Georácsos vasúti felépítménystabilizáció hatékonysága Fischer Szabolcs PhD hallgató, egyetemi tanársegéd
1
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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
2
Precíz pályafenntartás, -karbantartás A hagyományos zúzottköves vágányok felépítmény-stabilizációja ÉPKO 2011
2011.06.04.
1. Bevezetés
n. év
3
ÉPKO 2011
n+1. év
n+2. év
Tavasz
Ősz
Tavasz
Ősz
Tavasz
Ősz
Tavasz
Ősz
FKG z
FKG z
FKG z
C
n+3. év Idő
2011.06.04.
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
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.1. Irodalomkutatás
Forrás: Brown et. al. (2007)
Forrás: Brown et. al. (2006)
Forrás: Konietzky et. al. (2004) Forrás: Indraratna et. al. (2007)
6
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.2. Laboratóriumi mérések
Újszerű mérési elvű többszintes nyíróláda elvi rajza 10 db 10 cm-es keretelemmel 8
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.2. Laboratóriumi mérések
9
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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:
10
„Alépítmény” rugalmassági modulusa (pl.: E2~9, 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,…) ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.2. Laboratóriumi mérések
A mérendő adatok:
Az „alépítmény” E2 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:
11
Az „alépítmény” rugalmassági modulusa: i1=3 Georácstípusok száma: i2=3 Zúzottkőanyagok típusának száma: i3=2 Függőleges terhelési értékek száma: i4=4 Nyírási síkok: i5=4 3×3×2×4×4=288! → a mérések számának csökkentése és a mérések validálása (PFC3D) ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.2. Laboratóriumi mérések (Tensar SSLA 30 G) Nyírási sík
12
Georács síkjától való távolság (cm)
Tömörítetlen rács nélküli
Tömörített rács nélküli
Tömörítetlen georácsos
Tömörített georácsos
esetben a nyomóerő (kN)
I.
0
7,4
8,9
12
15,5
II.
10
7,2
14
6
16
III.
20
4,6
8,1
4,4
10
IV.
30
1,8
2,9
2,1
4,5
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
TENSAR 1. georács
VIACON georács
TENSAR 2. georács
1625+00
1624+40
1623+50
1622+90
1622+80
1622+20
1621+60
1620+00
1621+00
Próbaszakaszok kialakítása georácsok beépítésével Kontrollszakaszok beiktatása Elkészült beépítés vázlatos elrendezése: 1620+60
NAUE 1. georács
NAUE 2. georács
LÉBÉNY
1625
1624
1623
1622
1621
1620
1619
1618
Szelvényezés
KIMLE
= vízzsák
13
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
14
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
15
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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, 13-6-12-18-24-36 hónap elteltével) A georács beépítési hatásának vizsgálata a süllyedések, a fekszinthibák, a keresztsüppedések és a síktorzuláshibák kialakulására
16
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
17
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
18
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
A síktorzulás átlagának alakulása, 3,6 m-es bázis 19
ÉPKO 2011
2011.06.04.
2.3. Terepi mérések
A síktorzulás szórásának alakulása, 3,6 m-es bázis 20
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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. 391-401
Bathurst, R. J., Raymond, G. P. (1987): Geogrid reinforcement of ballasted track, Transportation Research Record No. 1153, 1987, pp. 8-14
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. 33-43
Brown, S. F., Thom, N. H., Kwan, J. (2006): Optimising the geogrid reinforcement of rail track ballast, conference issue, Railfound Conference, Birmingham, 2006, pp. 346-354
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. 326-335
Cindric, M., Minazek, K., Dimter, S. (2006): Influence of reinforcing geogrids on soil properties, Tehnicki Vjesnik, Vol. 3-4, 2006, pp. 21-25
Ferellec, J.-F., McDowell, G. (2010): A method to model realistic particle shape and inertia in DEM, Granular Matter, Vol. 12, 2010, pp. 459-467
Hungarian Railways (1999) Modern railway–modern railway technique. Railway construction and maintenance, Vol. 2. Budapest: MAV Rt., 1999, pp. 157-160
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. 143-152
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. 27-44
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. 313322
Khedar, M. S., Mandal, J. N. (2009): Pullout behavior of cellular reinforcements, Geotextiles and geomembranes, Vol. 27, 2009, pp. 262-271
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. 3-11
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. 19-29
Lobo-Guerrero, S., Vallejo, L. E. (2006): Discrete element method analysis of railtrack ballast degradation during cyclic loading, Granular Matter, Vol. 8, 2006, pp. 195-204
Lu, M., McDowell, G. R. (2007): The importance of modeling ballast particle shape in the discrete element method, Granular Matter, Vol. 9, 2007, pp. 69-80
21
ÉPKO 2011
2011.06.04.
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. 35-48
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. 656-661
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. 475-487
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. 301-310
Perkins S. W., Edens M. Q. (2003): Finite element modeling of a geosynthetic pullout test, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 21, 2003, pp. 357-375
Raymond, G. R. (1999): Railway rehabilitation geotextiles, Geotextiles and geomembranes, Vol. 17, 1999, pp. 213-230
Raymond, G. P. (2002): Reinforced ballast bahaviour subjected to repeated load, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 20, 2002, pp. 39-61
Raymond G., Ismail, I. (2003): The effect of geogrid reinforcement on unbound aggregates, Geotextiles and Geomembranes, Vol. 21, 2003, pp. 355-380
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. 261-271
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. 371-382
Thom, N. H. (2009): Rail trafficing testing, conference representation, Jubilee Symposium on Polymer Geogrid Reinforcement, September 8, 2009, London, United Kingdom
22
ÉPKO 2011
2011.06.04.
Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!
[email protected]
23
ÉPKO 2011
2011.06.04.
