Posouzení únosnosti železničního spodku z pohledu evropských norem

Transkript

1 Posouzení únosnosti železničního spodku z pohledu evropských norem Hana KREJČ IŘ ÍKOVÁ, Leoš HORNÍČ EK, Martin LIDMILA Doc. Ing. Hana KREJČ IŘÍKOVÁ, CSc., Č VUT, Stavebnífakulta, Katedra železnič ních staveb, Praha 6 Ing. Leoš HORNÍČ EK, Č VUT, Stavebnífakulta, Katedra železnič ních staveb, Praha 6 Ing. Martin LIDMILA, Č VUT, Stavebnífakulta, Katedra železnič ních staveb, Praha 6 Abstrakt Vý hledově lze předpokládat unifikaci předpisů jednotlivý ch železničních správ v rámci koncepce Jednotné evropské železnice. V příspě vku autoři popisují metodiky měření modulu přetvárnosti u Č D, PKP, ÖBB a DB a jejich vzájemné vazby. Cílem článku je upozornit na rozdíly v metodikách měření a vyhodnocení modulu přetvárnosti pražcového podloží. 1 Úvod K vyjádření vlastností nebo kvality materiálu zemní pláně, případně vrstev konstrukce pražcového podloží se běžně používá vý razu modul přetvárnosti, případně součinitel ložnosti. Ne vždy ale tyto výrazy vyjadřují při stejné číselné hodnotě stejné vlastnosti materiálu. K ověření deformačních charakteristik vrstev pražcového podloží se používá modul přetvárnosti vypočtený ze statické zatěžovací zkoušky. Jeho stanovení vychází z obecné teorie pružného poloprostoru, kterou odvodil Boussinesque. U jednotlivý ch železničních správ, z nichž byly vybrány Č D, PKP, ÖBB a DB, se provádě jí a vyhodnocují statické zatěžovací zkoušky kruhovou deskou o stejném průmě ru 300 mm, ale zcela odlišný m způsobem, a tím se stávají moduly přetvárnosti nekompatibilními a tedy vzájemně neporovnatelné. Tato skutečnost vede k problémům při zavádě ní moderních zahraničních technologií do zemních konstrukcích dopravních staveb. 2 Postup měření a výpočet statického modulu přetvárnosti Každá z vybraný ch železničních správ stanovila ve svý ch normách podrobný postup pro měření a výpočet statického modulu přetvárnosti. Dále jsou stručně popsány pouze hlavní parametry důležité pro jejich vzájemné porovnání při stanovení statického modulu přetvárnosti zemní pláně. 2.1 Č eské dráhy (Č D) Č D jako jediná z uvedený ch železničních správ rozlišuje modul přetvárnosti zemní pláně, konstrukčních vrstev pražcového podloží a modul přetvárnosti v úrovni ložné plochy pražce. Požadavky na měřicí zařízení a podrobný postup zkoušky jsou uvedeny v [1]. Průbě h zkoušky se skládá ze dvou zatěžovacích a dvou odlehčovacích větví. Maximální napě tí 20 Mpa se vnáší stupňovitě po 05. Na další zatěžovací stupně lze přejít, je-li deformace menší než 02 mm za 1 min. Odlehčování probíhá obracený m postupem. Vý počet modulu přetvárnosti: p E 0 E modul přetvárnosti (), Δ p maximální napě tí pod zatěžovací deskou (), Δ p = p 20, r polomě r zatěžovací desky (m), Δ y celkové zatlačení desky v druhé zatěžovací vě tvi (m), Δ y = y 20 y 00.

2 Zatížení desky p v 1. zatěžovací cyklus 1,0 2. zatěžovací cyklus y 2,0 Zatlač ení desky y v mm Obr. 1. Schéma zatěžovací zkoušky u Č D 2.2 Polské dráhy (PKP) Požadavky na měřicí zařízení a podrobný postup zkoušky jsou uvedeny v [2]. Průbě h zkoušky se skládá z jedné zatěžovací a jedné odlehčovací vě tve. Maximální napě tí dosahuje hodnoty 55 a vnáší se stupňovitě po 05. U každého zatěžovacího stupně se hodinky odečítají po 2 min., je-li rozdíl čtení hodinek po 2 min. menší než 05 mm, může se přejít na další stupeň. Odlehčování je po násobcích 1 do 0 opě t s 2 minutový m čekáním a po celkovém odtížení s 5 minutový m čekáním. Výpočet modulu přetvárnosti: d = p modul přetvárnosti (), Δ p obor napě tí pro vý počet v zatěžovací vě tvi (), Δ p = p 35 p 25, d průmě r zatěžovací desky (m), Δ y odpovídající zatlačení desky (m), Δ y = y 35 y 25. Přibližný přepočet pro součinitel ložnosti je uvádě n pro E v rozsahu pro konstrukce s dřevě ný mi pražci - 67 C = 8, 85 v /m. 70 C = 4, pro konstrukci s betonový mi pražci - Napě típod zatě žovacídeskou p v Zatlač enídesky y v mm ,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 Vysvětlivky : y= 93 mm 1. zatěžovacícyklus Obr. 2 Schéma zatěžovací zkoušky metodikou PKP 2.3 Rakouské dráhy (Ö BB) Požadavky na měřicí zařízení a podrobný postup zkoušky jsou uvedeny v [3]. Průbě h zkoušky se skládá ze dvou zatěžovacích a dvou odlehčovacích větví s různý m maximálním

3 napě tím pod zatěžovací deskou 30, resp. 50 (viz Obr. 3). U každého zatěžovacího stupně se hodinky odečítají po 2 minutách. Zatěžování i odlehčování má specifický průbě h (viz Obr. 3). Modul přetvárnosti se počítá z první i druhé zatěžovací vě tve a jejich vzájemný pomě r vypovídá o míře zhutně ní. Vý počet modulu přetvárnosti: p E v E v modul přetvárnosti (), d průmě r zatěžovací desky (m), Δ p obor napě tí pro vý počet v zatěžovací vě tvi (), Δ p = p 30 p 10, Δ y odpovídající zatlačení desky (m), Δ y = y 30 y 10. Napě tí pod zatěžovací deskou p v Zatlač ení desky y v mm ,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 Vysvětlivky : 1. zatěžovacícyklus 2. zatěžovacícyklus y 2 76 mm y 1 95 mm Obr. 3 Schéma zatěžovací zkoušky metodikou ÖBB 2.4 Německé dráhy (DB) Způsob určení modulu přetvárnosti se liší u různý ch železničních správ. U DB AG (ně mecké dráhy) se provádí zatěžovací zkouška podle DIN Pláň železničního tělesa je zatě žována kruhovou deskou o průmě ru 2 = 300 mm. Zatížení je realizováno stupňovitě do maximálního napě tí σ max = 5. Zkouška probíhá ve dvou zatěžovacích cyklech (Obr. 2.2). Při prvním zatěžovacím cyklu je smě rodatný rozsah pracovní křivky pláně pro zatížení 3 a 7.σ max, tedy pro σ = 2. Z tě chto hodnot se určí s1 a tedy první hodnota označená E ν1 : σ E v 1 s1. Druhý zatěžovací cyklus je pouze do zatěžovacího napě tí 9.σ max. Smě rodatný rozsah křivky je opě t 3 a 7.σ max pracovní křivky pláně při druhém zatěžovacím cyklu, tedy pro σ = 2. Z tě chto hodnot se určí s 2 a tedy druhá hodnota označená E ν2 : σ E v 2 s2. E vi modul přetvárnosti (), r polomě r zatěžovacídesky (m), Δ σ obor napě tí pro vý počet (), Δ σ = σ 35 σ 15, Δ s odpovídající zatlačení desky (m), Δ s = s 35 s 15. Z pomě ru E ν2 / E ν1 se určí stupeň zhutně ní zeminy. Součinitel ložnosti stanovený ze zatěžovací zkoušky s kruhovou deskou o průmě ru 300 mm se vypočte ze vztahu: Ev C300 = 5 15,.

4 3 Popis laboratorních měření statických modulů přetvárnosti Pro srovnání byla použita každá z uvedený ch metodik (viz kap. 2) pro měření statického modulu přetvárnosti pryžový ch desek ve zkušebním boxu o rozmě rech 2 1 m. Měření bylo provedeno v rámci řešení grantového projektu GA103/00/0200. Modelování vrstvy pražcového podloží pomocí dvou na sobě uložený ch pryžový ch desek o celkové tloušťce 24 mm bylo zvoleno z důvodu zajiště ní stejný ch vstupních podmínek pro měření každé z metodik. Vrstvou pryže se eliminoval vliv vlhkosti při užití zeminy, a proto je možné jednotlivé moduly vzájemně porovnat. Vý sledky modulů přetvárnosti jsou shrnuty v Tab Závěr Z vý sledku laboratorních zkoušek (viz tab. 1) vyplý vá, že modul přetvárnosti, stanovený na základě statické zatěžovací zkoušky kruhovou deskou o průmě ru 300 mm, vyšel podle metodiky PKP v porovnání s modulem přetvárnosti E 0 podle metodiky Č D větší o 43 %, modul přetvárnosti stanovený z druhé zatěžovací větve podle metodiky DB vyšel vě tší o 18,6 % a podle metodiky ÖBB větší o 18 %. Ze srovnávacích měření statický ch modulů přetvárnosti vyplý vá, že jeho hodnota je závislá na tvaru zatěžovací křivky. Při zatěžování pryžový ch desek byl zjiště n zhruba lineární vztah mezi zatížením a zatlačením, který např. u jemnozrnný ch zemin s různou vlhkostí a různou objemovou hmotností nebý vá a rozdíl ve vý sledcích by byl mnohem patrně jší. Z výše uvedený ch výsledků je možno konstatovat, že nelze u Č D při navrhování pražcového podloží používat zahraničních modulů přetvárnosti bez předchozího stanovení vzájemný ch vztahů pro konkrétní druh a stav zeminy nebo materiálu konstrukční vrstvy. 3. max 7 max 9 max σ v MN. m ,0 1,5 2,0 σ = 20 s v mm Obr. 4. Schéma zatěžovací zkoušky u DB

5 Tab. 1: Základní parametry a vý sledky zkoušek podle sledovaný ch metodik měření Základní parametry zkoušky Metodika podle Č D 1) PKP ÖBB DB označení modulu přetvárnosti E 0 E v E v průmě r zatěžovací desky v mm maximální napě tí pod zatěžovací deskou v obor napě tí pro vý počet v počet zatěžovacích vě tví počet odlehčovacích vě tví modul přetvárnosti 1. zatěžovací větve v - 32,4 23,1 25,4 modul přetvárnosti 2. zatěžovací větve v 23,1-25,6 27,4 pomě r modulu přetvárnosti 1. zatěžovací vě tve k E 0 v % pomě r modulu přetvárnosti 2. zatěžovací ,6 vě tve k E 0 v % 1) Statická zatěžovací zkouška na zemní plání a konstrukčních vrstvách pražcového podloží. Literatura [1] Č D S4 Železniční spodek, [2] BN-64/ Oznaczanie modułu odształcenia nawierzchni podatnych i podłoża przez obciążenie płytą, [3] ÖNORM B 4417 Lastplattenversuch, [4] DIN Plattendruckversuch, [5] Č SN Kontrola zhutně ní zemin a sypanin, [6] TYC, P. Posouzení požadavků Č D a DB AG na únosnost pražcového podloží, NŽT, 1996, roč. 4, č. 2, s [7] GÖBEL, C., LIEBERENZ, K., RICHTER, F. Der Eisenbahnunterbau, Eisenbahn- Fachverlag Mainz, 1996.