7./II KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI; METODY JEJ PROJEKTOWANIA
Nawierzchnia – warstwa lub zespół warstw służących do przejmowania i rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże i zapewniających dogodne warunki dla ruchu
Konstrukcja nawierzchni – układ warstw nawierzchni wraz ze sposobem ich połączenia.
Układ warstw konstrukcji nawierzchni:
· warstwa ścieralna –wierzchnia warstwa nawierzchni poddana bezpośredniemu oddziaływaniu ruchu i czynników atmosferycznych
· warstwa wiążąca – warstwa znajdująca się między warstwą ścieralną a podbudową zapewniająca lepsze rozłożenie naprężeń w nawierzchni i przekazywanie ich na podbudowę
· podbudowa – dolna część nawierzchni służąca do przenoszenia obciążeń od ruchu na podłoże. Podbudowa może składać się z podbudowy zasadniczej i podbudowy pomocniczej. Podbudowa zasadnicza – górna część podbudowy spełniająca funkcje nośne w konstrukcji nawierzchni; może ona zawierać warstwę wzmacniającą lub/i warstwę wyrównawczą.
- warstwa wzmacniająca – służy do wzmocnienia istniejącej nawierzchni lub stosowana w budowie nawierzchni dla ruchu bardzo ciężkiego
- warstwa wyrównawcza – służy do wyrównania nierówności podbudowy lub profilu istniejącej nawierzchni
Podbudowa pomocnicza – dolna część podbudowy spełniająca głównie, poza funkcjami nośnymi, funkcje zabezpieczenia nawierzchni przed działaniem wody, mrozu, przenikania cząstek podłoża i inne; może zawierać warstwę mrozoochronną, odsączającą i odcinającą.
- warstwa mrozoochronna – warstwa, której głównym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed skutkami mrozu
- warstwa odsączająca – służy do odprowadzania wody przedostającej się do nawierzchni
- warstwa odcinająca – stosowana w celu uniemożliwienia przenikania cząsteczek do warstwy leżącej powyżej
· podłoże- grunt rodzimy lub nasypowy leżący pod nawierzchnią do głębokości przemarzania, nie mniej jednak niż do głębokości, na której naprężenia pionowe od największych obciążeń użytkowych wynoszą 0,02MPa. Podłoże ulepszone – wierzchnia warstwa podłoża leżąca bezpośrednio pod nawierzchnią, ulepszona w celu umożliwienia przejęcia ruchu budowlanego i właściwego wykonania nawierzchni, spełniające wymagania dla podłoża.
Warstwa ścieralna i wiążąca są warstwami bitumicznymi.
Podbudowa może składać się z jednej lub kilku warstw wykonanych z różnych materiałów.
Podłoże z gruntu rodzimego lub dowiezionego jest doprowadzone do odpowiedniej nośności.
------------------
w. ścieralna
w. wiążąca
w. podbudowy zasadniczej dla podatnych i półsztywnych
w. podbudowy pomocniczej
podłoże wzmocnione
beton cementowy
podbudowa dla sztywnych
Metody projektowania konstrukcji nawierzchni:
- empiryczne
- mechanistyczne
Obecnie konstrukcje nawierzchni dobiera się według „Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych”. Wykonuje się to w następujących krokach:
· ustalenie obciążenia ruchem drogi i wyznaczenia jej kategorii
Dopuszczalne obciążenie na oś pojedynczą 100 kN. W grupie pojazdów ciężkich uwzględniono dwa warianty ; pierwszy pojazdy ciężkie o nacisku na oś 115 kN stanowią do 8 % i drugi – pojazdy o nacisku 115 kN na oś stanowią do 20 %.
Do projektowania przyjmuje się Średni Dobowy Ruch w roku pojazdów ciężkich w przekroju drogi w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji, w podziale na trzy grupy pojazdów:
– samochody ciężarowe bez przyczepy
- samochody ciężarowe z przyczepami
- autobusy
Pomija się pozostałe kategorie pojazdów.
Kategorie ruchu wyznacza się na podstawie liczby osi obliczeniowych 100 kN na dobę na pas obliczeniowy w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji lub na podstawie przewidywanej liczby osi obliczeniowych w obliczeniowym okresie eksploatacji nawierzchni, który przyjęto na 20 lat.
osi/pas/dobę
L – liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy w 10 roku po oddaniu drogi do eksploatacji
N1- średni dobowy ruch s.c. bez przyczep w 10 roku eksploatacji
N2 – j.w. lecz z przyczepami
N3 – j.w. lecz autobusów
f1 – współczynnik obliczeniowego pasa ruchu (0,5 – 0,35)
r1, r2, r3 – współczynniki przeliczeniowe s.c. i autobusów na osie obliczeniowe
Jeżeli projektujemy konstrukcje nawierzchni na jakieś obciążenie Ps od koła a w rzeczywistości użyjemy obciążenia większego Prz to stan nawierzchni pogorszy się w stosunku . Jest to prawo czwartej potęgi. Badania AASHO (Association of State Highway Officials).
· Ustalenie warunków gruntowo – wodnych i wybór w razie konieczności metody ulepszenia gruntu.
Grupy nośności podłoża od G1 do G4. Projektujemy dla G1. Jeżeli jest inna grupa to należy ją doprowadzić do G1 np.. poprzez:
- wymianę podłoża
- ułożenie dodatkowych warstw podłoża
· Zapewnienie warunków odwodnienia konstrukcji
· Wybór typowej konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu (KR1 – KR6), zależnie od wyboru materiału podbudowy i można także skorzystać z wyjść alternatywnych.
· Sprawdzenie warunku mrozoodporności
Metody mechanistyczne.
Do stanu nośności bierze się pod uwagę wszystkie liczby przejazdów -365 * 20 lat.
N – całkowita liczba ruchu
Projektowanie ma trzy etapy:
· Analiza obciążenia
· Analiza podłoża
· Stan naprężeń przemieszczeń i odkształceń
Zakładamy budowę i sprawdzamy czy przy takich odkształceniach przeniesie łączną liczbę obciążeń dla danej kategorii ruchu.
Przy KR5 i KR6 obowiązuje ta metoda projektowania.
Na grubość konstrukcji nawierzchni wpływają: obciążenie, podłoże gruntowe i sposoby jego wzmocnienia, warunki gruntowo – wodne, rodzaj materiałów, klimat i rodzaj konstrukcji.
florek180