A zúzottkő ágyazat és ezen belül a keresztaljak alatti kőgerenda viselkedését a szemcsehalmaz anyagszerkezeti tulajdonságai határozzák meg. Az alj alatti kőgerendákban a külső erők hatására a szemcsék átrendeződése, befeszülése, aprózódása jön létre. Ennek következtében a kőgerendák teherviselő képessége megváltozik, romlik. A vasúti zúzottkő ágyazatot érő hatások közül első helyen a forgalmi terhelésből származó igénybevételek szerepelnek. A forgalmi terhelésekből származó igénybevételek mellett a zúzottkő ágyazatot más hatások is érik. Ilyen például az időjárási hatásokból, az ágyazat rendezésénél a gépi aláverés során a kőanyag aprózódásából származó hatások, valamint a nagy finomszemcse-tartalmú anyagoknak az alépítményből bekövetkező felnyomódásának (felpumpálódásának) szennyező hatása, a szállított árukból lehulló anyagok szennyező hatása stb.
A vasúti pályaszerkezet feladata a vasúti járművek vezetése és alátámasztása, így a többi között a járművek terheinek felvétele, szétosztása, illetve továbbítása a földműre. A vasúti pályaszerkezet felső része a vasúti vágányrács, amelyet megfelelő rugalmassággal és szilárdsággal rendelkező ágyazat fog közre és támaszt alá (1. ábra). A klasszikus vasúti felépítmény – sínek, sínleerősítések, keresztaljak, zúzottkő ágyazat – egyik nagyon fontos eleme a zúzottkő ágyazat, amelynek elsődleges funkciója, hogy – teherhordó szerkezetként – az aljakról átadódó nyomást szétosztva juttassa tovább az alépítmény felületére. A zúzottkő ágyazat további feladata, hogy megfelelő ellenállást adjon a vágány hossz- és keresztirányú mozgásaival szemben, biztosítsa a vasúti vágány irány- és fekszín állapotát, valamint a csapadékvizek megfelelő elvezetését.
Az ágyazat meghatározó részei az aljak alatti kőgerendák, melyek kőzetanyaga a terheléseket és hatásokat közvetlenül viselik. Az 1. ábrán a teherviselés szempontjából kiemelten fontos kőgerendákat méretük megadásával, és a kőgerendában lévő kőszemcsék darabszámának megadásával szemléltetjük.

Az ágyazati kőgerendával kapcsolatos kutatást megalapozták annak a kutatási munkának az eredményei, melyet „Vasúti ágyazati anyag entrópia tulajdonságainak és azok energia szemléletű hatásainak vizsgálata az MSZ EN 13450:2003 számú szabvány rendjében” című K + F projektalap/INNOVÁCIÓ keretében a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék, illetve az egyetemi átszervezések után a BME Építőanyagok és Magasépítés Tanszék munkatársai végeztek [1], [2], [3]. A kutatási munka során a kőzettani, kőzetfizikai, felületi és szemszerkezeti tulajdonságokat külön-külön tulajdonságcsoportként kezeltük annak ellenére, hogy ezek a tulajdonságok mind-mind a kőzetfizika fogalomkörébe tartoznak.

A kutatási munka során vizsgáltuk az ágyazati kőgerenda viselkedését statikus és dinamikus hatások figyelembevételével. A vizsgálatok kiterjedtek az ágyazati kőgerenda viselkedésének számítógépes modellezésére, így a viselkedés szimulációjára. Az ismételt terheléses vizsgálatra is jó lehetőséget teremtett a számítógépes szimuláció. Az anyagszerkezeti kontinui­tás a háromfázisú kőzetmodell szemléleti rendjében biztosítja a kőgerenda viselkedésének értékelését. A kőgerendát érő hatásokra bekövetkező változásokat a kőgerendának mint kőhalmaznak a szemszerkezeti és a halmazt alkotó szemcsék szemalakjának változásával tudjuk vizsgálni. A tulajdonságváltozások a teljes halmazra vonatkoznak, és így tudjuk figyelembe venni a halmazt alkotó szemcsék közötti kölcsönhatást. A diszkrét elemes számítógépes szimuláció lehetőséget teremt arra, hogy a halmazban a szemcsék viselkedését virtuálisan követni tudjuk, hiszen a halmaz egészének vizsgálatát nagyban befolyásolja az egyes szemcsék viselkedése. A diszkrét elemek módszerének (DEM) segítségével lehetőség nyílik a szemalak figyelembevételére és a számítógépes modell fizikai paramétereinek meghatározására.
Az ágyazatot alkotó zúzottköveket alakjuk alapján két csoportba soroljuk: zömök (kubikus) és lemezes szemalakú szemcsékre. A zömök szemeknek nagyobb a teherbírásuk, mint a lemezes szemeknek, viszont utóbbiak fontos szerepet játszanak az ágyazat kiékelődésében. Ez azt eredményezi, hogy a zömök és lemezes szemek számának egymáshoz viszonyítva létezik egy optimális aránya, amely mellett a halmaz terhelhetősége a legnagyobb.

Laboratóriumi vizsgálat ismételt terheléssel

A vizsgálat módszere

Az ismételt terheléses vizsgálathoz a vizsgálat céljának megfelelően vizsgálati tervet állítottunk össze, mely egyben a számítógépes program validálását is biztosítja, a program futtatásához szükséges anyagszerkezeti tulajdonságok meghatározásával. Az ismételt terheléses vizsgálatokat a zömök (LZ), az eredeti (LE) és a lemezes (LL) szemalakú részmintákra végeztük el, felvéve a lüktető terhelés hatására bekövetkező ciklusonkénti összenyomódást és az összenyomódás időbeni változását, valamint az ismételt terhelés hatását elszenvedett halmaz szemszerkezetének minősítő értékét (Mi) [4].
A vizsgálathoz használt kőzetanyag a KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft. komlói bányaüzeméből származó NZ 20/32 mm szemnagyságú andezit volt.
A vizsgálatokat vastag falú acélmozsár­ban (d = 170 mm, A = 226,87 cm²), INSTRON univerzális nyomógéppel (Típ.: 5989 L 1217) végeztük max. 50 kN és min. 3 kN közötti lüktető terheléssel. A vizsgálatoknál N = 10, 20 és 30 ismét­lési számot alkalmaztunk.

A vizsgálatok eredményei