winterthur. Au fost construite în total aproximativ 2400 de bucăți, cu motor produs sub licență Sulzer de către U.C.M.
- Clasele 60-68 LDE (Electroputere Craiova): 1.546 kW (2.073 CP), formulă osii Co'Co'.
- Clasele 69-95 LDE+LDH (Faur București): Diverse configurații, inclusiv variante pentru ecartament larg (1520 mm), cu diferite puteri (920 kW, 1.104 kW) și formule ale osiilor (Bo'Bo', B'B').
- Locomotive clasa 80/81 modernizate de S.C. Remarul 16 Februarie S.A. Cluj - Napoca: Pentru traficul de marfă, formulă osii B'B', folosite pe căi ferate cu ecartament îngust.
- Locomotive pentru ecartament îngust: 84 kW (113 CP), formulă osii B.
Automotoare
CFR Călători folosește automotoare diesel în general pentru servicii pe linii scurte sau puțin folosite. Excepția principală este introducerea în 2003 a automotorului Siemens Desiro, care este folosit și pentru servicii pe distanțe mai lungi (trenuri regio și interregio), sub numele comercial Săgeata Albastră.
- Automotor Siemens Desiro: 2x331 kW (444 CP) putere.
- Automotor TFC în gara București Nord.
- Automotor arhaic (88 kW (118 CP)), utilizat în special în zone rurale din Banat și Bucovina.
- Variante de automotoare, simplă (162 kW (217 CP)) și dublă (324 kW (434 CP)).
- Automotoare modernizate de MARUB Brașov: 132 kW (177 CP), utilizate anterior de Deutsche Bahn.
- Automotoare diesel hidraulice (clasa 628.4 Deutsche Bahn): 485 kW (650 CP) putere, folosite în Transilvania.
- Automotoare diesel mecanice: 550 kW (740 CP).
- Rame electrice de la SNCF și CFL (clasa 58): Achiziționate în 2006, modernizate și modificate, folosite pentru trenuri Regio. În 2020, acestea au fost retrase din circulație.
- Automotor electric Coradia Stream (Alstom): Cumpărate în 2022, denumite intern RE-IR (Ramă Electrică Inter-Regională), circulă ca trenuri InterRegio.
Vagoane
În trecut, existau 4 clase la vagoane. Vagoanele de clasa a III-a au fost desființate prin reforma internațională a UIC (Union Internationale des Chemins de fer) din 1956. Din 1956 până în prezent există numai 2 clase (I și II).
În 2023, CFR Călători nu operează niciun vagon restaurant, însă există vagoane bar bistro, care apar frecvent în compunerile trenurilor IC sau a trenurilor cu parcurs foarte lung.
Definiții și Terminologie
În contextul feroviar, termenii specifici au o importanță crucială pentru siguranța și eficiența operațiunilor:
- Linii: Infrastructura feroviară publică și privată din România.
- Gabarit de material rulant: Conturul geometric transversal limită, în afara căruia nu trebuie să iasă vreun punct al materialului rulant sau al încărcăturii.
- Gabarit CFR de vagon (de încărcare): Gabaritul de material rulant admis pe liniile CFR, în care trebuie să se înscrie atât vagonul, cât și încărcătura sa. Transportul negabaritic se tratează conform reglementărilor specifice.
- Gabarit CFR de locomotivă: Gabaritul de material rulant în care trebuie să se înscrie locomotivele, tenderele, automotoarele, macaralele, drezinele, plugurile și trenurile de zăpadă, mașinile grele de cale și alte vehicule.
- Gabarit de liberă trecere: Contur geometric transversal limită, în interiorul căruia, în afară de materialul rulant, nu se admite să pătrundă nicio parte a construcțiilor sau a instalațiilor fixe feroviare. Acesta asigură circulația trenurilor în deplină siguranță.
- Gabarit redus de vagon (internațional de încărcare): Gabaritul de material rulant admis de toate administrațiile de cale ferată europene pentru efectuarea, fără acord prealabil, a transporturilor care se înscriu în conturul acestuia.
- Gabarit sporit de vagon O - VM: Gabaritul de material rulant care admite pe liniile CFR ca transporturile să circule fără limitări de viteză sau alte îngrădiri, tratate ca transporturi negabaritice.
- Gabarit de vagon 1 - VM: Gabaritul internațional pentru vagoanele goale sau încărcate care pot circula, cu eventuale limitări, pe anumite linii principale, aprobate de gestionarul infrastructurii feroviare.