Wyklady_Jaskula_1-7.docx

Projektowanie nawierzchni.

Nawierzchnia drogowa jest to układ warstw, których zadaniem jest:

·         Zapewnienie odpowiedniego poziomu satysfakcji (komfortu jazdy) użytkowników,

·         Przeniesienie przewidywanych obciążeń w obliczonym okresie eksploatacyjnym,

·         Zapewnienie odporności na działanie czynników atmosferycznych.

Nawierzchnia podatna:

·         Warstwa ścieralna

·         Warstwa wiążąca

·         Podbudowa zasadnicza

·         Podbudowa pomocnicza

·         Ulepszone podłoże gruntowe

·         Podłoże gruntowe

Nawierzchnia sztywna

·         Płyta betonowa

·         Warstwa poślizgowa

·         Podbudowa zasadnicza

·         Podbudowa pomocnicza

·         Ulepszone podłoże gruntowe

·         Podłoże gruntowe

Projektowanie konstrukcji nawierzchni:

·         Czynniki niszczące nawierzchnię.

·         Podłoże gruntowe.

·         Odwodnienie dróg.

·         Materiały stosowane w nawierzchni.

·         Metody obliczania trwałości konstrukcji nawierzchni.

Czynniki niszczące nawierzchnię:

·         Obciążenie – ruch,

·         Woda,

·         Temperatura,

·         Mróz.

Ad. Ruch:

·         Tylko pojazdy ciężkie (powyżej 3,5 t),

·         Nawierzchnie podatne i półsztywne

·         projektuje się na 20 lat,

·         Nawierzchnie sztywne projektuje się na 30 lat,

·         Do projektowanie dane o ruchu z połowy okresu eksploatacji,

·         Pojazdy przeliczamy na osie obliczeniowe,

·         Wzór „czwartej” potęgi

·         Osie porównawcze

o        80 kN ESAL

o        100 kN

o        115 kN

o        130 kN

Standardowa oś porównawcza:

NS = Fj · Nj

gdzie:

NS – ilość osi standardowych odpowiadająca N osiom rzeczywistym,

Nj – ilość osi rzeczywistych o określonym nacisku (j-tym),

Fj – współczynnik równoważności osi

Współczynnik równoważności osi:
 

              Prawo czwartej potęg:
Fj=(QjQs)4

 

              Prawo ogólne
Fj=α(QjQs)4

α– Współczynnik dynamiczny

α = 1,01 – 1,08 zawieszenie pneumatyczne

α = 1,25 – 1,54 zawieszenie mechaniczne

n –zależy od typu konstrukcji

Woda:

·         Rów

·         Podciąganie

·         Przez nawierzchnię

·         Z topniejącego śniegu

Woda przy krawędzi:

Temperatura:

·         Zmiany temperatury – naprężenia termiczne

·         Wysoka – starzenie się warstw asfaltowych

·         Niska – spękania termiczne

Nawierzchnie sztywne „paczą się”

Nawierzchnie podatne:

·         Koleiny

·         „Pocenie się nawierzchni”

·         Starzenie nawierzchni

Niskie temperatury:

·         Spękania

·         Wysadziny

Podłoże i warstwy konstrukcji nawierzchni:

              Ulepszone podłoże jest stosowane tam gdzie:

o        Podłoże naturalne ma zbyt małą nośność (CBR <10%)

o        Podłoże jest wrażliwe na mróz (wysadzinowe, niepewne)

o        Podłoże jest wrażliwe na wodę i nieprzepuszczalne

Parametry opisujące podłoże gruntowe:

·         Nośność określana modułem lub CBR gruntu,

·         Wysadzinowowść gruntu,

·         Parametry geotechniczne – kat tarcia

·         wewnętrznego i kohezja

POPRAWIENIE ODWODNIENIA WGŁĘBNEGO – WARSTWA ODSĄCZAJĄCA

·         Warstwa odsączająca z piasku, pospółki

·         Piasek i pospółka o dużej wodoprzepuszczalności (nie mogą być zaglinione, zapylone)

·         Współczynnik filtracji co najmniej k = 8 m/dobę

·         Grubość warstwy 15 – 30 cm

·         Spadek poprzeczny 2 – 4%

·         Rozłożona na całej szerokości korpusu

PODBUDOWA Z KRUSZYW

·         Pospółka,

·         Kruszywo naturalne,

·         Kruszywo łamane

Podbudowa nie przenosi rozciągania,

Podbudowa sztywna:

Dwie fazy pracy nawierzchni:

·         Faza I – do spękania warstw podbudowy

·         Faza II – po spękaniu warstw podbudowy

Warstw asfaltowe, stałe materiałowe.

·         Asfalt – moduł sztywności asfaltu Sb

·         Mieszanki mineralno – asfaltowe moduł sztywności Smix

Moduł sztywności asfaltu zależy od:

·         Czasu obciążania (częstotliwość, długość odciążenia)

·         Temperatury nawierzchni

·         Rodzaju asfaltu (cechy asfaltu po starzeniu, nomogram Van der Poela)

Nomogram:

Do nomogramu:

·         Indeks penetracji oraz T800 ≈ TPiK

·         Inne dane:

·         T800 i penetracja,

·         2 x penetracja,

·         Penetracja i indeks penetracji.

Indeks penetracji:

PI=[20-500A]/[1+50A]

62

Gdzie:

A = [log (penT2) –log (penT1)]/[T2-T1]

lub:

A = [log (800) –log (penT1)]/[TPiK-T1]

MODUŁ SZTYWNOŚCI MMA:

Zależy od:

·         Modułu sztywności asfaltu Sb,

·         Proporcji objętościowych MMA

o        Zawartości objętościowej asfaltu,

o        Zawartości wolnych przestrzeni,

o        Zawartości objętościowej mieszanki mineralnej.

Proporcje objętościowe:

Objętościowa zawartość asfaltu:

Vb = Mb x gęstość mma

(2,4 - 2,5 g/cm3)

Zawartość wolnych przestrzeni

Vv – z badań

Objętościowa zawartość mieszanki mineralnej:

Va = 100 - Vb x Vv

Podział metod projektowania Konstrukcji:

·         Empiryczne (Doświadczenia z eksploatowanych dróg z odcinków doświadczalnych, i torów próbnych; Lata 60 XX wieku Miedzy innymi : metoda CBR, metoda AASHTO, OSŻD, PJ-IBD

·         Mechanistyczne (analiza konstrukcji nawierzchni; trwałość zmęczeniowa; mechaniczne właściwości materiałów i podłoża (moduły sprężystości lub sztywności), współczynnik Poisona).

Metoda empiryczna: Polska wersja metody CBR:

Procedura projektowania:

1. Określenie CBR gruntu

2. Określenie ruchu (osie 80 kN)

3. Określenie Hz wym

4. Przyjęcie konstrukcji

5. Obliczenie Hz proj

6. Sprawdzenie Hz proj ≥ Hz wym

CBR ↔ ZALETY

• prostota

• łatwość użycia

• dość ”rozsądne” wyniki

• częściowo sprawdzona

CBR ↔ WADY

• nieuwzględniona wysadzinowość

• niemożliwe użycie dla dużego wsp. ruchu

- naciski 115 kN i większe

- natężenie bardzo duże

• nieprzydatna dla nowych materiałów i

technologii

Metoda PJ-IBD (metoda ”POLSKA”)

·         Prof. Jan Pachowski, 1965 rok, obowiązywała do 1977

·         podstawa do opracowania ”starego” katalogu typowych nawierzchni → 1977-1997

·         schemat konstrukcji nawierzchni