INTERNATIONAL SOCIETY FOR SOIL MECHANICS AND GEOTECHNICAL ENGINEERING

The degradation of aggregate is the factor that normally determines the service life of the ballast bed. Quite recently the use of crushed rock aggregate has expanded also to the structural layers beneath the ballast bed (subballast). To ensure sufficient frost protection for the track, the thickness of subballast in Finland is normally as much as 1.5-2.0 metres. The ballast degradation occurring in an actual track structure over decades was studied by sampling and extensive series of laboratory tests with a special view to the quality of fines. Many properties of the mineral fines of the analysed ballast samples generally differed relatively little from each other. Degradation of ballast aggregates results mainly from mechanical fragmentation and attrition caused by traffic loads and tamping, and in a few cases possibly from frost weathering. The chemical weathering after crushing of the ballast of Finnish railways is generally insignificant. In the absence of long-term use experiences, the research strived to forecast the degradation of the subballast crushed rock aggregates in cyclic loading apparatus with three separate loading plates. A total of 35 long-term cyclic loading tests equivalent to about 150-300 MGT were carried out varying grain size distribution, strength of the aggregate, amount of fine material and water in the aggregate, loading level and flexibility of the bottom. In the water saturated state the degradation of crushed rock aggregate was dramatically strong. Grading of crushed rock aggregate had a significant impact on the degradation. RÉSUMÉ La détérioration des agrégats est le facteur qui détermine généralement la durée de vie du lit du ballast. Récemment, l’utilisation des agrégats de roches concassées a été étendue aux couches des structures sous-jacentes au lit de ballast (sous-ballast). Pour assurer à la voie ferrée une protection suffisante contre le gel, l’épaisseur du sous-ballast est en Finlande d’environ 1,5 à 2 mètres. La dégradation du ballast s’accumulant sur les structures réelles de voies ferrées durant plusieurs décades a été etudiée à l’aide de prélèvements effectués, et de nombreuses séries de tests ont été organisées en laboratoire, tout particulièrement en ce qui concerne la qualité des minéraux amendés. De nombreuses propriétés des minéraux amendés prélevés sur des échantillons du ballast ne montraient de l’une à l’autre que de faibles différences. La degradation des agrégats du ballast est due principalement à la fragmentation mécanique et à l’attrition résultant du passage des charges et du roulement, mais aussi dans quelques cas à l’usure causée par le gel. L’usure chimique après écrasement du ballast des voies ferrées finlandaises est en général non significative. Faute d’expériences sur l’usure à long terme, les objectifs de l’étude ont été la prévision de la dégradation des roches concassées des agrégats du sous-ballast dans un appareil à chargement cyclique muni de trois plaques de chargements séparées. Trente-cinq tests de chargement cyclique, équivalant à 150-300 tonnes, ont été effectués en variant la distribution des tailles des grains, la résistance des agrégats, la somme de matières fines et d’eau dans les agrégats, le niveau de chargement et la flexibilité du fond. Dans l’état de saturation d’eau, la dégradation des agrégats de roches concassées s’est avérée extrêmement forte. La gradation des agrégats de roches concassées a eu un impact significatif sur la dégradation.