Под влиянием вертикальных и горизонтальных сил рельсовый путь испытывает сложные пространственные деформации и напряжения. Действующие на рельсы силы стремятся изогнуть их в вертикальной и горизонтальной плоскостях, сдвинуть рельсы относительно шпал, опрокинуть, скрутить вдоль продольной оси, смять и расплющить.
Упругие деформации после снятия нагрузки (после прохода поезда) исчезают. Другая часть деформаций — остаточные деформации — после снятия нагрузки полностью не исчезают, а, наоборот, постепенно накапливаются. Увеличивается также износ рельсов по их длине.
Главным фактором, в наибольшей степени определяющим степень нарастания остаточных деформаций, является грузонапряженность. Вместе с рельсами напряженно работают промежуточные и стыковые скрепления, шпалы, балластный слой, стрелочные переводы и земляное полотно.
Остаточные деформации балласта неодинаковы под разными шпалами. Это приводит к образованию неровностей пути: перекосов, просадок, потайных толчков, выплесков под шпалами. Можно считать, что остаточные деформации балластного слоя являются главной причиной всех видов расстройств пути.
При совместном действии внецентренно приложенных вертикальных и горизонтальных сил в зоне перехода головки в шейку рельса возникают местные напряжения концентрации (в рельсах Р65 до 200—400 МПа), в кромке подошвы рельса — напряжения изгиба и кручения (100— 200 МПа). На маленькой площадке контакта (рис. 5.12) колеса и рельса площадью около 1,5 см2 возникают контактные напряжения до 1500—2300 МПа, которые могут превосходить предел текучести рельсовой стали и быть причиной появления и развития дефектов головки рельса. Однако разрушения металла рельса в этой зоне не происходит, поскольку контактная площадка «зажата» со всех сторон металлом головки рельса.
Давление подкладки на деревянную шпалу составляет 1—2 МПа, а шпалы на балласт — 0,2—0,5 МПа (см. рис. 5.5). На основной площадке земляного полотна интенсивность давления снижается до 0,05—0,08 МПа.
