VI K s Kavicsbnyszat Konferencia 2013 Budapest 2013

VI. Kő- és Kavicsbányászat Konferencia 2013 Budapest, 2013. június 13 -14. A vasúti zúzottkő ágyazat szerepe, feladatai és igénybevételei Dr. Szabó József (Ph. D) adjunktus Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Út és Vasútépítési Tanszék

A vasúti zúzottkő ágyazat – szemléletek Zúzottkő ágyazat A zúzottkő ágyazat, mint ÉPÍTŐANYAG, mint egy TERMÉK, amit elő kell állítani. A zúzottkő ágyazat, mint a vasúti pályaszerkezet egyik nagyon fontos ALKOTÓELEME.

A vasúti pályaszerkezet feladatai: • A vasúti járművek VEZETÉSE (a sín és a nyomkarimás kerék kapcsolata). • A vasúti járművek ALÁTÁMASZTÁSA (a járművek terheinek felvétele, szétosztása, és továbbítása a földműre).

A vasúti pályaszerkezet A klasszikus vasúti pályaszerkezet felépítése: Felépítmény • • } Sínek Sínleerősítések Keresztaljak Zúzottkő ágyazat Alépítmény • Védőréteg • Földmunka Vágányrács

A vasúti pályaszerkezet Sínleerősítés Keresztmetszet Ágyazat Sín Keresztalj Védőréteg Földmunka Sínleerősítés Keresztalj Hosszmetszet Ágyazat Védőréteg Földmunka

A vasúti pályaszerkezet Tengelyterhelés Kerékterhelés Felület Nyomó feszültség Hely Kerék/ Sín/ Alátétlemez/ Keresztalj/ Ágyazat/ Földmunka

A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója A vasúti zúzottkő ágyazat feladatai: • Alátámasztás (szilárd, de rugalmas) • Teherelosztás és teherátadás (a keresztaljakról az alépítményre) • Rugalmas ágyazás • Állékonyság biztosítása (megfelelő ellenállás a hossz- és keresztirányú erőkkel szemben) • Vízelvezetés (a vágányra hullott csapadékvizek gyors elvezetése)

A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója A vasúti zúzottkő ágyazat feladatai: • Irány- és fekszintállapot biztosítása (a vágány vízszintes és függőleges geometriája állandó, stabil és pontos legyen) • Irány és fekszint szabályozásának biztosítása (a vágány vízszintes és függőleges geometriája szabályozási munkákkal könnyen és pontosan helyreállítható legyen)

A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója Az ágyazattal szembeni követelmények: • • Megfelelő tömörség Megfelelő rugalmasság Szennyeződéstől való mentesség (tisztaság) Megfelelő ellenállás biztosítása

A vasúti zúzottkő ágyazat funkciója A zúzottkővel szembeni követelmények: • • • Megfelelő szilárdság (megfelelő anyag) Megfelelő szemmegoszlás, méret és szemszerkezet Érdes felület, éles élek, zömök szemcsealakok Nagy belső súrlódás Fagyállóság

A vasúti zúzottkő ágyazat igénybevételei A zúzottkő ágyazat a vasúti pályaszerkezeten belül egy közbenső közvetítő elem, így az igénybevételei nagymértékben függnek a vágányt terhelő erőktől. A vasúti vágányt terhelő erők A vasúti zúzottkő ágyazat igénybevételei

A vasúti vágányt terhelő erők: • Függőleges erők • Oldalirányú erők • Hosszirányú erők

A vasúti vágányt terhelő erők A vasúti vágányt terhelő függőleges erők: A járműkerekek statikus és dinamikus terheléséből adódnak • Statikus terhelés: álló jármű súlyereje tengelyteher (225 k. N) – kerékteher (112, 5 k. N) (V 43 -as mozdony tömege 80 t, így Zstat = 100 k. N) • Dinamikus terhelés: függ a sebességtől, valamint a jármű és a pálya kialakításától és állapotától Zdin = β * Zstat (kedvezőtlen esetben β ≈ 1, 5 -2, 0)

A vasúti vágányt terhelő erők A vasúti vágányt terhelő oldalirányú erők: A járműkerekek nyomkarimái által adódnak át • Ívekben: a szabad oldalgyorsulás következtében, nagysága függ a sebességtől, az ívsugártól, a jármű tengelyelrendezésétől és állapotától (kedvezőtlen esetben Y ≈ 60 - 80 k. N) • Egyenesben: a járművek kígyózó mozgása miatt (kisebbek, mint az ívekben lévő oldalirányú erők)

A vasúti vágányt terhelő erők A vasúti vágányt terhelő hosszirányú erők: A vonatforgalom és a hőmérséklet-változás hatására keletkeznek • Vonatforgalom hatására: – a fékezés és gyorsítás hatása (állomások előtt-után) – a gördülő kerekek súrlódó hatása – emelkedésben / esésben a súlyerő lejtő irányú komponense • Hőmérséklet-változás hatására: dilatációs erők

A vasúti vágányt terhelő erők Dilatációs erők: hőmérsékletváltozás hatására, a hézagnélküli vágányban (gátolt dilatáció) • Hőmérséklet-növekedés esetén: nyomóerők • Hőmérséklet-csökkenés esetén: húzóerők Magyarországon a sínhőmérséklet • felső határa: +60 ºC • alsó határa: -30 ºC A semleges hőmérséklet: +23 ºC (eltérés +5 ºC és -8 ºC) A semleges hőmérsékleti tartomány: +15 ºC – +28 ºC

A vasúti vágányt terhelő erők Dilatációs erő: F = α * E * A * ΔT ahol • F [N] • α [1/ºC] • E [N/mm 2] • A [mm 2] • ΔT [ºC] a belső dilatációs erő a vonalas hőtágulási együttható a sín rugalmassági modulusa a sín keresztmetszeti területe a hőmérséklet-változás

A vasúti vágányt terhelő erők A dilatációs erő értéke különböző sínrendszerek és hőmérséklet-változások esetében [k. N]:

A vasúti zúzottkő ágyazat vízszintes igénybevételei A vágány állékonysága és stabilitása szempontjából fontos az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása! • Az ágyazat hosszirányú ellenállása: – Az aljak talpfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás – Az aljak homlokfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás – Az aljak oldalfelületeinél ébredő passzív ellenállás Értéke: – új fektetésű vágánynál: 5 N/mm – tömörödött vágánynál: 6 -8 N/mm – összefagyott ágyazatnál (télen): 15 -20 N/mm

A vasúti zúzottkő ágyazat vízszintes igénybevételei A vágány állékonysága és stabilitása szempontjából fontos az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása! • Az ágyazat oldalirányú ellenállása: – Az aljak talpfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás – Az aljak oldalfelületeinél ébredő súrlódási ellenállás – Az aljak homlokfelületeinél ébredő passzív ellenállás Értéke: – 5 -10 -15 N/mm – növelhető az aljtávolság csökkentésével, és az ágyazatszélek + aljközök tömörítésével

A vasúti zúzottkő ágyazat vízszintes igénybevételei Az ágyazat hossz- és oldalirányú ellenállása tiszta ágyazatban (eső után) akár 10 -15 %-kal nőhet, viszont szennyezett ágyazatban akár 50 -60 %-kal csökkenhet!

A vasúti zúzottkő ágyazat függőleges igénybevételei Mivel a zúzottkő ágyazat a pályaszerkezetben egy közbenső elem, így önálló (az alépítménytől független) teherbírásáról nem lehet beszélni! Az ágyazatnál elsősorban az alépítményre átadott nyomás értéke a fontos, ezt kell ellenőrizni! • Értéke megfelelő, ha pf = 5 -10 N/cm 2 • Módszerek: – Schramm-módszer (a nyomáseloszláson alapul) – Boussinesq-Steinbrenner-módszer (a zárt felületen átadódó nyomófeszültségen alapul)

A vasúti zúzottkő ágyazat avulása A zúzottkő ágyazat üzemszerű elhasználódása: Legjellemzőbb az elszennyeződés és aprózódás, okai: • Rendszeres terhelés hatására aprózódás • Rossz minőségű alépítmény esetén a terhelés hatására nagy finomszemcse tartalmú anyag nyomódik (pumpálódik) fel az ágyazatba • Szállított árukból lehulló anyagok szennyező hatása • Időjárás hatásai: a víz és a szél hordta anyagok porral és gyomosodással szennyezik az ágyazatot, a hőmérséklet-változás és a fagy aprózó hatása

A vasúti zúzottkő ágyazat fenntartása Ágyazati problémák megszűntetésének módszerei: • • • Vízkivezetés (az ágyazatban rekedt víz elvezetése) Ágyazatpótlás Gyomirtás Ágyazattisztítás (kézi vagy gépi ágyazatrostálás) Ágyazatcsere

A vasúti zúzottkő ágyazat minőségellenőrzése 1. ) Minőségbiztosítás az előállítás helyszínén • a lelőhely vizsgálata • a zúzottkő tulajdonságainak vizsgálata • az üzem értékelése 2. ) Minőségvizsgálat a beépítés/kivitelezés helyszínén • az előírt anyagjellemzőktől, valamint • a tervezett keresztszelvényi méretektől való eltérés alapján

A vasúti zúzottkő ágyazat minőségellenőrzése A. ) Az anyagjellemzők vizsgálata • szemrevételezés és helyszíni vizsgálatok – tisztaság – szemnagyság, szemalak (szemalak-tényező, lemezesség) • laboratóriumi vizsgálatok – szemmegoszlás (szemmegoszlási görbe) – Los Angeles vizsgálat (aprózódási ellenállás) – Mikro-Deval vizsgálat (kopásállóság) B. ) A méretek vizsgálata • az ágyazat keresztirányú méreteinek felmérése • az ágyazat vastagságának felmérése

Példa egy konkrét vizsgálatra Szakértői vélemény a vasúti zúzottkő ágyazat előzetes állapotvizsgálatáról (2012) • BME Út és Vasútépítési Tanszék • BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék Cél: a meglévő vasúti zúzottkő ágyazat előzetes állapotvizsgálata

Példa egy konkrét vizsgálatra A vizsgált vonalszakasz akkori műszaki paraméterei: • • • A vasúti pálya egyvágányú A vonal nem villamosított, dízel vontatás üzemel Döntően személyforgalom, minimális teherforgalom Személyforgalom: napi 25 vonatpár, Desiro szerelvények Teherforgalom: napi 2 vonatpár

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra A vizsgálat főbb lépései: • Helyszíni bejárás • A zúzottkő ágyazat állapotának szemrevételezése • A meglévő zúzottkő ágyazat geometriai méreteinek felvétele és ellenőrzése mérésekkel • A mintavételi helyek kijelölése • Mintavétel (a keresztaljak alól, az ágyazati rézsűből) – egyenesben – ívben (kissugarú és nagysugarú ívben) – fékezési szakaszon

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra

Példa egy konkrét vizsgálatra A vizsgálat főbb lépései: • Geometriai vizsgálatok laboratóriumban – szemmegoszlás meghatározása – szitavizsgálat – szemalak meghatározása – lemezesség – szemalak meghatározása – szemalak-tényező • Kőzetfizikai vizsgálatok laboratóriumban – aprózódási ellenállás – vasúti Los Angeles vizsgálat – kopásállóság – vasúti Mikro-Deval vizsgálat – időállóság – magnéziumszulfátos kristályosítási vizsgálat – testsűrűség (légszáraz kőzetfizikai állapotban), vízfelvétel

Zárszó A vasúti zúzottkő ágyazat minősége: Mivel a vasúti vágány stabilitásának kb. 60 %-át az ágyazat, és csak kb. 40 %-át a vágány keretmerevsége biztosítja, így a vasúti felépítmény állapotát és a vágány erőhatásokkal szembeni ellenállását nagymértékben befolyásolják az ágyazat tulajdonságai, tehát a vasúti zúzottkő ágyazat minősége döntően fontos!

VI. Kő- és Kavicsbányászat Konferencia 2013 Budapest, 2013. június 13 -14. Köszönöm a figyelmet! szabojozsef@uvt. bme. hu Dr. Szabó József (Ph. D) adjunktus BME Út és Vasútépítési Tanszék