Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar

Átírás

1 M Ű E G Y E T E M Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL STABILIZÁLT ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATÚ VASÚTI FELÉPÍTMÉNY STATIKUS ÉS DINAMIKUS TERHEKRE TÖRTÉNŐ VISELKEDÉSÉNEK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE Ph.D. értekezés Szabó József okleveles építőmérnök Tudományos vezető: Dr. Kazinczy László Ph.D. egyetemi docens Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Út és Vasútépítési Tanszék Budapest, 2011.

2 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése ÖSSZEFOGLALÓ Az ágyazatragasztási technológiával stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti felépítmény statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése A Ph.D. értekezésem témája az ágyazatragasztási technológiával stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti felépítmény statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése. Mivel az ágyazatragasztási technológia egy viszonylag új eljárás, ezért kevés a témával kapcsolatos szakirodalom, valamint nagyon alacsony a korábban elvégzett külföldi és hazai vizsgálatok száma, így az ágyazatragasztási technológiával kapcsolatban sajnos hiányzik a tudományos megalapozottságú vasútszakmai háttér. A felsoroltak tükrében a Ph.D. értekezésem célja, hogy különböző vizsgálatok és elemzések elvégzésével tudományosan megalapozott módon meghatározzam azokat az új vagy újszerű tudományos összefüggéseket, tulajdonságokat és műszaki paramétereket, amelyeket korábban még nem határoztak meg, de mindenképpen szükségesek az ágyazatragasztási technológiával stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti vágányok tervezéséhez, építéséhez és fenntartásához. A célt laboratóriumi vizsgálatok, vasúti pályamérések és elméleti számítások elvégzésével, valamint ezek eredményeinek elemzésével teljesítem, így tudományosan alátámasztott módon meghatározom az alábbiakat: - Az ágyazatragasztási technológia alkalmazása során, az egy ragasztási réteg kialakításához szükséges anyagmennyiség alsó és felső korlátai. - Az ágyazatragasztási technológia alkalmazásának a vasúti zúzottkő ágyazat funkcionalitására (vízáteresztő képesség, rugalmasság és merevség) gyakorolt hatásai. - Az ágyazatragasztási technológia alkalmazásának a vasúti felépítmény függőleges terhelés következtében ébredő igénybevételeire gyakorolt hatásai. - Az ágyazatragasztási technológia alkalmazásával mekkora oldalirányú ágyazati ellenállás érhető el, és ezen oldalirányú ágyazati ellenállás mellett mekkora az a legkisebb kritikus körívsugár, amely értéknél még hézagnélküli vágány létesíthető. - Az oldalirányú ágyazati ellenállás tekintetében az ágyazatragasztási technológia alkalmazása, a biztonsági sapkák felszerelése, illetve az Y-acélaljak beépítése milyen hatékonysággal és teljesítő képességgel rendelkezik. - Az ágyazatragasztási technológiával stabilizált, valamint a biztonsági sapkákkal szerelt zúzottkő ágyazatú hézagnélküli vágányoknak milyen az iránytartása és a vágánygeometriai állapotváltozása. Összefoglaló I

3 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése SUMMARY Assessment and analysis of the behaviour of the railway superstructure in crushed stone ballast bed stabilized by ballast bonding technology under static and dynamic loads The subject of my Ph.D. dissertation is the assessment and analysis of the behaviour of the railway superstructure in ballast bed stabilized by ballast bonding technology under static and dynamic loads. Since the ballast bonding technology is a relatively new method the number of related literature and the number of previous foreign and Hungarian analysis are very low. Consequently there is lack of science-based professional background with regard to ballast bonding technology. Taking into consideration the above the aim of my Ph.D. dissertation is that based on assessments and analysis to determine new scientific relationships, properties and technical parameters, which have not been determined previously but are essential in the planning, building and maintenance of the railway tracks with crushed stone ballast bed stabilized by ballast bonding technology. I achieve the aim through laboratorial tests, track measurements, theoretical calculations and the analysis of these results, therefore I determine the following: - During the application of ballast bonding technology the low and high quantity limits of materials required for one bonding layer. - Influence of the application of ballast bonding technology to the functionality of the railway ballast bed (water permeability, elasticity and rigidity). - Influence of the application of ballast bonding technology to the stress values of the railway superstructure caused by vertical loads. - How big lateral ballast resistance can be achieved through ballast bonding technology and with this lateral ballast resistance which is the smallest critical curve radius where continuously welded rail tracks can be built. - With regard to the lateral ballast resistance what is the effectiveness and performance of the application of the ballast bonding technology, the safety caps and the Y steel sleepers. - What are the alignment keeping and the changes of geometric conditions of the continuously welded rail tracks with crushed stone ballast bed stabilized by ballast bonding technology and fixed with safety caps. Summary II

4 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése NYILATKOZAT Alulírott Szabó József kijelentem, hogy ezt a Ph.D. értekezést magam készítettem, és ebben csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, amelyet szó szerint, vagy azonos tartalomban, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Budapest, május 01. Szabó József A Ph.D. értekezés bírálatai, valamint a védésről készült jegyzőkönyv a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar Dékáni Hivatalban elérhető. Nyilatkozat III

5 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése TARTALOMJEGYZÉK ÖSSZEFOGLALÓ...I SUMMARY... II NYILATKOZAT...III TARTALOMJEGYZÉK...IV 1. BEVEZETÉS AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA BEMUTATÁSA AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA ELVI HÁTTERE AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA ALKALMAZÁSI FELTÉTELEI AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI Kéregragasztás Szerkezeti ragasztás AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA MEGJELENÉSE KÜLFÖLDÖN ÉS MAGYARORSZÁGON AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL KAPCSOLATBAN KORÁBBAN ELVÉGZETT FŐBB KÜLFÖLDI ÉS MAGYARORSZÁGI VIZSGÁLATOK, ÉS AZOK ELEMZÉSE A WROCLAWI MŰSZAKI EGYETEM ÉPÍTŐMÉRNÖKI INTÉZETÉNEK VIZSGÁLATA A MÁV KÖZPONTI FELÉPÍTMÉNYVIZSGÁLÓ KFT. VIZSGÁLATA A MÜNCHENI MŰSZAKI EGYETEM KÖZLEKEDÉSÉPÍTÉSI VIZSGÁLATI IRODÁJÁNAK VIZSGÁLATAI A BRIT VASUTAK KUTATÓINTÉZETÉNEK PÁLYAFEJLESZTÉSI OSZTÁLYA ÁLTAL VÉGZETT VIZSGÁLAT AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL KAPCSOLATBAN KORÁBBAN ELVÉGZETT KÜLFÖLDI ÉS MAGYARORSZÁGI VIZSGÁLATOK KRITIKAI ELEMZÉSE ÉS ÉRTÉKELÉSE A SZERKEZETI RAGASZTÁS SORÁN, AZ EGY RAGASZTÁSI RÉTEG KIALAKÍTÁSÁHOZ SZÜKSÉGES ANYAGMENNYISÉG MEGHATÁROZÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A VIZSGÁLAT ÉS AZ ELEMZÉS INDOKOLTSÁGA, CÉLJA ÉS JELENTŐSÉGE A VIZSGÁLAT VÉGREHAJTÁSA A VIZSGÁLAT EREDMÉNYEI AZ EREDMÉNYEK ELEMZÉSE, KÖVETKEZTETÉSEK ÉS MEGÁLLAPÍTÁSOK AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁNAK, A VASÚTI ZÚZOTTKŐ ÁGYAZAT FUNKCIONALITÁSÁRA GYAKOROLT HATÁSAINAK VIZSGÁLATAI ÉS ELEMZÉSEI A VIZSGÁLATOK ÉS AZ ELEMZÉSEK INDOKOLTSÁGA AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁNAK, A VASÚTI ZÚZOTTKŐ ÁGYAZAT VÍZÁTERESZTŐ KÉPESSÉGÉRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A vizsgálat és az elemzés célja és jelentősége A vizsgálat végrehajtása A vizsgálat eredményei Az eredmények elemzése, következtetések és megállapítások AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁNAK, A VASÚTI ZÚZOTTKŐ ÁGYAZAT RUGALMASSÁGÁRA (MEREVSÉGÉRE) GYAKOROLT HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A vizsgálat és az elemzés célja és jelentősége A vizsgálat végrehajtása A vizsgálat eredményei Az eredmények elemzése, következtetések és megállapítások AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁNAK, A ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATÚ VASÚTI FELÉPÍTMÉNY FÜGGŐLEGES TERHELÉS KÖVETKEZTÉBEN ÉBREDŐ IGÉNYBEVÉTELEIRE GYAKOROLT HATÁSAINAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE Tartalomjegyzék IV

6 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése 6.1. A VIZSGÁLAT ÉS AZ ELEMZÉS INDOKOLTSÁGA, CÉLJA ÉS JELENTŐSÉGE A VIZSGÁLAT VÉGREHAJTÁSA A VIZSGÁLAT EREDMÉNYEI AZ EREDMÉNYEK ELEMZÉSE, KÖVETKEZTETÉSEK ÉS MEGÁLLAPÍTÁSOK AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL STABILIZÁLT ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATÚ HÉZAGNÉLKÜLI VÁGÁNY KRITIKUS KÖRÍVSUGARA MEGHATÁROZÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A VIZSGÁLAT ÉS AZ ELEMZÉS INDOKOLTSÁGA, CÉLJA ÉS JELENTŐSÉGE LABORATÓRIUMI MÉRÉSEK RAGASZTOTT ÁGYAZATI GERENDA OLDALIRÁNYÚ ELLENÁLLÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSÁVAL KAPCSOLATBAN A laboratóriumi mérések végrehajtása A laboratóriumi mérések eredményei, és az eredmények elemzése VASÚTI PÁLYÁBAN TÖRTÉNŐ MÉRÉSEK RAGASZTOTT ÁGYAZATI GERENDA OLDALIRÁNYÚ ELLENÁLLÁSÁNAK MEGHATÁROZÁSÁVAL KAPCSOLATBAN A vasúti pályában történő mérések végrehajtása A vasúti pályában történő mérések eredményei, és az eredmények elemzése ELMÉLETI SZÁMÍTÁSOK AZ OLDALIRÁNYÚ SZERKEZETI RAGASZTÁSSAL STABILIZÁLT ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATÚ HÉZAGNÉLKÜLI VÁGÁNY LEGKISEBB KRITIKUS KÖRÍVSUGARÁNAK MEGHATÁROZÁSÁVAL KAPCSOLATBAN Az elméleti számítások végrehajtása Az elméleti számítások eredményei, és az eredmények elemzése KÖVETKEZTETÉSEK ÉS MEGÁLLAPÍTÁSOK AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁNAK, A BIZTONSÁGI SAPKÁKNAK, VALAMINT AZ Y-ACÉLALJAKNAK, AZ OLDALIRÁNYÚ ÁGYAZATI ELLENÁLLÁSSAL KAPCSOLATOS TELJESÍTŐ KÉPESSÉGEINEK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A VIZSGÁLAT ÉS AZ ELEMZÉS INDOKOLTSÁGA, CÉLJA ÉS JELENTŐSÉGE A VIZSGÁLAT TÁRGYÁT KÉPEZŐ VÁGÁNYSZAKASZOK MŰSZAKI BEMUTATÁSA Az ágyazatragasztási technológiával (oldalirányú szerkezeti ragasztás) stabilizált vágányszakasz műszaki bemutatása A biztonsági sapkákkal (minden aljon) szerelt vágányszakasz műszaki bemutatása Az Y-acélaljakkal épített vágányszakasz műszaki bemutatása A VIZSGÁLAT VÉGREHAJTÁSA A VIZSGÁLAT EREDMÉNYEI AZ EREDMÉNYEK ELEMZÉSE, KÖVETKEZTETÉSEK ÉS MEGÁLLAPÍTÁSOK Az ágyazatragasztási technológiával stabilizált, valamint a biztonsági sapkákkal szerelt zúzottkő ágyazatú hézagnélküli vágányokon mért eredmények összehasonlítása Az ágyazatragasztási technológiával stabilizált, valamint az Y-acélaljakkal épített zúzottkő ágyazatú hézagnélküli vágányokon mért eredmények összehasonlítása AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL STABILIZÁLT, VALAMINT A BIZTONSÁGI SAPKÁKKAL SZERELT ZÚZOTTKŐ ÁGYAZATÚ HÉZAGNÉLKÜLI VÁGÁNYOK IRÁNYTARTÁSÁNAK ÉS VÁGÁNYGEOMETRIAI ÁLLAPOTVÁLTOZÁSÁNAK VIZSGÁLATA ÉS ELEMZÉSE A VIZSGÁLAT ÉS AZ ELEMZÉS INDOKOLTSÁGA, CÉLJA ÉS JELENTŐSÉGE A VIZSGÁLAT TÁRGYÁT KÉPEZŐ VÁGÁNYSZAKASZOK MŰSZAKI BEMUTATÁSA A VIZSGÁLAT VÉGREHAJTÁSA A VIZSGÁLAT EREDMÉNYEI Lokális hiba SAD minősítő szám Irány AZ EREDMÉNYEK ELEMZÉSE, KÖVETKEZTETÉSEK ÉS MEGÁLLAPÍTÁSOK TÉZISEK JAVASLAT TOVÁBBI KUTATÁSOKRA IRODALOMJEGYZÉK PUBLIKÁCIÓS TEVÉKENYSÉG Tartalomjegyzék V

7 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése 1. BEVEZETÉS A vasúti közlekedés megjelenése óta folyamatosan nőnek az igények a magasabb menetsebesség, a nagyobb közlekedési biztonság, a jobb utazási komfort, valamint a működési költségek optimalizálása iránt. Ezeknek az igényeknek a kielégítése elengedhetetlenül szükséges a kötöttpályás közösségi közlekedés versenyképességének a fenntartásához és növeléséhez. Ez azt jelenti, hogy a vasúti közlekedés versenyképességének, működési hatékonyságának, illetve szolgáltatási minőségének a fenntartása és növelése mindig újabb és újabb kihívás a vasúti közlekedés számára. Azt is fontos szem előtt tartani, hogy a vasúti infrastruktúra mint a vasúti eszközállomány egyik meghatározó eleme jelentős költségtényező. Éppen ezért a minőség javítása, a hatékonyság növelése és a költségtakarékosság mindenképpen igénylik az olyan műszaki technológiák kifejlesztését és alkalmazását, amelyek a korábbi megoldásokhoz képest magasabb színvonalúak, tartósabbak, hatékonyabbak és olcsóbbak. A felsorolt indokok miatt a vasúti közlekedésnek folyamatosan fejlődnie és megújulnia szükséges, amihez a legapróbb részletekig elmenő fejlesztésekre van szükség. Ilyen fejlesztés eredménye az ágyazatragasztási technológia is, melynek megjelenése számos új lehetőséget kínál a vasúti pályák tervezésében, építésében és fenntartásában. Az ágyazatragasztási technológia egy viszonylag új, olyan stabilizációs eljárás, amellyel biztosítható a vasúti zúzottkő ágyazat stabilitása (geometriai- és szerkezeti stabilitás), fellazulás elleni védelme, valamint növelhető az ágyazat ellenállása (hosszirányú- és oldalirányú ellenállás). Az ágyazatragasztás Európán kívül először Japánban, míg Európában először Németországban jelent meg, az 1980-as évek második felében. Azóta ezt a technológiát a világ számos országában használják, köztük 2001 óta Magyarországon is. Az ágyazatragasztási technológiát a vasúti vágányok esetében általában olyankor alkalmazzák, amikor a klasszikus vasúti pályaszerkezet sínek, sínleerősítések, keresztaljak, zúzottkő ágyazat valamilyen okból nem elégít ki bizonyos igényeket. Ilyen igények lehetnek például a zúzottkövek mozgásának megakadályozása, a zúzottkő ágyazat profiljának és méreteinek megőrzése, a zúzottkő ágyazat geometriai és szerkezeti stabilitásának-, hosszirányú és oldalirányú ellenállásának-, valamint teherbírásának a növelése. Az ágyazatragasztási technológia előnye és jelentősége abban van, hogy a felsorolt igények az ágyazatragasztás alkalmazásával közvetlenül kielégíthetőek, és ezek közvetve eredményezik a pályafenntartási időciklus növekedését (kitolódását), valamint a pályafenntartási költségek fajlagos csökkenését. A technológia további előnye, hogy a felsorolt igények sokféleségéből adódóan számos felhasználási területe van, és többféle megjelenési formájú vasúton (nagysebességű vasút, nagyvasút, közúti vasút, közúti gyorsvasút, gyorsvasút) is alkalmazzák. 1. fejezet 1

8 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Mivel az ágyazatragasztási technológia egy viszonylag új eljárás, ezért nagyon kevés az ágyazatragasztásról a szakirodalomban fellelhető anyag, valamint nagyon alacsony a témával kapcsolatban korábban elvégzett külföldi és hazai vizsgálatok száma is. Ráadásul a ragasztóanyagot gyártó vállalatok szinte mindig csak belső minőségellenőrző méréseket végeznek, melyek során kizárólag a ragasztóanyag tulajdonságait vizsgálják és ellenőrzik, nem pedig a ragasztott zúzottkő ágyazat viselkedésének paramétereit. Ezek a mérések tehát alapvetően anyagszemléletűek, kizárólag a ragasztóanyag szempontjából közelítik meg a témát, nem pedig a zúzottkő ágyazatú vasúti felépítmény viselkedésének, tulajdonságainak és igényeinek szempontjából. Mivel az ágyazatragasztási technológia és a ragasztóanyag nem önmagáért van, hanem azért, hogy a zúzottkő ágyazatú vasúti felépítményben bizonyos igényeket kielégítsen, így az ágyazatragasztási technológiának alapvetően nem ragasztástechnológiai, hanem vasútszakmai kérdésnek kell lennie. Sajnos ennek ellenére az amúgy is alacsony számú korábbi vizsgálatok közül kevés az igazán értékelhető, és azok is nagyon egyirányúak (csak egy szűk területet tárnak fel az ágyazatragasztással kapcsolatban), így több olyan kérdést, műszaki paramétert, tulajdonságot vagy összefüggést nem vizsgálnak, amelyek nagyon fontosak lennének a technológia tudományos megalapozottságú megismerése szempontjából. A felsoroltakból következik, hogy az ágyazatragasztási technológiával kapcsolatban a szegényes szakirodalom és a kevés értékelhető mérési eredmény miatt erőteljesen hiányzik a tudományos megalapozottság, ugyanis a vasúti szakemberek legtöbbször csak tapasztalati alapokon, nem pedig tudományosan alátámasztott tények alapján dolgoznak. Ráadásul mindez annak ellenére van így, hogy az ágyazatragasztási technológiát sok országban, egyre több helyen, számos probléma megoldására használják, mivel napjainkra ez a technológia már egy viszonylag elterjedt műszaki megoldás lett. A felsorolt indokok miatt a Ph.D. értekezésem célja, hogy különböző vizsgálatok és elemzések elvégzésével tudományosan megalapozott módon meghatározzam azokat az új vagy újszerű tudományos összefüggéseket, tulajdonságokat és műszaki paramétereket, amelyeket korábban még nem határoztak meg, de mindenképpen szükségesek az ágyazatragasztási technológiával stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti vágányok tervezéséhez, építéséhez, fenntartásához, üzemeltetéséhez és fejlesztéséhez. Ezeknek a nagyon fontos kérdéseknek a megválaszolása, valamint ezen új tudományos összefüggéseknek, tulajdonságoknak és műszaki paramétereknek a meghatározása érdekében, a Ph.D. értekezésemet az alábbi logikai struktúrában a következőkben felsorolt fejezetek szerint építem fel. 1. fejezet 2

9 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Jelen bevezetést követő 2. fejezetben bemutatom az ágyazatragasztási technológiát műszaki szempontból. Ismertetem az ágyazatragasztási technológia elvi hátterét, alkalmazási feltételeit, felhasználási területeit, valamint kialakulásának és megjelenésének történetét. A 3. fejezetben először áttekintem az ágyazatragasztási technológiával kapcsolatban korábban elvégzett főbb külföldi és magyarországi laboratóriumi vizsgálatokat és vasúti pályaméréseket, valamint azok eredményeit, tapasztalatait és megállapításait. Ezt követően elvégzem a bemutatott korábbi vizsgálatok kritikai elemzését és értékelését. Mivel sem a szakirodalom, sem pedig a korábbi vizsgálatok nem adnak támpontot a ragasztóanyag célszerű felhasználási mennyiségére vonatkozóan (amit alapvető hiányosságnak tartok), így a 4. fejezetben saját laboratóriumi vizsgálat elvégzésével és a méréseim eredményeinek elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom az ágyazatragasztási technológia alkalmazása során, az egy ragasztási réteg kialakításához szükséges anyagmennyiség alsó és felső korlátait. Ezek műszaki jelentősége, hogy egy alsó határértéket fogalmazok meg a sikeres és minőségi ragasztás elvégzéséhez, illetve egy felső határértéket fogalmazok meg az ésszerű és gazdaságos ragasztás kialakításához. Mivel az ágyazatragasztás a zúzottkövek összeragasztásával bizonyos mértékben megváltoztathatja a zúzottkő ágyazat tulajdonságait (kihatással lehet az ágyazat funkcionalitására), így elengedhetetlennek tartom annak vizsgálatát és elemzését, hogy az ágyazatragasztási technológia alkalmazása milyen hatással van a vasúti zúzottkő ágyazat funkcionalitására. Éppen ezért az 5. fejezetben saját laboratóriumi vizsgálatok elvégzésével és a méréseim eredményeinek az elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom először az ágyazatragasztási technológia alkalmazásának a vasúti zúzottkő ágyazat vízáteresztő képességére gyakorolt hatását, majd az ágyazatragasztási technológia alkalmazásának a vasúti zúzottkő ágyazat rugalmasságára (merevségére) gyakorolt hatását. A vizsgálatok és elemzések műszaki jelentősége abban van, hogy a vasúti zúzottkő ágyazat alapvető tulajdonságainak az ágyazatragasztás hatására történő megváltozásait tárgyalják. Mivel a zúzottkő ágyazat rugalmassága (merevsége) kihatással van a felépítmény függőleges terhelés következtében ébredő igénybevételeire, így fontosnak tartom annak vizsgálatát is, hogy az ágyazatragasztási technológia alkalmazásával elért rugalmasság (merevség) változás milyen hatással van a vasúti felépítmény függőleges terhelés következtében ébredő igénybevételeinek nagyságára. Ezen okból a 6. fejezetben elméleti számítások elvégzésével és a számításaim eredményeinek az elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom az ágyazatragasztási technológia alkalmazásának a zúzottkő ágyazatú vasúti felépítmény függőleges terhelés következtében ébredő igénybevételeire gyakorolt hatásait. 1. fejezet 3

10 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Mivel a hézagnélküli vágányok fekvésbiztonsága szempontjából nagyon fontos az oldalirányú ágyazati ellenállás, amelynek növelésére egyik lehetőség az ágyazatragasztási technológia, így ebből adódóan a 7. fejezetben saját laboratóriumi vizsgálatok, saját vasúti pályamérések és elméleti számítások elvégzésével, valamint ezek eredményeinek az elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom azt, hogy az ágyazatragasztási technológia alkalmazásával mekkora oldalirányú ágyazati ellenállás érhető el, és hogy ezen oldalirányú ágyazati ellenállás mellett mekkora az a legkisebb kritikus körívsugár, amely értéknél még hézagnélküli vágány létesíthető. Ennek műszaki jelentősége a kissugarú íveket tartalmazó illesztéses vágányok hézagnélkülivé történő átépítésének lehetőségében van. Az oldalirányú ágyazati ellenállás növelésére az ágyazatragasztási technológia mellett azonban más lehetőségek is léteznek, ilyenek például a biztonsági sapkák, vagy az Y-acélaljak. Mind a három különböző technológia a zúzottkő ágyazatú vasúti vágányok oldalirányú ágyazati ellenállásának növelését hivatott elősegíteni. Mivel ezeknek a megoldásoknak a hatékonysága és a teljesítő képessége még nem került összehasonlításra, így a 8. fejezetben vasúti pályamérések végrehajtásával és azok eredményeinek elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom azt, hogy az ágyazatragasztási technológia alkalmazása, a biztonsági sapkák felszerelése, illetve az Y-acélaljak beépítése, az oldalirányú ágyazati ellenállás tekintetében milyen hatékonysággal és teljesítő képességgel rendelkezik. Mivel az oldalirányú ágyazati ellenállás értéke kihatással van a vasúti vágány iránytartására és vágánygeometriai állapotváltozására, így a 9. fejezetben vasúti pályában végrehajtott gépi vágánymérések eredményeinek a feldolgozásával, kiértékelésével és elemzésével tudományosan alátámasztott módon meghatározom azt, hogy az ágyazatragasztási technológiával stabilizált, valamint a biztonsági sapkákkal szerelt zúzottkő ágyazatú hézagnélküli vágányoknak milyen az iránytartása és a vágánygeometriai állapotváltozása. A Ph.D. értekezésem 10. fejezetében összefoglalom a laboratóriumi vizsgálataim, a forgalmi vágányokon végrehajtott helyszíni pályaméréseim, az elméleti számításaim, ezek eredményei és tapasztalatai, valamint az eredmények részletes elemzése után tett megállapításaim és következtetéseim alapján megfogalmazott téziseimet. A téziseim műszaki jelentősége, hogy új, tudományosan megalapozott eredményeket nyújtanak az ágyazatragasztási technológiával stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti vágányok tervezéséhez, építéséhez és fenntartásához. Megjegyzendő, hogy a Ph.D. értekezésemben csak műszaki szempontokat veszek figyelembe, gazdaságossági vizsgálatokkal nem foglalkozom. Szintén fontosnak tartom megjegyezni, hogy a Ph.D. értekezésem mindvégig feltételezi az ágyazatragasztási technológia alkalmazási feltételeinek teljes meglétét, és azok minden esetben történő betartását. 1. fejezet 4

11 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése 2. AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIA BEMUTATÁSA 2.1. Az ágyazatragasztási technológia elvi háttere Az ágyazatragasztás egy olyan stabilizációs eljárás, amellyel biztosítható a vasúti zúzottkő ágyazat stabilitása (geometriai- és szerkezeti stabilitás), fellazulás elleni védelme, valamint növelhető az ágyazat ellenállása (hosszirányú- és oldalirányú ellenállás). Az ágyazatragasztás során a ragasztóanyag a zúzottköveket egymáshoz köti, minden leragasztott követ pontosan rögzít, így az ágyazatban a zúzottkövek mozgását megakadályozza. A ragasztóanyag a zúzottköveket csak az érintkezési pontjaiknál ragasztja össze (M.2.1. ábra [1]), így biztosítva az üreges és átjárható teret a csapadékvizek elvezetésére. Az ágyazatragasztási technológia alkalmazásával tehát egy üreges, a víz számára is átjárható, de ugyanakkor nagyon masszív és ellenálló térbeli testet kapunk, melynek alkotóelemei a nagy szilárdságú zúzottkövek, melyek erős ragasztóanyaggal vannak összekötve (M.2.1. kép). Az ágyazatragasztási technológiához használt ragasztóanyag kétkomponensű, mely lehet epoxigyanta jellegű, vagy poliuretán jellegű. A világon és így Magyarországon is több ragasztóanyag típus létezik, melyeknek a főbb tulajdonságaik egymáshoz hasonlóak, különbség köztük leginkább a kikeményedési időben van. Ennek oka az, hogy az ágyazatragasztási technológia egymástól eltérő alkalmazási területeihez előfordul, hogy különböző kikeményedési idejű kikeményedési sebességű ragasztóanyagra van szükség. A ragasztóanyagnak a zúzottkő ágyazat felületére történő kijuttatása többféleképpen történhet: - Nagygépes technológiával vasúti tehervágánygépkocsiról TVG-ről (M.2.2. kép). - Nagygépes technológiával közúti tehergépjárműről (M.2.3. kép). - Kisgépes technológiával (M.2.4. kép). - Kézi technológiával (M.2.5. kép) Az ágyazatragasztási technológia alkalmazási feltételei Az ágyazatragasztási technológia alkalmazási feltételei az alábbiakban felsoroltak szerint csoportosíthatóak [2]: - A ragasztóanyag megfelelő előkészítése és kezelése. - Időjárási körülmények. - A zúzottkövek minősége, és a zúzottkő ágyazat állapota. - A vasúti pálya állapota. - Vágányzári körülmények. 2. fejezet 5

12 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Az ágyazatragasztási technológia alkalmazási feltételei a közölt csoportosításnak megfelelően részletesen megtalálhatóak az M.2.1. alfejezetben. Fontos megjegyezni, hogy az értekezés mindvégig feltételezi az alkalmazási kritériumok teljes meglétét, és azok minden esetben történő betartását. A külföldi és hazai tapasztalatok azt mutatják, hogy ha az ágyazatragasztási munkavégzés során az alkalmazási feltételeket teljes mértékben betartják, valamint ha az ágyazatragasztott vágányszakaszt megfelelően karbantartják, akkor a forgalmi és időjárási hatásoknak kitett ragasztás élettartama (tartóssága) várhatóan év. Ha ezen időintervallum alatt a ragasztás valamilyen oknál fogva tönkremegy, akkor a ragasztást fel kell törni, a problémát meg kell szüntetni, a vágányt ki kell szabályozni, és a zúzottkő ágyazatot az ágyazatragasztásra vonatkozó alkalmazási feltételek betartása mellett újra kell ragasztani. Ágyazatrostálás és nagygépes vágányszabályozás esetén is hasonló a helyzet, a ragasztást fel kell törni, a fenntartási munkát el kell végezni, majd a zúzottkő ágyazatot az ágyazatragasztásra vonatkozó alkalmazási feltételek betartása mellett újra kell ragasztani Az ágyazatragasztási technológia felhasználási területei Az ágyazatragasztási technológiát a vasúti pályák esetében általában olyankor alkalmazzák, amikor a hagyományos, klasszikus vasúti pályaszerkezet, amely sínszálakból, sínleerősítésekből és keresztaljakból álló, a zúzottkő ágyazatban úszó tartórács [3] valamilyen okból nem elégít ki bizonyos igényeket. Ilyen igények lehetnek például a zúzottkövek elmozdulásának megakadályozása, a zúzottkő ágyazat profiljának és geometriai méreteinek megőrzése, a zúzottkő ágyazaton járható felület kialakítása, a zúzottkő ágyazat geometriai és szerkezeti stabilitásának-, hosszirányú és oldalirányú ellenállásának-, valamint teherbírásának növelése. A felsorolt igények az ágyazatragasztási technológia alkalmazásával közvetlenül kielégíthetőek, és ezek közvetve eredményezik a pályafenntartási időciklus növekedését (kitolódását), valamint a pályafenntartási költségek fajlagos csökkenését. Az ágyazatragasztási technológia felhasználási területei alapvetően két csoportba sorolhatóak, és ez a csoportosítás megfelel a két, egymástól jól elkülöníthető ragasztási mód szerinti felosztásnak: - Kéregragasztás. - Szerkezeti ragasztás. Fontos megjegyezni, hogy mivel a szerkezeti ragasztás műszaki és tudományos szempontból is sokkal lényegesebb, mint a kéregragasztás, így az értekezés témája csak a szerkezeti ragasztás, a kéregragasztás pedig nem képezi tárgyát az értekezésnek. 2. fejezet 6

13 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Kéregragasztás A kéregragasztás során fő cél a zúzottkő ágyazat felületén a zúzottkövek elmozdulásának megakadályozása, nem cél viszont az ágyazat mechanikai tulajdonságainak javítása, azaz a ragasztás erőjátékba történő bevonása. A ragasztási vastagság kéregragasztás során 4-8 cm. A kéregragasztás felhasználási területei az alábbiak Ágyazatragasztás a zúzottkövek fel- és kirepülésének megakadályozása érdekében Azokon a zúzottkő ágyazatú nagysebességű vasúti pályákon, ahol a vasúti járművek 200 km/h, vagy annál nagyobb sebességgel közlekednek, problémát jelenthetnek a járművek által keltett légörvények. Ezek a légörvények ugyanis felkaphatják a zúzottköveket, melynek hatására azok felrepülnek, vagy kirepülnek a pályáról. Ez kétvágányú pályán nagy balesetveszélyt jelent a szemben közlekedő járműre nézve. E balesetveszély elhárítása céljából alkalmazható az ágyazatragasztási technológia, ugyanis a zúzottkő ágyazat felületén történő ragasztás megakadályozza a ragasztott zúzottkövek mozgását, így azok fel- és kirepülését is. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.2. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M.2.6. kép [4] mutat Ágyazatragasztás a zúzottkő ágyazat felülete tisztításának könnyítése érdekében A zúzottkő ágyazat felülete az állomásokon és a megállóhelyeken, valamint azok környezetében fokozott szennyeződésnek van kitéve, így gyakran éppen azokon a helyeken a legszennyezettebb és legszemetesebb, ahol az utasok megfordulnak. A zúzottkő ágyazat felülete gyorsan és egyszerűen tisztítható ipari porszívó alkalmazásával, problémát jelenthet viszont az, hogy a porszívó felszívhatja a zúzottköveket is, melynek hatására a porszívó tönkremehet. E tönkremenetel elhárítása céljából alkalmazható az ágyazatragasztási technológia, ugyanis a zúzottkő ágyazat felületén történő ragasztás megakadályozza a ragasztott zúzottkövek mozgását, így azok porszívó által történő felszívását is. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.3. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M.2.7. kép mutat Ágyazatragasztás a zúzottkő ágyazat letaposás elleni védelme érdekében A vasúti pályákon sajnos több helyen tapasztalható illegális gyalogátkelés. Ezeken az illegális gyalogátkelőhelyeken problémát jelenthet az, hogy a gyalogosok letapossák a zúzottkő ágyazatot, annak is főleg a váll részét. Ennek következtében a keresztaljak homlokfelülete 2. fejezet 7

14 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése előtt zúzottkő hiány alakul ki, mely a zúzottkő ágyazat oldalirányú ellenállásának csökkenését eredményezi. Ez az ellenállás-csökkenés hézagnélküli vágány esetében (főleg ívekben) kivetődés-veszélyt jelent, amit mindenképpen el kell kerülni. E kivetődés-veszély elhárítása céljából alkalmazható az ágyazatragasztási technológia, ugyanis a zúzottkő ágyazat felületén történő ragasztás megakadályozza a ragasztott zúzottkövek mozgását, így azok letaposását is. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.4. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M.2.8. kép mutat Ágyazatragasztás a vasúti alagutakban a menekülő utak biztosítása érdekében Vasúti alagutakban történő balesetek esetén fontos, hogy a mentést végző gépjárművek minél hamarabb a helyszínre érjenek. Ennek elősegítése céljából alkalmazható az ágyazatragasztási technológia, ugyanis a zúzottkő ágyazat felületén történő ragasztás megakadályozza a ragasztott zúzottkövek mozgását, így jól járható felületet biztosít a vasúti pályán a mentést végző gépjárművek számára. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.5. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M.2.9. kép [5] mutat Szerkezeti ragasztás A szerkezeti ragasztás során a zúzottkövek elmozdulásának megakadályozásán túl fő cél a zúzottkő ágyazat mechanikai tulajdonságainak javítása, azaz a ragasztás erőjátékokba történő bevonása. Szerkezeti ragasztás esetén a ragasztás több rétegben is történhet, egy réteg ragasztási vastagsága cm. A szerkezeti ragasztás felhasználási területei az alábbiak Átmeneti szakasz kialakítása ágyazatragasztással, a zúzottkő ágyazatú és szilárd pályarészek találkozásánál A vasúti pályákon számos olyan hely van, ahol a rugalmas alátámasztású, zúzottkő ágyazatú felépítmény egy lényegesen merevebb alátámasztású felépítményhez csatlakozik, például hídhoz, alagúthoz, útátjáróhoz, vagy betonlemezes felépítményhez. Ezeken a helyeken a vágány függőleges rugalmassága hírtelen megváltozik, mely a haladó vasúti járműben túlzott lengéseket, míg a pályában igénybevétel-többleteket kelthet. Ezen káros hatásoknak a mérséklése érdekében átmeneti szakaszt alakítanak ki ágyazatragasztással, ahol a vágány függőleges rugalmasságának változása fokozatos. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.6. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M kép mutat. 2. fejezet 8

15 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Ágyazatragasztás a sínillesztések élettartamának növelése érdekében A vasúti pályákban a sínillesztéseknél hevederes sínillesztések, szigetelt sínillesztések előfordulhat a sínvégek elverődése és deformációja. Ezt a folyamatot gyorsíthatják az esetleges vaksüppedések, melyek együttesen a sínillesztések korai tönkremenetelét okozhatják. E tönkremenetelek lassítása céljából alkalmazható az ágyazatragasztási technológia, ugyanis a zúzottkő ágyazat ragasztása stabilizálja a sínillesztés alatti ágyazatot, így jobban együtt dolgozik a sínillesztés az aljakkal és az ágyazattal, így az erők átadása is nagyobb felületen történik. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.7. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M kép mutat. Megjegyzendő, hogy ugyanilyen megfontolás alapján alkalmazzák még az ágyazatragasztási technológiát zúzottkő ágyazatú kitérők és keresztezések esetében is abból a célból, hogy a nagy dinamikus igénybevételeket szenvedő alkatrészek tönkremeneteli folyamatait lassítsák Ágyazatragasztás a zúzottkő ágyazat teherbírásának növelése érdekében Meglévő vasúti pálya rekonstrukciója, vagy új vasúti pálya építése esetén is előfordul, hogy alkalmazzák az ágyazatragasztási technológiát. Az alsó és a felső ágyazat teljes ragasztásával stabilizálható a zúzottkő ágyazat, amely tartósabb geometriát és fekszint viszonyokat, valamint jobb teherelosztást és nagyobb teherbírást eredményez. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.8. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M kép [6] mutat Ágyazatragasztás a zúzottkő ágyazat váll részének megerősítése érdekében A vasúti pályák fenntartása, rekonstrukciója és építése alkalmával előfordulhat olyan eset, hogy a meglévő vágány zúzottkő ágyazatának váll részét szükséges megerősíteni, stabilizálni. Ennek oka többféle lehet, melyek a következők: - Egyvágányú vasúti pályánál, második vágány építése esetén az ott dolgozó vibrációs és tömörítő gépek rezgéseket gerjesztenek. Ezek a rezgések a meglévő vágány ágyazatának váll részén a zúzottkövek elmozdulását és megfolyását, így az ágyazatváll meglazulását okozhatják. Ez csökkenti az ágyazat oldalirányú ellenállását, és hézagnélküli vágány esetén növeli a kivetődés veszélyét. - Két- vagy többvágányú, ágyazatátvezetéses vasúti híd átépítése, a hídon lévő vasúti vágányok rekonstrukciója, vagy a híd utószigetelése esetén előfordul, hogy valamelyik vágányt el kell bontani, és ekkor a szomszédos vágány(ok) ágyazatvállát a kilazulás és megfolyás ellen biztosítani kell. 2. fejezet 9

16 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése A felsorolt esetekben alkalmazzák az ágyazatragasztási technológiát, ugyanis a zúzottkő ágyazat váll részének több rétegben történő részleges-, vagy teljes ragasztásával stabilizálható az ágyazatváll. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását ezen felhasználási terület esetén az M.2.9. ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M kép [7] mutat Ágyazatragasztás a zúzottkő ágyazat oldalirányú ellenállásának növelése érdekében A hézagnélküli vágányok stabilitása és kivetődéssel szembeni biztonsága szempontjából nagyon fontos a megfelelő nagyságú oldalirányú ágyazati ellenállás megléte. Igaz ez egyenesben, de még inkább ívben, és főleg kissugarú ívben. Az oldalirányú ágyazati ellenállás növelése érdekében alkalmazzák az ágyazatragasztási technológiát úgy, hogy létrehoznak egy zúzottkövekből és ragasztóanyagból álló folyamatos ágyazati gerendát. A ragasztási alakzat geometriai kialakítását az M ábra szemlélteti, míg egy konkrét példát az M kép mutat Az ágyazatragasztási technológia megjelenése külföldön és Magyarországon Az ágyazatragasztási technológia külföldön történő megjelenése időben szorosan összeköthető a nagysebességű vasútvonalak elterjedésével. Ennek oka, hogy az ágyazatragasztási technológiát eredetileg azért találták ki, hogy a nagysebességű vasútvonalakon közlekedő vasúti járművek által keltett légörvények ne okozzák a zúzottkövek fel- és kirepülését. Ezzel magyarázható tehát, hogy Európán kívül először Japánban, míg Európában először Németországban az 1980-as évek második felében jelent meg ez a technológia. Azóta az ágyazatragasztást a világ számos országában alkalmazzák (Amerikai Egyesült Államok, Anglia, Ausztrália, Ausztria, Belgium, Csehország, Franciaország, Hollandia, India, Japán, Kanada, Kína, Magyarország, Malajzia, Németország, Olaszország, Spanyolország, Svájc, Svédország, stb.). Az ágyazatragasztási technológia Magyarországon először 2001 évben jelent meg. A technológiát a MÁV-Thermit Kft. hozta be hazánkba, amely azóta is az ágyazatragasztás kizárólagos magyarországi kivitelezője. A Magyarországon január 01. napig elvégzett ágyazatragasztási munkák listáját az M.2.1. M.2.2. táblázatok [8] tartalmazzák. Az ágyazatragasztási technológiát kialakulása óta folyamatos fejlődés jellemzi, példa erre a számos felhasználási terület (2.3. alfejezet), valamint az, hogy több megjelenési formájú vasúton (nagysebességű vasút, nagyvasút, közúti vasút, közúti gyorsvasút, gyorsvasút) is alkalmazták már [9]. 2. fejezet 10

17 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése 3. AZ ÁGYAZATRAGASZTÁSI TECHNOLÓGIÁVAL KAPCSO- LATBAN KORÁBBAN ELVÉGZETT FŐBB KÜLFÖLDI ÉS MAGYARORSZÁGI VIZSGÁLATOK, ÉS AZOK ELEMZÉSE 3.1. A Wroclawi Műszaki Egyetem Építőmérnöki Intézetének vizsgálata A Wroclawi Műszaki Egyetem Építőmérnöki Intézete Instytut Inzynierii Ladowej, Politechniki Wroclawskiej (Wroclaw, Lengyelország) vizsgálta a vasúti zúzottkő ágyazat ragasztással történő stabilizálásának hatékonyságát [10]. A vizsgálathoz összesen 36 darab, zúzottkőből és ragasztóanyagból álló, 15 * 15 * 70 cm méretű, gerenda alakú próbatestet készítettek. A zúzottkő I. osztályú 31,5/50 mm szemszerkezetű gránit volt. A ragasztóanyag típusa MC Ballastbond 70 és MC Ballastbond 80 volt. A próbatestek készítése során elvégezték a zúzottkő tömörítését, és a zúzottkő ragasztását. A kész próbatesteket az M.3.1. M.3.2. képek szemléltetik, a próbatestek jellemző tulajdonságait pedig az M.3.1. M.3.2. táblázatok mutatják be. A próbatestek vizsgálatra való alkalmasságát (teljes gerenda formázása), illetve alkalmatlanságát (részleges, szétesett gerenda) az M.3.3. M.3.4. táblázatok foglalják össze [10]. A vizsgálatra alkalmas próbatesteket az M.3.1. ábrán látható statikai teherelrendezési vázlat szerint, kéttámaszú tartóként terhelték. A két koncentrált terhelő erő értékét folyamatosan növelték, miközben mérték a próbatest lehajlását. A vizsgálat végrehajtását az M.3.3. kép szemlélteti. A vizsgálatra alkalmas próbatesteken végrehajtott mérések eredményeit numerikusan a 3.1. táblázat foglalja össze, míg grafikusan az M.3.2. M.3.7. ábrák mutatják be [10] táblázat: A vizsgálatra alkalmas próbatesteken végrehajtott mérések eredményei (a Wroclawi Műszaki Egyetem vizsgálata) [10] Próbatest sorszáma Ragasztóanyag típusa Fajlagos anyagmennyiség [kg/m 2 ] Maximális terhelő erő 2*P [N] Maximális lehajlás [mm] 14 MC Ballastbond 70 6, ,3 15 MC Ballastbond 70 9, ,0 27 MC Ballastbond 70 4,0 < 100 nincs adat 31 MC Ballastbond 70 7, ,5 32 MC Ballastbond 70 6, ,2 33 MC Ballastbond 70 7, ,4 30 MC Ballastbond 80 5,5 < 100 nincs adat 36 MC Ballastbond 80 6, ,4 3. fejezet 11

18 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése Az elvégzett vizsgálat eredményei és tapasztalatai alapján a Wroclawi Műszaki Egyetem Építőmérnöki Intézetének főbb megállapításai az alábbiak voltak [10]: - A ragasztóanyag gépi módszerrel történő kijuttatása jobb eredményt biztosít, mint a kézi módszerrel történő kijuttatás, ugyanis a gépi módszer esetén a felhordott ragasztóanyag egyenletesebben oszlik el a zúzottkövek felületén, így jobban és egyenletesebben ragasztja össze a zúzottköveket, mint a kézi módszer esetén. - A ragasztás sikeressége nagymértékben függ a zúzottkövek és a levegő nedvességtartalmától. Ha a zúzottkövek nedvesek, akkor a ragasztóanyag zúzottkövekhez történő tapadása jelentősen csökken. Ha a levegő nedvességtartalma nagy, akkor romlanak a ragasztóanyag tulajdonságai, fennáll a felhabosodás veszélye. - A ragasztás minősége erősen függ a zúzottkövek tisztaságától. Ha a zúzottkövek porosak, akkor a ragasztóanyag zúzottkövekhez történő tapadása jelentősen csökken. - A ragasztás hatékonyságát jelentősen befolyásolja a zúzottkövek és a levegő hőmérséklete. Optimális esetnek a +15 ºC +25 ºC hőmérsékleti tartomány tekinthető. - Az egységnyi felületre kijuttatott ragasztóanyag mennyiségének növelésével nő a ragasztási vastagság és a szilárdság. - Az ágyazatragasztás alkalmazása lehetővé tesz olyan ragasztott zúzottkő ágyazat létrehozását, amely kohéziót mutat, és húzófeszültséget képes elviselni A MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. vizsgálata A MÁV Központi Felépítményvizsgáló Kft. laboratóriumi vizsgálatot végzett, egy aljköznyi ragasztott ágyazati próbatest törőerejének meghatározása céljából [11], [12]. A vizsgálathoz egy zúzottkőből és ragasztóanyagból álló, 60 * 40 * 15 cm méretű, hasáb alakú próbatest készült. Ez pont megfelel az egy aljközre (60 cm) eső ragasztott ágyazatszél (40 cm széles és 15 cm mély ragasztás) méreteinek. A zúzottkő jó minőségű, tiszta és száraz volt. A ragasztóanyag típusa Agritec-TM 29 volt. Az egy aljköznyi ragasztott ágyazati próbatestet nyírási töréses vizsgálatnak vetették alá. A vizsgálat során a próbatestet középen terhelték, ezzel szimulálva az alj zúzottkő ágyazatban történő kifelé nyomódását. Folyamatosan növelték a terhelő erő értékét egészen addig, amíg a próbatest tönkre nem ment. A vizsgálat során mérték a próbatest tönkremenetelét okozó maximális törőerő értékét. A vizsgálat végrehajtását az M.3.4. M.3.5. képek mutatják be [11], [12]. A vizsgálat eredményeként azt állapították meg, hogy az egy aljköznyi ragasztott ágyazati próbatest tönkremenetelét okozó maximális törőerő értéke 10 kn volt [11], [12]. 3. fejezet 12

19 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése 3.3. A Müncheni Műszaki Egyetem Közlekedésépítési Vizsgálati Irodájának vizsgálatai A Müncheni Műszaki Egyetem Közlekedésépítési Vizsgálati Irodája Technische Universität München, Prüfamt für Bau von Landverkehrswegen (München, Németország) vizsgálatokat végzett ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatú átmeneti szakaszokon. A vizsgálatok során olyan B70W és B70 jelű vasbeton aljak oldalirányú ellenállását mérték meg, amelyek a teljes keresztmetszetében teljes szélességében és teljes mélységében átragasztott zúzottkő ágyazatban feküdtek az átmeneti szakaszokon belül [13], [14]. Az első vizsgálat vasúti pályában, napon, Oberesslingen állomás közelében, az Ulm Stuttgart vasútvonalon történt. Ezen a vasútvonalon napon a 15,810 15,840 km szelvények között a zúzottkő ágyazat ragasztással stabilizálásra került, hogy átmeneti szakaszként működjön a zúzottkő ágyazatú felépítmény és a Züblin típusú betonlemezes felépítmény között. A 30 m hosszú átmeneti szakasz ragasztása az aljak között S1S + XB1 típusú ragasztóanyaggal az aljak teljes szélességében és az aljak alatt 30 cm mélységben történt, míg az aljak homlokfelületeinél S1SY + XB1 típusú ragasztóanyaggal 40 cm szélességben és felületi ragasztásként került elvégzésre [13]. Az említett 30 m hosszú szakaszon összesen 6 darab, az ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatban fekvő B70W jelű vasbeton aljat vizsgáltak. A vizsgálatba az egymást követő minden harmadik aljat vonták be, így a vizsgált aljak 3 aljköz távolságra voltak egymástól. Minden alj vizsgálata külön-külön történt. A vizsgálat előtt a leszorító csavarokat megoldották, hogy az aljak elmozdulásának egymásra hatása ne torzítsa a mérési eredményeket. A vizsgálat során a ragasztott zúzottkő ágyazatban fekvő aktuális aljat oldalirányban kifelé ható erővel terhelték. Folyamatosan mérték az oldalirányban kifelé ható terhelő erő értékét, valamint a hozzá tartozó oldalirányú elmozdulás alj kifelé történő vízszintes elmozdulása a ragasztott zúzottkő ágyazatban értékét. A mérések eredményeit az M.3.8. M ábrák szemléltetik [13], [15]. A kapott mérési eredményeket összevetették egy korábbi ágyazatragasztással nem stabilizált zúzottkő ágyazatban fekvő B70 jelű vasbeton aljakon és faaljakon végzett vizsgálat mérési eredményével [16], amelyet az M ábra [15], [16] mutat be. A második vizsgálat is vasúti pályában, a Hannover Würzburg vasútvonalon, az Einmalberg alagút déli bejáratánál (Einmalbergtunnel Süd) történt. Ezen a vasútvonalon között a 273, ,999 km szelvények között a zúzottkő ágyazat ragasztással stabilizálásra került, hogy átmeneti szakaszként működjön a zúzottkő ágyazatú felépítmény és 3. fejezet 13

20 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése az alagút betonlemezes felépítménye között. A 72 m hosszú átmeneti szakasz ragasztása teljes keresztmetszetben megtörtént (az aljak alatt, az aljak között, az aljak homlokfelületeinél, valamint a rézsűn). A ragasztás mélysége az aljak alatt 45 cm volt [14]. Az említett szakaszon összesen 5 darab, az ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatban fekvő B70 jelű vasbeton aljat vizsgáltak. A vizsgálatba olyan aljakat vontak be, melyek legalább 5 aljköz távolságra voltak egymástól. Minden alj vizsgálata külön-külön történt. A vizsgálat során a ragasztott zúzottkő ágyazatban fekvő aktuális aljat oldalirányban kifelé ható erővel terhelték. Folyamatosan mérték az oldalirányban kifelé ható terhelő erő értékét, valamint a hozzá tartozó oldalirányú elmozdulás értékét. A vizsgálatot három különböző mérési időszakban végezték el: (40. és 45. számú aljak), (60. és 65. számú aljak), valamint (50. számú alj). A mérések eredményeit az M M ábrák szemléltetik [14]. Az elvégzett vizsgálatok eredményei alapján a Müncheni Műszaki Egyetem Közlekedésépítési Vizsgálati Irodájának főbb megállapításai az alábbiak voltak [13], [14]: - Az ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatú átmeneti szakaszon, a teljes keresztmetszetében (teljes szélességében és teljes mélységében) átragasztott zúzottkő ágyazatban fekvő B70W jelű vasbeton aljak maximális oldalirányú ellenállása N/mm értékűre adódott. - Az ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatú átmeneti szakaszon, a teljes keresztmetszetében (teljes szélességében és teljes mélységében) átragasztott zúzottkő ágyazatban fekvő B70 jelű vasbeton aljak maximális oldalirányú ellenállása N/mm értékűre adódott A Brit Vasutak Kutatóintézetének Pályafejlesztési Osztálya által végzett vizsgálat A Brit Vasutak Kutatóintézetének Pályafejlesztési Osztálya British Rail Research, Track Development Unit (Derby, Nagy-Britannia) vizsgálatot végzett ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatú vasúti vágányban, az oldalirányú ellenállás mérése céljából [17]. A vizsgálat vasúti pályában, a Croydon város közelében található Kent Link vasútvonalon, Elmers End állomáson történt. A vizsgálat előtt, napon a zúzottkő ágyazat ragasztással stabilizálásra került 55 m hosszban. A zúzottkő ágyazat ragasztása csak az aljak homlokfelületeinél történt. A ragasztás szélessége 30 cm, a ragasztás mélysége 20 cm, a ragasztóanyag típusa Kryorit XB5 volt [17]. 3. fejezet 14

21 Ph.D. értekezés statikus és dinamikus terhekre történő viselkedésének vizsgálata és elemzése A vizsgálat két különböző időszakban történt. Először 1 hónappal a ragasztás után ( ), majd 5 hónappal a ragasztás után ( ). Az első időpontban összesen 11 darab betonaljat vizsgáltak. Ebből 6 darab volt ragasztás nélküli, míg 5 darab volt ragasztott zúzottkő ágyazatban. A második időpontban is 11 darab betonaljat vizsgáltak, de itt már mind a 11 darab betonalj ragasztott zúzottkő ágyazatban volt. Minden alj vizsgálata külön-külön történt. A vizsgálat előtt a leszorító csavarokat megoldották, hogy az aljak elmozdulásának egymásra hatása ne torzítsa a mérési eredményeket. A vizsgálat során a zúzottkő ágyazatban fekvő aktuális aljat oldalirányban ható erővel terhelték. Folyamatosan mérték az oldalirányban ható terhelő erő értékét, valamint a hozzá tartozó oldalirányú elmozdulás értékét. Mivel a kísérleti szakaszon a vágány mellett peron volt, azt is megkülönböztetve vizsgálták, hogy az oldalirányú terhelés és elmozdulás milyen irányú: a peron felé közeledő, vagy a perontól távolodó. Egy adott aljnál a mérést addig végezték, amíg az alj elmozdulása el nem érte a 25 mm értéket, vagy a terhelő erő el nem érte az 50 kn értéket, vagy az alj elmozdulása során az felvett erő értéke már nem növekedett. A mérések eredményeit a táblázatok foglalják össze [17]. Az elvégzett vizsgálatok eredményei alapján a Brit Vasutak Kutatóintézete Pályafejlesztési Osztályának fő megállapítása az volt, hogy azoknál az aljaknál, amelyek ágyazatragasztással stabilizált zúzottkő ágyazatban feküdtek, lényegesen nagyobb oldalirányú erő értékek és ahhoz tartozóan lényegesen kisebb oldalirányú elmozdulás értékek adódtak, mint azoknál az aljaknál, amelyek az ágyazatragasztással nem stabilizált zúzottkő ágyazatban feküdtek, tehát az ágyazatragasztással történő stabilizálás növelte az oldalirányú ellenállást [17] táblázat: Az 1. időpontban végrehajtott mérések eredményei (a Brit Vasutak vizsgálata) [17] Alj száma (1. időpontban) Ágyazatragasztás Terhelés iránya Alkalmazott erő [kn] Maximális elmozdulás [mm] 7 Nem Perontól 8 16,0 8 Nem Perontól 8 18,0 9 Nem Perontól 6 18,0 1 Nem Peron felé 45 18,0 10 Nem Peron felé 37 Nincs adat 11 Nem Peron felé 30 26,0 2 Igen Perontól 52 3,0 4 Igen Perontól 52 1,5 6 Igen Perontól 53 0,5 3 Igen Peron felé 52 1,0 4 Igen Peron felé 54 0,3 5 Igen Peron felé 52 1,5 3. fejezet 15