Az előírások alapján az alépítmény minősítése statikus tárcsás teherbírásméréssel történik. A kiegészítő rétegen a tervezési sebességtől függően nyílt vonali szakaszokon E2 = 80–100 MPa teherbírás elérése szükséges. A rétegrend tervezése a statikus tárcsás vizsgálat modellezésével készült. Korábbi tapasztalatok alapján a végeselemes vizsgálatoknál kiemelt figyelmet kell fordítani az anyagmodell kiválasztására. A várt alakváltozási eredmények tükrében kis alakváltozásokat is figyelembe vevő anyagmodellt (HSS; Hardening Soil Small Strain Stiffness) választottunk a tervezéshez.

Laboratóriumi mérések

A laboratóriumi vizsgálatok során meghatároztuk a HSS talajmodellhez szükséges bemenő paramétereket. A nyírószilárdsági paramétereket (φ, c) CU és UU triaxiális vizsgálatokkal, a talajok összenyomódási modulusait ödométeres vizsgálatokkal, míg a talajok G-γ görbéit ciklikus triaxiá­lis és szeizmikus CPT-vizsgálatokkal lehet megállapítani. A G-γ görbe a nyírási, illetve a rugalmassági modulus alakváltozással növekvő csökkenését írja le. A laboratóriumi vizsgálati programban első helyen állt az SZK1-es keverék talajfizikai paramétereinek meghatározása. Az SZK1 kiegészítő réteggel szemben speciális elvárások fogalmazódnak meg, hiszen ennek a rétegnek kell az ágyazatról érkező feszültségeket elosztani az altalaj felső síkján, továbbá biztosítania kell az ágyazat felől érkező csapadékvíz elvezetését, és meg kell akadályoznia a víz szivárgását az altalaj felé. A korábbi szakirodalmi adatok hiányában a kutatás során derült fény arra, hogy az egyenletes szemeloszlású SZK1-es keverékek kohéziója jelentős. A vizsgálatokat 90 és 95%-os tömörség mellett is elvégeztük. A mérések alapján a kohézió 95%-os tömörség mellett a 30–40 kPa-os értéket is eléri, 90%-os tömörségnél a kohézió értéke 20–25 kPa-ra csökken. A vizsgálati eredmények alapján a kiegészítő réteg tömörsége jelentősen befolyásolja a kohé­ziót, és alacsony értéke hátrányosan növeli a réteg vízáteresztő képességét. Az SZK1-es kiegészítő réteg kohéziója az egyenletes szemeloszlású anyag pórusaiban található víz meniszkuszerőiből keletkezhet.
Az alépítményjavítási technológiák so­rán a megerősítés kiegészítő réteg vagy geo­rács beépítésével vagy az altalaj stabilizációjával történhet. A georácsok teherbírás-növelő szerepét már a kiegészítő rétegek talajfizikai paramétereire gyakorolt hatása alapján határoztuk meg. A triaxiális vizsgálatokat a talajmintákba georácsok beépítésével végeztük. A georács alkalmazásával 10–15 kPa-os kohéziónövekmény jelentkezett az SZK1-es rétegben. A talajstabilizációval javított altalaj esetén a stabilizált rétegek talajfizikai paramétereit is meghatároztuk.

Speciális terepi és laboratóriumi vizsgálatok

A valós vasúti terhelés laboratóriumi mintákon történő alkalmazásához még 2011-ben helyszíni méréseket végeztünk. A Tárnok–Martonvásár szakaszon az alépítmény különböző mélységeiben feszültségmérő cellákat helyeztünk el. A vasúti forgalom elhaladásakor a feszültségmérő cellákban jelentkező mérési eredményeket oszcilloszkóppal rögzítettük. A kiegészítő réteg felső zónájában elhelyezett cella mérési eredménye a kék, míg az alépítmény és az altalaj határában beépített cella mérési eredményei a zöld grafikonon láthatók (1. ábra).

A grafikonon láthatók az elhaladó mozdony okozta nagyobb és a mozdonyt követő vagonok kisebb terheléséből adódó feszültségcsúcsok.
A cellák kezdeti és öt hónappal később mért eredményeit a 2. ábra szemlélteti. A kezdeti feszültségeloszlás öt hónap elteltével átrendeződik. A kiegészítő rétegben a mért feszültségértékek 100 kPa-ról 150 kPa-ra nőttek, míg az altalaj zónájában a feszültségek értékei 30 kPa-os tartományból 10 kPa-os tartományra csökkentek.
A kiegészítő réteg méretezéséhez szükséges laboratóriumi vizsgálatokon kívül speciális vizsgálatok is készültek. Az alépítmény teherbírásán és a vasúti terhelésből keletkező alakváltozásán kívül a kiegészítő réteg és az ágyazat közötti kapcsolat vizsgálata is hasznos a vasúti pályák leromlási folyamatainak megértéséhez. Elsődlegesen olyan ciklikus triaxiális mintákat állítottunk elő, melyek felső harmadában ágyazati kövek, míg a minta alsó kétharmadában SZK1-es réteg épült be különböző tömörség mellett (3. ábra).

A ciklikus terhelés során a mintát elárasztottuk, így vizsgálni lehetett a csapadékos időjárás okozta helyzetet is. A speciális mintákon végzett vizsgálatoknál 5 Hz-es szinuszos frekvenciájú 900 N (115 kPa)-os amplitúdójú terhelést alkalmaztunk. A 10 000 ciklusig tartó vizsgálatok alatt a 95%-os tömörségű mintán a benyomódás nem érte el az 1 mm-t. Ennél a mintánál a maradó alakváltozás pár 10 ciklus alatt kialakult. A 92%-os minta esetén a benyomódás már 2,2 mm-re adódott, és a végérték több száz ciklus során jött létre. A legalacsonyabb, 90%-os tömörségű mintán történő benyomódás mintegy 4000 ciklus elteltével érte el a 3,8 mm-es végértékét.