Schválil: generálny riaditeľ Slovenskej správy ciest TP: 04/2002 TECHNICKÝ PREDPIS Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn apríl 2002 SSC Bratislava
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn OBSAH 1 ÚVODNÁ ČASŤ 3 1.1 PREDMET PREDPISU 3 1.2 NAHRADENIE PREDCHÁDZAJÚCEHO PREDPISU 3 1.3 SÚVISIACE ZÁKONY A TECHNICKÉ PREDPISY 3 1.4 CITOVANÉ TECHNICKÉ NORMY 3 1.5 VYPRACOVANIE PREDPISU 4 1.6 DISTRIBÚCIA PREDPISU 4 1.7 ÚČINNOSŤ PREDPISU 4 1.8 PODKLADY PRE SPRACOVANIE KATALÓGU KONŠTRUKCIÍ VOZOVIEK PRE OSOVÉ ZAŤAŽENIE 115 KN 4 2 VŠEOBECNE 4 2.1 PREDPOKLADY NÁVRHU A VÝPOČTU VOZOVKY 4 2.2 DEFINÍCIE A POJMY 5 2.3 ZNAČKY A OZNAČOVANIE MATERIÁLOV 6 3 VSTUPNÉ ÚDAJE 6 3.1 DOPRAVNÉ ZAŤAŽENIE 6 3.2 PODLOŽIE 9 3.3 NÁVRHOVÁ ÚNOSNOSŤ PODLOŽIA 11 3.4 NÁVRHOVÁ ÚNOSNOSŤ UPRAVENÉHO PODLOŽIA 12 3.5 CHARAKTERISTIKY KLIMATICKÝCH PODMIENOK 16 4 POSTUP PRI NÁVRHU KONŠTRUKCIE VOZOVKY POMOCOU KATALÓGU 19 4.1 NÁVRH DIAĽNIČNEJ VOZOVKY 19 4.2 KONŠTRUKCIE ASFALTOVÝCH VOZOVIEK 19 4.3 VYBRANÉ MATERIÁLY, ICH KVALITA A OZNAČENIE: 20 4.4 POŽIADAVKY NA KVALIFIKOVANÝ NÁVRH KONŠTRUKCIE VOZOVKY 21 5 PRÍKLAD NÁVRHU DIAĽNIČNEJ VOZOVKY 23 5.1 DOPRAVNÉ ZAŤAŽENIE 23 5.2 ÚNOSNOSŤ PODLOŽIA 24 6 KATALÓGOVÉ LISTY 25 2
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 1 Úvodná časť 1.1 Predmet predpisu Technické podmienky (TP) Katalóg vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn (ďalej len katalóg vozoviek) platí pre navrhovanie konštrukcií diaľničných asfaltových vozoviek a všetkých ďalších vozoviek, ktoré majú zaťaženie, životnosť a spoľahlivosť rovnakú ako diaľničné vozovky. TP sú určené pre investorské, projektové, realizátorské a výskumné organizácie, ktoré sa zaoberajú problematikou návrhu a posudzovaním asfaltových vozoviek. 1.2 Nahradenie predchádzajúceho predpisu Tento predpis nahradzuje časť predpisu (týkajúcu sa veľmi zaťažených vozoviek) s názvom Katalóg vozoviek miestnych komunikácií, MV Správa dopravy:1987(vydal Dopravoprojekt Bratislava). 1.3 Súvisiace zákony a technické predpisy 1. Zákon č.135/1961 Zb. o pozemných komunikáciách (Cestný zákon) v znení neskorších predpisov, úplné znenie pod č. 193/1997 Z.z.; 2. Technicko kvalitatívne podmienky SSC TKP časť 5 - Podkladové vrstvy, SSC:2000 1.4 Citované technické normy STN 73 6100 STN 73 6114 STN 73 6121 STN 73 6122 STN 73 6124 STN 73 6125 STN 73 6126 STN 73 6127 STN 73 6128 STN 73 6129 STN 73 6130 STN 73 6133 Názvoslovie pozemných komunikácií Vozovky pozemných komunikácií. Základné ustanovenia pre navrhovanie. Stavba vozoviek. Hutnené asfaltové vrstvy. Stavba vozoviek. Liate asfalty. Stavba vozoviek. Kamenivo stmelené hydraulickým spojivom. Stavba vozoviek. Stabilizované podklady. Stavba vozoviek. Nestmelené vrstvy. Stavba vozoviek. Prelievané vrstvy. Stavba vozoviek. Vtláčané vrstvy. Stavba vozoviek. Postreky a nátery. Stavba vozoviek. Emulzné kalové vrstvy. Stavba ciest. Teleso pozemných komunikácií. 3
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn 1.5 Vypracovanie predpisu Na základe vedeko-technického projektu MVRR (č.04022840504) spracúvaného v rokoch 1998-2001 spracoval a na požiadavku SSC upravil v roku 2002: VUIS-CESTY spol. s r. o., Lamačská 8, 817 16 Bratislava : Zodpovedný riešiteľ: Ing. Vladimír Řikovský, CSc. Spoluriešiteľ: Ing. Adrián Fonód 1.6 Distribúcia predpisu Distribúciu predpisu zabezpečí SSC Bratislava odovzdaním príslušného počtu výtlačkov všetkým zainteresovaným úsekom a útvarom Slovenskej správy ciest, inštaláciou do siete VT SSC a zaslaním na MDPT SR. Ďalšiu distribúciu zabezpečí za úhradu SSC Bratislava, úsek 2000. 1.7 Účinnosť predpisu Prepis nadobúda účinnosť od schválenia uvedeného na titulnej strane. 1.8 Podklady pre spracovanie katalógu konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn 1.8.1 Katalóg vozoviek sa spracoval na základe Technických podmienok Návrhová metóda asfaltových vozoviek pre vybrané vozovky cestnej siete spracované spoločnosťou VUIS- CESTY spol. s r.o. ako jedného z výstupov vedeko-technického projektu MVRR (č.04022840504) s názvom Zefektívnenie diaľničnej siete v SR a zohľadnenie zvýšeného osového zaťaženia na úroveň EÚ. 1.8.2 Katalóg vozoviek uvádza cestné stavebné materiály, ktoré splňujú STN 73 0031 a normy súboru STN 73 6121 až 31. 2 Všeobecne 2.1 Predpoklady návrhu a výpočtu vozovky 2.1.1 Katalóg vozoviek vychádza z nasledovných predpokladov: - vozovku podľa katalógu navrhujú odborne spôsobilé, kvalifikované a skúsené osoby, - stavebné materiály vo vozovke budú postavené v súlade so súborom noriem STN 73 6121-31 Stavba vozoviek. - charakteristiky podložia uvažované v návrhu sa zhodujú so skutočnosťou, - vozovka bude udržiavaná v prevádzkyschopnom stave, - vozovka bude zaťažovaná spôsobom uvažovaným pri navrhovaní v katalógu, 2.1.1 Katalóg vozoviek sa spracoval s použitím návrhovej metódy, ktorá je založená na teoretickom riešení a výpočtových modelov vozoviek viacvrstvového systému s uvážením poznatkov o mechanickej účinnosti vozoviek skúšaných na kruhovej skúšobnej dráhe v rámci riešenia vedecko-technického projektu (empirická časť metódy). 2.1.2 Výpočet a posúdenie asfaltových vozoviek s upraveným podložím za účelom zvýšenia únosnosti podložia sa robí tak, ako posúdenie netuhej alebo polotuhej konštrukcie vozovky, pričom možno aplikovať: 4
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 spôsob I.: pričom vrstvu upraveného podložia uvažujeme ako samostatnú vrstvu vo viacvrstvovom systéme, spôsob II.: pričom vrstvu upraveného podložia uvažujeme ako súčasť pružného polpriestoru. Pri charakterizovaní vlastností materiálov vrstiev sa predpokladajú ich pružné vlastnosti. Postup pri odvodzovaní návrhových hodnôt deformačných a pevnostných charakteristík materiálov je zhodný s postupom pri výpočtoch konštrukcií pomocou medzných stavov: meraná veličina charakteristická hodnota návrhová (odvodená) hodnota Neistota v modeloch konštrukcie vozovky a pri určovaní dopravného zaťaženia a ďalších predpokladov sa rieši požadovanou hodnotou súčiniteľa využitia pevnosti materiálov (SV) resp. mierou spoľahlivosti MS>1,0. 2.2 Definície a pojmy 2.2.1 konštrukcia vozovky: vrstevnatý systém zložený z konštrukčných vrstiev vozovky, 2.2.2 netuhá vozovka: asfaltová vozovka z vrstiev asfaltových zmesí na nestmelených vrstvách kameniva a podloží 2.2.3 polotuhá vozovka: asfaltová vozovka z vrstiev asfaltových zmesí na cementom stmelenej polotuhej podkladovej vrstve a podloží 2.2.4 prevádzková výkonnosť:: miera schopnosti vozovky odolávať namáhaniu do dosiahnutia medzného stavu. Vyjadruje sa spravidla počtom opakovaní zaťaženia návrhovou nápravou 2.2.5 spoľahlivosť vozovky :schopnosť plniť požadované funkcie vozovky v požadovanej dobe. Spoľahlivosť charakterizuje prevádzkovú spôsobilosť, dobu životnosti, udržiavateľnosť a opraviteľnosť, 2.2.6 kritická vrstva: konštrukčná vrstva vozovky, ktorá je rozhodujúca pri posudzovaní podmienky spoľahlivosti celej konštrukcie vozovky. 5
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn 2.3 Značky a označovanie materiálov AKM Asfaltový koberec mastixový: obrusná vrstva s vysokým podielom drveného kameniva v ktorej sú medzery kamennej kostry z veľkej časti vyplnené mastixom podľa STN 73 6121 (1996), AB I Asfaltový betón: obrusná alebo ložná vrstva z asfaltovej zmesi s uzavretou zrnitosťou kameniva a s použitím modifikovaného asfaltového spojiva, kvalitatívnej triedy I podľa STN 73 6121 (1996), OK I Obaľované kamenivo: horná podkladová vrstva z asfaltovej zmesi, a s použitím modifikovaného asfaltového spojiva, kvalitatívnej triedy I vyrobená podľa STN 73 6121 (1996), SC I Cementová stabilizácia: cementom stmelená zmes zeminy, alebo iného materiálu S PTS I kvalitatívnej triedy I podľa STN 73 6125 (1996), Stabilizácia zeminy alebo iného materiálu pomaly tuhnúcim spojivom kvalitatívnej triedy I podľa STN 73 6125 (1996), KSC II Kamenivo spevnené cementom: vrstva zmesi kameniva s určenou zrnitosťou kameniva, hydraulického spojiva a vody kvalitatívnej triedy II podľa STN 73 6124 (1996), KS PTS II Kamenivo spevnené pomaly tuhnúcim spojivom: vrstva zmesi kameniva s určenou zrnitosťou kameniva, spojiva a vody, kvalitatívnej triedy II podľa STN 73 6124 (1996), MSK Mechanicky spevnené kamenivo: (minerálny betón), vrstva vyrobená zo zmesi najmenej dvoch frakcií prírodného, alebo umelého kameniva vyrobená v miešacom centre podľa STN 73 6126 (1996), možnosť použitia troskového kameniva, MSK-TK ŠD Vrstva zo štrkodrviny: vrstva z drveného kameniva (štrkodrviny podľa STN 72 1512 (1990)) vytvorená rozprestieraním a zhutnením podľa STN 73 6126 (1996) možnosť použitia troskového kameniva, ŠD-TK TK troskové kamenivo: umelé hutné troskové kamenivo z vysokopecnej trosky (UHKTVP) podľa STN 72 1512 3 Vstupné údaje 3.1 Dopravné zaťaženie 3.1.1 Podkladom pre stanovenie dopravného zaťaženia sú výsledky sčítania dopravy všetkých nákladných vozidiel za 24 hodín (alebo priemerne za 1 rok) v oboch smeroch: NV/24 hod. 3.1.2 Priemerný počet nákladných vozidiel v návrhovom období je: NV ( δ + ) NV p 0,5. z δ k. = (1) kde δ z, δ k sú koeficienty rastu intenzity nákladnej dopravy. V prípade, že nie sú stanovené investorom, možno ich uvažovať podľa tabuliek č.1 a č.2. 6
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 Tabuľka č. 1 Výhľadové koeficienty rastu intenzity dopravy podľa druhu vozidiel na diaľniciach do roku 2030 Rok T nákladné vozidlá O osobné vozidlá M motocykle S všetky vozidlá 1995 1,00 1,00 1,00 1,00 2000 1,48 1,69 1,67 1,65 2005 2,06 2,68 2,50 2,54 2010 2,51 3,65 3,50 3,41 2015 2,58 4,16 3,83 3,81 2020 2,51 4,39 4,00 3,99 2025 2,37 4,49 4,00 4,05 2030 2,26 4,53 4,17 4,06 2030 Tabuľka č. 2 Výhľadové koeficienty rastu počtu nákladných vozidiel na diaľniciach do roku Rok Výhľadový koeficient δ pre diaľnice 1995 1,00 2000 1,48 2005 2,06 2010 2,51 2015 2,58 2020 2,51 2025 2,37 2030 2,26 3.1.3 Redukovaný počet nákladných vozidiel v jednom smere a v jednom pruhu sa vyráta podľa rovnice: NV red = C1. C2. C3. C4. NV p (2) kde C1 je súčiniteľ prevodu dopravného zaťaženia cestnej komunikácie na jeden smer a jeden pás, pre nákladné vozidlá na diaľniciach uvažujeme: C1 = 0,500 C2 súčiniteľ vyjadrujúci pravdepodobnosť opakovania zaťaženia v profile dimenzovaného pruhu, pre diaľnice a rýchlostné komunikácie uvažujeme C2 = 1,000 C3 súčiniteľ vyjadrujúci mieru vyťaženia nákladných vozidiel, ak nie sú k dispozícii údaje o hmotnosti vozidiel a zaťažení náprav (z váženia vozidiel), uvažujeme na diaľnici vyťaženie vozidiel 80 %, čo zodpovedá hodnote: C3 = 0,623 7
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn C4 súčiniteľ vyjadrujúci zvýšený účinok dopravného zaťaženia, pre zaraďovacie pruhy a stúpacie pruhy na diaľniciach C4 = 1,200 3.1.4 Celkový počet nákladných vozidiel za návrhové obdobie n o rokov je NV c = NV red. 365. n o (3) 3.1.5 Návrhové obdobie pre diaľnice sa uvažuje spravidla 25 rokov, t.j. n 0 =25. 3.1.6 Ekvivalentný počet návrhových náprav (100 kn) sa vyráta pomocou rovnice: N c = C5. NV c (4) kde C5 je súčiniteľ prevodu účinkov rôznych typov nákladných vozidiel v dopravnom prúde na účinok návrhovej nápravy (100 kn). Vyrátame ho zo vzťahu: pj C5 = α j. (5) j 100 pričom: N c, N α j = (6) Nc, i kde j je označenie typov nákladných vozidiel v dopravnom prúde, - percento výskytu určitého typu nákladného vozidla v dopravnom prúde, p j α j,v - prevodový súčiniteľ účinku určitého vozidla na účinok návrhovej, nápravy na konštrukcii vozovky v. 3.1.7 V prípadoch kedy nie sú k dispozícii údaje o skladbe dopravného prúdu, hmotnosti nákladných vozidiel a zaťažení ich náprav, uvažujeme: C5 = 2,035 (7) 3.1.8 Pri určovaní ekvivalentného počtu návrhových náprav treba prepočítať aj účinky náprav s hmotnosťou 115 kn. 3.1.9 V prípade, že nie sú známe podrobnejšie podklady pre výpočet dopravného zaťaženia možno približne vypočítať ekvivalentný počet návrhových náprav (100 kn) za návrhové obdobie podľa rovnice: N c = 6 950 NV p (8) 8
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 3.1.10 Odporúča sa, aby sa dopravné zaťaženie na diaľničnej vozovke uvažovalo s minimálnym počtom N c = 25.10 6 návrhových náprav (tiaž návrhovej nápravy je 100 kn). 3.2 Podložie 3.2.1 Návrhová únosnosť podložia diaľničnej vozovky sa vyjadruje modulom pružnosti pre stredné ročné podmienky E n,s [MPa] 3.2.2 Určuje na základe výsledkov inžiniersko-geologického prieskumu a výsledkov laboratórnej skúšky pomeru únosnosti zeminy CBR pri návrhových podmienkach: návrhovej objemovej hmotnosti ρ d,n a návrhovej vlhkosti zeminy w n. 3.2.3 Klasifikácia zemín Predbežné informácie o vlastnostiach zemín získavame pomocou ich klasifikácie. Klasifikáciu zemín robíme hlavne na základe: - zrnitostného rozboru, - stanovenia medze konzistencie, - namŕzavosti zemín. Zrná a frakcie rozdeľujeme podľa kritérií uvedených v STN 72 1001 (tabuľka č. 3). Tabuľka č. 3 Klasifikácia zŕn a frakcií Rozmer zŕn (mm) Názov zŕn Názov frakcie Symbol < 0,002 jemné ílovitá C 0,002-0,06 prachovitá M 0,06-2,0 hrubé piesčitá S 20-60 štrkovitá G 60-200 veľmi kamenitá Cb >200 hrubé balvanitá B 3.2.4 Zmes zeminy s hrubými (piesok, štrk) a jemnými (íl, prach) zrnami sa klasifikuje podľa klasifikačného (trojuholníkového) diagramu. Diagram podľa STN 72 1001 rozlišuje tri základné skupiny zemín (tabuľka č. 4). Tabuľka č. 4 Základné členenie zemín Skupina zemín Základný názov Symbol Obsah frakcie štrkovitá štrk G piesčitá piesok S jemnozrnná jemnozrnná zemina F jemnozrnná frakcia < 35 % prevláda štrkovitá frakcia nad piesčitou jemnozrnná frakcia < 35 %, prevláda piesčitá frakcia nad štrkovitou jemnozrnná frakcia > 35 % 9
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn 3.2.5 Podľa zrnitosti a plasticity zemín, u štrkovitých a piesčitých zemín aj podľa čísla krivosti a čísla nerovnozrnitosti, delíme zeminy na triedy. 3.2.6 Číslo krivosti stanovíme podľa vzťahu : ( d ) 2 30 C c = (9) 3.2.7 Číslo nerovnozrnitosti stanovíme podľa vzťahu : d d 10.d 60 60 C u = (10) d10 3.2.8 V závislosti od hodnoty medze tekutosti podľa STN 72 1001 zatrieďujeme zeminy podľa tabuľky č.5. Tabuľka č. 5 Zatriedenie zemín podľa medze tekutosti Plasticita zeminy Symbol Medza tekutosti w L ( %) Nízka L < 35 Stredná I 35 50 Vysoká H 50 70 veľmi vysoká V 70 90 extrémne vysoká E > 90 3.2.9 Technická norma STN 72 1002 uvádza v prílohe A celkove dvadsaťšesť zemín, štrnásť jemnozrnných (súdržných) zemín a dvanásť hrubozrnných (nesúdržných) zemín, z toho päť ílovitých, deväť hlinitých, sedem piesčitých a päť štrkovitých. Tieto sú podľa vhodnosti zatriedené do štyroch skupín pre násypové teleso a do 10 skupín pre vhodnosť do podložia vozoviek. 3.2.10 Namŕzavosť zeminy môžeme posudzovať a) podľa zrnitosti (STN 72 1002) b) pomocou priamej skúšky namŕzavosti (STN 72 1191) Miera namŕzavosti priamou skúškou namŕzavosti je okrem zrnitosti ovplyvnená aj geologickým pôvodom a chemizmom posudzovanej zeminy. 3.2.11 Návrhová únosnosť podložia je charakterizovaná návrhovým modulom pružnosti. Je to hodnota odvodená z hodnoty CBR n zeminy v podloží, ktorá sa stanovuje pri návrhových parametroch jej zhutnenia: - návrhovej objemovej hmotnosti, ρ d,n (kg. m -3 ) - návrhovej vlhkosti, w n ( % ). 3.2.12 Sú to hodnoty odvodené z výsledkov laboratórnej skúšky zhutniteľnosti so zhutňovacou prácou Proctor Standard (STN 72 1015) pre jemnozrnné (súdržné) zeminy (F) a z relatívnej uľahlosti I D (STN 72 1006) pre hrubozrnné (nesúdržné) zeminy (S,G). 3.2.13 Návrhové hodnoty parametrov zhutnenia stanovíme pre: a) jemnozrnné (súdržné) zeminy zo vzťahu - návrhová vlhkosť zeminy w n w = w. + w (11) n opt - návrhovú objemovú hmotnosť ρ d,n 10
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 ξ ρd, n = (12) wn ξ + 100 ρ keď hodnota prírastku vlhkosti w a saturácia pórov ξ je závislá od druhu zeminy (tabuľka č.6). Tabuľka č. 6 Symboly a vlastnosti zemín Názov zeminy Symbol Prírastok vlhkosti Saturácia pórov w [%] ξ štrkovité zeminy GW, GP, GF 0 0,6 hlina s nízkou plasticitou ML 1,0 0,80 hlina piesčitá, hlina MS, MI 2.0 0,87 hlina s vysokou plasticitou MH 3,0 0,93 s b) hrubozrnné (nesúdržné) zeminy zo vzťahu - návrhová vlhkosť zeminy w n. 1 1 w = ξ n.100 ρd ρ (13) s pre ξ = 0,60. - návrhová objemová hmotnosť ρ d,n sa uvažuje hodnotou relatívnej uľahlosti I D podľa normy STN 72 1006. 3.3 Návrhová únosnosť podložia 3.3.1 Návrhová únosnosť - návrhový modul pružnosti podložia E p v MPa sa odvodí z pevnosti CBR zeminy pri návrhových podmienkach, - redukovaná (jarná, najmenšia) únosnosť podložia sa vyráta pomocou rovnice: E p,j = u. E p (14) keď u = f (vodný režim, namŕzavosť, H v /h pr ) s hodnotami <0,55 0,96> 3.3.2 Návrhová únosnosť podložia E n [MPa] sa odvodzuje z hodnoty CBR zeminy pomocou grafu na obrázku č. 1. Ak je návrhová hodnota modulu pružnosti podložia E n,s menšia ako 45 MPa je potrebné navrhnúť úpravu podložia tak, aby bola v rozmedzí 45 až 60 MPa. 11
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn Obrázok č. 1 100 G ra f n a u r č e n i e n á v r h o v e j ú n o s n o s t i p o d l o ž i a Návrhový modul pružnosti E n,p [MPa] 90 80 70 60 50 40 30 20 10 N e s ú d r ž n á z e m i n a (p i e s k y) Jemnozrnné zeminy (súdržné) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Pevnosť CBR pri návrhových podmienkach 3.4 Návrhová únosnosť upraveného podložia 3.4.1 Návrh riešenia na úpravu podložia a zvýšenie jeho únosnosti musí vychádzať z hodnotenia vodného a teplotného režimu podložia, hodnotenia vlastností zemín v podloží a musí rešpektovať technologické možnosti realizácie. 3.4.2 Konštrukčné a technologické riešenia na zvýšenie únosnosti podložia diaľničnej vozovky: a) Zlepšenie (regulácia) vodného a teplotného režimu podložia: 1. znížením hladiny podzemnej vody, 2. zmenšením hĺbky premŕzania vozovky a podložia. b) Zlepšenie vlastností zeminy v podloží: 1. zlepšením fyzikálnych vlastností zeminy (zlepšenie spracovateľnosti úpravou zrnitosti, alebo pridaním malého množstva spojiva, mechanické a chemické spevnenie zeminy), 2. výmenou vrstvy zeminy pod pláňou za materiál (zeminu) s kvalitatívne lepšími vlastnosťami, 3. pridaním ďalšej vrstvy mechanicky spevnenej zeminy, alebo zeminy (materiálu) spevnenej hydraulickým spojivom. c) Vystuženie podložia geotextíliami, (geosieťami alebo geomrežami) alebo podobnými výrobkami v zmysle STN 73 3040, respektíve STN 73 3041. 12
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 3.4.3 Vrstvu upraveného podložia zvyšujúcu jeho únosnosť možno vo výpočtoch zahrnúť do podložia (pružného polpriestoru) a zmeniť hodnoty parametrov takéhoto upraveného podložia: E n,p [MPa] a µ p. 3.4.4 Modul pružnosti upraveného podložia E n,p respektíve hrúbku zlepšujúcej vrstvy z určitého materiálu potrebnú na dosiahnutie požadovanej hodnoty ekvivalentného modulu možno stanoviť pomocou grafov v obrázkoch č.2 až č. 6. 3.4.5 Modul pružnosti zlepšujúcej vrstvy, ako návrhová výpočtová hodnota sa berie podľa druhu použitého materiálu: - nestmelený zrnitý mat. (štrkopiesok) ŠP 120 MPa - mechanicky spevnená zemina MS 150 MPa - štrkodrvina ŠD 350 MPa - mechanicky spevnené kamenivo MSK 600 MPa - cementová stabilizácia SC III 600 MPa - cementová stabilizácia SC II 1000 MPa Obrázok č. 2 75 Zvýšenie modulu pružnosti podložia vrstvou štrkopiesku ŠP - s modulom pružnosti E = 120 MPa Modul pružnosti zlepšeného podložia vrstvou ŠP, MPa 70 65 60 55 50 h=40 h=35 h=30 h=25 h=20 h=15 45 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Modul pružnosti neupraveného podložia, E p, MPa 13
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn Obrázok č. 3 Zvýšenie modulu pružnosti podložia vrstvou mechanicky spevnenej zeminy MS - s modulom pružnosti E = 150 MPa 85 Modul pružnosti zlepšeného podložia vrstvou MS, MPa 80 75 70 65 60 55 50 h=40 h=35 h=30 h=25 h=20 h=15 45 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Modul pružnosti neupraveného podložia, E p, MPa Obrázok č. 4 Modul pružnosti zlepšeného podložia vrstvou ŠD, MPa 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 Zvýšenie modulu pružnosti podložia vrstvou štrkodrviny ŠD - s modulom pružnosti E = 350 MPa 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Modul pružnosti neupraveného podložia, E p, MPa h=40 h=35 h=30 h=25 h=20 h=15 14
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 Obrázok č. 5 175 165 Zvýšenie modulu pružnosti podložia vrstvou mechanicky spevneného kameniva alebo cementovej stabilizácie, MSK, SC III - s modulom pružnosti E = 600 MPa Modul pružnosti zlepšeného podložia vrstvou MSK alebo SC III, MPa 155 145 135 125 115 105 95 85 75 65 55 h=40 h=35 h=30 h=25 h=20 h=15 45 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Modul pružnosti neupraveného podložia, E p, MPa Obrázok č. 6 210 200 Zvýšenie modulu pružnosti podložia vrstvou cementovej stabilizácie SC II - s modulom pružnosti E = 1000 MPa Modul pružnosti zlepšeného podložia vrstvou MSK, MPa 190 180 170 160 150 h=40 140 h=35 130 120 h=30 110 h=25 100 90 h=20 80 70 h=15 60 50 40 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Modul pružnosti neupraveného podložia, E p, MPa 15
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn 3.5 Charakteristiky klimatických podmienok 3.5.1 Klimatické podmienky územia, na ktorom sa navrhuje diaľničná vozovka treba charakterizovať indexom mrazu I m [ o C.deň], odvodenou hĺbkou premŕzania vozovky a podložia a pre teplotný režim asfaltových vozoviek (na území Slovenska) použiť ako charakteristiky priemerné teploty asfaltových vrstiev podľa návrhovej metódy: - v zimnom období (0,2 roka) 0 o C, - na jar a na jeseň (0,5 roka) +11 o C, - v letnom období (0,3 roka) +27 o C. Výpočet potrebného tepelného odporu vozovky R v,potr. získame zo vzťahu: R v, potr. = 0178, I λ 0 03, m, n h λ z, dov. z (15) kde I m,n je index mrazu. Je to maximálna hodnota postupného súčtu záporných hodnôt priemernej teploty vzduchu/ I m,n ( o C, deň) pre preriodicitu n = 0,10 (diaľnice - trieda dopravného zaťaženia I, II) Podkladom sú mapy návrhových hodnôt indexu mrazu v SR uvedené v STN 73 6114. h z,dov. - dovolená hrúbka zamrznutej zeminy v podloží [m], λ 0 - súčiniteľ tepelnej vodivosti vzťažného materiálu, λ 0 = 1,75 W.m -1.K -1, λ z - súčiniteľ tepelnej vodivosti zamrznutej zeminy v podloží [W.m -1.K -1 ]. I m,n môžeme získať pre preriodicitu n = 0,10 (diaľnice - trieda dopr. zaťaženia I, II) z máp návrhových hodnôt indexu mrazu v SR uvedených v STN 73 6114. h z,dov. dovolená hrúbka zamrznutej zeminy v podloží získame z tabuľky č.7. Tabuľka č. 7 Dovolená hrúbka vrstvy premrznutej zeminy v podloží h z,dov h z,dov (m), ak je v podloží zemina Vodný režim mierne namŕzavá, namŕzavá nebezpečné namŕzavá podložia pre triedy dopravného zaťaženia I, II I, II Difúzny 0,75 0,70 Pendulárny 0,70 0,60 Kapilárny 0,60 0,50 Klasifikácia vodného režimu podložia stanovíme na základe podmienok: - vodný režim difúzny h pv h pr + 2 h s - vodný režim pendulárny h pv + h s < h pr + 2 h s - vodný režim kapilárny h pv h pr + h s 16
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 kde h pv je vzdialenosť priemernej hladiny podzemnej vody od nivelety vozovky (m) h pr - hĺbka premrznutia vozovky a podložia, h s - kapilárna výška pre plné nasýtenie zeminy, približne podľa tabuľky č.8. Približná hĺbka h = 0, 05 I (m) (16) pr m Tabuľka č. 8 Kapilárna výška pre plne nasýtené zeminy Obsah zŕn pod 0,02 mm (%) 10 20 30 40 50 60 70 h s (m) 0,9 1,25 1,7 2,22 2,80 3,40 4,00 Schéma na hodnotenie vodného režimu je na obrázku č.7. V prípade že nemáme podrobnejšie informácie môžeme pre približné stanovenie R potr. použiť tabuľku č.9. Obrázok č. 7 17
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn Tabuľka č. 9 Hodnoty potrebného tepelného odporu Potrebná hodnota tepelného odporu vozovky R v,p [m 2.K.W -1 ] Mierne namŕzavá, Návrhový Vodný Nebezpečne namŕzavá zemina namŕzavá zemina index mrazu režim Piesčitá zemina S Prachovitá zemina M Ílovitá zemina C λ z =2,18 W.m -1.K -1 λ z =1,93 W.m -1.K -1 λ z =1,68 W.m -1.K -1 1 2 3 4 5 200 difúzny 0,155 0,136 0,082 200 pendulárny 0,178 0,188 0,141 200 kapilárny 0,223 0,240 0,201 300 difúzny 0,219 0,200 0,146 300 pendulárny 0,242 0,252 0,206 300 kapilárny 0,288 0,304 0,265 400 difúzny 0,270 0,251 0,197 400 pendulárny 0,293 0,303 0,257 400 kapilárny 0,339 0,355 0,316 500 difúzny 0,312 0,294 0,240 500 pendulárny 0,335 0,345 0,299 500 kapilárny 0,381 0,397 0,359 600 difúzny 0,349 0,331 0,277 600 pendulárny 0,372 0,382 0,336 600 kapilárny 0,418 0,434 0,396 700 difúzny 0,382 0,363 0,309 700 pendulárny 0,405 0,415 0,369 700 kapilárny 0,451 0,467 0,428 18
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 4 Postup pri návrhu konštrukcie vozovky pomocou katalógu 4.1 Návrh diaľničnej vozovky 4.1.1 Konštrukcie asfaltových vozoviek uvedené v jednotlivých katalógových listoch majú skladbu vrstiev a hrúbky vrstiev zodpovedajúce uvádzaným podmienkam: dopravnému zaťaženiu, únosnosti podložia a klimatickým podmienkam. Ich skladba bola posúdená pomocou kritérií používanej návrhovej metódy, ktoré sa týkajú: - porušenia stmelených materiálov namáhaním v ťahu pri ohybe, - prípustného vertikálneho napätia na podložie, - ochrany vozovky a podložia pred účinkami mrazu. 4.1.2 Vzhľadom na rôzne podmienky pri stavbe vozoviek (využitie miestnych materiálov, dopravné vzdialenosti, dostupná technológia a i.), môže sa urobiť v konkrétnom prípade aj technickoekonomická optimalizácia. 4.1.3 Základné údaje potrebné pre výber konštrukcie pomocou katalógových listov sú: - veľkosť dopravného zaťaženia vyjadrená počtom návrhových náprav N c za celé návrhové obdobie, vypočítané postupom podľa časti 2.1 tohto katalógu - únosnosť podložia vyjadrená modulom pružnosti E n [MPa] určená postupom podľa časti 3.3 a 3.4 tohto katalógu, - potrebný tepelný odpor vozovky R v,potr. [m 2.K.W -1 ] vypočítaný pre klimatické podmienky územia postupom podľa časti 3.5 tohto katalógu. 4.2 Konštrukcie asfaltových vozoviek 4.2.1 Konštrukcie asfaltových vozoviek pre diaľnice majú: krytové vrstvy, o obrusná vrstva z asfaltových zmesí, o ložná vrstva z asfaltových zmesí, podkladové vrstvy, o horná podkladová vrstva z asfaltových zmesí, o spodná podkladová vrstva zo stmelených, alebo nestmelených materiálov, ochrannú vrstvu. 4.2.2 Z hľadiska mechaniky vozoviek sú konštrukcie asfaltových vozoviek posudzované ako: polotuhé (s hydraulickým spojivom stmelenou dolnou podkladovou vrstvou), netuhé (s nestmelenou dolnou podkladovou vrstvou). 4.2.3 Prehľad skladieb konštrukcií asfaltových vozoviek s využitím vybraných materiálov pre diaľničné vozovky je urobený v tabuľke č. 10. 19
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn Číslo katalógového listu Tabuľka č. 10 Prehľad možností použitia katalógových listov Asfaltové vrstvy krytu Podkladové vrstvy Obrusná Ložná Horná Spodná Ochranná vrstva Únosnosť podložia Prev. výkonnosť [*10 6 ] 1 AKM AB I OK I SC I ŠD 45 60 90 40 2 AKM AB I OK I S PTS I ŠD 45 60 90 40 3 AKM AB I OK I KSC II ŠD 45 60 90 40 4 AKM AB I OK I KS PTS II ŠD 45 60 90 40 5 AKM AB I OK I MSK ŠD - 60 90 40 6 AKM AB I OK I SC I ŠD 45 60 90 25 7 AKM AB I OK I S PTS I ŠD 45 60 90 25 8 AKM AB I OK I KSC II ŠD 45 60 90 25 9 AKM AB I OK I KS PTS II ŠD 45 60 90 25 10 AKM AB I OK I MSK ŠD - 60 90 25 11 AKM AB I OK I SC I ŠD-TK 45 60 90 40 12 AKM AB I OK I S PTS I ŠD-TK 45 60 90 40 13 AKM AB I OK I KSC II ŠD-TK 45 60 90 40 14 AKM AB I OK I KS PTS II ŠD-TK 45 60 90 40 15 AKM AB I OK I MSK ŠD-TK - 60 90 40 16 AKM AB I OK I SC I ŠD-TK 45 60 90 25 17 AKM AB I OK I S PTS I ŠD-TK 45 60 90 25 18 AKM AB I OK I KSC II ŠD-TK 45 60 90 25 19 AKM AB I OK I KS PTS II ŠD-TK 45 60 90 25 20 AKM AB I OK I MSK ŠD-TK - 60 90 25 21 AKM AB I OK I MSK-TK ŠD-TK - 60 90 40 22 AKM AB I OK I MSK-TK ŠD-TK - 60 90 25 4.3 Vybrané materiály, ich kvalita a označenie: asfaltové vrstvy krytu obrusná vrstva krytu AKM asfaltový koberec mastixový - ložná vrstva krytu AB I asfaltový betón podkladové vrstvy horné podkladové vrstvy OK I obaľované kamenivo 20
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 spodné podkladové vrstvy SC I cementová stabilizácia - možnosť použitia aj troskového kameniva, S PTS I stabilizácia pomaly tuhnúcim spojivom- možnosť použitia aj troskového kameniva KSC II kamenivo spevnené cementom - možnosť použitia aj troskového kameniva KS PTS II kamenivo spevnené cementom - možnosť použitia aj troskového kameniva MSK mechanicky spevnené kamenivo MSK-TK mechanicky spevnené kamenivo s použitím troskového kameniva ochranná vrstva ŠD vrstva zo štrkodrviny ŠD-TK vrstva zo štrkodrviny s použitím troskového kameniva 4.4 Požiadavky na kvalifikovaný návrh konštrukcie vozovky 4.4.1 Konštrukcie vozoviek so skladbou vrstiev z vybraných cestných stavebných materiálov boli navrhnuté a posúdené pomocou kritérií návrhovej metódy. Únosnosť podložia je uvažovaná tromi hodnotami: - požadovanou minimálnou hodnotou návrhového modulu pružnosti podložia E n,p = 45 MPa - zväčšenou únosnosťou podložia, vyjadrenou návrhovým modulom pružnosti E n,p = 60 MPa, výhodnejšie E n,p = 90 MPa. 4.4.2 Parametre charakterizujúce každú konštrukciu vozovky uvedenú v katalógovom liste, ktoré je potrebné porovnať s požadovanými hodnotami sú: - tepelný odpor vozovky R v [m 2.K.W -1 ], ktorý má spĺňať požiadavku: Rv R v, potr. - prevádzková výkonnosť vyjadrená teoretickým množstvom návrhových náprav, ktoré môže vozovka preniesť bez porušenia N c (keď tiaž nápravy je 2.P = 100 kn), pričom musí byť splnená podmienka: N c N c,max. - súčiniteľ využitia únavovej pevnosti materiálu stmelenej (kritickej) vrstvy, ktorý podľa kritérií návrhovej metódy má byť pre diaľničnú vozovku: SV 076, - a súčasne vyjadruje posúdenie spoľahlivosti konštrukcie založené na riešení modelu vozovky a únavy materiálov, keď miera spoľahlivosti je: MS = 1 SV 21
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn - stabilita podložia, ktorá je vyjadrená pomerom najväčšej hodnoty vertikálneho napätia na podloží od návrhovej nápravy σ z,max a prípustného vertikálneho napätia σ z,dov. podľa návrhovej metódy, pričom má byť splnená podmienka: σ σ z,max. z, dov. 4.4.3 Okrem splnenia vyššie uvedených podmienok je potrebné dodržať i nasledovné technologické požiadavky: - splnenie všetkých parametrov vlastností materiálov a vrstiev diaľničnej vozovky uvedených v príslušných normách STN; - splnenie všetkých nadštandardných parametrov vlastností materiálov a vrstiev diaľničnej vozovky uvedených v príslušných katalógových listoch; - technologické zabezpečenie dokonalého kontaktu medzi všetkými vrstvami diaľničnej vozovky. 22
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 5 Príklad návrhu diaľničnej vozovky Pre návrh konštrukcie vozovky na diaľnici DX, potrebný v rámci dokumentácie pre stavebné povolenie (DSP), boli získané údaje: - z dopravno-inžinierskeho prieskumu o dopravnom zaťažení, - z inžiniersko-geologického prieskumu o vlastnostiach zemín v podloží a vodnom režime. Klimatické podmienky územia sú charakterizované priemernou ročnou teplotou vzduchu a indexom mrazu I m,n =400 o C. 5.1 Dopravné zaťaženie Podľa výsledkov dopravno-inžinierskeho prieskumu sa predpokladá, že v roku 2005 po otvorení premávky na úseku diaľnic bude 24 270 vozidiel za 24 hodín v oboch smeroch, z toho 3 720 nákladných vozidiel. Návrhové obdobie vozovky sa uvažuje 25 rokov. Výhľadový súčiniteľ pre rast počtu nákladných vozidiel je uvedený v technických podmienkach - pre rok 2005 je 1,48 - pre rok 2030 je 2,26. NV. δ Z = 5506 nákladných vozidiel za 24 hodín NV. δ K = 8408 nákladných vozidiel za 24 hodín bude: a priemerný počet nákladných vozidiel NV p =0,5 (δ Z + δ K ). NV = 6 957 za 24 hodín v obidvoch smeroch. Redukovaný počet nákladných vozidiel v jednom smere a v jednom (dimenzovanom) pruhu NV red = C1. C2. C3. C4. NV p kde: C1 je súčiniteľ prevodu dopravného zaťaženia na jeden smer a jeden pruh, berieme 0,50; C2 súčiniteľ vyjadrujúci pravdepodobnosť opakovania zaťaženia v profile dimenzovaného pruhu, berieme 1,0; C3 súčiniteľ vyjadrujúci mieru vyťaženia nákladných vozidiel, pre 80 % berieme 0,623; C4 súčiniteľ vyjadrujúci zvýšený účinok nákladných vozidiel tento nebudeme uvažovať a berieme 1,0. 23
TP SSC 04/2002 Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn NV red = 0,5. 1,0. 0,623. 1,0. 6 957.= 2 167/24 hod. Celkový počet nákladných vozidiel za návrhové obdobie n o = 25 rokov bude: NV c = NV red. 365. n o NV c = 19 773 875 = 19,773.10 6 Ekvivalentný počet návrhových náprav: N c = C5. NV c kde: C5 je súčiniteľ prevodu účinkov nákladných vozidiel na účinok návrhovej nápravy; vzhľadom na vstupný údaj bez členenia na jednotlivé druhy nákladných vozidiel beriem C5 = 2,035. bude: Celkový počet návrhových náprav za návrhové obdobie na dimenzovanom pruhu vozovky N c = 2,035. 19,773. 10 6 N c = 40,24.10 6 40 miliónov návrhových náprav 5.2 Únosnosť podložia Podľa inžiniersko-geologického prieskumu sa v trase diaľnice vyskytujú prevažne jemnozrnné zeminy. V podloží vozovky v odkopoch, ale aj na násypoch bude hlina (MS, MI). Objemová hmotnosť hliny podľa skúšky PS je 1820 kg.m -3 a optimálna vlhkosť 15,2 %. Návrhová únosnosť podložia bola odvodená z pevnosti zeminy CBR pri návrhových podmienkach. Podľa tabuľky č. 6 je w= 2%. Návrhová vlhkosť w n = w opt + w w n = w opt + 2 % Návrhová objemová hmotnosť W n = 15,2+2 = 17,2 % ρ d, n ξ = wn + 100 ξ ρ s kde saturácia pórov bude podľa tabuľky č. 6 ξ = 0,87 a ρ s =2720 kg.m -3 ρ 0,87 3 d, n = = 1770kg. m 0,172 + 0,31985 V laboratóriu bola pre vyrátané návrhové podmienky zistená pevnosť: 24
Katalóg konštrukcií vozoviek pre osové zaťaženie 115 kn TP SSC 04/2001 CBR = 5 %. Podľa prevodového grafu na obrázku č.3 CBR/E tejto hodnote zodpovedá E n = 33 MPa. Pretože je to veľmi malá únosnosť navrhneme zlepšenie podložia vrstvou štrkopiesku. Pomocou grafu na obr. 4 možno odčítať potrebnú hrúbku vrstvy ŠD na dosiahnutie únosnosti podložia najmenej 60 MPa. Táto hrúbka je najmenej 20 cm. Pre návrhovú únosnosť podložia 60 MPa a vyrátané dopravné zaťaženie vyberieme z katalógu polotuhú vozovku s podkladovou vrstvou z cementovej stabilizácie, použijeme katalógový list č. 1. Skladba vozovky bude: AKM 40 mm AB I 50 mm OK I 70 mm SC I 250 mm ŠD 200 mm, na podloží s únosnosťou E n = 60 MPa je prevádzková výkonnosť N c = 42.10 6, čo je viacej ako požadovaná hodnota 40.10 6. Celková hrúbka je 610 mm na upravenom podloží vrstvou ŠD v hrúbke 200 mm. Dimenzie platia s podmienkou splnenia požiadaviek na vlastnosti materiálov jednotlivých vrstiev tak, ako sú uvedené v katalógových listoch. Posúdenie ochrany vozovky proti poruchám mrazom: požiadavka je, aby bola splnená podmienka: R v >R v,potr. kde R v,p podľa tab. 9 bude pre prachovitú, nebezpečne namŕzavú zeminu, pendulárny vodný režim a návrhový index mrazu 400 o C, deň R v,potr. = 0,303 m 2.KW -1 hi R v = λ, podľa katalógu = 0,343 m2 KW -1 i 0,343 > 0,303 Podmienka je splnená. R v > R v,potr. Vozovka navrhnutej skladby spĺňa všetky požadované kritéria. 6 Katalógové listy Na nasledujúcich stránkach sú jednotlivé katalógové listy č.1 až č.22. 25