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

A vasúti zúzottkő ágyazat – szemléletek 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 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 Sín Keresztmetszet Ágyazat Keresztalj Védőréteg Földmunka Sín Sínleerősítés Keresztalj Hosszmetszet Ágyazat Védőréteg Földmunka

A vasúti pályaszerkezet Tengelyterhelés Kerékterhelés Nyomó feszültség Felület Hely Kerék/ Sín Sín/ Alátétlemez Alátétlemez/Keresztalj Keresztalj/ Ágyazat 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 kN) – kerékteher (112,5 kN) (V43-as mozdony tömege 80 t, így Zstat = 100 kN) 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 kN) 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] a belső dilatációs erő α [1/ºC] a vonalas hőtágulási együttható E [N/mm2] a sín rugalmassági modulusa A [mm2] a sín keresztmetszeti területe ΔT [ºC] a hőmérséklet-változás

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

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/cm2 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 keret-merevsége 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 BME Út és Vasútépítési Tanszék Konferencia 2013 Budapest, 2013. június 13-14. Köszönöm a figyelmet! szabojozsef@uvt.bme.hu Dr. Szabó József (PhD) adjunktus BME Út és Vasútépítési Tanszék