a vasúti zúzottkő ágyazat szerepe, feladatai és igénybevételei dr. szabó józsef (phd)...

A vasúti zúzottkő ágyazat szerepe,feladatai és igénybevételei

Dr. Szabó József (PhD)

adjunktus

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemÚt és Vasútépítési Tanszék

VI. Kő- és Kavicsbányászat

Konferencia 2013

Budapest, 2013. június 13-14.

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

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

SínSínleerősítés

KeresztaljÁgyazat

Védőréteg

Földmunka

Sín

Sínleerősítés

Keresztalj

Védőréteg

Földmunka

Ágyazat

Keresztmetszet

Hosszmetszet

A vasúti pályaszerkezet

Tengelyterhelés

Kerékterhelés

Kerék/ Sín

Sín/ Alátétlemez

Alátétlemez/Keresztalj

Keresztalj/ Ágyazat

Ágyazat/ Földmunka

Felület Hely Nyomó feszültség

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

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)

ZY

3

21054,0max

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]:

MÁV 48 54 E1 60 E1

ΔT = 1 ºC esetén 14,920 16,746 18,562

ΔT = 45 ºC esetén 671,394 753,552 835,276

ΔT = 1 ºC esetén 29,840 33,491 37,123

ΔT = 45 ºC esetén 1342,788 1507,105 1670,552

Vágányban ébredő erő [kN]

Sínrendszer

Sínben ébredő erő [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

Konferencia 2013

Budapest, 2013. június 13-14.

Köszönöm a figyelmet!

szabojozsef@uvt.bme.hu

Dr. Szabó József (PhD)adjunktus

BME Út és Vasútépítési Tanszék