KONSTRUKCJA NAWIERZCHN
Konstr jezdni - jest to zespół warstw ułożonych na istniejącym naturalnym lub sztucznym podłożu gruntowym, konstr ta służy do przejmowania i przenoszenia na podłoże grunt obciążeń pochodzących od pojazdów samochodowych i innych wpływów zewn, w sposób zapewniający określoną jej trwałość, winna ponadto zapewniać pojazdom określony poziom wygody i bezpieczeństwa ruchu, wiąże się to z równością i szorstkością jej zewnętrznej powierzchni
w-wa ścieralna – w-wa, która przejmuje bezpośrednio działanie ruchu oraz wpływów atmosf, nasłonecznienie i opady atmosf, b.odporna w sensie cech powierzchniowych, musi być odpowiednia szorstkość i równość, musi być szczelna
w-wa wiążąca – jest to w-wa pośrednia, położona między w-wą ścieralną i podbudową, służącą jako przejście z nieszczelnej podbudowy do szczelnej w-wy ścieralnej
podbudowa – składa się z przeważnie z zespołu warstw podb górnej i dolnej, gł zadanie to przejęcie obc i właściwy rozkład na podłoże nacisków pochodzących od kół pojazdów
sztuczne podłoże – (w-wa wyrów)
jest to w-wa materiału ułożona między gruntem i podbudową, której zadaniem jest podniesienie eiwelety ze wzgl na przemarzanie gruntu (w-wa mrozoochronna) odsunięcie spodu w-wy podbudowy od zbyt płytkiego zalegania wód gruntowych, odprowadzenie wody gruntowej (w-wa odsączająca), zabezp przed przenikaniem nawodnionego gruntu podłoża do w-w konstrukcyjnych (w-wa odcinająca)
podłoże gruntowe – składa się z w-wy gruntu (tzw strefy czynnej korpusu ziemnego), której odkształcalność i związana z nią nośność decydują o potrzebnej grubości w-w konstrukcji jezdni
RODZAJE KONSTR NAW DROG
1.podział ze wzgl na zdolność przenoszenia obciążeń (max ugięcie sprężyste pod kołem i liczba samochodów): b. lekka, lekka, lekko-średnia, średnia, ciężka, bardzo ciężka
2.ze wzgl na odkształcalność:
podatne (mieszanka min-asfaltowa, podbudowa z mat rozdrobnionych, mogą się odkształcać plastycznie i wykazywać pod działaniem obc odkształcenia trwałe)
sztywnopodatne-półsztywne (w-wy ścier i wiąż z mat zawierających lepiszcza bitum, podbud zawiera spoiwo cementowe,
sztywne (w-wa ścier i wiąż z betonu cementowego, odkształcają się sprężyście pod działaniem obc)
3. ze wzgl na sposób wykonania:
monolityczne (wykonane bezpośrednio na drodze)
prefabrykowane (wykonywane z gotowych elem - płyt prefabrykow)
brukowe (układane sposobem brukarskim)
makadamowe , betonowe
4. ze wzgl na wygodę jazdy:
ulepszone (są zbudowane z mat zawierających lepiszcze)
nieulepszone
5.ze wzgl na cechy nawierzchni:
równe, nierówne, szorstkie, śliskie
6. na rodzaj górnej w-wy nawierzch
z bet cem, kostkowe, klinkierowe, brukowe, z płyt, bitumiczne
Obowiązująca klasyfikacja może być uznana jedynie za podstawową, nie uwzględnia wielu czynnikó, od których zależą nośność konstrukcji i sposób przenoszenia obciążeń
OBCIĄŻENIA I WARUNKI PRACY KONSTR NAW DROG
Na każdą konstr jezdni działają czynniki zewn takie jak:
a)obc wywierane przez koła pojazdów samochodowych, które poruszają się z różnymi prędkoś.
b)pole temperatury (temperatura wpływająca na poszczególne w-wy konstrukcji i podłoże gruntowe
c)wpływ warunków wodnych (woda powierzchniowa i gruntowa)
a), b), c) – czynniki główne
d) wpływ innych czynników np. starzenie się materiału, środki chemiczne używane w zimie
OBC KOŁEM KONSTR JEZDNI
Konstr jezdni drog poddawana jest działaniu krótkotrwałych obciążeń powtarzalnych od poruszających się po niej pojazdów. Częstotliwość obciążeń zleży od natężenia i prędk poruszającego się pojazdu. Największe obc wywierają samoch
Ciężarowe b/przyczep, z przyczepą i autobusy. Na konstrukcję jezdni działają, w wyniku ruchu koła obc:
- styczne (od siły U), rozłożone na powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią
- pionowe (od siły P), działające prostopadle do powierzchni jezdni
- Z
X
- P U
Gk – ciężar koła
X – siła napędowa
U – dzięki tej składowej stycznej poziomej, która jest wynikiem szczepności istnieje ruch, decyduje ona o stabilności
P – siła pionowa mająca decydujący wpływ na wymiary warstw nawierzchni
Z – oddziaływanie nadwozia
mk – masa koła
z – przyspieszenie koła w kierunku osi „z”
mk * z – masowa siła dynamiczna
siła Z spowodowana jest oddziaływaniem nadwozia i składa się z dwóch części:
Z = Z stat + Zdynam
z stat – ciężar nadwozia przypadającego na oś (to co można zauważyć)
z dyn – oddziaływanie przyspieszenia na masę nadwozia
P = Pstat + P dyn
Pstat = Z stat + Gk
Pdyn = Z dyn + mk * z
P dyn jest składową zmienną w czasie i może być dodatnia lub ujemna
P (działanie koła na nawierzch)
Pdynam
Pstat
droga (ewentualnie czas) X
Uproszczone modele pojazdów:
Składowa dynamiczna występuje na skutek oddziaływania na pojazd przyspieszeń lub opóźnień, skierow zgodnie z osią podłużną samoch, oraz przyspieszeń pionowych w następstwie wymuszeń przez nierówności drogi. Określenie wielkości oddziaływań dynamicz wiąże się z koniecznością przyjęcia odp modelu dynamicznego pojazdu
Na rys przedstawiono układ 2 mas
(m2 – nadwozia, m1 – koła) połączonych sprężynami (C1,C2) i tłumikami (K1, K2).
C2 i K2 – charakteryzują sprężystość i tłumienie nadwozia
C1 i K1 - charakteryzują sprężystość i tłumienie opony
m2z2+k2(z2-z1)+C2(z2-z1) = 0
m1z1-k1(z2-z1)-C2(z2-z1)=
=k1(h-z1)+C1(h-z1)
h – wysokość nierówności
Nacisk koła P rozkłada się na powierzchni śladu F, w miejscu styku opony z jezdnią powstaje powierzchnia stykowa, na którą działa tzw ciśnienie stykowe
F = 0.9 * l * b
l – dłuższy bok powierzchni, który jest ok. 1.5 raza większy od b
powierzchnia styku opony z jezdnią, a także wielkość cisnienia stykowego zależą od:
- ciśnienia powietrza w oponie
- konstrukcji opony
- twardości gumy
- szybkości jazdy
ps – ciśnienie na styku koła z naw
P
1 – środek śladu ps
2 – obrzeże śladu
r = a
Ciśnienie stykowe:
ps = p + pd = P / F (F=pa2 )
ps – ciśnienie stykowe
p – ciśnienie w oponie
pd – wielkość ciśnienia dodatkowego
P – obc całkowite koła
F – powierzchnia śladu
ODDZIAŁYWANIA POZIOME
Oprócz nacisków pionowych na koło działają również siły poziome
Największe oddziaływan poziome
Powstają w miejscach hamowania.
Oddziaływania poziome nie rozchodzą się głęboko (max 10cm)
Oddział poz nie wpływają na grubość warstw nawierzchni, decydują o prędkości pojazdu i parametrach górnej w-wy nawierz
t
koło toczone, napęd = 0
Mp = 0
Mp ¹0
Mmax
Długość śladu
koło hamowane
t = 0.4 ps
w metodzie wymiarowania nie uwzględnia się tych naprężeń, uwzględnia się w doborze warstw górnych (wpływ na stabilność ), decyduje o prędkości jaką może rozwinąć pojazd
pionowe + styczne + ścinające
hamowanie rozpędzanie
WPŁYW POWTARZALNOŚCI OBCIĄŻEŃ
Jezdnia drogowa poddawana jest działaniu powtarzających się krótkotrwałych obciążeń od poruszających się pojazdów drogowych. Częstotliwość obciąż
zależy od intensywności i prędkości ruchu. Pod wpływem powtarzających się obc powstają w konstrukcji jezdni zjawiska zmęczeniowe. Zmęczenie mat
polega na jego stopniowym niszczeniu pod wpł wielokrotnych okresowo zmiennych obciążeń
dla określenia wpływu różnych obc wykorzystuje się różne hipotezy, jedna z nich to :
n – liczba pojazdów
m. – liczba cykli
N – dopuszczalna liczba obciążeń, jaką może przejąć materiał przy obciążeniu
Ni sik = Nq skq = const, k=tga
Ni = Nq (sq / si )k
k=4 dla podłoża gruntowego
4.1 (mas bitum), 8 (stabilizacji cem) 12 (betonu cementowego)
Pojazd obliczeniowy – najcięższy pojazd jaki jest przyjęty do wymiarowania konstr nawierzchni
Sposób przejścia z rzeczywistych obciążeń ruchu na obliczeniowy
Ni = Nq (Pq / Pi)k
Ni = Nq ( 40/50)k = 4
Ni = 1 (40/50)4 = 1 * 041
Ni = 10 * 0.41 = 4.10
W Polsce konstrukcję nawierzchni projektuje się na 20 lat
Nc = No * 365 * (1+i)n dn
Nc – sumaryczny ruch po n latach
No – ruch początkowy
i - procentowy wzrost ruchu
zależność przybliżona:
Nc = 0.5 (No + Nn) 365 n
WPŁYW TEMPERATURY NA
KONSTRUKJCJĘ JEZDNI
Temp warstw w jezdni zmienia się w ciągu dnia i w ciągu roku.
Groźne dla naw bitum i betonow
są temp ujemne i dodatnie.
Przy zmianach temp moduły sprężystości mat zawierających lepiszcze bitumiczne zmieniają się w zależności od temperatury
S = s (t,T) / e - moduł sztywności
S – w przypadku mat bitumicznych
20-30 Gpa (temp -10oC),
2-3 Gpa (temp +23oC)
w zależności od temp zmienia się sztywność mat bitum, pojawiają się większe wytężenia w podbudowach ziarnistych. Wytrzymałość warstw bitum R – dla wysokich temp jest mała
Beton asfaltowy:
1.graniczna temp, po przekroczeniu której mat staje się ciałem kruchym
2.pęknięcie mat, pkt krytyczny (zależy od użytego materiału)
zawartość parafiny wpływa na wytrzymałość w danych temp
WPŁYW WAR WODNYCH NA KONSTR NAWIERZCHNI
Działanie wody na konstr jezdni wiąże się ściśle z położeniem korony drogi w stosunku do terenu.
Dotyczy to najbardziej podłoża gruntowego. Jeśli droga położona jest na poziomie terenu, podłoże grunt jest zawilgocone albo przez kapilarne podciąganie płytko położonych wód gruntowych, albo przez wody przesiąkające z rowów.
Jeśli niweleta drogi jest położona w wykopie, to zawilgocenie następuje na skutek wysokiego stanu wód gruntowych i podciągania kapilarnego oraz na skutek działania wód powierzchniowych spływających po skarpach rowów. Jeśli niweleta jest położona w nasypie, to woda, głównie z opadów przedostaje się do podłoża poprzez pobocza i ewentualnie pod nawierzchnią.
Wykres zmiany modułu sprężystości gruntu w ciągu roku
Moduł miarodajny to wilgotność miarodajna wm
Wm = Wopt + 2¸3 %
METODY WYMIAROWANIA KONSR NAW DROGOWYCH. empiryczne – podają wzory bądź wykresy do bezpośredniego obl całkowitej grubości jezdni
wykorzystując głównie badania umowne nośności lub klasyfikacji gruntu podłoża, skuteczne na obszarach, na których nie były prowadzone badania.
mechanistyczne – polegają na przyjęciu pewnego modelu obliczeniowego nawierzchni, obliczeniu tego modelu, przyjęciu parametrów, obliczeniu SGN, SGU
METODY EMPIRYCZNE
Przyjmowano konstruk...
agentpl