KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ. Квалитет (носивост) постељице. Климатско хидролошки услови. Квалитет (носивост) постељице. Квалитет (носивост) постељице

Transcript

1 Димензионисање коловозних конструкција према SRPS U.C4.01 KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ IX предавање Емпиријске методе за димензионисање флексибилних Метода SRPS U.C4.01/1981 Метода SRPS U.C4.015/1994 (AASHTO 1993) в.проф.др в.проф..др Горан Младеновић шк. 015/16 год. Основни параметри: Пројектни период Ниво услуге (возна способност на крају пројектног периода) Саобраћајно оптерећење Климатско-хидролошки услови Квалитет постељице Квалитет материјала у слојевима коловозне конструкције Климатско хидролошки услови Фактор средине R Зависи од: Дубине и трајања смрзавања Дужине засићења тла водом Дужине сувог периода у току године Вредности R = Европа R = Србија R =.0 Од интереса завршни слој постељице (горњих 50 cm) Изражава се преко Калифорнијског индекса носивости CBR (%) CBR min = 3 % Класификација постељице: CBR(%) Квалитет постељице 5 Врло лоша постељица 5 8 Лоша постељица 8 0 Постељица средњег квалитета Индекс носивости тла S = log CBR Пројектна вредност CBR-a вредност која је мања или једнака од 90 % појединачних вреднoсти испитаних на датом хомогеном потезу Минимална дужина хомогеног потеза је 500 m 0 30 Добра постељица Одлична постељица, дипл.инж. 1

2 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 Лабораторија триаксијални апарат: σ M R Teрен: - модул стишљивости Ms (SRPS U.B1.046/1968) - модул деформације Е v1 ili E v (SRPS U.B1.047/1997) ε MR (MPa) Asphalt Institute AI y = CBR TRL y = CBR CBR (%) Корелације показатеља носивости и деформабилности тла и невезане подлоге CBR (%) Модул деформације (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 v M s M R(AI) M R(TRL) 3 9 (15) (17) (19) () (7) (31) (36) (48) (53) в.проф.др 105 Горан 190 Младеновић k Квалитет материјала у коловозној конструкцији Вредновање материјала преко коефицијената замене замењујуће дебљине појединих материјала у односу на стандардни материјал Просечне вредности коефицијената замене материјала Врста материјала Коефицијент замене a i Стандард SRPS Асфалт-бетон 0.4 U.E4.014 Битуменизирани дробљени камени материјал Битуменизирани шљунак са додатком камене ситнежи (30 %) 0.35 U.E U.E9.01 Битуменизиранишљунак 0.8 U.E9.01 ДБНС 0.4 U.E9.08 Стабилизација цементом 0.0 U.E9.04 Стабилизација кречом 0.17 U.E9.06 Туцаник 0.14 U.E9.00 Дробљени камени материјал 0.14 U.E9.00 Гранулисани шљунак 0.11 U.E9.00 Дробљени природни шљунак 0.11 U.E9.00 Коефицијенти замене За битуменизиране мешавине стабилност по Маршалу S t За цементом стабилизоване мешавине чврстоћа на притисак после 7 дана За невезани агрегат CBR Природни в.проф.др шљунковити Горан Младеновић песак 0.07 U.E9.00, дипл.инж.

3 Коефицијенти замене Типови ТИП 1 ТИП ТИП 3 Асфалтни слојеви Асфалтни слојеви Асфалтни слојеви Невезани агрегат Цементна стабилизација Цементна стабилизација Невезани агрегат Основна једначина log Tu = 9.36 log ( SN +.54) G t 1 + log R 5.19 ( SN +.54) ( S 3.0) T u -укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном периоду SN структурни број коловозне конструкције (cm) SN = a i di 4. pt 4..5 Gt = log = log = P t крајњи индекс употребљивости R фактор средине S индекс носивости тла SN pot Потребна носивост коловозне конструкције SN pot SN = SN + SN = pot 1 SN 1 структурни број битуменом везаних слојева (застор и горња подлога) SN структурни број носећих слојева (невезаних или цементом стабилизованих слојева) a d i АБ БНС i цементна стабилизација или невезани агрегат невезани агрегат a 11 d 11 a 1 d 1 a d a 3 d 3 Потребна дебљина битуменом везаних слојева ТИП 1 ТИП,3 Индекс дебљине структурни број битуменом везаних слојева SN1 = a r da = a11 d11 + a1 d1 a r коефицијент замене за све битуменом везане слојеве, a r =0.38 d a дебљина битуменом везаних слојева a ii коефицијент замене за поједине слојеве d ii дебљине појединих слојева log d a log d a = 0.19 log T 0.65 = 0.19 log T u u Потребна дебљина носећих слојева Разлика укупно потребне носивости и носивости битуменом везаних слојева SN SN a d = SN POT 1 i i i= ТИП 1, директно се одређује потребна дебљина доње подлоге ТИП 3 Усвоји се дебљина једног слоја, невезаног агрегата или цементне стабилизације, а дебљина другог слоја се одређује из услова да се постигне потребна носивост n, дипл.инж. 3

4 Одређивање потребне дебљине слојева са дијаграма d a d Одређивање потребних дебљина слојева При усвајању материјала мора се водити рачуна о групи саобраћајног оптерећења Усвојене дебљине слојева морају бити у границама технолошких дебљина за дате материјале Правило: дебљина опада са порастом квалитета материјала Технолошке дебљине: АБ и БНС дато у одговарајућим стандардима (техничким условима) табеле у прилозима Цементна стабилизација 15 5 cm Невезани агрегат cm Заштита кк од дејства мраза према SRPS U.B9.01 Базирано на Швајцарским прописима (још увек актуелним) Трајна оштећења коловозне конструкције услед: Бубрења материјала у постељици услед стварања ледених сочива Смањења носивости материјала у постељици услед повећања влажности при одмрзавању Утицајни параметри Климатски и хидролошки услови SRPS U.C4.016 Осетљивост материјала постељице SRPS U.E1.01 Дубина смрзавања, одређена директним мерењем према SRPS U.B9.010 Укупна дебљина коловозне конструкције Климатски услови Скуп метереолошких појава које карактеришу просечно стање атмосфере и њене промене на одређеној локацији, подручју или области кроз које пут пролази, у одређеном временском периоду Индекс мраза трајање мраза на одређеном подручју Индекс мраза апсолутна вредност разлике између максимума и минимума кумулативне линије средњих дневних температура ваздуха у најхладнијем периоду (хладни талас) на једном одабраном месту или метеоролошкој станици за посматрану зиму ( o C x дана) Индекс мраза Индекс мраза (ИМ) Индекс мраза околине за проверу коловозне конструкције користи се индекс мраза одређен на висини од 1. mса три мерења дневно: 7,14,1 h Индекс мраза површине коловоза Индекс мраза на нивоу постељице Пројектне вредности индекса мраза 0-годишњи пројектни период просечна вредност ИМ за 3 најхладније зиме у протеклом 30-годишњем периоду 10-годишњи пројектни период просечна вредност ИМ за 3 најхладније зиме у протеклом 15-годишњем периоду, дипл.инж. 4

5 Хидролошки услови Стање подземних вода у близини пута, при чему се може радити о подземној води, воденим џеповима и води са косина падина терена Могу бити повољни и неповољни зависно од: Дубине смрзавања Нивоа подземне воде Осетљивости материјала постељице на смрзавање Хидролошки услови Повољни хидролошки услови Насип висине изнад 1.5 m Плитак усек са добрим условима одводњавања Ниво подземне воде нижи од дубине смрзавања Када изнад нивоа подземне воде нема других могућности дотицања воде Неповољни хидролошки услови Насип висине испод 1.5 m Дубок усек Плитак усек са слабим условима одводњавања Ниво подземне воде у зони смрзавања Када постоји могућност капиларног издизања подземне воде Осетљивост материјала постељице на смрзавање Категорија G1 врло мало осетљиви G слабодо средње осетљиви G3 средње осетљиви G4 врло осетљиви Врста материјала Шљунак Шљунак Песак Шљунак Песак Глина (IP > 1) Прашина Праш.песак Глин.прашина (IP>1) Услојена глина Честице < 0.0 mm (%m/m) >0 >15 >15 КласификацијаSRPS U.E8.010 GW,GP,GM,GC GM,GC-GL,GM-GC,GM- ML SW,SP,SM,SC GS-CL,GM-GC,GM-GL SC,SM-SC,SM-ML CL,CH ML,MH SM-ML CL,CL-ML CL,ML, CL,ML,SM CL,CH,ML CL,CH,ML,SM у слојев. Дубина смрзавања Највећа дубина мерена од површине коловоза до које се порна вода претвара у лед у току периода смрзавања Одговара изотерми 0 о C Добија се: Директним мерењем На основу индекса мраза Зависи од: Дебљине коловозне конструкције и њених термичких карактеристика Запреминске масе материјала постељице у сувом стању Меродавне вредности индекса мраза Дијаграми за одређивање дубине дејства мраза Дијаграми за одређивање дубине дејства мраза Класа материјала постељице I II III IV V VI VII VIII Запреминска маса у сувом стању γ d (t/m 3 ) Влажност(%) Врста материјала Шљунак, песак, чист или мало прашинаст Прашинаст и глиновит шљунак или песак 18 5 Прашина или глина, 5 33 евентуално са песком или шљунком I ( o C x dani), дипл.инж. 5

6 Критеријуми за примену мера заштите Техничке мере за спречавање оштећења кк Циљеви: Онемогућити смрзавање материјала постељице који је осетљив на дејство мраза Ограничити ефекте издизања услед бубрења материјала проузрокованог смрзавањем Ограничити ефекте смањења носивости коловозне конструкције у току периода одмрзавања Техничке мере Потпуна замена материјала у постељици Делимична замена материјала у постељици Израда везаних слојева Термичка изолација Потпуна и делимична замена материјала у постељици кк Делимична замена материјала у постељици кк Потпуна замена Делимична замена 1. G4. G3 (G) 1. Замрзнут део коловозне конструкције. Замрзнут део постељице 3. Незамрзнут део постељице Дебљине се смањују за 10 % за повољне хидролошке услове (случајеви II и III) Код бетонских коловозних конструкција и материјала G3 или G4, дебљина се може смањити за 15 % Димензионисање коловозне конструкције према SRPS U.C4.015 Основни параметри: Пројектни период Ниво услуге (возна способност на крају пројектног периода) Саобраћајно оптерећење Квалитет постељице Квалитет материјала у слојевима коловозне конструкције Ниво поузданости Утицај околине (бубрење тла и дејство мраза) Модификације у односу на SRPS U.C4.01 Индекс носивости тла Sје замењен повратним модулом тла М R Коефицијенти замене материјала a i су функција модула слојева E i Елиминисан је фактор средине Rи утицај околине (температура, влажност, бубрење тла, дејство мраза) се уводи директно преко коефицијената корекције и одговарајућих губитака употребљивости, дипл.инж. 6

7 Модификације у односу на SRPS U.C4.01 Уведен концепт поузданости: За све улазне параметре се користи средња вредност Преко нивоа поузданости се уводи фактор сигурности који треба да обухвати утицаје који су резултат варијације појединих параметара Могућност фазног извођења у дужем пројектном периоду Основна једначина log Tu = ZR So log ( SN +.54) Gt ( SN +.54) +.3 log MR T u -укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном периоду (стандардних осовина од 80 kn) Z R стандардно нормално одступање за одговарајући ниво пројектне поузданости S o стандардно одступање p po pt G t = log = log p губитак употребљивости у току пројектног периода P o почетни индекс употребљивости P t крајњи индекс употребљивости SN pot Основна једначина (наставак) log Tu = ZR So log ( SN +.54) Gt ( SN +.54) М R повратни модул постељице (MPa) +.3 log MR SN структурни број коловозне конструкције (cm) SN = a1 d1 + m a d + m3 a3 d3 а i коефицијент замене i-тог слоја d i - дебљина i-тог слоја (cm) m i коефицијент одводњавања i-тог слоја SN pot Пројектни период Временски период који се обухвата економском анализом трошкова изградње и одржавања коловозне конструкције (LCC Life Cycle Cost) Разред пута Високо оптерећени аутопутеви (градски) Аутопутеви и путеви I разреда Период између две рехабилитације -мин. 5 год. Пројектни период (год) Остали путеви 15 5 Путеви са застором од невезаног агрегата 10-0 Ниво услуге (Возна способност) PSI (p) Present Serviceability Index PSI= log 1 ( + SV) 0.01 C + P RD SV slope variance промена нагиба C,P површина захваћена пукотинама (> 1 mm, m/1000m ) и закрпама (m /1000m ) RD дубина колотрага (cm) PSI = 0 5 Ниво услуге (Возна способност) Губитак употребљивости коловоза: PSI= PSI o PSI t Почетни индекс употребљивости: Флексибилне кк PSI o = 4. Круте кк PSI o = 4.5 Крајњи индекс употребљивости PSI t = 3.0,.5 или.0 зависно од ранга саобраћајнице и нивоа саоб.оптерећења Крај животног века кк: PSI t = 1.5, дипл.инж. 7

8 Саобраћајно оптерећење Еквивалентно саобраћајно оптерећење T u број прелаза стандардних осовина од 80 kn у току пројектног периода (периода између две рехаб.)на пројектној саобраћајној траци Коефицијенти (фактори) еквиваленције зависе од: Крутости коловозне конструкције (SN) Вредности за SN =.5, 5, 7.5, 10, 1.5, 15 cm Крајњег индекса употребљивости (PSI t ) Табеле за PSI t =.0,.5 или 3.0 Дати за једно, дво, и троосовинско оптерећење Фактори еквиваленције саобраћајног оптерећења Коефицијенти еквиваленције за једноосовинско оптерећење и p t =.0 Осовинско Структурни број коловозне конструкције SN [cm] оптерећење [kn] в.проф.др 151 Горан 18.5 Младеновић Прорачун саобраћајног оптерећења Одредити из табела факторе еквиваленције (f ei ) за сва индивидуална осовинска оптерећења Одредити факторе еквиваленције за сва возила (F ej ) која учествују у саобраћају Одредити дневно саобраћајно оптерећење множењем дневног броја прелаза возила и фактора еквиваленције возила: T d l = F ej j= 1 n j Прорачун еквивалентног саобраћајног оптерећења Укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у I години експлатације T = 365 g T d Еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном периоду (ПП) се добија на основу: T g Просечне стопе раста саобраћаја r у ПП Прорачун еквивалентног саобраћајног оптерећења Коефицијент раста саобраћаја у ПП: q = P 1 + r 100 ( 1+ r) 1 i= 1 r просечна годишња стопа раста саобраћаја (%) P дужина пројектног периода (год) P = r P Прорачун еквивалентног саобраћајног оптерећења Укупно саобраћајно оптерећење у ПП: T u = R S R T q R s фактор расподеле по смеровима, R s = R t фактор расподеле по тракама Број трака у сваком правцу Коефицијент R t t g , дипл.инж. 8

9 σ Изражава се преко повратногмодула М R (MPa) уместо Калифорнијског индекса носивости CBR (%) M R ε MR (MPa) y = CBR y = CBR CBR (%) Сезонски утицаји (промена влажности) Одређује се пондерисана вредност на основу 1 или 4 сезонске вредности, преко фактора релативног оштећења U f За сваку сезону се одреди U fi MPa.3 Ufi = = 118,03 M Ri MRi (MPa) На основу просечне вредности U fi се из истог израза одреди пондерисана (пројектна) вредност модула постељице М R Пондерисана вредност повратног модула постељице Квалитет материјала у коловозној конструкцији Вредновање материјала преко коефицијената замене замењујуће дебљине појединих материјала у односу на стандардни материјал Коефицијенти замене -функција модула слојева и других карактеристика Дати дијаграми и једначине за: Асфалт-бетон и БНС са дробљеним агрегатом Бито-шљунак и ДБНС Цементну стабилизацију Невезани агрегат у горњој подлози Невезани агрегат у доњој подлози Асфалт-бетон или БНС са дробљеним агрегатом Бито-шљунак и ДБНС a = 0.40 loge E1 a1 = E ,1 1 E a = 0.30log = 3000 = 0.30log E Користити само за бито-шљунак и ДБНС! НЕза БНС са дробљеним агрегатом!, дипл.инж. 9

10 Цементна стабилизација Невезани агрегат у горњој подлози E a 0.5log = = 3000 = 0.5log E 1.78 E a = 0.49log = 160 = 0.49log E Невезани агрегат у доњој подлози E3 a3 = 0.7 log = 160 = 0.7 log E Коефицијенти одводњавања SN = a + 1D1 + a Dm a 3D3m3 Само за невезане материјале у горњој и доњој подлози Квалитет одводњавања Проценат времена у току године када је коловозна конструкција изложена нивоу влажности блиском засићењу < 1 % 1 5 % 5 5 % >5 % Одличан Добар Средњи Слаб Врло слаб Поузданост t(год) Поузданост R вероватноћа да ће коловозна конструкција на крају пројектног периода и при датим условима имати индекс употребљивости већи или једнак крајњем индексу употребљивости Улазни параметри за прорачун: Средње вредности: Саобраћајног оптерећења Носивости постељице Коефицијената слојева и одводњавања p p 0 p t Поузданост Разред пута Фазна изградња: R = R f n Ниво поузданости (%) Градски Ванградски Аутопутеви Путеви I разреда и градске магистрале Путеви II, III и IV разреда Локални путеви , дипл.инж. 10

11 Поузданост Дијаграм за димензионисање (саобраћајно оптерећење) Фактор поузданости log F R = - Z R * S o R (%) Z R Стандардно одступање S o - могућа комбинована грешка услед погрешног предвиђања саобраћајног оптерећења и понашања коловоза S o = Анализа утицаја околине Дејство мраза Додатни губитак употребљивости услед: Дејства мраза Бубрења тла у постељици Оцена дејства мраза се изводи на основу: Врсте материјала у постељици константа издизања ϴ F (mm/дан) Квалитета одводњавања максимални могући губитак употребљивости услед дејства мраза max p Вероватноће дејства мраза P F (%) Дејство мраза Врста материјала у постељици Константа издизања ϴ F (mm/дан) степен повећања неравности коловоза услед издизања услед дејства мраза Дејство мраза Максимални губитак употреб. max pзависи од: Дубине дејства мраза Квалитета одводњавања Квалитет одводњавања Квалитет одводњавања Одличан Добар Средњи Слаб Врло слаб Вода се из кк уклања у року од ½ дана 1 дана 1 недеље 1 месеца Вода се не дренира, дипл.инж. 11

12 Дејство мраза Вероватноћа дејства мраза Губитак употребљивости услед дејства мраза p FH Вероватноће дејства мраза P F (%) Део деонице на коме је могуће штетно дејство мраза Зависи од: Врсте материјала у постељици Услова влажности и услова одводњавања Броја циклуса мржњења у току године Дубине дејства мраза p FH зависи од: Константе издизања ϴ F max p Вероватноће P F Дужине периода t(год) P FH = 0.01P F 0.0θFt ( max P)( 1 e ) Бубрење тла у постељици Бубрење тла у постељици Константа бубрења Доминантно у кохерентним материјалима (глине,прашине) у првих 5 година након изградње Зависи од: Врсте материјала и прилива влаге у постељици константа бубрења ϴ S (mm/дан) Максималног могућег издизања услед бубрења тла max V R (cm) Вероватноће бубрења тла P S (%) Константа бубрења ϴ S (mm/дан) зависи од врсте тла и прилива влаге Мали прилив влаге = мало падавина и добро одводњавање Велики прилив влаге = пуно падавина и слабо одводњавање Бубрење тла у постељици Максимално вертикално издизање Губитак употребљивости услед дејства бубрења тла p SW p SW зависи од: Константе бубрења ϴ S max V R Вероватноће P S Дужине периода t(год) P SW = V P R S θst ( 1 e ), дипл.инж. 1

13 Димензионисање конструкције Збирно дејство саобраћаја и фактора околине p p pr Циљ: Наћи дужину периода t i за коју ће збирно дејство саобраћаја и фактора околине проузроковати губитак употребљивости једнак пројектном p PR p FH,SW (t i ) коловозне p TR (t i ) t i p FH,SW (t 1 ) p TR (t 1 ) Поступак димензионисања Период до првог ојачања t 1 -SN pot услед саоб.оптерећења: T u, R, S o, M R, p TR = p o -p t SN pot -Коловозна конструкција се димензионише SN usv 1. Ако постоји дејство мраза или бубрење тла губитак употребљивости p FH,SW t < t 1. Срачунати p FH,SW (t 1 ) 3. Одредити p TR (t ) = p PR - p FH,SW (t 1 ) 4. Одредити T u (t ) t (из фактора раста саобраћаја) Ако је ǀt i -t i+1 ǀ < 1 год. крај итерација Ако је ǀt i -t i+1 ǀ > 1 год. поновити кораке 1 4 T (год) t 1 Димензионисање коловозне конструкције Димензионисати за саобраћај за период t 1 p Одредити p FH,SW (t 1 ) Одредити p pr p TR (t ) = p PR - p FH,SW (t 1 ) Одредити T u (t ) t Ако је ǀt 1 -t ǀ > 1 нова итер. p FH,SW (t ) p TR (t 3 ) = p PR - p FH,SW (t ) Одредити T u (t 3 ) t 3 Ако је ǀt -t 3 ǀ > 1 нова итер. p FH,SW (t ) p FH,SW (t 1 ) p TR (t ) t p TR(t 3 ) t 3 T (год) p FH,SW (t 1 ) p TR (t 1 ) t 1, дипл.инж. 13