Koleje podstawy. Elementy drogi kolejowej: zastosowanie geosyntetyków,, nawierzchnie bezpodsypkowe. rok akademicki ; 18; semestr letni

Transkrypt

1 Koleje podstawy Wykład 5 Elementy drogi kolejowej: zastosowanie geosyntetyków,, nawierzchnie bezpodsypkowe dr hab. inż.. Danuta Bryja, prof. nadzw. PWr dr inż.. Igor Gisterek; ; dr inż.. Jacek Makuch rok akademicki ; 18; semestr letni

2 Zastosowanie geosyntetyków

3 Geosyntetyki Materiały y z tworzyw sztucznych stosowane do: a) wzmocnienia (zbrojenia) podtorza, b) zapobiegania mieszaniu się różnych gruntów w (separacji warstw), c) jako elementy filtracyjne. Najczęś ęściej stosuje się materiały y płaskie p (np( np. geowłóknina knina, geotkanina, geosiatka, geomata, geokompozyt, geomembrana), rzadziej przestrzenne geokraty,, takie jak georusztylub typu geoweb(geokraty geokratykomórkowe).

4 Funkcje geosyntetyków geowłókniny kniny, geotkaniny 1. Oddzielanie(separacja separacja) ) warstw gruntu o różnym r uziarnieniu. Zapobieganie migracji drobnych cząstek gruntu (np( np.. iłów, i pyłów, piasku pylastego) w przestrzenie gruntu zawierającego ziarna o większych wymiarach (żwir,( tłuczet uczeń). 2. Filtrowanie wody przepływaj ywającej w płaszczyźnie poprzecznej do materiału z jednoczesną kontrolą migracji cząstek gruntu. geowłókniny kniny, geotkaniny

5 Funkcje geosyntetyków geowłókniny kniny, geotkaniny 3. Filtrowaniewody, wody, jej odprowadzanie, szybkie wyrównywanie wnywanie ciśnie nień, oddzielanie drobnych cząstek gruntu w celu zabezpieczenia przed ich migracją w kierunku warstw bardziej porowatych. geowłókniny kniny, geotkaniny 4. Drenowanie czyli prowadzenie wód w wzdłuż materiału u w systemach drenażowych oraz oddzielanie elementów prowadzących wodęod innych warstw gruntu.

6 Funkcje geosyntetyków geosiatki, georuszty, geokraty komórkowe 5. Wzmacnianie czyli równomierne r rozkładanie napręż ężeńi i ograniczanie odkształce ceńbudowli i podłoża. W budowlach ziemnych materiał taki stanowi swoisty rodzaj zbrojenia gruntu. 6. Zabezpieczaniepowierzchniowe powierzchniowe przed erozją skarpy, która jest w stanie geotechnicznej stabilności. geomaty, geokraty komórkowe 7. Uszczelnianie podłoża a gruntowego przed przenikaniem wód w d i cieczy. geomembrany,, folie

7 Rodzaje geosyntetyków Materiały y przepuszczalne (geotekstylia( i geokraty) 1. Geotekstylia a) geowłókniny kniny wyroby tekstylne wytwarzane metodą mechaniczną(ig (igłowanie), chemiczną(klejenie) lub termiczną (zgrzewanie) z włókien w ciągłych lub ciętych ułożonych u onych w sposób b przypadkowy funkcje separacja, filtrowanie, drenowanie b) geotkaniny wyroby tekstylne wytwarzane metodą tkacką z włókien w ciągłych, ciętych lub tasiemek splecionych ze sobą prostopadle funkcje separacja, filtrowanie, drenowanie c) geosiatki dwuosiowe o oczkach kwadratowych lub jedno- osiowe o oczkach wydłużonych, o węzłach w przeplatanych lub sztywnych funkcja wzmacnianie (zbrojenie)

8 Rodzaje geosyntetyków Materiały y przepuszczalne (geotekstylia( i geokraty) 1. Geotekstylia- c.d. d) geomaty wyroby o dużej porowatości, płaskie p lub trójwymiarowe, składaj adające sięz z odpowiednio dobranych i powiązanych ze sobą mechanicznie włókien w syntetycznych funkcja zabezpieczanie e) geokompozyty- materiały y składaj adające sięz z dwóch i większej liczby różnych r warstw geosyntetycznych(np np.. włóknina w + tkanina, włóknina + siatka) funkcja w w zależno ności od kombinacji 2. Geokraty a) georuszty konstrukcje przestrzenne składaj adające sięz z siatki i żeber wzmacniających cych (płaskie kratownice), które po zmontowaniu tworzą prostopadłościenne komórki funkcja wzmacnianie podłoży, np.. nasypów

9 Rodzaje geosyntetyków Materiały y przepuszczalne (geotekstylia( i geokraty) 2. Geokraty- c.d. b) geokraty komórkowe nietkane wyroby typu plaster miodu z polietylenu wysokiej gęstog stości (PE( PE-HD) funkcje wzmacnianie, zabezpieczanie Materiały y nieprzepuszczalne funkcja izolowanie (hydroizolacja( hydroizolacja) 1. Geomembrany materiały y o jednorodnej strukturze, wytwarzane z polimerowych tworzyw sztucznych (np( np.. polietylen wysokiej gęstości PE-HD HD,, PCV) 2. Folie uszczelniające ce płaskie, cienkie powłoki oki syntetyczne 3. Geomembranykompozytowe kompozyty o strukturze wielowarstwowej, złożone z one z dwu lub wielu warstw różnych r materiałów w syntetycznych i mineralnych

10 Zasady stosowania geosyntetyków Typowe zastosowanie geosyntetyków 1. Geowłókniny kninylub geotkaniny rozdzielające układa sięna ogół pod warstwami ochronnymi. 2. W przypadku zawilgoconych przekopów w zaleca sięułożenie geowłókniny rozdzielająco co-filtracyjnej na całej szerokości torowiska(rysunek). 3. Nie zaleca sięuwzgl uwzględniania wzmacniającego cego działania ania geowłóknin i geotkanin przy wymiarowaniu wzmocnień torowisk.

11 Zasady stosowania geosyntetyków 4. Zbrojenie(wzmocnienie) warstwy ochronnej geosiatkąstosuje stosuje się,, gdy: a) grubość śćpotrzebnej warstwy ochronnej przekracza 0,40-0,45 m, b) konieczne jest zmniejszenie łącznej grubości podbudowy, np.. ze względu na lokalne warunki wodno-gruntowe, c) celowe jest zastosowanie warstwy ochronnej o jednakowej grubości na dłuższym d odcinku. 5. Geosiatkę układa sięna ogółtylko w strefie obciąż ążeń eksploatacyjnych,, tzn. na szerokości 3,80-4,20 m (rysunek). 6. Wymiary oczek geosiatki powinny byćdobrane tak, aby występowa powało o klinowanie sięw w nich ziaren kruszywa, stąd wskazane jest układanie geosiatki w warstwie kruszywana poziomie 0,05-0,10 m powyżej spodu warstwy.

12 Przykłady zastosowań Wzmacnianie torowisk Izolowanie torowisk Wzmacnianie podłoża a nasypów

13 Przykłady zastosowań Zabezpieczanie skarp (ochrona przed erozją powierzchniową) Wzmacnianie skarp

14 Przykłady zastosowań Filtrowanie (odwadnianie podtorza)

15 Nawierzchnie bezpodsypkowe

16 Nawierzchnie bezpodsypkowe Nawierzchnie kolejowe, w których podkłady lub inne podpory szyn nie sąułożone s one w podsypce (nawierzchnie niekonwencjonalne) Nawierzchnie prefabrykowane Nawierzchnie monolityczne System "FF Bögl" B System Rheda 2000"

17 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji: podłoże e toru jest konstrukcją wielowarstwową sztywności poszczególnych warstw (mierzone modułami odkształcenia E i ) sąróżne, s maleją wraz z głęg łębokością górnąwarstwąjest na ogół betonowa warstwa nośna na

18 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji- c.d. tor stanowią dwie szyny z przytwierdzeniami spręż ężystymi (rzadko śrubowo-sprężystymi), oparte w sposób b ciągły bezpośrednio na betonowej płycie p nośnej nej lub za pośrednictwem podkład adów w lub bloków w betonowych Source:

19 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji- c.d. warstwy konstrukcyjne sąs wykonywane z materiałów o takiej wytrzymałości, która zapewnia pracęnawierzchni w zakresie odkształce ceńspręż ężystych tzn. bez kumulacji odkształce ceńtrwałych rolę podsypki w zakresie tłumienia t drgańi i ograniczenia emisji akustycznej pełni nią: warstwa bitumiczna lub cementowo-bitumiczna, ewentualnie dodatkowa warstwa np.. elastomerowa, korkowo-polimerowa, mata gumowa, itp.) Rheda2000 tunel w węźw ęźle berlińskim

20 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji- c.d. Zalety: niewielkie koszty utrzymania duża a trwałość ść(oceniana na co najmniej 60 lat) możliwość zmniejszenia wymiarów w konstrukcji, duże e opory boczne duża a dokładno adność ułożenia szyn odporność na zanieczyszczenia Zaletąi i wadą równocześnie nie jest dostępno pnośćna rynku wielu (co najmniej kilkunastu) systemów w konstrukcyjnych, oferowanych przez różnych r producentów.

21 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji- c.d. Wady: duży y koszt budowy średnia europejska -ok euro za metr, nawierzchnie klasyczne ok. 400 euro za metr, koleje japońskie koszt wyższy tylko o ok. 30%

22 Nawierzchnie bezpodsypkowe Cechy charakterystyczne konstrukcji- c.d. Wady: rozwój j wad ukrytych w warstwach betonowych (niewidoczne uszkodzenia) duże e wymagania w zakresie osiadańpodtorza (podtorze musi być wzmocnione, bardzo dobrze zagęszczone i odwodnione) koniecznośćdokładnego zbadania podłoża, wykonania badań właściwości gruntu i oceny nośno ności trudnośćnapraw i długi d czas ich wykonania (szczególnie w przypadku napraw związanych zanych z osiadaniem podtorza)

23 Nawierzchnie bezpodsypkowe Zastosowania: w tunelach, na mostach, wiaduktach i estakadach na odcinkach przejściowych między podtorzem ziemnym i obiektami inżynieryjnymi na stacjach i przystankach w obrębie bie aglomeracji miejskich na szlakach linii kolejowych dużych prędko dkości (alternatywnie do nawierzchni podsypkowych)

24 Nawierzchnie bezpodsypkowe najwcześniej zastosowano nawierzchnie bezpodsypkowe na liniach kolei japońskich Shinkansen Założenia projektowe new track structure,, przyjęte przez Japanese National Railways (JNR) w 1965 roku: koszt budowy nie powinien przekraczaćdwukrotnie kosztu budowy nawierzchni klasycznej (podsypkowej) sztywność i wytrzymałość śćw w kierunku pionowym i poziomym (poprzecznym) powinny być większe niż nawierzchni podsypkowej tempo budowy powinno wynosićprzynajmniej 200 m/dzie zień

25 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Shinkansen (z prefabrykowanych płyt p żelbetowych) szyna czop betonowy śr. 400 mm 3 2 przytwierdzenie 1 1. płyta żelbetowa 2. warstwa cementowo- asfaltowa (ew. nad nią dodatkowo mata gumowa) 3. podbudowa betonowa lub warstwa gruntu stabilizowanego cementem

26 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Böghl (prefabrykowana) System złożony z ony z prefabrykowanych płyt wykonanych z betonu zbrojonego prętami lub włóknami w stalowymi lub z betonu spręż ężonego. Płyty sąs wyposażone one w przytwierdzenia spręż ężyste. Układa sięje w odstępach 5 cm i następnie łączy podłużnymi prętami stalowymi (np( np.. GEWI).

27 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Böghl-c.d.

28 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Rheda 2000 (monolityczna) System składa sięze zbrojonej monolitycznej płyty p betonowej, podkład adów dwublokowych z łącznikami kratowymi (podkłady wtopione w płytp ytę), warstwy stabilizowanej hydraulicznie lub wykonanej z chudego betonu.

29 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Rheda2000 -c.d. Warstwa elastomeru

30 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Getrac(podk (podkłady na warstwie bitumicznej) Podkłady monoblokowe sąułożone s one na bitumicznej warstwie nośnej, nej, połą łączone z niąza pomocą bloczka mocującego, cego, który zapobiega przemieszczeniom bocznym i podłużnym. Pod warstwą bitumiczną o grubości około o cm jest ułożona u ona warstwa stabilizowana hydraulicznie (np.. grunt stabilizowany cementem, chudy beton). Ze względu na małą wysokość konstrukcyjnąnawierzchnie nawierzchnie Getrac są często stosowane w tunelach.

31 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Getrac- c.d. Źródło: Iwona Nowosińska: Problemy wyboru konstrukcji nawierzchni analiza metodą ANKOT, Problemy Kolejnictwa z. 155

32 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Edilon system szyny w otulinie: ERS (Embedded( RailSystem) Konstrukcję nawierzchni tworzy płyta p żelbetowa, prefabrykowana lub wylewana na miejscu, z ukształtowanymi towanymi kanałami ami szynowymi. Szyny sąmocowane s w kanałach ach szynowych masą zalewowąna bazie żywicy poliuretanowej (podparcie ciągłe). System ERS zastępuje klasyczne przytwierdzenia szyn. Edilon LC-L

33 Źródło: Iwona Nowosińska: Problemy wyboru konstrukcji nawierzchni analiza metodą ANKOT, Problemy Kolejnictwa z. 155 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Edilon system szyny w otulinie: ERS (Embedded( RailSystem) -c.d.

34 Źródło: materiały reklamowe firmy TINES Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Nawierzchnia typu Edilon system blokowych podpór szynowych w otulinie: EBS (Embedded( Block System) Na podbudowie betonowej układane sąpojedyncze s betonowe bloki podporowe, wbudowane w prefabrykowane gniazda betonowe lub stalowe przy użyciu u masy zalewowej. Zalecany rozstaw bloków w to cm. Pod podbudową,, na torowisku lub konstrukcji (np.. spąg g tunelu, pomost wiaduktu) układana jest zwykle mata wibroizolacyjna.

35 Podstawowe typy nawierzchni bezpodsypkowych Szynowa podpora blokowa systemu EdilonEBS EBS wariant z prefabrykowanym gniazdem betonowym 1. otulina bloku podporowego masa zalewowa Edilon Corkelast,, 2. spręż ężysta podkładka wibroizolacyjna, 3. prefabrykowane gniazdo betonowe, 4. betonowy blok podporowy, 5. dybel śrubowy, 6. izolacja mocowania szyny, 7. przekładka podszynowa, 8. łapka spręż ężysta, 9. śruba mocująca, ca,