بررسی و ارزیابی لایه¬ی بالاست مسلح شده با ژئوگرید در حضور ماسه بادی برای کاهش نشست خط راه¬آهن

STUDENT

DEGREE

YEAR

The growth and development of the country's traortation systems will have a tremendous impact on its economic prosperity. In the meantime, rail traort with benefits such as high safety, environmental sustainability and high capacity for passenger and cargo play an important role in the development of the country. Railway ballast construction costs are relatively high; in addition, the costs associated with the maintenance of these lines during operation are negligible. Therefore, fixing rail problems, especially in the superstructure, will lead to increased efficiency. One of the things that can now help significantly reduce the cost of ballast construction is the use of inexpensive, durable and high-strength materials. The use of slag on ballasted railway will have significant economic benefits, the first of which is to free up a large part of the area of ??iron and steel plants. On the other hand, one of the issues on the Iranian railways is the influx of flowing sand to the ballast in desert areas. If the void of the aggregates is filled with fine particles, it is said to be this layer, fouled or contaminated, whereby the layer gradually loses its elasticity. Ballast contamination has a significant effect on its mechanical behavior. In this study, ballast layer reinforcement with geogrids is presented as a solution to improve the conditions of ballast contaminated with sandy sand. For this purpose, ballast box testing was used to evaluate the effect of geogrid on the mechanical properties of contaminated ballast. In these experiments, samples were prepared from mixing 0, 50 and 100% of sand sand in the railways located in the eastern desert areas of Isfahan as ballast contaminants. The ballast material used in this study is slag and is provided by Isfahan Mobarak Steel Complex. The sand grading used in the range of 0.75-0.84 mm and the ballast size is in accordance with the AREMA Regulations and in accordance with Group 4. The results indicate that increasing the percentage of contamination results in increased crushing and high subsidence and decreases attenuation. Some samples are also reinforced with geogrids, which results in reduced subsidence as well as reduced material crushing. In samples with 0 and 50% sand contamination, approximately 40%, and in a sample with 100% contamination, approximately 35% decrease in the amount of subsidence at the end of the twenty-five thousandth cycle. Also, by placing the geogrid at a height of 5 cm, the crushing of the aggregates has been significantly reduced. In the clean state, when the geogrid is at altitudes of 5, 15, and 25 cm, the crushing rate is reduced by about 37, 20, and 10 percent, respectively, according to the Indarathna Index. Also, at 50% contamination, when the geogrid is at 5 and 15 cm, the crushing rate of indarathna decreased by 28 and 21%, respectively. In the 100% contamination state, when the geogrid is at 5 and 15 cm, there is a 24 and 15% decrease in the fracture index of indaratna, respectively. Key Words Railway ballasted tracks, Ballast layer, Fouling, Fluid sand, Ballast breakage, Settlement, Geogrid.

رشد و توسعهی سیستمهای حمل و نقل کشور، تأثیری شگرف در شکوفایی اقتصادی آن خواهد داشت. در این میان، حمل و نقل ریلی با مزایایی همچون ایمنی بالا، سازگاری با محیط زیست و ظرفیت بالای حمل بار و مسافر نقش مهمی در توسعه و پیشرفت کشور ایفا میکند. احداث خطوط بالاستی راهآهن هزینهی نسبتاً بالایی دارد؛ علاوه بر این، هزینههای مربوط به عملیات تعمیر و نگهداری این خطوط در طول زمان بهره برداری، غیر قابل چشم پوشی است. بنابراین رفع مشکلات مربوط به راهآهن به خصوص در بخش روسازی خط، به افزایش کارایی و بازدهی آن منجر میشود. یکی از مواردی که در حال حاضر میتواند کمک بهسزایی در کاهش هزینههای ساخت خطوط بالاستی داشته باشد، استفاده از مصالح ارزان قیمت، مقاوم و مستحکم در لایهی بالاست است. کاربرد سرباره در خطوط بالاستی راهآهن، منافع اقتصادی قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت که اوّلین فایدهی آن، آزاد شدن بخش زیادی از مساحت کارخانههای تولید آهن و فولاد است. از سوی دیگر از جمله مسائل موجود در راهآهن ایران، هجوم ماسههای روان به خطوط بالاستی در مناطق کویری است. در صورتی که فضای خالی بین سنگدانههای بالاست با ذرات ریزدانه پر شود، اصطلاحاً گفته میشود لایهی بالاست، کثیف یا آلوده شده است که در این شرایط به تدریج این لایه، حالت ارتجاعی خود را از دست میدهد. لایهی بالاست به دلیل داشتن خاصیت ارتجاعی بیشتر نسبت به سایر اجزای روسازی خط و نیز وجود اصطکاک بین سنگدانهها، میتواند در برابر بارهای ضربهای و دینامیکی ناشی از عبور وسایل نقلیّهی ریلی، مانند یک میراگر عمل کند. آلودگی لایهی بالاست، اثر قابل ملاحظهای در رفتار مکانیکی آن دارد. نفوذ ماسه بادی به عنوان یک مادهی آلوده کننده به لایهی بالاست موجب کاهش مقاومت و پایداری خط ریلی، زوال و تخریب سنگدانههای بالاست، افزایش نشست در طول زمان بهره برداری و کاهش ایمنی خواهد شد که در نتیجه باعث صلبیت روسازی، فرسودگى ادوات اتصال خط، افزایش بروز حوادث متعدد مانند خروج از خط ناگهانی قطارها در مناطق ماسهگیر و ایجاد اختلال در برنامهریزی مناسب جهت سیر منظّم قطارها میشود. از دیگر اثرات مخرب هجوم ماسههای روان میتوان به مسدود شدن آبراههها و پلهاى زیر خطوط ریلی با ماسه، آسیب به تأسیسات زیربنایی راهآهن و ایجاد اختلال در عملکرد مطلوب سوزنهای برقی و دستی و عدم چسبندگی مناسب تیغهها و فرسودگی زودرس قطعات آنها اشاره کرد. راهکارهای ارائه شده در پژوهشهای پیشین، بیشتر بر روی کاهش و یا حذف ماسه بادی از خطوط راهآهن متمرکز شدهاند و معمولاً موفق عمل نکردهاند. در این پژوهش، تسلیح لایهی بالاست با ژئوگرید به عنوان یک راه حل برای بهبود رفتار مکانیکی لایهی بالاست در خطوط ریلی آلوده با ماسههای روان ارائه شده است. بدین منظور جهت ارزیابی تأثیر ژئوگرید بر ویژگیهای مکانیکی بالاست آلوده و اصلاح خصوصیات آن، از آزمایش جعبه بالاست استفاده شده است. در این آزمایشها، نمونهها از اختلاط 0، 50 و 100 درصد ماسه بادی موجود در خطوط راهآهن واقع در مناطق کویری شرق اصفهان به عنوان مادهی آلوده کننده با مصالح بالاست تهیه شده است. مصالح سنگی مورد استفاده به عنوان بالاست در این پژوهش از جنس سرباره بوده و از مجتمع فولاد مبارکه اصفهان تأمین گردیده است. دانهبندی ماسـه در بازهی 84/0-075/0 میلیمتر و اندازهی دانههای بالاست بر اساس ضوابط آییننامهی AREMA و مطابق با گروه 4 است. نتایج نشان دهندهی این است که افزایش درصد آلودگی منجر به افزایش خردشدگی و نشست بالاست و کاهش میرایی میشود. همچنین بعضی از نمونهها با ژئوگرید مسلح شدهاند که نتایج بیانگر کاهش نشست و نیز کاهش خردشدگی مصالح بالاست است. تسلیح نمونهی بالاستی با یک لایه ژئوگرید در ارتفاع 5 سانتیمتری از کف جعبهی فولادی، موجب کاهش نشست آن در بارگذاری دینامیکی آزمایش جعبه بالاست شده است؛ به طوری که در مقایسه با حالت غیر مسلح، در نمونههای با 0 و 50 درصد آلودگی با ماسه، تقریباً 40 درصد و در نمونهی دارای 100 درصد آلودگی در حدود 35 درصد کاهش در میزان نشست در پایان سیکل بیست و پنج هزارم، دیده میشود. همچنین با قرار دادن ژئوگرید در لایهی بالاست، خردشدگی سنگدانهها تا میزان قابل توجهی کاهش یافته است. در حالت تمیز، وقتی ژئوگرید در هر یک از ارتفاعهای 5، 15 و یا 25 سانتیمتری قرار میگیرد، میزان خردشدگی بر اساس شاخص ایندراراتنا به ترتیب در حدود 37، 20 و 10 درصد کاهش یافته است. همچنین در حالت آلودگی 50 درصد، وقتی ژئوگرید در ارتفاع 5 و یا 15 سانتیمتری قرار دارد، میزان خردشدگی ایندراراتنا به ترتیب 28 و 21 درصد کاهش داشته است. در حالت آلودگی 100 درصد نیز، زمانی که ژئوگرید در ارتفاع 5 و یا 15 سانتیمتری قرار گرفته است، به ترتیب در حدود 24 و 15 درصد کاهش در شاخص خردشدگی ایندراراتنا مشاهده میشود. کلمات کلیدی: خطوط بالاستی راهآهن، لایهی بالاست، آلودگی، ماسه بادی، خردشدگی بالاست، نشست، ژئوگرید