1

Dr. Jerry G. Rose, PEProfessor of Civil Engineering

2

3

4

5

6a

Periodic Replacement of Track ComponentsPeriodic Replacement of Track Components

6b

7

8

9

10a

10b

10c

10d

PlatesStrain gauge

Pressure Cell 

Junction Box

Battery

Zero Deflection Reference Rod

LVDT

LVDTPin

Cell Placement on Asphalt

Cell Location at Richmond

2 1

4 3

0

5

10

15

20

25

30

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Initial 2 Cars2 6‐Axle Locomotives

0

5

10

15

20

25

30

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

2 6‐Axle Locomotives Initial 2 Cars

0

5

10

15

20

25

30

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

2 6‐Axle Locomotives Initial 2 Cars

0

5

10

15

20

25

30

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

2 6‐Axle Locomotives Initial 2 Cars

Loaded Coal Train at Richmond

P‐Cell 822 C/L Track and Tie

P‐Cell 820 Beneath Rail and Tie

P‐Cell 821 C/L Track in Crib

P‐Cell 819 Beneath Rail in Crib

Time (s) Time (s)

Time (s) Time (s)

Pressure (p

si)

Pressure (p

si)

Pressure (p

si)

Pressure 

(psi)

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6 7 8 9 10

0

5

10

15

20

25

30

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Initial 2 Cars

Initial 2 CarsInitial 2 Cars

Initial 2 Cars1 6‐Axle Loco

1 4‐Axle Loco

1 6‐Axle Loco

1 4‐Axle Loco

1 6‐Axle Loco

1 4‐Axle Loco

1 6‐Axle Loco

1 4‐Axle Loco

Loaded Auto Train at Richmond

P‐Cell 822 C/L Track and Tie

P‐Cell 820 Beneath Rail and Tie

P‐Cell 821 C/L Track in Crib

P‐Cell 819 Beneath Rail in Crib

Time (s) Time (s)

Time (s) Time (s)

Pressure (p

si)

Pressure (p

si)

Pressure (p

si)

Pressure 

(psi)

2 6‐Axle Locos Initial 6 Cars

2 6‐Axle Locos Initial 6 Cars

2 6‐Axle Locos Initial 6 Cars

05

1015202530

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Time (s)

Stre

ss (p

si) 8 in. HMA surface

Subgrade surface

Reduction of Dynamic Stresses

ThicknessBallast/HMA

in.

Vertical CompressiveStress on Ballast

KPV/ITD, psi

Vertical CompressiveStress on HMAKPV/ITD, psi

Vertical CompressiveStress on Subgrade

KPV/ITD, psi

10.0 / 5.0 47.9 / – 21.0 / 16.0 13.6 / –

10.0 / 8.0 48.7 / – 22.0 / 15.0 11.7 / –

ThicknessBallast/HMA

in.

Vertical CompressiveStress on Ballast

KPV/ITD, psi

Vertical CompressiveStress on HMAKPV/ITD, psi

Vertical CompressiveStress on Subgrade

KPV/ITD, psi

12.0 / 4.0 43.5 / – 11.7 / 14.9 8.3 / 8.0

8.0 / 8.0 47.0 / – 21.9 / 14.9 8.2 / 7.7

•Peak Dynamic Pressures (286,000 lb cars)≈ 20 psi max on top of HMA mat≈ 10 psi max under HMA mat

•Dynamic Track Deflections (286,000 lb cars)≈ 0.25 inch wood tie track≈ 0.05 inch concrete tie track

•Dynamic Track Modulus (286,000 lb cars)≈ 2,900 lb/in/in wood tie track≈ 7,200 lb/in/in concrete tie track

•In‐Track Pressure Measurements Consistent

•CSX Heavy Haul / TTCI High Tonnage Loop

•Moisture Contents of Subgrade / Subballast‐Consistent with time‐Remain near optimum

•Waterproofing and Confinement•HMA Mat – minimum variation in

temperatures

•Modulus – remains near uniform

•Fatigue Life ‐ ?

•Direct Pressure Measurements in Track Structure Compare Favorably with Predicted Pressures form KENTRACK

Bennett McElroy

Daniel Durrett 

William Long

Bei Su

Lindsay Walker 

Frank Tuehues

Karthik Konduri

CSX Transportaion&

TTCI (Pueblo)