METODA DORMI

ZAŁOŻENIA:

- kryterium wytrzymałościowym jest max dopuszczalne ugięcie pod wpływem powtarzających się obciążeń kołem

- parametrem wytrzymałościowym jest moduł odkształcenia

- układ wielowarstwowy nawierzchni sprowadzamy do zastępczego układu jednowarstwowego

Metoda ta jest stosowana zarówno przy projektowaniu nowych nawierzchni jak i przy wzmnocnieniach.

PROJEKTOWANIE NOWEJ NAWIERZCHNI:

- obliczenie projektowanego (wymaganego) modułu odkształcenia E_proj=(Π*α*p*K)/(2*λ), K=(1+0,45*lgN)*r

N-średnie dobowe natężenie ruchu w 10 roku eksploatacji nawierzchni

r-współczynnik zależny od szerokości jezdni

α-współczynnik zależny od tego czy koło jest pojedyncze czy zespolone

λ-pionowe odkształcenie względne

p-nacisk jednostkowy działający na płytę o średnicy D przy wyznaczaniu modułu odkształcenia

- określenie rodzaju materiału, grubości warstwy oraz modułu odkształcenia dla zaprojektowanych warstw nawierzchni

- liczymy h₁/D oraz E₀/E_1­­­ -> E_r'=K*E₁

- liczymy h₂/D oraz E_r'/E_2­­­ -> K -> E_r''

- liczymy h₃/D oraz E_r''/E_3­­­ -> K -> E_r''', E_r'''>=E_proj

PROJEKTOWANIE WZMOCNIENIA:

- obliczenie p projektowanego

- obliczenie modułu zastępczego dla istniejących warstw przy uwzględnieniu istniejącej grub. oraz rodzaju mat. wbudowanego w nawierzchnię i stanu zniszczenia tego mat.

- w przypadku gdy E_zast dla istniejącej nawierzchni jest >= to wzmocnienie nie jest wymagane

- jeżeli powyższa nierówność nie jest spełniona to przyjmujemy nakładkę z jednej lub z dwóch warstw ustalając grubość oraz rodzaj materiału

- obliczamy E_zast przy uwzględnieniu starych warstw i nowych, obliczone E_zast musi być >=E_proj

PODZIAŁ MATERIAŁÓW:

- sprężyste - obowiązuje prawo Hooka: ε=σ/e, ε=Δl/l, ε_x=σ_x/e; ε_y=ε_z=-ν*σ_x/e, współczynnik poissona ν=0÷0,5

- obciążenia trójosiowe: ε_X=1/E[σ_X-ν(σ_Z+σ_Y)], ε_Y=1/E[σ_Y-ν(σ_X+σ_Z)], ε_Z=1/E[σ_Z-ν(σ_Y+σ_X)]

ν=0 - materiał idealnie sprężysty

ν=0,5 - mat. plastyczny

σ(ε) σ(ε)

T(CZAS) T

W PRAKTYCE

ε

ε-trwałe odkształcenie

MAT. IDEALNIE MAT. NIE SPRĘ-

SPRĘŻYSTY ŻYSTY

MASY MINERALNO ASFALTOWE

- temp. łamliwości - ok. 10^oc - warstwa asfaltu przy tej temp. pęka

- temp. miękknienia - asfalt zaczyna płynąć ok.+50^oc

- poniżej temp. łamliwości asfalt zachowuje się jak ciało sprężyste, pow. 50^oc asf. jest mat. lepkim; najczęściej jest mat. lepko sprężystym

- sztywnośc zmienia się w zależności od temp. i czasu przyłożenia obciążenia

WZÓR NA MODUŁ SZTYWNOŚCI: zależnie od temperatury i czasu ST,T=σ/εT,T ; V=S/T, S=1; V=1/T, T=1/V- czas przyłożenia obciążenia jest odwrotnie proporcjonalny do prędkości.

PODZIAŁ PODŁOŻA ZE WZGLĘDU NA RODZAJ GRUNTU:

- kamieniste - przeważają ziarna, kamienie o wielkości > 10cm

- drobnoziarniste

Inny podział: - spoiste; - niespoiste (sypkie) - piaski, żwiry

Grunty organiczne zawierają powyżej 2% części organicznych (humus).

Inny podział:

- słabonośne - grunty organiczne, spoiste miękkoplastyczne i płynne, podłoże zbudowane z odpadów komunalnych

- antropogeniczne - stanowiące odpady poprodukcyjne i gospodarcze

- nasypowe - antropogeniczne, mineralne; mogą tworzyć nasypy niekontrolowane, budowlane (najczęściej z gruntów niespoistych)

CECHY FIZYCZNE: - gęstość objętościowa; - wilgotność; - porowatość;

- kapilarność; - współczynnik filtracji; - uziarnienie; - współczynnik zagęszczenia Wz=ρ_d/ρ_d-proctora

CECHY MECHANICZNE:

- kąt tarcia wewnętrznego „φ”

- spójność - kohezja „c”

- moduł ściśliwości (płyta VSS w drogownictwie) „E”

-wskaźnik nośności (tylko w drogownictwie) „w_noś=CBR=p/(p_s*100)

Moduł ściśliwości gruntu zależy od naprężeń głównych wprost proporcjonalnie, czyli zależy od głębokości dewiatora naprężeń.

METODY BADAŃ NAWIERZCHNI BITUMICZNYCH:

- metoda stałych odkształceń (m. Marshalla [próbka w kształcie walca, pomiar polega na określeniu siły w chwili zniszczenia próbki lub w chwili wystąpienia dopuszczalnego odkształcenia], prostego ściskania [próbka ściskana do chwili jej zniszczenia], Huobarda Fielda, Hreena, Żyrardowa [badanie w prasie obrotowej])

- m. stałego obciążenia (m. ruchomego koła, nacisku kołem, nacisku tłokiem)

- m. trójosiowego ściskania

- m. dynamiczne przy których stosujemy uderzenie, uderzanie, złamanie

- badania zmęczeniowe (m. francuska, Shella, belgijska, toru kołowego, brytyjska, belki podpartej czteropunktowo)

- m. badania w rozciąganiu pośrednim

METODY MECHANICZNE PROJEKTOWANIA NAWIERZCHNI PODATNYCH I POLSZTYWNYCH

Kryterium podziału - ilosc pojazdów przejeżdżających w okresie eksploatacji 20 lat.

WYRÓŻNIAMY 3 KRYTERIA:

1) wystąpienia spękań zmęczeniowych nawierzchni (dla nawierzchni podatnych) - nawierzchnia bitumiczna może popękać w dowolnych warstwach, kryterium to uwzględnia ilość pojazdów do czasu wystąpienia tych spękań (poj. porównawcze)

2) deformacja odkształcenia podłóża gruntowego (dla nawierzchni podatnych) - pojawiają się koleiny, by wystąpiły grunt musi być najsłabszy, nasycony wodą - wiosną lub jesienią

3) moment powstania spękań w podbudowie sztywnej (dla nawierzchni półsztywnych) - występują odkształcenia sprężyste, gdy przekroczono wartość dopuszczalną, nawierzchnia pęka, jeżeli podbudowa pęka to nawierzchnia także ulegnie spękaniu.

Czynniki rozbieżności między zachowaniem MMA w laboratorium, a w naturze:

- ilość pojazdów określamy w laboratorium (jest to tylko pewne przybliżenie),

- warstwa bitumiczna ma ograniczone wymiary próbki, inny jest rozkład energii pochodzącej od obciążenia, zwykle w naturze czas pomiędzy kolejnymi najazdami jest krótki, w lab. dłuższy

- inna mechanika spękań, próbka ułożona na czymś sztywnym w naturze na kruszywie, trudno w lab. uwzględnić wzmocnienia jakie wystepują, zageszczenie mieszanki powoduje wzmocnienie, pod wpływem ruchu i temp. następuje tzw. zajeżdżenie przez pojazdy.

METODY OBLICZANIA SPĘKAŃ:

METODA FRANCUSKA:

ε_r,dop=ε₆*(N/(10^6))^b*(E₁₀/E_θg)^0,5*k_c*k_r*k_s

ε_r,dop - dopuszczalne odkształcenie rozciągające w warstwie bitumicznej (przy jakim występują spękania); ε₆ - odkształcenie rozciągające przy którym próbka asfaltu jest zniszczona po 10⁶ cyklach; N - liczba przyłożonych obciążeń; b - współczynnik zależny od cech MMA; E₁₀ - moduł sztywności MMA w 10°C; E_θg - moduł sztywności w temp. w której projektowej; kc - współ. zależny od MMA; kr - współ. uwz. zmienność wynikow i ryzyko metody obliczeniowej; ks - współ. uwz. błędy przygotowania podłoża gruntowego.

METODA BRYTYJSKA:

lgε_r=(14,30*lgV_B+24,2*lgSPI-k-lgN)/(5,13*lgV_B+8,63*lgSPI-15,8)

ε_r - odkształcenia rozciągające w MMA; N - liczba przyłożonych obciążeń; V_B - zawartość asfaltu w mma w %; SPI - początkowa temp. miękknienia asfaltu (pierścień i kula); k - wsp. zalezny od zalozonego stanu krytycznycznego lub zniszczeniowego:

Stan zniszczenia przyjmuje się, że występuje gdy koleiny mają głębokość 20mm lub występują intenstywne spękania.

Stan krytyczny gdy koleiny mają głebokość 10mm lub występują pojedyncze spękania

METODA BELGIJSKA:

ε_r=A*G*(V_B/(V_B+V_V))*((N/10⁶)^(-0,21))

ε_r - odkształcenie rozciągające MMA; N - liczba przyłożonych obciążeń; A - współcz. zależny od cech asfaltu; G - współczynnik zalezny od uziarnienia kruszywa w MMA;

V_B - zaw. objętościowa asfaltu w %; V_v - zaw. wolnych przestrzeni w MMA w %

Metoda shella:

ε_r=(0,856*V_B+1,08)*(S_mix)^(-0,3)*N^(-0,2)

ε_r - odkształcenie rozciągające MMA; N - liczba przyłożonych obciążeń; V_B - zawartość objętościowa asfaltu w %; S_mix - moduł sztywności MMA

METODA INSTYTUTU ASFALTOWEGO W USA:

N=18,4*C*(6,167*10^(-5)*ε_r^(-3,291)*(E^X)^(-0,854)), gdzie M=4,84*((V_B/(V_B-V_V))-0,69), C=10^M

ε_r - odkształcenie rozciągające MMA; N - liczba przyłożonych obciążeń; E^x - moduł dynamiczny MMA; V_B - zawartość objętościowa asfaltu w %; V_v - zawartość wolnych przestrzeni w MMA w %

WNIOSKI Z METOD OBLICZANIA SPĘKAŃ:

- badaniu można poddać każdą z warstw nawierzchni

- z badań wynika, że jest różna trwałość zmęczeniowa podbudowy, warstwy ścieralnej, gdy wszystkie są mma. ze wzorów wynika, że największą trwałość zmęczeniową otrzymuje się wg metody brytyjskiej ,a najmniejszą wg belgijskiej

- trwałość warstwy bitumicznej maleje ze spadkiem % zawartości asfaltu. warstwa ścieralna jest z drobnego kruszywa, wytrzymałość warstwy rośnie wraz ze wzrostem uziarnienia. u dolu są warstwy z grubszego kruszywa, większą ilością wolnych przestrzeni. ilość asfaltu nie powinna być za mała.

METODY OBLICZANIA ODKSZTAŁCEŃ PODŁOŻA GRUNTOWEGO (POWSTANIE KOLEIN):

ε=k*(1/N)^m

Kryterium to zakłada wielkość dopuszczalną kolein, moment ich powstania nazywamy momentem zniszczenia.

ε - odkształcenie pionowe w górnej powierzchni podłoża; N - licza dopuszczalnych obciążeń osiami porównawczymi; k, m - współczynniki empiryczne

Przy tym kryterium posługujemy się wzorami jak w poprzednim, tylko próbkę nie obciąża się do momentu powstania spękań, lecz do momentu wystąpienia dopuszczalnych odkształceń. Przy tym kryterium najwyższe wyniki osiągamy przy metodzie Shella.

METODY DOTYCZĄCE NAWIERZCHNI PÓŁSZTYWNYCH:

METODA AMERYKAŃSKA

lgN_f=11,784-12,121*(σ/σ_crit)

N_f - liczba obciążeń do chwili wystąpienia spękań w podbudowie; σ - naprężenia rozciągające w podbudowie od ruchu drogowego; σ_crit - wytrzymałośc na zginanie materiału podbudowy

METODA BELGIJSKA

ε/ε_crit=1-a*lgN_f

ε - odkształcenia rozciągające w podbudowie od ruchu drogowego; ε_crit - odkształcenia graniczne dla materiału podbudowy przy którym występują spękania; N_f - liczba obciążeń do chwili zniszczenia; a - współczynnik doświadczalny

METODA Z RPA

N_f=(ε/ε_crit)^(-12,66) lub ε/ε_crit=1-0,11*lgN_f

METODA DE BEER'A

lgN_f=A*(1- ε/(ε_crit*B))

WNIOSKI

- metody te dają wyniki zbliżone, z wyjątkiem metody de beer'a, która daje wyniki wyższe

- posłużyły one do opracowania katalogu nawierzchni podatnych i półsztywnych w oparciu o katalog starych oraz tych metod

- w przypadku nawierzchni półsztywnych, gdy podbudowa była stabilizowana cementem najbardziej sprawdziła się metoda de beer'a, przy chudym betonie najlepiej sprawdziła się met de beer'a i amerykańska

- parametrem wytrzymałościowym jest moduł poissona

- badania wykonujemy, gdy jest najniższa nośność

- nośność w stosunku do starego katalogu uwzględnia wyższe obciążenia 100 lub 115KN

SCHEMAT OBLICZANIA NOWYCH NAWIERZCHNI

- określenie ruchu całkowitego w czasie przewidywanym eksploatacji nawierzchni

- przyjęcie układu warstw projektowanych nawierzchni z określonego rodzaju materiału, modułu odkształcenia, grubości warstw, współczynnika poissona

- określenie dla podłoża gruntowego modułu odkształcenia oraz współczynnika poissona

- obliczenie w spodzie warstwy bitumicznej odkształcenia poziomego, na podstawie tego określenie ilości dopuszczalnej liczby pojazdów porównawczych

- sprawdzenie czy ilość pojazdów porównawczych obliczonych na podstawie odkształceń jest większa od ilości pojazdów prognozowanych

- określenie odkształcenia pionowego podłoża gruntowego i oszacowanie na podstawie jego zawartości ilości dopuszczalnej pojazdów porównawczych

- układ warstw nawierzchni jest poprawnie zaprojektowany gdy obie wartości (obliczone z kryterium naprężeń w warstwie bitumicznej i naprężeń pionowych w podłożu odkształceń) - pojazdy porównawcze są większe od ilości pojazdów porównawczych prognozowanych

SCHEMAT WZMOCNIENIA ISTNIEJĄCEJ NAWIERZCHNI

N_poz=N_obl*(1-N_przen/N_ist)

N_poz - ilość obciążeń które jeszcze może przenieść nawierzchnia z istniejącą nakładką (uwzględnienie starej i nowej nawierzchni)

N_obl - trwałość zmęczeniowa istniejącej nawierzchni po jej wzmocnieniu przy założeniu, że wszystkie warstwy są nowe

N_przen - liczba obciążeń, które przeniosła istniejąca nawierzchnia do czasu jej wzmocnienia

N_ist - trwałość zmęczeniowa istniejącej nawierzchni przed wzmocnieniem przy założeniu, że jest to warstwa nowa

N_przen/N_ist=D - szkoda zmęczeniowa

N_poz musi być większe od N_{prognozowanego}

KATALOG TYPOWYCH NAWIERZCHNI PODATNYCH I PÓŁSZTYWNYCH

- podaje układ warstw konstrukcyjnych nawierzhni w zależności od kategorii ruchu przy przyjęciu, że podłoże gruntowe pod projektowaną nawierzchnią jest typu G1

- katalog wyodrębnia kategorie podłoża G1,G2,G3,G4

DWA KRYTERIA USTALANIA RODZAJU PODŁOŻA:

- wartość wskaźnika nośności CBR

- rodzaj gruntu (w zależności od wysadzinowości, wysokości nasypu lub głębokości wykopu, położenia zwierciadła wody poniżej projektowanej niwelety)

Celem dostosowania podłoża istniejącego do podłoża typu G1 należy wykonać jedną z czynności: wymienić warstwę istniejącego gruntu bądź wzmocnić istniejący grunt przez stabilizację (przy użyciu popiołów lotnych, środków chemicznych, spoiwem hydraulicznym). W przypadku gdy grubość warstw, którą należy wymienić przekracza zaleca się stosować geosyntetyki, przez to grubość nie ulega zwiększeniu.

KRYTERIUM MROZOODPORNOŚCI:

grubość łączna warstw nawierzchni oraz gruntu ulepszonego (stabilzowanego lub wymienionego) powinna być większa od głębokości przemarzania h_p­=β*H_Z

H_Z - głębokość przemarzania; β-w zależności od kategorii ruchu i typu

KOLEJNOŚĆ PROJEKTOWANIA:

- przyjęcie ilości pasów ruchu

- określenie średniodobowego natężenia ruchu pojazdów porównawczych w 10 roku eksploatacji
- określenie struktury ruchu (podział na samochody ciężarowe)
- obliczenie liczby osi
- określenie kategorii ruchu w zależności od L

- określenie typu podłoża

- określenie sposobu doprowadzenia podłoża do typu G1 (jeśli jest inne niż G1)

- ustalenie na podstawie katalogu układu warstw nawierzchni

- sprawdzenie mrozoodporności

UTRZYMANIE DRÓG:

W okresie eksploatacji wyróżnia się 3 etapy:

- I etap - po oddaniu do eksploatacji

- II etap - szybsza degradacja nawierzchni

- III etap - nawierzchnia popękana

Co powinniśmy oceniać:

- na podstawie badań (badanie nośności nawierzchni, grubość poszczególnych warstw, zawartość lepiszcza, przy SMA - skład, odkształcenie na prasie Marshalla, stabilność, przy podłożu gruntowym - wskaźnik piaskowy, uziarnienie)

- na podstawie oceny wizualnej.

Metody poprawiania stanu nawierzchni:

- metoda recyklingu

- warstwę bitumiczną zrywa się na zimno lub podgrzewa promiennikiem podczerwieni (jeżeli masa będzie dobra, to możemy ją ponownie położyć)

- ogrzanie, spulchnienie i dodanie dodatków - najczęściej asfaltu - wyrównanie i zagęszczenie

- zerwanie nawierzchni i dodanie jej do mieszalnika, jest mieszana z nową masą, rozcieła się ja, wyrównuje i wałuje

- metoda kolejna - powierzchniowe lub półwgłębne utrwalenie, gdy nawierzchnia utraciła swoje własności, wykonujemy sprysk na gorąco (asfaltem lub emulsją).

Stan nawierzchni przyporządkowujemy czterem klasom A, B, C, D. Na przynależność do danej klasy ma wpływ: nośność, równość, stan (wystąpienie spękań), szorstkość.

Klasa A - stan nawierzchni dobry

Klasa B - zadowalający

Klasa C - niezadowalający

Klasa D - zły

---