Yüksek hızlı hat demiryollarında alt balast tabakası yerine bitümlü karışım kullanımının sonlu elemanlar yöntemi ile araştırılması

Abstract

Demiryolu; toplu taşımacılıkta, güvenilir ve ekonomik bir yöntem olarak geçmişten günümüze kadar özellikle gelişmiş ülkelerde yaygın kullanılan bir ulaşım türüdür. Seyahat süresinin kısalması ihtiyacına, yüksek hızlı trenler iyi bir alternatif olmuştur. Artan dingil yükü ve işletme hızları demiryolu üstyapısında da iyileştirmeleri zorunlu kılmıştır. Daha büyük kesitli raylar; bu raylara uygun traversler, tabakalar arasında daha esnek bir geçiş için kullanılan bağlantı malzemeleri ve son zamanlarda klasik yapıya göre daha agrega kaynaklarının sınırlı olması, bakım onarım ihtiyacını azaltmak vb. mühendisleri klasik demiryolu tabakalarındaki granüler malzemelere alternatif malzeme arayışına yönlendirmiştir. Yapılan çalışmalar, bitümlü karışım malzemelerin granüler malzeme yerine tercih edilebileceği fikrini desteklemiştir. çok tercih edilen yüksek dayanımlı sabit hatlar teknolojisi bu sektörün kazanımları arasında sayılmaktadır. Üstyapı ile altyapı arasında bir geçiş tabakası olan altbalast tabakası ise yükleri doğal zemine iletmek, yapıyı suya ve dona karşı korumak, taşıma gücünü arttırmak vb. gibi çok önemli görevleri üstlenmektedir. Değişen şartlar, nitelikli agrega kaynaklarının sınırlı olması, bakım onarım ihtiyacını azaltmak vb. mühendisleri klasik demiryolu tabakalarındaki granüler malzemelere alternatif malzeme arayışına yönlendirmiştir. Yapılan çalışmalar, bitümlü karışım malzemelerin granüler malzeme yerine tercih edilebileceği fikrini desteklemiştir.

Bu çalışmada; yüksek hızlı hatlarda altbalast tabaksında kullanılan granüler malzemeye alternatif olarak bitümlü sıcak karışım malzemelerin kullanılabilirliği durumu ANSYS sonlu elemanlar programı ile modellenmiştir. Altbalast tabakasının kalınlığı, bitümlü karışım özellikleri (iklime bağlı), dingil yükleri ve taban zemini malzemesinin özellikleri değiştirildikçe altbalast tabakası altında meydana gelen deformasyon, gerilme gibi parametrelerin değişimi değerlendirilmiştir. Yapılan analizler bitümlü karışımdan oluşan tabakaların granüler malzemeye göre daha az deforme olduğunu göstermiştir. Kullanılan parametreler arasında en büyük değişim, taban zemini özellikleri değiştirildiği zaman görülmüştür. Bu durum taban zemini kalitesinin diğer tabakaları etkilediğini göstermektedir. Ancak altyapı güçlendirme yöntemlerinin yüksek maliyetli olması, altbalast tabakasında granüler malzeme yerine bitümlü karışım tabakaların kullanımının iyi bir fikir olduğunu, düşündürmektedir.

Railway; It is a type of transportation which is widely used in developed countries from past to present, as a reliable and economical method in public transportation. High speed trains have been a good alternative to the need to shorten travel time. Increased axle load and operating speeds also compulsory the improvements in the railway tracks. Rails with larger cross-section; sleepers that suitable to these rails, the connection materials for more flexible transition and recently preferred high-strength fixed-line technology are considered among the gains of this sector. The subballast layer, which is a transition layer between the superstructure and the infrastructure, carries the loads to the subbase layer, protect the structure against water and frost action, increase the carrying power etc. undertakes very important tasks such as. Changing conditions, limited availability of qualified aggregates sources, reducing the maintenance repairs needs cause the engineers were directed the search for alternative materials to granular materials in the classical railway layers. Studies have supported the idea that bituminous mixture materials may be preferred instead of granular material.

In this study; the using of bituminous hot mixture materials instead of to the granular material used in the subballast layer of high speed lines was modeled by ANSYS finite element program. How the parameters such as deformation and stress occurring under the subballast layer are affected were investigated with the change of subballast layer thickness, bituminous mixture's characteristics (depending on the climate), axle loads and the properties of the subbase layer material. The analysis showed that the layers composed of bituminous mixture were less deformed than granular materials. The largest change in the parameters used was seen when the subbase layer’s properties were changed. This indicates that the quality of the subbase layer affects the other layers. However, the high cost of infrastructure reinforcement methods suggests that the use of bituminous mixture layers instead of granular material is a good idea.