DP - Politechnika Wrocławska

Politechnika Wrocławska
Instytut Inżynierii Lądowej
Zakład Infrastruktury Transportu Szynowego
METODY KOMPUTEROWE
W DROGACH KOLEJOWYCH
Ćwiczenia laboratoryjne dla studentów
specjalności ITS
INSTRUKCJA
do ćwiczenia
DP
System ekspercki diagnostyki podtorza
WROCŁAW 2008
1. Informacje ogólne
System DP jest prototypowym systemem doradczym, opracowanym w 1993 r. w
ramach tematu CNTK nr 1889/27 pt. "System ekspercki oceny stanu technicznego
podtorza, wspomagający decyzje o naprawach" oraz 2023/22. Autorem systemu jest
Eugeniusz Skrzyński. System umożliwia:
- ocenę przydatności podtorza gruntowego do eksploatacji w założonych warunkach,
- identyfikowanie najczęściej spotykanych wad i zagrożeń podtorza,
- projektowanie gruntowych warstw ochronnych torowiska.
System wspomaga pracowników służby drogowej zajmujących się utrzymaniem
podtorza w ocenie jego stanu na konkretnych odcinkach. Na podstawie udzielonych
odpowiedzi system przedstawia odpowiednie konkluzje dotyczące przydatności
podtorza do eksploatacji. Trafność tych konkluzji zależy zarówno od zastosowanych w
systemie reguł logicznych i heurystycznych, jak i reprezentatywności wprowadzonych
danych.
System należy stosować wtedy, gdy istnieje potrzeba obiektywnej oceny stanu
podtorza, zwłaszcza zaś gdy:
- zachodzi obawa, ze podtorze nie jest wystarczająco stateczne (np. pojawiły się
niepokojące odkształcenia toru albo inne objawy),
- planuje się naprawę albo modernizacje drogi (zwiększenie nacisków osi, zwiększenie
prędkości pociągów itp.),
- uzyskano złą ocenę torowiska przy użyciu systemu eksperckiego UNIP (Ustalenie
nacisków i prędkości) lub DONG (Decyzje o naprawach głównych).
Uzyskane oceny należy traktować jak ekspertyzy albo opinie.
System automatycznie poszukuje wad mających największy wpływ na
przydatność linii kolejowej do eksploatacji. Stan wybranych elementów podtorza można
wiec określić wprowadzając dane niepełne. Na przykład ocenę samego torowiska i
grubość potrzebnej warstwy ochronnej można uzyskać po zadeklarowaniu budowli
statecznej (płytki przekop, dostatecznie małe nachylenie skarp). Postępowanie takie
może być stosowane miedzy innymi dla torów na stacjach.
Przy projektowaniu wzmocnień torowiska należy pamiętać o tym, że system
podaje minimalną grubość potrzebnej (uzupełniającej) warstwy ochronnej,
wystarczającą w wypadku naprawy podtorza, a nie jego modernizacji. Ponadto grubość
ta jest obliczana dla zadeklarowanej istniejącej podsypki, często bardzo
zanieczyszczonej, zbyt cienkiej lub grubej z powodu niecek i worków podsypkowych.
Po zadeklarowaniu prawidłowej (docelowej) grubości warstwy czystej podsypki
grubość potrzebnego wzmocnienia może się wiec zmienić. Dlatego systemu DP nie
można stosować do projektowania wzmocnień torowisk na liniach modernizowanych.
Zadaniem studenta w ramach ćwiczenia jest dokonanie przy pomocy programu
DP oceny stanu podtorza dla danych określonych w protokole przeglądu badawczego,
który należy pobrać od prowadzącego na początku zajęć. Protokoły zwierają dane
częściowo fikcyjne - dostosowane do celów dydaktycznych. Wyniki oceny wraz z
danymi należy zapisać w postaci plików na twardym dysku, które po wyjściu z
programu DP należy przegrać na dyskietkę i oddać prowadzącemu zajęcia przed ich
zakończeniem.
2. Praca z programem
W celu uruchomienia programu, z pulpitu środowiska Windows otwieramy
folder "Koleje", a następnie wybieramy ikonę programu "DP". Po uruchomieniu
programu na ekranie ukazuje się okno zawierające jego stronę tytułową.
2
UWAGA: Program DP został opracowany dla systemu operacyjnego DOS, dlatego do
komunikowania się z programem musimy używać wyłącznie klawiatury (myszka jest
nieaktywna).
Po naciśnięciu dowolnego klawisza program przechodzi do wyglądu pokazanego na
rys.1.
Rys.1
W górnym oknie umieszczona jest nazwa programu. W lewym oknie w środku ekranu
prezentowane jest menu główne programu zawierające sześć komend. Pierwsza z nich
umożliwia wprowadzenie danych, druga - prezentację wyników oceny, trzecia - wydruk
zestawień wyników, czwarta - wyświetlenie pomocniczego opisu działania programu,
piąta - zmianę ustawień programu, a ostatnia szósta - wyjście z programu.
Przechodzenia pomiędzy komendami menu głównego dokonujemy przy użyciu
klawiszy "↑" albo "↓", natomiast wyboru podświetlonej komendy poprzez naciśnięcie
klawisza "Enter".
W prawym oknie w środku ekranu program podaje pewne pomocnicze informacje, takie
jak aktualną datę, ścieżkę dostępu do podkatalogu z danymi, sposób wprowadzania
danych (z klawiatury albo z dysku) oraz kilometr i numer toru (na razie niewypełnione).
W dolnej linijce ekranu umieszczone są podpowiedzi znaczenia klawiszy (klawisz
"Tab" umożliwia przechodzenie pomiędzy oknem lewym a prawym, natomiast klawisz
spacji - zmianę sposobu wprowadzania danych).
Po wybraniu z menu głównego komendy "Dane", program podaje sygnał
ostrzegawczy wraz z następującą informacją:
BRAK km I/LUB nr toru
Nacisnij dowolny klawisz
Przed rozpoczęciem wczytywania danych musimy określić te dwa parametry. W tym
celu naciskamy dowolny klawisz, a po nim "Tab". Program przechodzi do prawego
okna i podświetla napis "klawiatura" będący treścią rubryki "Wejście". Naciskając
klawisz "Enter" potwierdzamy ten sposób wprowadzania danych, podświetleniu ulega
3
puste pole będące treścią rubryki "Kilometr". Wprowadzamy z klawiatury wartość
kilometra zgodną z protokołem przeglądu badawczego i zatwierdzamy naciskając
klawisz "Enter". W analogiczny sposób wypełniamy kolejną rubrykę "Numer toru".
Naciskając klawisz "Tab" powracamy do menu głównego programu.
2.1 Wprowadzanie danych
Dane do oceny powinny być przygotowane w ramach przeglądu badawczego,
wykonanego przez odpowiednio przeszkolonych pracowników (szczególnie w zakresie
makroskopowych badań gruntów). Dane te powinny odnosić się do jednej strony
przekroju poprzecznego linii kolejowej (podtorza pod jeden tor) na jednorodnym jej
odcinku, na którym obserwuje się jednakowe objawy. Zestaw danych umożliwiających
ocenę obejmuje:
- podstawowe parametry techniczno-eksploatacyjne nawierzchni i podtorza, takie jak:
obciążenie linii, maksymalna prędkość pociągów, typ szyn, typ podkładów,
- wyniki pomiarów przekroju poprzecznego podtorza, nachylenia skarp itp.,
- wyniki oględzin oraz obserwacji eksploatacyjnych nawierzchni, podtorza i jego
odwodnienia (m.in. oznaki odkształceń toru i podtorza, jego zawilgocenie, poziomy
wód itp.),
- wyniki makroskopowych albo laboratoryjnych badań gruntów.
Objaśnienia niektórych danych podane są w punkcie 4 niniejszej instrukcji. W
przypadku określania niektórych danych konieczne mogą się okazać pewne
uproszczenia, takie jak:
- uśrednienie nachylenia skarpy o zmiennym spadku,
- traktowanie równi stacyjnej jako płytkiego przekopu lub niskiego nasypu,
- zastąpienie dwóch warstw jedną (np. gdy pod warstwą filtracyjną znajduje się
warstwa z gruntu niespoistego, pod nią zaś uplastyczniony grunt spoisty).
W celu rozpoczęcia procedury wprowadzania danych, z menu głównego
programu wybieramy komendę "Dane". Na ekranie ukazują się kolejne bloki danych
(zatytułowane w nagłówku), odpowiadające poszczególnym elementom składowym
przekroju linii kolejowej:
- charakterystyka terenu,
- charakterystyka podtorza,
- odwodnienie (nasypu albo przekopu),
- charakterystyka torowiska,
- zaplanowane roboty podtorzowe,
- charakterystyka nawierzchni,
- warunki eksploatacji,
- oznaki złego stanu toru,
- oznaki złego stanu podsypki,
- oznaki złego stanu torowiska,
- oznaki złego stanu skarpy,
- oznaki złego stanu podłoża (terenu),
- uszkodzenia rowu (jeśli występuje),
- inne objawy,
- charakterystyka gruntu warstwy filtracyjnej (jeśli występuje),
- charakterystyka gruntu pod warstwą filtracyjną (jeśli występuje),
- charakterystyka gruntu skarpy,
- charakterystyka gruntu pod podsypką,
- charakterystyka gruntu podłoża przy nasypie (jeśli występuje),
4
- charakterystyka gruntu terenu przy przekopie (jeśli występuje).
Podczas wprowadzania danych program automatycznie otwiera listy pytań o informacje
niezbędne do przeprowadzenia oceny. Wprowadzanie danych liczbowych, takich jak
wymiary, polega na bezpośrednim ich wpisywanie z klawiatury w podświetlonych
miejscach i potwierdzeniu klawiszem "Enter". Pozostałe dane, takie jak rodzaje
konstrukcji i stwierdzone objawy, wprowadza się poprzez wskazywanie klawiszami "↑"
albo "↓" najwłaściwszych odpowiedzi i potwierdzenie klawiszem "Enter", przy czym
możliwe są wtedy dwie sytuacje:
- jeśli możliwa jest tylko jedna odpowiedz (na przykład typ szyny), to po jej
wskazaniu program sam przechodzi do następnych pytań lub następnego ekranu,
- jeśli natomiast proponowane odpowiedzi mogą występować jednocześnie (np. kilka
objawów), to poszczególne odpowiedzi wskazuje się jak poprzednio, ale przejście
do następnych pytań (lub ekranu) następuje dopiero po wybraniu ostatniej pozycji
">>>>>" i wciśnięciu klawisza "Enter".
Pozycje wybrane odznaczane są symbolem "ű" pojawiającym się po ich lewej stronie.
Po wypełnieniu każdego z bloków danych program w dolnej części ekranu prezentuje
menu zawierające trzy komendy odpowiadające możliwym sposobom dalszego
przebiegu programu, przedstawione na rys.2.
Rys.2
Program standardowo podpowiada komendę "Następny ekran" umożliwiającą przejście
do następnego bloku danych. Komenda "Poprawki" umożliwia powtórzenie
wprowadzania danych do ostatniego bloku. Komenda "System" umożliwia powrót do
menu głównego, ale uwaga ! - w tym wypadku wszystkie wprowadzone do tej pory dane
ulegają skasowaniu. Wyboru odpowiedniej komendy menu dolnego dokonujemy
klawiszami "←" albo "→" natomiast zatwierdzenia - klawiszem "Enter".
Przy wprowadzaniu danych do bloków "CHARAKTERYSTYKA GRUNTU ...",
program przedstawia dwie możliwości przeprowadzenia tej procedury. Pierwsza z nich
("Ocena makroskopowa") odbywa się w oparciu o wizualne rozpoznanie, druga
natomiast ("Wyniki badań") - w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych. Jeśli w trakcie
wprowadzania danych oceny makroskopowej program przedstawi stan gruntu i
odpowiadający mu stopień plastyczności dając możliwość korekty, nie należy wybierać
tej możliwości (należy nacisnąć klawisz "N").
Po wypełnieniu wszystkich bloków danych program wraca do menu głównego.
2.2 Uzyskanie wyników oceny
W celu uzyskania wyników oceny wybieramy z menu głównego komendę
"Obliczenia". Ekran monitora przechodzi do wyglądu przedstawionego na rys.3.
5
Rys.3
Wyniki oceny wyświetlane są na dwóch ekranach. Na pierwszym przedstawiane są:
- przydatności podtorza do eksploatacji,
- zalecenia odnośnie dalszego postępowania (m.in. potrzeba zmniejszenia prędkości
pociągów, wprowadzenia specjalnego nadzoru, poprawy odwodnienia, wzmocnienia
torowiska).
Drugi ekran zawiera uzasadnienie podanej oceny (rzeczywiste lub prawdopodobne wady
albo zagrożenia oraz ich przyczyny). Przejścia pomiędzy ekranami wyników oceny
dokonujemy wybierając komendę "Następny ekran" z menu dolnego.
Program analizując wprowadzone dane identyfikuje wady budowli, określa ich
zasięg i nasilenie oraz stopień zagrożenia bezpieczeństwa ruchu z powodu podtorza.
Gdy nie ma zagrożeń dla bezpieczeństwa ruchu identyfikowane są wady torowiska
zwiększające nakłady na utrzymanie nawierzchni. Na podstawie wyników analiz
podtorze kwalifikowane jest do jednej z następujących klas przydatności do
eksploatacji:
1. Przydatność dobra, w tym:
- bez zastrzeżeń,
- prawdopodobnie występują wady nawierzchni.
2. Przydatność zmniejszona ze względu na nieodpowiedni stan torowiska i zwiększone
koszty utrzymania nawierzchni, w tym:
- nieco zmniejszona (warstwa ochronna nie jest potrzebna),
- zmniejszona (potrzebna jest cienka warstwa ochronna torowiska),
- znacznie zmniejszona (potrzebna jest gruba warstwa ochronna torowiska).
3. Przydatność ograniczona ze względu na bezpieczeństwo ruchu pociągów, w tym:
- stateczność budowli niepewna (konieczny specjalny nadzór),
- stateczność budowli mała (wskazane zmniejszenie prędkości jazdy pociągów),
- budowla niestateczna (konieczne wstrzymanie ruchu pociągów lub zmniejszenie
ich prędkości do 5 km/h).
W zależności od warunków wodno-gruntowych i eksploatacyjnych przyjmowany jest
jeden z następujących stopni pilności ułożenia pokrycia ochronnego torowiska:
1. wzmocnienie musi być wykonane natychmiast, niezależnie od innych robot,
2. pokrycie ochronne musi być ułożone podczas najbliższej planowej naprawy
głównej,
6
3. ze względu na duże koszty utrzymania toru pokrycie powinno być ułożone podczas
najbliższej planowej naprawy głównej,
4. pokrycie ochronne w zasadzie nie jest potrzebne,
5. pokrycie ochronne nie jest potrzebne.
W razie stwierdzenia, ze wzmocnienie jest potrzebne (pilność robot 1-3), projektowana
jest nowa albo uzupełniająca warstwa ochronna z pospółki.
Poprawność wyników oceny zależy miedzy innymi od rzetelności
wprowadzonych danych, natomiast ich szczegółowość - od rodzaju rozpatrywanego
elementu podtorza.
2.3 Zapisanie wprowadzonych danych
Po zapoznaniu się z wynikami oceny dokonajmy zapisu na twardym dysku
wprowadzonych danych. W tym celu wybieramy z menu dolnego komendę "System".
W tym momencie nie spowoduje to utraty danych, lecz przejście do ekranu
zatytułowanego "ZAPIS DANYCH I WYNIKOW", w którym wypełniamy następujące
rubryki:
- Dane wprowadził - podając swoje imię i nazwisko,
- Jednostka organizacyjna - podając skrót specjalizacji (ITS - studia dzienne, IMK studia zaoczne),
- Data - zatwierdzamy datę podpowiadaną przez program jeśli jest poprawna,
a po podświetleniu przez program komendy "Zapisz" naciskamy klawisz "Enter".
Dane zostaną zapisane na twardym dysku w podkatalogu C:\Labkol\Dp\Dane w pliku o
nazwie składającej się z:
- wartości kilometra ocenianego przekroju linii kolejowej, w którym kropkę
dziesiętną zastąpiono symbolem "_",
- rozszerzenia będącego numerem ocenianego toru.
Na przykład, dla oceny toru nr 2 z kilometra 65.435 plik danych będzie posiadał nazwę
"65_435.2". Jeśli wszystkie czynności wykonaliśmy poprawnie program wyświetli
komunikat:
WYNIKI ZAPISANE
Nacisnij dowolny klawisz
Po naciśnięciu dowolnego klawisza powracamy do menu głównego programu.
2.4 Wydruk wyników oceny
Program DP wykorzystywany w ćwiczeniu został tak przekonfigurowany, że
wydruki z programu zamiast na drukarkę są kierowane do pliku "Wyniki.txt"
znajdującego się w: C:\Labkol\Dp\Dane. Nowe dane wysyłane na drukarkę nadpisują
poprzednią zawartość tego pliku.
W celu dokonania wydruku wyników oceny musimy powrócić do okien
prezentujących te wyniki. Z menu głównego programu wybieramy komendę
"Obliczenia", a następnie z menu dolnego ekranu "WYNIKI OCENY STANU
TECHNICZNEGO PODTORZA" komendę "Druk wynikow". Po zmianie wyglądu
ekranu wypełniamy następujące rubryki:
- Linia/stacja - podając dane zgodne z protokołem przeglądu badawczego,
- Data - zatwierdzamy datę podpowiadaną przez program jeśli jest poprawna,
a po podświetleniu przez program komendy "Drukuj" naciskamy klawisz "Enter". Dane
takie jak kilometr i numer toru, imię i nazwisko osoby wprowadzającej dane oraz skrót
jednostki organizacyjnej zostaną umieszczone w wydruku automatycznie.
7
Jeśli wszystkie czynności wykonaliśmy poprawnie program powróci do wyglądu
ekranu z podaniem wyników oceny. Po wybraniu komendy "System" z menu dolnego
powracamy do menu głównego programu.
2.5 Wyjście z programu
W celu opuszczenia systemu DP wybieramy z menu głównego komendę
"Koniec".
3. Zakończenie ćwiczenia
Po opuszczeniu systemu DP należy odszukać na twardym dysku
(C:\Labkol\Dp\Dane) wszystkie pliki utworzone przez program podczas realizacji
naszego ćwiczenia (do ich wyłowienia spośród innych plików najlepiej posłużyć się
datą i godziną utworzenia pliku), przegrać je na dyskietkę i wraz z protokołem
przeglądu badawczego oddać prowadzącemu zajęcia.
4. Objaśnienia niektórych danych
4.1 Kras
Kras występuje w złożach wapieni, margli, dolomitów, kredy, soli i lessów.
Rzeźba terenu krasowego jest zazwyczaj bardzo urozmaicona; występują
bezodpływowe niecki, zapadliska, wycieki wody, źródła itp.
4.2 Grunt makroporowaty (zapadowy)
Jest to najczęściej less, niekiedy glina piaszczysta lub piaszczysto-pylasta.
Zawiera ponad 50% frakcji pylastej, 4-20% cząstek drobniejszych oraz dużo wapna i
margla. Na występowanie gruntów makroporowatych wskazują pionowe stoki. W
gruncie widoczne są pionowe kanaliki. Grudka gruntu rozmaka w wodzie krócej niż 2
minuty. Obserwuje się tez bardzo silne burzenie się kwasu solnego po polaniu nim
gruntu (do badania tego używa się 10% wodnego roztworu kwasu).
4.3 Nachylenie terenu
Kierunek poprzecznego spadku terenu (do toru, od toru) określa się stojąc z tej
strony podtorza, z której dokonuje się jego oceny i pomiarów (rys.4).
Współczynnik nachylenia terenu określa się podobnie jak dla skarp (1 : n wprowadza się wartość n). Jeśli znany jest spadek terenu w procentach, to wartość n
współczynnika nachylenia oblicza się dzieląc 100 przez ten spadek. Na przykład dla
spadku terenu równego 5% wartość n współczynnika nachylenia wyniesie 100/5=20.
4.4 Głębokość przemarzania gruntów
Głębokość przemarzania należy przyjmować według dostępnych norm i
publikacji. Jeśli nie ma takich publikacji to głębokości przemarzania przyjmuje się
następująco:
1.2 m - dla terenów Polski położonych ponad 500 m n.p.m. oraz dla terenów położonych
na północny wschód od Węgorzewa, Ełku, Dąbrowy Białostockiej,
1,0 m - dla wschodnich terenów Polski,
0,8 m - dla zachodnich terenów Polski.
4.5 Wysokość nasypu i głębokość przekopu
Wysokość nasypu określa się jako wysokość "widoczną", tzn. wysokość
mierzoną pionowo od terenu przy nasypie do krawędzi torowiska. Natomiast głębokość
przekopu mierzy się od krawędzi torowiska do górnej krawędzi skarpy (rys.4).
8
1:n
1:n
1:n
1:n
Rys.4 Wymiary przekroju poprzecznego podtorza i miejsca
pobierania próbek (oznaczone gwiazdkami)
4.6 Warstwa ochronna
System umożliwia deklarowanie istniejącej już warstwy filtracyjnej, tzn.
warstwy ochronnej z gruntu niespoistego, takiego jak piasek lub pospółka.
4.7 Współczynnik nachylenia skarpy
Współczynnik nachylenia skarpy odnosi się do zadeklarowanej budowli, tzn. w
przekopie dotyczy skarpy przekopu, natomiast w nasypie - skarpy nasypu.
Współczynniki nachylenia skarp powinny być określane możliwie dokładnie,
zwłaszcza w wypadku wysokich małostatecznych nasypów. Do tego celu można
stosować odpowiednio wyskalowany nachyleniomierz wskazówkowy, ustawiany na 3-4
m łacie ułożonej na skarpie (rys.5). Inny sposób pomiaru nachylenia może polegać na
wyznaczeniu linii poziomej za pomocą 2-3 m łaty z poziomnicą, następnie zaś pomiarze
pionowej odległości pomiędzy końcem łaty i powierzchnią skarpy (zadbać należy przy
tym o pionowe położenie taśmy mierniczej).
9
W przypadku zmiennego nachylenia skarpy należy wprowadzić współczynnik
średni dla rozpatrywanego przekroju poprzecznego.
listwa
pochyleniomierz
poziomnica
listwa
Rys.5 Pomiar nachylenia skarpy za pomocą pochyleniomierza (górny rysunek) albo
poziomnicy (dolny rysunek)
4.8 Pionowa odległość szyna-ława torowiska
Odległość tę mierzy się od powierzchni tocznej główki zewnętrznej szyny do
najwyższego punktu na ławie torowiska (rys.4).
4.9 Twardość tłucznia
Tłuczeń twardy jest to tłuczeń ze skał, takich jak bazalt i granit. Poszczególne
jego ziarna nie dają się zarysować paznokciem, natomiast z trudem można je zarysować
ostrzem scyzoryka.
Tłuczeń miękki jest to najczęściej tłuczeń ze skał wapiennych albo skał o
lepiszczu wapiennym. Ziarna takiego tłucznia rozpadają się, łuszczą się, lasują się i
łatwo dają się rysować ostrzem scyzoryka, niekiedy nawet paznokciem.
10
4.10 Grubość warstwy podsypki oraz jej zanieczyszczenie
Grubość warstwy podsypki oraz jej zanieczyszczenie określa się we wcince
powstałej po wybraniu podsypki pomiędzy dwoma sąsiednimi podkładami. Podsypkę
usuwa się aż do torowiska na odcinku od skarpy pryzmy podsypki do szyny. Jeśli pod
podsypką znajduje się warstwa filtracyjna to wcinkę pogłębia się, określa rodzaj
materiału warstwy i mierzy jej grubość.
Po zakończeniu prac należy przywrócić poprzedni stan podtorza i nawierzchni,
tzn. naprawić uszkodzona warstwę filtracyjna i pryzmę podsypki oraz należycie podbić
podkłady.
4.11 Odkształcenia toru
Odkształcenia toru należy oceniać uwzględniając faktyczne zachowanie się toru
w eksploatacji, rodzaje występujących usterek oraz rodzaje i częstości wykonywanych
robot nawierzchniowych (podbicia, nasuwanie itp.).
W typowych sytuacjach zaleca się wskazywać odkształcenia zwiększone. Można
nie wskazywać ich tylko wtedy, gdy stan toru jest bardzo dobry i liczba niezbędnych
korekt położenia toru nie przekracza 0,08/Tg (mniej niż 1 korekta na 12 Tg).
4.12 Wychlapki (wytryski błotne)
Wychlapki należy wskazywać tylko wtedy, gdy w torze występują wycieki lub
wytryski błota. Zjawiska tego nie należy jednak utożsamiać z zanieczyszczeniem
podsypki, gdyż niekiedy zanieczyszczenie jej jest bardzo duże, ale wychlapki nie
występują.
4.13 Charakterystyka gruntów podtorza
Stan podtorza zaleca się oceniać na podstawie średnich parametrów gruntów,
określonych dla próbek pobranych w kilku miejscach każdego elementu (torowiska,
skarpy, podłoża). Próbki te pobiera się w najmniej korzystnym okresie (wiosną po
roztopieniu się śniegów, jesienią). W przypadkach awaryjnych podtorze należy oceniać
biorąc pod uwagę grunty najsłabsze (najbardziej spoiste, zawilgocone itd.).
W żadnym wypadku parametrów gruntów nie należy określać na podstawie
próbek pobranych z samej powierzchni podtorza (dotyczy to również torowiska), gdyż
grunty te najczęściej są zanieczyszczone, nadmiernie zawilgocone lub przesuszone, i źle
charakteryzują stan budowli.
Zależnie od rodzaju podtorza system DP wymaga scharakteryzowania od
jednego do czterech gruntów (rys.4):
- gruntu pod podsypką (np. grunt warstwy filtracyjnej),
- gruntu pod warstwą filtracyjną,
- gruntu podłoża nasypu lub terenu przy przekopie,
- gruntu skarpy nasypu o wysokości ponad 1,5 m albo gruntu skarpy przekopu o
głębokości ponad 6 m (w takich wypadkach stateczność skarpy jest oceniana na
podstawie średnich właściwości gruntu pod podsypka i gruntu skarpy).
4.14 Opcja "ocena makroskopowa"
Wystarczająco dokładne szacowanie obliczeniowych parametrów gruntów
podtorza umożliwia opcja "ocena makroskopowa". Wymaga się w niej jedynie
przeprowadzenia prostych badań makroskopowych, takich jak: oględziny gruntu, próba
wałeczkowania gruntu, próba rozmakania i rozcierania gruntu w wodzie, próba
11
ściskania itp. Badania te wykonuje się według normy (PN-74/B-04452 Grunty
budowlane. Badania polowe) albo podanych poniżej opisów.
Ze względu na duże zróżnicowanie właściwości gruntów i niedokładność
metody, badania każdego gruntu zaleca się wykonywać kilkakrotnie (na kilku próbkach)
i do oceny brać wielkości średnie (np. liczba wałeczkowań równa 2.3).
a) Próba wałeczkowania gruntu spoistego
Do próby tej z większej grudy wybiera się mała grudkę gruntu i formuje się z
niej kulkę o średnicy ok. 7-8 mm. Kulkę układa się na wyprostowanej dłoni, drugą zaś
(poduszką przy kciuku) naciska lekko kulkę i przesuwa tam i z powrotem z szybkością
około 2 ruchów na sekundę, tak długo aż wytworzy się wałeczek o średnicy równej
około 3 mm. Jeżeli uformowany w ten sposób wałeczek nie wykazuje spękań, to
wymienione czynności powtarza się.
Jako liczbę wałeczkowań przyjmuje się ich liczbę do wystąpienia objawów uszkodzenia
wałeczka. Jeśli grunt jest w stanie zwartym lub półzwartym i jest zbyt twardy by można
uformować z niego kulkę, to ocenę przeprowadza się jedynie na podstawie rozmakania i
rozcierania gruntu w wodzie. Liczbę wałeczkowań przyjmuje się wtedy równą 0.
b) Próba rozmakania gruntu spoistego
Próba ta polega na wrzuceniu grudki suchego gruntu o średnicy ok. 15 mm do
naczynia wypełnionego wodą i pomiarze czasu rozpadnięcia się (rozmoczenia) tego
okruchu.
c) Próba rozcierania gruntu spoistego w wodzie
Próba ta polega na zanurzeniu grudki gruntu w wodzie i delikatnym rozcieraniu
go palcami. Podczas rozcierania należy próbować wyczuć czy w badanym gruncie
znajduje się dużo ziaren piasku.
d) Zagęszczenie gruntu niespoistego lub żwirowego
Jeśli stopień zagęszczenia gruntu niespoistego albo żwirowego nie jest znany
(np. z sondowań) i nie występują odkształcenia podtorza, to należy przyjąć, ze jest on:
- "zagęszczony" - w wypadku gruntu warstwy ochronnej lub gruntu podtorza
znajdującego się bezpośrednio pod podsypka,
- "średnio zagęszczony" - w wypadku pozostałych gruntów.
4.15 Opcja "wyniki badań"
Opcja "wyniki badań" umożliwia bezpośrednie wprowadzenie obliczeniowych
parametrów gruntu. Wykorzystanie jej możliwe jest jednakże tylko wtedy, gdy
wykonano pełne laboratoryjne i polowe badania gruntu i znane są wszystkie jego
parametry, takie jak rodzaj gruntu, ciężar objętościowy, uziarnienie (pełna krzywa
uziarnienia), stopień plastyczności (wilgotność, granica plastyczności, granica
płynności), moduł odkształcenia przy drugim obciążeniu płytą VSS o średnicy 0,3 m
(tzw. moduł sprężystości) lub kalifornijski wskaźnik nośności CBR, wytrzymałość na
ścinanie (kąt tarcia wewnętrznego, spójność).
Opcja "wyniki badań" może być ponadto wykorzystana do wprowadzania
uśrednionych charakterystyk gruntów w wypadku podtorza niejednorodnego.
a) Wytrzymałość na ścinanie gruntu sypkiego
12
Dla gruntu sypkiego należy podawać spójność pozorną, wynikającą z
wzajemnego klinowania się ziaren. Zazwyczaj zawiera się ona w granicach 0,005-0,008
MPa.
b) Średnice d85, d60, d15 i d10
Średnice d85, d60, d15 i d10 są to średnice charakterystyczne, dla których masy
ziaren i cząstek mniejszych od tych średnic wynoszą w rozpatrywanym gruncie
odpowiednio 85, 60, 15 i 10 %. Średnice d85, d60, d15 i d10 dla konkretnego gruntu
odczytuje się z jego krzywej uziarnienia.
c) Moduł odkształcenia gruntu Eo oraz wskaźnik nośności CBR
Opcja "wyniki badań" umożliwia wprowadzenie wartości modułu odkształcenia
gruntu Eo albo też zamiennie - kalifornijskiego wskaźnika nośności CBR gruntu. Po
wprowadzeniu wskaźnika CBR, wartość Eo szacowana jest przez system automatycznie
na podstawie empirycznych zależności.
4.16 Nasyp ciepły lub gorący
Objaw ten może wystąpić jedynie w rejonach kopalń, w wypadku nasypów
zbudowanych z kamienia dołowego wtedy, gdy występuje wewnętrzne spalanie węgla.
Niniejszą instrukcję opracowano w oparciu o: "Instrukcje eksperckiego systemu
doradczego Diagnostyka Podtorza - wersje: 1.1 oraz 2.1", Centrum NaukowoTechniczne Kolejnictwa, Zakład Dróg Kolejowych, Warszawa.
13