Laboratory tests of resistance to severe environmental conditions of prototypical under sleeper pads applied in the ballasted track structures

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

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.138058

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne odporności na warunki atmosferyczne prototypowych podkładek podpodkładowych USP stosowanych w podsypkowych konstrukcjach dróg szynowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper focuses on the analysis of resistance of several prototypical under sleeper pads (USP) to severe environmental conditions. Taking into account the climate in Poland, evaluation of USP in regard to water and frost resistance should be performed and the influence of high temperatures should be analyzed. In the present paper results of several tests carried out on the selected USP are presented. The tests were performed in accordance with the rules given in PN-EN 16730. Concrete blocks with USP were immersed in water at room temperature for 24 h and then placed in a climatic chamber for resistance testing. The results show that the severe environmental conditions influence the damping-related parameters of USP, which affects the effectiveness of the vibration isolation. The performed analyses allowed the authors to indicate the most resistant pads that will undergo further testing. Additionally, requirements of several railway infrastructure managers as well as authors' recommendations concerning the properties of USP were given.

PL

W niniejszej pracy skupiono się na analizie odporności na warunki atmosferyczne kilku prototypowych podkładek podpodkładowych (z ang. USP). Biorąc pod uwagę warunki klimatyczne panujące w Polsce, konieczna jest ocena podkładek USP pod kątem odporności na wpływ wody lub mrozu, a także wysokich temperatur. W pracy przedstawiono wyniki badań przeprowadzonych na czterech wybranych podkładkach podpodkładowych. Badania laboratoryjne zostały wykonane zgodnie z procedurami opisanymi w normie PN-EN 16730. Betonowe bloki z podkładkami USP zanurzano w wodzie w temperaturze pokojowej na 24 godziny, a następnie umieszczano w komorze klimatycznej. Uzyskane wyniki pokazują, że niekorzystne warunki atmosferyczne mają istotny wpływ na parametry statyczne i dynamiczne USP, co z kolei wpływa na efektywność tłumienia wibracji i halsu wtórnego. Przeprowadzone analizy pozwoliły autorom na wskazanie najbardziej odpornych na niekorzystne warunki atmosferyczne podkładek, które zostaną poddane dalszym badaniom. Na potrzeby niniejszej pracy przebadano cztery różne próbki USP: dwie podkładki na bazie granulatu gumowego (próbki nr 002 i 075) i dwie na bazie poliuretanu (próbki nr 006 i 095). Dla każdej z próbek wyznaczono trzy parametry: statyczny moduł sztywności dla obciążeń z zakresu (0.01÷0.1) N/mm2, statyczny moduł sztywności dla obciążeń z zakresu (0.01÷0.2) N/mm2, a także dynamiczny moduł sztywności dla 5 Hz. Wyniki przeprowadzonych analiz pokazują, że podkładka nr 075 na bazie granulatu gumowego wykazuje najbardziej korzystne właściwości z punktu widzenia odporności na warunki atmosferyczne. W przypadku tej próbki można zauważyć, że krzywe statycznych i dynamicznych charakterystyk sprężystych otrzymane po badaniu w komorze klimatycznej leżą bardzo blisko pierwotnych krzywych (przed badaniem), zarówno dla statycznego jak i dynamicznego modułu sztywności. Oznacza to, że sztywność próbki przed i po badaniu jest praktycznie taka sama. Z kolei próbka 006 na bazie poliuretanu wykazuje najmniej korzystne właściwości – testy w komorze klimatycznej spowodowały usztywnienie próbki, co jest niekorzystnym efektem w przypadku elementów wibroizolacyjnych. Dwie z czterech badanych próbek USP spełniają wymagania dotyczące zmienności dynamicznych modułów sztywności: próbki nr 002 i 075, czyli podkładki gumowe. W przypadku próbek nr 006 i 095 (podkładki poliuretanowe), wspomniane zmienności modułów przekraczają dopuszczalne wartości. Uzyskane wyniki prowadzą do wniosku, że podkładki USP na bazie granulatu gumowego są mniej podatne na niekorzystne działanie warunków atmosferycznych niż podkładki na bazie poliuretanu.

Słowa kluczowe

EN

under sleeper pad; vibration damping; resistance to severe environmental conditions

PL

podkładka podpodkładowa; USP; tłumienie drgań; odporność na warunki atmosferyczne

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 3
• Strony: 319--331
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 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

Al Sabouni-Zawadzka Anna

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

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

Bibliografia

• [1] C. Jayasuriya, B. Indraratna, T. Ngoc Ngo, “Experimental study to examine the role of under sleeper pads for improved performance of ballast under cyclic loading”, Transportation Geotechnics 19: pp. 61-73, 2019. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2019.01.005
• [2] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, W. Oleksiewicz, W. Karwowski, “Static and Dynamic Parameters of Railway Tracks Retrofitted With Under Sleeper Pads”, Archives of Civil Engineering 64(4): pp. 187-201, 2018. https://doi.org/10.2478/ace-2018-0070
• [3] M. Sol-Sánchez, F. Moreno-Navarro, C. Rubio-Gámez, “The use of elastic elements in railway tracks: A state of the art review”, Construction and Building Materials 75: pp. 293-305, 2015. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.027
• [4] M. Sol-Sánchez, L. Pirozzolo, F. Moreno-Navarro, C. Rubio-Gámez, “A study into the mechanical performance of different configurations for the railway track section: A laboratory approach”, Engineering Structures 119: pp. 13-23, 2016. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2016.04.008
• [5] M. Sol-Sánchez, F. Moreno-Navarro, C. Rubio-Gámez, “The Use of Deconstructed Tires as Elastic Elements in Railway Tracks”, Materials 7: 5903-5919, 2014. https://doi.org/10.3390/ma7085903
• [6] M. Sol-Sánchez, N.H. Thom, F. Moreno-Navarro, C. Rubio-Gámez, G.D. Airey, “A study into the use of crumb rubber in railway ballast” Construction and Building Materials 75: pp. 19-24, 2015. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.10.045
• [7] J. Kennedy, P.K. Woodward, G. Medero, M. Banimahd, “Reducing railway track settlement using threedimensional polyurethane polymer reinforcement of the ballast” Construction and Building Materials 44: pp. 615-625, 2013. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.03.002
• [8] S. Kaewunruen, A. Aikawa, A.M. Remennikov, “Vibration attenuation at rail joints through under sleeper pads”. Procedia Engineering 189: pp. 193-198, 2017. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.05.031
• [9] A. Omodaka, T. Kumakura, T. Konishi, “Maintenance reduction by the development of resilient sleepers for ballasted track with optimal under-sleeper pads”, Procedia CIRP 59: pp. 53-56, 2017. https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.09.039
• [10] T. Abadi, L. Le Pen, A. Zervos, W. Powrie, “Effect of Sleeper Interventions on Railway Track Performance”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 145(4): 04019009, 2019. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0002022
• [11] C. Jayasuriya, B. Indraratna, T.N. Ngo, “Experimental study to examine the role of under sleeper pads for improved performance of ballast under cyclic loading”, Transportation Geotechnics 19: pp. 61-73, 2019. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2019.01.005
• [12] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, A. Al Sabouni-Zawadzka, A. Piotrowski, “Experimental Research on Fatigue Strength of Prototype under Sleeper Pads Used in the Ballasted Rail Track Systems”, Archives of Civil Engineering 66(1): pp. 241-255, 2020. https://doi.org/10.24425/ace.2020.131786
• [13] Zbiciak, C. Kraśkiewicz, Al Sabouni-Zawadzka, J. Pełczyński, S. Dudziak, “A Novel Approach to the Analysis of Under Sleeper Pads (USP) Applied in the Ballasted Track Structures”, Materials 13(11): p. 2438, 2020. https://doi.org/10.3390/ma13112438
• [13] IRS 70713-1: Railway Application - Track & Structure “Under Sleeper Pads (USP) - Recommendations for Use”, 1st edition 01.04.2018.
• [14] PN-EN 16730:2016-08 Railway applications - track - concrete sleepers and bearers with under sleeper pads.
• [15] RFI TCAR SF AR 03 007 C, Specifica tecnica di fornitura: Tappetini sotto traversa (USP), 2017.
• [16] SNCF IG04013 Traverses et supports béton pour pose ballastée équipées de semelles résilientes en sous faces (ex CT IGEV 016) 14.08.2018.