Žilinská univerzita v Žiline Stavebná fakulta
Študentská vedecká odborná činnosť Akademický rok 2006-2007
ANTIVIBRAČNÍ ROHOŽE
Meno a priezvisko študenta : Ročník a odbor štúdia
:
Vedúci práce Žilina
: :
Zdeňka Hadačová Zdeněk Tomšíček 5.ročník-Konstrukce a dopravní stavby Ing. Petr Břešťovský 24.05.2007
Obsah: Anotace............................................................................................................ 3 1. Úvod............................................................................................................. 3 2. Vlastnosti antivibračních rohoží.................................................................... 3 3. Materiály ...................................................................................................... 4 4. Výroba antivibračních rohoží........................................................................ 4 4.1. Výroba z přírodního kaučuku .................................................................... 4 4.2. Výroba z recyklované pryže ...................................................................... 5 4.2.1 Klasický způsob výroby........................................................................... 5 4.2.2 Kryogenní způsob výroby........................................................................ 5 5. Dodávka a pokládka rohoží.......................................................................... 5 6. Zkušební úseky na území ČR ...................................................................... 6 7. Zahraniční normy ......................................................................................... 7 7.1. Německo................................................................................................... 7 7.2. Švýcarsko ................................................................................................. 8 7.3. Belgie ....................................................................................................... 8 7.4. Itálie ......................................................................................................... 8 8. Zkoušky........................................................................................................ 8 8.1. Měření statické tuhosti .............................................................................. 9 8.2. Měření statického modulu přetvárnosti – podle české metodiky ............. 13 8.3. Dynamická zatěžovací zkouška s použitím lehké dynamické desky ....... 17 9. Závěr.......................................................................................................... 19 10. Literatura a zdroje .................................................................................... 20
Anotace Antivibrační rohože nebo podštěrkové rohože jsou jedním z nejúčinnějších prvků sloužících k tlumení vibrací od kolejové dopravy. Pokud jsou položeny na zemní pláň nebo pláň tělesa železničního spodku, mohou snížit přenos vibrací až o 20 dB. Rohože jsou používány na vysokorychlostních tratích, železničních tratích, tramvajových tratí a metra. Rohože jsou obvykle vyráběny z přírodního kaučuku nebo z recyklátu z odpadových pneumatik. V současné době probíhá příprava OTP (obecných technických podmínek) pro použití antivibračních rohoží v České republice. Anti-vibration mats or ballast mats are one of the most effective methods of reducing vibration transmission from ballasted track. When installed under ballast, Ballast Mats isolate the track structure from the supporting foundation or subgrade, and can attenuate the transmission by 20 dB in many cases. Ballast mats are used on high-speed lines, main lines, urban, light rail and metro. Layer of mat is typically 15-30 mm thick usually made from natural rubber or rubber recyclate from waste tyres. Nowadays is in progress preparation of Czech technical regulations for using anti-vibration mats in railway lines in the Czech Republic.
1. Úvod Pro tlumení vibrací od kolejové dopravy slouží antivibrační rohože.Dalšími samostatnými či doplňkovými prvky jsou pružné podložky, pod kolejnici, podkladnici, pod pražce a v neposlední řadě systém odpružené hmoty. Jednotlivé prvky mohou být použity samostatně, nebo všechny najednou, záleží na vlastnostech dráhy a požadavcích. Prvky mají pouze funkci tlumicí, nemají funkci nosnou, filtrační ani izolační. Rohože jsou velice flexibilní a je možno je použít na tratě železniční, tramvajové i na tratě metra. • •
Antivibrační rohože se zpravidla dělí na: Rohože vkládané do konstrukčních vrstev a na zemní pláň. Podštěrkové rohože, pokládány přímo na pláň tělesa železničního spodku.
V České republice neexistuje jednotný předpis pro antivibrační rohože. V rámci projektu CIDEAS jsme se zapojili do výzkumného týmu. Přispěli jsme zpracováním rešerše antivibračních rohoží a provedením zkoušek rohoží.
2. Vlastnosti antivibračních rohoží • • • •
Antivibrační rohože plní tyto základní funkce: snižují vlivy zatížení od kolejové dopravy na těleso železničního spodku, snižují opotřebení kola a kolejnic, snižují vlastní namáhání železničního svršku, spodku a podloží, zvyšují pružnost železničního svršku a pokles kolejnic,
•
zvyšují jízdní komfort.
3. Materiály Podle materiálu, ze kterého se rohože vyrábějí, je můžeme rozdělit na : 1. rohože vyráběné z přírodního kaučuku, 2. rohože vyráběné ze syntetického kaučuku, 3. rohože vyráběné z recyklované pryže (recyklát). Rohože vyráběné z pryžového granulátu jsou spojovány pojivem na bázi polyuretanu nebo kapalným kaučukem. Antivibrační rohože musí vyhovovat pro použití v náročných podmínkách (dynamické zatížení od železniční dopravy). • • • • • •
Materiál rohoží by měl splňovat minimálně tyto podmínky na odolnost: odolnost proti hydrolýze v horké páře, odolnost proti vodním roztokům kyselin, zásad a solí, odolnost proti destilované vodě (voda s nízkým množstvím minerálů) a mořské vodě, být chemicky neutrální a zdravotně nezávadný, odolnost vůči mikrobům, hořlavost B3.
Struktura rohoží může být jednosložková (jednovrstvá), nebo vícesložková, tzv. sendvičová rohož (v tomto případě je složená ze dvou nebo více vrstev). U jednovrstvé struktury (viz obr. č. 1) plní jediná vrstva všechny požadované funkce, to znamená tlumící. U vícevrstvých rohoží je většinou horní vrstva ochranná a poté následují vrstvy tlumicí. Tato tlumicí vrstva může být navíc ze spodní strany opatřena další ochrannou vrstvou. Jedná se zpravidla o vrstvu geotextilie nebo vrstvu zřizovanou speciálním nástřikem. Obr. č. 1 Detail rohože vyrobené z recyklátu
4. Výroba antivibračních rohoží 4.1. Výroba z přírodního kaučuku Obecně výroba rohoží z přírodního a syntetického kaučuku spočívá v roztavení kaučukové hmoty a následném přidání příměsí ovlivňujících vlastnosti rohoží. Výslednou hmotou se na závěr vyplní formy pro požadované typy rohoží.
4.2. Výroba z recyklované pryže Výrobu granulátu lze provádět například těmito dvěmi způsoby: • klasickým způsobem, • kryogenním způsobem. 4.2.1 Klasický způsob výroby Základním materiálem pro výrobu granulátu jsou staré pneumatiky. Proces klasické výroby začíná roztříděním pneumatik z nákladních a osobních automobilů, a současně rozdělením na Obr. č. 2 Drtič pneumatik zimní a na letní pneumatiky. Třídění je velice důležité, aby si výrobek zachovával stejné vlastnosti. Po roztřídění se pneumatiky podélně rozříznou na polovinu a odstraní se z nich kovová výztuž. Poté jsou pneumatiky přepraveny dopravníkem do drtiče (viz obr. č. 2), kde jsou rozdrceny. Následně je z nich odstraněn chemlon a jemná vnitřní výztuž (viz obr. č. 3). Drcením vznikne granulát, který je podle použitých pneumatik jemný nebo hrubý. Granulát se při teplotě cca 80°C lije do formy a lisuje tlakem cca 10 MPa. Po zchladnutí je rohož vyjmuta z formy a přepravena do skladů, aby nebyla vystavena nepříznivým vlivům prostředí. Obvyklá tloušťka je v rozmezí 20 – 30 mm. 4.2.2 Kryogenní způsob výroby Kryogenní způsob je obdobný, jen k rozdrcení pneumatik dochází tak, že se pneumatiky zchladí na velmi nízkou teplotu (pomocí kapalného dusíku nebo komerčních chladicích medií). Tím se materiál stane křehkým a snadno rozdrtitelným. Následný postup je stejný jako v kapitole 4.2.1.
Obr. č. 3 Jemné drátky s chemlonem
5. Dodávka a pokládka rohoží Rohože se před jejich přepravou ukládají na paletách nebo zabaleny do rolí. Rohože mohou být uloženy i volně na nákladním automobilu, nebo také složeny na paletách (viz obr. č. 4).
Obr. č. 4 Skladování rohoží
Obr. č. 5 Rohože na paletách
Uložení na staveništi by mělo trvat co nejkratší dobu (méně než jeden týden), aby nebyly rohože vystaveny dlouhodobému přímému slunečnímu svitu. Pokud toto nejde splnit, je nutno rohože chránit matným plastovým obalem. Položení rohože do kolejiště je možno provádět kolmo (viz obr. č. 6) nebo podélně vůči trati. Pokud jsou rohože uloženy do betonového koryta (popřípadě u fasád), měly by být konce rohoží zvednuty nahoru. Podloží by mělo být suché, rovné a mělo by splňovat požadovanou únosnost. Spojení se provádí pomocí polyuretanového lepidla. Rohože jsou spojeny k sobě většinou pomocí zámků, případně ještě přelepeny ochrannou páskou. Většina rohoží může být pojížděna vozidly s pneumatikami huštěnými vzduchem až tehdy, když je na rohože nasypána 10 až 20 cm vrstva štěrkodrtě (štěrku). Na rohožích by se vozidla neměla rychle rozjíždět ani zastavovat, a už vůbec ne otáčet.
Obr. č. 6 Pokládka rohoží na zastávce Světice
6. Zkušební úseky na území ČR V současné době jsou zřízeny čtyři zkušební úseky na tratích SŽDC. 1. SŽDC začala zřizovat zkušební úseky antivibračních rohoží již v roce 2000. Prvním zkušebním úsekem byl 200 m dlouhý úsek v Horních Počaplech. Zde byly vkládány rohože z pryžového recyklátu BELAR (rozměry 1500 x 500 x 25 mm) od firmy BOHEMIAelast a.s.
2. V roce 2001 byl zřízen v oblasti nástupiště zastávky Starý Kolín druhý zkušební úsek. Zde byly vloženy do konstrukce pražcového podloží rohože z pryžového kompozitu USM 700 (1000 x 2000 x 25 mm) od firmy Pragoelast s.r.o. Na tomto úseku se vložily rohože bez zámků do první koleje a do druhé se zámkem, jenž umožní zaklesnutí rohoží do sebe. 3. V roce 2001 byl také položen úsek na mostě vedeného přes ulici Bělehradská (traťový úsek Praha hl. n. – Praha Smíchov). Délka úseku je 29 m v koleji č. 1 a 33 m v koleji č. 2. Zde byly vloženy antivibrační rohože od firmy PHOENIX A.G. Hamburk z přírodního kaučuku typu PHOENIX S22-02 s délkou pásů 15 m, šířkou 0,65 m a tloušťkou 22 mm. 4. V roce 2006 byl zřízen 300 m dlouhý zkušební úsek v železničním uzlu Ústí nad Labem. Zde se použily antivibrační rohože z pryžového recyklátu od firmy Renogum Nilos a.s. typu AV 800 (1500 x 500 x 25 mm). Zatím posledním úsekem položení antivibrační rohoží, je zastávka Světice (viz obr. č. 6) na IV. tranzitního koridoru ČR. Byl uloženy v dubnu 2007. Úsek je dlouhý 500 m a byla zde použita rohož BE8 (1500 x 500 x 25 mm) od firmy BohemiaElast. Rohož byla položena do obou traťových kolejí. Z výsledků měření ze zkušebních úseků vyplývá, že nebyl zaznamenán rozpad geometrických parametrů koleje, proto nebyla snížena bezpečnost železničního provozu. Změřené vibrace po zřízení zkušebních úseků Starý Kolín, Horní Počaply a most přes ulici Bělehradská, nebylo možno porovnat s výchozím stavem. Vibrace ve většině případů splnily hygienickou normu, ale zlepšení se kvůli chybějícím původním měřením nepodařilo prokázat. Byl také monitorován stav použitých rohoží v úseku Starý Kolín a Horní Počaply, kde byly vyjmuty z koleje vzorky rohoží USM 700 a BELAR. Na nich bylo laboratorními zkouškami prokázáno, že nedošlo k výraznému ovlivnění jejich technických vlastností provozem.
7. Zahraniční normy První normy pro antivibrační rohože vznikly v Německu. Většina zahraničních norem na ně odkazuje. V následně uvedených normách se zkoušky rohoží shodují, ale jejich provádění se značně liší. Jsou rozdílné velikosti vzorků, doby cyklů zatížení i budící frekvence u dynamického modulu uložení..
7.1. Německo Německo je v používání rohoží nejdále, první technické podmínky dodací (TL 918 071) nabyly platnosti již v roce 1988. V roce 2000 byly vydány jako drážní norma BN 918 071 – 01. Norma je platná pro rohože na snížení namáhání štěrku. V přípravě je drážní norma BN 918 071 – 02, která se týká rohoží pro snížení šíření hluku v tuhých tělesech. Kromě drážních norem je od roku 2000 platná norma DIN 45673 – 1. Drážní norma BN 918 071 – 01 Nové výrobky jsou testovány zkouškami: statický modul uložení, nízkofrekvenční modul uložení, tuhost vůči horizontálním zatěžovacím účinkům,
mechanická únavová pevnost, materiálové charakteristiky, odolnost proti vodě, odolnost proti mrazu, odolnost proti stárnutí v provozních podmínkách, zápalnost. Po splnění všech zkoušek jsou rohože testovány na zkušebních úsecích minimální délky 50 m po dobu 5 let. Norma DIN 45673 – 1 U antivibračních rohoží, které jsou vkládány pod kolejové lože, jsou prováděny tyto zkoušky: statický modul uložení, dynamický modul uložení, dynamické ztužení, ztrátový koeficient. U systému odpružené hmoty se mezi podloží a nosnou desku pevné jízdní dráhy vkládají celoplošné rohože. Rohože jsou testovány stejnými zkouškami jako rohože pod kolejové lože.
7.2. Švýcarsko Drážní pokyn (I-AM 05/02 Unterschottermatten) platí od roku 2002. Pokyn udává požadavky na rohože a na jejich pokládku. Dodavatelé musí splnit tyto zkoušky: statický modul uložení, dynamický modul uložení, ztrátový faktor (tlumení), komplexní modul smyku, mechanická pevnost, odolnost proti vodě, odolnost proti stárnutí, klimatická odolnost, samozhášivost. Zkoušky se provádí podle německé drážní normy. Pro konečné předání musí být splněny zkoušky statické a dynamické tuhosti s normovou štěrkovou deskou.
7.3. Belgie Technická specifikace pro dodávku tlumících rohoží pod štěrk (L-65 Fourniture de Tapis Amortisseurs Sous Balast) je platná od roku 1999. Obsahuje vlastnosti dodávaných rohoží a zkoušky těchto rohoží. Ze zkoušek jsou to: kontrola rozměrů, zkouška statické pružnosti a dynamické rigidity, chemický rozbor, pevnost v tahu a mez zlomení, odolnost proti roztržení, zkoušky únavy, zkoušky stlačení, odolnost proti stárnutí a stabilita odolnosti atmosférických podmínek. Pro každou dodávku podštěrkových rohoží větší než 50 m3 musí být provedeny kontrolní zkoušky a u dodávek větších 200 m3 musí být rohože certifikovány.
7.4. Itálie Norma pro elastomerové rohože pro železniční a tramvajové tratě (UNI 11059) je platná od roku 2003. Laboratorní testy se dělí na testy mechanických vlastností a funkční testy. Testy mechanických vlastnosti jsou kvazistatické, simulační, dynamické a dynamické testy volné oscilace. Funkční testy jsou testy trvalého zatížení, testy na únavu materiálu, testy mrazuvzdornosti s obsahem vody, testy odolnosti podmínkám prostředí (na vzduchu, ve vodě, v ozónové koncentraci), testy způsobilosti rohože a kontrolní testy geometrické stability rohože.
8. Zkoušky Po prostudování zahraničních norem, jsme zvolili dvě hlavní zkoušky antivibračních rohoží a jednu doplňkovou zkoušku.
Hlavní zkoušky: • zkouška statické tuhosti, • zkouška statického modulu přetvárnosti podle české metodiky. •
Doplňující zkouška: dynamická zatěžovací zkouška s použitím lehké dynamické desky.
8.1. Měření statické tuhosti Zkouška dle německé normy DB – BN 918 071 – 01 Unterschottermatten zur Minderung der Schotterbeanspruchung z roku 2000. [4] Postup měření: Vzorek antivibrační rohože byl zatížen tuhou ocelovou deskou (viz obr. č. 7) o rozměrech 300 mm x 300 mm x 30 mm statickou silou stupňovitě od 0 do 0,12 MN/m2 (resp. 0,12 MPa) ve třech cyklech zatížení a odlehčení. Vyčíslení statické tuhosti bylo provedeno z třetího zatěžovacího cyklu. Rychlost zatěžování byla 1 mm/min. Výpočet statické tuhosti byl proveden v intervalu pro dolní napětí 0,02 MN/m2 a horní napětí 0,10 MN/m2 jako sečná tuhost podle vzorce:
C stat =
∆σ σ 0,1 − σ 0,02 = ∆d d 0,1 − d 0,02
[N/mm3]
∆σ – rozdíl horního a dolního napětí [N/mm2] ∆d – rozdíl deformace antivibrační rohože [mm]
Obr. č. 7 Měření Cstat
Výsledky měření: Zde jako příklad bylo uvedeno měření statického modulu přetvárnosti u dvou vzorků antivibračních rohoží. Jedná se o vzorek VM1201 (syntetická pryž) s objemovou hmotností 775 kg.m-3 a o vzorek antivibračních rohoží BELAR (recyklát)
s objemovou hmotností 732 kg.m-3. Měření probíhalo v laboratorních podmínkách na ČVUT, Fakultě stavební. Tab. č. 1 – Výsledky měření statické tuhosti rohože VM 1201od firmy Phoenix Datum: 9.3.2007 Teplota: 19°C Vzorek: VM1201, vzorek 1 Zatížení
Napětí
Rozměr zatěžovací desky: Maximální tlak na desku: Objemová hmotnost:
0,30 x 0,30 m 0,12 MPa 775,3 kg.m-3
Odečet na hodinkách
Střední odečet
Zatlačení
mm
mm
mm
2
kN
N/mm
1
2
3
4
(1+2+3+4)/4
0,00
0,00
18,28
17,59
16,89
15,66
17,11
0,00
1,80
0,02
19,13
18,37
17,32
16,17
17,75
0,64
3,60
0,04
19,49
18,76
17,55
16,37
18,04
0,94
5,40
0,06
19,74
19,00
17,70
16,51
18,24
1,13
7,20
0,08
19,92
19,21
17,83
16,63
18,40
1,29
9,00
0,10
20,09
19,38
17,94
16,73
18,54
1,43
10,80
0,12
20,25
19,55
18,06
16,83
18,67
1,57
9,00
0,10
20,16
19,45
17,99
16,78
18,60
1,49
7,20
0,08
20,02
19,30
17,90
16,70
18,48
1,38
5,40
0,06
19,85
19,11
17,78
16,59
18,33
1,23
3,60
0,04
19,64
18,88
17,61
16,45
18,15
1,04
1,80
0,02
19,30
18,52
17,38
16,25
17,86
0,76
0,00
0,00
18,47
17,74
16,98
15,79
17,25
0,14
1,80
0,02
19,12
18,44
17,43
16,19
17,80
0,69
3,60
0,04
19,49
18,83
17,63
16,37
18,08
0,97
5,40
0,06
19,73
19,06
17,77
16,52
18,27
1,17
7,20
0,08
19,91
19,25
17,90
16,63
18,42
1,32
9,00
0,10
20,07
19,42
18,00
16,73
18,56
1,45
10,80
0,12
20,23
19,59
18,11
16,83
18,69
1,59
9,00
0,10
20,13
19,48
18,05
16,78
18,61
1,51
7,20
0,08
19,99
19,33
17,95
16,70
18,49
1,39
5,40
0,06
19,85
19,17
17,85
16,60
18,37
1,26
3,60
0,04
19,61
18,92
17,68
16,45
18,17
1,06
1,80
0,02
19,27
18,56
17,47
16,25
17,89
0,78
0,00
0,00
18,50
17,77
17,00
15,81
17,27
0,16
1,80
0,02
19,15
18,46
17,44
16,21
17,82
0,71
3,60
0,04
19,51
18,85
17,64
16,39
18,10
0,99
5,40
0,06
19,75
19,08
17,78
16,53
18,29
1,18
7,20
0,08
19,93
19,27
17,91
16,65
18,44
1,34
9,00
0,10
20,09
19,44
18,02
16,74
18,57
1,47
10,80
0,12
20,24
19,60
18,12
16,84
18,70
1,60
9,00
0,10
20,14
19,49
18,06
16,79
18,62
1,52
7,20
0,08
20,00
19,33
17,96
16,70
18,50
1,39
5,40
0,06
19,83
19,15
17,84
16,60
18,36
1,25
3,60
0,04
19,62
18,92
17,69
16,46
18,17
1,07
1,80
0,02
19,27
18,56
17,47
16,26
17,89
0,79
0,00
0,00
18,51
17,78
17,01
15,82
17,28
0,18
Graf. 1– průměrné zatlačení zatěžovací čtvercové desky-vzorek VM1201 zatížení [MPa] 0,00 0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,20
zatlačení [mm]....
0,40 1. zatěžovací větev 1. odlehčovací větev 2. zatěžovací větev 2. odlehčovací větev 3.zatěžovací větev 3.odlehčovací větev
0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60
C stat =
∆σ σ 0,1 − σ 0, 02 0,1 − 0,02 = = = 0,105 N/mm3 ∆d d 0,1 − d 0, 02 1,47 − 0,71
Tab. č. 2 – Výsledky měření statické tuhosti rohože BELAR od firmy BohemiaElast Datum: Teplota: Vzorek:
9.3.2007 19°C BELAR, vzorek 1
Zatížení
Napětí
kN
N/mm
Rozměr zatěžovací desky: 0,30 x 0,30 m Maximální tlak na desku: 0,12 MPa Objemová hmotnost: 737,6 kg.m-3 Odečet na hodinkách mm
2
Střední odečet
Zatlačení
mm
mm
1
2
3
4
(1+2+3+4)/4
0,00
0,00
16,83
15,58
17,48
15,76
16,41
0,00
1,80
0,02
17,25
15,96
17,82
16,13
16,79
0,38
3,60
0,04
17,58
16,35
18,15
16,39
17,12
0,70
5,40
0,06
17,89
16,69
18,47
16,68
17,43
1,02
7,20
0,08
18,18
17,04
18,79
16,96
17,74
1,33
9,00
0,10
18,46
17,37
19,11
17,22
18,04
1,63
10,80
0,12
18,74
17,69
19,42
17,48
18,33
1,92
9,00
0,10
18,63
17,55
19,29
17,37
18,21
1,80
7,20
0,08
18,42
17,31
19,04
17,17
17,99
1,57
5,40
0,06
18,16
17,00
18,75
16,92
17,71
1,30
3,60
0,04
17,86
16,64
18,41
16,64
17,39
0,97
1,80
0,02
17,49
16,24
18,05
16,32
17,03
0,61
0,00
0,00
16,97
15,72
17,61
15,88
16,55
0,13
1,80
0,02
17,30
16,11
17,96
16,17
16,89
0,47
3,60
0,04
17,62
16,48
18,25
16,41
17,19
0,78
Pokračování tab. č. 2 Zatížení
Napětí
kN
N/mm
Odečet na hodinkách mm
2
Střední odečet
Zatlačení
mm
mm
1
2
3
4
(1+2+3+4)/4
5,40
0,06
17,92
16,83
18,58
16,69
17,51
0,71
7,20
0,08
18,20
17,16
18,90
16,96
17,81
0,41
9,00
0,10
18,47
17,49
19,21
17,22
18,10
0,11
10,80
0,12
18,73
17,79
19,50
17,46
18,37
0,16
9,00
0,10
18,62
17,65
19,37
17,35
18,25
0,04
7,20
0,08
18,40
17,39
19,11
17,14
18,01
0,20
5,40
0,06
18,14
17,08
18,82
16,89
17,73
0,48
3,60
0,04
17,84
16,72
18,48
16,60
17,41
0,80
1,80
0,02
17,47
16,32
18,12
16,28
17,05
1,16
0,00
0,00
16,99
15,75
17,64
15,89
16,57
1,64
1,80
0,02
17,33
16,16
17,99
16,19
16,92
1,29
3,60
0,04
17,65
16,53
18,29
16,43
17,23
0,98
5,40
0,06
17,95
16,87
18,62
16,72
17,54
0,67
7,20
0,08
18,22
17,20
18,93
16,98
17,83
0,38
9,00
0,10
18,48
17,51
19,23
17,23
18,11
0,10
10,80
0,12
18,74
17,80
19,52
17,47
18,38
0,17
9,00
0,10
18,61
17,64
19,36
17,34
18,24
0,03
7,20
0,08
18,41
17,40
19,12
17,14
18,02
0,19
5,40
0,06
18,15
17,10
18,83
16,89
17,74
0,47
3,60
0,04
17,85
16,74
18,49
16,61
17,42
0,79
1,80
0,02
17,48
16,34
18,14
16,30
17,07
1,15
0,00
0,00
17,01
15,77
17,66
15,90
16,59
1,63
Graf. 2 – průměrné zatlačení zatěžovací čtvercové desky-vzorek BELAR zatížení [MPa] 0,00 0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,20
zatlačení [mm].....
0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00
C stat =
∆σ σ 0,1 − σ 0, 02 0,1 − 0,02 = = = 0,05 N/mm3 ∆d d 0,1 − d 0,02 1,7 − 0,15
1.zatěžovací větev 1.odlehčovací větev 2.zatěžovací větev 2. odlehčovací větev 3.zatěžovací větev 3.odlehčovací větev
Vyhodnocení měření: Tab. č.3 – Porovnání Cstat v zahraničních normách
Jak je vidět z tab. č. 3, zkoušené vzorky antivibračních rohoží by nebylo možno použít ve všech uvedených státech. U vzorku BELAR bylo naměřeno Cstat=0,05 N.mm-3, což by se dalo použít v Německu a ve Švýcarsku jen do tratí s nižší rychlostí. Druhá zkoušená antivibrační rohož – VM 1201 s Cstat=0,105 N.mm-3 by se dala použít na všech tratích i s vyšší rychlostí.
8.2. Měření statického modulu přetvárnosti – podle české metodiky Zkouška dle ČD (SŽDC) S4 příloha č. 5 Zjišťování modulu přetvárnosti. [5] Princip zkoušky: Statický modul přetvárnosti se zjišťuje zatěžovací zkouškou. Pro provedení této zkoušky se používá zkušební zařízení skládající se z kruhové desky o průměru 0,30 m, hydraulického lisu (ten musí být schopen vyvodit sílu o 20 % vyšší než je požadované zatížení desky a musí umožnit stupňovité zvyšování a snižování síly a její udržování bez kolísání po dobu několika minut), siloměru, indikátorových hodinek s dělením po 0,01 mm pro měření zatlačení desky, měřícího rámu s držáky indikátorových hodinek a opěrného rámu pro opření hydraulického lisu. Pro výpočet modulu přetvárnosti se použije obecně platný vztah: E0 =
1,5 ⋅ p ⋅ r y
[MPa]
p – měrný tlak na zatěžovací desku [MPa] r – poloměr zatěžovací desky [m] y – celkové průměrné zatlačení desky [m] Postup měření: Na zatěžovací desku se ve stejné vzdálenosti osadí troje indikátorové hodinky, jenž se upevní na měřící rám. Plné dosednutí jednotlivých částí zařízení se provede
krátkodobým zatížením nepřesahujícím 10 s a které nesmí vyvodit větší tlak než je 20 % max. zatížení desky. Po odlehčení a ustálení měřidel zatlačení se provede základní čtení. Zatížení se vnáší ve čtyřech stupních. Deformace se považuje za ustálenou, jestliže její změna během jedné minuty je ≤ 0,02 mm. Toto zatlačení se považuje pro dané zatížení jako konečné. Naměřené zatlačení desky se určí jako průměr všech tří zjištěných hodnot. Následně se zatížení zvyšuje na další stupeň. Takto se pokračuje až do maximálního stanoveného zatížení. Po dosažení předepsaného zatížení se zatěžovací deska stupňovitě odlehčí na nulu a cyklus se opakuje podruhé. Výsledky měření: Zde jako příklad bylo uvedeno měření statického modulu přetvárnosti u dvou vzorků různých typů antivibračních rohoží. Jedná se o stejné vzorky jako v kapitole 8.1. Měření probíhalo v laboratorních podmínkách na ČVUT, Fakultě stavební. Tab. č. 4 – Výsledky měření statické tuhosti rohože BELAR
Datum: Teplota: Vzorek:
15.2.2007 19°C BELAR, vzorek 1
Průměr zatěžovací desky: Tlak na desku: Objemová hmotnost: Zatlačení zatěžovací desky y
Měrný tlak v barech
Měrný tlak MPa
v
v mm
d = 0,30 m p = 0,20 MPa ρ = 732,7 kg.m-3
Střední hodnota v mm
Zatlačení v mm
0,00
0,00
1 14,70
2 17,85
3 13,06
15,20
0,00
26,89
0,05
15,67
18,62
13,94
16,08
0,87
51,48
0,10
16,40
19,37
14,66
16,81
1,61
76,10
0,15
17,22
20,20
15,46
17,63
2,42
100,32
0,20
18,00
21,00
16,24
18,41
3,21
76,10
0,15
17,62
20,61
15,86
18,03
2,83
51,48
0,10
17,02
19,99
15,26
17,42
2,22
26,89
0,05
16,21
19,16
14,46
16,61
1,41
0,00
0,00
14,96
17,95
13,32
15,41
0,21
26,89
0,05
15,96
18,95
14,26
16,39
1,19
51,48
0,10
16,74
19,75
15,01
17,17
1,96 2,70
76,10
0,15
17,47
20,50
15,74
17,90
100,32
0,20
18,08
21,12
16,34
18,51
3,31
76,10
0,15
17,70
20,73
15,96
18,13
2,93
51,48
0,10
17,12
20,12
15,38
17,54
2,34
26,89
0,05
16,31
19,29
14,58
16,73
1,52
0,00
0,00
15,03
18,02
13,39
15,48
0,28
Graf 3 – průměrné zatlačení zatěžovací desky - vzorek rohože BELAR zatížení [MPa] 0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,00 0,50
zatlačení [mm]..
1,00 1. zatěžovací větev
1,50
1. odlehčovací větev 2. zatěžovací větev
2,00
2.odlehčovací větev
2,50 3,00 3,50
y = 3,31 − 0,21 = 3,1 mm modul přetvárnosti z první zatěžovací větve: 1,5 ⋅ p ⋅ r 1,5 ⋅ 0,2 ⋅ 0,15 E 01 = = = 14,02 MPa y 0,00321 modul přetvárnosti ze druhé zatěžovací větve: 1,5 ⋅ p ⋅ r 1,5 ⋅ 0,2 ⋅ 0,15 E 02 = = = 14,52 MPa y 0,0031 poměr modulů z první a druhé zatěžovací větve: E 02 14,52 = = 1,036 E 01 14,02 Tab. č. 5 – Výsledky měření statické tuhosti rohože VM1201 Datum: Teplota: Vzorek:
22.2.2007 20°C VM1201, vzorek 1
Průměr zatěžovací desky: Tlak na desku: Objemová hmotnost: Zatlačení zatěžovací desky y
Měrný tlak barech
v
Měrný tlak MPa
v
v mm
d = 0,30 m p = 0,20 MPa ρ = 775,3 kg.m-3 Střední hodnota v mm
Zatlačení v mm
1
2
3
0,00
0,00
14,06
12,00
11,81
12,62
0,00
26,89
0,05
15,39
13,73
12,85
13,99
1,37
51,48
0,10
15,81
14,16
13,18
14,38
1,76
76,10
0,15
16,16
14,51
13,46
14,71
2,09
100,32
0,20
16,47
14,83
13,72
15,01
2,38
Pokračování tab. č. 5 Měrný tlak barech
v
Měrný tlak MPa
Zatlačení zatěžovací desky y
Střední
v mm
hodnota
Zatlačení v mm
v
76,10
0,15
1 16,25
2 14,60
3 13,55
v mm 14,80
0,38
51,48
0,10
15,95
14,30
13,31
14,52
0,10
26,89
0,05
15,54
13,88
13,00
14,14
0,28
0,00
0,00
14,18
12,20
11,95
12,78
1,64
26,89
0,05
15,45
13,71
12,92
14,03
0,39
51,48
0,10
15,86
14,14
13,25
14,42
0,00
76,10
0,15
16,20
14,49
13,52
14,74
0,32
100,32
0,20
16,52
14,81
13,77
15,03
0,62
76,10
0,15
16,30
14,58
13,60
14,83
0,41
51,48
0,10
16,00
14,27
13,36
14,54
0,13
26,89
0,05
15,58
13,84
13,04
14,15
0,26
0,00
0,00
14,23
12,27
11,97
12,82
1,59
Graf 4 – průměrné zatlačení zatěžovací desky-vzorek VM1201 zatížení [MPa] 0,00 0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
zatlačení [mm]...
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
y = 2,41 − 0,15 = 2,26 mm z první zatěžovací větve 1,5 ⋅ p ⋅ r 1,5 ⋅ 0,2 ⋅ 0,15 E 01 = = = 18,91 MPa y 0,00238 ze druhé zatěžovací větve: 1,5 ⋅ p ⋅ r 1,5 ⋅ 0,2 ⋅ 0,15 E 02 = = = 19,91 MPa y 0,00226
1. zatěžovací větev 1.odlehčovací větev 2. zatěžovací větev 2.odlehčovací větev
poměr modulů z první a druhé zatěžovací větve: E 02 19,91 = = 1,053 E 01 18,91
Závěr měření: Vzorek BELAR od firmy BohemiaElast měl modul přetvárnosti 14,52 MPa. Vzájemný poměr modulů v první a druhé zatěžovací větvi vyšel 1,036. Vzorek VM 1201 od firmy Phoenix měl modul přetvárnosti 19,91 MPa. Vzájemný poměr modulů v první a druhé zatěžovací větvi je 1,053.
8.3. Dynamická zatěžovací zkouška s použitím lehké dynamické desky Zkouška dle normy ČSN 73 61 92 Rázové zkoušky. [6] Jedná se o zkoušku lehkou dynamickou deskou LDD 100 (viz obr. č. 8) patřící do skupiny nedestruktivních metod zkoušení. Zařízení je určeno pro okamžitou kontrolu kvalitativních parametrů zhutňovaných sypanin a konstrukčních vrstev. Princip zkoušky: Dynamická zatěžovací zkouška prováděná lehkou dynamickou deskou je zkušební metoda, při které se v zemině vyvodí zatížení rázem závaží. Doba rázu je 18 ms a max. síla Fmax=7,07 kN. V době nárazu se setrvačná síla závaží přenáší prostřednictvím kruhové desky do materiálu pod deskou. Důsledkem silového rázu dojde ke stlačení poloprostoru pod zatěžovací deskou. Podstata zkoušky spočívá ve stanovení odezvy (zde svislých průhybů) zkoušeného poloprostoru na zatížení rázem. Průhyby se odvozují z velikosti zrychleného akcelerometru. Ze zatlačení desky se vypočte rázový modul deformace Mvd [MPa] dle vzorce: M vd =
(
)
F . 1 − µ 2 [MPa] d . y el
yel – velikost pružného průhybu pod středem zatěžovací desky [mm] µ – Poissonovo číslo [ - ] F – velikost síly [ N ] d – průměr zatěžovací desky [mm] Rázový modul deformace Mvd je rozdílný od modulu přetvoření Ev2 z druhé zatěžovací větve při statické zatěžovací zkoušce. Vztah mezi rázovým modulem deformace a statickým modulem deformace je závislý na druhu a únosnosti zeminy a dá se vyjádřit srovnávacím měřením dle normy ČSN 73 61 92. Postup měření: Měřící deska se usadí na povrch zkoušené zeminy (antivibrační rohože), který musí být rovný a deska musí dosedat po celé ploše. K desce se připojí propojovací
kabel a na desku se nasadí rázové zařízení a odjistí se aretační kolík na závaží rázového zařízení. Závaží se zdvihne a zajistí západkou v horní poloze. Měřící deska se zatlačí k povrchu zkoušené vrstvy jedním rázovým pulsem. Po odskoku se závaží zachytí a zdvihne do horní polohy a zajistí západkou. Provedou se 3 měřící rázy, po odrazu se vždy závaží zachytí v horní poloze (viz obr. č. 9). Výsledky měření se vytisknou pomocí vyhodnocovací jednotky a tiskárny.
Měřící přístroj: Obr. č. 8 Schéma lehké dynamické desky (LDD) Lehká dynamická deska LDD 100 – model 2006: • měřící deska s instalovaným snímačem, • rázové zařízení, • elektronická vyhodnocovací jednotka, • tiskárna typu RS-232C s akumulátorovým zdrojem, • napáječ 220/12 V pro napájení a nabíjení akumulátorů jednotky a tiskárny, • propojovací kabely, • transportní kufřík a obal. Parametry měřícího přístroje: Měřený rázový modul deformace – optimálně Mvd=10÷125 MPa Měřená výchylka – 0,1÷10 mm Pracovní teplota – 0÷40 °C Průměr desky – 300 mm Hmotnost desky se snímačem – 15 kg Hmotnost závaží – 10 kg Materiál – ocel 11 500, ocel 17 240, dural Maximální rázová síla – 7,07 kN ± 0,07 kN Doba rázového pulsu – 18 ms ± 2 ms Obr. č. 9 Zkouška LDD na zastávce Světice
Výsledky měření: Zde uváděné příklady výsledků měření pocházejí ze souboru měření, provedených katedrou železničních staveb fakulty stavební ČVUT, v železniční stanici Světice, v koleji č. 1. Měření bylo provedeno na rekonstruovaném úseku tratě IV. tranzitního koridoru ČR, kde byly na stabilizovanou vrstvu zemní pláně (vápenná stabilizace) pokládány antivibrační rohože BE8 od výrobce BohemiaElast. Měření bylo provedeno na antivibrační rohoži i na stabilizované vrstvě, a to v ose koleje, pod levou a pod pravou kolejnicí. Měření bylo provedeno po cca 50 m.
Graf 5
Graf 6
Graf 7
Graf 8
V grafu 5 a 7 jsou naměřené hodnoty poklesů na vápnem stabilizované zemní pláni. V grafu 6 a 8 jsou naměřené hodnoty poklesů na položených antivibračních rohoží na vápnem stabilizované zemní pláni. Závěr měření: Zde ukázkově jsou nabídnuty dvě měření v ose koleje. Na grafech 6 a 8 je jasně patrný vliv vložení antivibračních rohoží. Jedná se o významnou změnu velikosti pružného průhybu pod středem zatěžovací desky v řádech mm. Z toho vyplývá značné zmenšení rázového modulu deformace Mvd. Předpokládáme, že bude LDD sloužit k rychlému zjišťování vlastností antivibračních rohoží.
9. Závěr Antivibrační rohože jsou v České republice stále novou záležitostí. Dosud se vše kolem antivibračních rohoží řídí nejednotnými pravidly. Neexistuje žádný předpis, který by to stanovoval vlastnosti a pokládku rohoží. Katedra železničních staveb je hlavním tvůrcem a koordinátorem vznikajícího předpisu.
V práci jsme zpracovali rešerši antivibračních rohoží u nás i v zahraničí. Podle námi zvolených zkoušek jsme porovnali výsledky dvou typů antivibračních rohoží. Výsledky naší práce budou použity v rámci programu CIDEAS pro SŽDC. Dalším stupněm by mělo být vytvoření Obecně technických podmínek pro antivibrační rohože, popřípadě úpravu předpisu ČD (SŽDC) S4 – železniční spodek, Vzorových listů železničního spodku a Technických kvalitativních podmínek staveb státních drah (TKP).
10. Literatura a zdroje [1] Konference Recycling 2006 – Možnosti využití pryžového recyklátu v konstrukci železničních a tramvajových tratí – Ing. Leoš Horníček, Ph.D. [2] Konference Recycling 2007 – Příprava technických předpisů pro použití antivibračních rohoží na železničních tratí v ČR – Ing. Leoš Horníček, Ph.D. [3]
TL 918 071
[4] DB – BN 918 071 – 01 Unterschottermatten zur Minderung der Schotterbeanspruchung [5] Předpis ČD S4 – Železniční spodek [6] ČSN 73 61 92 Rázové zkoušky [7] Lehká dynamická deska LDD100 – Návod k obsluze [8] Propagační materiály firmy Renogum – Nilos a.s.
Firma Montstav-www.montstav.cz Firma BOHEMIAelast-www.bohemiaelast.cz Firma Tiflex-www.tiflex.uk.com Firma Phoenix-www.phoenix.ag.com Firma Getzner-www.getzner.at/Werkstoffe
