A cikk szerzője:

Dr Fischer Szabolcs egyetemi adjunktus
SZE Közlekedéséptési és Településmérnöki Tanszék

Szatmári Tamás alkalmazásmérnök
Low and Bonar Hungary Kft.

Georácsokkal és geokompozitokkal erősített szemcsés rétegek laboratóriumi vizsgálatai

A vasúti alépítménybe beépülő szemcsés anyagokat (kiegészítő rétegeket) a földmű teherbírás-növelése és/vagy védelme érdekében alkalmazzák. A hagyományos vasúti felépítmény jelentős tömegét kitevő zúzottkő ágyazat is szemcsés anyag, ellenben funkciója eltér a kiegészítő rétegekétől. A kiegészítő rétegekben (és alattuk) beépített geoműanyag rétegek műszaki és gazdasági előnye, hogy általuk jelentősen javítható a vágánygeometria stabilizálása.

A kiegészítő rétegekben (és alattuk) beépített erősítő geoműanyag rétegek segítségével kisebb rétegvastagság esetén is biztosítható az előírt statikus tárcsás teherbírási érték, és a zúzottkő ágyazat alá beépítve a vágánygeometria stabilizálását segítik. Használatukkal merevebb alágyazati réteg alakul ki, ami tartósabb fekszintet eredményez, és a dinamikus hatások következtében tapasztalható ágyazatváll lefolyás jelenség is korlátozódik [1].

A szemcsés réteg és a georács kapcsolata

Ezek a geoműanyagok az esetek többségében georácsok, szőtt geotextíliák vagy ún. geo-kompozitok. A szemcsés rétegek erősítésére, teherbírásuk növelésére leginkább geo­rá­cso­kat alkalmaznak, hiszen a két anyag között létrejövő mechanikus kapcsolat, azok együttdolgozása révén ún. kompozit réteget alkotnak, amely kedvezően befolyásolja a betömörített kiegészítő réteg vagy ágyazat teherbírását, élettartamát és tartósságát. Azaz a szemcsés réteg és a georács interakciója kulcsfontosságú paraméter az erősítés hatékonysága szempontjából, amely kismértékben a súrlódás, nagyobb mértékben viszont az úgynevezett „interlocking” hatás (1. ábra) révén jön létre, amit magyarul beékelődésnek vagy alakkal záró kötésnek nevezhetünk.
A gyakorlati haszna ennek az interakciónak relatíve kis elmozdulások mellett mutatható ki igazán, mikor a georács nyúlása nem, vagy alig haladja meg az 1%-ot. Ebben az esetben az altalajra helyezett georács, valamint a szemcsés réteg között kialakuló interlocking hatás – azaz a georács-szemcsés réteg létrejötte – egy ún. oldalirányú megtámasztást biztosít, amely végül a függőleges terhek által generált deformáció csökkentésére szolgál (2. ábra).

1. ábra. Az inter­locking hatás létrejötte a szemcsés réteg és a georács között

2. ábra. Az oldalirányú megtámasztás a vasúti pályaszerkezetben az interlock hatás következtében

A georácsok kiválasztása

Fontos kérdés a fentiek alapján a geo­rács­ter­mék kiválasztásakor – főként a tervezési fázisban –, hogy mely paramétereket tartjuk fontosnak, azaz melyek azok, amelyek az 1–2. ábrán látható interlocking hatást jelentősen befolyásolják.
Az MSZ EN 13250 alkalmazástechnikai szabvány [2] által előírt minőségügyi jellemzők a következők:

  • szakítószilárdság hossz- és keresztirányban,
  • maximális terhelésnél mérhető nyúlás hossz- és keresztirányban,
  • statikus átszakítási ellenállás (csak geo­kom­pozitok, geotextíliák esetén releváns),
  • dinamikus lyukasztási ellenállás (csak geokompozitok, geotextíliák esetén releváns),
  • tartósság.

A megerősítés funkcióhoz tartozó alkalmazástechnikai szabvány ugyan előírja azt az öt jellemzőt, amelyet minden georács teljesítménynyilatkozatán meg kell jelölni, a tapasztalatok azonban azt mutatják, hogy más fontos paramétereket is figyelembe kell venni egy termék hatékonyságának megállapításakor. Például gyakorlati kutatások azt vetik fel, hogy minden szemcsés talaj szemszerkezeti összetételéhez tartozik egy optimális nyílásméret, amivel az 1–2. ábrán látható interlock hatás a leghatékonyabban képes kialakulni. De egyes elképzelések, kutatások alapján a teljesítményben szerepet játszik továbbá a kis nyúlások mellett mért szakítómerevség, a csomóponti merevség, a nyílás alakja, a georács-borda vastagsága, a gyártás technológiája stb.
A továbbiakban a georács-erősítés nélküli, valamint georácsokkal és geo­kom­po­zi­tokkal erősített szemcsés rétegek többszintes laboratóriumi nyíróládával mért belső nyírási ellenállás-vizsgálati eredményeit ismertetjük, az eredmények kiértékelése után megállapításokat fogalmazunk meg a georácsok hatékonyságát befolyásoló fontos tényezőkkel kapcsolatban.

A többszintes nyíróláda bemutatása

Az 1,0×1,0 m alapterületű, valamint 1,0 m mélységű többszintes nyíróláda 10 db egymáson fekvő keretből áll, amelyek acél U profilokból készültek. A láda alsó 50 cm-es részébe XPS lemezek, arra pedig 10 cm homokréteg kerül.
A láda alsó síkjától számított 60 cm-es magasságban, azaz a homokréteg felső síkjára kerülhet az erősítő georács vagy geo­rács-kom­pozit, majd erre a szintre, 2×20 cm-es tömörítési vastagságban, szemcsés talajok építhetők be (3. ábra) [3].

3. ábra. A többszintes nyíróládás vizsgálat mérési elve
A szerkezet aljába elhelyezett hablemezek a puha altalajt hivatottak modellezni, a homokréteg a geo­rács nyílásméretein keresztül létrejövő interlocking hatás kialakulásának lehetőségét adja meg, a szemcsés rétegben pedig a láda gyors átalakíthatóságának köszönhetően 4, egymástól 10 cm-re elhelyezkedő nyírási síkot hozhatunk létre. A nyírási sík alatt összekapcsolt keretek hengereken gördülnek el a laboratórium padlóján a nyomóerő hatására, míg a nyíróláda szemközti oldalán a nyírási sík felett az ellenerő a felső ládarészt tartja mozdulatlanul. Az összehasonlíthatóság és az eredmények megfelelő kiértékelhetősége érdekében minden esetben ugyanazt a tömörítőeszközt és tömörítési menetet alkalmaztuk.

A cikk folytatódik, lapozás:1234Következő »

Irodalomjegyzék

  • [1] 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, pp. 118–128.
  • [2] MSZ EN 13250:2014+A1/2015: Geo­textíliák és rokon termékeik. A vas­utak szerkezetében való alkalmazás előírt jellemzői, 44 o.
  • [3] Dr. Horvát F., Fischer Sz., Major Z.: Geoműanyagokkal erősített vasúti zúzottkő ágyazat újszerű vizsgálata többszintes nyíróládában. Sínek Világa, 2012/6.
  • [4] Fischer Sz.: A vasúti zúzottkő ágyazat alá beépített georácsok vágánygeomet­riát stabilizáló hatásának vizsgálata. PhD-értekezés, SZE MMTDI, 2012, 148 o.
  • [5] dr. Fischer Sz.: A vasúti zúzottkő ágyazat és a szemcsés kiegészítő rétegek alá beépített georácsok belső nyírási ellenállásának vizsgálata. Sínek Világa, 2014/4.
  • [6] www.researchgate.net/profile/Szabolcs_Fischer/contributions.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2016 / 6. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©