62

3.5 DIAGNOSTIKA PODVALOVÉHO PODLOŽIA KOĽAJOVÝCH DRÁH

Diagnostika konštrukcie podvalového podložia koľajových dráh sa v súčasnej dobe realizuje ako súčasť geotechnického prieskumu telesa železničného spodku. Geotechnický prieskum sa realizuje v nasledovných troch stupňoch:

a) orientačný geotechnický prieskum, ktorého súčasťou je prevádzková diagnostika konštrukcie podvalového podložia,

b) podrobný geotechnický prieskum a c) doplnkový geotechnický prieskum, do ktorého je zaradená vstupná diagnostika

konštrukcie podvalového podložia.

Diagnostika konštrukcie podvalového podložia koľajových dráh, bez ohľadu na stupeň geotechnického prieskumu železničného telesa, je realizovaná v dvoch základných formách:

1. diagnostika konštrukcie podvalového pdložia ako celku a 2. diagnostika konštrukcie koľajového lôžka a zemnej pláne ako samostatných

konštrukčných vrstiev. 3.5.1 DIAGNOSTIKA KONŠTRUKCIE PODVALOVÉHO PODLOŽIA AKO CELKU Diagnostika konštrukcie podvalového podložia ako ucelenej konštrukčnej skupiny je prioritne realizovaná vo forme prevádzkovej diagnostiky a tvorí súčasť orientačného geotechnického prieskumu železničného telesa, ktorého hlavnou úlohou je monitorovanie aktuálneho stavu diagnostikovanej konštrukcie koľajovej dráhy v oblasti železničného spodku.

Monitorovanie stavu konštrukcie podvalového podložia je podľa účelu realizované:

• kontinuálne v rámci vytvárania a aktualizácie databázy konštrukčného stavu podvalového podložia alebo

• sa zameriava predovšetkým na úseky s opakovanou a častou údržbou a na miesta porúch trate s cieľom určenia ich pravdepodobných príčin a lokalizácie extrémnych miest monitorovaného úseku pre potreby ďalších stupňov diagnostiky.

Diagnostika konštrukcie podvalového podložia ako celku sa ďalej realizuje vo forme vstupnej diagnostiky ako súčasť podrobného geotechnického prieskumu, kde výsledky diagnostiky tvoria hlavné podklady pre posudzovanie aktuálneho stavu konštrukcie podvalového podložia v rámci prípravných prác opravných činností na koľajovej dráhe v oblasti železničného spodku.

Monitoring konštrukcie PP – prevádzková diagnostika Diagnostikované parametre

• hrúbky a priebeh jednotlivých konštrukčných vrstiev, • stupeň zhutnenia a znečistenia materiálu koľajového lôžka, • prítomnosť a koncentráciu vody konštrukcii, • priebeh rozsah porušenia zemnej pláne, • priebeh únosnosti konštrukcie, prezentovaný dynamickým modulom pretvorenia.

63

Diagnostické metódy

Na realizáciu monitorovania konštrukcie podvalového podložia sa najčastejšie využívajú nedeštruktívne geofyzikálne metódy, reprezentované hlavne radarovou metódou. Radarovú metódu je možné nahradiť metódou deštruktívnou (realizácia jadrových vrtov).

Orientačná únosnosť konštrukcie pre monitorovanie sa zisťuje deformačnými metódami vo forme dynamických penetračných sond alebo dynamických zaťažovacích skúšok.

Vzorkovanie konštrukcie podvalového podložia Vzorkovanie konštrukcie podvalového podložia pri realizácii monitorovania je realizované nepriamo a to v prípade, že diagnostikovaný parameter nie je zisťovaný kontinuálne (napr. pri radarovej metóde), ale v presne určených miestach koľajovej dráhy (napr. metóda jadrových vrtov alebo deformačné metódy).

Realizácia diagnostických prác

Diagnostické práce monitorovania konštrukcie podvalového podložia radarovou metódou sa realizujú georadarom. Georadarová aparatúra môže byť umiestnená na špeciálnom vozíku (Obr. 3.26) alebo je zapojená do zostavy meracieho vozňa pre železničný zvršok (Obr. 3.27).

Obr. 3.26 – Umiestnenie gaoradaru na špeciálnom meracom vozíku

64

Obr. 3.27 – Umiestnenie georadaru na meracom vozni pre železničný zvršok

Obr. 3.28 – Grafický záznam diagnostiky podvalového podložia radarovou metódou Na monitorovanie konštrukcie podvalového podložia sú tiež určené špeciálne účelové diagnostické súpravy, ktoré realizujú diagnostické práce prevažne aplikáciou deštrukčných a deformačných metód.

Napríklad diagnostická súprava železničného spodku (Obr. 3.29), prevádzkovaná v podmienkach ŽSR a ČD, v rámci monitorovania podvalového podložia realizuje :

1. dynamické penetračné sondy pre hodnotenie homogenity podvalového podložia až do hĺbky 20 m,

2. jadrové vrty do železničného telesa v osi koľaje a mimo os koľaje do vzdialenosti 3,2 m s okamžitým hodnotením konštrukcie podvalového podložia (druh a vrstvenie podložia, hladina podzemnej vody).

65

Pre monitorovacie práce krátkych úsekov konštrukcie podvalového podložia koľajovej dráhy sa využívajú zostavy na realizáciu dynamickej zaťažovacej skúšky (Obr. 3.30). Výhodou tohto typu merania je možnosť okamžitého vyhodnotenia skúšky s tlačeným záznamom jednoduchá manipulácia vo vlakových prestávkach a veľký počet meraní v pomerne krátkom čase.

Obr. 3.29 – Diagnostická súprava železničného spodku ŽSR

Obr. 3.30 – Zostava pre realizáciu dynamickej zaťažovacej skúšky a tlačený záznam hodnotenia únosnosti

66

Hodnotenie diagnostiky

Hodnotenie diagnostiky v rámci monitorovania stavu konštrukcie podvalového podložia je nepriame a pozostáva zo spracovania nameraných údajov pre jednotlivé diagnostikované parametre. Výsledky hodnotenia sú prezentované v nasledovných formách:

• vytváranie databázy na sledovanie zmien konštrukcie v čase, • stav hrúbky jednotlivých konštrukčných vrstiev v písanej alebo grafickej forme, • odborný odhad znečistenia materiálu koľajového lôžka, • lokalizácia a popis porúch v konštrukcii, • lokalizácia extrémnych miest v konštrukcii pre potreby realizácie vstupnej

diagnostiky, • orientačný priebeh únosnosti konštrukcie prostredníctvom dynamickým modulom

pretvorenia v písanej alebo grafickej forme.

Vstupná diagnostika konštrukcie PP Diagnostikované parametre

• statický modul deformácie konštrukcie ako celku, • miera zhutnenia ako kontrolný parameter realizácie statickej zaťažovacej skúšky.

Diagnostické metódy

Na skúmanie vyššie uvedených diagnostikovaných parametrov sa využíva deformačná metóda vo forme statickej zaťažovacej skúšky (Obr. 3.31.) predmetnej konštrukcie v úrovni ložnej plochy podvalov.

Vzorkovanie konštrukcie podvalového podložia

Vstupná diagnostika konštrukcie podvalového podložia je podmienená dôkladným vzorkovaním konštrukcie.

Vzorkovanie konštrukcie je potom založené na princípe vyhľadávania extrémnych lokalít v rámci diagnostikovaného úseku koľajovej dráhy.

Realizácia diagnostických prác

Diagnostické práce sa vykonávajú formou statickej zaťažovacej skúšky, kde je predmetné miesto podvalového podložia systematicky zaťažované a odťažované predpísanou silou a súčasne sú zaznamenávané hodnoty poklesov zaťažovacej dosky.

Hodnotenie diagnostiky

(3.5)

,minEE e ≥ .2,22

1

1

2 ≤≈def

def

E

E

def

def

67

Obr. 3.31 – Zostava pre realizáciu statickej zaťažovacej skúšky 3.5.2 DIAGNOSTIKA KOĽAJOVÉHO LÔŽKA Z hľadiska časovej fázy realizácie sa diagnostika konštrukcie koľajového lôžka člení na:

1. prevádzkovú diagnostiku – základná zložka komplexného systému diagnostiky, hodnotiaca celkový stav konštrukcie koľajového lôžka, podliehajúceho vplyvom prevádzkového namáhania (statické a dynamické zaťaženie, klimatické vplyvy, opravné práce, ekologické zaťaženie),

2. vstupnú diagnostiku – hodnotí technické a ekologické parametre materiálu koľajového lôžka už vo forme potenciálneho získaného materiálu pred vstupom do komplexného regeneračného procesu.

Prevádzková diagnostika koľajového lôžka

Diagnostikované parametre

• zrnitosť, • tvar zŕn, • zaoblenosť hrán, • odplaviteľné častice, • cudzorodé častice.

68

Diagnostické metódy

Pri realizácii vstupnej diagnostiky parametrov konštrukcie koľajového lôžka sú využívané výhradne metódy mechaniky zemín a hornín.

Vzorkovanie konštrukcie koľajového lôžka

Vzorkovanie materiálu koľajového lôžka na analýzu jeho technickej kvality obsahuje nasledovné činnosti:

• odber minimálneho počtu jednoduchých vzoriek v požadovanej hmotnosti, • prípravu priemerných vzoriek v požadovanej hmotnosti, členených na:

a) laboratórnu vzorku - určená na laboratórne spracovanie, b) rezervnú vzorka - určená na laboratórne spracovanie len v prípade straty

alebo poškodenia laboratórnej vzorky, c) rozhodcovskú vzorka - určená na laboratórne spracovanie v prípade

rozhodcovského konania.

Pred odberom vzoriek materiálu sa vypracováva Plán odberu vzoriek materiálu, ktorý je prispôsobený dĺžke úseku koľaje alebo pre výhybkové konštrukcie, z ktorých bude hodnotený materiál koľajového lôžka. Minimálna hmotnosť jednoduchých vzoriek materiálu koľajového lôžka je 30 kg.

Realizácia diagnostických prác

Vlastná realizácia prevádzkovej diagnostiky technickej kvality materiálu koľajového lôžka sa vykonáva v skúšobných laboratóriách. Všetky náležitosti musia byť dokladované v „Hodnotiacom protokole“, ktorý obsahuje:

• popis a identifikáciu vzorky materiálu, • dátum prijatia vzorky, • dátum vykonania skúšok, • identifikáciu skúšobnej špecifikácie, • identifikáciu skúšobného laboratória, • výsledky merania a skúšania, • použitú skúšobnú a meraciu techniku, • hodnotenie skúšaného materiálu, • upozornenia pre ďalšie rozmnožovania a šírenie protokolu a • protokoly o jednotlivých skúškach.

Hodnotenie diagnostiky

Všeobecný princíp hodnotenia materiálu je potom možné charakterizovať nasledovnými nerovnosťami:

pre parameter zrnitosť

(3.6)

pre ostatné hodnotiace parametre

(3.7)

,TABH

LABTABD KKK ≤≤

.TABLAB KK ≤

69

Vstupná diagnostika koľajového lôžka Vstupná diagnostika materiálu koľajového lôžka sa realizuje v prípade, že hodnotenie prevádzkovej diagnostiky materiálu ukladá spracovať hodnotený materiál úplnou recykláciou mimo osi alebo v osi koľaje, t. j. materiál koľajového lôžka bude v rámci najbližšej opravnej práce konštrukcie koľajového lôžka odťažený z konštrukcie ako získaný materiál.

Diagnostikované parametre

• technický parameter – jednoduchá petrografia, obsahujúca prítomnosť vápencov a dolomitov; pre diagnostiku tohto parametra platia rovnaké pravidlá ako pre diagnostikované parametre prevádzkovej diagnostiky,

• ekologické parametre podľa technickej špecifikácie pre chemické analýzy materiálu:

1. v modifikovanom štandardnom vodnom výluhu s dĺžkou lúhovania 6 hodín, 2. v pevnej hmote.

Diagnostické metódy

Na diagnostiku parametrov ekologickej kvality materiálu koľajového lôžka sú určené metódy laboratórnych analýz chemických vlastností materiálu. Aplikáciu jednotlivých metód špecifikujú účelové technické špecifikácie

Vzorkovanie materiálu koľajového lôžka

Stanovuje MP č. 18/99 MDPT SR

Realizácia diagnostických prác

Vlastná realizácia diagnostiky ekologickej kvality materiálu koľajového lôžka sa vykonáva v akreditovaných skúšobných laboratóriách. Všetky náležitosti vlastného realizačného procesu musia byť dokladované v „Protokole o skúškach“ s rovnakým členením, aké je uvedené v „Hodnotiacom protokole“ pri prevádzkovej diagnostike technickej kvality materiálu koľajového lôžka.

Hodnotenie diagnostiky

Technická kvalita materiálu koľajového lôžka v priebehu prípravy technologického procesu spracovania materiálu je hodnotená na základe porovnania kvality analyzovanej vzorky diagnostikovaného parametra materiálu koľajového lôžka – prítomnosť vápencov a dolomitov v laboratórnych podmienkach s hraničnou hodnotou.

Ekologická kvalita materiálu koľajového lôžka je hodnotená na základe ekologickej kvality analyzovaných vzoriek materiálu s prihliadnutím na podiel hodnoteného materiálu vzorky k celkovému objemu hodnoteného materiálu v koľaji. Výsledné skutočné koncentrácie hodnotiacich ukazovateľov pre ekologické hodnotenie sa stanovujú ako súčin laboratórne zistených koncentrácií a prepočtového koeficientu:

k1 - pre materiál koľajového lôžka z medzistaničnej koľaje, stanoveného podľa vzťahu

(3.8)

,801∑

−=im

mk

70

k2 - pre materiál koľajového lôžka zo staničnej koľaje a

k3 - pre materiál koľajového lôžka z výhybiek, stanovených podľa vzťahu.

(3.9)

Všeobecný princíp hodnotenia ekologickej kvality materiálu koľajového lôžka je potom možné charakterizovať nasledovnou nerovnosťou

(3.10)

3.5.3 DIAGNOSTIKA ZEMNEJ PLÁNE Diagnostika zemnej pláne je jednoznačne orientovaná na skúmanie materiálových a deformačných vlastností zeminy pôvodného terénu alebo umelej konštrukcie železničného spodku, ktoré sa ďalej používajú na dimenzovanie novej konštrukcie podvalového podložia ako aj na vypracovanie jednotlivých technologických operácií opravnej činnosti v úrovni zemnej pláne.

Prevádzková diagnostika zemnej pláne Prevádzková diagnostika zemnej pláne je vykonávaná ako súčasť monitorovania celej konštrukcie podvalového podložia radarovou metódou, kde je možné už vopred diagnostikovať miesto, vývoj a popis porúch v zemnej pláni a tým lokalizovať extrémne miesta na realizáciu vstupnej diagnostiky zemnej pláne.

Diagnostikované parametre, vzorkovanie konštrukcie, realizácia diagnostických prác a hodnotenie diagnostiky sú rovnaké ako pri radarovej metóde monitoringu.

Vstupná diagnostika zemnej pláne Diagnostikované parametre

• technické parametre zeminy zemnej pláne v členení:

– trieda zeminy, – zrnitosť, – prirodzená vlhkosť, – konzistencia zeminy, prezentovaná medzou tekutosti a medzou plasticity, – objemové hmotnosti zeminy (minimálna, maximálna, v prirodzenom a vysušenom

stave), – optimálna vlhkosť pre potreby hutnenia,

.,

80,32∑

−==iB

B

m

mkk

.,,,Tab

iHULab

iHUiKon

iHU KKkK ≤×=

71

• deformačné parametre zemnej pláne, prezentované dynamickým a statickým modulom pretvárnosti konštrukcie.

Diagnostické metódy

Pri realizácii vstupnej diagnostiky parametrov konštrukcie, resp. zeminy zemnej pláne sú využívané metódy mechaniky zemín a hornín a deformačné metódy.

Vzorkovanie konštrukcie podvalového podložia

Vzorkovanie konštrukcie podvalového podložia pri realizácii vstupnej diagnostiky zemnej pláne je realizované nepriamym spôsobom a to na základe hodnotenia monitorovania tejto časti konštrukcie v rámci prevádzkovej diagnostiky celej konštrukcie podvalového podložia.

Vzorkovanie je možné realizovať aj v rámci samotných diagnostických prác, kde je najskôr zemná pláň orientačne diagnostikovaná dynamickou deformačnou metódou a na základe jej vyhodnotenia sa ostatné diagnostické činnosti vykonávajú v lokalizovaných nepriaznivých miestach diagnostikovanej konštrukcie.

Realizácia diagnostických prác

Diagnostické práce, realizované v rámci vstupnej diagnostiky zemnej pláne, je možne rozdeliť do dvoch hlavných skupín.

Prvú skupinu prác prezentuje realizácia dynamickej alebo statickej zaťažovacej skúšky, kde je predmetné miesto zemnej pláne jednorázovo resp. systematicky zaťažované a odťažované predpísanou silou a súčasne sú zaznamenávané odozvy konštrukcie pod zaťažovacou doskou resp. hodnoty poklesov zaťažovacej dosky.

Druhú skupinu prác prezentujú realizované skúšky, čiastočne vykonávané in situ priamo na mieste a prevažne vykonávané v technických skúšobných laboratóriách. Všetky náležitosti vlastného realizačného procesu musia byť dokladované v „Hodnotiacom protokole“ s rovnakým členením, aké je uvedené v „Hodnotiacom protokole“ pri prevádzkovej diagnostike technickej kvality materiálu koľajového lôžka.

Hodnotenie diagnostiky

Hodnotenie deformačných parametrov zemnej je realizované porovnaním aktuálnych hodnôt oboch parametrov E0, resp. Edef,1 (def1) a Edef,2 (def2) zo skúšobného protokolu s hraničnými hodnotami parametrov – E0,min,i, ktoré sú dané príslušnou technickou špecifikáciou (norma, predpis a pod.) a na ich základe sa zatrieďuje zemná pláň do jednej zo skupín (únosná, málo únosná, veľmi málo únosná a neúnosná). Hodnotenie sa realizuje podľa vzťahov

(3.11)

,min,,00 iEE ≥ .5,22

1

1

2 ≤≈def

def

E

E

def

def

72

Hodnotenie technických parametrov zemnej pláne obsahuje zatriedenie zeminy zemnej pláne do príslušnej triedy a spracovanie laboratórne stanovených parametrov : krivka zrnitosti, prirodzená vlhkosť w, medza tekutosti wL, medza plasticity wP, objemové hmotnosti ρ, ρd, ρd,min a ρd,max a optimálnej vlhkosti wopt.

Zo známych hodnôt w, wL a wP sa stanovujú ďalšie konzistenčné parametre diagnostikovanej zeminy zemnej pláne, reprezentované číslom (indexom) plasticity IP a stupňom konzistencie IC.

Zhutniteľnosť zemnej pláne, ktorá je tvorená zo súdržných zemín alebo zo zmesi s prevahou súdržných zemín, hodnotíme na základe porovnania prirodzenej vlhkosti w diagnostikovaného materiálu a optimálnej vlhkosti wopt (Proctor standard).

Zhutniteľnosť zemnej pláne, ktorá je tvorená z nesúdržných zemín alebo zo zmesi s prevahou nesúdržných zemín, hodnotíme prostredníctvom parametra relatívna uľahlosť ID, ktorého hodnota musí spĺňať požiadavky hraničnej hodnoty ID,min, ktorá je daná príslušnou technickou špecifikáciou (norma, predpis a pod.).

POZNÁMKY: