124
KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMSHIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES Deliverable nº: D1.1. ECGA Number: 314031 Project full title: Development of a Smart Framework Based on Knowledge to Support Infrastructure Maintenance Decisions in Railway Corridors

knowledge available on maintenance operations and surveying

  • Upload
    vuliem

  • View
    223

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: knowledge available on maintenance operations and surveying

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

KNOWLEDGE  AVAILABLE  ON  MAINTENANCE 

OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & 

CONVENTIONAL LINES  

Deliverable nº: D1.1.  

 

 

 

 

 

 

EC‐GA Number: 314031Project full title:  Development  of  a  Smart 

Framework  Based  on Knowledge  to  Support Infrastructure  Maintenance Decisions in Railway Corridors 

Page 2: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 2 

 

   

Work Package:  WP1 

Type of document:  Deliverable 

Date:  15/03/2013 

Transport; Grant Agreement No 314031 

Partners:  VIAS (ES), SINTEF (NO), LTU (SE), ADIF (ES) 

Responsible:  VIAS 

Title: 

D1.1.  KNOWLEDGE  AVAILABLE  ON 

MAINTENANCE  OPERATIONS  AND 

SURVEYING SYSTEMS  ‐ HIGH SPEED 

& CONVENTIONAL LINES 

Version: 1  Page: 2 / 124

 

 

 

 

 

Deliverable D1.1. KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE 

OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS – HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES 

 

 

 

 

 

DUE DELIVERY DATE: M4  

ACTUAL DELIVERY DATE: M6  

Page 3: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 3 

 

Document History  

Vers.  Issue Date  Content and changes  Author 

0  06/11/2012  First version  VIAS 

1  04/02/2013  Second version  VIAS 

2  11/02/2013  Third version  VIAS 

3  05/03/2013  Fourth version  VIAS 

 

 

Document Authors  

Partners   Contributors 

VIAS Carlos  Martínez,  Manuel  Menéndez,  Jorge  Rodríguez,  Jose 

Ricardo Roca, Rosalía Alonso, Hélène Siboni 

ADIF Miguel  Rodríguez  Plaza,  Álvaro  Andrés  Alguacil,  Álvaro 

Mascaraque Sillero, Diana Alonso Gimeno. 

LTU Diego Galar, Roberto Villarejo, Carl‐Anders Johansson, Behzad 

Ghodrati 

SINTEF Andreas  Seim,  Narve  Lyngby,  Andreas  Økland,  Trygve 

Jakobsen. 

 

Dissemination level: PU 

 

 

Page 4: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 4 

Document Approvers  

Partners  Approvers 

VIAS  Manuel Menéndez 

CARTIF  Marta Galende, Gregorio Sainz 

UGR  Jose Manuel Benítez 

SINTEF  Andreas Seim 

MERMEC  Francois Defossez 

OSTFALIA  Frank Klawonn 

ADIF  Miguel Rodríguez 

EVOLEO  Pedro Ribeiro 

 

 

Page 5: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 5 

Executive Summary The main objective of this WP is to analyse how the maintenance operations have been changing over the 

time and, how are planning and scheduling by different railway administrators along the corridors, to start 

discovering  and  undertaking  what  requirements  or  needs  implied  the  track´s  maintenance  and 

conservation works between cross borders. 

 

For  that,  it  is mandatory  to  have  an  in‐depth  knowledge  about  the  railway  tracks  along  the  corridors 

analysing  the  difference  between  countries,  not  only  about  what  elements  conform  the  tracks,  at 

superstructure and subgrade level, but also what construction techniques are followed to reach the quality 

criteria,  trying  to  identify  if  the  subgrade  have  influence  over  the  superstructure  or  what  external 

parameters affect the track maintenance. 

 

An analysis of traffic thresholds have been done in these deliverable to understand the importance of the 

faults  found  on  the  track  and  understand  the  difference  between  the  countries  depending  on  the 

characteristics of their tracks. 

 

Finally, we can see an overview of the different kind of traffic that exists along the corridors with a short 

description of the main characteristics of the nets and what resources are available. 

 

 

Page 6: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 6 

TABLE OF CONTENTS 

 

1. MAINTENANCE OPERATIONS OVER THE TIME ...................................................................................................... 8 1.1 HOW MAINTENANCE TECHNIQUES CHANGE OVER THE TIME ................................................................................ 8 1.2 HOW MAINTENANCE IS PLANNING AND SHEDULING ALONG THE CORRIDORS, CROSSBOARDERS ..................... 11 

2. THE TRACKS ALONG THE CORRIDORS ................................................................................................................. 21 2.1 SUBSTRUCTURE ..................................................................................................................................................... 21 

2.1.1 SUBGRADE ........................................................................................................................................................................ 21 2.1.2 STRUCTURES ..................................................................................................................................................................... 31 2.1.3 TUNNELS ........................................................................................................................................................................... 40 2.1.4 DRAINAJE DEVICES ............................................................................................................................................................ 46 

2.2 SUPERSTUCTURE ................................................................................................................................................... 50 2.2.1 TRACK AND THEIR ELEMENTS ........................................................................................................................................... 50 2.2.2 TRACK BED ........................................................................................................................................................................ 63 2.2.3 ECONOMICAL ANALYSES ................................................................................................................................................... 75 

2.3 TRAFFIC THERESHOLD ........................................................................................................................................... 81 2.3.1 QUALITY INDEX, EVALUATION VALUES, DECISIONS MAKING, ALONG THE CORRIDORS ................................................... 81 2.3.2 LEVELING, ALIGMENT, CAMBER, WARP ............................................................................................................................ 88 

2.4 DIFFERENCES BETWEEN DIFERENTS KINDS OF TRAFFIC, PASSANGERS, FREIGHT ............................................... 107 2.5 INFLUENCE OF INFRASTRUCTURE OVER SUPERSTUCTURE ................................................................................. 112 

2.5.1 EXTERNAL AGENTS .......................................................................................................................................................... 112 2.5.2 COMPARISON BETWEEN TWO EMBANKMENTS BUILD WITH DIFFERENT MATERIALS OVER DIFFERENT FUNDATIONS 118 

3. REFERENCES .................................................................................................................................................... 122  

 

 

Page 7: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 7 

Acronyms JBV  Jernbaneverket, Norway Railway Administrator 

RCM  Reliability Centred Maintenance 

TRV  Traffikverket, Sweden Railway Administrator 

SJ  Stantens Järnvägar 

BV  Banverket 

RENFE  Red Nacional de Ferrocarriles Españoles, National Spanish Rail Net 

AVE  Alta Velocidad España, High Speed Spain 

GIF  Gestor de Infraestructura Ferroviaria 

ADIF  Administrador de Infraestructura Ferroviaria 

CBM  Condition Based Maintenance 

UT  Ultrasonic Testing 

UNE  Una Norma Española, A Spanish Standard 

NLT  Norma de Laboratorio, Lab Standards 

EV1  First Charging modulus 

EV2  Second Charging modulus 

UIC  Union Internationale des Chemins de Fer‐ International Union of Railways 

TBM  Tunnel boring machine 

NSB  National Norwegian Railways 

NS  Norwegian Standard 

CR  Corazon Recto, Straight Frog 

CC  Corazón Curvo, Curve Frog 

CM  Corazón Movible, Movable Frog 

NAV  Norma Alta Velocidad, High Speed Standard 

NRV  Norma Renfe, Renfe Standard 

MSEK  Million Swedish Kroner 

alb  lateral bogie acceleration 

avc  vertical axle box acceleration 

alv  vertical carbody acceleration 

avv  lateral carbody acceleration 

JVTC  Lulea Railway Research Center 

  

Page 8: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 8 

1. MAINTENANCE OPERATIONS OVER THE TIME 

 

1.1 HOW MAINTENANCE TECHNIQUES CHANGE OVER THE TIME 

 

In  these  chapter  we  are  going  to  describe,  from  railway  administrator´s  view,  how  are  changing  the 

maintenance operations over the time. 

 

NORWAY : 

Historically, maintenance  and  renewal  in  JBV have been  governed by  a body of  technical  rules  (Teknisk 

regelverk). The body of rules covered both what maintenance methods to apply, how often/when to apply 

the methods, and threshold values for critical quantities such as twist, gauge failures, types of rail defects 

etc.,  to  determine  intervention/renewal.  In  1997  JBV  conducted  a  pilot  study  to  investigate  whether 

reliability  centred  maintenance  (RCM)  would  give  a  more  efficient  maintenance.  The  results  were 

promising, and  in the beginning of the new millennium, the so‐called maintenance project was  launched. 

Important activities launched were: 

 

A governing document for maintenance in JBV (The maintenance handbook). 

Introducing MAXIMO as  the computerized maintenance management  system, and  later adopted  for 

hand held devices used “at the track”. 

The introduction of the concept of generic RCM analysis, piloting the method for the signal discipline, 

and then the remaining disciplines followed. 

The  introduction  of  the  concept  of  local  adaption, meaning  that  the  results  from  the  generic RCM 

exercises forms a basis for local adaption based on local conditions. 

Methods for prioritization of renewal and larger maintenance project. 

The concept of “sustainable maintenance” in cooperation with TU Graz. 

Interval optimization methods. 

 

SWEDEN : 

The main advantages of  rail  transport are  the  large capacity and  low energy consumption, but  there are 

drawbacks.  The  timetable  application  procedure  is  regulated  by  the  Transport  Agency;  thus,  TRV must 

apply for track capacity along with all other operators. As all applications are sent to and processed by TRV, 

TRV  sends  its  application  to  itself  –  albeit  to  another  department  within  TRV.  The  whole  process  is 

monitored by the Transport Agency. 

Page 9: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 9 

 

Statens  Järnvägar  (SJ)  (Swedish  State Railways),  founded  in 1856, was a Swedish agency  responsible  for 

operating and maintaining  the state’s railways.  In 1988,  the railways and  the  infrastructure management 

were separated from SJ to form a new agency, Banverket (BV) (Swedish Rail Administration. Ten years later, 

new  policies  in  1998  divided  Banverket  into  a  client  and  contractor  in  order  to  increase  efficiency  and 

effectiveness.  The  first  outsourcing  of  maintenance  started  shortly  thereafter  (BV  2008).  The  de‐

monopolisation in the EU began in 1991 when the various European states were commissioned to separate 

the operation of traffic from the IMs, sprang from directive 91/440/EEC (European Commission 1991). It is 

difficult to directly compare states’ deregulation processes, as their approaches differ. Alexandersson and 

Hultén call the Swedish process the  incremental approach, the British process the rationalist process, and 

the  German  and  Dutch  process  the  wait  and  see  incremental  process  (Alexandersson  et  al.  2008). 

Comparing with the US, the deregulation of railways in started 15‐25 years before the EU deregulation, but 

the process is different, as it is predominantly a freight market (Alexandersson et al. 2008). 

 

In 2001, the Swedish railway operator SJ was disbanded and  incorporated  into six to eight companies, all 

owned by the government (Alexandersson et al. 2008, Espling et al. 2008). Two of the companies are train 

operators, SJ AB and Green Cargo. The monopoly of the train operation was ended  in 2009, allowing free 

competition.  In 2010, 42 operators submitted applications for the annual timetable of 2011 (TRV 2010g). 

TRV is one of the applicants, e.g. for maintenance activities. 

 

SPAIN : 

In 1941, was approved the “Basic Law on Management of Railway and Road Transport” grouping in a single 

company to all railway companies had gauges of 1.668 meters, that is, RENFE, was born. 

 

In 1949 was approved the “Guadalhorce Plan”, General Plan for Reconstruction and urgent Reforms, which 

recovers  and  strengthens  the  network  and  start  the  electrification  of  it,  including  the  completion  of 

Centralized Traffic Centers and automation in traffic regulation. 

 

In 1975 began the research about high speed  lines,  In 1986 was approved   the “Railway Plan” which had 

the objective of  achieve  speeds over 200  km/h,  for  that  renewal works were done,  launching    the  first 

Spanish High speed line in 1992, AVE, “Alta Velocidad España” between Madrid and Sevilla, which will reach 

300 Km/h.  

 

Page 10: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 10 

The result of the reorganization of the railways was establishing a body responsible of the  infrastructure, 

for the maintenance of existing  lines and the construction of new  lines. This organism  is the GIF, Railway 

Infrastructure Manager.  The  rolling  stock  and  its  exploitation  are  left  RENFE,  but  gradually  they may 

circulate over GIF lines any other companies. 

 

In November 2003 published the “Railway Sector  law”. This  law takes effect  in 2005 and makes breaking 

the monopoly of rail transport that prevailed in Spain since the end of civil war. The enforcement involves 

the  creation  of  ADIF,  Railway  Infrastructure  Administrator  who  will  be  responsible  for  managing  the 

infrastructure and make investments for the construction of new lines. 

 

The  railway maintenance can be defined as  the set of actions  that ensure  the quality of  the  rail  track  in 

relation with the requirements of the traffic, owing to the deterioration of the elements constituting the 

track as the corresponding geometric parameters, by atmospheric agents or by the vehicles passing  by. 

 

This operation,  called  “maintenance  according  to  the  status of  the  track”, means  an  initial  state of  the 

elements and is not allowed to that lines that needs a renovations to reach these state. Before that point 

reached, gradual restorations will be done. 

 

The evolution of the rail was bound to the maintenance design, the first maintenance defined was “Break 

down maintenance” eventual and immediate repairs, this corrections can vary the homogeneity of the road 

causing rapid wear, and prompting premature renewals. 

 

The  faster  increase of  the  trains  speed, made  fixing other  criteria  to define a new kind of maintenance, 

based not only on  the security of  the  travelers, but  in  their comfort,  that was  invest “periodic revisions” 

that means to check all the railway elements, acting over them in a determinate period of time. 

 

Later and as each materials have different degradation speeds was established a “cyclical conservation”, 

defining  frequencies depending on  the  element or  in  the  geometric  to maintenance, depending on  the 

characteristics of the track and their traffic, that means that  it was mandatory to establish the operations 

and the frequency of acting to obtain a homogeneity of the rail superstructure. 

 

One  more  time,  the  evolution  of  the  techniques  introduced  in  the  railways  and  in  the  rolling  stock 

decreased  the  importance of    railway  elements  checking,  improving  the  using of  geometric parameters 

Page 11: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 11 

which involve the use of heavy machines for the detection and classifications of the failures merging into a 

“Maintenance according  to  the  state of  the  track” which acts on  the parameters and elements where a 

failure is known and its development will make necessary an immediately performance, here is the need to 

define corrective actions. 

 

 

1.2 HOW MAINTENANCE IS PLANNING AND SHEDULING ALONG THE CORRIDORS, CROSSBOARDERS 

 

NORWAY : 

 

RELIABILITY CENTRE MAINTENANCE: 

When  the  maintenance  project  was  launched  in  JBV,  one  of  the  first  activities  was  to  plan  for  the 

implementation of reliability centred maintenance (RCM). Since the number of components is very large, it 

was considered impossible to conduct a RCM analysis for every component on the track along the line, e.g., 

all  turnouts  of  a  railway  line.  To  cope  with  this  challenge,  the  concept  of  generic  RCM  analyses  was 

introduced. In such a generic approach, a fictive (reference) line of 400 km was considered. For such a line a 

representative  set of components were assumed. For each component  type, e.g., a  turnout, a RCM was 

then conducted for the fictive set of turnouts on that line. 

 

To speed up, and harmonize the analyses, a set of TOP events were introduced. These TOP events were the 

same  for  all  component  types,  and  covered  safety  events  such  as  derailment,  collision,  fire,  etc.,  and 

punctuality  events  like  full  stop,  reduced  speed,  running with 40  km/h on  command  from  train  control 

centre etc. Totally, some 10‐12 TOP events were considered, and for each of them a consequence category 

was assigned  (for safety related  to number of  fatalities). Then,  for each  failure mode encountered  in the 

analysis,  the  corresponding  consequence  category  could be  found by a  simple  look‐up by  specifying  the 

TOP event. To plot each event  in a  risk matrix,  the only effort was  then  to assess  the  failure  frequency 

(without maintenance) and multiply with the typical number of components on the reference line. 

 

The risk matrix comprises three risk levels (green, yellow and red), where for failure modes in the red area a 

preventive maintenance activity is mandatory, in the yellow area a preventive maintenance activity is to be 

considered and implemented if it is efficient, and in the green area the default action is “run to failure”, i.e., 

a corrective strategy. The risk matrix were calibrated such that the total risk by accepting all “yellow risk” 

would not exceed 10% of the total risk associated with railway activity in Norway. 

 

Page 12: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 12 

The use of generic RCM analyses, together with the use of TOP events made  it possible to work through 

almost all component  types with a  reasonable work  load. The generic RCM analyses  resulted  in a set of 

generic maintenance  routines  with  generic  intervals.  These  intervals  were  not  undertaken  any  formal 

optimization, and the  intervals were  initially set based on historical experience. These  intervals are to be 

optimized by formal methods in the future as part of a continuous improvement regime.  

 

The way RCM has been implemented has also changed the view on maintenance in connection to the body 

of rules. Previously the maintenance regime was implemented as part of the body of technical rules, both 

with respect to what to do, how often, and  intervention  levels. After the RCM exercises were conducted, 

the idea is that the body of technical rules determines the required quality of the track, e.g., limits for twist, 

gauge failures etc. These limits are based on technical calculations ensuring that given these limits, it is safe 

to run trains. Then RCM is a risk based approach that shall verify that the maintenance program keep the 

track within it’s safe operational envelope. 

 

To  optimize maintenance  intervals,  JBV  has  developed  the  computerized  tool OptiRCM,  since  the  TOP 

event  information  is  imported  from  the qualitative RCM,  the quantification of  the economic  impact of a 

failure mode  is calculated directly without any effort from the user of OptiRCM. However, the qualitative 

RCM does not contain any information regarding cost of preventive and corrective maintenance. Hence, an 

input module is provided where the maintenance cost is specified. 

 

For ultrasonic  inspection of the rails, a dedicated model, the OptiUL model has been developed and used 

by JBV. 

 

An  economical  model  has  also  been  developed  to  assist  in  the  prioritization  of  renewal  and  larger 

maintenance projects. The model  is  implemented  in the PriFo tool. The main objective of using the PriFo 

tool is to assist the renewal manager at each line to prioritize the projects he or she would bring forward to 

the central body responsible for distributing resources to the administrative areas, and thereafter to each 

line. 

 

SWEDEN : 

Maintenance  is  divided  into  preventive  and  corrective  maintenance;  see  Figure  1  for  the  respective 

subcategories.  TRV  is  in  favour  of  preventive maintenance  and,  as much  as  possible,  condition  based 

maintenance (CBM). 

 

Page 13: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 13 

 FIGURE 1: STRUCTURE OF THE MAINTENANCE ACTIVITIES 

 

PREVENTIVE MAINTENANCE 

 

CONDITION BASED MAINTENANCE: 

CBM  should  be  carried  out  in  such  a way  that  the  lifetime  of  the  assets  is maximised.  TRV  uses  five 

inspection  classes, B1‐5;  these are a  function of  train  speed and  traffic volume. The boundaries of each 

class are  found  in Figure 2. For example, class B2  is  for  speed  limits 40  to 80 km/h and  traffic of 0  to 8 

million of ton per track and year. 

 

 FIGURE 2: THE FIVE INSPECTION CLASSES USED BY TRV, CLASS=F (SPEED, TRAFFIC) 

 

Every  asset must  be  inspected  a  certain  number  of  times  each  year  depending  on  the  class  and  the 

following factors: 

Page 14: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 14 

 

Train speed 

Traffic volume 

Type of traffic, e.g. hazardous freight 

Type of surrounding environment 

Geotechnical prerequisite 

Technical structure 

Built in safety systems 

Age and condition of assets 

 

 

For example,  the  rail has  to be  inspected once a year  for class B1,  twice  for B2, and  three  times  for  the 

other classes. However, the number of inspections can also be lower than once yearly, e.g. once every four 

years. 

 

The  safety  inspections  are more  comprehensive  than  the maintenance  inspections.  These  inspections 

consider the factors that may cause risk or harm to humans and/or the environment, such as traffic, power, 

work, third person, operation and environmental accidents and incidents. 

 

TRV’s  inspection  instructions apply  to  regional primary maintenance contracts and national maintenance 

contracts. Thus, they include instructions for track geometry and ultrasonic testing cars. 

 

Inspection  results  are  classed  differently  for  the  two  kinds  of  inspections.  For  safety  inspections,  the 

classifications are: urgent, week, month and before next  inspection. For maintenance  inspections,  these 

are: month, year and when time is found. 

 

Track geometry measurement is a part of the national maintenance contracts. The regional contractors do 

the track adjustments but the client must make the track measurement diagrams.  

 

Another  part  of  the  national maintenance  is  testing with  the  ultrasonic  testing  car  (UT‐car).  All marks 

registered by the UT‐car are manually checked and registered in BESSY. 

 

Optram  is  used  to  access  and  analyse  data  from  the measuring  cars. Optram  is  an  online  Java  based 

computer program. Using  the asset structure of BIS,  it combines data  from  track geometry cars and UT‐

cars. 

 

An updated laser system for contact wire measurements has recently been implemented. 

Page 15: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 15 

 

TRV has an extensive network of detectors in Sweden for condition based maintenance (CBM); about 160 

detectors  in  total.  The  detectors  give  automatic  alarms  or  data  for  manual  analysis.  Preventive 

maintenance  of  the  detectors  is  regularly  carried  by  contractors.  Table  1  shows  the  various  types  of 

wayside detectors used in Sweden. 

 

Indicators extracted  from are  related  to  the  rolling  stock and  therefore out of  the  scope of  this  report. 

Nevertheless,  the  rolling  stock  is  as  important  as  the  infrastructure  since  it will  be  in  similar  condition 

(Lardner 1850). 

 

TABLE 1: RAILWAY WAYSIDE DETECTORS AND THEIR FUNCTION IN THE SWEDISH RAILWAY NETWORK 

 

 

PREDETERMINED MAINTENANCE: 

TRV’s BVF 817 regulates how the predetermined maintenance actions are to be performed. Examples are 

lamp  bulb  replacements,  battery  replacements,  traffic  information  boards’  maintenance,  relay  tests, 

insulated joints, tightening screws, lubricating switches etc., controlling rail lubrication machines, cleaning, 

calibration,  visual  inspections.  For  facilities,  it  includes  the  control  of  redundant  power  plants,  the 

recommendations from manufacturers or empirical knowledge. Periodicity varies from 26 times a year to 

once every ten years. 

 

FAILURE IDENTIFICATION AND FOLLOW‐UP: 

All persons who find a fault in the railway or suspect a fault are asked to report it to TRV’s operation central 

in  the  region  in question. Often  the person  reporting a  failure  is  the  train driver. The  central operation 

registers  the  fault  in  the  computer  program  Basun  as  a  work  order.  Basun  is  used  to  handle  traffic 

information within TRV. Faults are registered  in Basun but the data are transferred to another computer 

program, Ofelia, for follow‐up. The operation centrals contact the maintenance contractor for restoration 

Page 16: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 16 

of the faulty system. When a work order is completed, it is registered in Ofelia by the contractor. Follow‐up 

can be done in Ofelia by contacting the operation central and reporting the measure taken. The completion 

and closing of work orders must be carried out within 24 hours. 

 

Compulsory fields to fill out in Ofelia are: 

 

Position 

System type 

Actual failure 

Cause of failure 

Action taken 

Time at work start 

Time at work completion 

 

 

Immediate correction must be taken if the fault has any symptoms that can: 

 

Influence safety 

Cause delayed trains 

Create environmental risks in the workplace 

Disturb a third party 

Involve environmental hazard. 

 

 

Actions  taken as a  result of safety and maintenance  inspections are not  registered  in Ofelia; since 2010, 

Rufus has been used. 

 

The repair process of an urgent fault is shown in Figure 3. 

 

 FIGURE 3: FAILURE IDENTIFICATION AND FOLLOW‐UP 

 

Page 17: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 17 

POLAND : 

In Poland, the maintenance operation is governed by "Technical conditions Id‐1" (D‐1), refer to the tracks of 

international  gauge  railway  lines  and  establish  the  scope  of  maintenance  requirements  of  the 

superstructure for the safe operation of the technical parameters defined for certain line operation. 

 

The diagnosis of the rail tracks includes: 

Visual inspection, test and measurement, 

Analysis, evaluation and interpretation of the results, 

Development of the conclusions and recommendations of operation and maintenance, 

Recording and archiving of test results and measurements. 

 

The tests must show, directly or  indirectly, the numerical values of the following parameters: Permissible 

speed, permissible axle load, gauge of the work and permissible train weight. 

 

These results with the diagnostic results of the track bed layers are, among others, the basis for decisions 

on the following areas: 

 

To ask for the permanent or temporally change of the railway operation techniques parameters, e.g. 

railway qualification, changes over the maximum permitted axe load… 

To define the kind, scope, place and deadline of maintenance operations. 

Change the timing and scope of the diagnostic tests performed periodically. 

To keep the track inside the currently class. 

 

The tests are divided in: 

Basic: mandatory in all kinds of rail tracks, they include: 

Visual examination and movement (also motor wagons); 

Technical tests (checks) with specialized apparatus measuring the geometric parameters of the rail 

track and the elements of its structure; 

Measures and testing using measuring and work vehicle devices. 

Special: made over some rail track classes or when the results of standard tests are insufficient to make 

the decisions. 

 

The measures can be done and interpreted by authorized workers of the railway administrator. 

Page 18: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 18 

 

In the case of unsafely traffic situation, the worker who detected this situation must report immediately to 

the nearest command post, then: 

 

Organize and ensure the conditions for the timely completion of the diagnostic test. 

Defines the type and scope of testing expressly complementary. 

Based  on  the  evaluations  and  analysis  of  the  results  of  measurements  and  tests  maintenance 

operations will be decided. 

 

The type, scope and frequency of diagnostic testing of maintenance and operation of the railway lines are 

defined in the following documents: "visual examination instruction, testing and maintenance techniques of 

railway  lines  switches"  Id‐4  (D‐6)  ,  "Instruction  monitoring  of  railway  lines"  Id‐7  (D‐10),  "Instruction 

diagnostic track superstructure" Id‐8, "Instruction of defectoscópicas testing of rails and welds by fusion and 

pressure of the railways lines "Id‐10 (D‐16)," Instruction of taking measurements, testing and evaluating the 

state of  the rails "Id‐14  (D‐75). The diagnosis of  the superstructure must be attached  to  the diagnosis of 

subgrade  layers whose are defined  in the "Maintenance Technical conditions for subgrade  layers" Id‐3 (D‐

4). Depending on the age and condition of the superstructure and the intensity and type of traffic the head 

of the organizational entity implementation can increase the frequency of diagnostic tests. 

 

SPAIN : 

All the elements of the track, such as the materials 

that make it up and the geometric parameters that 

relate to each other, wore out due to the effects of 

atmospherics  agents  and  the  vehicles  driving  on 

them.  In  order  to  continue  with  their  functions, 

they  have  to  be  performed  a  set  of  actions  to 

ensure  the quality of  the  route  in  relation  to  the 

needs  of  the  traffic.  The maintenance  tasks  are 

aimed  at  ensuring  the  safety  of  the  circulation, 

reaching the maximum possible degree of comfort 

for  travelers  and  maintaining  regularity  indices 

that characterize the trains on each track. 

 FIGURE 4: SCHEDULED MAINTENANCE 

 

Page 19: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 19 

In Spain, the maintenance model adopted  is the called “Condition based maintenance” or “by state”. The 

basis of  this system  is  to maintain continuous  intensive monitoring of  the elements and  track geometry. 

The intervention thresholds are as high as a HSL demands. This model has been used in Spain since 1992, 

yielding excellent results both in terms of people and train safety, punctuality and reliability, etc. 

 

This condition based on maintenance means: 

Through knowledge of substructure, rails and installations; 

Definition of the rail status parameters and quality standards according to the conditions of operation; 

Anticipation of the evolution of track quality deterioration; 

References to previous actions and status; 

Analysis and diagnosis of the causes of faults; and 

Systematic and orderly use of heavy tooling. 

 

Therefore, actions can be grouped in two different types, according to their purpose: 

Those aimed at detecting anomalies that affect or may affect safety; and 

Those aimed at following up the evolution of the parameters related to user comfort. 

 

With  all  the  data  from  dynamic  auscultation,  geometric  auscultation,  cab  train  inspection  and  on  foot 

inspections  we  have  the  information  necessary  to  schedule  maintenance  work.  The  analysis  of  the 

acceleration graphs  is very useful and  it  reaches  its maximum operational and effectiveness  if  the most 

important elements of the superstructure are located on it. From these studies, the works to be done in the 

track  are  scheduled,  taking  into  account  those  that  need  treatment with  heavy machinery  or  specific 

studies  of  topography  or  dynamic  auscultation  confirmation  to  solve  the  problem.  Also  those  areas  or 

points whose treatment requires more investment and specific planning are identified 

 

Page 20: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 20 

Operation Resources Output

Control over track state

Test

Faults detecting

Priority works, with available resources

Works to be done‐ Own resources‐ Subcontracted

Geometric testDynamic testUltrasonic testTrack visual inspectionRoute on train cabRail surface controlRailtrack components control.

Diagnosis In situ  inspections of the failures

Identifying the cause

Determination of corrective measures

N.R.V rulesN.A.V rules

Maintenance regulationsKnowhow 

Determining the type and urgency of intervention

‐Human resources

‐Material resources‐Intervals

Schedules

 FIGURE 5: PROCESS SCHEME FORWARD TO SET THE CONSERVATION OF THE RAIL TRACK 

 

 

Page 21: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 21 

2. THE TRACKS ALONG THE CORRIDORS 

 

2.1 SUBSTRUCTURE 

 

2.1.1 SUBGRADE 

 

Subgrade is the layer below the sub ballast. It supports the stresses transmitted by the track to the soil. The 

subgrade is the first layer of the soil in railway infrastructure. It has to be designed according to the stresses 

that it will have to support. 

 

Here we can see the different kind of subgrades in different countries. 

 

NORWAY : 

 

CHARACTERISTICS OF THE DIFERENTS LAYERS: 

The subgrade shall form a solid base for under‐and superstructure, and otherwise task to adjust the path to 

the desired height above the terrain. 

 

If the filling is made up of the same materials as the reinforcing layer, it will not be necessary to flatten the 

trough bottom with camber in transition. In the bottom of the fill it may be necessary to add a filter layer of 

gravel towards the ground. 

 

MATERIALS: 

The  filling  should preferably be made up of  friction material, but beyond  this  it  can be used by  certain 

policies: 

all soils that are not classified as clay, silty clay, clay silt and organic soil 

dry crust clay, exceptionally and always along with porous kind 

 

FILTER LAYER / SEPARATING LAYER: 

A filter  layer under rock materials may be constructed of gravel or sand. The  layer  is built up so that the 

filter criteria are met. For a description of the filter criteria it is referred to "Statens Vegvesen" (Norwegian 

national road administration) Handbook 018. 

 

Page 22: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 22 

GEOMETRIC DEFINITION: 

1. Cuttings 

Cutting  is performed  in  soils  to establish adequate  room  through  the  terrain  for  the construction of  the 

path. 

 

The design and size will primarily be determined by the requirements for the minimum cross section, and 

the place factors related to soil conditions, snowfall and snow accumulation, drainage, water, wastewater, 

noise and terrain adjustments. 

 

Table 2 indicates maximum allowable slope angle for different soils. 

 

TABLE 2: MAXIMUM SLOPE ANGLE FOR DIFFERENTS SOILS 

GROUND 

CONDITIONS, SOIL STONE 

GRAVEL, COARSE 

SAND 

FINE SAND / SILT CLAY 

DRY LAYERED WATER SATURATED 

Maximum slope  1:1,25  1:1,5 1:2 consider especially  1:2 

 

The deep cuts in fine‐grained soil, silt‐clay, the cutting stability specially considered, usually on the basis of 

completed investigations.  

 

2. Embankments 

The geometry of the embankment shall generally be as specified in the plans, usually determined by normal 

profile for the path, and local terrain and soil conditions. 

 

CONSTRUCTION TECHNIQUES, EMBANKMENTS AND CUTTINGS: 

1. Embankments 

 

1.1.  Pinch‐out 

If different  types of materials  is used  in  the  landfill,  these  shall be  spliced  together by pinching out  the 

length of the path direction, so that the offending wrinkles. 

 

Page 23: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 23 

 FIGURE 6: PINCH‐OUT OF MASSES IN AN EMBANKMENT. SCHEMATIC DIAGRAM OF THE LONGITUDINAL PROFILE 

 

1.2.  Compression 

The  filling  should be built up and  compacted  in  layers. Maximum allowable aggregate  size  is 2/3 of  the 

thickness. Requirements  for embankment  structure will usually be  satisfied with  the performance by NS 

3458 Compression. 

1.3.  Slope protection 

When using a telephoto dangerous mix soils (eg. Moraine, silty sand / gravel)  in the  landfill,  it  is assumed 

that slopes are protected with well‐graded friction materials. 

1.4.  Clay embankments 

Construction of clay embankments shall be carried out under favourable conditions with  little or no rain. 

The clay will be construed in 0.2 m thick layers and compacted into a homogeneous mass with minimal air 

content. For each 1.4 m layer of clay, added drainage sand layer is 0.2 m thick. Filling slope must be steeper 

than 1:2, see Figure 7. 

 FIGURE 7: SCHEMATIC DIAGRAM OF CLAY EMBANKMENT 

 

2. Cuttings 

 

Topsoil must be removed before the actual cutting work  is done. Trough bottom  leveled and constructed 

with 3% cross slope to avoid water accumulation. 

 

Page 24: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 24 

Cutting is performed with adapted side slope soil type, shear strength, groundwater conditions and terrain. 

Erosion protection acc. plans are carried out for each natural digging level before the next level excavated. 

Necessary care must be taken to neighboring relationship, eg. higher loads occurring until the intersection. 

 

SWEDEN : 

 

FILLING FOR RAILWAY EMBANKMENT (SUBGRADE) 

Organic content of the soil material must not exceed 2 %by weight. Snow and ice must be removed prior to 

filling and packing. Of the filling material that is available, those from the bearing strength of view favorable 

should as far as possible be added on top of the filling. 

 

In new construction one of the following three solutions are recommended. 

 

Filling with blasted rock (CEB.31) 

The filling must be carried out with materials of the type 1 or 3A. 

Stone size may be up to 2/3 of the layer thickness after compaction. 

The filling must be carried out to such a level that the surface can be sealed and leveled. 

Fill material shall be compacted. 

If the terrace surface is contaminated of soil or blasted rock this should be removed and replaced with 

new. 

Terrace surface should be sealed with materials meeting the requirements of DCH.16. 

 

Filling with soil and aggregate materials (CEB.32) 

Terrace surface should be performed with a height  tolerance of +  ‐30 mm. The  requirement  is  for a 

finished  terrace and shall be  fulfilled before overlying  layers should be applied.  If  terrace  is checked 

and overlying  layers  is to be applied after next winter or after the terrace  is adjusted, a re‐inspection 

should be performed. During inspection the terrace has to be unfrozen. 

 

Filling with rough‐and inter grainy soil and crushed aggregate (CEB.321) 

Filling should be carried out with materials of the type 2 or 3B. 

Stone size may not exceed one‐half layer thickness after compaction. 

Fill material shall be compacted. 

Fill material must have a temperature above +1 degree C during packaging. 

Page 25: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 25 

Soils which  can  easily  be  frozen  or  erosion  sensitive  soils  should  in  the  slope  be  protected  against 

erosion. 

 

Filling with mixed‐ and fine‐grained soil (CEB.322) 

Filling should be carried out with materials of type 4 or 5A, but not with clay and silty clay. 

Stone size of filling shall not exceed one‐half layer thickness after compaction. 

Filling shall be performed with drainage layers in Figure CEB / 5. 

Fill Lots of demands on  lying time to be spiked out  lengthwise on a  length of at  least three times the 

layer thickness. 

 

 

 

 

 

Page 26: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 26 

 

VARIABLE  NORMAL‐ VALUE  VARIATION  VARIABLE NORMAL‐

VALUE VARIATION 

af (m)  3,35  euv (%) 0 0‐3 

ak (m)  2,6  2,45‐2,8 euh (%) 0 0‐3 

a1 (m)  2  ≥0 etv (%) 2 0‐5 

bm (m)  +3,3 /3,4++ 

3,3*)‐3,5**) eth (%) 2 0‐5 

3,4*)‐3;7**) hr (m) 0,18

hs (m) 0,22

bv (m)  3,7  3,25‐4,0 sm 01:01,5

bh (m)  3,7  3,25‐4,0 su 1:02 1:1,5‐1:2 

b1 (m)  0,4  0‐1,0 s1 01:01,5 1:1,5‐1:3 

b4 (m)  0,6  0,4‐0,8 tm (m) 0,3 0,3‐0,4 

dk (m)  0,52  0,3‐0,8 tu (m) x)

d1 (m)  0,4  0‐1,0  t1 (m)  xx)  0 el. 0,2‐1,1 

d4 (m)  xxx)  0,6‐1,6 t4 (m)  0,15 0‐0,2 

 

NR  NAME  CODE  MATERAIL/TYPE REMARK 

1  Rail    60E1(h=172 mm)

2  Rail    50E3(h=155 mm)

6  Sleeper    Concrete

7  Sleeper    Wood

10  Ballast  DCH.31

Makadam ballast Class I 500 mm 

20  Sub ballast  DCH.15  Crushed rock‐material 800 mm 

21  Sub ballast  DCH.16  Crushed rock‐material Antifreezing  (0‐1400mm)se map

(sub ballast in 2 layers) 

31,32  Subgrade  CEB.321 

CEB.322 

blasted  rock  or  soil  and  aggregate 

materials 

42,43  Material‐ 

separating layer 

DBB.132  Geotextile, bruksklass N2‐N4 if it’s necessary 

 

SPAIN : 

 

CHARACTERISTICS OF THE DIFERENTS LAYERS: 

All the different layers of a railway platform must be built with adequate materials, properly compacted to 

reach the right slope and the acceptable tolerance, and drainage properties if necessary.  

 

Page 27: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 27 

There are four distinguished layers, foundation, core, top and the “forma” layer. 

The  foundation  is  the  soil which  is  used  as  a  filling  base,  once  removed  the  soils  that may  create 

problems of bearing capacity or compressibility. 

The core is the filling between the foundation and the top,  

The top layer is the last meter of the filling. 

The “forma”  layer  is  interposed between the top of the embankment and the sub‐ballast  layer or,  in 

the case of cutting, between the foundation and the sub‐ballast layer. 

 

The characteristics of each material are: 

 

1. Foundation: 

The material used in foundation for an embankment would be either: 

Similar to the core (with the following specific restrictions). 

With reinforcement soil characteristics. 

With drainage characteristics. 

 

In the first case, saturation possibility will be considered, and the presence of fine will be  lower than 15% 

(sieve 0,080 UNE) 2 meters high above the natural soil or the drain. 

In  areas with problems of bearing  capacity or  compressibility,  cal or  cement,  textile protective  layer  or 

similar materials could be used: 

Maximum size 80 ‐ 400 mm (no higher than 40% of the thickness of the layer) 

Sieve nº 4 20 ‐ 50% 

Sieve nº 40 < 30% 

Fines < 0,080 UNE < 8% 

 

When the foundation must be permeable will be applied the rock fills specifications, until 0,5 m over the 

inundated area, with not sensitive rocks to water, Los Angeles coefficient lower than 35, and a fine content 

lower than 5%, using a textile protective layer if the foundation is clayey. 

 

2. Core and top Layers: 

The materials to use in core of embankments will be soils, which organic matter lower than 1 %. 

The sulphites content will be lower than 5%. 

 

Page 28: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 28 

The material used in the core must ensure these minimum characteristics: 

Liquid limit < 50 

If the liquid limit is > 35 and < 50,  the Plasticity index will be > 73% of liquid limit less 20. 

The firm down in the Collapse test (NLT 254) low than 1%. 

The Maximum density in Modified Proctor test (> 1,750 kg/dm3) 

California Bearing Ratio Index > 5, and the swelling, measured in this test will be under 1%. 

When there are saturation possibilities, the fine content will be controlled. 

 

The  top  layers  of  an  embankment  will  be  conforming  by  a  better  quality  material  ensuring  these 

characteristics: 

Liquid limit < 40 

Maximum size low than 10 cm. 

Sieve nº 0,080 UNE < 40 % in the stretch of material lower than 60 mm 

When there are saturation possibilities, the fine content will lower than 15% 

 

3. “Forma” Layer: 

The  forma  layer  is  built  between  the  top  of  the  embankment  and  the  subballast  layer  or  over  the 

foundation of the cutting. 

 

The material used in the forma layer must ensure these minimum characteristics: 

There are no organic matters 

Maximum size low than 10 cm. 

Sieve nº 0,080 UNE < 5 %, If the fine are not plastic, their presence could be until 15% 

Los Angeles coefficient ≤ 30 

Micro‐Deval test ≤ 25 

If the maximum size of the material is lower than 25 mm, the CBR Index will be > 10 

The swelling by immersion will be lower than 0,2% 

 

GEOMETRIC DEFINITION: 

Along the corridors we find different kinds of sections if we go along embankments or cuttings, here we try 

to show it in a general form. 

Page 29: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 29 

 

1. Cuttings 

The stability of a slope depends on its geometry, slope and height, as to the inherent characteristics of the 

soil  that  conform  it,  intern  friction  angle  and  cohesion,  as  they  define  their  shear  resistance.  From 

geotechnical view, the perfect cutting slope  inclination  is that which allow a stability without any kind of 

support, the whole slopes lower than that, will be fine like final solution. 

 

The loose terrain require more lines slopes (5H:2V), usually approaching to the internal friction angle of the 

excavated material, in that way, the rock geology, allow sub‐vertical slope or vertical slopes (3V:2H). 

 

When in the same location exist a contact between soft and hard material, it will be recommended to build 

a ledge of 4 m. 

 

The last meter height will have a 2H:1V slope. 

 

At the foundation of the excavation will be removed all material that  is  inappropriate, replacing by grade 

material at 1 m depth, properly compacted, with a 0,5% slope to prevent accumulation of water. 

 

 FIGURE 8: CUTTING SECTIONS 

 

2. Embankments 

An embankment  in a  filler made of  suitable material  to  raise  its  level  to a proper height according  to a 

gradient. 

 

The  inclination of  the slopes are 2H:1V,  independently of  the embankment´s height,  the wide of  the  top 

layer  is 15 metres and 18m, with 0,3m thick, for the “forma”  layer, the whole of these  layer have a 0.5% 

slope to prevent accumulation of water. 

Page 30: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 30 

 

 FIGURE 9: EMBANKMENT SECTION 

 

CONSTRUCTION TECHNIQUES, EMBANKMENTS AND CUTTINGS: 

1. Embankments 

This  unit  consists  of  laying  and  compaction  of  soil  and material  from  the  excavations  or  quarries.  Its 

implementation includes the following: 

 

Preparation of the seating surface of the embankment (sanitizing, scarifying, compaction, drainage 

measures, etc.). 

 

Extension by tiers of material from excavation. 

The thickness of the lifts not exceed twenty five (25 cm) measured after compact, the thickness could 

be  increased, up  to  50  cm,   with  authorization, based on  test,  for  the  forma  layer  the  thickness  is 

between 20–30 cm. 

 

Wetting or drying of each tier. 

Compaction  is  carried out with humidity  in  the  range of  two percent over optimum moisture, ±2%, 

determining it with Modified Proctor test. 

 

Compaction. 

The compaction of the layers must be at least ninety‐five percent (95%) of maximum density obtained 

in the Modified Proctor test. 

 

Ev2  the modulus obtained, EV2,  in  the charging  section of a plate bearing  test  (NLT‐357/98) will be 

higher  than  thirty  megapascals  (30  MPa)  on  the  foundation  layers  and  core  layers  and  sixty 

Page 31: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 31 

megapascals  (60 MPa) on  top  layers,  it being necessary also  verify  that Ev2/Ev1<2.2, whenever  the 

result of Ev1 will be lower than the 60% of Ev2. 

 

On  forma  layer,  the Ev2  the modulus obtained, EV2,  in  the  charging  section of a plate bearing  test 

(NLT‐357/98) will  be  higher  than  eighty megapascals  (80 MPa),  it  being  necessary  also  verify  that 

Ev2/Ev1<2.2, whenever the result of Ev1 will be lower than 50 Mpa. 

 

Refining slopes. 

Is the set of operations required to get the finished geometry of an embankment or a cutting. 

 

For  the cutting  there are no special operations  for  their refining,  the only one, was  that  it has  to be 

done by partial height no greater than 3 m. 

 

On the top surface of the embankment, topographical marks are arranged along the axis and on both 

edges  thereof,  with  a  distance  between  cross  sections  not  exceeding  twenty metres  (20 m),  and 

leveled to millimeters (mm). Between the marks, the surface shall not exceed the theoretical surface 

defined by them, or it will fall no more than three cm (3 cm) at any point. 

 

The finished surface shall not vary by more than fifteen millimeters (15 mm) when it was checked with 

a rule of three meters (3 m), applied parallel and normal to the axis of the embankment. Neither may 

be able any retain water areas. 

 

 

2.1.2 STRUCTURES 

 

A bridge  is  a  structure built  to  span physical obstacles  such  as  a body of water,  valley or  road,  for  the 

purpose of providing passage over them. There are many different designs that all serve unique purposes 

and apply to different situations. This chapter shows the different typologies and design of structures along 

the corridors. 

 

NORWAY : 

Traditional open steel bridges as we know them from the past will generally no longer be current. There are 

two  reasons  for  this.  Increased  speed  results  in  stricter  requirements  for  well‐aligned  tracks.  A  good 

Page 32: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 32 

alignment and a rational  line maintenance requires that the track  lies  in ballast as on the  line as a whole. 

Secondly, clean steel bridges emit considerable noise as the structure is put into oscillations by the passing 

trains. The thickness of the bridge deck that carries the track is important to dampen the sound. Therefore, 

steel bridges will hereafter mostly be built as cooperative structures. 

 

Sketch Examples of typical cross sections (rails not shown): 

 

Concrete structures: 

 FIGURE 10: SLAB BRIDGE (NORWEGIAN: PLATEBRU) L = 2 ‐ 10 M 

 

 FIGURE 11: TROUGH BRIDGE (NORWEGIAN: TRAUBRU) L = 10 ‐ 25 M 

 

 FIGURE 12: ONE‐BEAM BRIDGE (NORWEGIAN: EN‐BJELKEBRU) L = 10 ‐ 25 M 

 

Page 33: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 33 

 FIGURE 13: TWO BEAM BRIDGE (NORWEGIAN: TO‐BJELKEBRU) L = 25 ‐ 40 M 

 

 FIGURE 14: BRIDGE WITH BOX SECTION (NORWEGIAN: BRU MED KASSETVERRSNITT) L = 40 ‐ 200 M 

 

Cooperative structures 

 FIGURE 15: STEEL PLATE BEARER WITH CONCRETE COVER (NORWEGIAN: STÅLPLATEBÆRERE MED BETONGDEKKE)   

L = 25 ‐ 40 M 

 

 FIGURE 16: STEEL PLATE BEARER WITHIN BETWEEN CONCRETE COVER (NORWEGIAN:STÅLPLATEBÆRER MED 

MELLOMLIGGENDE BETONGDEKKE) L = 30 ‐ 50 M 

 

Page 34: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 34 

 FIGURE 17: STEEL BOX BEARER WITH CONCRETE COVER (NORWEGIAN:  STÅLKASSEBÆRER MED BETONGDEKKE)        

L = 40 ‐ 80 M 

 

SWEDEN : 

The selection of the type of bridge is usually based on superstructure. For major bridges, the line shifts are 

determined by factors such as span, production methods and material's prices. While aesthetic values can 

be crucial for the bridge type chosen. 

 

Concrete Bridges 

 

Slab bridge 

Simply  supported  flat  bridge  can  be  used  for  spans  up  to  about  15 m  but  for  continuous  slab 

bridge the range up to about 20 m. At spans near the upper limit, the bridge is usually performed 

pre‐stressed of the bridge. 

 

Plate frame bridge 

Plate frame bridges can perform better with spans up to about 20 m. The wingspan close to 20 m 

plate should be pre‐stressed. 

Launched of one side Ram bridge is usually closed. 

 

Girder 

For spans between 10‐30 m concrete girders can be selected for bridges. For span more than 20 m 

the concrete girder often pre‐stressed. 

 

 

Page 35: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 35 

 

Trough Girder Bridge 

Trough girder bridges have the same span  limits as beam bridges of concrete,  ie. spans between 

10 and 30 m. A concrete  trough has a  lower height  than  the superstructure of a concrete plate 

with the same span and can therefore be appropriate for the available height, which it’s limited. 

Beam's height in a trough bridge is limited by the requirements of free space from another track. 

 

For the design of the support: 

If greater depth  is  required  that can be obtained by maximum distance  to  rail height aggregate 

thickness of the bottom plate thickness, beams over edges  located below the bottom tray plate. 

This  can  be  done  if  you want  to  save  the  extra weight  that  an  increased  aggregate  thickness 

causes. 

 

Box girder bridge 

The span approximately between 30 and 150m may select girder bridge box of concrete. For the 

longest, spans built bridges with such technology if no determination can be arranged. 

 

Steel trough bridge 

The  steel  trough  is a  type of bridge with  through ballast,  the  superstructure  is  limited and  low 

weight  height.  This  bridge may  be  an  appropriate  choice  when  older  abutments  have  a  new 

superstructure. 

 

In this type of bridge  it  is difficult to  inspect the bottom plate and the  inside.  In order to make a 

detailed inspection it is require to remove ballast. Therefore, it is advisable to choose steel trough 

for path with double tracks with space between them to allow the inspection and maintenance. 

 

 

 

Page 36: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 36 

Cooperative Bridges 

 

Cooperative bridges with beams 

The spans between span 15 to about 60‐70 m can use steel plate bear with concrete cover. Due to 

the  limitation  of  plates  altitude  the  span  should  not  be  more  than  70  m  for  continuous 

collaborative bridges and 50 m for simply supported bridge. 

 

Cooperative bridges with box girder 

Box  girder  of  steel  can  be  obtained  when  steel  beams  have  a  common  bottom  flange.  Box 

structure has great torsional rigidity and should be selected on the steel bridge,  if  it’s  in a curve. 

Span range is the same as cooperative bridges with beams. Box girder of steel should be avoided 

at oblique angularity approach. 

 

 

 

SPAIN : 

We are going  to analysis  the different  types of Viaducts on a  representative high speed  rail  track as  the 

Madrid – Barcelona, where 60 Km of their tracks run over these structures, reviewing the most important 

actions acting on the bridges which condition the different types. 

 

ACTIONS: 

The most important actions acting on these structures are: 

 

Sturdy, understanding it like the relation between the trains and structures weight. 

Horizontal  actions,  starting  and  breaking with maximum  values  of  100  and  600  t,  on  viaducts with 

curved route, the centrifugal force can reach values of 3t/m for 7000 m radius. 

Page 37: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 37 

The lengthwise actions that the rail transmits by thermic expansion or contraction can reach a value of 

200t. 

The  interaction  rail‐track‐deck  became  by  the  lengthwise  actions  that  act  on  the  rails  and  by  the 

deformation´s differences between the rail and the deck.  

 

The main causes are: 

 

Different distortions, by the effect of the temperature of the rail and the deck. 

Rail distortion caused by the breaking and starting forces that the train transmits to the rail. 

Deck distortion caused by the creep and the shrinkage of the concrete. 

 

Those different movements that are suffered by the deck and the rail make those important efforts when 

they are transmitted among themself, depending on the length of the deck and the placed of the expansion 

joints at the deck and rail. 

 

TYPOLOGIES 

The most of the bridges are made with pre‐stressed concrete for the deck and reinforced for abutments, 

piles and foundations. 

 

The design or  typologies  change  conforming  to orographic,  geotechnical or environmental  standards,  in 

that way we can find: 

 

Continuous statically indeterminate stretch 

It is used for lengths low than 1200 m and when the bridges is built by incremental launching method 

with a fixed point at the deck,  if these point will be  in the middle of the deck,  like  in an  intermediate 

pile, the lengths can be improving to 2000 m. 

 

For these typologies, up to 100m,  it  is not necessary to use expansion  joints, or up to 200m  if the fix 

point is in the middle of the deck. 

 

Several statically indeterminate stretches 

It is used for lengths higher than 1200, with fixes points at the abutment and in a pile. 

 

Page 38: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 38 

Isostatic Spans 

For quite long and low bridges, this kind let to precast part of the deck. 

 

Isostatics spans and Continuous statically indeterminate stretch 

The mayor  length  for  a  isostatic  span  its  over  40 m,  these  reason  required  a  continuous  statically 

indeterminate stretch  for not building any support  in a section of 60 m caused by  the presence,  for 

example, of a river. 

 

Comprehensive bridges 

They are statically indeterminate structures, where the deck is built into the piles and the abutments, 

they are used for quite short length and it saved of using joints or structural bearing. 

 

Sections 

In  this  chapter we are going  to  show  the most  typically Bridge  sections used  in Spanish high  speed 

lines: 

 

 FIGURE 18: SLAB BRIDGE 

 

Page 39: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 39 

 FIGURE 19: GIRDER BRIDGE 

 

 FIGURE 20: LIGHT‐WEIGHTED CONCRETE SLAB 

 

 FIGURE 21: MIXED BRIDGE 

 

 

Page 40: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 40 

2.1.3 TUNNELS 

 

Tunnels  are  a  special  type  of  structure  in  the  railway  infrastructure.  A  tunnel  is  an  underground 

passageway, completely enclosed except for openings for egress, commonly at each end. 

 

Here, we can compare the different sections built in different countries and know how does it depends on 

the speed of the trains. 

 

NORWAY : 

Normal  Profile  for  tunnels  used  when  the  construction  works  length  of  track  longitudinal  direction  is 

greater  than  20  m  Such  structures  can  be  tunnels,  snow  and  avalanche  protection  roofs  and  other 

superstructures  (constructs bearing house, garage, etc.).  In  such  structures  there  should be  room  to  the 

smallest cross section, catenary outliers and relaxations, signalling systems, cable systems, etc. There shall 

also  be  space  for  people who  stay  next  track while  the  train  passes. Moreover,  air  resistance  and  any 

security  requirements  and  considerations  necessary  to  accommodate  construction  and maintenance  of 

structures shall be taking into account. 

 

Normal profiles of  single and double  track  tunnel  in Figure 22 and Figure 23 apply  for  speed 200 km/h. 

Figure 24 and Figure 25 show the relationship between standard profile and theoretical blasting profile and 

apply  for  double  track  tunnel  with  speeds  respectively  200  km/h  and  250  km/h.  The  above  space 

requirements are included. 

 

For  speeds between 200  and 250  km/h  track distance 4.7 m  from  the  track  centre  in  the double  track 

tunnel shall be used. 

 

For  tunnels with  significantly  slower  speed  limit  than  200  km/h,  the  cross‐section  can  be  dimensioned 

specifically,  as  required  cross  section  is  equally  depend  on  the  system  for  technical  installations  of 

performers pressure and suction forces. 

 

Page 41: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 41 

 FIGURE 22: NORMAL PROFILE, TUNNEL, SINGLE 

TRACK, V = 200 KM/H 

 FIGURE 23: NORMAL PROFILE DOUBLE TRACK, V = 

200 KM/H 

 FIGURE 24: RELATIONSHIP BETWEEN NORMAL 

PROFILE AND THEORETICHAL BLASTING PROFILE. 

EXAMPLE FROM DOUBLE TRACK, V = 200 KM/H 

 FIGURE 25: RELATIONSHIP BETWEEN NORMAL 

PROFILE AND THEORETICHAL BLASTING PROFILE. 

EXAMPLE FROM DOUBLE TRACK, V = 250 KM/H 

 

SWEDEN : 

Tunnels  are  a  special  type  of  structure  in  the  railway  infrastructure.  A  tunnel  is  an  underground 

passageway, completely enclosed except for openings for egress, commonly at each end. 

 

A railway tunnel has a relatively standardized geometry, however depending on  if  it  is a tunnel for single 

track or double track. The cross section area of a main railway tunnel is approximately 70 m2. 

 

Page 42: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 42 

The  track rests on a bed of ballast. The base course under  the sleepers has a thickness of approximately 

0.3m and a width of 6 m. The sub‐base course of the ballast is 0.8 m thick (ballast type 0‐150 mm). Below 

the sub‐base course, there can be an additional sub‐base course for frost protection. The frost protection 

layer  is also 0.8 m thick (ballast type 0‐150 mm). This  layer  is only used where frost protection  is needed. 

The frost protection layer is used 0‐600 m from each mouth of the tunnel. Thus, if the tunnel is shorter than 

1200 m, the frost protection  layer  is used  in the entire tunnel. The width of rl1e sub‐base courses  is 8 m. 

Track ballast is used around the sleepers. 

 

The design of service and access  tunnels  is  relatively equal compared  to main  tunnels. The cross section 

area  is smaller compared to  ilie main tunnel (25.6 m2 for service tunnels and 35.7 m2 for access tunnels). 

The  interior  installations  are mainly  electric  installation  such  as  lightning,  cables  and  cable  suspension 

bridges. 

 

 

 

The Normal profiles of single and double track tunnel are described in the following figures. In the figures, 

the measurements can be found in detail. 

 

Page 43: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 43 

 

 

 

 

SPAIN : 

 

TYPOLOGIES AND SECTIONS 

Tunnels functions as  its size, shape and coating are diverse and are critical to choosing the most effective 

methods of construction. 

 

The most important factors to analyse in a tunnel design are: 

 

THE GROUND 

Soft, hard rocks, uniform, heterogeneous, water presence, etc. 

Different kinds of grounds mean changes in the geometry, the structural shape 

and the construction methods. 

SIZE AND GEOMETRY  Wide,  height,  length,  leveling,  slopes  and  curves,  depends  on  the  tunnel 

function. 

STRUCTURAL SHAPES   Standard, Circular, or different shapes that can support different loads 

CONSTRUCTION METHODS  Conventional, TBM or precast,  the  selection of  the method  is  limited by  the 

soil. 

Page 44: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 44 

 

There are several criteria for the design of the tunnels, as the aerodynamic phenomena, the diameter,  in 

terms of the pressure inside the train or train‐ air‐tunnel friction, or the length of the tunnels, this section 

will focus on the parameters geometric. 

 

OUTLINE MARKER 

The UIC (Union Internationale des Chemis de Fer) defined three types of gauges, designated by the letters 

A, B  and  C,  the  Spanish  railway,  because  of  having  different  track  gauge,  defined  an  adapted  C  gauge, 

recognized by the designation C. 

 

New lines are constructed with gauge C, and for mixed traffic lines a superior gauge is provide [highway rail 

(AF)] allowing the transport truck on conventional cars, see Table 3. 

 

TABLE 3: GAUGE KIND 

GÁLIBO  A B C 

Gauge and high outline marker  3,15 x 4,32 3,15x4,32 3,15x4,65

 

DIMENSIONS OF THE OUTLINE MARKER 

The high speed trains cross section in Spain is 9 m2. 

 

GAUGE BETWEEN TRACKS 

Currently in high speed lines is recommended minimum gauge of 4.20 m. However, there is great variety in 

the values adopted for the gauge  in the various  lines that are currently  in operation. An example  is high‐

speed Madrid‐Seville with 4.30 m. 

 

CROSS SECTION 

Conditioned by various technical factors, among which we can mention: 

Performance and maintenance needs. 

Characteristics of the soil. 

Excavation methods. 

Lining and coating type. 

 

 

Page 45: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 45 

SHAPES AND SIZES 

Standard section 

Typically used in medium or good quality soil. The construction methods usually be the traditional. 

 

Circular section 

This section should be used  in poor quality soils and with strong presence of water, but  in general  it 

became imposed by the TBM construction methods. 

 

The first problem that arises when a tunnel is designing is choosing between single tube and double tube or 

double and  single  track. The  increasing knowledge of aerodynamic phenomena and  improvement of  the 

technique makes more common  to build singly  tunnels when  their  length  is <4 km, when  it  is significant 

double tube is built increasing the gauge and the useful section. 

 

The  UIC  779‐11  recommended  to  define  a minimum  cross  section  not  less  than  52 m2  (approximate 

diameter of 8.50 m) in the single‐track tunnels, or 75 m2 (approximate diameter of 11.35 m) in the double 

track. 

 

The evolution in the construction of tunnels and its design can be seen in two clear examples, for the high‐

speed  line Madrid‐Seville  the designed  the  tunnel  section was 75 m2  (deadline 1992, v = 250‐300 km/h, 

double track). But for the Madrid‐Barcelona (deadline 2008, v = 350 km / h, double track) projected section 

was 100 m2 a, and now  in the tunnel Pertus, Figueres‐Perpignan (v = 350 km / h, two single track tubes), 

high‐speed line under construction, linking Spain with France on single track section is approximately 54 m2 

free. 

 

   FIGURE 26: SPANISH TUNNEL SECTIONS, SINGLE AND DOUBLE. 

Page 46: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 46 

 

DIFFERENCES BETWEEN CONVENTIONAL AND HIGH SPEED TUNNELS: 

 

DIFFERENCES BETWEEN CONVENTIONAL AND HIGH SPEED TUNNELS 

PARAMETERS  CONVENTIONAL HIGH SPEED 

Running speed 160‐200 km/h 250‐350 km/h 

Section Single track  20‐30 45‐60 

Double track  40‐50 75‐115 

Type of track  ballast Slab‐track 

Separation between rail‐tracks axle 3,67‐4,20 4,5‐4,8 

Slope ‰  25 12 

Curve radii  1750 6000 

Lining  Project concrete Precast concrete segments 

Tunnel formwork carriages 

 

 

2.1.4 DRAINAJE DEVICES 

 

To control the hydrogeological conditions on the railway, drainage devices are required. Railway drainage 

affect  to  tracks,  embankments,  cuttings  and walls.  The  type of  infrastructure may be providing  a  quick 

drainage of rainwater. 

 

Draining functions to collect and drain away surface water and/or groundwater for the purpose of keeping 

track  body  drained.  Furthermore,  the  drainage  ensures  the  building  against  erosion, maceration,  and 

reduced carrying capacity and stability. 

 

NORWAY : 

The next  figure shows  the principle of  the  location of  trenches, manholes, over water and drain  lines, of 

section front line trench, ditch line Closed, Closed drainage ditch and Storm‐water Lines in Norway railway 

tracks. 

 

Page 47: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 47 

 

 

Open line trench 

This type of drainage will consist of open and generally shallow trench that has the primary function to 

intercept and divert surface water, thereby preventing water from entering the ballast sub‐base. 

 

Trench bottom should be at least 0.5 m below the FP, and standard (practical) bottom width for new 

facilities set to 0.5 m trench shall fall at any point  is min 5 ‰ (1:200). Where fall the  line goes  in the 

opposite direction of the appropriate trench fall, surface waters of the trench line is inserted into the 

manholes and flow away in closed pipes. 

 

Where the  intersection with  line trench goes  into filling, recorded surface water controlled at culvert 

outlet or  the  terrain. Outlet along  the  filling  slope must  like  the  line  trench, be  secured against  the 

surface water entering the fill masses. 

 

Deep line trenches will orbit the body more susceptible to penetration of frost from the side. It should 

therefore not be projected line trenches deeper than necessary given the prevailing conditions. 

 

The line trenches should have a rigid base, while sealed up to 0.2 m under formation plane. 

 

Closed line trench 

Special conditions may make it necessary to close the bar ditch. This can be  in places where drainage 

route  of  extraordinary  reasons  broken  by  permanent  structures  (eg.  Noise  barriers,  different 

foundations for masts, kiosks, retaining walls, etc.). The new facilities will generally be applicable only 

over  short  sections.  One must  therefore  pipes  by  "obstacle"  to  ensure  continuity  of  line  trench. 

Recommended pipe size in this case is 400 mm. 

 

Page 48: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 48 

In case of closure over long distances (eg. Associated with station construction/stands, construction of 

platforms in deep cuts, etc.), it must in principle be performed as a closed drainage with drain wire or a 

combined drainage/surface water  trench. The dimension of  the drain pipe shall be at  least 150 mm. 

The trench may be filled with open water permeable (permeable) loads up to the top surface can easily 

drop down to the wire. To reduce the risk of ingress of soil materials placed geotextile at the bottom 

and sides of the trench. 

 

Closed drainage ditch 

With  closed  drainage  means  closed  ditches  drains  and/or  draining  soil,  which  should  be  able  to 

suck/collecting groundwater and  lead  it along the ditch bottom until proof drain. The purpose of this 

system is primarily to lower and hold the ground water at a controlled level. The need for subsurface 

drainage must be considered from the local geotechnical/hydrological conditions. 

 

Longitudinal line drainage in soil cut placed on the edge of the slope or the line trench. See Figure 27 

Longitudinal line trench. 

 

Drainage pipe shall have fall all the way in the right direction, minimum 5 ‰. Permitted deviation from 

the theoretical height is normally ± 50 mm. 

 

There is usually no need for both closed and closed drainage ditch line. 

 

By  frost  technical  reasons  it  is not desirable  to drain  road‐bed  so  that  this becomes absolutely dry. 

Closed drainage trench  is made to ensure that there  is access at any water road‐bed added  in height 

somewhat above road‐bed but not higher than the bottom of the subbase. 

 FIGURE 27: LONGITUDINAL LINE TRENCH 

 

 

Page 49: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 49 

SWEDEN : 

Drainage systems should collect and divert storm water and groundwater. The water management  in the 

embankment (clear opening ≤ 2.0 m) is performed so that upstream can drain at a medium flow with the 

train drums. 

 

A water‐bearing  structure  is designed  so  that harmful erosion does not occur at high  tide position. The 

intersection  between  the  drum  and  the  grooves  is  possible  if  the  design  has  90°  crossing  angle. 

Watercourse alignment must be taking into account for water bore during possible need of erosion caused 

by changes flow conditions. The minimum burial depth depends upon the load of soil, traffic and tube type 

and varies between 1.0 to 2.0 m. 

 

SPAIN : 

 

TRANSVERSAL 

These  kinds of works  let  the water pass  through  the platform.  In  function of  the  flow  to evacuate,  are 

defining  different  systems,  like,  concrete  pipes  (Ø500‐2500),  reinforced  concrete  box  (1000x1750‐ 

4000x2500), or bridges for larger sizes. 

 

 

 

LENGTHWISE 

Depending on  the  flow values provided,  the maximum  flow which can carry each of  the  types of ditches 

and space requirements, can be disposed several types of ditches like: 

 

Page 50: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 50 

 

 

The concrete ditches used are: 

Protecting side slopes ditches: at the top of the cuttings and at the bottom of the embankments. 

Platform ditches: between the platform and the bottom of the cuttings. 

 

The different kinds of ditches are lengthwise connected to drainage the water. 

 

 

2.2 SUPERSTUCTURE 

 

2.2.1 TRACK AND THEIR ELEMENTS 

 

2.2.1.1 DEFINITION OF THE GAUGE 

 

Track gauge or rail gauge is the distance between the inner sides of the heads of the two load bearing rails 

that make up a single railway track. 

 

NORWAY : 

In Norway the gauge of the tracks are 1435 mm. 

 

SWEDEN : 

In all Malmbanan, 1.435 but it can be between (1.430 – 1.470), another gauge is used in Sweden  a narrow 

one of  891 mm called Three Foot Gauge Railways. 

 

Page 51: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 51 

 FIGURE 28: GAUGE USED IN SWEDEN 

 

POLAND : 

In Poland co‐exist a wide range of gauge: 

International 1435 mm 

Narow gauge. 600, 750 y 1000 mm 

Soviet  gauge 1520 mm   

 

PORTUGAL : 

In Portugal there are two gauges: 

The “Via Estreita”, Narrow gauge track of 1000mm. 

The” Via Larga”, Broad gauge track, is the 1668mm, also known as "Ibérica". 

 

SPAIN : 

In Spain there are three different gauge for different kind of rail tracks. 

 FIGURE 29: GAUGE USED IN SPAIN 

 

2.2.1.2 SLEEPERS 

 

The functions of sleepers in railway works are as follows: 

To grip the rail to gauge and to distribute the rail loads to ballast with acceptable induced pressure. 

The side functions of a sleeper include the avoidance of both longitudinal and lateral track movement. 

Page 52: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 52 

It also helps to enhance correct line and level of the rails. 

 

NORWAY : 

 

Timber sleepers 

 

 

 

Concrete sleeper 

There are different kinds of concrete sleepers depending on  the  fastening and on  the dimensions of 

the rails: 

 

Concrete sleeper JBV 54, JBV 97 and JBV 60 with Pandrol fastclip fastening system, with different 

anchors casted‐in, and JBV 60 BRU and JBV 54 BRU, are  identical to JBV 60 and JVB 54   with the 

exception of cast in anchor for fastening of guide rail. 

 

 

 

Concrete  sleepers  NSB  95,  NSB  93  and  NSB  90  with  Pandrol  fastclip  fastening  system,  with 

different anchors casted‐in, NSB is the old name for the combined infrastructure owner (Now JBV) 

and  the Rolling  stock operator  (Now NSB). NSB…  is old  type  sleeper  and  JBV  is  responsible  for 

them. 

 

Page 53: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 53 

 

 

SWEDEN : 

 

Timber sleepers 

In Sweden the wood sleepers are still used for the railway track. For switches and for bridges they have 

different shapes and dimension depending on their use. 

 

The  timbers  sleepers  are  used  on  conventional  lines  in  a  reduced way,  they  are  been  renewed  by 

concretes ones. They are made by pine, oak and beech wood, being allowed the use of other kinds of 

woods. Total length is 2600mm. 

 FIGURE 30: WOOD SLEEPERS 

 

Concrete sleepers 

Concrete presents two weaknesses for its use in sleepers: brittle fracture and little fatigue resistance. 

 

To overcome such disadvantages,  it  is required to place an absorbing material between sleepers and 

rail and to use reinforcing bars inside the sleepers. 

 

The most used in Sweden is the monoblock and pre‐stressed. 

 

Page 54: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 54 

Monoblock prestressed‐concrete sleepers: 

The monoblock sleeper has the following characteristics: 

It  withstands  alternating  stresses  better,  since  the  stress  on  the  concrete  is  always 

compressive. 

It offers a reduced sleeper height at the central part, since the steel bars do not have to be 

located, as in reinforced‐concrete, as far away from the neutral axis as possible 

It allows a reduction of the steel used, in comparison to the twin‐block sleeper 

It  is  generally  lighter,  compared  to  the  twin‐block  sleeper;  this  fact,  however,  reduces 

transverse resistance. 

 

Monoblock sleepers present a similar behaviour to that of the twin‐blocks. They maintain the track 

gauge in a satisfactory manner and have a long lifetime. They require elastic fastenings and special 

accessories for signalling. However, monoblock sleepers distribute  loads better than twin‐blocks, 

but not as well as  timber sleepers. Their  transverse  resistance  is  lower  than  that of  twin‐blocks, 

but higher compared to timber sleepers; monoblock sleepers provide also a good surface for the 

maintenance inspection staff. 

 

 

 

POLAND : 

 

Timber sleepers 

In Poland the wood sleepers are still used for the railway track, for switches and for bridges they, have 

different shapes and dimension depending on their use: 

Page 55: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 55 

 

 

 

Concrete sleepers 

There are two kind of concrete sleepers depending on the fastening: 

 

Prestressed  concrete  sleeper  INBK7  designed  for  K  Fasteners,  the  dimensions  refer  to  the  rail 

UIC60 (60E1), values in brackets are indicated for rails S49 (49E1). 

 

  

Prestressed concrete sleeper PS‐94 designed for SB elastic fasteners, the dimensions refer to the 

rail UIC60 (60E1), values in brackets are indicated for rails S49 (49E1). 

 

 

 

 

 

Page 56: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 56 

SPAIN : 

 

Timber sleepers 

The timbers sleepers were used on conventional  lines  in a reduced way, they are been renewable by 

concretes ones, they are made by pine, oak and beech wood, being allowed the use of another kinds of 

woods including in the rule U.N.E. 25.002‐76. 

 

 FIGURE 31: WOOD SLEEPERS 

 

Concrete sleepers 

In Spain are two different kinds of concrete sleepers, the bi‐block and the mono‐block 

 

The bi‐block sleepers: The most common type was called RS; currently is deprecated in Spanish rail 

networks. 

 FIGURE 32: BI‐BLOCK SLEEPER USED IN SPAIN 

 

The mono‐block  sleepers  can be used  for one  gauge,  iberico or  international  and  for  the both 

called  polyvalent  mono‐block  sleepers,  within  these  types  we  summarize  these  ones:  Mono‐

bloque  DW  sleeper  (Iberico),  mono‐bloque  MR  sleeper  (iberico),  mono  ‐bloque  AI  sleeper 

(Internacional) and Polivalente PR sleeper (Iberico and internacional). 

 

Page 57: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 57 

 MONO‐BLOQUE DW SLEEPER 

 MONO‐BLOQUE MR SLEEPER 

MONO‐BLOQUE AI SLEEPER 

 POLIVALENTE PR SLEEPER 

FIGURE 33: CONCRETE SLEEPERS USED IN SPAIN 

 

2.2.1.3 RAILS 

 

Rails  support  and  guide  the wheels of  the  train  vehicles. Rail profile has been  the object of  continuous 

improvement since the beginning of railways. 

 

The cross‐sections of gauge rails are: 

 

TABLE 4: RAILS SIZE 

KIND OF RAIL  RULES 

DIMENSIONS MM  SECTION S  MASS M 

H  B  C D E CM² KG/M

EUROPEAN RULES

RN 45  UNE 25122 142  130  66 40,5 15 57,05 44,79

45E1(BS 90A)  EN 13674‐4 142,8  127  66 46 13,8 57,45 45,1

46E2 (U33)  EN 13674‐1 145  134  62 47 15 58,04 46,27

49E1 (S49)  EN 13674‐1 125  125  67 51,5 14 62,92 49,39

49 ES  DBS 918254‐1  125  125  67 51,5 14 62,59 49,13

50E6(U50)  EN 13674‐1 140  140  65 49 15,5 64,84 50,9

54E1(UIC54)  EN 13674‐1 140  140  70 49,4 16 69,77 54,77

54E2 (UIC54E)  EN 13674‐1 125  125  67 51,4 16 68,56 53,82

54E3(S54)  EN 13674‐1 125  125  67 55 16 69,52 54,57

54E4  DBS 918254‐1  125  125  67 55 16 69,19 54,31

60E1(UIC60)  EN 13674‐1 150  150  72 51 16,5 76,7 60,21

60E2  EN 13674‐1 150  150  72 51 16,5 76,48 60,03

 

NORWAY : 

The most used rails in Norway are 49 –E1, 54‐E1/E2/E3 and 60 –E1 

Page 58: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 58 

 

SWEDEN : 

In Swedish Railways a lot of Rail profiles are used for instance: 50 E3 (BV 50), 54 E3 (S 54), 60 E1 (UIC 60), EJ 

32, Gatu 56, MAV 32, S 43, SJ 34, SJ 41, SJ 43, SJ 50. In Malmbanan the very most common is 60E1 (UIC 60). 

 

During 2006‐2009 most of the Rail between Kiruna and Riksgränsen was renewed to 60E1 with Pandrol, E‐

Clip, and Pandrol, Fast Clip fastenings. 

 

POLAND : 

The most common is the UIC 60/900 in 250 m rail length and S49. 

 

Other rail profiles used are: 6d/e, 38 a/b(IIIa), L,39 a/b (IIa), 15a/c, S41, 8a/b,  S42, S45, C, X a 

 

SPAIN : 

Currently the most used rail is the “Vignole” type, composed of three parts, head, web, foot. 

 

The rail´s sizing is very near to the kind of track, when we are talking about axle load, running speed and the 

traffic density. 

 

This circumstance determined that the denomination of the rails used a digit which refers to their weight 

per meter, UIC‐X, where X is the weight of the rail expressed in kg / ml. The most frequently used sections 

right now, are UIC‐45, UIC‐54, UIC‐60. 

 

In Spain, for iberico gauge, the main tracks used 54 kg/ml rails and 45 kg/ml by the secondary. Although, in 

the last renewal are used 60 k/ml rails, as in the high speed lines. 

 

2.2.1.4 FASTENINGS 

 

In this unit, we are going to talk about the fastenings in a general way, without specified by country: 

 

THE MAIN FUNCTIONS ARE:  THE BASIC CHARACTERISTICS ARE: 

Fix the rails to the sleepers. 

Ensure the gauge invariance. 

To have a higher vibration frequency than the 

rail. 

Page 59: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 59 

Absorb  and  transmit  vertical  and 

horizontal loads. 

Avoid the rail tipping. 

High Lenghwise Slip resistance. 

Mechanical tightness and resilience. 

 

The fastenings can be classified depending on: 

Their elements: 

Direct fastenings: the element which fast the rail and the plate is the same. 

Indirect  fastenings:  the  elements which  fast  the  plate  to  the  sleeper  is  different  to  that which 

fasten the rail to the sleeper. 

Mixed fastenings, have fasteners to fix the plate to the sleeper, some direct and others  indirect, 

these ones are which make fixing the rail to the plate. 

Clamping elements characteristics: 

Rigid  fastenings:  The  stress  transmission  between  the  rail  and  the  sleeper  is made  by  a  rigid 

element.  

Elastic fastenings: The transmission is made between elastic elements. 

 

2.2.1.5 SWITCHES 

 

The  switches are  these apparatus which are  installed  in  the  track, and  let  the  junction between  two or 

more tracks. 

 

A fundamental characteristic of railway is the one degree of freedom of the movement of the rail vehicle on 

the  track. However,  trains must have  the possibility  to change course  from one  track  to another. This  is 

realized by so‐called switching devices, defined as the equipment and parts thought which the direction of 

movement of a rail vehicle can be change without interrupting its course. 

 

NORWAY : 

 

Rail profile 

When constructing or rebuilding, there shall be chosen switches with same rail profile as the rest of the 

track, but not switches with lighter rails than 54E3. 

 

 

Page 60: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 60 

Sleeper type 

For switches with 60E1 rail profile, concrete sleepers shall be used. For switches with rail profile 54E3, 

concrete  sleepers  shall be used  if  radius of  switch  is above 760m.  In other  case, wood or  concrete 

sleepers may be used. 

 

Fastening 

60E1 switches shall have Pandrol Fastclip/e‐clip fastening system 

54E3 switches shall have Pandrol e‐clip fastening system 

 

There are two kinds of Switches, with fixed or movable crossing: 

Fixed Crossing: 

Type 54 E3, wood or concrete Sleeper, Bevel 1:9, 1:12, 1:14, Radius 300, 500, 760 

Type 60 E1, concrete Sleeper, Bevel 1:9, 1:12, 1:14,1:15 Radius 300, 500, 760, 760 

Movable crossing: 

Type  60  E1,  concrete  Sleeper,  Bevel  1:9,  1:12,  1:14,1:18,  1:26,1  Radius  300,  500,  760,  12001, 

25001 

 

SWEDEN : 

The next table shows the most  important SWITCHES used  in Sweden. Some parameters are starting to be 

more  standardized,  even  if  the  manufacturing  design  is  not  exactly  the  same.  The  most  important 

parameters of standard single SWITCHES in main line are: 

 

Geometry (Radius and angle at the crossing nose) 

Rail type 22 

Sleeper type  

Sleeper, rail and crossing Material 

 

The next table shows the most important SWITCHES in the Swedish rail network (BIS, 2012). 

 

Page 61: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 61 

TABLE 5: THE MOST IMPORTANT SWITCHES IN THE SWEDISH RAIL NETWORK 

 

 

The radius of the switch blade is the base to calculate the maximum allowed speed of the SWITCHES AND 

CROSSINGS. The rail type and sleeper type is, to large extent, influential on the possible technical life time 

(TLT) of SWITCHES AND CROSSINGS. In Sweden, no direct limit is stated, but in Finland figures of 300 MGT 

for S54 profile and wooden sleeper and 450 MGT for SWITCHES AND CROSSINGS with UIC‐60E1 profile and 

concrete sleeper has been presented. 

 

Steel  material  of  the  stock  rail,  switch  blade  and  crossing  is  important  for  the  life  time  of  these 

components. In Sweden R350HT( Head hardened carbon steel with hardness  360 HB and ultimate tensile 

strength of 1300 MPa) material is used in stock rail and switch blades and explosion hardened manganese 

in crossings in newer SWITCHES used in main track. This is an area where further improvement is expected. 

Page 62: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 62 

In Sweden, the most common SWITCHES are the SJ50‐11‐1:9 and similar turnouts are found in many other 

countries. Today Sweden prefers to install new turnouts of the dimension UIC60‐760‐ 1:15. 

 

POLAND : 

The kind of  switches and  their maintenance  requirements are defined  in  the  "Instruction of  the  review, 

testing and maintenance techniques of switches" Id‐4 (D ‐6). 

 

In Poland there are different switches depending on the rail kind: 

Type 60 E1, RZ 60 E1‐XXX‐1:n 

Rail kind 60 

XXX: Diverted track radius R 150‐1200 

Bevel, 1:n: 1:9‐1:18,5 

Gauge: 1435 – 1520( 190, 300 Diverted track radius)  

Type 49 E1, RZ 49E1‐XXX‐1:n 

Rail kind 49 

XXX: Diverted track radius R 140‐190 

Bevel, 1:n: 1:7‐1:9 

Gauge: 1435 – 1520( 190, 300 Diverted track radius) 

 

SPAIN : 

The ADIF switches classification is: 

 

Considering the frog type, straight (CR), curve (CC) or movable (CM). 

Weldable or not 

For the Type could be: 

Type A, no weldable, with tangents of 0,09 CR and 0,11 CR, maintrack speed 140 km/h, diverging 

track speed 30 km/h 

Type B, weldable, with tangents of 0.75CR, 0.09CR, 0.11CR, 0.09CC,, maintrack speed 160 Km/h, 

diverging track speed 60‐50‐40‐55 km/h respectively. 

Type  C, weldable with  tangents  of  0.071CR,  0.09CR,  0.071CC,  0.085CC,  0.11CC  Y  0.125CC.  The 

maintrack speed 200 km/h except the 0,11CC tangent with a 160 km/h speed, the speeds by the 

diverging track are 60‐45‐80‐60‐50‐45 respectively. 

Page 63: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 63 

Type V, weldable, the crossing tangents are: 0.042CR, 0.049CR, the main track speed  is 200Km/h 

and 100 Km /h by the diverging track. 

Type AV, weldable, only used at high speed lines tracks, the angle tangent of the crossing could be: 

0.026CM, 0.071CM. The main  track speed  is 250 Km/h and by  the diverging  track  is 160 and 80 

Km/h respectively. 

Switches for high speed in UIC gauge, weldable, the angle tangent of the crossing is 0.0154CM. The 

main track speed is 300 Km/h and by the diverging track is 220 Km/h .  

 

The join of the switches with the rails will be done by joint bars for type A and by weldings for the others. 

 

 

2.2.2  TRACK BED 

 

2.2.2.1 BALLAST 

 

The ballast conform a  layer which receives the dynamic stress and damper the vibration to the platform. 

Also ensures quick drainage of the water. The ballast must have these following primary functions: 

 

To damper the stresses made by the rolling stock over the track and transmit sw them to the platform 

in an evenly way. 

Avoid longitudinal, vertical and lateral track movement. 

Facilitate the water drainage. 

Protect the platform soil against frost action. 

Allow to recover the rail track geometry by alignment and levelling operations. 

Reduction of noise generated by the passage of trains  

Ensure that the sleepers down will be suitable. 

 

CHARACTERISTICS 

According to the European rule UNE‐EN 13450, Aggregates for railway ballast, two different kinds of ballast 

are defined: 

 

 

 

Page 64: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 64 

The ballast “A” according to the European standard must follow these sizes: 

  

SIEVES ‐ 

MM 

% PASS 

(WEIGH %) 

% RETAINED BETWEEN 

SIEVES 31,5 – 50 MM 

63,0  100 

>50 

50  70‐100 

40  30‐65 

31,5  0‐25 

22,4  0‐3   

 

The type A is sub divide into: 

Ballast  “1”: Used  in  high  speed  lines with  a  speed  higher  than  220  Km/h, with  a  Los  Angeles 

coefficient less than 15%. 

Ballast “2”: Used in conventional lines, with a Los Angeles coefficient less than 18%. 

Type B, limestone source rocks are used in some lines and stations with low traffic intensity. At present 

this type has been deprecated. 

 

SWEDEN : 

The main properties for the Swedish railway are: 

Geology: its Petrographic analyse both macro and microscopically. Rock type, mineralogy and texture, 

limitation for micas is 10%. 

Grain size: Class I: 32‐63 mm; 4‐10%: This ballast is used to upper ballast layer of railway bench. 

Class II 11‐32; 4‐10%; for sub ballast or as upper and sub ballast at the private low traffic railways. 

Shape  is the 10% of particles might have ratio of two principal dimensions more than 3, cubic shape 

most wanted. 

Durability: Los angeles test is ASTM C358‐89. 

Surface  texture:  Natural  roughness  from  crushing, measurements  not  requires,  (no  fast  analysing 

technique exists). 

Size: Diameter minimum: 31,5mm; Diameter maximum: 63mm; Maximum  length  less  than 120mm; 

Resistance to the ice (EN 1367‐1). 

 

Page 65: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 65 

SPAIN : 

The types and test rules are specified in the Standard NAV 3‐4‐0.2 / 4ª ADIF quality mark, and NAV 3‐4‐0.1 

/2ª Technical Characteristics of ballast.  

 

The tests to establish the quality of the rocks and their limits are as follows: 

The Angeles coefficient: 

Ballast 1: <14% (for high speed lines.) 

Ballast 2: < 16% (conventional lines.) 

Compressive strength >1.200Kg/cm2 

Water bead up: <0.5. If  it  is ≥ 1.5%  it has to be done a resistance to freezing the test by magnesium 

sulphate. 

Resistance to magnesium sulphate: <4%  

Shape index <10% 

 

POLAND : 

The  quality  of  the  ballast  is  specified  at  the  annexe  nº  6  of  Id  ‐  1  (D‐1),  “Technical  conditions  for  the 

maintenance of the superstructure of the railway lines”. 

 

For the production of ballast must use igneous rocks, metamorphic rocks (except crystalline limestone and 

schist) and sedimentary rocks of siliceous binder. 

 

There are three different classes of ballast for different kind of lines, bellow we can see some of the most 

important properties. 

 

Nº PROPERTIES 

CLASSES CATEGORY OF 

RAILWAY LINE 

PN‐B‐11114:1996

I II III CLASS

1  Compressive strength ≥ [MPa]  160 140 80 MAIN LINES (0) I 

2  Deval ≤[%]  5,6 7,0 9,0 PRIMARY LINES (1) I 

3  Water bead up ≤ [%]  1,5 2,0 3,0 SECONDARY LINES II 

4  Resistance to freezingde ≤ 1,5  3,0  5,0 

LOAL LINES II ‐ general

III ‐ opcional 

 

 

Page 66: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 66 

CONSTRUCTION TECHNIQUES 

NORWAY : 

 

Lower ballast layer 

The gravel is laid out in a single layer up to a level 500 mm below the lowest rail (rail head). The gravel 

is compressed easily without materials crushed. 

 

The lower ballast layer shall be calculated by the following tolerances: 

deviation from the planned height: +0 / ‐20 mm 

deviation from the planned width: +100 / ‐0 mm 

 

A gravel trench with depth / width 5/80 cm is constructed in the lower layer of the gravel. The purpose 

of  the  trench  is  to prevent  accidental  arrangement of  concrete  sleepers.  The  trench  should be  laid 

centric on the center line track. 

 

Upper ballast layer 

The  upper  layer  ballast  laid  out  using  gravel  wagons  after  the  track  is  built  and  includes  any 

replenishment after the track is adjusted. 

 

SPAIN : 

For the construction of the ballast bedding we can consider different ways depending on the  line,  in  lines 

with a speed equal or higher than 200 km/h the assembly of the track must be down after the conforming 

of the first layer of ballast with a thickness of 23 cm, in conventional lines with a speed lower than 200km, 

the assembly can be done over the subbalast layer or over a 18 cm thickness ballast layer.  

 

Then  for  ballast  bedding  defining we will  have  to  apply  the Ballast management  and  tamping machine 

several times to reach the required level. 

 

Page 67: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 67 

GEOMETRIC DEFINITION 

NORWAY : 

 

 

 

The total height of the ballast layer in Norway shall be: 

750mm to the top of rail for UIC60 tracks. 

700mm to the top of rail for other tracks. 

 

SWEDEN : 

The  thickness of  the ballast  is 50cm. For bridges  the  thickness of  this  layer  increase  to 0.4 m  in order  to 

increase the elasticity. Ballast shoulder is normally given a width of 0.40 m, making the ballasted area width 

of the straight section is normally 3.3 meters. 

 

The curves with horizontal radio R<500 m skravfritt track width to increase ballast 0.55 m. When R<400 m 

is also performed an  increase  in  the ballast shoulder  to 0.1 m  in outer string. Macadam Aggregate slope 

should be 1:1.5 in both straight tracks which curved track. 

 

 

 

Page 68: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 68 

 

 

POLAND : 

In  the  polish  railway  tracks  the  thickness  of  the  layer  below  the  sleeper must  be,  at  least,  35  cm.  The 

inclination of the slopes is 1:1.5. 

 

 FIGURE 34: DOUBLE AND SINGLE RAILTRACK SECTION IN PRINCIPLES LINES (0) AND MAIN IMPORTANCE (1) 

  

FIGURE 35: DOUBLE AND SINGLE RAILTRACK SECTION IN PRINCIPLES LINES (0) AND SECUNDARY IMPORTANCE (2) 

Page 69: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 69 

 FIGURE 36: RAILTRACK SECTION IN REGIONAL LINES (3) 

 

SPAIN : 

In the Spanish railway tracks the thickness of the layer below the sleeper must be higher than 30 cm in high 

speed lines and 20 cm in conventional ones. 

 

The  ballast  bedding  shall  be  determined  as  indicated  in  the  standard  NRV  3410.  "Ballast  Bedding  

dimensions" while  the  thickness of  the ballast must be 30 cm  in  the  lines with a  speed higher  than 120 

km/h,  should  be  25‐30  centimetres  in  conventional  lines with  an  equal  or  less  speed  than  120  Km/h, 

depending on the section of track with or without a sub ballast  layer according to the standard  indicating 

3401. The tolerances in the new track are both ‐2, +5 cm. 

 

The inclination of the slopes is 3H: 2V. 

 

 FIGURE 37: BALLAST SECTIONS FOR IBERIAN GAUGE 

 

Page 70: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 70 

 FIGURE 38: BALLAST SECTIONS FOR INTERNATIONAL GAUGE 

 

2.2.2.2 SUBBALLAST 

 

Subballast  is the platform top layer, which support the ballast. It  is a waterproof layer which preserve the 

platform  from  the  rainwater,  transmitting  the  train  loads  through  the ballast  in  a uniformly way  to  the 

platform. 

 

CHARACTERISTICS OF THE MATERIALS 

NORWAY : 

 FIGURE 39: NORWAY RAIL TRACK SECTION 

 

Frost blanket course 

The frost protection shall be built up of good friction materials, i.e. well graded, well drained and frost 

ensured masses. 

 

Subbase 

The  subbase  shall have minimum  thickness  700 mm.  Excluded  from  this  requirement  is  subbase  in 

tunnels, on bridges and in tracks that are not main lines. Top part of subbase may consist of a levelling 

Page 71: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 71 

layer of gravel/crushed stone as underlay for the ballast. The subbase shall be drained. Materials used 

in the subbase shall be according to [NS 3420 I54 "Reinforcement Stroke"]. 

 

Rockfill 

Subbase made up of rockfill shall have maximal stone size of 300 mm, but not greater than half the 

layer thickness which are layd out. The stone materials must be well graded, with grains gradation 

figures Cu = d60/d10 ≥ 15th. 

Crushed stone 

Same  requirements as  for  rockfill  to grading and stone sizes also apply  for subbase made up of 

crushed stones as for rockfill. 

Gravel 

Reinforcement  Stroke of  gravel materials  shall  consist of well‐graded pulps  from natural  gravel 

occurrences. Materials may include stone but maximum grain size shall not exceed 150 mm. 

Lightweight aggregate and foam glass 

Lightweight  aggregate  and  foam  glass  utilized  primarily  as  stabilizing measures  for  to  reduce 

tensions (shear tensions) in subsurface, and for load reduction. 

Foamed polystyrene 

Foamed polystyrene  is used by  same  causes  as  Lightweight  aggregate  and  foam  glass.  Foamed 

polystyrene  cannot  be  used  if  there  is  danger  for  buoyancy  or  large  water  pressure  of 

embankment. 

 

Rockfill and crushed stone 

The rock materials must be well graded, with grains gradation figures Cu = d60/d10 ≥ 15th. Maximum 

permitted stone size is 500 mm, but not greater than 2/3 of layer thickness which is laid out. 

 

Sand and gravel 

Frost  protection  layer made  up  of  gravel materials  shall  consist  of well‐graded  pulps  from  natural 

gravel occurrences. Materials may include stone but maximum grain size shall not exceed 150 mm. 

 

SWEDEN : 

In Sweden, the sorting of subballast reaches diameter higher that  in the rest of the countries and  in  fact 

correspond with a size of embankment. 

 

Page 72: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 72 

SPAIN : 

The 100% of the material must came from crash material retained by sieve 4 UNE. 

The 100% retained by sieves 4 UNE must came from crushing. 

 

The size of the material must be: 

SIEVE 40 UNE  40  31,5  16 8 4 2 0,5  0,2  0,063

% PASS (WEIGH %)  100  90‐100  85‐95 65‐80 45‐65 30‐50 10‐40  5‐25  3‐9

 

The organic matter and the sulphates will be less than 0.2%. 

The  uniformity  coefficient  (D60/D10) will  be  equal  or  higher  than  14  and  the  Cu  (D30  2/D60xD10) 

between 1 and 3 (by UNE EN 933‐1) 

The Angeles coefficient must be lower than 28 and the micro deval coefficient lower than 22. 

Waterproof index: ≤ 10‐6 cm/s 

Sand equivalent test must be higher than 45 for the past material from sieve number 2. 

 

CONSTRUCTION TECHNIQUES 

NORWAY : 

The subbase shall be build up in layers of approved materials. Thickness adapted to grain size. 

 Placement and compaction shall be in accordance with [NS 3420 I54 "subbase"]. 

 

Formation Plan (grade level) 

The formation plan shall at no place have  larger deviations than + 0 and ‐ 50 mm from the projected 

height. The formation plan shall not have larger deviations than + 100 mm from the projected width. 

 

SWEDEN : 

If the subballast is made up with gain the thickness is more than 80, but if it’s built with rock it will be 50cm. 

Frost insulation layers of different types do not mix. Every type, crushed rock material, soil or gravel crusher 

materials provided an extent with  less  than 200 m  in  the  track  longitudinally. Shifting of  frost  insulation 

layer  is not permitted  transversely. Transitions between  types  impaled out with  slope of  the  track 1:20 

longitudinally. 

 

Page 73: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 73 

 

 

SPAIN : 

The unit includes the following operations: 

Provision of material. 

Extended wetting (if required) and compaction of each layer. 

Refinement of the surface of the last layer. 

 

The compacted layer present a dry density equal,  at least, to one hundred per cent (100%) of that obtained 

in the Modified Proctor test, the average of six test for each batch, there being no less than 98% value.  

 

The Ev2 modulus obtained in the charging section of a plate bearing test (NLT‐357/98), plate of 30 cm will 

be higher than 120 MPa,  it being necessary also verify that Ev2 / Ev1 <2.2 where the value of EV1 would 

have been less than 75 MPa. 

 

Topographical marks are arranged along the axis and on both edges thereof, every twenty metres (20 m), 

and levelled to millimetres (mm). Each mark shall not get down more than 15 mm from the theoretical, like 

the surface between marks, no more than 10 mm in 3 m length. 

 

GEOMETRIC DEFINITION 

NORWAY : 

The subbase shall have minimum thickness 700 mm. Excluded from this requirement is subbase in tunnels, 

on bridges and in tracks that are not main lines.  

 

Page 74: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 74 

SWEDEN : 

There are two different layers for the subballast: 

One  first  layer with  a  view  to  increasing  the  lifting  capacity  (“Förstärkningslager”) with  a minimum 

thickness of 80 cm (except if the platform is of rock) 

Other  layer of subballast  in order to protect to the platform of the  ice “Frostisoleringslager” that can 

oscillate between  its absences until  thicknesses of 140  cm  (depending of  the geographic position  in 

Sweden). In Malmbanan corridor the thickness is between 100 – 140 cm. 

 

In fact one of the main exigencies with a view to protect the platform in front of the ice consists in dicing 

the base of the layer from sub‐ballast. 

 

POLAND : 

The  inclination of  the  slopes are 1:1.5,  these  layer have a 0.5%  slope  to prevent water accumulation,  in 

single tracks, these slope has a different geometric definition than, e.g., Spanish ones, see the figure below. 

 

5% 5% 5% 5%

Poland  Spain  

 

SPAIN : 

The thickness shall be determined by the work Project, although it will be higher than 25 cm in tracks with a 

speed equal or higher  than 160 km/h,  currently,  for high  speed  lines  the  thickness will be 30  cm,  if  the 

speed  is  lower than 160 km/h the thickness will be 25 cm, when the ballast height below sleeper will be 

lower than 30 cm, in other way, caused by construction conditions, the minimum thickness will be 15 cm. 

 

The inclination of the slopes is 2H: 1V, this layer have a 0.5% slope to prevent water accumulation. 

 

 

Page 75: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 75 

2.2.3 ECONOMICAL ANALYSES 

 

2.2.3.1 CONSTRUCTION VS MAINTENANCE VS RENEWAL 

 

CONSTRUCTION OF THE HIGH SPEED RAILWAY INFRASTRUCTURE COSTS 

The high‐speed  railway projects must meet many  requirements and  constraints, mainly  technical. That’s 

why  a  comparative  analysis  of  investment  costs  of  a  high  speed  railway  infrastructure  can  be  highly 

subjective. 

 

It will also depend on the level of aggregation of the study, being able to analyze from the total investment 

cost  in a  line or section (i.e. €/km) or disaggregate to the  level of the railway superstructure components 

(i.e. type of track or sleeper). 

 

The  key  investment  budget  is  divided  into  three main  sections  according  to  UIC  studies  and  previous 

experience: 

 

Planning  and  site  preparation  costs,  including  feasibility  studies  and  land  acquisition/expropriation. 

Represents 5‐10% of the total investment costs. 

Construction of railway platform costs.  It varies depending on the span  length and previous terrain’s 

characteristic. Represents 10‐25% of  the  total  investment, which may be up  to 40‐50% of  the  total 

project cost if unique performances (bridge, viaduct, tunnel…) are needed. 

Investment  in  railway  superstructure.  Includes  other  items  associated with  the  new  line  at  a  cost 

generally proportional to the length. It accounts for 5‐10% of the total investment, including platforms, 

stations and sidings. 

 

Signaling elements (with a 10% approximate each) complete major investment chapters of high‐speed rail. 

Traffic  control  facilities,  security  and  communications  are  becoming  a  bigger  part  of  the  total  budget. 

Among the factors that may have a strong influence on saving investment costs we can include: 

 

A closed design, i.e. a high speed line not suffering (or suffering the fewest possible) changes from the 

study phase/project to construction. 

Page 76: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 76 

A unique operating model: a high‐speed  line exclusively dedicated  to passenger  traffic allows higher 

slopes in the layout (up to 3.5% instead of 1‐1.5%). It restricts the use of more expensive construction 

solutions as tunnels and viaducts. This depends on topography and terrain type. 

"Space  economy":  There  are  higher  construction  costs  in  environments  of  high  population  density. 

Building  a  high‐speed  line  in  urban  or  suburban,  where  a  single  corridor  can  attend  various 

infrastructures,  leads  overruns  by  establishing  interim  operating  situations  (affections,  provisional 

status  and  replacement  of  existing  infrastructures),  limited  work  periods  (short  and  night)  and 

performance of existing signaling systems. 

Environmental impact management and proposed integration measures. 

"Economy of  the experience". Although  it seems  to be no evidence  regarding  this. The  specificity of 

every  project,  diversity  of  construction  methods  and  technological  advances  difficult  making 

homogeneous comparisons between countries with high experience in designing high‐speed line. 

 

Ballasted track has been the historically more often used typology in conventional lines. Therefore, there is 

an  extensive  experience  in  technical  and  economic  management.  Consequently,  the  design  and 

construction  of  the  first  high‐speed  lines  was  done  on  ballast,  which  motivated  the  analysis  and 

implementation of the technical characteristics of the superstructure on ballast. 

 

There  is  a  lot  of  information  about  costs  by  type  of  infrastructure  and  superstructure,  but  its  great 

dispersion doesn’t offer a wide enough statistical  sample. Nevertheless, several studies have established 

ratios of costs of construction of a high speed  line on  track  in ballast, ballasted‐ballastless  transition and 

crossing and switches. 

 

  COST (OF JUNE 2007) 

BALLASTED TRACK HSR 445 €/m rail track 

BALLASTED‐BALLASTLESS TRANSITION HSR 62.200 €/unit 

CROSSING AND SWITCHES HSR 330.000 €/unit 

 

On these ratios we can apply different coefficients to reflect the influence on the cost of the infrastructure 

of different factors as tunnels, viaducts, embankments, benches or layout. 

 

Page 77: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 77 

Adding to the track the rest of budget chapters and taking  into consideration the experience  in countries 

with high‐speed lines (10 countries and 45 projects considered), the average cost per kilometer, expressed 

in € 2005, is between 6 and 45 million/km. The average value is 17.5 million/km. 

 

MAINTENANCE, OPERATION AND INFRASTRUCTURE RENEWAL COSTS 

After the construction of the infrastructure, the provision of rail services involves two main types of costs: 

those  associated  with  the  provision  of  services  and,  bigger  than  this,  maintenance  cost  of  that 

infrastructure. 

 

A significant portion of maintenance costs are  fixed costs, determined by periodic auscultation programs 

and maintenance operations. These are more or less independent of factors such as traffic volume, in order 

to maintain the set quality standards. 

 

These  costs  include maintenance  personnel  labor  cost, materials  and  replacement  parts  as well  as  the 

energy consumed in these tasks. Despite considering scheduled maintenance (preventive or predictive) as 

fixed costs, schedule type and frequency of maintenance will have influence on fixed costs composition, as 

seen in different railway administrations. 

 

Just a part of the maintenance costs are variable, and they are mainly concentrated in the rail elements. 

There are a number of studies examining the influence on the maintenance and renewal costs of variables 

such  as  the  type of  railway  superstructure  (ballasted or ballastless  track),  the  speed or  the  intensity of 

traffic. 

 

INFLUENCE OF THE TYPE OF SUPERSTRUCTURE 

After the analysis of maintenance costs unit values, it is estimated 15 € / m track and year as a reasonable 

cost on ballasted track. In slab track, based on Japanese experience, a value of 4.5 € / m of track per year is 

taken  as  the  lower  limit  of  the maintenance  costs.  This  sets  the  relation  between  slab  /  ballast  track 

maintenance costs into 30%. 

 

INFLUENCE OF TRAFFIC 

The traffic running through a  line appears as a determinant factor of the track degradation and therefore 

the cost of maintenance. However it is unknown the exact function to elate maintenance costs and traffic 

volume. 

Page 78: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 78 

 

From the set of studies we can conclude: 

Traffic volume contributes positively to increased track maintenance costs. 

According  to  references,  traffic  volume  contribution  to  maintenance  costs  is  between  0.210  and 

0.327€/km of track per year per average daily TBK (calculated on an annual basis). 

These variations have been obtained from 10,000 traffics over the daily average TBK. No references are 

available for traffic below this threshold. 

 

Paradoxically, the "Economy of the experience"  in countries like Spain has meant that despite an increase 

in traffic volume (+41%), maintenance costs have been reduced in the same period (11% nominal). 

 

MAINTENANCE AND RENEWAL OPERATIONS 

Given the limited experience available for renovation activities in high‐speed lines, most of the unit costs in 

literature concerns to conventional network renovation activities. 

 

Additionally, amounts provided by some railways infrastructure managers have relevant variations to each 

other. The  cause of  this  could be  the differences  in  initial conditions of  renewed  lines and  the different 

nature of the operations carried out in each case. 

 

Regarding to the French experience  in renovation activities  in the high‐speed  lines, the cost of the ballast 

renewal was 250 €/m of track, while switches and crossings renewal accounted 2.25 million euros per unit. 

 

There  are  no  quantitative  values  regarding  to  plates,  sleepers  or  rails  renewal  in  high‐speed  lines. 

Therefore,  it  is  proposed  taking  as  reference  the  construction  and  initial  installation  costs  of  these 

elements. This hypothesis  is probably underestimating  the  renovation  costs, because  it’s not  taking  into 

account the removal of the materials on site. 

 

Page 79: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 79 

 

MAINTENANCE COSTS BY SYSTEM AND COUNTRY €/KM OF SINGLE TRACK 

  BELGIUM FRANCE ITALY  SPAIN

  % % %  %

KM SINGLE TRACK (Nº)  142  2.638 492   949

TRACK MAINTENANCE  13.841  43,7 19.140 67,3 5.911 46,0  13.531 10,1

ELECTRIFICATION  2.576  8,1 4.210 14,8 2.455 19,0  2.986 8,9

SIGNLLING  3.248  10,3 5.070 17,8 4.522 35,0  8.654 25,9

COMUNICATIONS  1.197  3,8 ‐ ‐ ‐ ‐  5.637 16,8

OTHER COSTS  10.821  34,2 ‐ ‐ ‐ ‐  2.650 7,9

AGGREGATE MAINTENANCE 31.683  28.120 12.919   33.457

 

2.2.3.2 USEFUL LIFE: THEORETICAL VS REAL 

 

Useful  life  is  the  estimated  duration  in  which  a  given  system  can  properly  fulfill  its  function  without 

affecting the traffic safety. The  lifetime can be estimated for each track component  independently or for 

the whole track. 

 

Rail 

Interaction  between wheel  and  rail  produces  a  progressive wear  on  the  contact  surfaces,  altering 

railhead geometry and reducing  its resilient section. Due to cyclic  loads over the rail, rail renewal can 

be  needed  when  a  number  of  cycles  has  been  reached.  Specific  studies  quantified  rail  life  in 

approximately 40 to 60 years. 

 

Sleepers 

The life of the sleepers is conditioned by its shape and material they are made of, climatic conditions 

and terms of use. 

 

Specific studies set concrete sleepers life in 30‐40 years, or 500 million gross tons. This is conditioned 

by the quality of the concrete used, the correct site work and its care and maintenance. (Puebla et al, 

2000). 

 

Ballast 

Cyclic  loads causes by the traffic and stone to stone contacts slowly crush the ballast over time. This 

causes ballast contamination and, eventually, requires washing or ballast replacement. 

Page 80: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 80 

Silicon ballast useful life is quantified at 300 million gross tons, equivalent to 25 to 30 years. (Puebla et 

al, 2000) 

 

Infrastructure 

The next table represents the useful life of different infrastructure components. 

 

COMPONENT USEFUL

Tunnel  50‐100

Steel bridge  50‐80

Concrete bridge  50‐100

Overpasses and underpasses 50‐100

REFERENCE: BAUMGARTER (2001)

 

The useful  life of  the different  railway  system according  to  the Spanish Railways  Infrastructure Manager 

(ADIF) is shown in the next table. 

 

USEFUL LIFE OF RAILWAY SYSTEMS (ADIF)

SYSTEM  USEFUL LIFE 

Plattform   

Earthmoving works 100 

Tunnels, bridges and engineering structures 100 

Drainage  25 

Line fencing  50 

Track superstructure 30‐60 

Electric instalations  

Contact wire  20 

Supporting posts 60 

Power substations 60 

Signalling, comunications and security 25 

 

Page 81: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 81 

2.3 TRAFFIC THERESHOLD 

 

2.3.1 QUALITY INDEX, EVALUATION VALUES, DECISIONS MAKING, ALONG THE CORRIDORS 

 

NORWAY : 

The quality number  (K‐number)  indicates  for which portion of a  line all values are within  the  limits.  It  is 

used  to monitor  track quality on  longer  sections of  line. The K‐number  is  calculated using  the  following 

formula: 

 

 

∑l= the sum of all track lengths where standard deviation is within the quality limits. 

L = the monitored track length. 

σ‐values  gives  the  limit  for  good  track  quality,  expressed  as  standard  deviation  of  faults  in  the  track 

geometry. 

 

TABLE 6: QUALITY LIMITS 

QUALITY CLASS SPEED 

(KM/H) 

QUALITY LIMITS (MM)

VERTICAL GEOMETRY 

ΣH 

SUPER ELEVATION 

ΣR 

HORISONTAL 

GEOMETRY ΣP 

CONSCIENCE 

ΣS K0  145 ‐  1,1 0,9 1,1  1,6

K1  125 ‐ 140  1,3 1,0 1,2  1,7

K2  105 ‐ 120  1,5 1,2 1,3  1,9

K3  75 ‐ 100  1,9 1,4 1,7  2,4

K4  45 ‐ 70  2,4 1,8 2,0  3,1

K5  ‐ 40  2,9 2,2 2,4  3,6

 

The  size  of  conscience  is  a  vector  sum  of  horizontal  geometry  and  super‐elevation,  in  order  to 

accommodate  the  cases where  this  is greater  than  the  two parameters  separately.  Size  is only  relevant 

when measuring carriage driving. 

 

The quality number should be as high as possible. Low quality number will also accelerate the degradation 

of the track. 

Page 82: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 82 

 

TABLE 7: REQUIREMENTS FOR QUALITY NUMBER 

QUALITY CLASS SPEED(KM/H) QUALITY NUMBER 

NEWLY ADJUSTED MAINTENANCE LIMIT  ACTION LIMIT

K0  145 ‐  90 90 50 

K1  125 ‐ 140 90 85 40 

K2  105 ‐ 120 90 80 30 

K3  75 ‐ 100 90 75 20 

K4  45 ‐ 70  90 70 20 

K5  ‐ 40  ‐ ‐ ‐ 

 

SWEDEN : 

Track quality measurements and improvements is one of the prime issues in railroads in terms of planning 

time  and  related  cost. Making  decision  concerning measurements  interval  and  how  to  allocate  limited 

resources for maintenance execution has an enormous  influence on maintenance efficiency. Applying the 

efficient  and  optimal  tamping  strategy  helps  reduce maintenance  costs, making  operations more  cost 

effective and leading to increased safety and passenger comfort. 

 

Track geometry maintenance (tamping) is a maintenance action used to compact ballast and correct track 

geometry  faults  such  as  incorrect  alignment  (lateral  deviation)  or  incorrect  longitudinal  level  (vertical 

deviation).  In Sweden, the annual tamping cost  is about 100‐120 MSEK, and the total amount of tamped 

track is approximately 1700 km, about 14% of the total track length. 

 

TRACK QUALITY MONITORING AND MAINTENANCE: 

 

To  monitor  track  quality,  Traffikverket  regularly  (every  1‐2  months  from  April  to  October)  uses  an 

inspection car  to measure  the deviation of  the  track with an  inertia measurement system and an optical 

system. An accelerometer measures the acceleration of the vehicle; based on the recorded accelerations, 

the vertical and lateral deviation of the track is calculated for consecutive 25‐centimeter intervals. 

 

Based on  these 25‐centimeter  interval measurements,  the  standard deviation,  ıS, of  the monitored  cant 

error (C) and the average monitored  lateral position error of the high rail (SHigh) (see Figure 40 and next 

equation) are calculated for 200‐meter sections. The standard deviation of the average monitored vertical 

error for the left and right rail, σ H is also calculated for 200‐ meter sections. 

Page 83: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 83 

 

 

The standard deviations for  lateral and vertical errors (σ S and σ H) are calculated from short wavelength 

signals.  Since  the  recorded  signals  from  the  measuring  car  are  the  combination  of  long  and  short 

wavelengths, filtering is required. This can be done by selecting only signals in the range of 1 to 25 meters. 

 

Traffikverket uses several condition  indices  to describe  the condition of  the  track,  the most  important of 

which are the Q‐value and K‐value. These are calculated based on the standard deviation of the vertical and 

lateral displacements, σ S and σ H, and the comfort limits that define the acceptable standard deviation of 

the longitudinal level for 200‐meter track sections. 

 

The formula for calculating the Q‐value is: 

 

 

Where: 

 

σS lim =  The comfort limit for the σ S value, defined for different track classes (see Table 8) 

σH lim =  The comfort limit for the σ H value, defined for different track classes (see Table 8). 

 

 FIGURE 40: SCHEME 

 

Page 84: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 84 

The  other  index,  the  K‐value,  is  the  ratio  between  (∑l),  the  total  length  of  the  track  with  standard 

deviations below the comfort limits, and the total length of track (L). This index is used to obtain an overall 

picture of the track condition over a long distance and is calculated by the equation: 

 

 

In addition to the Q‐value and the K‐value, two fault limits are defined for 25‐cm track sections, “B‐faults” 

and “C‐faults”. C‐faults, which are safety‐related limits, identify the maximum allowable deviation from the 

design  position  (see  Figure  40),  while  B‐faults  identify  the  limits  for  the  execution  of  preventive 

maintenance. Although these limits are defined for “point failure” (25 cm), the fault normally occurs over a 

length of at least 1 to 5 meters due to rail stiffness. 

 

The  track of  the  iron ore  line consists of  two quality classes, K2 and K3, each with a different allowable 

speed, dissimilar fault thresholds and comfort limits for local trains (see Table 8). 

 

TABLE 8: COMPARISON OF THE ALLOWABLE LIMITS BETWEEN K2 AND K3 

 

 

Traffikverket  outsources  the  tamping  of  each  line  to  different  contractors,  mostly  using  performance 

contracts. In this type of outsourcing, it is up to contractors to select appropriate methods and plan for the 

work. They are responsible for both regular measurements of track geometry and tamping, and they base 

their execution of tamping on the calculated Q‐values and C‐fault limits. 

 

Tamping  is executed as either preventive maintenance or  corrective maintenance. Execution of  tamping 

due  to  the  C‐fault  is  considered  corrective  maintenance;  tamping  due  to  the  Q  value  is  considered 

preventive maintenance. This means that if the Q value of the track section falls below the contractual limit 

Page 85: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 85 

and/or  there  is  deviation  in  the  track  greater  than  the  C‐fault  limits  (safety  limits),  tamping  should  be 

performed. Tamping is obligatory (i.e. required by regulation) if the C‐fault value exceeds the C‐fault limit. 

 

In the performance contracts, two limits are specified for the Q value, a goal limit and a contractual limit. If 

the actual Q value of the track  is higher than the goal  limit, contractors will receive a bonus, while  if  it  is 

below the contractual limit, they must pay a penalty. 

 

POLAND : 

The state of the railway track is evaluated by: 

 

Measuring  the  basic  parameters  which  characterize  the  situation  of  the  tracks,  the  gauge,  the 

differences between  the height of  the  rails,  the  twist,  the horizontal and vertical differences of  the 

rails. 

The value of the state of the track index "J" 

J = Sz + Sy + Sw + 0.5 Se / 3.5 

 

Measurement of additional parameters like: 

the situation of the track in horizontal and vertical to the alignment of the center of the track, 

In  continuous welded  rail  track,  the  values of  the  displacements of  the  rails  regarding  to  fixed 

points. 

In unwelded rail track the values of the displacements of the expansion joints. 

 

There are other index which shows the superstructure degradation according to the degradation of the rails 

(Gs), sleepers (Gp) and ballast (Gt).  

 

 

PORTUGAL : 

 

Quality Indexes 

The geometric quality of the track is evaluated based on the standard deviation for the alignment and 

longitudinal  level, calculated  for each 200 meters  track section. The worst value  (alignment or  level) 

dictates the quality level. 

Page 86: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 86 

 

GEOMETRIC ANALYSIS FOR 200 METERS SECTION

INDEX  LIMITS  ACTION 

QN1  ≤ Warning Limit  Track section in good status.

QN2  > Warning Limit ≤ 1.3 times Warning Limit Track  section  with  maintenance  needs  for  medium  term. 

Actions should be planned  in  line with  the annual planning 

accordingly  with  the  desired  geometric  quality  and  the 

degradation trend known. 

QN3  > 1.3 times Warning Limit  Track section with strong evidence of maintenance needs in 

a  very  short  term.  Actions  to  be  included  on  the  annual 

maintenance planning. 

 

SPAIN : 

The methodology used for evaluating the geometric quality of the track depends on if it is conventional or 

high speed. 

 

On conventional  lines,  is expressed by  the value of a “Q”  index. This  indicator  is calculated appreciating, 

ponderously, all the flaws in the various parameters that determine the geometric quality of the track. The 

quality index Q is obtained from the following expression: 

 

 

 

S0= Qualification of parameter P0, longitudinal levelling of left rail. 

S1= Qualification of parameter P1, longitudinal levelling of right rail. 

S3= Qualification of parameter P3, track gauge. 

S4= Qualification of parameter P4, track warping. 

S5= Qualification of parameter P5, cross levelling. 

S6= Qualification of parameter P6, alignment on left rail. 

S7= Qualification of parameter P7, alignment on right rail. 

Page 87: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 87 

TABLE 9: PARAMETERS AND QUALITY INDEX. TRACK IN OPERATION, NRV7300 

PARAMETER RAIL‐144 M  RAIL‐ 288 M  

GOOD ACCEPTABLE  FAIR POOR BAD GOOD ACCEPTABLE  FAIR  POOR BAD

LEVELLING S0,S1  ≤ 56  57‐62  63‐70 71‐80 >80 ≤112 113‐124 125‐138  139‐156 >156

WARPING, S4  ≤24  25‐28  29‐34 35‐40 >40 ≤38 39‐42 43‐48  49‐56 >56

GAUGE, S3  ≤15  16‐20  21‐30 31‐45 >45 ≤15 16‐20 21‐30  31‐45 >45

CANT, S5  ≤108  109‐120  121‐136 137‐156 >156 ≤164 165‐180 181‐206  207‐234 >234

ALIGMENT, S6, S7  ≤56  57‐62  63‐70 71‐80 >80 ≤112 113‐124 125‐138  139‐156 >156

QUALITY INDEX, Q  ≤125  126‐140  141‐160 161‐185 >185 ≤230 231‐255 256‐285  286‐325 >325

 

According  to  the  table,  is  associated  to  each  interval  of Q  variation  a  qualification  of  the  track:  good, 

acceptable, fair, poor and bad. 

 

In high speed lines indicators for longitudinal levelling and alignment are defined, QN1, QN2 and QN3. 

QN1: Value which advised a monitoring of the progress or removed in normal maintenance cycles. 

QN2: Value that force to made maintenance operations in a short period of time.  

QN3: Unwanted situation. 

 

TABLE 10: GEOMETRIC QUALITY IN A HIGH SPEED LINE, ETI 2005 

SPEED 

ALIGNMENT  LONGITUDINAL LEVELING 

QUALITY LEVEL VALUE  QUALITY LEVEL VALUE PARAMETER 

STANDARD 

DESVIATION 

MAXIMUM 

VALUE 

QN1  QN2  QN1  QN2  QN1  QN2  QN1  QN2 

MAXIMUM ABSOLUTE VALUE Longitudinal  levelling 

3‐25 m  1.0  1.3  4  8 

v≤80  12  14 12  16 Alignment 3‐25 m 0.7  1.0  4  6

80<v≤120  8  10  8  12 

Longitudinal  levelling 

25‐70 m  2.0  3.0  6  8 

120<v≤160  6  8 6  10 Alignment 25‐70 m 1.3  2.0  6  8

160<v≤200  5  7  5  9 

Longitudinal  levelling 

70‐120 m  2.7  4.0  8  10 

200<v≤300  4  6 4  8 Alignment 70‐120 m 3.4  4.0  8  10

STANDARD DESVIATION  Warp ‐‐‐‐‐‐‐  ‐‐‐‐‐‐‐‐  6  7

v≤80  1,5  1,8  2,3  2,6 Cant 0.7  1  5  10

80<v≤120  1,2  1,5  1,8  2,1 Gauge 0.7  1  +5‐3  +10‐5

120<v≤160  1  1,3  1,4  1,7

160<v≤200  0,8  1,1  1,2  1,5

200<v≤300  0,7  1 1  1,3

Page 88: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 88 

 

We can  see  that  the geometric quality  requirements are higher  in high  speed  lines  than  in conventional 

ones. 

 

Is mandatory to remark that both methodologies are useful, being their objectives quite different. “Q” is a 

global quality indicator, it try to show, in one value, the quality of the track giving more or less importance 

to each parameter. 

 

Otherwise, the QN  index, tried to evaluate the railtrack quality from other view, each of these  indicators 

indicates  a  situation,  trying  to  control  the  evolution  of  the  rail  track  faults,  recommending  several 

preventive performance to each limit value, these method looks more suitable. 

 

 

2.3.2 LEVELING, ALIGMENT, CAMBER, WARP 

 

NORWAY : 

From JD590: The track geometry  is periodically monitored using a Track Recording Vehicle (ROGER 1000). 

The test frequency is dependent on the quality class of the track. Based on these recordings the standard 

deviation and quality number of the track is calculated.  

 

The standard deviation  is as a  rule calculated on  the bases of 200 m or 1000 m  length of  line. Standard 

deviation is calculated for these lengths and with accuracy as shown in the next table. 

 

PARAMETRES  WAVELENGTH MEASURING ACCURACY BASIS OF CALCULATION

Standard  deviation  of 

vertical alignment 

3 – 25 m

25 – 70 m

70 – 150 m 

± 0.2 mm 

± 0.5 mm 

± 1.5 mm 

200 m

1000 m

1500 m 

Standard  deviation  of 

horizontal alignment 

3 – 25 m

25 – 70 m

70 – 150 m 

± 0.2 mm 

± 0.5 mm 

± 1.5 mm 

200 m

1000 m

1500 m 

Standard  deviation  of 

super‐elevation(cant) 

3 – 25 m

25 – 70 m 

± 0.2 mm 

± 0.5 mm 

200 m

1000 m 

 

 

 

Page 89: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 89 

Deviation in gauge 

Allowed deviations in gauge from core value 1435 mm: 

 

TABLE 11: ALLOWED DEVIATIONS IN GAUGE 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

DEVIATION IN GAUGE (MM)

NEW TRACK  MAINTENANCE LIMIT  ACTION LIMIT  IMMEDIATE LIMIT 

K0  145 ‐ +2/‐2  +5/‐3 +15/‐5 +28/‐7 

K1  125 ‐ 140  +2/‐2  +7/‐3 +20/‐5 +35/‐8 

K2  105 ‐ 120  +2/‐2  +7/‐3 +20/‐5 +35/‐9 

K3  75 ‐ 100  +3/‐3  +15/‐5 +30/‐8 +35/‐9 

K4  45 ‐ 70  +4/‐4  +15/‐5 +30/‐8 +35/‐9 

K5  ‐ 40 +5/‐5  +15/‐5 +30/‐8 +35/‐9 

 

Deviation in gauge over distance 

 

TABLE 12: ALLOWED DEVIATION FOR CHANGE IN GAUGE 

QUALITY CLASS  SPEED (KM/H) CHANGE IN GAUGE (MM) 

MAINTENANCE LIMIT ACTION LIMIT 

K0  145 ‐ 7 10 

K1  125 ‐ 140 8 12 

K2  105 ‐ 120 9 15 

K3  75 ‐ 100 10 18 

K4  45 ‐ 70 12 21 

K5  ‐ 40 15 25 

 

Variations in gauge over time 

Action Limit: If the gauge changes with 6 mm or more during a year shall be initiated investigations of 

track construction to uncover the cause of the rapid change. 

Wooden sleepers shall be examined for rot together with the screw holes. 

Concrete sleepers should be examined for cracks / fractures and wear of the slip. 

 

Track gauges in crosscurves 

In crosscurves without transition curves with  intermediate straight  line  less than 7 m, the gauge shall 

not be greater than the value in the table below. 

Page 90: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 90 

 FIGURE 41: TRANSITION CURVES WITH INTERMEDIATE STRAIGHT LINE LESS THAN 7 M 

 

TABLE 13: MAXIMUM GAUGE 

R1 (M)  R2 (M) MAX. GAUGE (MM) 

140 ‐ 200  140 ‐ 200 1440

140 ‐ 200  200 ‐ 300 1450

200 ‐ 300  200 ‐ 300 1460

 

If one of the curve radiuses is greater than 300 m, the gauge must not exceed 1465 mm. 

 

Vertical geometry 

TABLE 14: ALLOWED UNEVENNESS IN HEIGHT 

QUALITY CLASS  SPEED (KM/H) UNEVENNESS IN HEIGHT OF EACH RAIL (+/‐ MM) 

NEWLY ADJUSTED MAINTENANCE LIMIT  ACTION LIMIT 

K0  145 ‐  2 6 9 

K1  125 ‐ 140 2 6 10 

K2  105 ‐ 120 2 7 12 

K3  75 ‐ 100  4 10 16 

K4  45 ‐ 70  5 13 21 

K5  ‐ 40  6 17 27 

 

TABLE 15: ALLOWED UNEVENNESS IN SUPERELEVATION 

QUALITY CLASS  SPEED (KM/H) UNEVENNESS IN SUPERELEVATION (+/‐ MM) 

NEWLY ADJUSTED  MAINTENANCE LIMIT  ACTION LIMIT 

K0  145 ‐  2 4 6 

K1  125 ‐ 140  2 4 7 

K2  105 ‐ 120  2 5 8 

K3  75 ‐ 100  3 7 10 

K4  45 ‐ 70  4 10 13 

K5  ‐ 40  5 12 16 

 

Page 91: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 91 

 

TABLE 16: ALLOWED TWIST WITH 2 METER MEASURING BASIS 

QUALITY CLASS  SPEED (KM/H) 

TWIST (+/‐ MM) 

NEWLY 

ADJUSTED 

MAINTENANCE 

LIMIT ACTION LIMIT 

IMMIDIATE LIMITR ≥ 400 M 1)  R < 400 M 1)

K0  145 ‐  2 7 10 14  12

K1  125 ‐ 140  2 7 10 14  12

K2  105 ‐ 120  2 7 10 14  12

K3  75 ‐ 100  3 7 10 14  12

K4  45 ‐ 70  4 7 10 14  12

K5  ‐ 40  5 7 10 14  12

 

TABLE 17: ALLOWED TWIST WITH 9 METER MEASURING BASIS 

QUALITY CLASS  SPEED (KM/H) 

TWIST (+/‐ MM) 

NEWLY 

ADJUSTED 

MAINTENANCE 

LIMIT ACTION LIMIT 

IMMIDIATE LIMIT 

R ≥ 400 M 1)  R < 400 M 1)

K0  145 ‐  6 20 31 43  34

K1  125 ‐ 140  6 20 31 43  34

K2  105 ‐ 120  6 20 31 43  34

K3  75 ‐ 100  9 20 31 43  34

K4  45 ‐ 70  12 20 31 43  34

K5  ‐ 40  15 20 31 43  34

 

Horisontal geometry 

 

 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

DEVIATIONS IN RISING HEIGHT (+/‐MM) 

NEWLY 

ADJUSTED 

MAINTENANCE 

LIMIT 

ACTION 

LIMIT 

IMMIDIATE 

LIMIT 

K0  145 ‐  2 3 5 10 

K1  125 ‐ 140  2 4 6 14 

K2  105 ‐ 120  2 5 7 17 

K3  75 ‐ 100  3 6 10 17 

K4  45 ‐ 70  3 10 13 22 

K5  ‐ 40  4 13 16 22 

 

Page 92: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 92 

Adjustment 

Where  the gauge exceeds  the  immediate  limits,  the adjustment must be executed  immediately. 

Speed restrictions until the fault is corrected. 

When exceeding  the action  limit,  it  shall be  repaired and monitored  so  that  the  limit of a)  isn't 

exceeded before the next measurement. 

Exceeding the maintenance limits, maintenance planned so that the error is corrected at the latest 

before the action level is exceeded can be expected. 

 

SWEDEN : 

 

LEVELING, ALIGNMENT, CAMBER, WARP 

To measure track positions, Traffikverket has a central measurement carriage STRIX (Litt Qih238). Vehicle 

what is recording is the BVF 541.60. 

 

Track Mode Control 

Track mode  control  is  performed  to  check  the  unevenness  of  track  and  allocate  in  relation  to  the 

landscaped geometry. Small track irregularities can result uncomfortable disruption to passengers and 

larger track irregularities may involve risk of derailment. 

 

Different kinds of track position control: 

Track Mode Control with recording vehicle: The track will be loaded and the measurement result is 

recorded continuously. The measurement carriage STRIX also makes a track position that provides 

objective quality for short and long distances. 

Manual track position control. It is used when derailment is not recording vehicle. 

Control  of  the  absolute  position  in  the  track.  It  is  used  in  track measure  geodetic  and whose 

position  is  consolidated.  Intended  mode  can  always  be  restored  and  rail  voltages  can  be 

controlled. Limits are in BVF 541.60. 

 

Quality Classes for track position 

Quality Class for track position is determined on the basis of applied sth for locomotive category A and 

the sth‐speed in Table 19. Sth for train category B with 20% higher than category A does not affect the 

quality class. 

 

Page 93: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 93 

TABLE 18: QUALITY CLASSES FOR TRACK POSITION 

QUALITY CLASS STH LOCOMOTIVE 

KAT A (KM/H) STH SPEED 

K0  145 ‐ 185 ‐

K1  125 ‐ 140 160 ‐ 180

K2  105 ‐ 120 135 – 155

K3  75 ‐ 100 95 ‐ 130

K4  40 ‐ 70 ‐ 90

K5  ‐ 40

 

K0‐K4 refers railroad tracks and K5 intends side and industrial sidings. 

 

Quality 

Quality standards relate to both the requirements  for good passenger comfort and for optimum 

safety against derailment. 

 

Point failures 

For single‐point failures, the geometry arranged in the following respects: 

Altitude Mode 1‐25m (short‐wave), left and right rails 

Height Location 25‐60/80/100m (longwave), mean left and right rails 

Skew the measurement base 6 m and 3 m 

Cant 

Lateral alignment 1‐25m (short‐wave), left and right rails 

Lateral alignment 25‐60/80/100m (long wavelength), mean right and left rails 

Track 

 

Quality standards for single‐point failures are given in Tables 19 and 20. The values in Table 19 and 

20  relate deviations  from  the default  value of  lines of  track position  chart.  For  skew,  cant  and 

gauge is the default value equal to the rash to appear with regard to arranged track geometry. The 

table columns A, B and C with the following meanings: 

 

Column A 

Specifies  the  size allowed on  the  residual error  in new adjustment of  the  track. Occasional 

larger  error  can  be  accepted.  The  newly  built  seamlessly  track with  new  track  equipment 

always applied class K0 independent of applied sth. 

Page 94: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 94 

Column B 

Specifies  values  for maintenance.  Track  Location  errors  should  be  corrected  in most  cases 

before  they  reach  this  size. Table values can be exceeded  in  individual points  that are kept 

under surveillance until they resolved. 

Column C 

Errors  that  exceed  this  limit  must  be  addressed  urgently.  Until  the  fault  is  rectified 

contemplated,  the  rate  reduction  depend on  the magnitude of  the  error,  track  position  in 

general and other conditions. 

 

TABLE 19: QUALITY STANDARDS FOR SINGLE‐POINT FAILURES, HEIGHT 

  DEVIATION FROM DEFAULT (MM) 

QUALITY 

CLASS 

STH 

LOCOMOTIVE 

KM/TIM 

STH SPEED 

KM/TIM 

UPPER REGISTER  CANT 

SHORT WAVY 

WRONG 1‐25 M 

WAVELENGTH 

LONG ROW 

ERROR 

(BENCHMARK)

DEVIATION 

SKEW 

MEASUREMENT 

BASE 6 M 

SKEW 

MEASUREMENT 

BASE 3 M 

A  B  C  A  B  A  B  C  A  B  C  A  B  C 

K0  145 ‐  185 ‐  2  6 9 7 15 2 4 6 4  9  13  3 6 9

K1  125 ‐ 140  160 ‐ 180  2  6 10 7 15 2 4 7 4  10  15  3 7 10

K2  105 ‐ 120  135 – 155  2  7 12 7 15 2 5 8 4  11  17  3 8 11

K3  75 ‐ 100  95 ‐ 130  4  10 16 ‐ ‐ 3 7 10 6  13  19  4 9 13

K4  40 ‐ 70  60 ‐ 90  5  13 21 ‐ ‐ 4 10 13 8  16  23  5 10 15

K5  ‐ 40    6  17 27 ‐ ‐ 5 12 16 10  19  27  7 12 15

Line in the graph 2 and 3 4 6 5  ‐

 

Page 95: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 95 

 

TABLE 20: QUALITY STANDARDS FOR SINGLE‐POINT FAILURES, LATERAL POSITION 

  DEVIATION FROM DEFAULT (MM) 

QUALITY 

CLASS 

STH 

LOCOMOTIVE 

KM/TIM 

STH SPEED 

KM/TIM 

LATERAL ALIGNMENT  GAUGE 

SHORT WAVY 

WRONG 1‐25 M 

WAVELENGTH 

LONG WAVY 

ERROR 

(BENCHMARKS

DEVIATION FROM 

NOMINAL VALUE 1435 

MM 

MODIFICATI

ON IN 10 M 

TRACK 

A  B  C  A  B  A  B  C  B  C 

K0  145 ‐ 185 ‐  2 3 5 5 10 ±2 ±5  +15,‐5  7 10

K1  125 ‐ 140  160 ‐ 180  2 4 6 5 10 ±2 +7,‐5  +20,‐5  8 12

K2  105 ‐ 120  135 – 155  2 5 7 5 10 ±2 +10,‐5  +25,‐5  9 15

K3  75 ‐ 100  95 ‐ 130  3 6 10 ‐ ‐ ±3 +15,‐5  +30,‐5  10 18

K4  40 ‐ 70 60 ‐ 90  3 10 13 ‐ ‐ ±4 +20,‐5  +35,‐5  12 21

K5  ‐ 40   4 13 16 ‐ ‐ ±5 +20,‐5  +35,‐5  15 25

Line in the graph  8 and 9 10 11 

 

Track Location Stats 

The measurements  in  the  trailer  analysis  system  calculate  the  standard  deviation  (σ)  for  track 

location  parameters  height,  cant,  position  and  interaction.  Standard  deviations  are  calculated 

sliding over  a  track  length of 200 m  in  Table 21 below  shows  the  thresholds  (benchmarks)  for 

comfort. 

 

TABLE 21: COMFORT LIMITS FOR STANDARD DEVIATIONS 

QUALITY 

CLASS 

STH 

LOCOMOTIVE 

KM/TIM 

STH FAST 

TRAIN 

KM/TIM 

COMFORT LIMIT 

UPPER 

REGISTER ΣH

RATIO RAIL

ΣR 

LATERAL 

ALIGNMENT ΣP 

COLLABORATION 

ΣS 

MM  MM  MM  MM 

K0  145 ‐  185 ‐ 1,1 0,9 1,1  1,6 

K1  125 ‐ 140  160 ‐ 180 1,0 1,2  1,7 

K2  105 ‐ 120  135 – 155 1,3 1,2 1,3  1,9 

K3  75 ‐ 100  95 ‐ 130 1,4 1,7  2,4 

K4  40 ‐ 70  60 ‐ 90 1 1,8 2,0  3,1 

K5  ‐ 40  2,2 2,4  3,6 

 

The values of  the  table are used  i.e.  for  the calculation of quality  factor Q and K, which among 

other things report in the valuation charts and valuation lists. 

Page 96: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 96 

 

A high quality value means that track position average is good, but there still may have a few large 

isolated defects. 

 

Q ratio  is a measure of the average σ‐values relative to the comfort  limits  in Table 21.  It can be 

used as a basis for maintenance planning and monitoring of track sections with a length of about 

one kilometre and up. 

 

Cost  ratio  indicates how much of a  stretch where all  σ‐values below  the  comfort  limits. K's are 

primarily  used  for  Traffikverket  comprehensive monitoring  of  trace mode  for  longer  distances 

(track pieces and string) and is unsuitable as a basis for maintenance planning in shorter sections. 

 

K and Q‐factor > 80 means that the track position on the route largely complies with the limits in 

Table 21. 

 

Derailment Hazardous wrong 

If  the  irregularities  in  the  track  are  detected,  and  can  present  a  risk  of  derailment,  should  be 

considered: 

If traffic must be immediately stopped; or 

If traffic may be driven at reduced speed and under any coverage by checking the track before 

each train until the fault is rectified. 

The following track irregularities should be given special consideration with regard to the risk 

of derailment: 

- Track width greater than 1470 mm. Vulnerable sections are curved track with small radio 

(side wear on  surface), especially  itineraries  in and adjacent  to  the  crossing where  the 

sleepers and rail fasteners are in poor condition. 

- Skew (even a cant change): 

 

POINTED RUSH [MM]

RAMPTAL I PARENTES 

POINTED RUSH [MM]

RAMPTAL I PARENTES Base measurements 6 m  > 30

(< 200) 

> 25 

(< 240) Base measurements 3 m  > 18

(< 167) 

> 15 

(< 200) 

(Ramptal = 1000 * measurement base / rash) 

Page 97: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 97 

 

Super elevation errors are calculated from the zero line of the cant ramp (total skew will be taken 

into account). 

 

Skewed error the curve should be considered more serious than in the straight track. Pointed rash 

in track mode diagram means short‐faults, such as low joint in one rail. 

 

Blunt  ruling means  that  the  fault  is  long  and  that  the  real  change  of  cant  terms with  longer 

measurement base is larger than the angle of the track position chart. 

 

POLAND : 

These  tables  show  the Permissible deviations of  the measured parameters  to ensure  the comfort of  the 

travel depending on  the measures made by work  test car and electronics  surveys  systems and manually 

ones. 

 

The permissible values of the main parameters of the railway track situation (for continuous measurements 

made with a Dresina and electronic survey system) are: 

 

SPEED 

[KM/H] 

INEQUALITIES TWIST 

5 M [MM] 

RAILWAY GAUGE DIFFERENCESCANT 

[MM] 

INDEX 

J [MM] HORIZONTAL 

[MM] 

VERTICAL 

[MM] 

WIDER

[MM] 

REDUCTIONS

[MM] 

GRADIENT 

[MM/M] 

200  4  3  5 4 3 1 5  1,3

180  5  4  6 5 3 1 6  1,6

160  6  6  8 6 4 1 8  2,1

140  7  8  10 8 5 1 12  2,7

120  9  10  12 9 7 1 12  3,3

100  13  14  14 10 7 2 15  4,3

80  17  18  16 10 8 2 20  5,3

70  20  21  18 12 8 2 20  6,1

60  24  25  19 15 8 2 25  7,0

50  29  30  21 17 8 3 25  8,2

40  35  35  23 20 9 3 25  9,6

30  44  40  25 25 9 3 25  11,2

20  53  50  30 32 10 4 25  14,5

 

Page 98: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 98 

The permissible values of the main parameters of the tracks for manually measures are: 

 

SPEED[KM/H]  GAUGE [MM] 

HEIGHT 

DIFFERENCE OF 

RAIL LOCATION 

[MM] 

ARROW 

DIFERRENCE IN 

10 M ROPE 

[MM] 

LEVEL 

DIFFERENCE OF 

ALIGMNET 

MARKS [MM] 

DIFFERENCES 

IN HEIGHT OF 

ALIGMNET 

MARKS [MM] 

EXPANSIÓN 

DIFFERENCES IN 

THE SAME UNION 

JOINTS: 

MAX/MIN. [MM] 

200  No measures are done.

180  No measures are done.

160  +4, ‐6  8  8 10 10  ‐

140  +8, ‐5  12  9 10 10  ‐

120  +9, ‐7  12  10 10 10  ‐

100  +10, ‐7  15  12 15 15  4

80  +10, ‐8  20  14 15 15  4

70  +12, ‐8  20  15 15 15  5

60  +15, ‐8  25  16 15 15  5

50  +17, ‐8  25  17 15 15  5

40  +20, ‐9  25  18 20 20  5

30  +25, ‐9  25  20 30 30  5

20  +35, ‐10  25  25 35 35  5

 

Below are the differences evaluation criteria of the state of the rail way superstructure. 

 

Rails 

CLASS 

NUMBER OF 

ADMISSIBLE RAIL 

BREAKING PER 1 KM 

VERTICAL ADMISIBLE 

WEARING OF THE RAIL [MM] 

LATERAL ADMISIBLE 

WEARING OF THE RAIL [MM] 

DECLINATION 

ANGLE OF 

LATERAL 

SURFACE OF RAIL 

HEAD α  

ALL 

DNPC 

ORIGINALS 

DNPP UIC60 (60E1)  OTHERS  UIC60 (60E1)  OTHERS 

0  6  2  12    14   65º 

1  7  4  14  8  18  12 

2  8  5  16  10  20  14  60º 

3  9  6  16  14  20  17  55º 

4 Y 5  10  7  20  16  22  19  55º 

LATERAL TRACKS  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐  28  25  to the lower edge of the head  55º 

 

Comment: 1) When  there are  simultaneous  vertical and  lateral wear  should be  reduced by half  the effective  lateral wear. 2) In class 0 tracks, after reaching the allowable lateral wear is forbidden to change (swap) rails of different sides. 3) On changed rails,  the vertically wear have  to be reduced by half of  the sum of  the actual wear of both lateral sides. 

Page 99: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 99 

 

Sleepers 

 

SLEEPERS  CLASIFICATION CRITERIA DEGRADATION 

LEVEL 

WOOD SLEEPERS

LOW WEAR  Incision of the plate to the depth of 6 mm. Open longitudinal cracks no greater than 10 mm. Obliquity not exceeding 50 mm.  0 ‐ 0,2 

MEDIUM WEAR  Incision of the plate 6 ‐ 12 mm. Open longitudinal cracks greater than 15 mm. Dents and scratches from the surface up to 20 mm. Obliquity to 130 mm (with absence of cracks and incisions to 160 mm). 

0,2 ‐ 0,7 

HIGH WEAR  Incisions of the plates and the total depth. Longitudinal cracks open more than 15 mm. More surface defects of 20 mm. Traces of rot. Obliquity as in the previous section.  0,7 ‐ 0,9 

VERY HIGH 

WEAR 

You can take the bolts finger. Open cracks 30 mm and more. Transverse cracks (cracks) visible. Decayed sleepers.  0,9 ‐ 1,0 

CONCRETE SLEEPERS.

LOW WEAR  No cracks and breaks in the rail below. Unique hairline cracks in the central portion in the amount of up to 5 per rail sleepers 30 m (4 to 25 sleepers per lane m).  0 ‐ 0,2 

MÉDIUM WEAR  No cracks and breaks in the rail below. Sloughing hairline cracks in the concrete in the central part up to 10 sleepers for rail 30 m (8 sleepers for rail to 25 m).  0,2 ‐ 0,7 

HIGH WEAR  Cracks in the underside of the rail without sloughing of concrete sleepers to 5 per lane of 30 m (up to 4 sleepers per rail 25 m) or shredding up 2 runners per lane of 30 m and 25 m. Hairline cracks in the central part of concrete crumbling until sleepers for rail 15 (30 m to 12 sleepers for rail 25 m). Cracks in the central part of concrete crumbling sleepers for rail to 3 30 m and 25 m. Breaks up 2 runners per lane of 30 and 25 m. 

0,7 ‐ 0,9 

VERY HIGH 

WEAR. 

Cracks in the underside of the rail without breaking up the concrete in the amount of up to 5 per rail sleepers 30 m (up to 4 sleepers for rail 25 m) or crumbling of concrete sleepers over 2 per lane of 25 to 30 m. Cracks in the central part of the concrete without chipping in over 15 sleepers per lane of 30 m (over 12 sleepers per rail 25 m) or crushing of concrete sleepers for over 3 lanes of 30 m and 25 m. 3 and more breaks by rail sleepers 30 and 25 m. 

0,9 ‐ 1,0 

 

Ballast 

 

BALLAST  CLASIFICATION CRITERIA  WEAR LEVEL 

GOOD  No clog‐. Small amount of herbs. Complete filling of the bottom faces of the sleepers. No detachment of the ballast is in the bottom faces of the sleepers. Sleepers’ spaces filled. The ballast compacted and stabilized. No symptoms of voids beneath the sleepers. 

0 ‐ 0,2 

REGULAR  Clog‐singular, no more than two consecutive sleepers in the amount not exceeding 15% of sleepers. Lots of herbs. Sleepers unique lower face discovered until 2/3 height. 

0,2 ‐ 0,6 

BAD  Clog‐in 3 to 5 consecutive sleepers, have overall in an amount of up to 30% of sleepers. Lots of herbs. Deficiencies of ballast spaces between sleepers to 2/3 of the height of the ties. 

0,6 ‐ 0,8 

WORST  Clog‐over 5 consecutive sleepers, in total in an amount exceeding 30% of sleepers. Empty spaces between the sleepers. The undersides of the sleepers completely uncovered over a length of 4 m. 

> 0,8 

 

Page 100: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 100 

PORTUGAL : 

Here  are  presented  the  tolerances  and  standard  deviations  of  the  geometric  parameters  for  the  track 

gauges 1668 mm, 1435 mm and 1000 mm. The following situations are considered: 

Works acceptance (distinguished between new/renewed tracks and maintenance works) 

Maintenance decisions actions 

 

The  track  quality  evaluation  for  the maintenance  decisions  is  performed  taking  the  following  tolerance 

concepts: 

Warning (work planning) 

Intervention (short term actions) 

Immediate action  

 

The tolerances for works acceptance and immediate action are mandatory, the other ones are established 

as  reference  values  and managed  accordingly  the REFER maintenance policy  taking  as  input  the quality 

level  desired  for  the  track,  anomaly  corrections  timings  and  monitoring  and  inspections  frequencies 

affected to the major anomalies. 

 

TOLERANCES DEFINITIONS 

Warning tolerance 

The value of the geometric parameter that when overpassed originates an input on the programmatic 

maintenance  works.  The  timeline  for  the  works  scheduling  will  be  defined  by  infra‐structure 

maintenance responsible organization relying on the defined limits and resource available. 

 

Intervention tolerance 

The  value  of  the  geometric  parameter  that when  overpassed  originates  a  short  term maintenance 

actions in order that the degradation doesn’t reach the worst tolerance classification and the need of 

an immediate action. 

 

Page 101: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 101 

Immediate action tolerance 

The value of geometric parameter that should not be reached, otherwise an  immediate maintenance 

correction action shall take place or the respective track submitted to a speed constrain or circulation 

interdiction. 

 

GEOMETRIC TOLERANCES FOR MAINTENANCE WORKS ACCEPTANCE 

 

TABLE 22: GEOMETRIC PARAMETERS TOLERANCES FOR TRACK GAUGES 1668MM AND 1435MM FOR MAINTENANCE 

WORKS 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

TRAN

SVER

SAL 

LEVE

LONGITUDINAL

 

LEVE

ALIGNMEN

T WRT

 

PROJECT

 EFERE

NCE

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 LO

NGITUDINAL

 

LEVE

L  

25M – 70M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

25M – 70M

 

I  V>230  ‐2/+4  3  4 4 3 3 3  3 3

II  160<V≤230  ‐2/+5  +  4 4 3 3 4  3 4

III  120<V≤160  ‐2/+5  3  5 5 4.5 3 n.a  4 n.a

IV  80<V≤120  ‐3/+5  4  5 5 4.5 4 n.a  4 n.a

V  40<V≤80  ‐3/+7  5  7 7 4.5 5 n.a  5 n.a

VI  V≤40  ‐3/+8  6  7 8 6 5 n.a  6 n.a

 

TABLE 23: GEOMETRIC PARAMETERS TOLERANCES FOR TRACK GAUGE 1000 MM FOR MAINTENANCE WORKS 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

TRAN

SVER

SAL 

LEVE

LONGITUDINAL

 

LEVE

ALIGNMEN

T WRT

 

PROJECT

 REFER

ENCE

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

IV  80<V≤120  ‐3/+5  4 6 5 3 4  4

V  40<V≤80  ‐3/+7  5 7 7 3 5  5

VI  V≤40 ‐3/+8  6 7 8 6 5  6

 

Page 102: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 102 

GEOMETRIC TOLERANCES FOR MAINTENANCE ACTIONS PLANNING 

Warning tolerances 

 

TABLE 24: GEOMETRIC PARAMETERS WARNING TOLERANCES FOR TRACK GAUGES 1668MM AND 1435MM FOR 

MAINTENANCE ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

GAU

GE 

AVER

AGE 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

25M – 70M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

25M – 70M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

I  V>230  ‐3/+20  ‐1/+16 10 18 7 13  9

II  160<V≤230  ‐4/+20  ‐3/+16 12 20 8 15  9

III  120<V≤160  ‐6/+25  ‐3/+16 15 n.a. 9 n.a.  12

IV  80<V≤120  ‐7/+25  ‐5/+22 16 n.a 11 n.a  12

V  40<V≤80  ‐7/+25  ‐6/+25 18 n.a. 15 n.a.  12

VI  V≤40  ‐7/+25  n.a./+25 18 n.a. 15 n.a.  12

 

TABLE 25: GEOMETRIC PARAMETERS WARNING TOLERANCES FOR TRACK GAUGE 1000 MM FOR MAINTENANCE 

ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

GAU

GE 

AVER

AGE 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

IV  80<V≤120  ‐7/+25 ‐5/+22 16 11  9 

V  40<V≤80  ‐7/+25 ‐6/+25 18 15  9 

VI  V≤40  ‐7/+25 n.a./+25 18 15  9 

 

TABLE 26: STANDARD DEVIATION WARNING TOLERANCES FOR TRACK GAUGES 1668MM AND 1435MM FOR 

MAINTENANCE ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

STANDARD DEVIATION (MM)

LONGITUDINAL LEVEL 1M – 25M  ALIGNMENT 1M – 25M 

I  V>230  1.5 1.0 

II  160<V≤230  1.9 1.1 

III  120<V≤160  2.4 1.3 

IV  80<V≤120  2.7 1.5 

V  40<V≤80  3.0 1.8 

VI  V≤40  3.3 2.1 

Page 103: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 103 

 

TABLE 27: STANDARD DEVIATION WARNING TOLERANCES FOR TRACK GAUGE 1000MM FOR MAINTENANCE 

ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

STANDARD DEVIATION (MM)

LONGITUDINAL 

LEVEL  

1M – 25M 

ALIGNMENT  

1M – 25M 

IV  80<V≤120 2.7 1.5

V  40<V≤80 3.0 1.8

VI  V≤40 3.3 2.1

 

Intervention tolerances for track gauges 1668 mm and 1435 mm 

 

TABLE 28: GEOMETRIC PARAMETERS INTERVENTION TOLERANCES FOR TRACK GAUGES 1668MM AND 1435MM FOR 

MAINTENANCE 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

GAU

GE AV

ERAG

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

25M – 70M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

25M – 70M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

I  V>230 ‐4/+23  ‐2/+18 12 20 8 14  12

II  160<V≤230  ‐5/+23  ‐4/+18 14 23 9 17  12

III  120<V≤160  ‐8/+30  ‐4/+18 17 n.a. 10 n.a.  15

IV  80<V≤120  ‐9/+30  ‐6/+25 19 n.a. 13 n.a  15

V  40<V≤80  ‐9/+30  ‐7/+28 21 n.a. 17 n.a.  15

VI  V≤40 ‐9/+30  n.a./+28 21 n.a. 17 n.a.  15

 

TABLE 29: GEOMETRIC PARAMETERS INTERVENTION TOLERANCES FOR TRACK GAUGE 1000 MM FOR 

MAINTENANCE ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

GAU

GE AV

ERAG

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

IV  80<V≤120  ‐9/+30 ‐6/+25 19 13 11 

V  40<V≤80  ‐9/+30 ‐7/+28 21 17 11 

VI  V≤40  ‐9/+30 n.a./+28 21 17 11 

Page 104: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 104 

 

Immediate action tolerances for track gauges 1668 mm and 1435 mm 

 

TABLE 30: GEOMETRIC PARAMETERS IMMEDIATE ACTION TOLERANCES FOR TRACK GAUGES 1668MM AND 

1435MM FOR MAINTENANCE 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) GAU

GE 

GAU

GE AV

ERAG

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

25M – 70M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

25M – 70M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

I  V>230 ‐5/+28  ‐4/+20 16 28 10  20  15

II  160<V≤230 ‐7/+28  ‐6/+20 20 33 12  24  15

III  120<V≤160 ‐10/+35  ‐6/+20 23 n.a. 14  n.a.  21

IV  80<V≤120 ‐11/+35  ‐8/+27 26 n.a. 17  n.a.  21

V  40<V≤80 ‐11/+35  ‐9/+32 28 n.a. 22  n.a.  21

VI  V≤40  ‐11/+35  n.a./+32 31 n.a. 25  n.a.  21

 

 

TABLE 31: GEOMETRIC PARAMETERS IMMEDIATE ACTION TOLERANCES FOR TRACK GAUGE 1000 MM FOR 

MAINTENANCE ACTIONS PLANNING 

QUALITY 

CLASS 

SPEED 

(KM/H) 

GEOMETRIC PARAMETERS (MM) 

GAU

GE 

GAU

GE AV

ERAG

LONGITUDINAL

 

LEVE

L  

1M – 25M

 

ALIGNMEN

T  

1M – 25M

 

WAR

(3 M

ETER

S) 

IV  80<V≤120  ‐11/+35 ‐8/+27 26 17  15 

V  40<V≤80  ‐11/+35 ‐9/+32 28 22  15 

VI  V≤40  ‐11/+35 n.a./+32 31 25  15 

 

SPAIN : 

Railways must have geometric quality  requirements  to operate  the  circulations  in  conditions of  comfort 

and  safety.  The  quality  of  the  railways  can  be  defined  as  a  set  of  inherent  properties  that  allow 

characterizing the path and value. 

 

The tables below show the parameters measured in the geometric auscultations made in the Spanish high‐

speed tracks. 

Page 105: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 105 

TRACK 

PARAMETERS 

FILTERING 

PARAMETERS TRACK GEOMETRY  DYNAMICS EFECTS 

AXLE BOX 

ACCELERATIONS 

0.03 ‐ 0.10 m.  Short wave corrugation

Rail‐wheel dynamic overloads: Rolling contact fatigue

Vibrations: Lack of comfort 

Noise: Lack of comfort 

0.10 ‐ 0.30 m.  Medium wave corrugation

0.30 ‐ 1.00 m. Long wave corrugation 

Levelling defects in welds and joints 

LONGITUDINAL 

LEVELLING 

1 ‐ 3 m.  Long wave corrugation

3 ‐ 25 m.  Short wave levelling defects 

Rail‐wheel dynamic overloads :

‐ Rolling contact fatigue 

‐ Insecurity 

25 ‐ 70 m.  Medium wave levelling defects  Carbody accelerations medium speed: Lack of 

comfort 70 ‐ 120 m.  Long wave levelling defects

TRANSVERSAL 

LEVELLING 

3 ‐ 25 m.  Short wave transversal level defects 

Rail‐wheel dynamic overloads :

‐ Rolling contact fatigue 

‐ Insecurity 

25 ‐ 70 m. Medium wave transversal level 

defects Carbody accelerations medium speed: 

Lack of comfort 70 ‐ 120 m.  Long wave transversal level defects

WARPING 

base 3 m. Warping defects short distance 

between pivots Bogie derailment 

base 5 m. Warping defects medium distance 

between pivots Short axle wagon derailment 

base 9 m. Warping defects long distance 

between pivots Long axle wagon derailment 

ALIGNMENT 

3 ‐ 25 m.  Short wave alignment defects 

Rail‐wheel dynamic overloads :

‐ Rolling contact fatigue 

‐ Insecurity 

25 ‐ 70 m.  Medium wave alignment defects Carbody accelerations medium speed: Lack of 

comfort 70 ‐ 120 m.  Long wave alignment defects

TRACK GAUGE 3 ‐ 25 m.  Track gauge variation 

Rail‐wheel dynamic overloads:

‐ Rolling contact fatigue 

‐ Insecurity 

70 ‐ ∞ m.  Medium track gauge Ride stability: insecurity

HEAD RAIL 

TRANSVERSE 

SECTION 

 Vertical wear in rail 

Ride stability: insecurity Lateral wear in rail

Total wear

CURVATURE  70 ‐ ∞ m.  Track ground layout

SUPERELEVATION  70 ‐ ∞ m.  Track ground layout Determination maximum circulation speed

TRACK PROFILE  200 ‐ ∞ m.  Track elevation layout Determination of minimum braking distances

Page 106: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 106 

 

The  thresholds depend on  the  speed of  the  trains and  they are more  restricted as higher  is  the  speed. 

When a measure is exceeded, the path is included in the maintenance schedule. 

 

TABLE 32: SHORT WAVE ACTION 

 

CORRECTIVE ACTION FOR PUNCTUAL DEFECTS 

TRESHOLDS (WAVELENGTH 3‐25 M) 

CORRECTIVE ACTION FOR QUALITY TRACK 

TRESHOLDS (WAVELENGTH 3‐25 M) 

SPEED (KM/H) LONGITUDINAL 

LEVEL (MM) 

TRANSVERSAL 

LEVEL (MM) 

ALIGMENT 

(MM) 

WIDE 

VARIATION 

(MM) 

LONGITUDINAL 

LEVEL (MM) 

TRANSVERSAL 

LEVEL (MM) 

ALIGMENT 

(MM) 

WIDE 

VARIATION 

(MM) 

V ≤ 80   +/‐ 16   +/‐ 10   +/‐ 14  +/‐ 9 2,5 2,4  1,8 2

80 < V ≤ 120   +/‐ 12   +/‐ 8   +/‐ 10  +/‐ 8 2,1 1,9  1,5 1,7

120 < V ≤ 160   +/‐ 10   +/‐ 7  +/‐ 8 +/‐ 7 1,8 1,5  1,3 1,5

160 < V ≤ 200   +/‐ 9  +/‐6  +/‐7 +/‐6 1,5 1,2  1,1 1,3

200 < V ≤ 240   +/‐ 8  +/‐ 5   +/‐ 6  +/‐ 5  1,3 1,0  1,0 1,1

240 < V ≤ 280   +/‐ 7  +/‐ 4   +/‐ 5  +/‐ 4  1,1 0,8  0,8 1,0

280 < V ≤ 320   +/‐ 6  +/‐ 3   +/‐ 4  +/‐ 3  1,0 0,7  0,7 0,9

V > 320   +/‐ 5  +/‐ 2   +/‐ 3 +/‐ 2  0,9 0,6  0,6 0,8

 

Other corrective intervention thresholds to evaluate the quality of the tracks are made with different long 

wave, 25‐70, 70‐120. 

 

Other  kind  of  thresholds  can  be  finding  into  dynamic  auscultations,  they  are  a  great  source  to  plan 

maintenance  tasks. Next,  the accepted  ranges of values of  lateral bogie acceleration alb, vertical axle box 

acceleration avc, and vertical and lateral carbody acceleration, alv;avv, and the recommended actions if these 

values are exceeded can be seen in the table below. 

 

ACCELERATION AUSCULTATIONS, AVE S‐100 (M/S2)  ACCELERATION LEVEL AND RECOMENDED 

ACTION alb  avc  alv  avv 

2,5(1)  4  30 50  1(2) 2 1 2 Surveillance level 

4,0  6,0  50,0  70,0  2,0 2,5 2,0 2,5 Checkout and programmed actions

> 6,0  > 70  > 2,5 > 2,5 Checkout and immediate actions

 

Page 107: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 107 

2.4 DIFFERENCES BETWEEN DIFERENTS KINDS OF TRAFFIC, PASSANGERS, FREIGHT 

 

In this chapter we can see and overview of the different kind of traffic that exists along the corridors whit a 

short  description  of  the main  characteristics  of  the  nets  and what  resources  are  used  for maintenance 

measures. 

 

NORWAY : 

Norwegian railway network is formed by 4087 kilometres, 242 kilometres of double track, 2622 kilometres 

electrified, which 64 are of high speed. 

 

The table gives an overview of valid and different superstructure classes and corresponding passengers and 

freight trains Axle Load and speed. 

 

Superstructure class

Nominal axle load (ton)

Max speed (km/h)

Nominal axle load (ton)

Max speed (km/h)

Nominal axle load (ton)

Max speed (km/h)

22,5 3016,5 7022,5 3020,5 7018 80

20,5 130 22,5 8018 160 20,5 90

18 10024 50

22,5 9018 110

20,5 160 25 7020 200 22,5 10018 250 18 11017 300

30 5022,5 70

Ofotbanen 18 130 20,5 130

C+ 18 160 20,5 160

D 18 230

B 18 100 18 100

C 18 160

Wagons in passenger trains Passenger train sets Freight trains/working machines

A 16 90 16 90

 

 

The table is transformed into three schematic maps: 

Wagons in passengers trains 

Passengers train sets 

Freight trains 

 

Visualizing  the  geographical  coverage  of  lines,  the  values  for  axle  Load  and  corresponding  Speed  are 

optimal  values  and  are  limited by  specific  sign post  along  the  lines.  The  colour of  the  lines  in  the map 

reflects the classification colour in table. 

Page 108: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 108 

 

Contact line voltage: The voltage in the contact line is nominal 15 kV ‐20/+15 % (12 kV – 17,25 kV). 

Nominal track gauge: Nominal track gauge is 1435 mm. 

 

SWEDEN : 

Swedish Railnet is confirmed by a total of 12,821 km divided into: 

1152 double track kilometres 

7918 electrified kilometres 

221 km are of narrow gauge 

 

LOAD CAPACITY OF THE TRACK 

Two parameters define the load capacity of a track: maximum permitted axle load (STAX, unit: tonnes) and 

maximum permitted vehicle weight per metre (STVM, unit: tonnes/m). 

 

Every track has a STAX value which indicates the amount of load that each axle is allowed to exert on the 

track. STAX 30 tonnes are only allowed with four‐axle bogie wagons on specially upgraded routes of track. 

 

Every track has an STVM rating which indicates the highest permitted vehicle weight per metre. In Sweden, 

the most common figure is STVM 6.4 tonnes/metre. 

 

On  the  Malmbanan  and  on  the  Boden  central–Luleå  section  the  permitted  vehicle  weight  is 

12.0tonnes/metre. 

 

POWER SUPPLY 

Trains obtain their power supply from an overhead contact wire which delivers a nominal voltage of 15.000 

volts at 16 2/3 Hz. 

 

The resources used for maintenance and their frequencies are: 

 

Page 109: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 109 

 

There are two types of track geometry cars: 

there are three older IMV100s (100 km/h); and 

a newer STRIX (160 km/h). 

 

The  following, with  their  respective annual  frequency according  to  inspection class, are measured by  the 

track geometry cars: 

Geometric position of rail, 1 ‐ 6 times per year 

Rail profile, ≤ 2 times per year 

Long‐ and short‐pitch corrugation, ≤ 1 times per year 

Video recording of track and surroundings, 1 ‐ 2 times per year 

Ballast profile, ¼ ‐ 1 times per year 

Overhead contact wire, ≤ 3 times per year 

 

POLAND : 

The lengths of Polish railway tracks are 23.429 km; the main railway traffic is over 14.800 km in first class 

lines, corresponding  to 90 % of  the  traffic operations. 11.938 km are power supply  lines, 3 Kv, 7.929 km 

over double tracks, and 4.009 over single ones 

 

NO  CATEGORY OF 

RAILWAY LINE 

TECHNICAL‐EXPLOTATIVE PARAMETERS 

LOAD BY TRAIN 

PER YEAR 

(TG/YEAR) 

SPEED OF PASSENGER‐

TRAIN (KM/H) 

SPEED OF GOOD‐

TRAIN (KM/H) 

MAX. LOAD PER 

AXIS (KN) 

1  Main lines (0) T≥25  120<V max≤ 200 80<V max≤ 120  P≤221

2  Primary Lines (1)  10≤T<25 80<V max≤ 120 60<V max≤ 80  210≤P<221

3  Secondary lines (2)  3≤T<10 60<V max≤ 80 50<V max≤ 60  200≤P<210

4  Loal lines (3) T<3  V max≤ 60 V max≤ 50  P<200

 

Page 110: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 110 

Where: 

International gauge UIC (1435mm), 20.171 km 

Wide gauge (600, 750 y 1000mm), 189 km. 

Soviet gauge (1520mm), con 3.069 km. 

 

PORTUGAL : 

Portuguese  railway  network  is  formed  by  2794 

kilometres,  610  kilometers  of  double  track,  and 

2184 kilometres of single track 

 

Where  2602  km  are  of  Broad  gauge  track  (1668 

mm)  and  192  km  are  Narrow  gauge  track  (1000 

mm) 1629 km are power supply  lines, 1604 km‐ 25 

Kv/50 Hz, 25 km – 1500 V. 

 

The faster lines allow speed between 160 km/h and 

220  km/h,  while  the  slowest  allow  speeds  of  50 

km/h.   

 

SPAIN : 

The high speed  lines are mostly built with  the  International gauge, 1435 mm. there are 84 Km  in  Iberian 

gauge 1668‐, doble track,  the voltage  is nominal 25 kV‐ 50 Hz following the European ETI. 

 

The  conventional  net  is  spread  through 

Spain and is the supporter of different kind 

of  transport  services,  passengers,  freight 

and medium distances not covered by  the 

high  speed  ones,  the  conventional  nets 

administrated by ADIF has 11628 km with 

Iberian gauge‐ there are 120 km with three 

rails for two gauges‐, one track, most of the 

70%  of  the  net,  and  54%  of  it  is  power 

supply.   

Page 111: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 111 

 

 

The  conventional  line  is  classificated  in  sub 

networks: 

“Cercanias” Net (A1, A2, B y C) 

Net A1 y A2 (principle corridors ) 

Net B (stretches with low traffic  ) 

Net C (little traffic)  

 

There are another kind of network, the metric gauge 

one, with 1192 km, 28 by power supply and a 7% of 

double track. 

 

The high speed lines allow speed of 300 km/h or higher, the conventional ones, Iberian gauge, reach speeds 

between 160 and 220 km/h, with nominal load exe from 16tn to 22,5 tn. 

 

RESOURCES: 

GEOMETRIC TRACK TEST: 

Lab car (200 km/h): 

Conventional  lines  (A1,  A2  yB):  1  time 

per year 

High Speed Lines: 2 times per year 

Test motor vehicle (120 km/h). 

Conventional  lines  (A1, A2 yB): 2  times 

per year 

High Speed Lines: 3 times per year 

ULTRASONIC TEST:

Track car (80 Km/h) 

Conventional  lines  (A1, A2 yB): 2  times 

per year 

 High Speed Lines: 2 times per year 

VISUAL INSPECTIONS: 

Lab car 200Km/h 

Conventional  lines  (A1, A2 yB): 2  times 

per year 

High Speed Lines: 2 times per year. 

DYNAMIC TEST:

Train Speed: 300 km/h 

Conventional  lines  (A1, A2 yB): 2  times 

per year 

High Speed Lines: 12 times per year 

 

 

Page 112: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 112 

2.5 INFLUENCE OF INFRASTRUCTURE OVER SUPERSTUCTURE 

 

2.5.1 EXTERNAL AGENTS 

 

There are many factors which influence the degradation process. These factors have been identified during 

the study of rails and flow‐lines and are briefly described in this chapter. The concept of the virtual failure 

state is also highlighted in this task. 

 

IDENTIFICATION OF THE FACTORS INFLUENCING RAIL DEGRADATION 

In order to identify the factors influencing the rail degradation process, various sources of information have 

been  examined.  These  included  a  literature  survey,  inputs  from  various  railway‐related  conferences 

attended, and discussions and consultations with rail maintenance experts from Trafikverket and JVTC. The 

identified factors responsible for rail degradation are illustrated using a cause and effect diagram in Figure 

42 and are briefly described below. 

 

 FIGURE 42: CAUSE AND EFFECT DIAGRAM FOR THE FACTORS INFLUENCING RAIL DEGRADATION 

 

Page 113: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 113 

The identified factors are: 

 

Condition of Assets 

Assets  in  a  poor  condition  (for  example  sleepers,  fastenings,  ballast,  etc.)  accelerate  the  rail 

degradation rate. Fishplates having a degraded condition or loose fishbolts will cause the rail joint gap 

to close or fully open, even at minor temperature changes. This may result  in rail buckling or rail end 

degradation. 

 

Age of Rails 

Sometimes rail replacement becomes essential due to degradation in the rail’s material properties over 

a period of time and usage. This is known as ageing in rails and replacement is required, as aged rails 

may degrade the wheel material during rail‐wheel interaction or vice versa. 

 

Axle load 

This  is  a measure  of  the  deterioration  of  track  quality  and  as  such  provides  an  indication  of when 

maintenance and renewal are necessary. A heavy axle load causes static and dynamic stress at the rail‐

wheel contact patch, which may accelerate rail degradation. 

 

Speed 

Vehicle speed can adversely influence the curving performance of the vehicle and, in turn, lead to wear 

and stress in the rail and wheel. The running speed has a certain influence on the dynamic interaction 

between the vehicle and the track, because the point of application of the load moves with the running 

speed. 

 

Tamping 

This  is a process whereby  the ballast under  the  ties  (sleepers)  is  compacted  to provide proper  load 

bearing.  Ties  are  the  portion  of  the  track  structure  generally  placed  perpendicular  to  the  rail  to 

maintain  the  track  gauge,  distribute  the weight  of  the  rails  and  rolling  stock,  and  keep  the  track 

properly aligned. The majority of  ties are made of wood. Other materials used  to manufacture  ties 

include concrete and steel.  

 

Page 114: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 114 

Ballast Cleaning 

Despite an identical track structure, the same year of construction and the same traffic load, the rates 

of deterioration may differ widely  even between  adjacent  sections. One of  the  reasons  is  the non‐

homogeneity of the ballast beds. Infrequent ballast cleaning may result  in undesirable changes  in the 

track position, which may cause more stress generation and more wear. 

 

Traffic Density 

The more frequently trains pass over a rail section, the more rail‐wheel interaction takes place leading 

to more wear and RCF generation. 

 

Traffic Type 

The  type of  traffic passing over  the  rail  (passenger or  freight  traffic) defines  the axle  load and  thus 

influences the rail degradation rate. 

 

Characteristics of the Bogie Type 

In Sweden, railway operators and maintenance contractors have been deregulated, which has led to a 

tendency  for  operators  to  introduce  low‐cost  rolling  stock.  This  may  increase  track  degradation. 

Therefore, the characteristics of the bogie type influence rail degradation. 

 

Grinding Frequency 

Preventive grinding leads to a significant increase in the service life of the rails, delay in the occurrence 

of  rail  corrugation  and  a  decrease  in  traffic  noise  levels.  An  optimal  grinding  frequency  helps  to 

increase the rail life. 

 

Rail‐Wheel  Interaction 

Rail‐wheel  interaction  is  a  very  complex  phenomenon.  Repetitive wheel  loads  on  the  rail  result  in 

rolling contact fatigue  (RCF). Rail wear occurs due to rail‐ wheel  interaction and  is more common on 

curves where maximum rail wheel shearing occurs. 

 

Million Gross Tonnes (MGT) 

All types of track degradation features, such as an increase in geometrical deviations and an increase in 

rail fractures and rail wear, can be expressed as a function of the tonnage, which is often expressed as 

Page 115: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 115 

Million Gross Tonnes  (MGT).  It  is used  to express the  intensity or capacity of rail traffic on a specific 

line. 

 

Track Curvature 

The  optimal  wear  rate  depends  on  the  differences  in  the  traffic  type  and  density,  axle  load,  rail 

metallurgy, and track curvature. (For example, the rail degradation rate on a curve with a curve radius 

of 500 meters will be different from that on a curve with a 1200‐meter curve radius). 

 

Track Elevation 

More  traction  force  is  required  to  overcome  gravitational  force  when  vehicles  travel  in  an  uphill 

direction. Limited  lubrication  is required to avoid slippage on uphill tracks causing more wear on this 

section of track. 

 

Inspection Interval 

More frequent ultrasonic inspection is required to manage/reduce the risk of internal defects. 

 

Superelevation 

This  is  the  difference  in  elevation  between  the  two  edges  of  the  track;  it  allows  vehicles  traveling 

through  the  turn  to  go  at  higher  speeds  than would  normally  be  possible.  Superelevation  helps  to 

prevent overturning of the vehicle. It is provided to overcome the centrifugal force of the vehicle at the 

curves. Degradation on either the high rail or  low rail  lying  in the same curve radius depends on the 

speed of the vehicle. If the vehicle speed is higher than the designated speed limit of the curved track, 

considering the superelevation, more degradation will take place on the high rail.  This is because the 

wheel flange is more in contact with the inner surface of the high rail than the inner surface of the low 

rail due to centrifugal force acting on the vehicle (see Paper II). If the vehicle speed  is  lower than the 

designated speed limit of the curved track, considering the superelevation, more degradation will take 

place on the low rail. 

 

Operational Environment: 

Wear  is  highly  dependent  on  third‐body  properties,  which  are  strongly  influenced  by  lubrication, 

environmental conditions (humidity, rain and snow), and the presence of sand. During winter in North 

America and Russia,  there  is more wheel  shelling damage  than  in  the  summer  time;  this  is evident 

because of an increase in track stiffness and thus the impact of track distortions on forces between the 

Page 116: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 116 

wheel and the rail. Another cause of this phenomenon is the influence of liquid. Water in the form of 

rain or melted snow considerably enhances the crack propagation rate due to the hydrostatic effect of 

liquid trapped in the crack. The worst conditions occur when a dry period (when cracks are initiating) is 

followed by a wet period, when water enhances crack propagation. Dust and a corrosive environment 

accelerate  rail  wear.  A  high  ambient  temperature  (greater  than  25˚C) may  cause  the  longitudinal 

expansion of rails, which may result in track buckling. This poses a serious risk of derailment. 

 

Rail‐Wheel Material Type 

The rail‐wheel material plays a very important role in rail degradation. The mechanical properties of a 

pearlitic rail steel structure are governed by the distance between the cementite (Fe3C) layers and the 

grain size. These are controlled by the cooling rate of the steel. The yield point and tensile strength are 

inversely proportional to the distance between the cementite layers and grain size. There are different 

types of heat‐treated, alloyed or plain carbon steel rails being used around the world. Apart from the 

usual manufacturing  process of  the  rails,  the  tensile  strength  and  toughness  are  increased  by  heat 

treatment. Heat  treatment  is usually carried out on  the  rail head,  turnouts and at  the ends of non‐

welded rails to address the issue of maximum stress concentration. 

 

Rail Hardening 

Rail  hardening  aims  to  reduce  wear  and  to  increase  the  resistance  to  RCF  of  rails  in  operation, 

particularly  in  tight and medium curves. A head‐ hardened  rail  is a  rail where only  the  rail head has 

been heat‐treated to provide harder steel for locations of extreme service, such as curves. 

 

Inclusion of Residual Stress 

Residual stresses can be built up in rails during the rail manufacturing process, during the rail welding 

process or as a result of contact stresses generated by the wheels rolling on the rails. The maximum 

longitudinal and tensile residual stress in the rail foot, formed during rail manufacturing, should be less 

than 250 MPa. Residual stress formation can accelerate rail defect initiation and propagation. 

 

Formation of Blowholes 

Blowholes are possible defects formed during rail manufacturing. The presence of blowholes weakens 

the rail section causing further development of other types of defects. Today, new rails have to pass 

through several quality checks, including ultrasonic inspection, before their commissioning. Therefore, 

it is very rare to find blowholes or other manufacturing defects in rails. 

Page 117: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 117 

 

Rail Size 

The weight of  the  rail  in kilograms per meter denotes  the  rail  size. Rails of different  sizes will have 

different degradation rates. 

 

Rail Profile 

Many different rail profiles are  in use. Different rail  infrastructure owners use different standards for 

rail profiles. Different rail profiles are designed according to their operational requirements. 

 

Track Construction 

A  track  is  constructed  according  to  the  requirements  of  the  axle  load,  speed,  and  required  service 

lifetime, amount of maintenance to be done, operating conditions and availability of basic material. For 

example,  the  condition  of  the  sub‐grade  and  soil  properties  should  be  analysed  during  track 

construction. 

 

Lubrication Frequency 

Applying  lubricant at the wheel/rail  interface significantly reduces the wheel and rail wear, as well as 

dramatically  decreasing  the  locomotive  fuel  consumption.  Lubrication  can  be  optimized  for  rails  to 

effect a reduction in the flange wear so that maintenance resources are minimized and the rail/wheel 

life maximized. 

 

Rail Welding 

Rail welding results in residual stresses that are distributed in a very complex manner with respect to 

their magnitude and direction. In many cases, these stresses are the cause of rail web failure. The use 

of  improved welding  technology and post‐weld heat  treatment considerably decreases  the extent of 

weld‐initiated residual stresses (IHHA, 2001). 

 

Track Accessibility 

Poor track accessibility leads to delayed maintenance, which causes more degradation. 

 

 

Page 118: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 118 

2.5.2 COMPARISON  BETWEEN  TWO  EMBANKMENTS  BUILD  WITH  DIFFERENT  MATERIALS  OVER  DIFFERENT 

FUNDATIONS 

 

Generally,  in embankments of  important height, appear higher firm downs, although  it depends on many 

other factors like: the kind of soil, compactation, construction methods, etc. 

 

Furthermore, another  important problem  for  the high  speed  rails,  regarding  to  the embankments  is  the 

“Critical Train´s speed”: at soft soil with higher train´s speed there is a "ripple" of the embankment terrain, 

a phenomenon that involves the amplification of the vertical movements of soil particles under train. 

 

This research is carried out on an embankment of about 15m high and 200 m of longitude of the high speed 

line  north  ‐  northwest  of  Spain,  its  construction was  completed  in  2005,  the  goal  is  to  see  how  it  has 

behaved  this  embankment  along  the  time  checking  the maintenance  operations,  to  know  if  there  are 

actions which bring manifest the influence of infrastructure on the behaviour of the superstructure. 

 

 

 

Part of this embankment  is built on an area with unsuitable material  it had to be replaced by rocks. That 

will allow us to see how it behaves an embankment build on different nature foundations. 

 

The  material  used  for  its  construction  came  from  the  excavation  of  the  work  with  the  following 

characteristics, in each of the layers the compaction reached were of the 95% of the modified proctor. 

 

% FINES  ATTEMBERG LIMITS  MODIFY PROCTOR C.B.R ORG MATTER  SULFH

8,2  No plastic  2,12 7,6 17,4 0,46  0,02

Page 119: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 119 

 

Once the filling is finished it has been monitored by three sections. 

 

The measures were  progressive  from May  2004  to May  2005 while  the  embankment was  built  until  it 

stabilized after completion, with the following results. 

 

 FIGURE 43: SECTION 1. PK 302+920

 

 FIGURE 44: SECTION 2. PK 302+940

 

Page 120: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 120 

 

 FIGURE 45: SECTION 3. PK 302+980 

 

The embankment took a year to stabilize with values lower or very close to the level of accuracy of reading 

equipment. 

 

The next spet was the the assembly of the new track and their placing in service. According to the historical 

file of maintenance interventions made over these embankment we can see that up to 2008 there are no 

movements  or  operations  registered,  from  these  year  to  actually  there  are,  at  least,  one  tamping  or 

alignment operation per year, more common over  left hand, where  the  rock  fill was made  replacing  the 

inappropriate material, so the behavior was better over the side where the foundation was no replaced. 

 

Regarding to these we can analyze the below figures, where we can see the firm down of high speed  line 

embankments over 15 m high, over the time and particularly the behavior of one filling. 

 

 

 

The firm downs reached in the embankment was about 300mm in ten years. 

 

Page 121: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 121 

To  sum up,  these  simple  research demonstrate  that  the  subgrade have a  lot of  influence over  the  track 

condition,  i.e.  loss  of  vertical  alignment,  so  a  deep  development  of  the  fullest  understanding  of  these 

influence  is mandatory  to optimize  the degradation of  rail  tracks, developing  a model  that will  link  the 

effects of the sub‐base, ballast and track system, to vehicle ride quality and dynamic  loading or designing 

new construction techniques to ensure the stability of the filling. 

 

 

Page 122: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 122 

3. REFERENCES 

 

NRV: 7‐5‐0.1. Conservación de la vía , criterios básicos sobre el mantenimiento de la vía. 

PKP POLKIE LINIE KOLEJOWE S.A. Id‐1(D‐1)‐ WARUNKI TECHNICZNE, utrzymania nawierzchni na liniach 

kolejowych. 

Pliego de Prescripciones Técnicas ADIF. 

Revista obras Publicas/Junio 2004 nº3445 

Proyecto de construcción de plataforma Línea de alta velocidad Vitoria – Bilbao‐San Sebastián, Tramo: 

Durango Amorebieta/Etxano 

Proyecto: Variante de Alpera. 

Proyecto de construcción de plataforma línea de alta velocidad  Madrid‐ Galicia Tramo ponte Ambia – 

Taboadela. 

Experiencia en  la Construcción de Túneles de Alta Velocidad, Tesina Final de Carrera‐ Daniel Zuferri 

Arqué Nov 2010. 

N.R.V. 3‐1‐0.0. Traviesas y cachas de madera. 

N.R.V. 3‐1‐1.0. Traviesas de hormigón armado. 

http://www.arcelormittal.com/rails+specialsections/es/tipos.html, Tipos de carril. 

Curso de Mantenimiento Ferroviario‐ Vias y Construcciones S.A. 

N.R.V. 3‐6‐0.0. Descripción general‐ La vía y su material‐ Desvíos 

N.R.V. 3‐6‐0.1.Caracteristicas de los tipos y desvíos ‐ ‐ La vía y su material‐ Desvíos 

N.R.V. 3‐4‐0.0. La vía y su material ‐ Balasto y Subbase – Balasto – Características determinativas de la 

calidad. 

N.R.V. 7‐3‐0.0. Trabajos en la vía‐ Calificación de la vía – Geometría de la vía. 

ETI 2005‐ Calidad Geométrica de la vía en una línea de alta velocidad. 

Archivo de Calidad Vias y Construcciones S.A. 

Archivo Base de Mantenimiento de Olmedo – Alta Velocidad. 

Trafikverket:Spårväxel, Standardsortiment BVS 1523.002 

Trafikverket:Spårväxel, Sortiment förvaltning och avveckling BVS 1523.003 

Trafikverket: Spårväxel, Definitioner och förkortningar BVS 1523.005 

Trafikverket:Spårväxel , Standardutförande anläggningsdel, komponent BVS 1523.015 

Trafikverket,Materialservice Slipers 

Banverket:Tekniska bestämmelser för sliprar av betong BVS 522.30 

Trafikverket:Banöverbyggnad – Spårgeometri BVS 1586.41 

Page 123: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 123 

Trafikverket:Spårkomponenter, DEF‐sliprar, Besiktning BVS 1522.37 

Trafikverket:Förvaltningsdata järnväg, Banunderbyggnad, banöverbyggnad BVH 1584.303 

Trafikverket: Tillståndsbeskrivning av banöverbyggnaden BVH 824.10 

Trafikverket: Underhållsbesiktning av banöverbyggnad BVH 807.30 

Abetong Concrete Sleepers – The Long Line Method Success 

Trafikverket: Typsektioner för banan med hänvisningar till BVH 581.16 BVH 585.31 

Trafikverket: Batmanhandbok 

Trafikverket:Broprojektering BVH 583.20 

Trafikverket: Trummor och ledningar Geoteknik BVS 585.18 

Trafikverket: Bärighetsberäkning av järnvägsbroar Utgåva 5 BVS 583.11 

Trafikverket:TRVAMA Anläggning 10 Rev 2 Trafikverkets ändringar och  tillägg  till AMA Anläggning 10 

TRV 2012:219 

JehAMA Heidelberg Cement Group 

Trafikverket: Handledning  ‐ Att använda Ofelia för Analytiker2011‐01‐19 

Trafikverket: Bakgrund‐Vad är Optram2012‐10‐18 

Transportstyrelsen: Swedish national rules for open points in the HS TSI INF2008‐398, 2008‐07‐17 

Banverket: Ballastprofil i spår med sth högre än 160 km/h BVF 540.15 

Banverket: Registrering av uppgifter i SAFEBRO Handbok BVH 583.30 

Trafikverket: Typsektioner för banan BVS 1585.005 

Banverket: Tillståndsbeskrivning av banöverbyggnaden BVH 824.10 

http://jarnvagsinfo.se/banteknik/teorin/ 

Trafikverket: FÖRSTUDIE Malmbanan bangårdsförlängning Lakaträsk, Koskivaara, Ripats och Lappberg 

TRV2010/33470 

Banverket: Malmbanan Abisko bangårdsförlängning Förstudie F07‐530/SA20 BRNT 2007:08 

http://jarnvagsinfo.se/banteknik/banoverbyggnad/ 

Research towards Perfected Rail Maintenance at Malmbanan,  W. Schoech1, A. Frick2, P. Gustafsson2 

1Speno International SA, Geneva, Switzerland; 2Trafikverket, Borlänge, Sweden 

Railway Sleeper Modelling with Deterministic and Non‐deterministic Support ConditionsMaster Degree 

Project  Shan Li  Division of Highway and Railway Engineering  Department of Transport Science  School 

of Architecture and the Built Environment  Royal Institute of Technology  SE‐100 44 Stockholm  TSC‐MT 

12‐001  Stockholm 

Alternativa system  för  tågstyrning på Malmbanan2006:01,   Kristina Nilsson Luleå tekniska universitet 

JvtC ‐ Järnvägstekniskt Centrum Avdelningen för industriell logistik 

Page 124: knowledge available on maintenance operations and surveying

  

KNOWLEDGE AVAILABLE ON MAINTENANCE OPERATIONS AND SURVEYING SYSTEMS‐ HIGH SPEED & CONVENTIONAL LINES  Page 124 

Översiktsbild/Karta Hela Sverige samt Driftledningsområde Boden Trafikverket 2012‐02‐13 

Banverket: Banverkets Anläggningsstruktur BVS 811 

Proyecto CENIT: ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO A MEDIO  Y  LARGO PLAZO DE  LAS  ESTRUCTURAS 

FERROVIARIAS  DE  BALASTO  Y  PLACA.  SP  5  –  5.2.  Evolución  de  los  costes  de  conservación  de  los 

diferentes sistemas de vía. Junio 2008. 

Proyecto CENIT: ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO A MEDIO  Y  LARGO PLAZO DE  LAS  ESTRUCTURAS 

FERROVIARIAS DE BALASTO Y PLACA.SP 5 – 5.1. Análisis de  los costes de  inversión asociados a cada 

sistema de vía. Mayo 2008. 

El  transporte  ferroviario  de  alta  velocidad. Una  visión  económica.  Fundación  BBVA.  Javier  Campos 

Méndez. Ginés de Rus Mendoza. Ignacio Barrón de Angoiti. 

High‐speed line costs internalized in the infrastructure manager’s accounts. Francisco Javier Fernández 

Arévalo1, Jesús Vázquez Atienza. 

Track compendium. Eurail press.Dr. Bernhard Lichtberger. 

“Jernbaneverket technical rules” from https://trv.jbv.no/wiki/Hovedside