The Experimental Estimation of The Elastic Modulus of a Fly Ash Based Trackbed Layer Under Cyclic Loading

In a railway track structure system, trackbed layers are designed to compensate for insufficient bearing capacity and/or water or frost resistance of natural soil. These, so called, ‘capping layers’ can be constructed from raw materials like sand or gravel or from industrial materials like asphalt or concrete. However, more environmentally and cost friendly alternatives have been studied in recent years. Fly-ash represents one such promising material and a trial section of a main line track with the capping layer made from a fly-ash-based mixture was constructed in Czech Republic in 2005. The performance of the capping layer in the section has been measured since. In this paper, results of the laboratory estimation of the elastic modulus under cyclic traffic-like induced loading are presented for the most recent group of samples. The results show that the elastic limit of the fly-ash-based material lies well above the stresses induced by railway traffic and that its behaviour is stable under the cyclic loading. This suggests that the mechanical properties of the material may not be determinative for the design of the layer and that the feasibility factors may take precedent. This in turn suggests that either the design strength of the material or the designed thickness of the layer may be possibly reduced.

W systemie konstrukcji torów kolejowych warstwy nośne są zaprojektowane tak, aby kompensować niedostateczną nośność i/lub odporność na wodę lub mróz naturalnej gleby. Te tzw. warstwy zamykające mogą być zbudowane z surowców takich jak piasek lub żwir lub z materiałów przemysłowych, takich jak asfalt lub beton. W ostatnich latach badano alternatywy bardziej przyjazne dla środowiska i kosztów. Popiół lotny stanowi jeden z takich obiecujących materiałów, badania w Czechach prowadzono od 2005 r. Wykonano próbny odcinek głównego toru linii kolejowej z warstwą przykrywającą wykonaną z mieszanki na bazie popiołu lotnego. Wydajność warstwy przykrywającej w przekroju została zmierzona. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki laboratoryjnej oceny modułu sprężystości przy obciążeniu indukowanym podobnym do ruchu cyklicznego dla najnowszej grupy próbek. Wyniki pokazują, że granica sprężystości materiału na bazie popiołu lotnego leży znacznie powyżej naprężeń wywołanych ruchem kolejowym i że jego zachowanie jest stabilne pod obciążeniem cyklicznym. Sugeruje to, że właściwości mechaniczne materiału mogą nie być decydujące dla konstrukcji warstwy i że materiał może być zastosowany. To z kolei sugeruje, że można albo zmniejszyć wytrzymałość projektową materiału, albo zaprojektowaną grubość warstwy.