Stabilizacja nawierzchni kolejowych

Budowa podtorza

Stabilizacja georusztem – zwiększenie sztywności i wytrzymałości

Sztywność nawierzchni kolejowej ma bardzo istotny wpływ na warunki jej pracy. Pewien zakres obserwowanych ugięć pod kołem obciążającym nawierzchnię jest zjawiskiem pozytywnym – czasza ugięć świadczy o dobrym rozkładzie obciążeń w konstrukcji, owocującym stopniowym obniżaniem naprężeń w poszczególnych warstwach. Niemniej jednak, gdy ugięcia są nadmierne, wywołują one wzrost naprężeń w szynie oraz przyrost oddziaływań dynamicznych na warstwę podsypki, co prowadzi do degradacji nawierzchni.

Sztywność podtorza ma istotny wpływ na ogólną sztywność nawierzchni, a zatem na jakość geometryczną, ugięcia oraz trwałość toru. Sztywność nawierzchni jest wartością wynikającą ze sztywności wszystkich warstw, a zatem zależy od właściwości i grubości podsypki, warstwy ochronnej, ew. materiału zasypowego użytego w pracach ziemnych oraz podłoża.

Stabilizacja warstwy ochronnej georusztem może zwiększyć nośność i sztywność podtorza, zwłaszcza w przypadku występowania w podłożu gruntów słabonośnych lub niejednorodnych.

Sześć korzyści płynących ze stabilizacji podtorza georusztem

Wzrost sztywności podtorza: Sztywność podtorza ma bezpośrednie przełożenie na ugięcie toru pod obciążeniem. Wysoka sztywność jest niezbędnym warunkiem zachowania założonych prędkości eksploatacyjnych. Wzrost sztywności osiągnąć można przez zastosowanie stabilizacji warstwy ochronnej georusztem.

Redukcja niejednorodności: Niejednorodne warunki gruntowe przekładają się na zmienną sztywność torowiska, co prowadzi do nierównomiernego osiadania i ugięć toru. Stabilizacja warstwy ochronnej georusztem redukuje niejednorodność sztywności, zapewniając bardziej równomierne oparcie dla nawierzchni.

Wzrost nośności i redukcja osiadań podtorza: obecność gruntów słabonośnych w podłożu gruntowym prowadzi do wzrostu osiadań nasypu, ograniczenia sztywności podtorza i pogorszenia geometrii toru. Stabilizacja warstwy ochronnej zwiększa nośność, ogranicza osiadania i spowalnia zmiany położenia toków szynowych.

Redukcja przemieszczeń podsypki i deformacji toków szynowych: Poziome przemieszczenia tłucznia spowodowane obciążeniami od ruchu – zwłaszcza na odcinkach o słabym podłożu – prowadzą do nadmiernych deformacji toków szynowych. Stabilizacja podsypki ogranicza przemieszczenia ziaren tłucznia, pozwalając na dłuższe zachowanie geometrii toru i wydłużenie okresów między podbijaniem podkładów.

Minimalizacja degradacji tłucznia: Ścieranie ziaren tłucznia pod wpływem obciążeń od ruchu prowadzi do powstawania drobnych cząstek, które zanieczyszczają warstwę podsypki, ograniczając jej wodoprzepuszczalność i sztywność. Stabilizacja podsypki ogranicza przemieszczenia ziaren względem siebie, a zatem redukuje ich degradację i pozwala na zachowanie wytrzymałości i wodoprzepuszczalności.

Płynne przejście między różnymi podłożami: W miejscach, gdzie tor przebiega na takich obiektach jak przepusty czy mosty, może dochodzić do nagłych zmian sztywności. Prowadzą one do pogorszenia geometrii toru i ograniczenia jego parametrów funkcjonalnych, co skutkuje ograniczeniami prędkości. Stabilizacja podtorza georusztem w takich miejscach owocuje zmniejszeniem różnic sztywności i bardziej płynnymi przejściami między odcinkami o różnym charakterze.

Metoda Tensar – projektowanie mechanicznej stabilizacji podtorza georusztami na podstawie parametrów pracy konstrukcji

Firma Tensar opracowała metodę projektową opartą na parametrach pracy konstrukcji – umożliwia ona określenie takich grubości podsypki i warstwy ochronnej, które pozwalają na uniknięcie uszkodzenia nasypu i podłoża w założonym okresie eksploatacji linii. Metoda uwzględnia również przewidywany tonaż i ruch na linii, co pozwala na prognozowanie akumulacji odkształceń podłoża i zapobieganie nadmiernym deformacjom podtorza (pogrążania podsypki w torowisku) oraz postępującym uszkodzeniom.

Sprawdzona metoda projektowania na podstawie parametrów pracy konstrukcji

W podejściu projektowym wykorzystano najnowsze, trójwymiarowe modele metody elementów skończonych (MES) z zaawansowanymi modelami konstytutywnymi plastyczności, pozwalającymi na prognozowanie trwałych deformacji gruntów spoistych i niespoistych pod obciążeniami od ruchu. Korzyści płynące z zastosowania stabilizacji podsypki i warstwy ochronnej georusztem Tensar TriAx wyliczane są z zastosowaniem modelu konstytutywnego „Tensar Stabilised Soil”, którego parametry wejściowe wyznaczone zostały w wielkoskalowych badaniach trójosiowego ściskania, prowadzonych na typowych materiałach wykorzystywanych w podsypkach i warstwach ochronnych stabilizowanych georusztami TriAx. Na podstawie wyników badań parametrycznych z wykorzystaniem MES opracowano prosty model obliczeniowy zmobilizowanej nośności, pozwalający na szybkie analizowanie licznych wariantów z perspektywy pracy konstrukcji. Metoda projektowa przeszła weryfikację na podstawie testów laboratoryjnych oraz danych z badań terenowych w pełnej skali.