Laboratory testing of selected prototype under sleeper pads (USPs) - pull-off strength determined after the weather resistance test

• Autorzy: Kraśkiewicz Cezary , Zbiciak Artur , Medyński Jarosław , Al Sabouni-Zawadzka A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.145280

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne wybranych prototypowych podkładek USP - wyznaczanie przyczepności przez odrywanie po badaniu odporności na warunki atmosferyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Under sleeper pads (USPs) are resilient elements used in the ballasted track structures to improve dynamic behaviour of the track, reduce vibration and protect the ballast against fast degradation. As the elements permanently connected to the sleepers or turnout bearers, the pads must have an appropriate level of pull-off strength, so that they do not separate from the rail support (here: sleeper) during their transportation to the construction site or during many years of operation. In this paper, results of pull-off tests performed on four selected USP samples are presented: three samples made of SBR (styrene-butadiene rubber) granulate and one made of polyurethane. Moreover, details of the pad’s attachment to the rail support are discussed, and the requirements for the USP properties are specified, focusing on the pull-off strength determined after the weather resistance test. It is shown that only two out of four considered USP samples fulfilled the requirements specified by the authors.

PL

Podkładki podpodkładowe (z ang. USP - under sleeper pad) to elementy sprężyste stosowane w konstrukcjach podsypkowych nawierzchni szynowej w celu poprawy pracy nawierzchni pod obciążeniami dynamicznymi, zmniejszenia drgań oraz ochrony podsypki przed szybką 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 omówiono szczegółowo różne sposoby mocowania podkładek USP do podpór szynowych, zdefiniowano wymagania dotyczące właściwości USP, skupiając się na wytrzymałości na odrywanie wyznaczonej po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, a także przedstawiono wyniki przeprowadzonych badań laboratoryjnych podkładek. Autorzy przedstawili wyniki badań przyczepności przez odrywanie (ang. pull-off) przeprowadzonych na czterech wybranych próbkach USP: trzech z granulatu SBR (kauczuk styrenowo-butadienowy) i jednej z poliuretanu. Badania przeprowadzono zgodnie z procedurą opisaną w normie EN 1542 na próbkach poddanych wcześniej badaniom odporności na warunki atmosferyczne. Ponadto autorzy zaproponowali wstępne rekomendacje dla polskich kolei 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 wyznaczonej po badaniach odporności na warunki atmosferyczne: wartość minimalna ≥ 0,40 N/mm2 i wartość średnia ≥ 0,45 N/mm2. Porównując wyniki badań laboratoryjnych przedstawionych w rozdziale 3 z proponowanymi granicznymi wartościami przyczepności przez odrywanie określonymi dla USP po badaniu odporności na warunki atmosferyczne, stwierdzono, że tylko dwa z czterech rozpatrywanych materiałów spełniały te wymagania - USP nr 1 i nr 2. Dla pozostałych dwóch podkładek (nr 3 i nr 33) wskazane są dalsze prace nad poprawą wartości przyczepności przez odrywanie (nad spoiwem i materiałem warstwy przylegającej do spodu podkładu), aby osiągnąć wartość dla każdej pojedynczej próby wynoszącą co najmniej 0,40 N/mm2 oraz wartość średnią wynoszącą co najmniej 0,45 N/mm2.

Słowa kluczowe

EN

ballasted track structure; pull-off strength; rail track; under sleeper pad; laboratory testing; USP; weather resistance

PL

odporność na warunki atmosferyczne; podkładka podpodkładowa; nawierzchnia podsypkowa; nawierzchnia torowa; wytrzymałość na odrywanie; badanie laboratoryjne; USP

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 2
• Strony: 483--501
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 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

Medyński Jarosław

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

• https://orcid.org/0000-0001-9138-6954

autor

Al Sabouni-Zawadzka A.

• 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, 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] C. Jayasuriya, B. Indraratna, and T. Ngoc Ngo, “Experimental study to examine the role of under sleeper pads for improved performance of ballast under cyclic loading”, Transportation Geotechnics, vol. 19, pp. 61-73, 2019, doi: 10.1016/j.trgeo.2019.01.005.
• [6] J. Neuhold and M. Landgraf, “Effects of under sleeper pads on long-termtrack quality behaviour”, presented at the 5th International Conference on Road and Rail Infrastructure, 17-19 May 2018, Zadar, Croatia, 2018, doi: 10.5592/CO/CETRA.2018.885.
• [7] Y. Guo, J. Wang, and V. Markine, “Ballast mechanical performance with and without under sleeper pads”, KSCE Journal of Civil Engineering, vol. 24, pp. 3202-3217, 2020, doi: 10.1007/s12205-020-2043-5.
• [8] A. Johansson, J.C.O. Nielsen, R. Bolmsvik, A. Karlström, and R. Lundén, “Under sleeper pads - Influence on dynamic train-track interaction”,Wear, vol. 265, pp. 1479-1487, 2008, doi: 10.1016/j.wear.2008.02.032.
• [9] 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.
• [10] 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.
• [11] 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.
• [12] 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.
• [13] M. Krużyński, E. Kwiatkowska, and J. Zwolski, “Badania dynamiczne toru kolejowego”, Przegląd komunikacyjny, no. 11, pp. 23-28, 2012.
• [14] M. Sol-Sánchez, F. Moreno-Navarro, and M.C. Rubio-Gámez, “Viability of using end-of-life tire pads as under sleeper pads in railway”, Construction and Building Materials, vol. 64, pp. 150-156, 2014, doi: 10.1016/ j.conbuildmat.2014.04.013.
• [15] M. Esmaeili, A. Shamohammadi, and S. Farsi, “Effect of deconstructed tire under sleeper pad on railway ballast degradation under cyclic loading”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, vol. 136, art. no. 106265, 2020, doi: 10.1016/j.soildyn.2020.106265.
• [16] 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.
• [17] 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, doi: 10.24425/ace.2021.138058.
• [18] C. Kraśkiewicz, A. Zbiciak, A. Al Sabouni-Zawadzka, and A. Piotrowski, “Resistance to severe environmental conditions of prototypical recycling-based under ballast mats (UBMs) used as vibration isolators in the ballasted track systems”, Construction and Building Materials, vol. 319, no. 9, art. no. 126075, 2022, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.126075.
• [19] EN 1542:2000 Products and systems for the protection and repair of concrete structures. Test methods. Measurement of bond strength by pull-off.
• [20] Fimor. [Online]. Available: https://www.fimor-polyurethane.com/en/. [Accessed: 22.06.2019].
• [21] Getzner. [Online]. Available: https://www.getzner.com/pl. [Accessed: 28.11.2022].
• [22] L. Kazniczy, “Egy “Frankó” Aljapapucs”, presented at XX. Nemzetkozi Epitestudomanyi Konferencia EPKO 2016, 1-5 June 2016, Csíksomlyó, Jakab Antal Ház, Romania, 2016.
• [23] S.G. Yun, S. Yang, J.H. Eum, and S.Y. Chang, Patent KR100699548B1. [Online]. Available: https://patents.google.com/patent/KR100699548B1/ko. [Accessed: 03.07.2019].
• [24] Sateba. [Online]. Available: https://sateba.com/. [Accessed: 28.11.2022].
• [25] VF Systems. [Online]. Available: https://www.vf-systems-railways.com/v-fit-usp-under-sleeper-pads/. [Accessed: 05.07.2019].
• [26] Edilon Sedra. [Online]. Available: https://www.edilonsedra.com/. [Accessed: 28.11.2022].
• [27] IRS 70713-1 Railway Application - Track & Structure “Under Sleeper Pads (USP) - Recommendations for Use”, 1st edition, 01.04.2018.
• [28] RFI TCAR SF AR 03 007 C, Specifica tecnica di fornitura: Tappetini sotto traversa (USP), 2017.
• [29] SNCF IG04013 Traverses et supports béton pour pose ballastée équipées de semelles résilientes en sous faces (ex CT IGEV 016), 14.08.2018.
• [30] EN 16730:2016 Railway applications - track - concrete sleepers and bearers with under sleeper pads.
• [31] DB Netz AG, DBS 918 145-01 Technische Lieferbedingungen, Spannbetonschwellen mit elastischer Sohle - Elastische Schwellensohlen, 2016.
• [32] H. Loy, M. Biskup, and E. Kwiatkowska, “Measuring the vibration-isolating effect of an elastic superstructure in Poland”, Global Railway Review, vol. 24, no. 1, 2018.