COMPARISON OF BASALTIC ROCKS FROM THE POINT OF BALLAST FOULING

Year 2019, Volume: 8 Issue: 1, 296 - 311, 28.01.2019

Ömer Faruk Apaydın Murat Yılmaz

https://doi.org/10.28948/ngumuh.517130

Cited By: 3

Abstract

The need for high-speed rail projects is increasing with today's
increasing demand for transportation. The high speeds of trains in railway
transportation technology expose the ballast aggregates laid on the railways to
higher dynamic stresses. Therefore, it is necessary that the strength and
durability of the aggregates are at the desired level and do not cause ballast
fouling. In this study, it is aimed to compare the usability of basaltic rocks
with different properties as ballast aggregates and to combine the composition
and texture of these rocks with the effects of ballast contamination. The
investigations have been carried out on ballast samples taken from basalt
quarries located in different regions of Turkey in order to provide sample
diversity. Mineralogical, petrographical and chemical properties of basaltic
rocks are determined primarily. Standard aggregate tests were then carried out
to determine the strength and durability properties of the aggregates brought
from the quarries. Los Angeles tests and magnesium sulphate tests were
performed at different speeds to demonstrate the effects of dynamic loads on
the basaltic rock aggregates, as well as climatic conditions (freeze-thaw)
caused by train loads. In addition, a new petrographic index was defined by
considering the mineral composition of basaltic rocks. According to the results
obtained, this petrographic index and chemical indexes, which were defined in
previous studies, for basaltic aggregates were identified as important
parameters for evaluating the causes of basalt fouling. Especially, it is
determined that the Vogt ratio among chemical indexes gave much better results.
Beside this, it is determined that the unaltered or slightly altered basaltic aggregates
show high resistance during the service life and cause ballast fouling.

Keywords

Ballast fouling, basalt aggregate, petrographic index, Los Angeles test

BAZALTİK KAYAÇLARIN BALAST KİRLENMESİ YÖNÜNDEN KARŞILAŞTIRILMASI

Abstract

Günümüzde artan ulaşım talebi nedeniyle, yüksek hızlı demiryolu projelerine
ihtiyaç artmaktadır. Demiryolu ulaşım teknolojisinde trenlerin çok yüksek
süratlere çıkması, demiryollarına serilen balast agregalarını daha yüksek
dinamik gerilmelere maruz bırakmaktadır. Bundan dolayı, agregaların dayanım ve
dayanıklılığının istenilen düzeyde olması ve balast kirlenmesine neden olmaması
gerekmektedir. Bu çalışmada farklı özelliklere sahip bazaltik kayaçların balast
agregası olarak kullanılabilirliklerinin karşılaştırılması ve bu kayaçların
bileşim ve dokularının balast kirlenmesi üzerindeki etkilerinin nedenleriyle
birlikte ortaya konulması amaçlanmıştır. Araştırmalar örnek çeşitliliği
sağlamak amacıyla, Türkiye’nin farklı bölgelerinde bulunan bazalt ocaklarından
alınmış balast örnekleri üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bazaltik kayaçların
öncelikle mineralojik, petrografik ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Daha
sonra bu ocaklardan getirilen agregaların dayanım ve dayanıklılık özelliklerini
belirlemek amacıyla standart agrega deneyleri yapılmıştır. Bazaltik kayaç
agregaları üzerinde gerek tren yüklerinin oluşturacağı dinamik yüklerin,
gerekse de iklimsel koşulların (donma-çözünme) balast kirlenmesine etkilerini
ortaya koymak için farklı devir sayılarında Los Angeles aşınma testleri ve
magnezyum sülfat testleri yapılmıştır. Ayrıca bu çalışma kapsamında, bazaltik
kayaçların mineral bileşimleri dikkate alınarak yeni bir petrografik indeks
tanımlaması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, bu petrografik indeks ve daha
önceki çalışmalarda tanımlanmış kimyasal indeksler, bazalt kirlenmesini
değerlendirmek için önemli parametreler olarak belirlenmiştir. Özellikle
kimyasal indekslerden Vogt oranı, diğer indekslere göre daha iyi sonuçlar
sunmuştur. Bunun dışında yüksek dayanıma sahip ayrışmamış veya az ayrışmış olan
bazaltik agregalar, servis ömürleri süresince balast kirlenmesine neden
olmayacakları belirlenmiştir.

Keywords

Bazaltik kayaç, balast agregası, balast kirlenmesi

References

• [1] AROĞLU, E., KURT, G., YOLDAŞ, R., YALÇIN, H., “Kimi Kayaçların Çok Yüksek Devirli (>500) Los Angeles Aşınma Değerleri”, 5. Ulusal Kırmataş Sempozyumu Bildiriler Kitabı, s.93-101, İstanbul, 2009.
• [2] MCNALLY, G.H., Soil and Rock Construction Materials, E and FN Spon, First published, s. 403, London and New York, 1998.
• [3] SCHILLING, R., “Ballast Cleaning of Single Track Railway Lines: A Strategic Analysis”, Rail Engineering International Edition 1; 8-12, 2005.
• [4] ROBERTS, R., AL-QADI, I., BOYLE, J., “Railroad Ballast Fouling Detection Using Ground Penetrating Radar – A New Approach Based on Scattering from Voids”, ECNDT Th.4.5.1, s.8, 2006.
• [5] KNOWN, H.B., PARK, C.S., “An Experimental Study on the Relationship between Ballast Flying Phenomenon and Strong Wind under High Speed Train”, Proceedings of 7th World Congress on Railway Research, Montreal, Canada, s.625, 2006.
• [6] KORKANÇ, M. AND TUĞRUL, A., “Evaluation of selected basalts from Niğde, Turkey, as source of concrete aggregate”, Engineering Geology, 75, 291-307, 2004.
• [7] KORKANÇ, M., TUĞRUL, A., “Beton agregası olarak kullanılacak bazaltların alkali-silis reaksiyonu yönünden değerlendirilmesi”, İstanbul Üniversitesi Müh. Fak. Yerbilimleri Dergisi, S.2, 161-169, 2005.
• [8] SELIG, E.T., WATERS, J.M., Track geotechnology and substructure management, Thomas Telford Ltd., London, 1994.
• [9] ERKAN, Y., Magmatik Petrografi, Jeoloji Mühendisleri Odası Yayınları, Ankara, 2006.
• [10] COOLEY, L.A., HUNER, M.H. AND JAMES, R.S., “Micro-Deval Testing of Aggregates in the Southeast. National Center for Asphalt Technology Report 2002-09”, Auburn University, Alabama, 2002.
• [11] LIM, W.L., MCDOWELL, G.R., “Discrete Element Modeling of Railway Ballast”, Granular Matter, 7;19-29, 2005.
• [12] Vogt, T., “Sulitjelmefeltets geologiog petrografi”, Norges Geologiske Undersøkelse, 121, 1-560, 1927.
• [13] Roaldset, E., “Mineralogy and geochemistry of Quaternary Clays in Numedal Area, Southern Norway”, Narsk. Geol. Tidsskr, 52, 335-369, 1972.
• [14] Vogel, D.E., “Precambrian weathering in acid meta-volcanic rocks from the Superior Province", Villebond Township, South Central Quebec”, Can J Earth Sci 12:2080–2085, 1973.
• [15] NESBITT, H.W. AND YOUNG, G.M. “Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites”, Nature. 299. 715-717, 1982.