I предавање

Transcript

1 KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ VII семестар Одсек за путеве, железнице и аеродроме шк. 2016/17 година Техничка регулатива Стандарди Национални (SRPS) Европски (EN норме) Поступак хармонизације српких стандарда са ENнормама је завршен у области материјала за изградњу путева Српски стандарди који се усвајају на основу EN норми носе ознаку SRPS EN Међутим, инфраструктура квалитета није усклађена и даље се заснива на систему атеста ASTM, AASHTO.. Дефинишу: Техничке услове Методе испитивања карактеристика материјала и коловозних конструкција Садржај предавања Техничка регулатива у области изградње и одржавања путева и фазе израде пројектне документације Улога коловозне конструкције Историјат грађења Основни типови, слојеви и материјали Улога и карактеристике постељице коловозне конструкције Улога, карактеристике и врсте подлога коловозних конструкција Пројектна документација Пројектна документација за нове коловозне конструкције Генерални пројекат (Анализа коловозне конструкције само за изузетно важне објекте врло ретко) Идејни пројекат Анализа варијантних решења Технички услови (за тендерску документацију) Предмер и предрачун за тендерску документацију Главни пројекат (не постоји у Закону о планирању и изградњи у изменама усвојеним године и замењен је са Пројектом за грађевинску дозволу и Извођачким пројектом) Детаљна анализа пројектног решења Истражни радови Карактеристике материјала Технички услови за извођење радова Предмет и предрачун Пројекат изведеног стања и технички пријем Резултати и анализа контроле квалитета изведених радова Техничка регулатива Законска регулатива Закон о јавним путевима (2005) Закон о планирању и изградњи (2009, измене и допуне закључно са годином) Правилници Правилник о димензијама, укупним масама и осовинском оптерећењу возила и о основним условима које морају да испуњавају уређаји и опрема на возилима у саобраћају на путевима ( ), замењен са: Правилник о подели моторних и прикључних возила и техничким условима за возила у саобраћају на путевима (важи од године) Улога Да омогуће несметано одвијање саобраћаја при свим климатским условима Да приме оптерећење од возила (авиона) и сведу га на ниво који тло у постељици може прихватити без превеликих оштећења Да омогуће безбедно одвијање саобраћаја Да заштите тло у постељици од прилива воде и штетног дејства мраза 1

2 I предавање Коловозне конструкције на путевима и аеродромима Историјски развој путне мреже Путеви у Римском царству Via Appia Via Egnatia Прва примена точка: Месопотамија IV миленијум пре н.е. Први путеви Пут свиле oд Кине до Црног и Средоземног мора Јантарски ( Ћилибарски ) путеви од Јадранског и Средоземног мора до Балтичког и Северног мора Краљевски пут Персија, владавина Дарија I ( п.н.е.) Пут за процесије Вавилон Грчка, 500 год. пре н.е. први стандарди за путеве 2

3 I предавање XIX век Протиче углавном у знаку железнице У Енглеској се јављају нови поступци грађења T. Telford, Tresaguet, J.L. McAdam (Remarks on the Present System of Road Making, ) Грађење Римских путева Политехнике у Немачкој (Karlsruhe, 1825.) и Енглеској (London, 1829.) са Катедрама за путно и железничко инжењерство У USA, капитално дело Manual of Road Making (W.M. Gillespi, 1852.) Gotlieb Daimler, Karl Benz, аутомобил Pariz Brest Pariz, просечно 13,5 km/h Nica, Mercedes, просечна брзина 86 km/h Градски оци Монака прскају површину улица катраном Telford Macadam XVIII век - Француска Историјат развоја Историјски трендови у дебљини коловозних конструкција Са повећањем броја возила и оптерећења, квалитет и носивост добијају на значају 3

4 Први савремени коловози почетком XX века Асфалтни коловоз год. Pennsylvania Ave, Washington DC А деца су по природи одлични инжењери! Бетонски коловози тек год. И поред свега почетком XXвека услови за путовање на већини путева нису били баш идеални... Основни типови коловозних конструкција Флексибилне Полу-круте Круте Разликују се по: Врсти материјала и дебљини слојева Начину преношења оптерећења Типовима оштећења која настају на њима а ствари се, у неким случајевима нису промениле од тог времена! Основни типови Флексибилни коловоз Крут коловоз - застор од асфалт бетона - застор цемент-бетонска плоча - горња подлога од - подлога од невезаног агрегата битуменизираног носећег слоја - доња подлога од невезаног мат. 4

5 Основни типови Како различити коловози примају и преносе оптерећење Флексибилна Крута 3000 kg kg. Застор - асфалтни слој(еви) Горња подлога Доња подлога Бетонске плоче Подлога Асфалтни слој Постељица Постељица притисак 2.0 MPa притисак < 0.2 MPa Крути коловози својом крутошћу преносе оптерећење на већу површину и тако смањују притисак на постељицу Основни слојеви застор горња подлога доња подлога постељица Слој Постељица Тип коловозне конструкције Флексибилна Полу-крута Крута Застор АБ, СМА АБ, СМА Горња подлога Доња подлога БНС, невезани агрегат ДБНС, невезани дробљени или природни агрегат БНС, цементна стаб. цементна стабилизација, невезани агрегат Цементбетонска плоча БНС, цементна стаб. невезани агрегат Основни типови оштећења Флексибилни коловози Колотрази Пукотине услед замора Термичке пукотине... Простирање оптерећења кроз коловозну конструкцију Основни типови оштећења Крути коловози Оштећења спојница Денивелација спојница Пукотине... 5

6 Пројектовање коловозних конструкција Избор типа и материјала у слојевима коловозне конструкције у зависности од: Саобраћајног оптерећења Климатских карактеристика Локалних услова носивости тла у постељици Расположивих локалних материјала Трошкова изградње и одржавања! Димензионисање коловозне конструкције (одређивање дебљина слојева) Улога завршног слоја постељице коловозне конструкције Да уједначи носивост постељице, како би се поставила коловозна конструкција константне дебљине Да издржи, без великих деформација, оптерећење које се услед дејства саобраћаја преноси са доње подлоге Да омогући саобраћај грађевинске механизације која се користи за изградњу коловозне конструкције Да спречи прилив и задржавање влаге у доњој подлози у садејству са дренажним системом У склопу заштите коловозне конструкције од штетног дејства мраза Групе саобраћајног оптерећења Класификација тла према крупноћи зрна Група оптерећења Укупно ESO (T( u )од 80 kn у пројектном периоду Врло тешко > Тешко Средње Лако Врло лако < Кохерентна тла Некохерентна тла Глина (Clay Clay) Прашина Песак (Sand Sand) (Silt Silt) Шљунак (Gravel Gravel) Величина зрна (mm) Облутак (Cobble Cobble) Камени блок (Boulder Boulder) Група саоб. опт. Врста и квалитет материјала у кк Ситнозрна тла Крупнозрна тла Постељица коловозне конструкције Застор - асфалтни слој(еви) Горња подлога Доња подлога Постељица Подела тла Основне карактеристике тла Угао унутрашњег трења φ Кохезија c Кохерентна тла c основни параметар φ занемарљиво Осетљива на дејство мраза мраз разара структуру и везе Осетљива на капиларно пењање воде Некохерентна тла c занемарљиво φ основни параметар Мање осетљива на дејство мраза вода може релативно слободно да се шири кроз шупљине у оквиру слоја 6

7 Јединствена класификација тла у постељици Збијање тла Максимална запреминска маса тла зависи од: Енергије збијања Прокторов опит: Степена влажности Одређивање оптималне влажности за збијање Класификација Америчког бироа за путеве Утврђивање носивости тла у постељици коловозне конструкције Лабораторијске методе Лаб. CBR опит Proctor Повратни модул M R Теренске методе Теренски CBR(приближно 2/3 лаб. CBR) Модул стишљивости (опит плочом) Модул деформације Динамички конусни пенетрометар DCP (Dynamic Cone Penetrometer) Нуклеарна сонда (Troxler) Сонда на бази простирања електромагнетних таласа Збијање тла Основне карактеристике тла: Запреминска маса у сувом стању γ d Запреминска маса у влажном стању(са одређеним процентом влажности) γ w Збијање поступак редуковања запремине тла и запремине шупљина испуњених ваздухом у тлу повећање запреминске масе тла Лоше збијено тлоседеформише под дејством оптерећења услед додатног збијања и истискивања воде и ваздуха Добро збијено тлосе деформише само на рачун деформације самих зрна много крући слој Резултат је мала деформација (еластична и трајна). Лабораторијски CBR опит Продирање конуса у узорак материјала Упоређење са стандардним дробљеним агрегатом (CBR = 100 %) 7

8 Повратни модул M R У триаксијалном апарату σ M R ε y = CBR 350 M R(MPa) y = CBR CBR (%) Опит плочом Одређивање Модула стишљивости Пречник плоче 16 или 30 cm За доњи строј и постељицу p = MPa За слојеве подлоге p = MPa За горњу подлогу p = MPa p Me = fo D s Кoнтрола запреминске масе 1. Прокторов опит се заснива на утврђивању запреминске масе осушеног узорка узетог из уграђеног слоја (постељице или подлоге). Њеним упоређењем са запреминском масом истог материјала уграђеног у лабораторији по стандардном поступку добија се представа о запремини шупљина односно степену збијености уграђеног слоја 2. Нуклеарна сонда Модул деформације Немачки поступак модул деформацијеe v1 илиe v2 Кружна плоча D = 30 cm min. 6 степени, Δq тако даδs < 2 mm q 1 Ev1 = 0.75 D s1 q 2 Ev2 = 0.75 D s2 Модул стишљивости Опит кружном плочом метода којом се врши испитивање носивости уграђеног слоја тако што се у једнаким временским интервалима утврђује слегање плоче одређеног пречника при одређеним специфичним притисцима који се повећавају. Друга опрема за мерење носивости постељице и подлоге коловозне конструкције Швајцарски поступак модул стишљивостиm e 5 степени, Δp =50 kpa Лаки дефлектометар (LWD) Geo Gauge Динамички конусни пенетрометар (DCP) 8

9 Мобилни (динамички) уређај за анализу носивости слојева Насипи критеријуми збијености Dynatest Prima kg -Променљива маса до 20 kg - Променљива висина пада -Мери се сила и угиб преко дефлектометра -Могу се поставити до два додатна сензора Zbijenost Интелигентно збијање Вибрациони ваљци са системом за мерење/контролу збијања Систем за мерење крутости материјала Контролни систем за аутоматско прилагођавање параметара (амплитуде и фреквенције осцилација) Веза са GPS-ом Кота насипа од површине m < 0.5 m Насипи критеријуми збијености Врста материјала Статички модул деформације Динамички модул деформације E v2 (MPa) E v2 /E v1 E d (MPa) Тло Побољшано тло Стабилизовано тло Камени агрегат Тло Побољшано тло Стабилизовано тло Камени агрегат Интелигентно збијање Предности интелигентног збијања Максимална ефикасност поступка збијања Мерење крутости материјала током збијања Идентификација проблематичних зона Смањење трошкова одржавања/ поправке пута Квалитет (носивост) постељице USCS Класификација тла Запреминска маса у сувом стању γ d (kg/m 3 ) CBR (%) Хидролошки услови Повољни Неповољни GW GP GM GC SW SP SM SC ML CL

10 Квалитет (носивост) постељице Класификација постељице с обзиром на носивост: CBR(%) Квалитет постељице 2 5 Врло лоша постељица 5 8 Лоша постељица 8 20 Постељица средњег квалитета Добра постељица Одлична постељица Материјали у подлози коловозне конструкције Невезани агрегат Материјали стабилизовани хидрауличним везивом Креч примарно за стабилизацију постељице израђене од кохерентног тла(глина) Цемент цементна стабилизација Битуменом везани материјали Битуменизирани носећи слојеви Корелације показатеља носивости и деформабилности тла и невезане подлоге CBR (%) Модул еластичности (MPa MPa) (Немачки прописи) Mодул стишљивости Повратни модул (Динамички Модул реакције (MPa MPa) модул еластичности) (MPa MPa) подлоге (MN/m 3 ) (Швајцарски прописи) E v1 E v2 M s M R(AI) M R(TRL) 3 9 (15) (17) (19) (22) (27) (31) (36) (48) (53) в.проф.др 105 Горан 190 Младеновић k Примена агрегата у коловозним конструкцијама Завршни слој постељице Невезани слојеви доње подлоге Цементна стабилизација Везани слојеви коловозне конструкције Асфалтни слојеви (70 85 %) Цемент-бетон (70 85 %) Подлога коловозне конструкције Флексибилни коловози Горња и доња подлога структурни слојеви који обезбеђују носивост и смањују напрезања која се преносе на постељицу (тако да их она може поднети без велике деформације) Крути коловози Подлога изравнање и побољшање носивости постељице Карактеристике материјала у постељици и подлози се могу поправити збијањем или хемијском стабилизацијом Основни типови Флексибилна Застор - асфалтни слој(еви) Битуменизирани носећи слој Невезани природни/ дробљени агрегат или цементна стабилизација Постељица Крута Бетонске плоче Невезани природни/ дробљени агрегат Постељица 10

11 I предавање Врсте каменог агрегата Према пореклу: Природни Речни сепарисани песак и шљунак (у ужем смислу природни агрегат без додатне обраде дробљења) Дробљени песак и камена ситнеж Вештачки Згура из високих пећи или згура добијена при производњи челика Електрофилтерски пепео Лаки агрегати (керамзит експандирана глина) Синопал Рециклирани агрегат (дробљени бетон) Природни агрегат Подела природног каменог агрегата према пореклу Магматски (еруптивни) Настали хлађењем магме Силикатног састава Дацит, андезит, базалт, гранит, дијабаз... Изузетно отпорни на хабање, користе се за хабајуће слојеве Седиментни Настали консолидацијом седиментних материјала Седименти су очврснули услед дејства силикантних или карбонатних минерала и притиска слојева изнад Карбонатне стене: кречњак, доломит Метаморфни Настали рекристализацијом еруптивних или седиментних стена под дејством притиска и температуре Гнајс, кварцит, мермер... Налазишта агрегата у Србији кречњак еруптивац Налазишта Каменоломи дробљени камени агрегат Сепарације речни шљунак и песак Природни агрегат Подела природног каменог агрегата према величини зрна Дробина распаднути стенски материјал > 125 mm Крупнозрни агрегат 4 (2) 125 mm Шљунак Камена ситнеж Племенита камена ситнеж (двоструко дробљена), у фракцијама Туцаник Једностепено дробљење 22/40, 40/63 cm Груби туцаник 50/70 cm Фини туцаник 15/50 cm Ситнозрни агрегат (песак) 0.09 ( ) 4 (2) mm Камено брашно (< 0.71 mm) и пунило (< 0.09 mm) 11

12 Фракционисани камени агрегат Производња каменог агрегата у каменоломима Ризла 0 63 mm ПРИМАРНА (ЧЕЉУСТНА) ДРОБИЛИЦА mm СЕКУНДАРНА и ТЕРЦИЈЕРНА (КОНУСНА или ВЕРТИКАЛНА УДАРНА) ДРОБИЛИЦА Фракције каменог агрегата 0/2, 0/4, 2/4, 4/8, 8/11, 8/16, 16/22, 16/32 mm (племенита камена ситнеж) Материјали за израду подлоге коловозне конструкције Невезани агрегат у доњој и горњој подлози коловозне конструкције Квалитет и гранулометријски састав зависе од порекла и начина прераде (природни, речни, делимично или потпуно дробљени), као и од положаја и функције слоја коловозне конструкциjе у коме су уграђени Опште правило: У доњим нижим слојевима употребљавају се мешавине са већим максималним зрном (max. 0/63 mm), а у горњим слојевима са мањим (нпр. 0/31.5 mm) Дебљине cm Уграђује се у слојевима приближне дебљине cm (max 30 cm) Материјали за израду подлоге коловозне конструкције Невезани агрегат у доњој и горњој подлози коловозне конструкције - наставак Оптимална енергија збијања одређује се Proctorовим опитом при оптималној влажности Носивост се изражава преко: Повратног модула M R Модула деформације E v2 Модула стишљивости М s Калифорнијског индекса носивости CBR За димензионисање коловозне конструкције: M R (E), CBR, E v2 За техничке услове и контролу квалитета: E v2, M S 12