Εισηγητής : ρ. Αναστάσιος. Μανιάτης Αγρονόµος Τοπογράφος Μηχανικός. Σπουδάστριες : Κάρτα Πετρούλα Παπαθωµά ήµητρα ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007

Transcript

1 ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ: ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ Ο ΟΣΤΡΩΜΑΤΩΝ ΜΕΛΕΤΗ: ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΣΦΑΛΟΜΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ Ο ΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ Εισηγητής : ρ. Αναστάσιος. Μανιάτης Αγρονόµος Τοπογράφος Μηχανικός Σπουδάστριες : Κάρτα Πετρούλα Παπαθωµά ήµητρα 1 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007

2 Το οδόστρωµα αποτελείται από ένα σύνολο διαφόρων στρώσεων οι οποίες τοποθετούνται πάνω από το φυσικό έδαφος για τη δηµιουργία της οδού. Σκοπός του είναι να παραλαµβάνει τα φορτία της κυκλοφορίας και να τα κατανείµει στο υπέδαφος. Το εύκαµπτο οδόστρωµα στο οποίο θα αναφερθούµε διακρίνεται κατασκευαστικά σε τρεις οµάδες στρώσεως την επιφανειακή στρώση (ή στρώσεις ), τη βάση και τη υπόβαση. Πρόκειται να κατασκευαστεί αυτοκινητόδροµος του οποίου ο κύριος σκοπός της µελέτης είναι να προσδιορισθούν οι συνθέσεις των αδρανών υλικών από τα οποία θα κατασκευαστούν οι στρώσεις, να προσδιορισθεί το βέλτιστο ποσοστό της ασφάλτου σε ασφαλτόµιγµα που θα χρησιµοποιηθεί και να προσδιορισθούν τα πάχη των διακεκριµένων στρώσεων, δηλαδή της αντιολισθηρής στρώσης, της ασφαλτικής βάσης και της βάσης / υπόβασης. 2

3 Για τη διαστασιολόγηση του οδοστρώµατος θα χρησιµοποιήσουµε τις παρακάτω µεθόδους. i. Η αναλυτική µέθοδος διαστασιολόγησης χρησιµοποιώντας την ελαστική θεωρία πολυστρωµατικών συστηµάτων. ii. Η µέθοδος της Εγνατίας οδού. iii. Η µέθοδος Asphalt institute. iv. Η Βρετανική µέθοδος. iv. 3

4 Σχήµα 2.1 : Τυπική κατασκευαστική διατοµή ευκάµπτου οδοστρώµατος 4

5 Αρχικά µελετάµε τη σύνθεση της ηµερήσιας συνολικής κυκλοφορίας του αυτοκινητοδρόµου, που θα κατασκευάσουµε. Η στρώση έδρασης αποτελείται από αµµοαργιλώδες υλικό. Η βάση / υπόβαση του οδοστρώµατος θα κατασκευαστεί µε ασβεστολιθικά θραύσµατα ενώ οι ασφαλτικές στρώσεις θα κατασκευαστούν συµφωνά µε το σχέδιο της ελληνικής τεχνικής προδιαγραφής Α-100 Στη συνέχεια δίνονται κάποια τεχνικά στοιχεία της ασφάλτου καθώς και συµπληρωτικά δεδοµένα για τον υπολογισµό της διαστασιολόγησης και της παραµένουσας παραµόρφωσης. Ακολουθούν ούν πίνακες µε τα εργαστηριακά αποτελέσµατα του CBR µε τα από υδρεµποτισµό τω αµµοαργιλικών υλικών, τα αποτελέσµατα της δοκιµής συµπύκνωσης κατά Proctor, της κοκκοµετρικής ανάλυσης των αδρανών υλικών για την βάση/ υπόβαση των αδρανών υλικών για την ασφαλτική βάση και για τη συνδετική στρώση. Αµέσως µετά την δοκιµή Marshall των δοκιµίων της ασφάλτου, τα αποτελέσµατα της συνδετικής στρώσης και τα και τα αποτελέσµατα της παραµένουσας παραµόρφωσης. 5

6 Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΙΣΟ ΥΝΑΜΟΥ ΤΥΠΙΟΥ ΑΞΟΝΑ Ασχολείται µε την διερεύνηση της καταστρεπτικής επίδρασης των εµπορικών οχηµάτων σε σχέση µε τα αξονικά φορτηγά. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιηθήκαν συµβατικά εµπορικά οχήµατα µε διαφορικά αξονικά φορτία και πειραµατικά αντιπροσωπευτικά οδοστρώµατα. Παράλληλα οριστικά ένας άξονας µε διδύµους τροχούς. Για τον άξονα αυτό θεωρήθηκε ότι µε µια διέλευση του επέρχεται καταστροφή του οδοστρώµατος ίση µε µια µονάδα. Ο άξονας αυτός ονοµάστ στηκε ισοδύναµος τυπικός άξονας. Η χρησιµότητα της έκφρασης του κυκλοφοριακού φορτίου σε Ι.Τ.Α. είναι ότι απλοποιεί λοποιείται η κυκλοφορία της έκφρασης της καταστρεπτικής επίδρασης της κυκλοφορίας στο οδόστρωµα. Σήµερα σχεδόν όλες οι σύγχρο ρονες µέθοδοι διαστασιολόγησης οδοστρώµατος χρησιµοποιούν τον ΙΤΑ ως µια από τις θεµελιώδες παραµέτρους για τη διαδικασία υπολογισµού του πάχους των στρώσεων του οδοστρώµατος. 6

7 Α ΡΑΝΗ ΥΛΙΚΑ Κοκκοµετρική ανάλυση είναι ο καθορισµός επί τοις εκατό, της κατανοµής των µεγεθών των κόκκων που εµπεριέχοντα στο έδαφος. Εµείς µελετάµε τη διαδικασία που περιλαµβάνει την ανάλυση µε κόσκινα. Για τον προσδιορισµό της κοκκοµετρικής ανάλυσης χρησιµοποιούνται δυο µέθοδοι. I. Η µέθοδος διαδοχικών προσεγγίσεων. II. Η µέθοδος των γραµµικών εξισώσεων. 7

8 ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ Α ΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Αρχικά για την συνδετική στρώση, έχουµε δείγµα τριών αδρανών. Αφού γίνουν οι απαραίτητοι υπολογισµοί και οι αντίστοι στοιχες κοκκοµετρικές καµπύλες εφαρµόζουµε τη µέθοδο των γραµµικών εξισώσεων. Από τα αποτελέσµατα παρατηρούµε ότι η καµπύλη βγαίνει εκτός τον ορίων των προδιαγραφών που µας δίνονται οπότε αναγκαζόµαστε να αλλάξουµε τα ποσοστά. Όµοια κάνουµε την κοκκοµετρική καµπύλη της ασφαλτικής βάσης κ της βάση/ υπόβασης. 8

9 ΕΛΕΓΧΟΣ ΟΚOΙΜΗΣ ΣΕ ΕΥΣΤAΘΕΙΑ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΡΦΩΣΗ Marshall Για τον προσδιορισµό της βέλτιστης περιεκτικότητας της ασφάλτου στο ασφαλτόµιγµα είναι απαραίτητο εκτός από την ευστάθεια και την παραµόρφωση του µίγµατος να υπολογιστούν και οι παρακάτω ιδιότητες του µίγµατος. Gφµ: το φαινόµενο ειδικό βάρος Vα: το ποσοστό των κενών αέρος VMA: το ποσοστό των κενών στο σκελετό των αδρανών του συµπυκνωµένου µίγµατος VFA: το ποσοστό των κενών που πληρώθηκαν µε άσφαλτο 9

10 Με τον καθορισµό της ευστάθειας διασφαλίζεται ότι το ασφαλτόµιγµα έχει την απαιτούµενη αντοχή, ενώ µε τον καθορισµό της παραµόρφωσης διασφαλίζεται ότι το ασφαλτόµιγµα δεν να παραµορφωθεί αρκετά. Στην περίπτωση που το ασφαλτόσκυρόδεµα κατά τη σύνθεση έχει κενά αέρος µικρότερα αυτών που επιτρέπον ονται είναι σίγουρα ότι αυτό θα παραµορφωθεί πρόωρα παρουσιάζοντας έντονη τροχοαυλάκωση Με τα VMA διασφαλίζεται ο διαθέσιµος χώρος µεταξύ των αδρανών που είναι επαρκής για να παραλάβει την ποσότητα της ασφάλτου,ενώ µε το VFA διασφαλίζεται ο επαρκής αριθµός των κενών που πληρώθηκαν µε άσφαλτο. 10

11 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Η συµπεριφορά της ασφάλτου δεν είναι όµοια µε πολλά παραδοσιακά δοµικά υλικά, αντίθετα, υπό την επίδραση της φόρτισης και της θερµοκρασίας, µεταβάλλεται από ελαστική σε ιξώδη. Όταν η επιβολή της τάσης είναι για πολύ σύντοµο χρονικό διάστηµα και ταυτόχρονα η θερµοκρασία είναι πολύ χαµηλή, η άσφαλτος συµπεριφέρεται καθαρά ως ελαστικό υλικό (ψαθυρό). Αντίθετα όταν η τάση επιβάλλεται για µεγάλο χρονικό διάστηµα και η θερµοκρασία είναι υψηλή η συµπεριφορά της ασφάλτου είναι ιξώδης Μεταξύ των παραπάνω δύο ακραίων καταστάσεων, η συµπεριφορά της ασφάλτου είναι ιξωδοελαστική. 11

12 ΜΕΤΡΟ ΥΣΚΑΜΨΙΑΣ Το µέτρο δυσκαµψίας παρουσιάστηκε ως θεµελιώδης παράµετρος για την περιγραφή των µηχανικών ιδιοτήτων των ασφάλτων, κάτι ανάλογα µε το µέτρο ελαστικότητα των στερεών. Το µέτρο δυσκαµψίας της ασφάλτου (S bit ) ή (S b ) κατά αναλογία του µέτρου ελαστικότητας, είναι ο λόγος της τάσης (σ) προς την ανηγµένη παραµόρφωση (ε). Το µέγεθος του µέτρου δυσκαµψίας εξαρτάται από τη θερµοκρασία (Τ) και το χρόνο φόρτισης (t) t). (S bit ) t,t = (σ/t) t,t 12

13 ΕΙΚΤΗΣ ΜΑΛΘΩΣΗΣ ΕΙΚΤΗΣ ΙΕΙΣ ΥΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Η συνοχή της ασφάλτου µπορεί να καθοριστεί και από τη δοκιµή µάλθωσης, η οποία χρησιµοποιείται και για την ταξινόµηση και τον καθορισµό του τύπου των οξειδωµένων ασφάλτων. Η άσφαλτος ως ιξωδοελαστικό υλικό δεν έχει συγκεκριµένο σηµείο µαλακώνει και να γίνεται περισσότερο ρευστή. 13

14 ΕΙΚΤΗΣ ΙΕΙΣ ΥΤΙΚΟΤΗΤΑΣ (Ρ.Ι.).) Η θερµοκρασιακή επιδεκτικότητα της ασφάλτου, δηλαδή το πόσο εύκολα µαλακώνει µε την αύξηση της θερµοκρασίας και το πόσο σκληραίνει µε την πτώση της, δεν µπορεί να προσδιοριστεί από το σηµείο µάλθωσης, γι αυτό ορίζεται ο δείκτης διεισδυτικότητας. Η κάθε άσφαλτος έχει το δικό της δείκτη διεισδυτικότητας. 14

15 ΟΚΙΜΗ Proctor Η δοκιµή Proctor έχει σκοπό να προσδιορίσει τη σχέση µεταξύ της πυκνότητας και της περιεχόµενης υγρασίας του εδαφικού υλικού και από την βέλτιστη υγρασία τη µέγιστη πυκνότητα. 15

16 CBR-ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ιαδικασία δοκιµή : I. Συµπύκνωση δοκιµίων II. Υδρεµποτισµός III. Επιβολή φορτίου µέτρηση διείσδυσης IV. Υπολογισµός CBR V. Καθορισµός CBR µελέτης 16

17 ΕΠΙΛΟΓΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗΣ ΣΤΡΩΣΗΣ Η επιφανειακή στρώση ή στρώση κυκλοφορίας είναι η κατώτερη ασφαλτική στρώση του οδοστρώµατος, η οποία έρχεται σε άµεση επαφή µε τους τροχούς των οχηµάτων και πρέπει να παρέχει άριστη και ασφαλή επιφάνεια κύλισης. Ειδικότερα θα πρέπει: να είναι ανθεκτική στην καταστροφική δράση της κυκλοφορίας και των καιρικών συνθηκών, να µην παραµορφώνεται εύκολα από την κυκλοφορία, να µη ρηγµατώνεται εύκολα από την επίδραση θερµοκρασιακών µεταβολών και εφελκυστικών τάσεων, να παρέχει καλή αντιολισθηρή επιφάνεια κύλισης, να παρέχει καλή επιπεδότητα για υψηλής ποιότητας και ασφάλειας οδήγηση, να παρέχει επιφάνεια κύλισης µε όσο το δυνατόν χαµηλότερο επίπεδο θορύβου, να συνεισφέρει στην αντοχή του οδοστρώµατος, να είναι σχεδόν αδιαπέραστη από το νερό, ώστε να µην επιτρέπεται η διείσδυσή του στις υποκείµενες στρώσεις. 17

18 Το κάθε ασφαλτόµιγµα παράγει επιφανειακή στρώση µε διαφορετικά επιφανειακά χαρακτηριστικά, έχει διαφορετικές µηχανικές ιδιότητες και διαφορετικό κόστος. Η επιλογή του κατάλληλου ασφαλτοµίγµατος γίνεται από το µελετητή ανάλογα µε τον κυκλοφοριακό φόρτο, τη διάρκεια ζωής που θέλουµε να έχει το οδόστρωµα και τις συνθήκες του περιβάλλοντος. Βάσει των παραπάνω η επιφανειακή στρώση που θα επιλέξουµε (λαµβάνουµε βέβαια υπόψη µας και το πάχος και τα υλικά των άλλων στρώσεων) είναι λεπτή επιφανειακή στρώση η οποία έχει πάχος 25mm mm, εξαιρετική αντιολισθηρή επιφάνεια, καλή µείωση θορύβου και σταγονιδίων του νερού, χρειάζεται λίγα αδρανή σχετικά µε τα υπόλοιπα ασφαλτοµίγµατα, είναι οικονοµικότερη και έχει µεγάλη διάρκεια ζωής. Βέβαια, είναι ελαφρώς ευαίσθητη στις καιρικές συνθήκες αλλά βάσει των δεδοµένων µας το περιβάλλον και οι καιρικές συνθήκες είναι καλά. 18

19 ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ Αναλυτική µέθοδος µε χρήση ελαστικής θεωρίας πολυστροµατικών συστηµάτων I. Μέθοδοι υπολογισµού τάσεων - παραµορφώσεων II. Μονοστρωµατικά συστήµατα (Θεωρία Boussinesq) III. Συστήµατα τριών ή περισσοτέρων στρώσεων Μέθοδος Asphalt Institute Μέθοδος ΕΟΑE Βρετανική µέθοδος εύκαµπτου οδοστρώµατος 19

20 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΗ ΕΛΑΣΤΙΚΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ ΠΟΛΥΣΤΩΜΑΤΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ i. Μέθοδοι υπολογισµού τάσεων - παραµορφώσεων Ο υπολογισµός των τάσεων που αναπτύσσονται σε ένα οδόστρωµα είναι βασικότατη προϋπόθεση και επιτυγχάνεται µε διάφορες θεωρίες, αναλόγως του αριθµού των στρώσεων που συνθέτουν το οδόστρωµα. εξ ορισµού η εδαφική στρώση, δηλαδή το υπέδαφος, θεωρείται ως µια στρώση. Η κλασική περίπτωση ενός οδοστρώµατος που αποτελείται από βάση από ασύνδετα αδρανή και ασφαλτικές στρώσεις, µε τις ίδιες µηχανικές ιδιότητες, θεωρείται ως ένα σύστηµα τριών στρώσεων (µία του υπεδάφους, µία της στρώσης από ασύνδετα αδρανή και µία των ασφαλτικών στρώσεων). Γενικότερα, η κατασκευή κάθε ενιαίας στρώσης µε διαφορετικές µηχανικές ιδιότητες από τις άλλες στρώσεις, θεωρείται ως µια διακεκριµένη στρώση. 20

21 ii. Μονοστρωµατικά συστήµατα (Θεωρία Boussinesq) Η θεωρία Boussinesq αναπτύχθηκε στο τέλος του 19ου αιώνα. Αν και δε χρησιµοποιείται σήµερα στα οδοστρώµατα, διότι αναφέρεται στην ιδανική περίπτωση ύπαρξης µιας µόνο στρώσης, αυτής του εδάφους, αποτέλεσε τη βάση ανάπτυξης όλων των µεταγενέστερων θεωριών για κατανοµές τάσεων. 21

22 iii. Συστήµατα τριών ή περισσοτέρων στρώσεων Τα συστήµατα τριών ή και περισσοτέρων στρώσεων προσοµοιάζουν επακριβώς µε την πραγµατική κατάσταση των ευκάµπτων οδοστρωµάτων, δεδοµένου ότι σε ένα τυπικό οδόστρωµα υπάρχουν πλέον των δύο στρώσεων. Μία ή περισσότερες στρώσεις από ασφαλτόµιγµα, µία στρώση από ασύνδετα αδρανή, ορισµένες φορές µία στρώση υπόβασης και τέλος το υπέδαφος. 22

23 Μέθοδος Asphalt Institute Η µέθοδος του Asphalt Institute χρησιµοποιεί την ελαστική θεωρία σε πολυστρωµατικό σύστηµα. Με τη µέθοδο αυτή µπορεί να διαστασιολογηθεί τόσο το πάχος εύκαµπτου οδοστρώµατος που αποτελείται από βάση (και υπόβαση) µε ασύνδετα αδρανή και ασφαλτικές στρώσεις, όσο και το πάχος οδοστρώµατος του οποίου όλες οι στρώσεις είναι από ασφαλτόµιγµα, το οποίο θα ονοµάζεται χάριν συντοµίας οδόστρωµα «ολικού πάχους». Επίσης, µε τη µέθοδο αυτή µπορεί να υπολογισθεί το πάχος του οδοστρώµατος το οποίο αποτελείται από ψυχρό ασφαλτόµιγµα και στρώση βάσης από ασύνδετα αδρανή. Η διαδικασία και τα στάδια των υπολογισµών δίνονται στο παρακάτω διάγραµµα του Σχήµατος

24 Σχήµα : ιάγραµµα µεθοδολογίας διαστασιολόγησης οδοστρωµάτων κατάasphalt Institute. 24

25 Βρετανική µέθοδος Με τη µεθοδολογία αυτή µπορεί να διαστασιολογηθεί ένα τυπικό εύκαµπτο οδόστρωµα, ή ένα «σύνθετο» (µικτό) εύκαµπτο οδόστρωµα, όπως επίσης και ένα δύσκαµπτο ή ένα «σύνθετο» δύσκαµπτο οδόστρωµα. Το εύκαµπτο οδόστρωµα, σύµφωνα µε αυτή τη µεθοδολογία, αποτελείται από τρεις διακεκριµένες στρώσεις: την επιφανειακή ή φθειρόµενη στρώση από ασφαλτόµιγµα, τη στρώση της βάσης του οδοστρώµατος από ασφαλτόµιγµα και τη στρώση από ασύνδετα ή σταθεροποιηµένα µε τσιµέντο αδρανή που ονοµάζεται υπόβαση. Στο «σύνθετο-µικτό» εύκαµπτο οδόστρωµα το µόνο που αλλάζει είναι η βάση αυτού, η οποία αποτελείται από µια στρώση άοπλου σκυροδέµατος (η κατώτερη στρώση) και µια στρώση από ασφαλτόµιγµα (ανώτερη στρώση). Εκτός της δυνατότητας διαστασιολόγησης όλων των παραπάνω στρώσεων, η µεθοδολογία παρέχει επίσης τη δυνατότητα καθορισµού του πάχους της εξυγιαντικής στρώσης η οποία απαιτείται στην περίπτωση ασθενούς υπεδάφους. Η διαδικασία διαστασιολόγησης ευκάµπτων και «µικτών» εύκαµπτων οδοστρωµάτων επεξηγείται στο παρακάτω διάγραµµα του Σχήµατος

26 Σχήµατος : ιάγραµµα διαστασιολόγησης εύκαµπτων οδοστρωµάτων µε τη Βρετανική µέθοδο HD 26/94 26

27 Μέθοδος ΕΟΑE Η µέθοδος της Εγνατίας Οδού Α.Ε.. (ΕΟΑΕ( ΕΟΑΕ) είναι µια ηµιαναλυτική µεθοδολογία που αναπτύχθηκε το 1997 για να καλύψει τις ανάγκες διαστασιολόγησης των οδοστρωµάτων της Εγνατίας οδού. Η µέθοδος µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την διαστασιολόγηση των ευκάµπτων οδοστρωµάτων σε όλη την Ελληνική επικράτεια ή γενικότερα σε χώρες µε κλιµατολογικές συνθήκες όµοιες της Ελλάδος. Η µέθοδος της ΕΟΑΕ αποτελείται από νοµογραφήµατα και πίνακες που παρέχουν τη δυνατότητα υπολογισµού του πάχους των ασφαλτικών στρώσεων ευκάµπτων οδοστρωµάτων, του πάχους της βάσης και της υπόβασης καθώς και το πάχος της εξυγιαντικής στρώσης, συναρτήσει της φέρουσας ικανότητας του υπεδάφους και του κυκλοφοριακού φόρτου. Η φέρουσα ικανότητα του υπεδάφους εκφράζεται συναρτήσει του Καλιφορνιακού δείκτη (CBR) ενώ ο κυκλοφοριακός φόρτος σε Ισοδύναµους Τυπικούς Άξονες (ΙΤΑ)). Η µέθοδος παρέχει τη δυνατότητα διαστασιολόγησης των ασφαλτικών στρώσεων από ασφαλτικό σκυρόδεµα µε όλους τους τύπους συµβατικής ασφάλτου οδοστρωσίας, όπως επίσης και τροποποιηµένης ασφάλτου, όσον αφορά το πάχος της ανώτατης ασφαλτικής στρώσης (στρώση κυκλοφορίας). 27

28 Για τη διαστασιολόγησης ευκάµπτων οδοστρωµάτων χρησιµοποιήθηκε η ελαστική θεωρία πολυστρωµατικών συστηµάτων, κατά την οποία τα υλικά χαρακτηρίζονται από το µέτρο ελαστικότητας. Επίσης, ελήφθησαν υπόψη και η συνολική παραµένουσα παραµόρφωση (βάθος τροχοαυλάκωσης) στο τέλος της σχεδιαστικής διάρκειας ζωής του οδοστρώµατος να µη ξεπερνά τα 25mm mm. Σηµειώνεται ότι κατά τη σχεδιαστική διάρκεια ζωής του οδοστρώµατος θα απαιτηθεί αντικατάσταση της αντιολισθηρής στρώσης. Ο χρόνος ή συχνότητα επέµβασης εξαρτάται από την καταλληλότητα των αδρανών υλικών της επιφανειακής στρώσης σε σχέση µε µέγεθος του κυκλοφοριακού φόρτου. Τέλος, η µέθοδος παρέχει τη δυνατότητα διαστασιολόγησης των ασφαλτικών στρώσεων σε περίπτωση επιλεχθεί σταδιακή κατασκευή. Η διαδικασία διαστασιολόγησης των ευκάµπτων οδοστρωµάτων, σύµφωνα µε τη µέθοδο της ΕΟΑΕ, επεξηγείτε στο παρακάτω διάγραµµα του Σχήµατος

29 Σχήµα 14.30: ιάγραµµα ροής µεθοδολογίας διαστασιολόγησης στρωµάτων 29

30 ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ Ο ΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ α) Ελαστική θεωρία πολυστρωµατικών συστηµάτων Τα πάχη που βρέθηκαν για την στρώσεις του οδοστρώµατος είναι τα εξής : Επιφανειακή στρώση : 25 mm Συνδετική στρώση : 40 mm Ασφαλτική στρώση : 140 mm Βάση - υπόβαση : 260 mm Συνολικό πάχος οδοστρώµατος : 540 mm β) Μέθοδος της Εγνατίας οδού Τα πάχη που υπολογίστηκαν είναι τα εξής : Επιφανειακή στρώση : 25 mm Συνδετική στρώση : 40 mm Ασφαλτική στρώση : 155 mm Βάση - υπόβαση : 400 mm Συνολικό πάχος οδοστρώµατος : 620 mm 30

31 γ) Μέθοδος του Asphalt institute Τα πάχη που βρέθηκαν είναι : Επιφανειακή στρώση : 25 mm Συνδετική στρώση : 40 mm Ασφαλτική στρώση : 120 mm Βάση - υπόβαση : mm Συνολικό πάχος οδοστρώµατος : 480 mm δ) Βρετανική µέθοδος διαστασιολόγισης Τα πάχη που βρέθηκαν είναι : Επιφανειακή στρώση : 25 mm Συνδετική στρώση : 40 mm Ασφαλτική στρώση : 140 mm Βάση υπόβαση : mm Συνολικό πάχος οδοστρώµατος : 445 mm Σηµειώνεται ότι σε όλες τις περιπτώσεις έχουµε 300 mm εξυγιαντική στρώση. 31

32 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΗΣ ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗΣ Η διαστασιολόγηση των στρωµάτων συνιστάται στον καθορισµό του πάχους της κάθε στρώσης που όλες µαζί συνθέτουν το οδόστρωµα. Σκοπός κατά τη διαστασιολόγηση είναι να κατανεµηθούν τα φορτία του κυκλοφοριακού φόρτου κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι τάσεις που µεταβιβάζονται στο υπέδαφος να µπορούν να παραληφθούν από την φέρουσα ικανότητα του εδάφους. Παράλληλα, θα πρέπει οι τάσεις και οι παραµορφώσεις που αναπτύσσονται σε οποιαδήποτε στρώση να µην υπερβαίνουν τις τάσεις που δίνονται να παραλάβουν τα υλικά που συνθέτουν κάθε στρώση. Ο καθορισµός του πάχους της κάθε στρώσεις εξαρτάται άµεσα από το µέγεθος και τη συχνότητα του επιβαλλόµενου φορτίου (κυκλοφοριακού φορτίου), τα µηχανικά χαρακτηριστικά της κάθε στρώσης, τη φέρουσα ικανότητα του εδάφους και τις κλιµατολογικές συνθήκες. Από τις κλιµατολογικές συνθήκες, η θερµοκρασία και η υγρασία είναι οι βασικότεροι παράγοντες επηρεασµού. 32

33 Επίσης και ένας αριθµός άλλων παραγόντων θα πρέπει πάντοτε να λαµβάνεται υπόψη έτσι ώστε να καθορίζεται η τελική διαστασιολόγηση του οδοστρώµατος. Οι παράγοντες αυτοί είναι : το κόστος, η κατασκευή,η συντήρηση και η διάρκεια ζωής. Κατά συνέπεια,ο σχεδιασµός ενός οδοστρώµατος,δεν είναι για απλή υπολογιστική διαδικασία που υπακούει σε µία συγκεκριµένη µεθοδολογία αλλά µία τεχνοοικονοµική διαδικασία αρκετά περίπλοκη. Και οι 4 µέθοδοι που χρησιµοποιήσαµε για την διαστασιολόγηση λαµβάνουν υπόψη τα παραπάνω,δίνουν όµως διαφορετικά αποτελέσµατα.βλέπουµε ότι οι δύο πρώτες µέθοδοι : ελαστική θεωρία και Εγνατία οδός δίνουν µεγαλύτερα πάχη από την Asphalt institute και την Βρετανική µέθοδος, Αν και η µεθοδολογία της Εγνατίας οδού δίνει στο οδόστρωµα µεγαλύτερου πάχους που συνεπάγεται µεγαλύτερο κόστος κατασκευής.είναι πιο ασφαλής και πιο σύγχρονη από τις άλλες και ανταποκρίνεται καλύτερα στα ελληνικά δεδοµένα γι αυτό και θα επιλεγεί. 33

34 ΠΑΡΑΓΩΓΗ-ΣΥΝΘΕΣΗ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΩΝ Η παραγωγή θερµών ασφαλοτοµιγµάτων συνίσταται στην εν θερµώ ανάµειξη σε ειδικά συγκροτήµατα των αδρανών µε την άσφαλτο, έτσι ώστε το παραγόµενο ασφαλτόµιγµα να είναι οµοιογενές και σύµφωνο µε την προκαθορισµένη σύνθεση. Πριν την προσθήκη της ασφάλτου σε ποσοστό που καθορίζεται από την µελέτη, τα αδρανή αναµιγνύονται σε προκαθορισµένες αναλογίες έτσι ώστε να προκύπτει η επιθυµητή κοκκοµετρική διαβάθµιση. Επίσης πριν την προσθήκη της ασφάλτου, τα αδρανή θερµαίνονται για να ξηραθούν και να αποκτήσουν την επιθυµητή θερµοκρασία, κατάλληλη για την πλήρη επικάλυψή τους µε άσφαλτο. 34

35 Συµφώνα µε τις συνθήκες και τις απαιτήσεις του έργου µας το συγκρότηµα παραγωγής που επιλέγουµε είναι αυτό της παραγωγής ανά παρτίδες-έµµεσης θέρµανσης. Το οποίο εµφανίζει πολλά πλεονεκτήµατα: µπορεί να παράγει όλους τους τύπους ασφαλτοµιγµάτων, δεν εκπέµπει πολύ βλαβερούς ατµοσφαιρικούς ρύπους, περιορίζεται η µεταβλητότητα στην τροφοδοσία αδρανών, υπάρχει δυνατότητα παραγωγής µικρών ποσοτήτων, παραγωγή µιγµάτων σε όλες τις επιθυµητές θερµοκρασίες, δεν είναι αναγκαία η αποθήκευση του µίγµατος και µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για την παραγωγή ανακυκλωµένων µιγµάτων. Βέβαια είναι ακριβότερο και έχει λίγο µικρότερη απόδοση από αυτό της συνεχούς ροής αλλά βολεύει να το χρησιµοποιήσουµε. 35

36 ΙΑΣΤΡΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΩΝ Η διάστρωση του ασφαλτοµίγµατος θα εκτελείται µε κατάλληλο οδοστρωτήρα (Finisher), ο οποίος θα διαστρώνει και θα ισοπεδώνει το ασφαλτόµιγµα στο απαιτούµενο πάχος, χωρίς να προκαλεί διαχωρισµό του ασφαλτοµίγµατος ή άλλες επιφανειακές ατέλειες στη διαστρωθείσα επιφάνεια. Σε έργα αυτοκινητοδρόµων όπου αναµένεται να αναπτύσσονται υψηλές ταχύτητες επιβάλλεται η χρήση διαστρωτήρων εξοπλισµών µε αυτόµατα ηλεκτρονικά συστήµατα ελέγχου ώστε να εξασφαλίζονται οι απαιτούµενες στάθµες (πάχος στρώσεων) και επικλίσεις. Το ασφαλτόµιγµα, µόλις φτάσει στο έργο διαστρώνεται, προσυµπηκνώνεται και εξοµαλύνεται. Η διάστρωση πρέπει να γίνεται µε τη µικρότερη δυνατή καθυστέρηση. Ο ρυθµός τροφοδοσίας ρυθµίζεται µε τέτοιο τρόπο ώστε η λειτουργία του διαστρωτήρα να είναι συνεχής και η ποσότητα του µίγµατος εντός αυτού να είναι κατάλληλη ώστε να αποφεύγεται η υπέρ ή υπό- τροφοδότηση αυτού. 36

37 ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΩΝ Η συµπύκνωση είναι ίσως το πιο κρίσιµο στάδιο κατασκευής, όχι µόνο των ασφαλτικών αλλά και όλων των άλλων στρώσεων. Από αυτήν πρόκειται να εξαρτηθεί κατά ένα πολύ µεγάλο βαθµό η καλή συµπεριφορά του οδοστρώµατος και στην προκείµενη περίπτωση των ασφαλτικών στρώσεων. Σκοπός κατά τη συµπύκνωση των ασφαλτικών στρώσεων είναι να επιτευχθεί ένα βέλτιστο ποσοστό κενών και παράλληλα να διασφαλιστεί µια οµαλή επιφάνεια. Η συµπύκνωση του ασφαλτοµίγµατος θα αρχίσει όταν η κυλίνδρωση είναι εφικτή χωρίς να προκαλείται µετατόπιση ή συσσώρευση του διαστρωθέντος µίγµατος και θα ολοκληρώνεται όταν αυτό έχει τουλάχιστον την ελάχιστη επιτρεπτή θερµοκρασία κυλίνδρωσης. Η κυλίνδρωση των ασφαλτικών µιγµάτων θα γίνεται κατά τη διαµήκη διεύθυνση και παράλληλα προς τον άξονα της οδού. 37

38 ΠΑΡΑΜΕΝΟΥΣΑ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ Εκτίµηση ελαστικού µέτρου δυσκαµψίας ασφαλτοµίγµατος Εάν η µέτρηση του ελαστικού µέτρου δυσκαµψίας των ασφαλτοµιγµάτων δεν είναι εφικτή τότε αυτό είναι δυνατόν να εκτιµηθεί για οποιαδήποτε θερµοκρασία και χρόνο φόρτισης, γνωρίζοντας µόνο το µέτρο δυσκαµψίας της ασφάλτου και τις ογκοµετρικές ποσοστιαίες αναλογίες των συστατικών του µίγµατος (άσφαλτος και αδρανή). Θα πρέπει να αναφερθεί ότι επειδή η άσφαλτος οξειδώνεται από τα πρώτα ακόµη στάδια της εφαρµογής της (αποθήκευση, ανάµιξη και διάστρωση) ο καθορισµός του µέτρου δυσκαµψίας του ασφαλτοµίγµατος από τις ιδιότητες της αρχικής ασφάλτου πριν την παραγωγή του ασφαλτοµίγµατος θα δώσει µη πραγµατικά αποτελέσµατα. Για το λόγο αυτό συνιστάται όπως ο καθορισµός του µέτρου δυσκαµψίας του ασφαλτοµίγµατος να γίνεται µε βάση τις ιδιότητες (διεισδυτικότητα και σηµείο µάλθωσης) που προκύπτουν από την άσφαλτο που έχει ανακτηθεί από το παραχθέν ασφαλτόµιγµα. 38

39 Καθορισµός στατικού µέτρου δυσκαµψίας Ο καθορισµός του στατικού ή ιξώδους µέτρου δυσκαµψίας γίνεται εργαστηριακά µε συσκευές που επιβάλλουν µονοαξονικό στατικό φορτίο για αρκετά µεγάλο χρονικό διάστηµα (µία ως δύο ώρες). Η δοκιµή είναι γνωστή ως δοκιµή ερπυσµού. Με τη δοκιµή αυτή καθορίζεται η συµπεριφορά του ασφαλτοµίγµατος σε παραµένουσα παραµόρφωση ενώ η γνώση του στατικού µέτρου δυσκαµψίας του ασφαλτοµίγµατος παρέχει τη δυνατότητα πρόβλεψης της παραµένουσας παραµόρφωσης του οδοστρώµατος. 39

40 οκιµή ερπυσµού µε στατικό φορτίο (Static creep test) Κατά τη δοκιµή ερπυσµού στο δοκίµιο του ασφαλτοµίγµατος επιβάλλεται στατικό σταθερό οµοαξονικό φορτίο για συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα και σε σταθερή θερµοκρασία περιβάλλοντος. Η δοκιµή ερπυσµού αρχικά χρησιµοποιήθηκε για την ανάπτυξη της συµπεριφοράς της ασφάλτου και των ασφαλτοµιγµάτων κάτω από φορτίο ερπυσµού (δηλαδή σταθερό φορτίο που προκαλεί ερπυσµό). Με την επιβολή σταθερής θλιπτικής τάσης (σο) για χρονικό διάστηµα (t,) η ανηγµένη παραµόρφωση αυξάνει µε ταχύ ρυθµό και σύντοµα σταθεροποιείται. Μετά την αποµάκρυνση της επιβαλλοµένης τάσης η ελαστική παραµόρφωση ανακτάται αµέσως και σταδιακά η ιξωδοελαστική. Στο τέλος παραµένει η ιξώδης ή πλαστική παραµόρφωση που ονοµάζεται παραµένουσα παραµόρφωση. Το άθροισµα αυτών των απειροελάχιστων µη αναιρέσιµων παραµορφώσεων είναι η αιτία της παραµόρφωσης του οδοστρώµατος που εµφανίζεται µε τη µορφή τροχοαυλάκωσης. 40

41 Εκτίµηση παραµένουσας παραµόρφωσης οδοστρώµατος Η εκτέλεση της δοκιµής ερπυσµού δίνει τη δυνατότητα να γίνει η εκτίµηση - πρόβλεψη της παραµένουσας παραµόρφωσης που θα επέλθει στο οδόστρωµα µετά από n χρόνια λειτουργίας. Έτσι είναι δυνατόν να διαπιστωθεί εάν το συγκεκριµένο οδόστρωµα θα παραµορφωθεί πρόωρα και γενικότερα να διαπιστωθεί εάν η παραµόρφωση των ασφαλτικών στρώσεων του οδοστρώµατος θα είναι η κύρια αστοχία του οδοστρώµατος σε σύγκριση µε άλλες αστοχίες όπως ρηγµάτωση. Η δυνατότητα αυτή είναι πολύ χρήσιµη ιδιαίτερα σε χώρες όπου η παραµορφωσιµότητα των ταπήτων είναι η βασική και συχνή µορφή αστοχίας. 41

42 42

43 Κατά την διάρκεια εκπόνησης της πτυχιακής µας εργασίας επισκεφτήκαµε τα εργοτάξια κατασκευής οδοστρωµάτων στην Εγνατία οδό µε στόχο την καλύτερη εµπέδωση των εννοιών µε τις οποίες ασχοληθήκαµε. Στις επισκέψεις αυτές συνοµιλήσαµε µε τους επιβλέποντες µηχανικούς και το εργατοτεχνικό προσωπικό οι οποίοι µας ενηµέρωσαν για την διαδικασία και την πορεία κατασκευής του οδοστρώµατος. Έτσι εκτός από την εµπέδωση µπορέσαµε να αντιληφθούµε και τις διαφορές µεταξύ του σταδίου µελέτης και κατασκευής. Οι φωτογραφίες που παρουσιάζονται παρακάτω τραβήχτηκαν κατά την διάρκεια αυτών των επισκέψεων. 43

44 Φωτογραφία : Προοπτική εικόνα έργου (είσοδος σήραγγας και τοίχος αντιστήριξης) 44

45 Φωτογραφία : Προοπτική εικόνα έργου (οδός σε γέφυρα και είσοδος σήραγγας) 45

46 Φωτογραφία : ιάστρωση του γεωυφάσµατος στο έδαφος του οδοστρώµατος. 46

47 Φωτογραφία : Περατωµένο τµήµα οδού. 47

48 Φωτογραφία : ιαµόρφωση τάφρου 48

49 Φωτογραφία : Πρανές επιχώµατος. 49