UKAZUJE SIĘ OD 1945 ROKU,....-----

ISSN0033-22- 32

Linia Hutnicza Szerokotorowa. Obszary dysfunkcji systemutransportowego miasta. Diagnostyczna ocena stanu wadliwościnowego torowiska tramwajowego. Zmiany w modelach-biznesowych europejskich tradycyjnych przewoźników lotniczych.

Trans ort sz now

Diagnostyczna ocena stanuwadliwości nowego torowiska tramwajowegoKrzysztof Gradkowski

Na przykładzie nowego torowiska tramwajowego zbudowanego na moście trasy W-Z w Warszawie, szczegółowo analizowane są wszelkie defektypowstałe w wyniku technologii budowy systemu szyna w otulinie ERS.Związek przyczynowo- skutkowy pomiędzy stanem torowiska a etapamitechnologii jest wykazywany również na podstawie badań laboratoryjnych materiałów. Diagnostyczna ocena przyczyn braku szczelności torowiskapozwala na wskazanie odstępstw od etapowych warunków technicznej stosowalności. Konkluzje i wnioski artykułu pozwolą na uniknięcie błędówtechnologicznych stosowania sytemu ERS

Artykuł recenzowany zgodnie z wytycznymi MNiSW data akceptacji do druku: 09.04.2013data zgłoszenia do redakcji: 13.03.2013

dr inż.Krzysztof GrodkowskiPolitechnika Warszawska,Wydzia/lnżynierii Lądowej.lak/ad Inżynierii Komuni-kacyjnejk.gradkowski@iI.pw.edu.pl

Z ogólnych zasad realizacji inwestycji w in-żynierii lądowej wiadomo, że jakość final-nych rozwiązań budowlanych - podobniejak innych rozwiązań technicznych - jestściśle zależna od:

jakości rozwiązań przyjętych w dokumen-tacji projektowej będącej podstawą wy-konania robót w ramach danej inwestycjibudowlanej,jakości materiałowej i technologicznejwykonania robót inwestycji budowlanejzgodnie z zaprojektowanymi rozwiązania-mi.Rozwiązania projektowe nowych kon-

strukcji torowisk tramwajowych oparte sązazwyczaj na nowych, sprawdzonych i te-stowanych elementach oraz materiałachposzczególnych części składowych. Każdyprojekt budowlany powinien być sporzą-dzony w sposób kompetentny przez pro-jektantów i w określonym trybie przewidzia-nym w Prawie budowlanym. Współczesnetorowiska tramwajowe powstały w wynikukonieczności przystosowania do warunkówśrodowiska miejskiego [3) oraz przy dużymudziale zastosowań tworzyw sztucznych [2).

Obecne rozwiązania konstrukcyjne ze-spolonych nawierzchni i podtorza tramwa-jowego nie stanowią już prototypów, leczrozwiązania systemowe, sprawdzone na sze-roką skalę w różnych aplikacjach, w tym naterenie Warszawy na Moście Poniatowskie-go i Moście Marii Skłodowskiej-Curie orazw lokalizacjach na terenie Wrocławia. Do-minującą staje się konstrukcja torowiska

18

___ ----lirZegląd komunikacyjny

tramwajowego z ciągłym, sprężystym pod-parciem i mocowaniem szyn, wykonanaw systemie szyny w otulinie i określana

1.Zasada szyny w otulinie we współczesnychtorowiskach tramwajowych

skrótem ERS, (rys.l). W projektowanychrozwiązaniach systemu mocowania szynyi uszczelnienia strefy przyszynowej stosujesię żywiczną masę zalewową Edilon Corke-tost. która jest przeznaczona do konstrukcjitorowisk tramwajowych wykonywanychwedług systemu ERSw torowiskach wspól-nych z jezdnią na stalowych i betonowychobiektach mostowych. System torowisktramwajowych z obudowana szyną jestniejako przeciwstawny do rozwoju nowychsystemów przytwierdzeń w kolejowych dro-gach szynowych, gdzie mamy do czynieniaze swoistą.ekspozycjąszyny i innym sposo-bem oraz zasadą wibroizolacji, (fot. 2).

Jednym z przykładów bezpośredniegozastosowania nowej konstrukcji torowiskatramwajowego, spełniającego funkcję drogiszynowej i drogi samochodowej, jest wyko-nana konstrukcja na Moście Śląsko - Dąbrow-skim (trasa W-Z) w Warszawie. Niewątpliwienowoczesna funkcjonalność takiego roz-wiązania zależna jest od skutecznej jakościtechnicznej uzyskanej w wyniku wymaga-

2. Nowe rozwiązania bloku przytwierdzeń izolujących szyny kolejowe

5/2013

Trans ort sz nownej technologii budowy takiego torowiska.Zatem, szczegółowa analiza niedociągnięć,które miały i mogą mieć miejsce w podob-nych przypadkach, może być pouczająca wuniknięciu analogicznych błędów. Konstruk-cja rozpatrywanego przykładu torowiska,w wersji zaczerpniętej z dokumentacji po-wykonawczej, jest przedstawiona na rys.3.

W początkowym okresie gwarancyj-nym eksploatacji tego torowiska wystąpiłyjego wyraźne defekty i wady, których na-stępstwem mógł być nawet stan awaryjnytorowiska na całej długości Mostu Śląsko-Dąbrowskiego i przyległych strefach przy-czółkowych. Był to też bezpośredni powódprzeprowadzenia analizy zawartej w opinii

skala 1:5NA WIERZCHNIA TOROWA W SYSTEMIE ERS

~~ ~~=06~~ ~

DETAL A

3. Przekrój konstrukcyjny nawierzchni torowej wykonanej w systemie szyny w otuliniew torowisku na Moście )Iqsko-Oqbrowskim w Warszawie

Gdzie:1 - Źywiczna masa zalewowa o trwałej elastyczności - Edilon Corkelast 702 - Powłoka gruntujqca na ściankach ina dnie kanału szynowego3 - Powłoka sczepna na ściankach ina dnie kanału szynowego4 -Izolacja płyty nośnej mostu5 - Wkładki do komór łubkowych (profile poliuretanowe)6 - Ciqgła, sprężysta przekładka podszynowa Edilon Resilient Strip 2000 0,16 m mocowana klejem

Edilion Dex-G7 - Warstwa wyrównawcza z Corkelast TO,B - Kanał szynowy w betonowej płycie podbudowy9 - Szyna rowkowa typu 60R210- Pyta torowa żelbetowa - zbrojenie wg projektu wykowaczego11-Asfalt twardolany 0,045 m

(1) Wadliwość konstrukcji dotyczyła głównieelementów oznaczonych liczbami" 1" i ,,11"na rysunku 3 aczkolwiek jakość całego sys-temu konstrukcyjnego jest zależna równieżod pozostałych elementów składowych,a zwłaszcza materiałów gruntujących (tzw.primerów - tj. elementów oznaczonych narysunku 3 jako ,,2"i,,3").Wady grupy B (zde-finiowane dalej) występowały strefowowzdłuż toków szynowych, a pewna częśćodcinków nie wykazywała żadnych wadi była wykonana prawidłowo, (fot. 4).

Wady konstrukcji torowiska tramwajowegona Moście Śłąsko-Dąbrowskim w Warszawie

W wyniku szczegółowej inspekcji torowiskatramwajowego na wymienionym odcinkustwierdzono wady konstrukcji torowiska, do-konując ich ogólnego podziału na grupy A. B,e. Ilustrację tych defektów stanowią główniezdjęcia fotograficzne wykonane w okresiepoprzedzającym bezpośrednio rozpoczęcierobót naprawczych, tj. usunięcie wadliwychelementów (materiału) konstrukcji torowi-ska oraz w fazie wstępnej wykonywania tychrobót, tj. podczas lub po usunięciu elemen-tów wadliwych. Wady sklasyfikowane w tychgrupach charakteryzują się podobieństwemrodzajowym i strefą występowania w toro-wisku. Sąto następujące grupy wad;Grupa A - spękania warstwy bitumicz-nej (zabudowy torowiska stanowiącej na-wierzchnię drogową), przebiegające po-przecznie do toru na kierunku zbliżonymdo prostopadłego w stosunku do osi toru,przedstawione na ilustracjach 5 i 6. (czerwo-na linia kropkowana).Grupa B - odspojenia i spękania wypełnieńuszczelniających strefę przyszynową (tzw.zalewek), wykonanych wzdłuż toków szy-nowych, przedstawione na ilustracjach 5 i 7(niebieska linia kropkowana).Grupa C - ubytki, wyłupania i wykruszeniabitumicznej nawierzchni drogowej i beto-nowej zabudowy torowiska w strefach przy-

4. Przykłady odcinków prawidłowej sczepności masy zarówno do asfaltu, jak i do szyn

5/201319

~rzegląd komunikacyjny

Trans ort sz now

Prr rój nor olny no mosc e~LĄS O-DĄ8RO KM

s ola 1:20

o•••••••••••--B J,

r

5. Przekrój konstrukcji torowiska tramwajowego na moście 5lqsko-Dqbrowskim z oznaczeniami stref występowania wad grupy A i B

6. Przykłady wad grupy A w bitumicznej warstwie zabudowy torowiska

W ogólnej syntezie, zakres defektów toro-wiska tramwajowego na Moście Śląsko- Dą-browskim można scharakteryzować nastę-pująco;1. analiza dokumentacji projektowej po-

zwoliła na ustalenie i określenie stanutechnicznego torowiska tramwajowe-go o konstrukcji wykonanej w systemieszyny w otulinie (ERS),objętego oględzi-nami, jako złego i niezgodnego z wyma-ganiami określonymi w dokumentacjitechnicznej, a także odbiegającego odpowszechnie stosowanych wymagań

ległych do dylatacji mostowej i do torowychurządzeń wyrównawczych, kompensują-cych wzajemne przemieszczenia podłużneszyn oraz nawierzchni drogowej w torowi-sku, oznaczone na ilustracjach 8 i 9 (zieloneobramowanie).

Należy zauważyć, że zniszczenia ciągłościnawierzchni drogowo- szynowej jako toro-wiska tramwajowego w strefach dylatacjikonstrukcji wiaduktu i pomostu w istociebyły spowodowane innymi czynnikami niżomawiane dotąd wady torowiska na pomo-ście. Zasadniczy wpływ na powstanie tych

zniszczeń wyniknął z koncentracji naprężeńw sekcji torowego urządzenia wyrównaw-czego, kompensującego wydłużenia tempe-raturowe szyn. Ponadto nie ustalone drga-nia krawędzi przyczółkowych, wywołanezmiennością sztywności podłoża i konstruk-cji stalowych części urządzenia dylatacji,były dodatkowym powodem uszkodzeń. Zewzględu na specyfikę konstrukcji torowiskaw strefie dylatacji, w dalszej części artykułyszczegółowe przyczyny powstałych wad izniszczeń w strefie dylatacji nie były rozpa-trywane.

20____ ~rZegląd komunikacyjny 5/2013

Trans ort sz now

ogólnych wynikających z bezpieczeń-stwa eksploatacyjnego i funkcjonalnościtorowisk tramwajowych,

2. stan techniczny ocenianego torowiskatramwajowego na Moście Sląsko-Dą-browskim wykazał następujące rodzajewad;

spękania, wykruszenia i odspojeniagórnej warstwy bitumicznej zabudowytorowiska stanowiącej nawierzchniędrogową. Odspojenia te wykazywa-ły niewłaściwą sczepność z betonempodbudowy, tzn. bitumiczna warstwa

512013

7. Przykłady wad grupy B w bitumicznej warstwie zabudowy

ścieralna dawała się bez trudu odspa-jać, co wskazuje na brak odpowied-niego zagruntowania powierzchnibetonowej przed ułożeniem warstwybitumicznej,lokalne odspojenia wskazanej wyżejwarstwy od jej betonowego podłożawystępują na znacznych powierzch-niach wewnątrz i na zewnątrz tokówszynowych toru oraz na tzw. międzyto-rzu,odspojenia żywicznej masy zalewowejuszczelniającej strefę przyszynową za-

równo od szyn, jak też od strony przy-ległej do szyn warstwy bitumicznejnawierzchni drogowej (asfaltu).Odspo-jenia te są jednak niejednorodne, tzn.występują przeważnie po stronie war-stwy bitumicznej w strefie przyszyno-wej, ale także w niektórych innych miej-scach. Stwierdzono ich występowanietylko po stronie szyny (brak sczepnościz szyną) przy prawidłowej sczepności zwarstwa bitumiczną,

3. dokonana ocena wykazała znacznąnieregularność wskazanych wad pod

21

~rzegląd komunikacyjny

Trans ort sz now

8. Plan z lokalizacjq dylatacji mostowej i szynowych przyrzqdów wyrównawczych

względem ich zakresu i miejsc wystę-powania, wskazującą na możliwą nie-jednorodność cech materiałowych lubwarunków technologicznych wykonaniawadliwych elementów torowiska,

4. niejednorodność cech materiałowychdotycząca naj liczniejszej wady wymie-nionej powyżej przejawiała się takżew nieregularnej porowatości strukturyżywicznej masy uszczelniającej, zaob-serwowanej na przekrojach (miejscachprzecięcia lub rozerwania) odspojonychw ramach naprawy torowiska pasm tejmasy, a także w występowaniu domiesz-ki ziaren piasku stwierdzonych w niektó-rych jej przekrojach,

22

9. Stan zniszczeń torowiska w strefie szynowego urzqdzenia wyrównawczego i dylatacji

~rzeg ląd kom u n i ka cyjny 5/2013

Trans ort sz now

7O.Uszczelniajqca masa zalewowa - widoczna nieregularna porowatość jej struktury.

Analiza przyczyn powstałych wadtorowiska tramwajowego

Opisany wyżej stan wadliwości torowiskauzasadniał ukierunkowanie analizy przyczynwad konstrukcji torowiska tramwajowegona przyczyny materiałowo-technologiczne.Oględziny makroskopowe uszczelniającejmasy zalewowej wzbudzały istotne wątpli-wości co do jakości strukturalnej tej masy,(ilustracja 10). W związku z tym dokonanopobrania próbek materiałów elementówskładowych przedstawionych na fot.lli fot.12. Pobrane próbki materiału stanowi-ły kilkunastokilogramowe partie materiałustanowiące asfalt twardo-lany, bitumicznejwarstwy ścieralnej oznaczonej na rysunkujako" 11" i masę zalewową Edilon CorkelastTO, oznaczonej na rysunku jako" 1".Mając nauwadze materiałowy aspekt potencjalnychprzyczyn wadliwości należy rozumieć postaćfinalną materiałów wbudowywanych do to-rowiska, a nie cechy poszczególnych składni-ków, z jakich je wykonano. Cechy składnikóww materiałach kompozytowych nie są obec-nie możliwe do zbadania po chemicznychreakcjach wiązania i stwardnieniu materiałujako całości, za wyjątkiem określenia ilościo-wego udziału w gotowym wyrobie domie-szek obcych (np. kruszywa). Cały materiałpróbek pochodził z miejsc wycięć usuwa-nych wad torowiska przez firmę remontową.

Próbki asfaltu (masy mineralno - asfal-towej) zostały poddane ekstrakcji, którapozwoliła na określenie rodzaju materiałuoraz ustalenie składu granulometrycznegokruszywa użytego do jego receptury. W za-kresie identyfikacji masy mineralno - bitu-micznej można ją zakwalifikować jako masętypu MA11 -asfalt lany, według WT-2, 2010.

W odniesieniu do drugiego z wymienio-nych powyżej elementów (oznaczonego

5/2013

cyfrą,,1" na przekroju konstrukcyjnym), któ-rego dotyczy stwierdzona wadliwość (braksczepności z uszczelnianymi elementami

konstrukcji torowiska, tj. szyną i warstwąścieralną z asfaltu twardolanego), należystwierdzić, że zbadanie tej cechy na próbcestwardniałego materiału odspojonego odłączonych powierzchni nie jest możliwe, wo-bec nieodwracalności niektórych procesówi reakcji chemicznych. Na podstawie anali-zy dokumentów określających wymagania,jakie powinien spełniać ten materiał (Apro-bata techniczna i Karta techniczna wyrobu),stwierdzono, że dokumenty te nie przewi-dują występowania w strukturze finalnego(stwardniałego) wyrobu domieszk w ro-dzaju wypełniaczy. Występowanie piaskuw uszczelniającej masie zalewowej EdilonCorkelast stwierdzono w materiale usuwa-nym w ramach naprawy stwierdzonychwad. Dla oceny ilościowej tej domieszki(wagowo w całej masie próbki) wykonanobadania metodą solwencji cieplnej pobra-nych próbek. Wynika z nich, że w masie zale-wowej występowało do około 30% wago-wo piasku. Dodatkowym potwierdzeniemwystępowania zanieczyszczeń piaskiemw materiale masy zalewowej sąfotografie 13wykonane w warunkach badań laboratoryj-

7 7. Próbki masy mineralno asfaltowej

12. Próbki masy Edilon-Corkelast

23~rzegląd komunikacyjny

Trans ort sz now

13. Powiększenia struktury wewnętrznej próbki masy zalewowej Edilon-Corkelast

10090

80

E 70E 60~o~ 50CI)'(ij 40CI)

~a.. 30

20

10O

I /f"I I

,Y ,- ~ ...•

•,

V' ,.. - ~ ~

V- ,ł, ,

-",( - ,

, , ~I/' I ',

,.-4

~ ~,'

- ~' -- ---. -

~o.o

Rodzaj mieszanki

MA11 KRUi

Punkty graniczne uziarnienia

Pnesiew. " mImSito II. od domm:

31,50022 40016,000 100,0011.200 90,00 100,008.000 70,00 85,005,6002,000 45,00 55,000,125 22 00 35,000,063 20,00 28,00

Zaw. 5,83%lepiszcza

I 16.50% IBmin-

10N•...ci

l{) l{) •.•• N .,.U)CX)NU)NI{) •••• ~N ci iii ..;..-N ~ci •.•. MWymiar oczek sit kwadratowych, mm

14. Porównawcze granice wymaganych uziarnień kruszywa dla masy mineralno - asfaltowej

nych, przy kilkukrotnym powiększeniu prze-kroju próbki. Z fotografii struktury materiałuwynika, że piasek ten występował w nie-równomiernym nasyceniu masy żywicznej,tj. w stanie miejscowej koncentracji ziarenlub w miarę równomiernym ich nasyceniu,czyli w stanie równomiernego rozproszeniaw całej objętości próbki. Relacje ilościowepomiędzy tymi dwoma stanami fizycznymiw całym zbiorze pobranych próbek nie sąpraktycznie możliwe do określenia, jednaknie ma to większego znaczenia dla ocenywpływu tego odstępstwa od normatyw-nego składu masy zalewowej na jej cechysczepne. Sam fakt występowania domieszkipiasku w strukturze masy zalewowej ma nie-wątpliwie znaczenie dla takich wymaganychfunkcji tej masy jak:

sprężystość, czyli podatność na sprężysteodkształcenia wskutek eksploatacyjnychobciążeń szyny,wytrzymałość - zwłaszcza zmęczeniowa -

24

~~~---.I;rZegląd komunikacyjny

- w zakresie obciążeń ścinających stano-wiących zasadniczą postać obciążeń dzia-łających na masę zalewową,sczepność wskutek zmniejszenia przezziarna piasku powierzchni kontaktowej,aktywnej pod względem tej cechy.

Wpływ piasku stwierdzonego w strukturzemasy zalewowej - nie przewidywanego jejrecepturą, a tym samym stanowiącego stanniepożądany, należy ocenić ogólnie jakoniekorzystny i stanowiący wysoce prawdo-podobną przyczynę stwierdzonych wadkonstrukcji torowiska w strefie uszczelnieniagłówki szyny.

W ocenie uzyskanych wyników należyjednak zastrzec, że pobrane próbki są bezpo-średnio pobierane z dowolnych, przypadko-wych miejsc w ilości nie zawsze stanowiącejpełną reprezentację statystyczną, pozwala-jącą na jednoznaczne, udokumentowaneilościowo sformułowanie wniosków odno-śnie ustalenia przyczyn powstania pozosra-

łych wad konstrukcji torowiska na MościeŚląsko - Dąbrowskim. Wykonanie znacznejilości badań to koszt kilkuset tysięcy zło-tych. Nie mniej, analityczne wyniki określe-nia składników poszczególnych materiałów,można uznać za reprezentatywne, bowiempozwalają jednoznacznie stwierdzić, że,

mieszanka mineralno - asfaltowa, jej krzy-wa uziarnienia miała zaledwie ogranicze-nie minimalne ilości kruszywa wypełniają-cego masę bitumiczną (piasku), o niedo-statecznych parametrach zagęszczalności(kształt krzywej uziarnienia, (rys.14), cooznacza jej zaledwie dostateczną jakośći która mogła być w warunkach intensyw-nej eksploatacji i obciążenia ruchem jednąz przyczyn poprzecznych spękań zabudo-wy bitumicznej torowiska tramwajowego,zawartość bitumu w próbce była niedo-stateczna i wynosiła 5,8% zamiast mini-malnej zawartości lepiszcza 6,5%, (wadygrupy A),

5/2013

Trans ort sz nowmasa zalewowa (żywica uszczelniająca)zawierała piasek w samej wewnętrznejstrukturze materiału i na powierzchniachkontaktowych, a zawartość drobnych zia-ren kruszywa, ustalona wagowo, wynosiła29,1% (wady grupy B),zniszczenia ciągłości nawierzchni w stre-fach dylatacji konstrukcji wiaduktu i po-mostu były spowodowane dodatkowymiwpływami koncentracji naprężeń w sekcjitorowego urządzenia wyrównawczegooraz drganiami nie ustalonymi wywołany-mi zmiennością sztywności podłoża i kon-strukcji w torowisku tramwajowym (wadagrupy C).

Wnioski ogólne

1. Wadliwość eksploatowanej konstrukcjitorowiska tramwajowego na MościeSląsko-Dąbrowsklrn w Warszawie byłazjawiskiem destrukcji narastającej ilo-ściowo w czasie i przejawiającej sięw po-staci pęknięć i szczelin na powierzchnizabudowy torowiska, a zwłaszcza w jegostrefach przyszynowych.

2. Brak jest przesłanek mogących stano-wić podstawę hipotezy, że przyczynąstwierdzonych wad są niewłaściwe roz-wiązania projektowe konstrukcji remon-

towanego torowiska tramwajowego.Najbardziej prawdopodobne przyczynytych wad stanowią czynniki materiało-wo-technologiczne związane z proce-sem wykonania torowiska.

3. Jednoznaczne wskazanie przyczynstwierdzonych wad na podstawie badańmateriałowych próbek pobranych pook. 3 latach od ich wykonania z usuwa-nych, wadliwych elementów konstruk-cji torowiska i występujących w staniefinalnego produktu (stwardniałej masyzalewowej wykonanej na bazie z żywicpoliuretanowych dwu składników orazstwardniałych warstw masy bitumicznej)jest obecnie ograniczone, a w niektórychaspektach wręcz niemożliwe. Możliwejest jedynie sformułowanie i uzasadnie-nie hipotez takich przyczyn.

4. Hipotetycznymi przyczynami stwier-dzonych wad jest zbieg kilku czynnikówtechnologiczno-materiałowych, z któ-rych tylko część materiałowa jest moż-liwa do oceny opartej na mierzalnychparametrach. Wiele czynników techno-logicznych, istotnych dla prawidłowegowykonawstwa robót, jest obecnie nie-możliwa do oceny za względu na ichzanikający i doraźny charakter. Do czyn-ników tych należą np. warunki oczysz-

czenia i zagruntowania powierzchnikontaktowych uszczelnianych elemen-tów oraz warunki termiczne ułożeniai zagęszczenia warstw asfaltu.

5. Najbardziej prawdopodobną tezą o za-istnieniu niekorzystnych przyczyn ma-teriałowych jest niedostateczna jakośćmieszanki mineralno-bitumicznej (asfal-tu) i wystąpienie niepożądanych domie-szek piasku w składzie żywicznej masyzalewowej, potwierdzonych badaniamilaboratoryjnymi próbek tej masy. ~

Materiały źródłowe

(1) Gradkowski K.: Technologiczne defektytorowiska tramwajowego na trasie mo-stu W-Z w Warszawie. Opinia dla SąduGospodarczego w Warszawie, luty 2013,stron 30

(2). Makuch J.: Zastosowanie tworzywsztucznych w nowoczesnych rozwiąza-niach torowiska tramwajowych w Pol-sce. Plik pdf na www, dostęp 12.12.2012.

(3). Oleksiewicz W: Nowoczesne konstruk-cje torowisk tramwajowych. KonferencjaNaukowo Techniczna Miasto-Transport2006. Prezentacja.