A korszerű mélyépítési technológiáknak köszönhetően a vasúti alépítmény építésénél használt teherviselő altalaj intenzívebben tömöríthető. Ezzel egyidejűleg folyamatban van olyan koncepciók kidolgozása, amelyek az aljzat és az altalajvédő rétegek kötőanyagos előkészítésével minimálisra csökkentik az alaprétegek költséges beépítését.
Ezek az intézkedések teherbírás és funkcionalitás szempontjából rendszerint jobb tulajdonságú földmunkát eredményeznek. A talajok fokozott tömörítése és az altalajhoz használt teherbíró anyagok, valamint a talajok kötőanyagokkal történő kezelése azzal jár, hogy a vonatok elhaladásakor a sín és a teherviselő rendszer rugalmas alakváltozása kisebb mértékű. Mivel a kisebb rugalmas alakváltozás fokozott feszültséggel jár, az altalaj és a védőrétegek merevebb jellege a vasúti ágyazat és a vasúti alépítmény fokozott feszültségét és károsodását eredményezi. A vasúti ágyazat nagyfokú károsodásának elkerülését lehetővé tevő megoldás a multifunkciós geoműanyag beépítése az ágyazat alá.
1. A probléma meghatározása
A mélyépítési technológiák továbbfejlődésével fokozottabb mértékben van lehetőség a vasúti alépítményekben a helyszínen megtalálható talajok és az alapréteghez használt anyagok tömörítésére. Ezzel egyidejűleg folyamatban van olyan koncepciók kidolgozása, amelyek a helyszínen található talajok kötőanyagos előkészítésével minimálisra csökkentik az alaprétegek drága beépítését. Ezek az intézkedések a teherbíróképesség és a használhatóság tekintetében általában jobb tulajdonságú földmunkákat eredményeznek.
A talajok és az alapréteg anyagainak jobb tömörítése, valamint különösen a talaj kötőanyagokkal történő kezelése azonban azzal jár, hogy a pálya és a teherviselő rendszer rugalmas alakváltozása az elhaladó vonatok hatására kisebb. Minél nagyobb azonban az alépítmény merevsége, annál koncentráltabb a terhek átadása, és annál kevesebb alj játszik szerepet a teherátadásban. Ennek eredményeként megnövekszik az alj alatti felületi nyomás és így az ágyazat terhelése, ami az ágyazat és a vasúti alépítmény károsodását idézi elő. A kiegészítő rugalmas elemek alkalmazása egyik módja, hogy elkerülhető legyen az ágyazat túlzott feszültséggel való igénybevétele.
A NAUE GmbH & Co. KG a Drezdai Alkalmazott Tudományok Főiskolájával és a drezdai GEPRO Ingenieurgesellschaft mérnökirodával együttműködésben új terméket fejlesztett ki nemszőtt anyagok használatával. Ez a termék az ágyazat alá beépítve az alábbi funkciókat látja el a vasúti pályaszerkezet rendszerén belül:
- biztosítja a vasúti pálya rugalmasságát
- biztosítja az ágyazat mechanikai szűrési stabilitását a különböző talajok felé
- védi az alépítmény felszínét a túlterheléstől és az ágyazat okozta károsodástól
- levezeti az esővizet az alépítményről
- megfelelő kapcsolatot biztosít az ágyazat kövei és a geokompozit között
- a rugalmas elválasztás révén csökkenti a szerkezeti eredetű zajokat
A vasúti közlekedés másik, egyre inkább – különösen a sűrűn lakott területeken – fontos szempontja a vasúti forgalom által okozott zaj, valamint a vele járó rezgések. A rugalmas elemek pályába való beépítése az elválasztás révén csökkenti a szerkezeti eredetű zajt. A rugalmas geokompozit ágyazat alatti beépítésével a teljes felépítmény rugalmasan elválasztható az alépítménytől. Ezáltal jelentősen csökken a rezgések alépítménybe való bevezetése.
2. A termék leírása
Az új Secutex® EDF 5000 geokompozit két réteg geoműanyagból (polipropilénből) áll, amelyek egymással mechanikai kapcsolatban vannak (1. ábra). Teherviselő rétegként egy nemszőtt és szőtt anyagból álló kombináció, fedőrétegként pedig egy nemszőtt anyag szolgál. A geokompozit gyártási folyamata során gumigranulátumot helyeznek el a geoműanyagok között, végül pedig a két réteget teljes hosszukban tűnemezeléssel kötik össze. Így a geokompozit összes rétegét átfogó állandó és nyíróerők átvitelére alkalmas kapcsolat valósul meg. Ezzel egyidejűleg a gyártási folyamat során meghatározhatók a geokompozit mechanikai tulajdonságai is.
1. ábra Gumigranulát = gumigranulátum · Vliesstoff = geotextília · Vernadelung = tűnemezelés
3. A laboratóriumi vizsgálatok eredményei
A Drezdai Alkalmazott Tudományok Főiskolájának közlekedési laboratóriumában a mechanikai és a hidraulikus tulajdonságokra, valamint azok állandó terhelés alatti változásaira kiterjedő vizsgálatokat, valamint élettartam-vizsgálatokat végeztek. (Az eredményeket lásd: [1], [2] és [3].)
Ezek a laboratóriumi körülmények között lefolytatott vizsgálatok azt mutatták, hogy az új típusú Secutex® EDF 5000 egyrészt többletrugalmasságot visz be a rendszerbe merev altalaj esetén, ezzel egyidejűleg pedig védelmet, elválasztó-szűrő funkciót és a szivárgó vízzel szembeni ellenállást biztosít a szerkezetnek. Ennek eredményeként a vasúti pálya felépítményének terhelési viszonyai kedvezőbben tervezhetők, a felépítményre és az alépítményre gyakorolt hatások pedig csökkenthetők.
4. Helyszíni vizsgálat
4.1. A próbaszakasz bemutatása
A vizsgálat helyszíne Berlintől északra, Hohen Neuendorf városában található, a 6087. számú vonalon a Puschkinallee feletti vasúti hídon, a 14,821 km-nél. Ezen a szakaszon az 1. vágány pályafelújítását tervezték, amely alágyazati réteg beépítését is magában foglalta (1. kép). A háttöltésnél nem készült a 836.0504 számú irányelv [4] szerinti különleges, deformációnak ellenálló, cementstabilizált vagy tömörített, javított talajból készült ék. A 20 cm vastag alágyazati réteget a hídfő csúcsára helyezték.
1. kép A vizsgálati terület képe
A Secutex® EDF 5000 geoműanyag körülbelül 6 méter hosszban, valamint a híd előtt és után 9 méter hosszban került beépítésre. Ezen a vizsgálati területen a rezgésgyorsulás mérésére került sor.
4.2. A rezgésmérések értékelése
Összesen 11, nagyrészt rakott tehervonat áthaladását sikerült rögzíteni, amelyek átlagosan 25 kocsiból álltak, a sebességük pedig 70-90 km/h volt. Minden releváns mérési keresztmetszetben megtörtént a rezgésgyorsulások mérése. Az adatok alapján az idő szerinti egyszeri integrálással meghatározásra kerültek a rezgéssebességek, idő szerinti kétszeri integrálással pedig a rezgéstávolságok (rugalmas alakváltozás).
Az értékeléshez különösen a geokompozitok nélküli töltésszakaszban található 1. és a geokompozittal készült töltésszakaszba eső 3. mérési keresztmetszetet vettük figyelembe. Mivel a felépítmény tulajdonságai összemérhetők, valamint az alépítmény és az alapozás talajdinamikai tulajdonságai hasonlók, ez a két mérési keresztmetszet rendkívül alkalmas volt a Secutex® EDF 5000 geoműanyag hatásának értékelésére.
4.3. A csillapítás meghatározása
Az 1. mérési keresztmetszet és a 3. mérési keresztmetszet között az egyetlen különbséget a 3. mérési keresztmetszetbe beépített Secutex® EDF 5000 geoszintetikus kompozit jelenti. Minden más tényező, mint a felépítmény, az alépítmény és az altalaj dinamikai tulajdonságai, valamint az áthaladó vonatok által előidézett dinamikus feszültség azonban közel azonos. Ennek eredményeként a Secutex® EDF 5000 geokompozit csillapítása az [5] szerint a két maximális LF, max (fTn) „Third-Rapid Level” különbségéből adódik. A csillapítás meghatározott értéke a 2. ábrán látható.
2. ábra Csillapítás – az 1. és a 3. mérési keresztmetszet összehasonlítása az ágyazat szintjén
A meglévő vonalakra jellemző alacsony merevségű alágyazat/altalaj ellenére 7 dB-ig terjedő, átlagosan körülbelül 3 dB javulás figyelhető meg. Merevebb altalaj (pl. kötőanyaggal stabilizált rézsű) esetén ez az érték értelemszerűen magasabbra adódna. Merev altalaj esetén (pl. alagutakban történő alkalmazásnál) a [6] szerint körülbelül 20 dB-ig terjedő értékek érhetők el. A 12,5 és 16 s-1 közötti tartományban jelentkező (minimális) romlás az alágyazati paplanok jellemzője és a rezgések a Secutex® EDF 5000 geokompozit önrezgésszámában jelentkező felerősödésének következménye.
Összegzés
A laboratóriumi és helyszíni vizsgálatokból nyert első tapasztalatok azt mutatták, hogy a Secutex® EDF 5000 geokompozit használatával
- garantált a pálya ágyazata és az alépítmény/ alap közötti szűrési és elválasztási stabilitás
- az ágyazat geokompozitba való benyomódása révén megvalósul az alakzáras kapcsolat
- fokozódik a felépítmény rugalmassága
- a dinamikus terhek a csillapítási tulajdonságok révén csökkennek
- megvalósul a terhelési viszonyok kiegyenlítődése és
- meghosszabbodik a felépítményhez használt ágyazat élettartama
Ennek eredményeként az új Secutex® EDF 5000 geokompozit – inhomogén, de mindenekelőtt kis alakváltozással járó terhelési viszonyok esetén – biztosítja a felépítmény/az alépítmény/az alapozás védelmét. Ez a pálya kedvezőbb helyzetét és az élettartamának meghosszabbodását eredményezi.
Az alábbi kiemelt alkalmazási területeket kell figyelembe venni:
- átmeneti területek/helyileg behatárolt hibahelyek
- kötőanyaggal kezelt talajok
- jó minőségű védőrétegek
- alagutak és hidak
Felhasznált irodalom
[1] Großmann, S.; Lieberenz, K.; Ehrenberg, H.
(2011): Entwicklung eines Geoverbundstoffes zur Verbesserung der Aufl agerbedingungen von Gleisschotter bei Eisenbahnstrecken. 7. Geokunststoff -Kolloquium, Dresden, 20-21.01.2011.
[2] Weisemann, U.; Großmann, S. (2011): Untersuchungsbericht zum Geoverbundstoff Secutex® EDF 5000. Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Fakultät Bauingenieurwesen / Architektur Verkehrsbau / Eisenbahnbau, Dresden, 08.07.2011.
[3] Weisemann, U.; Großmann, S.; Ehrenberg, H.; Ewert, W.F. (2012): Development of a Geocomposite to Improve the Bed Support Conditions of Railway Track Gravel for Railroad Tracks. 5. European Geosynthetics Congress, Valencia, 16–19.09.2012.
[4] Deutsche Bahn AG: Richtlinie 836 – Erdbauwerke und sonstige geotechnische Bauwerke planen, bauen und instand halten. – Fassung 20.12.1999a mit 2. Aktualisierung, Frankfurt am Main, 01.02.2013.
[5] Wettschureck, R. G.: Körperschall an Schienenverkehrswegen. Gastbeitrag im Rahmen der Vorlesung Technische Akustik II, TU Berlin, Sommersemester 2010.
[6] Wettschureck, R. G.; Kurze, U. J.: Einfügungsdämmmaß von Unterschottermatten. Acustica 58, 1985, S. 177–182.
