ÚT- ÉS VASÚTÉPÍTÉSI SZEMCSÉS RÉTEGEK ERŐSÍTÉSE GEOMŰANYAGOKKAL. Dr. Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus SZE ÉÉKK Közlekedésépítési Tanszék

ÚT- ÉS VASÚTÉPÍTÉSI SZEMCSÉS RÉTEGEK ERŐSÍTÉSE GEOMŰANYAGOKKAL Dr. Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus SZE ÉÉKK Közlekedésépítési Tanszék

XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.

ÚT- ÉS VASÚTÉPÍTÉSI SZEMCSÉS RÉTEGEK ERŐSÍTÉSE GEOMŰANYAGOKKAL

• Az előadás vázlata – – – – – – – –

Köszönetnyilvánítás Kutatási probléma felvetése Az interlocking hatás jellemzői Laboratóriumi vizsgálatok Mérési eredmények Mérési eredmények értékelése Összefoglaló megállapítások Irodalomjegyzék


2016.04.21.


• Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozunk a Bonar B.V.-nek és a Bonar Geosynthetics Kft.-nek (a vizsgálatok finanszírozása és a georácsok, geoműanyagok biztosítása), illetve a Colas Északkő Kft.-nek (szemcsés anyagok biztosítása) a kutatás-fejlesztési munkánk támogatásáért.


2016.04.21.


• Kutatási probléma felvetése – A közlekedési létesítmények építésekor nagy mennyiségben használnak szemcsés rétegeket (pl. kiegészítő réteg, alapréteg, vasúti zúzottkő ágyazat, stb.), amelyekbe gyakran kerül betervezésre geoműanyag (georács, georács+geotextília) réteg erősítő funkcióval. – A szemcsés anyagokban a geoműanyagok miatti belső nyírási ellenállás-növelő hatás jelenleg nem ismert teljes körűen. – Laboratóriumi többszintes nyíróládás vizsgálatokkal az ún. interlocking hatás számszerűsíthető. A különböző kialakítású esetek összehasonlíthatók. – Nem célja az előadásnak és a kutatásnak az egyes geoműanyag gyártók termékeinek ismertetése, a viselkedés összehasonlításának alapja a vizsgált geoműanyagok geometriai-fizikai-mechanikai paramétereire korlátozódik.


2016.04.21.


• Az interlocking hatás jellemzői


2016.04.21.


Az interlocking hatás

Jie Han&Jitendra K. Thakur (2014) XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.



Forrás: www.geotas.com

Forrás: www.bonar.com


2016.04.21.



http://www.naue.com XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.




2016.04.21.




2016.04.21.


Az interlocking és a membrán hatás

http://geotextile.web.id/ XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.



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.


2016.04.21.


• Laboratóriumi vizsgálatok

Rétegvastagság

A belső nyírási ellenállás értékeit különböző síkokban kell ismerni

Zúzottkő ágyazat

Georács/geokompozit

Belső nyírási ellenállás


2016.04.21.


Megoldás: többszintes nyíróládában történő mérés


2016.04.21.


A többszintes nyíróláda

felső keretek

alsó keretek

georács síkja (Nr. 1)

görgőpálya

Megj.: A kép nem a jelenlegi vizsgálatkor készült.


2016.04.21.


A nyírási síkok

nyírási sík Nr.4 nyírási sík Nr.3

nyírási sík Nr.1

nyírási sík Nr.2

alapsík (Nr.0)


2016.04.21.


A rétegszerkezet Változók Tömörített réteg, nincsen georács Tömörített réteg, van georács Anyagtípus (szemcsés keverék/zúzottkő) Különböző georács, geokompozit

Állandó paraméterek

Szemcsés keverék (40 cm), v.

E2=7,2 MPa

Thermopan XPS lemezek


2016.04.21.


• Vizsgált szemcsés anyagok és geoműanyagok – 31,5/63 E típusú vasúti zúzottkő ágyazati anyagnál (CÉK, Szob): • geoműanyag nélkül, • GR1: Polipropilén (PP) alapanyagú hegesztett csomópontú georács, 44×40 mm-es hálómérettel, • GK1: A GR1 georács 160 g/m2 tömegű PP nem szőtt geotextíliával, • GR2: Poliészter (PET) anyagú, PVC bevonatú szőtt georács 35×35 mm-es hálómérettel, • GK2: Poliészter (PET) alapanyagú georács (35×35 mm-es hálóméretű) poliészter (PET) nem szőtt geotextíliával kombinálva, • GR3: Polipropilén (PP) alapanyagú extrudált georács 39×39 mm-es hálómérettel,

– FZKA 0/56 típusú szemcsés keveréknél (CÉK, Szob): • geoműanyag nélkül. • GR1: Polipropilén (PP) alapanyagú hegesztett csomópontú georács, 44×40 mm-es hálómérettel, • GK1: A GR1 georács 160 g/m2 tömegű PP nem szőtt geotextíliával, • GR2: Poliészter (PET) anyagú, PVC bevonatú szőtt georács 35×35 mm-es hálómérettel, • GR3: Polipropilén (PP) alapanyagú extrudált georács 39×39 mm-es hálómérettel. XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


GR1 és GK1

GR2

GK2

GR3

PP

PET+PVC

PET

PP

Hegesztett1

Szőtt2

Szőtt3

Extrudált4

Szakítószilárdság 1,0%-os nyúlásnál

7 kN/m

n.a.

n.a.

n.a.

Szakítószilárdság 2,0%-os nyúlásnál

12 kN/m

7,5 / 8 kN/m

7,5 / 8 kN/m

10,5 kN/m

44×40 mm

35×35 mm

35×35 mm

39×39 mm

Alapanyag Gyártási mód

Nyílásméret 1Kétirányban

teherviselő georács, amely merev, előterhelt, extrudált polipropilén (PP) pászmákból áll, minden irányban megegyező tervezési szilárdsággal, csomópontjaikat pedig számítógép vezérelt lézerhegesztéssel képzik. 2Kétirányban teherviselő szőtt georács, amely poliészter (PET) szálakból készül utólagos PVC bevonattal. 3Kétirányban teherviselő szőtt georács, amely poliészter (PET) szálakból készül utólagos bevonat nélkül. 4Extrudálással készült polipropilén (PP) lemez lyukasztásával, majd kétirányú nyújtásával előállított georács. XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


31,5/63 E típusú zúzottkő

Áthullott tömegszázalék (%)

100

Alsó határgörbe

90

Felső határgörbe

80 70 60 50 40 30 20 10 0 1

10

100

Szitaméret (mm) MSZ EN 13450:2003 XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


FZKA 0/56

http://www2.epito.bme.hu/uvt/oktatas/feltoltesek/BMEEOUVTUE2/szm_23_2012_burkolat_alapok.pdf XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


Geoműanyagok

GR1

GK1

GK2

GR2

GR3


2016.04.21.


Beépítési lépések 1.

Megj.: A képek nem a jelenlegi vizsgálatkor készültek.


2016.04.21.


Beépítési lépések 2.

Megj.: A képek nem a jelenlegi vizsgálatkor készültek.


2016.04.21.


A zúzottkő ágyazat tömörítése Tömörítés: - 20 cm és 40 cm vastagságban. Tömörítő eszköz: - L-2/C típus, - tömeg: 68 kg, - teljesítmény: 1,1 kW, - névleges vibrációs frekvencia: 3000/min, - tömörítőlap: 500x500 mm. Megj.: A kép nem a jelenlegi vizsgálatkor készült.

Fontos: azonos legyen a tömörítési munka minden vizsgálat előtt.


2016.04.21.


Ellenerő

Nyomóerő

Elmozdulás

Megj.: A kép nem a jelenlegi vizsgálatkor készült. XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016 2016.04.21.


A szemcsék elmozdulása a felső síkon

Megj.: A kép nem a jelenlegi vizsgálatkor készült.


2016.04.21.


A szemcsék elmozdulása a felső síkon Az ellenerő oldalán

A nyomóerő oldalán

Szemcsék torlódása

Szemcsehiány Megj.: A képek nem a jelenlegi vizsgálatkor készültek.


2016.04.21.


• Mérési eredmények


2016.04.21.


A minősítési paraméterek meghatározása – a „belső nyírási ellenállás”

1. Az 5 mm és 40 mm közötti keret-elmozdulásnál az ezen a tartományon mért adatsorra illesztett lineáris regressziós függvény meredeksége XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


Az 5…40 mm keretelmozduláshoz tartozó lineáris regressziós függvény meredekségének értéke 31,5/63 E típusú zúzottkő esetén geoműanyag erősítés nélkül, és különböző geoműanyagos erősítésekkel 0,35

31,5/63 E - Geoműanyag nélkül

Meredekség [kN/mm]

0,30

31,5/63 E - GR1

0,25 0,20

31,5/63 E - GK1

0,15

31,5/63 E - GR2

0,10

31,5/63 E - GK2

0,05 0,00 0

10

20

30

40

31,5/63 E - GR3

A geoműanyag síkjától mért távolság (cm)


2016.04.21.


A nyírási grafikonok 5…40 mm-es keretelmozdulások zónájára számított lineáris regressziós függvényei meredekségének geoműanyag nélküli esethez viszonyított aránya az egyes geoműanyagos erősítéseknél a georács síkjában értelmezve, 31,5/63 E típusú vasúti zúzottkő anyagnál 31,5/63 E - Geoműanyag nélkül

0,60

1,1144

0,9618

0,9674

0,8544

0,80

1,1486

1,00

1,0000

Meredekség arány [-]

1,20

31,5/63 E - GR1

31,5/63 E - GK1 31,5/63 E - GR2

0,40 0,20 0,00

31,5/63 E - GK2 31,5/63 E - GR3


2016.04.21.


Az 5…40 mm keretelmozduláshoz tartozó lineáris regressziós függvény meredekségének értéke FZKA 0/56 típusú szemcsés keverék esetén geoműanyag erősítés nélkül, és különböző geoműanyagos erősítésekkel 0,25

0,15

FZKA 0/56 - GR1

Meredekség [kN/mm]

0,20

FZKA 0/56 Geoműanyag nélkül

0,10

FZKA 0/56 - GK1

0,05

FZKA 0/56 - GR2

0,00 0

10

20

30

40

FZKA 0/56 - GR3

-0,05

A geoműanyag síkjától mért távolság (cm)


2016.04.21.


A nyírási grafikonok 5…40 mm-es keretelmozdulások zónájára számított lineáris regressziós függvényei meredekségének geoműanyag nélküli esethez viszonyított aránya az egyes geoműanyagos erősítéseknél a georács síkjában értelmezve, FZKA 0/56 típusú szemcsés keveréknél FZKA 0/56 Geoműanyag nélkül

1,00

0,80 0,60

1,6087

1,20

1,6822

1,40

1,4262

1,6145

1,60

1,0000

Meredekség arány [-]

1,80

FZKA 0/56 - GR1

FZKA 0/56 - GK1 FZKA 0/56 - GR2

0,40 0,20

FZKA 0/56 - GR3

0,00


2016.04.21.


• Mérési eredmények értékelése 1. – Jelen előadásban nem adtam meg külön a polinomiális regressziós függvényeket, a mérési adatokat csak folyamatos vonallánccal kötöttem össze, érzékeltetve ezzel a függvény kapcsolatot. – A laboratóriumi többszintes nyíróládás vizsgálat mérési eredményei alapján teljes biztonsággal megállapítható, hogy a szemcsés anyaghalmaz alá beépített megfelelő típusú georács/geokompozit réteg növeli a tömörített zúzottkő ágyazatban és az FZKA 0/56 típusú szemcsés keverékben a belső nyírási ellenállás nagyságát.


2016.04.21.


• Mérési eredmények értékelése 2. – Jelen vizsgálat-sorozat eredményei alapján megállapítható, hogy a georács síkja feletti kb. 20 cm-es zónától a georács hatása nem volt érzékelhető. – Jelen vizsgálat-sorozat eredményei alapján megállapítható továbbá, hogy a vasúti zúzottkő ágyazatnál az 1,4×dmax érték (~88 mm), az FZKA 0/56 anyagnál a 3,5×d50 érték (~35…55 mm) mint optimális erősítő georács nyílásméret (szakirodalmak alapján felvéve ezeket) igazolja, hogy a 35×35 mm-es rácsméret (GR2 és GK2), illetve a 44×40 mm-es geotextíliás hegesztett rács (GK1) nem hatékony a zúzottkő ágyazatban, ellenben a hegesztett és extrudált ráccsal (GR1 és GR3) már akár lehet pozitív hatást elérni. Az FZKA 0/56 anyag esetén az erősítés mind a négy vizsgált geoműanyagnál kimutatható volt – geotextília nélküli esetekben szinte azonos mértékben –, legmagasabb értékkel a szőtt georácsnál (GR2). XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.


• Összefoglaló megállapítások – Összefoglalóan kijelenthető a vizsgálatok alapján, hogy a georács erősítő elemek esetében nem a gyártási technológia, vagy a csomópontok kialakítása határozza meg annak teljesítőképességét, sokkalta inkább azokat a releváns paramétereket kell mérlegelnünk, amelyeket a beépítési környezet irányoz elő számunkra: • megfelelő nyílásméret kiválasztása, • szükséges értékű (szakító)erő felvétele az 1-2%-os (akár 0,5…4%-os) deformációs tartományban.


2016.04.21.


• A konferencia cikkhez felhasznált irodalmak jegyzéke Kurhan, D. M.: Determination of dynamic loads from the wheel on the rail for high-speed trains, Science And Transport Progress. Bulletin Of Dnipropetrovsk National University Of Railway Transport 2015/3 118–128. TENSAR INTERNATIONAL LTD.: Railways. Mechanical Stabilisation Track Ballast and Sub-ballast, marketing issue, 2013, Blackburn, 11 p. (www.tensar.co.uk/downloads) Fischer Szabolcs: A vasúti zúzottkő ágyazat alá beépített georácsok vágánygeometriát stabilizáló hatásának vizsgálata, PhD értekezés, SZE MMTDI, 2012, DOI: 10.15477/SZE.MMTDI.2012.005 Fischer Szabolcs: Georácsok alkalmazása vasúti zúzottkő ágyazat stabilizálására (2009-2014), KTE ankét előadás, Pécs, 2014.10.13., DOI: 10.13140/rg.2.1.2637.5842 Brown, S. F. – Kwan, J. – Thom, N. H.: Identifying the key parameters that influence geogrid reinforcement of railway ballast, Geotextiles and Geomembranes 2007 326-335 Koerner R. M.:, Designing with Geosynthetics, Xlibris Press, USA, 2012


2016.04.21.


Köszönöm megtisztelő figyelmüket!

Honlap: kep.sze.hu E-mail: [email protected] XVII. Közlekedésfejlesztési és beruházási Konferencia, Bük-fürdő, 2016

2016.04.21.

ÚT- ÉS VASÚTÉPÍTÉSI SZEMCSÉS RÉTEGEK ERŐSÍTÉSE GEOMŰANYAGOKKAL. Dr. Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus SZE ÉÉKK Közlekedésépítési Tanszék

Recommend Documents