Laboratoryjne badania efektu stabilizującego geomat Tensar TriAx

Opublikowano 13.10.2010

Firma Tensar International wprowadziła za pośrednictwem naszej spółki w 2008 roku na rynek czeski trójosiową monolityczną geosiatkę stabilizującą Tensar TriAx. Ta rozwijana przez wiele lat geosiatka jest następcą sprawdzonej dwuosiowej monolitycznej geosiatki stabilizującej Tensar SS. Celem badań przeprowadzonych na Czeskim Uniwersytecie Technicznym w Pradze, na Wydziale Budownictwa, w Katedrze Budownictwa Kolejowego, było ocenienie skuteczności nowo opracowanej geosiatki w porównaniu z geosiatką powszechnie stosowaną w czeskim budownictwie.

Laboratoryjne badania próbek geomat stabilizujących zostały przeprowadzone na modelach podtorza kolejowego w skali 1 : 1 z 250 000 cyklami obciążeniowymi. Podczas cykli obciążeniowych mierzono osiadania poszczególnych warstw oraz statyczne i dynamiczne moduły odkształcenia.

Układ warstw podtorza

Podłoże stanowiła glina ceglana o składzie: 21 % iłu, 31 % pyłu, 22 % piasku, 22 % żużla oraz 4 % trocin. Glina była dostarczona bez porów, o wilgotności ok. 20 %. Ten typ gliny zachowuje podczas badań stałą wilgotność, a powierzchnia warstwy wykazuje nośność wyrażoną statycznym modułem odkształcenia ok. 15 MPa.

W modelu, oprócz geomaty stabilizującej, zastosowano separacyjną włókninową geowłókninę, która zapewniała separację podłoża i warstw konstrukcyjnych modelu. W pierwszym modelu zastosowano geomatę stabilizującą Tensar SS30 – sztywną monolityczną geosiatkę dwuosiową o rozstawie żeber 39 × 39 mm i minimalnej wytrzymałości węzła 95 %. W drugim modelu zastosowano geomatę stabilizującą Tensar TriAx TX160 – sztywną monolityczną geosiatkę trójosiową o rozstawie żeber 40 × 40 mm (podłużnie × ukośnie) i minimalnej wytrzymałości węzła 90 %.

Warstwa konstrukcyjna była wykonana z kruszywa łamanego z amfibolitu frakcji 0/32 mm. Podsypka kolejowa była wykonana z kruszywa łamanego z amfibolitu frakcji 32/63 mm.

Procedura badań

Badania laboratoryjne przeprowadzono w skrzyni badawczej o wymiarach 2,0 × 1,0 × 0,8 m. W celu minimalizacji tarcia podtorza o ściany skrzyni, drewniane ściany obłożono blachą ocynkowaną. Dno i ściany skrzyni dodatkowo przykryto cienką folią w celu zapobieżenia wysychaniu gliny ceglanej.

Na dnie skrzyni badawczej ułożono bloki gliny ceglanej, które zagęszczono ręcznym wibracyjnym urządzeniem zagęszczającym. Końcowa grubość podłoża wynosiła 28 cm. Na tej warstwie ułożono geowłókninę separacyjną oraz geomatę stabilizującą. Pomiędzy geosyntetykami a ścianami skrzyni pozostawiono szczelinę ok. 1 cm. Następnie ułożono i zagęszczono warstwę konstrukcyjną o końcowej grubości 15 cm. Podsypka kolejowa o grubości 30 cm została ułożona i zagęszczona w dwóch warstwach.

Na wyrównanej warstwie podsypki kolejowej umieszczono połowę betonowego podkładu z 50-centymetrowym odcinkiem szyny. Do cyklicznego obciążania zastosowano siłownik hydrauliczny umieszczony na sztywnej stalowej ramie. Obsługa urządzenia była realizowana za pomocą specjalnej jednostki sterująco-rejestrującej. Główka szyny była obciążana siłą w zakresie 2 – 42 kN o przebiegu sinusoidalnym i częstotliwości 3 Hz. Obie analizowane konstrukcje poddano obciążeniu 250 000 cyklami.

Mierzone parametry

• statyczny moduł odkształcenia – podczas wykonywania poszczególnych warstw modelu na każdej warstwie (podłoże, warstwa konstrukcyjna, podsypka kolejowa) przeprowadzono statyczną próbę obciążeniową. Próby zlokalizowano w punkcie przecięcia szyny i osi podkładu. Tę samą procedurę badań zastosowano podczas demontażu konstrukcji po cyklicznym obciążaniu. Na każdej konstrukcji wykonano 6 prób obciążeniowych
• udarowy moduł odkształcenia – badania przeprowadzono w sposób analogiczny do badań statycznego modułu odkształcenia. Punkty pomiarowe wybrano poza profilem prób statycznych. Na każdej konstrukcji wykonano łącznie 12 badań
• osiadania – podczas cyklicznego obciążania monitorowano osiadania na trzech poziomach wysokościowych: na górnej powierzchni podkładu, na powierzchni warstwy konstrukcyjnej oraz na geomacie stabilizującej. Na każdym poziomie wysokościowym mierzono osiadania w 4 punktach jednakowo oddalonych od punktu przecięcia szyny i osi podkładu. Pomiary prowadzono za pomocą specjalnych pionowych stalowych trzpieni. Osiadania mierzono przy użyciu czujników cyfrowych, które za pomocą statywów zamocowano na poprzecznej stalowej konstrukcji przymocowanej do posadzki laboratorium w odpowiedniej odległości od skrzyni badawczej. Czujniki cyfrowe były dezaktywowane podczas cyklicznego obciążania. Ich aktywacja następowała każdorazowo po osiągnięciu określonej liczby cykli. Na czas pomiarów osiadań cykliczne obciążanie było przerywane. Odczyt osiadań odbywał się w stanie nieobciążonym oraz przy obciążeniu główki szyny siłami narastającymi do 42 kN. Obciążenie to odpowiada naciskowi osi o wartości 22,5 t.

 

Wyniki pomiarów

Statyczne moduły odkształcenia zmierzone podczas budowy oraz demontażu obu modeli na poszczególnych warstwach konstrukcji były następujące:

 

	Tensar SS 30		Tensar TriAx
	budowa	demontaż	budowa	demontaż
PODŁOŻE	16,9 MPa	25,0 MPa	17,9 MPa	28,7 MPa
WARSTWA KONSTRUKCYJNA	40,8 MPa	48,2 MPa	37,1 MPa	55,6 MPa
PODSYPKA KOLEJOWA	91,2 MPa	110,2 MPa	69,5 MPa	116,9 MPa

Przebiegi osiadań podkładu, powierzchni warstwy konstrukcyjnej oraz geosyntetyku podczas cyklicznego obciążenia szyny siłą 42 kN przedstawiono na kolejnych rysunkach.