КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ шк. 2017/18 год. в.проф.др Горан Младеновић 1

Transcript

1 KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ VII семестар Одсек за путеве, железнице и аеродроме шк. 2017/18 година Садржај предавања Техничка регулатива у области изградње и одржавања путева и фазе израде пројектне документације Улога коловозне конструкције Историјат грађења коловозних конструкција Основни типови, слојеви и материјали Улога и карактеристике постељице коловозне конструкције Улога, карактеристике и врсте подлога коловозних конструкција Техничка регулатива Законска регулатива Закон о јавним путевима (2005) Тренутно јавна расправа о новој верзији Закона о јавним путевима 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) Техничка регулатива Стандарди Национални (SRPS) Европски (EN норме) Поступак хармонизације српких стандарда са EN нормама 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 Носилац израде стандарда: Институт за стандардизацију, Стандарди других организација и земаља: ASTM, AASHTO.. Дефинишу: Техничке услове Методе испитивања карактеристика материјала и коловозних конструкција Техничке спецификације Техничке спецификације Технички услови за грађење путева у Републици Србији, ЈП Путеви Србије, год. Доступни на: srbije.rs/pdf/harmonizacija/tehnicki_uslovi_za_gradjenje_puteva/srcs1-0_opsti_tehnicki_uslovi( srb-konacna).pdf 1-0 Општи технички услови 2-1 Припремни радови 2-2 Земљани радови 2-3 Систем за одводњавање 2-4 Коловозне конструкције 2-5 Грађевинске конструкције 2-6 Занатски радови 2-7 Саобраћајна сигнализација и опрема 2-8 Подземни радови 2-9 Услуге трећих лица 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 1

2 I предавање Улога коловозних конструкција Коловозне конструкције на путевима и аеродромима 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 деформација и оштећења Да омогуће безбедно одвијање саобраћаја Да заштите тло у постељици од прилива воде и штетног дејства мраза Историјски развој путне мреже Прва примена точка: Месопотамија IV миленијум пре н.е. Путеви у Римском царству 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 Via Appia Via Egnatia 2

3 I предавање Грађење Римских путева XIX век Протиче углавном у знаку железнице У Енглеској се јављају нови поступци грађења XVIII век - Француска Telford T. Telford, Tresaguet, J.L. McAdam (Remarks on the Present System of Road Making, ) 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 Macadam 3

4 Историјат развоја коловозних конструкција Историјски трендови у дебљини коловозних конструкција Први савремени коловози почетком XX века Асфалтни коловоз год. Pennsylvania Ave, Washington DC Са повећањем броја возила и оптерећења, квалитет и носивост коловозних конструкција добијају на значају Бетонски коловози тек год. И поред свега почетком XXвека услови за путовање на већини путева нису били баш идеални... а ствари се, у неким случајевима нису промениле од тог времена! А деца су по природи одлични инжењери! 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 4

5 Основни типови коловозних конструкција 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. Основни типови коловозних конструкција Флексибилна Застор - асфалтни слој(еви) Горња подлога Крута Бетонске плоче Доња подлога Постељица Подлога Постељица Основни слојеви коловозних конструкција Простирање оптерећења кроз коловозну конструкцију застор Слој Тип коловозне конструкције Флексибилна Полу-крута Крута горња подлога доња подлога постељица Постељица 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 Како различити коловози примају и преносе оптерећење 3000 kg. Асфалтни слој 3000 kg. Основни типови оштећења коловозних конструкција Флексибилни коловози Колотрази Пукотине услед замора Термичке пукотине... притисак < 0.2 MPa притисак 2.0 MPa Крути коловози својом крутошћу преносе оптерећење на већу површину и тако смањују притисак на постељицу 5

6 Основни типови оштећења коловозних конструкција Крути коловози Оштећења спојница Денивелација спојница Пукотине... 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) Групе саобраћајног оптерећења Група оптерећења Укупно ESO (T( u )од 80 kn у пројектном периоду Врло тешко > Тешко Средње Лако Врло лако < Постељица коловозне конструкције Застор - асфалтни слој(еви) Горња подлога Доња подлога Постељица Група саоб. опт. Врста и квалитет материјала у кк 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 Класификација тла према крупноћи зрна 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) Ситнозрна тла Крупнозрна тла 6

7 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 Тип тла Крупнозрна тла са више од 50% задржаних на ситу mm Јединствена класификација тла Критеријумиза класификацију (материјал који пролази кроз сито 75 mm) Шљункови са више од 50 % задржаних на ситу 4.75 mm Шљункови са више од 50 % пролаза кроз сито 4.75 mm Чисти шљунак Са < 5% ситних честица Шљунак са ситним честицама Више од 12% ситних честица Чисти песак Са < 5% ситних честица Песак са ситним честицама Више од 12% ситних честица Cu 4 и 1 Cc 3 Cu > 4 и/или 1 Cc 3 Ситне честице: ML или MH Ситне честице: CL или CH Cu 6 и 1 Cc 3 Cu > 6и/или 1 Cc 3 Ситне честице: ML или MH Ситне честице: CL или CH Сим бол GW GP GM GC SW SP SM SC Име групе Добро гранулисан шљунак Лоше гранулисан шљунак Прашинасти шљунак Глиновити шљунак Добро гранулисан песак Лоше гранулисан песак Прашинасти песак Глиновити песак Јединствена класификација тла Јединствена класификација тла Коефицијент униформности D60 Cu = D10 Коефицијент закривљености 2 D30 Cc = D10 D60 где је: D 10 (30,60) отвор сита кроз које је пролаз 10% (30%, 60%) Извор: ASTM D2487 Тип тла Ситнозрна тла са више од 50% пролаза на ситу mm Високо органска тла Критеријумиза класификацију (материјал који пролази кроз сито 75 mm) Прашине и глине са границом течења < 50 Прашине и глине са границом течења 50 Неорганско тло Органско тло Неорганско тло Органско тло IP > 7 и тачка на или изнад А линије IP < 4или тачка испод А линије LL(сув) / LL(влажан) <0.75 IP на или изнад А линије IP испод А линије LL(сув) / LL(влажан) <0.75 Примарно органске материје, тамне боје са органским мирисом Сим бол CL ML OL CH MH OH PT Име групе Глина мале пластичности (посна) Прашина Органске глине или органске прашине Високопластична (масна) глина Еластична прашина Органске глине или органске прашине Тресет Casagrande-ов дијаграм Јединствена класификација тла у постељици За класификацију ситнозрних тла и ситнозрног дела крупнозрних тла Извор: ASTM D2487 7

8 AASHTO класификација тла Прашинсто глиновити материјали Општа Невезани маеријали (35 % или мање пролази кроз сито mm) (више од 35% пролаза класификација кроз сито mm) Група A-1 A-2 A-7 A-3 A-4 A-5 A-6 Подгрупа A-1-a A-1-b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-7-5, A-7-6 Проценат пролазакроз сито 2.0 mm 50 max mm 30 max 50 max 51 min mm 15 max 25 max 10 max 35 max 35 max 35 max 35 max 36 min 36 min 36 min 36 min Карактеристикематеријала који пролази кроз сито mm Граница 40 max 41 min 40 max 41 min 40 max 41 min 40 max 41 min течења (LL) Индекс 6 max NP 10 max 10 max 11 min 11 min 10 max 10 max 11 min 11 min* пластичности Дробина, камена Фини Прашинасти или глиновити Тип материјала ситнеж (шљунак) Прашинаста тла Глиновита тла песак шљунак и песак и песак Погодност за постељицу Одлична до добра Задовољавајућа до лоша коловозне конструкције *Индекс пластичности подгрупе А-7-5 јеједнак или мањи од LL умањене за 30. Индекс пластичности подгрупе A-7-6је већи од LL умањене за 30. 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 тло се деформише под дејством оптерећења услед додатног збијања и истискивања воде и ваздуха Добро збијено тло се деформише само на рачун деформације самих зрна много крући слој Резултат је мала деформација (еластична и трајна). Збијање тла Максимална запреминска маса тла зависи од: Енергије збијања Прокторов опит: Степена влажности Одређивање оптималне влажности за збијање Утврђивање носивости тла у постељици коловозне конструкције Лабораторијске методе Лабораторијски CBR опит Повратни модул M R Теренске методе Теренски CBR (приближно 2/3 лаб. CBR) Опити плочом Модул стишљивости (Швајцарска метода) Модул деформације (Немачка метода) Модул реакције подлоге К (за круте коловозе) Динамички конусни пенетрометар DCP (Dynamic Cone Penetrometer) Нуклеарна сонда (Troxler) Сонда в.проф.др Горан на бази Младеновић простирања електромагнетних таласа Лабораторијски CBR опит Продирање конуса у узорак материјала Упоређење са стандардним дробљеним агрегатом (CBR = 100 %) Повратни модул M R У триаксијалном апарату σ M R M R (MPa) ε y = CBR y = CBR CBR (%) 8

9 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 3. Метода са калибрисаним песком Опит плочом - 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. Швајцарски поступак модул стишљивости M e 5 степени, Δp = 50 kpa 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 Модул деформације Немачки поступак модул деформацијеe v1 или E v2 Кружна плоча D = 30 cm min. 6 степени, Δq тако да Δs < 2 mm q 1 Ev1 = 0.75 D s1 q 2 Ev2 = 0.75 D s2 Пример одређивања E v2 v2 Пример одређивања E v2 v2 Извор: SRPS U.B

10 Динамички конусни пенетрометар (DCP) Једноставан поступак за мерење носивости на терену Омогућава утврђивање дебљине невезаних слојева Изузетно добра и поуздана корелација са CBR Основни податак: индекс продирања (mm/ударац) Динамички конусни пенетрометар (DCP) ASTM D6951 Сва тла изузев CL са CBR < 10 и CH CL са CBR < 10 CH 292 CBR = DCP CBR = CBR = ( DCP) ( DCP) Transport Research Laboratory (TRL) ( log DCP) CBR = 10 где је: DCP (mm/ударац) Динамички конусни пенетрометар (DCP) Друга опрема за мерење носивости постељице и подлоге коловозне конструкције Лаки дефлектометар (LWD) Geo Gauge Мобилни (динамички) уређај за анализу носивости слојева 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 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 10

11 Интелигентно збијање Предности интелигентног збијања Максимална ефикасност поступка збијања Мерење крутости материјала током збијања Идентификација проблематичних зона Смањење трошкова одржавања/ поправке пута Критеријуми за материјал у постељици коловозне конструкције SPRS U.Е8.010 Пројектовање и грађење путева носивост и равност на нивоу постељице Материјали из постељице треба да задовоље следеће карактеристике: Макс. Запреминска маса у свом стању стандардни Прокторов опит према SRPS U.B1.038 мора бити једнака или већа од 1.60 t/m 3 Граница течења LL мора бити мања од 50% Индекс пластичности IP мора бити мањи од 20 Коефицијент неравномерности Cu=D60/D10 мора бити већи од 9 CBR мора бити већи од 3%, бубрење према CBR мора бити мање од 3 % Садржај штетних и органских материја мора бити мањи од 6 % Насипи критеријуми збијености Zbijenost 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 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 Извор: Guide for Mechanistic- Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures, Appendix cc-1: Correlation of CBR Values with Soil Index Properties, NCHRP, TRB,

12 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 Корелације показатеља носивости и деформабилности тла и невезане подлоге CBR (%) Модул деформације (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 Модификација материјала у постељици коловозне конструкције Уколико постељица нема задовољавајућу носивост, може се применити њена стабилизација или замена Стабилизација постељице Механичка стабилизација додатно збијање Физичка стабилизација мешање постојећег материјала са одређени процентом (30 %) дробљеног агрегата Хемијска стабилизација стабилизација хидрауличним везивом Креч примарно за стабилизацију постељице израђене од кохерентног тла (глина) Цемент за некохерентне материјале Мешавина цемент и креча лес Замена материјала у постељици у одређеној дебљини (20 50 cm) како би се постигла захтевана носивост 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 Материјали у подлози коловозне конструкције Невезани агрегат Материјали стабилизовани хидрауличним везивом примарно цементом (песак, шљунак или дробљени агрегат) Битуменом везани материјали Битуменизирани носећи слојеви 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 %) 12

13 I предавање Основни типови коловозних конструкција Врсте каменог агрегата Према пореклу: Природни Флексибилна Крута Застор - асфалтни слој(еви) Битуменизирани носећи слој Бетонске плоче Невезани природни/ дробљени агрегат или цементна стабилизација Постељица Невезани природни/ дробљени агрегат Постељица Природни агрегат 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 Налазишта Каменоломи дробљени камени агрегат Сепарације речни шљунак и песак Подела природног каменог агрегата према пореклу Налазишта агрегата у Србији кречњак еруптивац Магматски (еруптивни) Настали хлађењем магме Силикатног састава Дацит, андезит, базалт, гранит, дијабаз... Изузетно отпорни на хабање, користе се за хабајуће слојеве коловозних конструкција 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... 13

14 I предавање 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) 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) Каменолом Будућност - Прешево Фракционисани камени агрегат 14

15 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 Модула реакције подлоге К Калифорнијског индекса носивости CBR За димензионисање коловозне конструкције: M R (E), CBR, E v2, К За техничке услове и контролу квалитета: E v2, M S Цементна стабилизација Примена у полу-крутим коловозним конструкцијама Тешко и врло-тешко саобраћајно оптерећење Цементна стабилизација Мешавина (најчешће) природног агрегата и цемента 2 6 % цемента CEM II/B-P или CEM II/B-S Технолошка дебљина слоја cm Носивост се одређује на бази чврстоће на притисак после 7 и 28 дана σ 7 = MPa σ 28 = MPa Модул еластичности: 2 30 GPa у зависности од врсте агрегата и садржаја (количине) цемента Чврстоћа на затезање при савијању: 1/8 до 1/10 чврстоће на притисак Цементна стабилизација Основни проблем рефлектовање термичких пукотина Цементна стабилизација Основни проблем рефлектовање термичких пукотина 15

16 Обилазница Београда Добановци - Остружница Обилазница Београда Добановци - Остружница 16