A vizsgálatok közötti legnagyobb különbség a talajmintában keltett alakváltozások (feszültségek) szintjében van (5. ábra). A már említett nemlineáris viselkedés miatt különösen fontos, hogy a valós problémánál fellépővel azonos alak­vál­tozási tartományban végezzük a méréseinket. Ennek megfelelően a vizsgált problémánál várhatóan fellépő alakváltozások mértéke befolyásolja a vizsgálati módszer kiválasztását. A rezonanciás vizsgálat során egy hengeres talajmintát terhelünk ciklikusan, torziós módon. A terhet a talajhenger tetejére helyezett mágneses-tekercses terhelőfej adja át a mintára, és a vizsgálat során gyorsulásmérővel mérik a minta válaszát (alakváltozását) rezonanciafrekvenciás terhelés mellett (6. ábra). A mérésből a nyíróhullám terjedési sebessége számítható, amelyből – a sűrűség ismeretével – számítható a nyírási modulus. A mintát szabad rezgés állapotába hozva mérhető a csillapítás is. Ezután a vizsgálat különböző cellanyomás, alakváltozási szint, terhelési idő mellett ugyanazon a mintán újra elvégezhető, hiszen a terhelés során nem érjük el a törési állapotot.

A ciklikus nyírásvizsgálatot is a leggyakrabban hengeres mintán végzik. A vizsgálat során a mintát a rezonanciás vizsgálathoz hasonlóan terhelik, de nagyobb alakváltozási szinten. A vizsgálat során a talajmintában a vízszintes terhelő erőpár hatására a minta alakváltozásai hasonlóak, mint a függőlegesen terjedő nyíróhullámok által okozott alakváltozások, amelyek a földrengéskor fellépő hullámok közül a mérnöki tervezés szempontjából a legfontosabbak.

A ciklikus triaxiális vizsgálat az egyik leggyakrabban alkalmazott dinamikus vizsgálat, mivel a berendezéssel rendkívül sokféle terhelés modellezhető (7. ábra). A vizs­gálatot a hagyományos triaxiális vizsgálatnál alkalmazott módon, hengeres talajmintán, oldalról támasztó cellanyomás segítségével végzik. A vizsgálatot használhatjuk a leromlási görbe és a csillapítási görbe meghatározásához is.

A bender elementes mérés során piezoelektromos anyagokkal keltenek hullámokat a talajmintában, és egy vevővel mérik a nyíróhullám terjedési sebességét. A mérés az igen alacsony alakváltozási szintek vizsgálatára használható, nagy előnye, hogy más vizsgálatokkal kombinálva is használhatjuk, másrészt pedig, hogy a vizsgálatot különböző irányokban elvégezve a talaj esetleges anizotróp tulajdonságairól is kapunk információt.

Vasúti közlekedés okozta rezgések vizsgálati lehetőségei – külföldi kutatások

A vonat keltette dinamikus rezgések altalajra és szerkezetekre gyakorolt hatása nemzetközi tekintetben is új témának mondható, hazai kutatások geotechnikai vonatkozásban ez idáig nem készültek. Ugyanakkor számos nemzetközi kutatás folyik a vonatok dinamikus hatásának és a szerkezetek erre adott reakciójának minél pontosabb megismerésére, a hatékony méretezés, tervezés, üzemelés minél pontosabb kiszolgálására. Az alábbiakban három publikáció ismertetésével tekintünk ki a nemzetközi kutatásokra.

Costa és társai (2010) az altalaj és töltésanyag nemlineáris viselkedésének a fel­­építmény válaszára gyakorolt hatását vizsgálták, s ennek számításba vételére egy ekvivalens lineáris eljárást használtak. Az alkalmazott 2,5D numerikus modellel, melyen egyik irányba csak a terhelésben lehet változás, a svédországi Ledsgard környékén végzett nagyszámú monitoring mérés visszaszámítását célozták meg. Az elvégzett analízisek jó egyezést mutattak a mérési eredményekkel.

Varandas és társai (2011) azt vizsgálták, hogy a folyópálya és műtárgy közötti átmeneti zónában, térben és időben hogyan változik a mélyebb rétegekre irányu­ló te­her­át­adás. A hollandiai kutatás keretében Gouda város környezetében egy vas­beton keret feletti átvezetést anali­zál­tak végeselemes módszerrel, melynek validálásához helyszíni monitoring mé­ré­si eredmények álltak rendelkezésre. A kutatás eredményeként megalkotott vé­ges­ele­mes modell a szerkezet viselkedését jól írta le, eredményeikben rámutattak arra, hogy az átmeneti zónában, ezen belül pedig különösen ott, ahol lebegő talpfák vannak, jelentős igénybevételek ébrednek a csatlakozó szakaszokhoz képest.

Battini és Ülker-Kaustell (2011) számos korábbi publikációjukra hivatkozva rámutatnak arra, hogy az ágyazatátvezetéses, kis és közepes fesztávolságú hidak esetében a számított és mért sajátfrekvencia között jelentős eltérés mutatkozhat, a sajátfrekvencia a rezgés amplitúdójának függvénye. Battini és Ülker-Kaustell a hidak függőleges dinamikai vizsgálatához javasol egy modellezési fogást, amely az ágyazati réteg hatását hivatott számításba venni. Az ajánlás igazolására két esettanulmányon mutatják be annak alkalmazását.

Összefoglalás

Az egyre növekvő közúti és (gyors)vasúti forgalomból származó rezgések, valamint a földrengésekkor fellépő dinamikus hatások figyelembevétele egyre fontosabb tervezési feladat. Az altalaj dinamikus viselkedésének elemzése különösen fontos lehet egyrészt olyan pályaszakaszok tervezésénél, illetve felújításánál, ahol a talajkörnyezet mechanikai jellemzői igen kedvezőtlenek, másrészt olyan, csak komplexen vizsgálható kapcsolódási pontoknál, mint például a folyópálya és egy hídszerkezet találkozása. A nemzetközi szakirodalomban ma már számos kutatás vizsgálja a vasúti pályarendszert az altalaj dinamikus viselkedését is figyelembe véve, hiszen – ahogy az említett esetekben is láthattuk – csak így érték el számításaikkal a mérésekben tapasztalt eredményeket.

A Széchenyi István Egyetem Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszékén a dr. Richard P. Ray vezetésével tevékenykedő kutatócsoport célja, hogy a rendelkezésre álló laboratóriumi berendezések (rezonanciás vizsgálóberendezés, ciklikus triaxiális berendezés, bender elementek) segítségével jobban megérthessük és leírhassuk a jellemző hazai talajok dinamikus viselkedését, hogy ezáltal a tervezésben pontosabb számítások segítségével hatékonyabb megoldások születhessenek.