Laboratory tests of pull-off strength of chosen USPs attached to concrete sleepers

• Autorzy: Kraśkiewicz Cezary , Zbiciak Artur , Zobel Henryk , Al Sabouni-Zawadzka Anna

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.147658

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne przyczepności przez odrywanie wybranych podkładek USP przymocowanych do betonowych podkładów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Resilient under sleeper pads (USPs) are vibration isolators used in the ballasted track structure to improve the dynamic performance of the track, reduce vibrations and protect the ballast layer. Being permanently connected with the rail supports (sleepers or turnout bearers), the pads must exhibit a proper value of the pull-off strength, which ensures that they do not separate from the supports while being transported to the construction site or during many years of exploitation. This study focuses on the experimental determination of the pull-off strength of USPs attached to full scale prestressed concrete sleepers. Three variants are tested: two pads equipped with different anchor layers attached to the sleepers in the production plant and one pad glued to the sleeper in the laboratory. Some of the tested USPs are made of recycled styrene-butadiene rubber (SBR). An important part of the work is specification of the requirements for the pull-off strength of USPs, as well as the requirements for sleepers and turnout bearers equipped with resilient pads.

PL

Podkładki podpodkładowe (z ang. USPs – under sleeper pads) to elementy sprężyste stosowane w konstrukcjach podsypkowych nawierzchni kolejowej w celu poprawy pracy nawierzchni torowej pod obciążeniami dynamicznymi, zmniejszenia drgań oraz ochrony podsypki przed przyśpieszoną degradacją. Jako elementy trwale połączone z podkładami lub podrozjazdnicami, podkładki USP muszą posiadać odpowiednią wytrzymałość na odrywanie (przyczepność przez odrywanie), aby nie oddzieliły się od podpory szynowej podczas transportu na plac budowy lub w trakcie wieloletniej eksploatacji. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych przyczepności przez odrywanie przeprowadzonych na podkładkach USP zamocowanych do podkładów strunobetonowych. Rozpatrywano trzy warianty próbek, różniące się typem zastosowanego podkładu oraz sposobem mocowania podkładki: wariant I: podkład typu PS-93 z podkładką USP ze zintegrowaną warstwą sczepną przypominającą rzepy z tworzywa sztucznego (próbka wykonana w zakładzie prefabrykacji); wariant II: podkład typu PS-94 z podkładką USP ze zintegrowaną warstwą sczepną w postaci geowłókniny (próbka wykonana w zakładzie prefabrykacji); wariant III: podkład typu PS-94 z podkładką USP przymocowaną za pomocą kleju (podkład wykonany w zakładzie prefabrykacji, podkładka USP przyklejona w laboratorium). Ponadto autorzy zaproponowali wstępne rekomendacje dla polskich kolei zarządzanych przez spółkę PKP PLK S.A., które odnoszą się do wymagań zagranicznych zarządców infrastruktury kolejowej – w szczególności regulacji Międzynarodowego Związku Kolejowego UIC oraz przepisów obowiązujących we Włoszech i Francji, opierających się na normowej procedurze EN 16730. Zaproponowano następujące graniczne wartości przyczepności przez odrywanie: wartość minimalna ≥ 0,4 N/mm2 i wartość średnia ≥ 0,5 N/mm2. Porównując wyniki badań laboratoryjnych przedstawione w niniejszym artykule z proponowanymi granicznymi wartościami przyczepności przez odrywanie określonymi dla USP stwierdzono, że żaden z wariantów przygotowanych w zakładzie prefabrykacji podkładów (I i II), nie osiągnął wartości wytrzymałości na odrywanie zalecanych przez UIC oraz przez autorów, co w połączeniu z obserwowanymi dużymi odchyleniami w położeniu USP względem krawędzi podkładu oraz strefami braku przyczepności podkładki do powierzchni podkładu – prowadzi do wniosku, że w analizowanych przypadkach nie osiągnięto wymaganej dokładności wykonania, a taka precyzja jest konieczna dla zapewnienia trwałości połączenia podkładki z podporą szynową. Wariant III dotyczący podkładu wykonanego w zakładzie prefabrykacji i podkładki USP przyklejonej za pomocą kleju w laboratorium osiągnął wartości wytrzymałości na odrywanie zalecane przez UIC oraz przez autorów niniejszego artykułu. Ponadto, zdaniem autorów, bezpośrednie zastosowanie w Polsce rozwiązań warstwy sczepnej z innych krajów nie zapewnia odpowiedniej wartości wytrzymałości na odrywanie. Należy ją zmodyfikować, uwzględniając np. wzajemną proporcję wymiarów pomiędzy siatką przestrzenną z rzepów z tworzywa sztucznego oraz ziarnami kruszywa stosowanego do produkcji podkładów w Polsce (zgodnie z wymaganiami WTWiO PKP PLK S.A. dotyczącymi podkładów i podrozjazdnic strunobetonowych). Należy kontynuować badania nad opracowaniem rozwiązania warstwy sczepnej USP, odpowiedniego dla warunków polskich – we współpracy z producentami zarówno podkładek USP, jak i podpór szynowych (podkładów i podrozjazdnic).

Słowa kluczowe

EN

ballasted track structure; pull-off strength; under sleeper pad; laboratory testing; USP; concrete sleeper

PL

podkładka podpodkładowa; nawierzchnia torowa; nawierzchnia podsypkowa; wytrzymałość na odrywanie; badanie laboratoryjne; USP; podkład strunobetonowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 4
• Strony: 247--262
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Kraśkiewicz Cezary

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-9245-6344

autor

Zbiciak Artur

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8882-2938

autor

Zobel Henryk

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-4227-0506

autor

Al Sabouni-Zawadzka Anna

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2688-8442

Bibliografia

• [1] R. Schilder, “USP (Under Sleeper Pads): a contribution to save money in track maintenance”, presented at AusRAIL PLUS 2013, 26-28 November 2013, Sydney, Australia, 2013.
• [2] M. Sol-Sánchez, F. Moreno-Navarro, and M.C. Rubio-Gámez, “The use of elastic elements in railway tracks: A state of the art review”, Construction and Building Materials, vol. 75, pp. 293-305, 2015, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.11.027.
• [3] D.L. Iliev, “Die horizontale Gleislagestabilität des Schotteroberbaus mit konventionellen und elastisch besohlten Schwellen”, Technische Universität München, 2012.
• [4] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, W. Oleksiewicz, and W. Karwowski, “Static and dynamic parameters of railway tracks retrofitted with under sleeper pads”, Archives of Civil Engineering, vol. 64, no. 4, pp. 187-201, 2018, doi: 10.2478/ace-2018-0070.
• [5] A. Paixão, J.N. Varandas, E. Fortunato, and R. Calçada, “Numerical simulations to improve the use of under sleeper pads at transition zones to railway bridges”, Engineering Structures, vol. 164, pp. 169-182, 2018, doi: 10.1016/j.engstruct.2018.03.005.
• [6] J. Mottahed, J. A. Zakeri, and S. Mohammadzadeh, “Field investigation on the effects of using USPs in transition zone from ballasted track to bridges”, International Journal of Civil Engineering, vol. 17, no. 9, pp. 1421-1431, 2019, doi: 10.1007/s40999-019-00440-3.
• [7] L. Le Pen, G. Watson, A. Hudson, and W. Powrie, “The behaviour of under-sleeper pads at switches and crossings (S&C) – field measurements”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 232, no. 4, pp. 1049-1063, 2018, doi: 10.1177/0954409717707400.
• [8] S. Kaewunruen, A. Aikawa, and A. Remennikov, “Vibration attenuation at rail joints through under sleeper pads”, Procedia Engineering, vol. 189, pp. 193-198, 2017, doi: 10.1016/j.proeng.2017.05.031.
• [9] J. Zakeri, M. Esmaeili, and H. Heydari, “A field investigation into the effect of under sleeper pads on the reduction of railway-induced ground-borne vibrations”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, vol. 230, no. 3, pp. 999-1005, 2016, doi: 10.1177/0954409714565499.
• [10] A. Omodaka, T. Kumakura, and T. Konishi, “Maintenance reduction by the development of resilient sleepers for ballasted track with optimal under-sleeper pads”, Procedia CIRP, vol. 59, pp. 53-56, 2017, doi: 10.1016/j.procir.2016.09.039.
• [11] H. Gräbe, B. Mtshotana, M. Sebati, and E. Thünemann, “The effects of under-sleeper pads on sleeper-ballast interaction”, Journal of the South African Institution of Civil Engineering, 2016, vol. 58, no. 2, pp. 35-41, 2016, doi: 10.17159/2309-8775/2016/v58n2a4.
• [12] X. Qu, M. Ma, L. Minghang, Y. Cao, and W. Liu, “Analysis of the vibration mitigation characteristics of the ballasted ladder track with elastic elements”, Sustainability, vol. 11, no. 23, 2019, doi: 10.3390/su11236780.
• [13] T. Abadi, L. Le Pen, A. Zervos, and W. Powrie, “Effect of sleeper interventions on railway track performance”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, vol. 145, no. 4, art. no. 04019009, 2019, doi: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002022.
• [14] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, A. Al Sabouni-Zawadzka, and A. Piotrowski, “Experimental research on fatigue strength of prototype under sleeper pads used in the ballasted rail track systems”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 1, pp. 241-255, 2020, doi: 10.24425/ace.2020.131786.
• [15] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, and A. Al Sabouni-Zawadzka, “Laboratory tests of resistance to severe environmental conditions of prototypical under sleeper pads applied in the ballasted track structures”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 3, pp. 319-331, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.138058.
• [16] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, J. Medyński, and A. Al Sabouni-Zawadzka, “Laboratory testing of selected prototype under sleeper pads (USPs) – pull-off strength determined after the weather resistance test”, Archives of Civil Engineering, vol. 69, no. 2, pp. 483-501, 2023, doi: 10.24425/ace.2023.145280.
• [17] EN 1542:2000 Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Measurement of bond strength by pull-off.
• [18] EN 16730:2016 Railway applications – track – concrete sleepers and bearers with under sleeper pads.
• [19] IRS 70713-1 Railway Application – Track & Structure “Under Sleeper Pads (USP) – Recommendations for Use”, 1st edition 01.04.2018.
• [20] DB Netz AG, DBS 918 145-01 Technische Lieferbedingungen, Spannbetonschwellen mit elastischer Sohle – Elastische Schwellensohlen, 2016.
• [21] RFI TCAR SF AR 03 007 C, Specifica tecnica di fornitura: Tappetini sotto traversa (USP), 2017.
• [22] Infrabel, Technische bepaling L-23: Fabricatie en levering van betonnen monoblok dwarsliggers, uitgave: 2009.
• [23] SNCF IG04013 Traverses et supports béton pour pose ballastée équipées de semelles résilientes en sous faces (ex CT IGEV 016) 14.08.2018.
• [24] Warunki techniczne wykonania i odbioru podkładów i podrozjazdnic strunobetonowych Id-101. Załacznik do uchwały Nr 106/2020 Zarządu PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. z dnia 11 lutego 2020 r.
• [25] C. Kraśkiewicz, H. Anysz, M. Płudowska-Zagrajek, and A. Al Sabouni-Zawadzka, “Artificial neural networks as a tool for selecting the parameters of prototypical under sleeper pads produced from recycled rubber granulate”, Journal of Cleaner Production, vol. 405, 2023, doi: 10.1016/j.jclepro.2023.136975.
• [26] B. Indraratna, Y. Qi, T.N. Ngo, C. Rujikiatkamjorn, T. Neville, F.B. Ferreira, and A. Shahkolahi, “Use of geogrids and recycled rubber in railroad infrastructure for enhanced performance”, Geosciences, vol. 9, no. 1, 2019, doi: 10.3390/geosciences9010030.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).