Prace obliczeniowe trwałości różnych wariantów nawierzchni asfaltowych według Wytycznych Technicznych Zarządu Dróg Wojewódzkich w Katowicach

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Inżynierii Lądowej Instytut Dróg i Mostów Prace obliczeniowe trwałości różnych wariantów nawierzchni asfaltowych według Wytycznych Technicznych Zarządu Dróg Wojewódzkich w Katowicach prof. dr hab. inż. Roman Nagórski (PW IL) dr inż. Krzysztof Błażejowski (ORLEN Asfalt) mgr inż. Magdalena Nagórska (PW IL) II ŚLĄSKIE FORUM DROGOWNICTWA Bielsko-Biała, 8-9.V.2014

2 Praca badawcza dla ZDW W 2013 r. wykonano na Wydziale Inżynierii Lądowej PW na zlecenie ZDW w Katowicach i SKN Sp. z o.o. PROJEKT BADAWCZY: Badania mieszanek mineralno-asfaltowych i analiza konstrukcji nawierzchni podatnych z uwzględnieniem trwałości nawierzchni Zespół autorski: prof. dr hab. inż. Roman Nagórski (Wydz. Inżynierii Lądowej PW) dr inż. Krzysztof Błażejowski (Orlen Asfalt sp. z o.o.) mgr inż. Magdalena Nagórska (Wydz. Inżynierii Lądowej PW)

3 Cel pracy Celem programu badawczego było: w etapie I określenie metodami laboratoryjnymi parametrów modeli fizycznych (równań konstytutywnych) mieszanek mineralno-asfaltowych wg modeli lepko-sprężystych Bürgersa i Hueta-Sayegha; w etapie II - wykorzystanie danych materiałowych jako danych wejściowych do obliczenia dla ustalonych przez ZDW układów warstw (przy dwóch różnych prędkościach ruchomego obciążenia nawierzchni, trzech temperaturach warstw asfaltowych i dla trzech modeli tych warstw): programem VEROAD stanów przemieszczenia, odkształcenia i naprężenia w nawierzchni, trwałości nawierzchni (w oparciu o formuły Instytutu Asfaltowego)

4 ETAP I mieszanki min.-asfaltowe Etap I zadania obejmował: parametry modeli fizycznych (lepko-sprężystych Bürgersa i Hueta-Sayegha) mieszanek mineralno-asfaltowych zaprojektowanych wg WT ZDW Katowice: 1. AC 11 S MG 35/50 2. SMA 11 S PMB 45/ AC 16 W MG 35/50 4. AC 16 W PMB 25/55-60 (strefa skrzyżowania) 5. AC 22 W/P MG 35/50 (ciąg drogi) mieszanka o parametrach wspólnych dla AC 22W i AC 22P 6. AC 22 W/P PMB 25/55-60 (strefa skrzyżowania) mieszanka o parametrach wspólnych dla AC 22W i AC 22P.

5 ETAP I - Badania wykonane w Holandii Zasadnicze badania próbek i określenie parametrów mechanicznych ww. mieszanek przewidziano w KOAC-NPC w Holandii. Założono wyznaczenie metodami laboratoryjnymi następujących parametrów dla mieszanek mineralno-asfaltowych wg modeli: model Bürgersa - 4 parametry: E 1, E 2, 1, 2, model Hueta-Sayegha - 6 parametrów: a, b, k a, h b, E a, E p, w temperaturach miarodajnych dla pór roku wg Rozporządzenia: -2 C, 10 C i 23 C

6 ETAP I - Badania wykonane w Holandii Schemat materiału wg modelu Bürgersa Schemat materiału wg modelu Hueta-Sayegha Badania w Holandii wykonano metodą 4- punktowego zginania belek prostopadłościennych metodą 4PB-PR wg EN Przyjęty poziom odkształceń 50 μm/m, częstotliwość od 0,1 do 10 Hz, temperatura -2 C, +10 C, +23 C.

7 ETAP II - Obliczenia przyjęta metoda i modele Schemat postępowania: korzystając z różnych modeli materiałowych i oprogramowania modelowane jest obciążenie, układ warstw i ich parametry obliczone zostają tzw. odkształcenia krytyczne: maksymalne odkształcenie poziome rozciągające na spodzie warstw asfaltowych εa, determinujące (obok innych parametrów) trwałość ze względu na spękania zmęczeniowe nawierzchni od dołu do góry (ε a = max ε xx lub ε a = max ε yy ), maksymalne odkształcenie pionowe ściskające na górnej powierzchni podłoża gruntowego εp, determinujące trwałość ze względu na strukturalne odkształcenia trwałe (ε p = max ε zz ) warstwy asfaltowe podbudowa mineralna podłoże odkształcenie krytyczne rozciągające ε a odkształcenie krytyczne ściskające ε p

8 ETAP II - Obliczenia przyjęta metoda i modele W programie VEROAD analiza wykonywana jest dla obciążenia ruchomego, z zadaną prędkością przejazdu. Interpretacja wykresów wg schematu poniżej: Układ współrzędnych xyz Współrzędna x - odległość koła od miejsca wystąpienia odkształceń krytycznych (koło jest ruchome)

9 ETAP II - Obliczenia przyjęta metoda i modele Analizowano wpływ prędkości obciążenia (pojazdu): prędkość standardowa (~60 km/h lub 10 Hz) prędkość mała (~5 km/h lub 1 Hz) Dodatkowo dla wariantów z małą prędkością obciążenia uwzględniano występowanie sił hamowania (poziomych) przy pełnym zablokowaniu koła, równych p = 0,7p (gdzie p=850 kpa) Obciążenie ruchome prędkość standardowa ( podróżna ) prędkość mała ( skrzyżowanie ) z hamowaniem bez hamowania

10 Wyniki obliczeń & Wnioski Zadania 1-6

11 Zadanie 1. Założenia Analiza porównawcza konstrukcji nawierzchni z Rozporządzenia z 1999 r. dla KR6 i konstrukcji nawierzchni z Katalogu TNPiP z 2013 r. dla KR5 W Katalogu 2013 dla porównywalnej liczby osi 100 kn zaproponowano cieńszą konstrukcję nawierzchni o 7 cm (odjęte z podbudowy asfaltowej). Celem obliczeń było porównanie, jak zmieniły się odkształcenia krytyczne i trwałość nawierzchni. KR6 z Rozporządzenia (KS6) KR5 z Katalogu 2013 (KN5) 19 12

12 Zadanie 1. Wnioski Analiza porównawcza konstrukcji nawierzchni z Rozporządzenia z 1999 r. dla KR6 i konstrukcji nawierzchni z Katalogu TNPiP z 2013 r. dla KR5 Największe szkody w nawierzchni powstają w okresie lata, kiedy sztywność warstw asfaltowych jest najmniejsza, a to przekłada się na największe odkształcenia krytyczne. Przyjęta w obliczeniach temperatura referencyjna dla lata: +23 C (zgodnie z Rozp. 1999) nie pokazuje wpływu rzeczywistych (ekstremalnych) warunków lata na konstrukcję. Ze względu na zmniejszoną grubość, w konstrukcji KN5 powstają odkształcenia krytyczne większe o ok % od odkształceń w starej konstrukcji KS6. Zwiększone odkształcenia przekładają się na ponad 3-krotne zmniejszenie trwałości obliczeniowej KN5 w stosunku do KS6. Efekt ten widoczny jest niezależnie od zastosowanego modelu materiałowego (sprężystego lub lepko-sprężystych Burgersa i Hueta-Sayegha). Najgorszą trwałość obliczeniową generuje wykorzystanie modelu Burgersa. Niemniej jednak, nawet przy znaczącym zmniejszeniu trwałości nawierzchni KN5 jej trwałość efektywna wyrażona liczbą osi obliczeniowych 100 kn jest wystarczająca dla ruchu do 22,0 mln osi w okresie 20-letnim. Przyczyną takiego wyniku jest wysoka jakość badanych mieszanek (duża sztywność, dużo asfaltu, mało wolnych przestrzeni).

13 Zadanie 1. Podsumowanie Analiza porównawcza konstrukcji nawierzchni z Rozporządzenia z 1999 r. dla KR6 i konstrukcji nawierzchni z Katalogu TNPiP z 2013 r. dla KR5 Od 2013 roku w WT ZDW Katowice zostały zmienione zawartości wolnych przestrzeni w mma, co miało przełożyć się na zwiększenie trwałości zmęczeniowej nawierzchni. Zbadane mieszanki wg typowych recept SKN sp. z o.o. okazały się bardzo wysokiej jakości i znacząco przyczyniły się do uzyskania takich wyników. W tym sensie, należy z ostrożnością przenosić wyniki uzyskane w Zadaniu 1 na inne zarządy dróg, w których stosuje się inne wymagania wobec mma. W przypadku spadku prędkości obciążenia widoczny jest bardzo znaczący wzrost odkształceń krytycznych i spadek trwałości obliczeniowej nawierzchni. Mimo tego, liczba osi przenoszona przez nawierzchnię KN5 jest wystarczająca (z wyjątkiem obliczeń wg modelu B i wyniku 20,45 mln osi przy wymaganym 22,0 mln). Jednak w praktyce nie występuje przypadek, że 100% pojazdów ciężkich porusza się z prędkością powolną i stąd można uznać, że konstrukcja KN5 spełnia wymaganie trwałości minimalnej 22 mln osi. W przypadku ruchu powolnego z hamowaniem, nawierzchnia KN5 nie spełnia wymagania trwałości obliczeniowej (22,0 mln osi). Biorąc jednak pod uwagę, że nie wszystkie pojazdy wykonują hamowanie z całkowicie zablokowanym kołem niedowymiarowanie nie jest istotne.

14 Zadanie 2. Założenia Zbadanie czy istotne dla trwałości nawierzchni jest dodanie warstwy przeciwzmęczeniowej Do analizy przyjęto układ podstawowy warstw KS6, trzy warstwy asfaltowe jako układ odniesienia i jego modyfikację w dwóch wariantach z dodaną na spodzie warstwą przeciwzmęczeniową (AF): Wariant I warstwa ścieralna i warstwa przeciwzmęczeniowa z mieszanki z asfaltem modyfikowanym PMB, a warstwa wiążąca i podbudowa asfaltowa z mieszanki z asfaltem wielorodzajowym MG (konstrukcja KS6-AF-MG), Wariant II wszystkie warstwy asfaltowe z mieszanki z asfaltem modyfikowanym PMB (konstrukcja KS6-AF-PMB).

15 Zadanie 2. Wnioski Zbadanie czy istotne dla trwałości nawierzchni jest dodanie warstwy przeciwzmęczeniowej Ze względu na zachowanie się nawierzchni najlepszym sposobem porównania jest porównanie konstrukcji referencyjnej KS6 bez warstwy przeciwzmęczeniowej (dalej AF) z konstrukcją w wariancie I (MG). Obie konstrukcje zawierają dokładnie te same materiały we wszystkich warstwach z wyjątkiem warstwy AF. Konstrukcja w wariancie II składa się z warstw zawierających we wszystkich warstwach asfalt modyfikowany PMB, co oczywiście pozwala porównać ją z pozostałymi strukturami, ale wprowadza dodatkowy element do analizy. Obie konstrukcje z warstwą AF (I i II), wykonaną z mieszanki SMA 11 S z miękkim asfaltem modyfikowanym PMB 45/80-55 charakteryzują się większymi ugięciami i odkształceniami w okresie letnim niż występujące w nawierzchni referencyjnej KS6. W pozostałych sezonach wielkości odkształceń i ugięć w konstrukcjach z AF i porównawczej KS6 są względem siebie większe lub mniejsze, bez stałej relacji (zależności). Przyczyną zwiększonych ugięć w lecie jest spadek wraz ze wzrostem temperatury sztywności warstwy AF (zawierającej bardziej miękkie lepiszcze niż w wyżej położonych warstwach). Oznacza to, że dolna część układu warstw asfaltowych traci 4 cm sztywnego elementu (klasyczna AC 22 P) na rzecz bardziej podatnej warstwy AF. Ponieważ dla odkształceń krytycznych układu warstw asfaltowych liczy się sztywność całego układu tych warstw, stąd większe ugięcia i odkształcenia.

16 Zadanie 2. Wnioski Zbadanie czy istotne dla trwałości nawierzchni jest dodanie warstwy przeciwzmęczeniowej Mimo większych odkształceń krytycznych, istotnych dla trwałości ze względu na spękania zmęczeniowe, konstrukcje z warstwą AF charakteryzują się większą obliczeniową trwałością zmęczeniową, co wynika ze struktury równania Inst. Asfaltowego w którym uwzględnia się właściwości ostatniej (dolnej) warstwy asfaltowej przy rozciąganiu. Istotnym wnioskiem z analizy jest pojawienie się możliwości wystąpienia innego schematu zniszczenia nawierzchni, w przypadku występowania wysokiej temperatury i miękkiej warstwy AF. W warunkach lata powstają duże odkształcenia krytyczne, niemniej jednak ze względu na swoje właściwości, warstwa AF z miękkim PMB jest w stanie je przenieść bez pęknięcia. Pojawia się jednak zagrożenie, że w kolejnej warstwie asfaltowej powyżej (pozostała część klasycznej podbudowy asfaltowej AC 22 P) mogą powstać tak duże odkształcenia poziome (rozciągające), że może ona nie przenieść obciążenia i pęknie. Przeniesienie ryzyka pęknięcia zmęczeniowego na wyższą warstwę wynika ze zbyt dużej różnicy sztywności między warstwą AC 22 P a warstwą AF w wysokiej temperaturze (warstwa AF nie pełni wystarczająco funkcji konstrukcyjnego wzmocnienia dla AC 22 P).

17 Zadanie 2. Wnioski Zbadanie czy istotne dla trwałości nawierzchni jest dodanie warstwy przeciwzmęczeniowej Ilustracje do analizowanego zjawiska: Klasyczny mechanizm zniszczenia zmęczeniowego, pęknięcie w spodzie najniżej położonej warstwy asfaltowej Zidentyfikowany mechanizm zniszczenia zmęczeniowego, w przypadku, gdy warstwa AF jest zbyt miękka (mało sztywna) i nie podpiera wystarczająco podbudowy asfaltowej, pęknięcie występuje wtedy w spodzie kolejnej warstwy asfaltowej

18 Zadanie 2. Wnioski Zbadanie czy istotne dla trwałości nawierzchni jest dodanie warstwy przeciwzmęczeniowej W trakcie obliczeń starano się zidentyfikować występowanie takich zagrożeń. Przypadki, w których to podbudowa asfaltowa z powodu dużych odkształceń rozciągających (poziomych) determinowała mniejszą trwałość zmęczeniową konstrukcji zachodzą w wysokiej temperaturze podczas ruchu powolnego z hamowaniem lub bez. Trwałości ze względu na spękania zmęczeniowe zmniejszają się drastycznie, nawet 8-10 krotnie. Nie zmieniają się trwałości ze względu na kryterium deformacji cyklicznej podłoża. W temperaturze -2 C oraz 10 C większe trwałości N z wykazują konstrukcje z wykorzystaniem asfaltu PMB w warstwie wiążącej i podbudowie zasadniczej. Natomiast w temperaturze 23 C jest na odwrót - większe są trwałości z mieszankami z asfaltem MG. W efekcie trudno rozstrzygnąć na podstawie N efekt korzyści lub wady stosowania asfaltu modyfikowanego w porównaniu z asfaltem wielorodzajowym (problem ten wymaga dalszych badań).

19 Zadanie 3. Założenia Zbadanie, w której warstwie stosowanie asfaltu modyfikowanego (PMB) jest najbardziej uzasadnione Do analizy przyjęto układ podstawowy warstw KS6 i jego modyfikacje w kilku wariantach z różnym umieszczeniem mieszanki mineralno-asfaltowej z asfaltem modyfikowanego (PMB) (zamiast mieszanki z asfaltem wielorodzajowym MG). Schematy i kody konstrukcji: AC 11 S lub SMA 11 S MG PMB MG MG AC 16 W MG MG PMB MG AC 22 P MG MG MG PMB KS6-0 KS6-1 KS6-2 KS6-3

20 Zadanie 3. Wnioski Zbadanie, w której warstwie stosowanie asfaltu modyfikowanego (PMB) jest najbardziej uzasadnione Zastosowanie asfaltu modyfikowanego w warstwie ścieralnej wykazało w obliczeniach ujemny wpływ na trwałość zmęczeniową. Wynika to z faktu mniejszej sztywności warstwy z asfaltem modyfikowanym PMB w porównaniu z asfaltem wielorodzajowym MG. Ponieważ bardzo duży wpływ na obliczeniową wartość trwałości nawierzchni mają odkształcenia pojawiające się w nawierzchni latem, w konsekwencji mniej sztywna warstwa ścieralna wpływa ujemnie na sztywność całej nawierzchni. Niemniej jednak asfalt modyfikowany stosuje się w warstwie ścieralnej z innych powodów, tzn. z przyczyn odporności na wodę i mróz. Warto rozważyć stosowanie wyżej modyfikowanego asfaltu 45/80-65 w warstwach ścieralnych, o większej sztywności niż 45/80-55.

21 Zadanie 3. Wnioski Zbadanie, w której warstwie stosowanie asfaltu modyfikowanego (PMB) jest najbardziej uzasadnione Stosowanie typowego asfaltu modyfikowanego w warstwie wiążącej ma niewielki, ale pozytywny wpływ na trwałość zmęczeniową nawierzchni. Zwiększenie trwałości można oszacować na około 5%. Obliczenia wykazały, że największy efekt pozytywny w zakresie zwiększenia trwałości można osiągnąć stosując asfalt modyfikowany PMB w warstwie podbudowy asfaltowej.

22 Zadanie 4. Założenia Zbadanie, czy w strefie powolnego ruchu (skrzyżowanie, odcinki specjalne) należy zmienić grubość warstw w stosunku do grubości katalogowej Rozporządzenie 1999 oraz katalogi KTNPP nie podają konkretnych (ilościowych) wytycznych do projektowania konstrukcji nawierzchni w przypadku tych odcinków dróg, gdzie dominuje ruch powolny. Wiadomo natomiast, że warstwy asfaltowe (o wyraźnych właściwościach reologicznych, zwłaszcza w wyższych temperaturach) są stosunkowo wrażliwe na czas działania obciążenia. Zadanie badawcze nr 4 poświęcono analizie wpływu małej prędkości obciążenia na kluczowe wielkości odkształceń i trwałość obliczeniową nawierzchni na przykładzie konstrukcji KS6. Docelowy wynik miał odpowiedzieć na pytanie, o ile trzeba pogrubić podbudowę asfaltową w strefie skrzyżowania, aby zwiększone tam odkształcenia krytyczne spowodowane powolnym ruchem zmniejszyły się do wielkości występujących na odcinkach z ruchem standardowym 60 km/h?

23 Zadanie 4. Założenia Zbadanie, czy w strefie powolnego ruchu (skrzyżowanie, odcinki specjalne) należy zmienić grubość warstw w stosunku do grubości katalogowej O ile należy zwiększyć grubość nawierzchni w strefie powolnego ruchu, aby odkształcenia krytyczne zrównały się z tymi występującymi przy ruchu standardowym?

24 Zadanie 4. Założenia Zbadanie, czy w strefie powolnego ruchu (skrzyżowanie, odcinki specjalne) należy zmienić grubość warstw w stosunku do grubości katalogowej O ile należy zwiększyć grubość nawierzchni w strefie powolnego ruchu, aby odkształcenia krytyczne zrównały się z tymi występującymi przy ruchu standardowym?

25 Zadanie 4. Założenia Zbadanie, czy w strefie powolnego ruchu (skrzyżowanie, odcinki specjalne) należy zmienić grubość warstw w stosunku do grubości katalogowej OK O ile należy zwiększyć grubość nawierzchni w strefie powolnego ruchu, aby odkształcenia krytyczne zrównały się z tymi występującymi przy ruchu standardowym?

26 Zadanie 5. Założenia Zbadanie czy zamiast mieszanki AC 16 w warstwie wiążącej uzasadnione jest stosowanie AC 22 (do obydwu warstw wiążącej i podbudowy) Celem analizy jest zbadanie różnic pomiędzy krytycznymi wartościami kluczowych wielkości i wartościami trwałości obliczeniowych porównywanych konstrukcji dla podstawowych danych przyjętych w tym opracowaniu. wariant KS6-PMB-W16 wariant KS6-PMB-W22

27 Zadanie 5. Założenia Zbadanie czy zamiast mieszanki AC 16 w warstwie wiążącej uzasadnione jest stosowanie AC 22 do obydwu warstw wiążącej i podbudowy Sprawdzono czy występuje wpływ rodzaju lepiszcza na trwałość (PMB vs MG) wariant KS6-MG-W16 wariant KS6-MG-W22

28 Zadanie 5. Wnioski Zbadanie czy zamiast mieszanki AC 16 w warstwie wiążącej uzasadnione jest stosowanie AC 22 do obydwu warstw wiążącej i podbudowy Zastosowanie mieszanki AC22 zamiast mieszanki AC16 w warstwie wiążącej nie jest specjalnie korzystne z punktu widzenia trwałości strukturalnej (definiowanej trwałością obliczeniową zależną od odkształceń krytycznych), Różnice w trwałości nawierzchni dla zastosowania w warstwie wiążącej AC22 zamiast AC16 nie są duże (nie przekraczają 10%) należy jednak pamiętać, że mieszanki AC22P MG i AC22 PMB pod względem uziarnienia spełniają wymagania AC22W, co osłabia wpływ uziarnienia na różnice między AC16W i AC22P/W; w każdym przypadku wariant KS6-PMB-W16 okazał się najlepszy. Powyższy wniosek potwierdza się w każdym analizowanym przypadku modelu warstw asfaltowych zarówno w modelu sprężystym S, jak i w modelach lepko-sprężystych B i H-S,

29 Zadanie 5. Wnioski Zbadanie czy zamiast mieszanki AC 16 w warstwie wiążącej uzasadnione jest stosowanie AC 22 do obydwu warstw wiążącej i podbudowy Na ocenę wariantu konstrukcji KS6 z W16 lub KS6 z W22 nie wpływa rodzaj lepiszcza: czy asfalt wielorodzajowy MG (sztywniejszy) czy modyfikowany polimerem PMB (elastyczniejszy), nie ma również znaczenia czy uwzględniamy ruch standardowy czy powolny, Dominującym typem zniszczenia są spękania zmęczeniowe wyrażane trwałością Nz, Wyższe wartości trwałości obliczeniowej dla ruchu o prędkości standardowej uzyskano przy zastosowaniu asfaltu modyfikowanego PMB, przy ruchu powolnym wpływ rodzaju lepiszcza na trwałość Nz nie jest tak znacząca (prawidłowość ta występuje w modelach S, B i H-S).

30 Zadanie 5. Wnioski Zbadanie czy zamiast mieszanki AC 16 w warstwie wiążącej uzasadnione jest stosowanie AC 22 do obydwu warstw wiążącej i podbudowy Z punktu widzenia odporności na koleinowanie, być może mieszanka AC22 mogłaby być korzystniejsza od AC16. Ten parametr jednak może być sterowany przez postawienie w WT ZDW odpowiedniego wymagania do WTS AIR dla każdej z mieszanek, odpowiedni do miejsca ich zastosowania w konstrukcji nawierzchni.

31 Zadanie 6. Założenia Określenie wpływu asfaltu modyfikowanego na trwałość obliczeniową w stosunku do asfaltu wielorodzajowego Celem zadania jest określenie w jakim stopniu zastosowanie asfaltu modyfikowanego (PMB) w mieszankach mineralno-asfaltowych użytych we wszystkich warstwach asfaltowych konstrukcji KS6 nawierzchni (konstrukcja KS6-PMB) wpływa na własności mechaniczne nawierzchni, w tym zwłaszcza na trwałość obliczeniową: w porównaniu do tej konstrukcji w wariancie standardowym (konstrukcja KS6) z zastosowaniem w warstwie ścieralnej mieszanki z użyciem asfaltu modyfikowanego (PMB) a w warstwie wiążącej i w podbudowie zasadniczej asfaltu wielorodzajowego (MG) (konstrukcja KS6-MG1) oraz w porównaniu do tej konstrukcji w wariancie z zastosowaniem we wszystkich warstwach asfaltowych asfaltu wielorodzajowego (MG) (konstrukcja KS6-MG0 identyczna także z konstrukcją KS6-0)

32 Zadanie 6. Założenia Określenie wpływu asfaltu modyfikowanego na trwałość obliczeniową w stosunku do asfaltu wielorodzajowego Porównanie konstrukcji: KS6-MG1 KS6-PMB KS6-MG0

33 Zadanie 6. Wyniki Określenie wpływu asfaltu modyfikowanego na trwałość obliczeniową w stosunku do asfaltu wielorodzajowego Ranking konstrukcji ze względu na trwałość obliczeniową Nz wg modelu S Warunki ruchu Ruch standardowy ok. 60 km/h Ranking konstrukcji I miejsce II miejsce III miejsce KS6-PMB KS6-MG0 KS6-MG1 Ruch powolny ok. 5km/h bez hamowania KS6-MG0 KS6-PMB KS6-MG1 Ruch powolny ok. 5 km/h z hamowaniem KS6-MG0 KS6-PMB KS6-MG1

34 Zadanie 6. Wyniki Określenie wpływu asfaltu modyfikowanego na trwałość obliczeniową w stosunku do asfaltu wielorodzajowego Konstrukcja KS6-PMB zbudowana z zastosowaniem asfaltu modyfikowanego PMB we wszystkich warstwach (ws, ww, wp) charakteryzuje się największą trwałością Nz i Nd w przypadku występowania ruchu z prędkością standardową; wynik ten potwierdził się w obliczeniach z wykorzystaniem modeli S, B i H-S. Konstrukcja w pełni zbudowana z asfaltu MG (KS6-MG0) ma większą trwałość obliczeniową niż konstrukcja, w której warstwa ścieralna jest z PMB (KS6-MG1); przyczyną takiego wyniku jest większa podatność (mniejsza sztywność) warstwy z PMB, co nieznacznie zmniejsza sztywność całego asfaltowego układu warstw asfaltowych, problem ten zidentyfikowano już we wcześniejszym zadaniu (ZB3), niemniej jednak asfalt modyfikowany stosowany jest w warstwie ścieralnej z powodu jego większej odporności na działanie czynników klimatycznych i właściwości użytkowych.

35 Zadanie 6. Wyniki Określenie wpływu asfaltu modyfikowanego na trwałość obliczeniową w stosunku do asfaltu wielorodzajowego Konstrukcja KS6-MG0 zbudowana z zastosowaniem asfaltu wielorodzajowego MG we wszystkich warstwach (ws, ww, wp) charakteryzuje się największą trwałością Nz i Nd w przypadku występowania ruchu powolnego, wynik ten potwierdził się w obliczeniach z wykorzystaniem modeli S, B i H-S. W przypadku ruchu powolnego z występowaniem hamowania największą trwałość także osiąga konstrukcja najsztywniejsza czyli KS6-MG0 (tylko asfalt MG), konstrukcja całkowicie z PMB zajmuje w rankingu kolejne miejsce. Modele lepko-sprężyste B i H-S (zwłaszcza model B) implikują mniejsze trwałości niż model sprężysty S przy uwzględnieniu ruchu powolnego z hamowaniem; największe różnice notuje się dla trwałości obliczeniowej ze względu na deformacje cykliczne Nd sięgające nawet 30% (między modelami B i S).

36 Podsumowanie Praca dostarczyła bardzo dużej ilości danych i pozwoliła na sformułowanie szeregu wniosków praktycznych i teoretycznych. Uzyskano przesłanki do dalszych prac i obliczeń. Stąd można ocenić, że praca spełniła swoje założenia i okazała się sukcesem. Podstawowym zagadnieniem jest problem stosowania na budowach mma o bardzo zróżnicowanej jakości. W obliczeniach zastosowano typowe mma od renomowanego producenta. Jak się okazało, charakteryzowały się one wysoką jakością w sensie bardzo dobrej pracy w konstrukcji nawierzchni. Nie można jednak przyjąć za pewnik, że każda mma stosowana na drogach ZDW będzie taka dobra jak badane mma. Pozostaje do rozważenia, w jaki sposób uwzględnić ten fakt w analizach i Wytycznych?

37 Podsumowanie Określono wpływ lepiszczy na trwałość nawierzchni: asfalt modyfikowany jest bardziej elastyczny (mniej sztywny) w niskich i średnich temperaturach, co przekłada się na większą odporność na pęknięcia i wytrzymałość zmęczeniową, asfalt wielorodzajowy jest asfaltem sztywnym w całym zakresie temperatur, co jest korzystne szczególnie w wysokiej temperaturze natomiast niezbyt korzystne w niskiej, aby osiągnąć synergię tych dwóch cech, należy w strefach skrzyżowań stosować twarde (sztywne w wysokiej temperaturze) asfalty modyfikowane.

38 Podsumowanie Wnioski dotyczące struktury nawierzchni: Do ruchu standardowego preferowane są nawierzchnie o dużej elastyczności podbudowy, odpornej na zmęczenie. W ruchu powolnym oraz powolnym z występującym hamowaniem lepsze cechy trwałościowe wykazują nawierzchnie o dużej sztywności. Można to osiągnąć bądź przez odpowiedni dobór mieszanek (i lepiszczy) do warstw asfaltowych lub przez zwiększenie grubości tych warstw ze zwykłymi asfaltami. Warstwa przeciwzmęczeniowa jest bardzo dobrym rozwiązaniem zwiększającym trwałość, należy jednak dobrze rozumieć sposób jej pracy i wpływ na pozostałe warstwy. Wydaje się, że należałoby wykonać jeszcze dodatkowe obliczenia w różnych wariantach materiałowych, aby lepiej opisać mechanizm jej zachowania w zróżnicowanych warunkach temperatury i obciążenia.

39 Dziękujemy za uwagę!