Georácsos vasúti felépítménystabilizáció hatékonysága

Átírás

1 Georácsos vasúti felépítménystabilizáció hatékonysága Fischer Szabolcs PhD hallgató, egyetemi tanársegéd 1

2 1. Bevezetés Magyarországon nagyvasúti alkalmazásban szinte csak hagyományos (hevederes és hézagnélküli) zúzottköves felépítmények vannak A vasúti pálya romlása Magas fenntartási és karbantartási költségek (sűrű FKG szabályozási munkák, rostálás, stb.) Minimális fenntartásra fordítható pénzösszeg lassújelek okozta vontatási többletenergia Az ésszerű megoldás: LASSÚJELMENTES VÁGÁNYOK Új merevlemezes felépítmény építése Pályafenntartási-karbantartási munkákkal Precíz pályafenntartás, -karbantartás A hagyományos zúzottköves vágányok felépítmény-stabilizációja 2

3 1. Bevezetés Ősz Tavasz Ősz Tavasz Ősz Tavasz Ősz Tavasz FKG z FKG z FKG z C n. év n+1. év n+2. év n+3. év Idő 3

4 2. Felépítmény-stabilizáció ágyazat alatti georácsokkal Összefogja a zúzottkő ágyazati szemcséket a georács síkjában Vibráció és dinamikus terhelés (ágyazatváll lefolyása, irány- és fekszinthibák) Alakkal záró (interlocking) hatás (csak bizonyos h magasságig) Forrás: Konietzky et. al. (2004) 4

5 2. Felépítmény-stabilizáció ágyazat alatti georácsokkal Irodalomkutatás (hazai, külföldi) Laboratóriumi mérések Számítógépes modellezés (FEM, DEM) Terepi mérések Laboratóriumi mérések (többszintes nyíróláda) Terepi mérések (Lébény-Mosonszentmiklós és Kimle állomásköz) Számítógépes modellezés (DEM) 5

6 2.1. Irodalomkutatás Forrás: Brown et. al. (2007) Forrás: Brown et. al. (2006) Forrás: Konietzky et. al. (2004) Forrás: Indraratna et. al. (2007) 6

7 2.2. Laboratóriumi mérések 1. zóna: Nincsen alakkal zárás. A szemcsés halmaz eredeti tulajdonságai érvényesek. 2. zóna: Átmeneti zóna. Az alakkal záró hatás nemlineáris lefutású az alsó maximum és a felső minimum érték között. Szemcseelmozdulás van. 3. zóna: Átmeneti zóna. Az alakkal záró hatás maximális hatásfokú. Szemcseelmozdulás nincsen. Forrás: Rakowski, Kawalec (2009) 7

8 2.2. Laboratóriumi mérések Újszerű mérési elvű többszintes nyíróláda elvi rajza 10 db 10 cm-es keretelemmel 8

9 2.2. Laboratóriumi mérések 9

10 2.2. Laboratóriumi mérések Állandó értékek: Zúzottkő vastagsága: 40 cm Homok vastagsága: 10 cm Nyírási síkok száma: 4 db Alépítményt modellező rugalmas anyag Tömörítési munka (azonos rétegben, járatban, stb.) Változók: Alépítmény rugalmassági modulusa (pl.: E 2 ~9, 15, 25 MPa) 2 féle zúzottkőanyag (új és használt) 4 különböző függőleges terhelési érték (terhelés nélküli, 50, 150, 300 kpa) Georács típusa (különböző gyártási eljárással készült, különböző csomópontmerevségű, ) 10

11 2.2. Laboratóriumi mérések A mérendő adatok: Az alépítmény E 2 modulusa (tárcsás teherbírásméréssel) Egy méréssorozatban egyszer A zúzottkő anyagok szemeloszlása, szemcsék szemalakja Egy típusú anyagnál egyszer Keretelemek súrlódása Esetleg ellenőrzésként kell ismételni Függőleges terhelés Vízszintes terhelés (tolóerő-tartóerő) A nyíróláda aljának elmozdulása A szükséges mérések száma: Az alépítmény rugalmassági modulusa: i 1 =3 Georácstípusok száma: i 2 =3 Zúzottkőanyagok típusának száma: i 3 =2 Függőleges terhelési értékek száma: i 4 =4 Nyírási síkok: i 5 = =288! a mérések számának csökkentése és a mérések validálása (PFC3D) 11

12 2.2. Laboratóriumi mérések (Tensar SSLA 30 G) Nyírási sík Georács síkjától való távolság (cm) Tömörítetlen rács nélküli Tömörített rács nélküli Tömörítetlen georácsos esetben a nyomóerő (kn) Tömörített georácsos I. 0 7,4 8, ,5 II. 10 7, III. 20 4,6 8,1 4,4 10 IV. 30 1,8 2,9 2,1 4,5 12

13 2.3. Terepi mérések Próbaszakaszok kialakítása georácsok beépítésével Kontrollszakaszok beiktatása Elkészült beépítés vázlatos elrendezése: TENSAR 1. georács VIACON georács TENSAR 2. georács NAUE 1. georács NAUE 2. georács LÉBÉNY KIMLE Szelvényezés = vízzsák 13

14 2.3. Terepi mérések 14

15 2.3. Terepi mérések 15

16 2.3. Terepi mérések A referenciapontokhoz képest 3 aljanként a sínkoronák magassági értelemben felvett értékeinek regisztrálása 0,1 mm pontossággal Mérések ismétlése meghatározott időközönként (1 nap, 1 hét, hónap elteltével) A georács beépítési hatásának vizsgálata a süllyedések, a fekszinthibák, a keresztsüppedések és a síktorzuláshibák kialakulására 16

17 2.3. Terepi mérések 17

18 2.3. Terepi mérések 18

19 2.3. Terepi mérések A síktorzulás átlagának alakulása, 3,6 m-es bázis 19

20 2.3. Terepi mérések A síktorzulás szórásának alakulása, 3,6 m-es bázis 20

21 3. Felhasznált irodalom Aursudkij, B., McDowell, G. R., Collop, A. C., (2009): Cyclic loading of railway ballast under triaxial conditions and in a railway test facility, Granular Matter, Vol. 11, 2009, pp Bathurst, R. J., Raymond, G. P. (1987): Geogrid reinforcement of ballasted track, Transportation Research Record No. 1153, 1987, pp Bhandari, A., Han, J. (2010): Investigation of geotextile-soil interaction under a cyclic vertical load using the discrete element method, Geotextiles and geomembranes, Vol. 28, 2010, pp Brown, S. F., Thom, N. H., Kwan, J. (2006): Optimising the geogrid reinforcement of rail track ballast, conference issue, Railfound Conference, Birmingham, 2006, pp Brown, S. F., Kwan, J., Thom, N. H. (2007): Identifying the key parameters that influence geogrid reinforcement of railway ballast, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 25, 2007, pp Cindric, M., Minazek, K., Dimter, S. (2006): Influence of reinforcing geogrids on soil properties, Tehnicki Vjesnik, Vol. 3-4, 2006, pp Ferellec, J.-F., McDowell, G. (2010): A method to model realistic particle shape and inertia in DEM, Granular Matter, Vol. 12, 2010, pp Hungarian Railways (1999) Modern railway modern railway technique. Railway construction and maintenance, Vol. 2. Budapest: MAV Rt., 1999, pp Indraratna, B., Shahin, M., Rujikiatkamjorn, C., Christie, D. (2006): Stabilisation of ballasted rail tracks and underlying soft formation soils with geosynthetic grids and drains, ASCE Special Geotechnical Publication No. 152, Proceedings of Geo-Shanghai 2006, 2-4 June, 2006, Shang-hai, China, pp Indraratna, B. Shahin, M. A., Salim, W. (2007): Stabilisation of granular media and formation soil using geosynthetics with special reference to railway engineering, Journal of Ground Improvement, Vol. 11, No. 1, 2007, pp Indraratna, B., Ngo, N. T., Rujikiatkamjorn, C. (2011): Behaviour of geogrid-reinforced ballast under various levels of fouling, Geotextiles and geomembranes, Vol. 29, 2011, pp Khedar, M. S., Mandal, J. N. (2009): Pullout behavior of cellular reinforcements, Geotextiles and geomembranes, Vol. 27, 2009, pp Konietzky, H., te Kamp, L., Groeger, T., Jenner, C. (2004): Use of DEM to model the interlocking effect of geogrids under static and cyclic loading, Numerical Modeling in Micromechanics Via Particle Methods 2004 (Proceedings of the 2nd International PFC Symposium, October 2004, Kyoto, Japan), Y. Shimizu et al., Eds. Leiden: Balkema, 2004, pp Kwon, J., Penman, J. (2009): The use of biaxial geogrids for enhancing the performance of sub-ballast and ballast layers pervious experience and research. In Tutuluer & Al-Qadi (eds.), Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, Taylor & Francis Group, 2009, London, United Kingdom Lim, W. L., McDowell, G. R. (2005): Discrete element modeling of railway ballast, Granular Matter, Vol. 7, 2005, pp Lobo-Guerrero, S., Vallejo, L. E. (2006): Discrete element method analysis of railtrack ballast degradation during cyclic loading, Granular Matter, Vol. 8, 2006, pp Lu, M., McDowell, G. R. (2007): The importance of modeling ballast particle shape in the discrete element method, Granular Matter, Vol. 9, 2007, pp

22 3. Felhasznált irodalom McDowell, G. R., Konietzky, H., Jenner, C., Harireche, O., Brown, S. F., Thom, N. H. (2006): Discrete element modelling of geogrid-reinforced aggregates, Geotechnical engineering, Vol. 159, No. 1, 2006, pp Matharu, M. (1994): Geogrids cut ballast settlement rate on soft substructures, Railway Gazette International, March 1994 Mittal, S., Sharma, A. K., Lokesh, B. V., Dwivedi, A. (2009): Study of behavior of ballast using gesynthetics, Geosynthetics in Civil and Environmental Engineering, Vol. 9, 2009, pp Moraci, N., Cardile, G. (2009): Influence of cyclic tensile loading on pullout resistance of geogrids embedded in a compacted granular soil, Geotextiles and geomembranes, Vol. 27, 2009, pp Nejad, F. M., Small, J. C. (2005): Pullout behaviour of geogrids, Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B, Engineering, Vol. 29, No. B3, 2005, pp Perkins S. W., Edens M. Q. (2003): Finite element modeling of a geosynthetic pullout test, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 21, 2003, pp Raymond, G. R. (1999): Railway rehabilitation geotextiles, Geotextiles and geomembranes, Vol. 17, 1999, pp Raymond, G. P. (2002): Reinforced ballast bahaviour subjected to repeated load, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 20, 2002, pp Raymond G., Ismail, I. (2003): The effect of geogrid reinforcement on unbound aggregates, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 21, 2003, pp Ruiken, A., Ziegler, M., Ehrenberg, H., Hoehny, S. (2010): Determination of the soil confining effect of geogrids, From Research to Design in European Practice, June 2-4, 2010, Bratislava, Slovak Republic Shin, E. C., Kim, D. H., Das, B. M. (2002): Geogrid-reinforced railroad bed settlement due to cyclic load, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 20, 2002, pp Shuwang, Y., Shouzhong, F., Barr, B. (1998): Finite-element modelling of soil-geogrid interaction dealing with the pullout behaviour of geogrids, Acta Mecahnica Sinica (Englih Series), Vol. 14, No. 4, Nov. 1998, pp Thom, N. H. (2009): Rail trafficing testing, conference representation, Jubilee Symposium on Polymer Geogrid Reinforcement, September 8, 2009, London, United Kingdom 22

23 Köszönöm a megtisztelő figyelmüket! fischersz@sze.hu 23