Rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni podatnej a trwałość podbudowy recyklowanej z dodatkami

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni podatnej a trwałość podbudowy recyklowanej z dodatkami"

Emilia Kuczyńska
5 lat temu
Przeglądów:

1 Rozkład naprężeń w konstrukcji nawierzchni podatnej a trwałość podbudowy recyklowanej z dodatkami dr inż. Grzegorz Mazurek dr inż. Przemysław Buczyński prof. dr hab. inż. Marek Iwański

2 PLAN PREZENTACJI: 1. Zjawisko zmęczenia warstw konstrukcji 2. Projektowanie konstrukcji nawierzchni drogowej wg metody mechanistycznej 3. Określenie postaci krzywych wiodących modułu sztywności mieszanek mineralno-asfaltowych oraz recyklowanych 4. Stan naprężeń i odkształceń konstrukcji nawierzchni z podbudową wykonaną w technologii recyklingu na zimno z asfaltem spienionym 5. Analiza wyników badań do oszacowania trwałości zmęczeniowej podbudowy recyklowanej ze spoiwem mieszanym 6. Wnioski

3 KLASYCZNY MECHANIZM POWSTAWANIA USZKODZEŃ ZMĘCZENIOWYCH E*, ε xx E o ε kryt =2ε o E kryt =50% E o ε xx ε xx MCAS ε o Deformacje lepko-plastyczne N (cykle)

4 Projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych wg metody mechanistycznej P=100kN (50kN) Q=850 kpa Warstwa ścieralna E 1 ; μ 1 Warstwa wiążąca Warstwa podbudowy Ɛ 1 E 2 ; μ 2 E 3 ; μ 3 Warstwy z mieszanek mineralno-asfaltowych Ɛ 2 б 2 E 4 ; μ 4 Warstwy z mieszanek związanych Ɛ z E 5 ; μ 5 Podłoże gruntowe

5 Tabela 1. Moduły sztywności wybranych mma [KTKPiP 2014] Lp Rodzaj mieszanki Moduł sztywności S przy czasie obciążenia 0,02s i temperaturze: +13 O C +15 O C 1 Mastyks grysowy do warstwy ścieralnej, KR Beton asfaltowy do warstwy ścieralnej, KR Beton asfaltowy do warstwy wiążącej, KR Beton asfaltowy do warstwy podbudowy, KR Wartość współczynnika Poissona μ w temperaturze +13 O C i +15 O C przyjęto wartość μ=0,3 Założenia do określenia wartości modułu sztywności: temperatura ekwiwalentna +13 O C i +15 O C czas oddziaływani obciążenia 0,02 s (50km/h)

6 Określenie wartości modułu sztywności mieszanek mineralno-asfaltowych wg PN-EN IT CY oraz CIT CY DTC CY

7 IT CY Częstotliwość obciążenia: 0.124±0.004s (3s) Temperatura: dowolna CIT CY Częstotliwość: 10 Hz; 5 Hz; 1 Hz; 0,1 Hz Temperatura: dowolna [PN-EN zał. G] Rys 1. Badanie modułu sztywności w teście pośredniego rozciągania

8 DTC CY Częstotliwość: 0,1Hz; 0,3Hz; 1Hz; 3 Hz; 10 Hz i 20 Hz Temperatura: dowolna Rys 2. Badanie modułu sztywności w teście bezpośredniego ściskania i rozciągania

9 Model matematycznej funkcji sigmoidalnej format MEPDG Symetryczna funkcja sigmoidalna (Verhulst, 1938) Uogólniona funkcja sigmoidalna (Richards model, 1959) MEPDG opracowanie NCHRP Projekt A-37A Przewodnik Mechanistyczno - Empirycznego Projektowania Nawierzchni Drogowych

10 Log E*, MPa Model matematycznej funkcji sigmoidalnej format MEPDG γ (wzrasta) δ+α β (ujemne) Modyfikacja punktu przegięcia (Inflection point) wywołane parametrem λ δ β (dodatnie) δ δ+α β,γ, λ -(β/γ) dolna asymptota górna asymptota parametry krzywizny częstotliwość punktu przegięcia Log Częstotliwość zredukowana, Hz

11 Uogólniony model Maxwella Inne modele mechaniczne Uogólniony model 2S2P1D Uogólniony model Burgersa

12 Porównanie dopasowania modeli krzywych wiodących Rys. 3. Porównanie modeli krzywych wiodących (25 st.c)

13 Log at Log E*, MPa Algorytm powstania krzywej wiodącej Zakres typowej częstotliwości pomiaru PN-EN np.: od 0.1 Hz do 20Hz T 1 at 1 T 2 at 2 lub T 3 at 3 at 4 at 6 at 5 T 4 T 5 T 6 T 1 T 2 T 3 T4 T5 T 6 Log Częstotliwość zredukowana, Hz Temperatura

14 Rys 4. Przebieg zmian temperatur na grubości warstw asfaltowych w sytuacji gdy temperatura przy powierzchni wynosi 40 O C [Judycki J. et al. (2013) Badanie wpływu zastosowania warstw betonu asfaltowego na wysoki moduł... GDDKiA. Gdańsk 2013]

15 Rodzaj mieszanki Ilość asfaltu spienianego Ilość cementu MCAS (60%RAP/40%VA) 2,5 % 2,0% Rys 5a. Izochromy krzywych wiodących w funkcji częstotliwości obciążenia w temperaturze referencyjnej 40st.C oraz skład referencyjnej mieszanki MCAS Rodzaj warstwy Parametry dopasowania do modelu krzywej wiodącej Jakość dopasowania α β γ δ λ A o A 1 R 2 AC11S 2, ,01-0,048 0,97 AC16W 2,177 0,299-0,492 2,177 0,21 2,24-0,047 0,95 AC16P 2,083 0,35-0,4 2,083 0,3 2,32-0,034 0,97 MCAS 2,149 1,035-0,224 2,149 0,1 2,572-0,014 0,98

środek w-wy [m] temp. [ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz środek w-wy [m] temp.

2708 3709 4898 podłoże E o =80 MPa 0,020 37,0 962 2127 4465 0,08 32,0 1538 3302 6128 0,22 31,0 2708 3709 4898 podłoże E o

[ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz 0,020 37,0 962 2127 4465 0,08 30,0 1538 3302 6128 0,20 31,0

16 środek w-wy [m] temp. [ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz środek w-wy [m] temp. [ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz 0,015 37, ,06 33, ,16 30, podłoże E o =80 MPa 0,020 37, ,08 32, ,22 31, podłoże E o =100 MPa środek w-wy [m] temp. [ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz 0,020 37, ,08 30, ,20 31, podłoże E o =80 MPa środek w-wy [m] temp. [ O C] Moduł (E*) 0,1Hz Moduł (E*)1,0 Hz Moduł (E*) 10 Hz 0,020 37, ,07 32, ,13 30, ,26 31, podłoże E o =100 MPa

17 Stan graniczny Odkształcenie plastyczne ε pl:y-y 3,97E-04 (pionowe) Odkształcenie plastyczne ε pl:y-y 2,04E-04 (pionowe) Odkształcenie plastyczne ε pl:y-y 9,80E-05 (pionowe) Odkształcenie plastyczne ε pl:y-y 3,83E-05 (pionowe)

Rys 6. Wymagania w odniesieiu do próbke MCE (źródłó: INSTRUKCJA PROJEKTOWANIA I WBUDOWYWANIA MIESZANEK MINERALNO-CEMENTOWO-EMULSYJNYCH (MCE)) Zanik odkształceń plastycznych Temp = 30 o C Freq.

18 Rys 6. Wymagania w odniesieiu do próbke MCE (źródłó: INSTRUKCJA PROJEKTOWANIA I WBUDOWYWANIA MIESZANEK MINERALNO-CEMENTOWO-EMULSYJNYCH (MCE)) Zanik odkształceń plastycznych Temp = 30 o C Freq. = 10 Hz Naprężenie poziome, kpa (σ xx ) Odkształcenie poziome sprężyste, (ε xx-sp ) Odkształcenie poziome całkowite, (ε xx ) Odkształcenie pionowe plastyczne, (ε yy-pl ) Ugięcie konstrukcji nawierzchni, m (U yy ) Kąt tarcia wewnętrznego φ, o Spójność c,(kpa) KR1 KR2 KR3 KR ,09e-05 1,64e-04 1,29e-04 9,55e-05 7,93e-05 3,97e-04 2,04e-04 9,8e-05 3,83e-05 3,95e-04 3,39e-04 2,9e-04 2,62e o 420 kpa (30 o C)

19 Mieszanki mineralno-asfaltowe P=100kN (50kN) Q=850 kpa Ɛ =??? Ɛ = 130 μɛ Ɛ 1 E 1 ; μ 1 Podbudowa MCAS Podłoże Ɛ 2 б 2 Ɛ z E 2 ; μ 2 E 3 ; μ 3 б =??? б = 500 kpa

20 SIŁA KONTROLOWANA POZIOMEM NAPRĘŻENIA б 1 = 250 kpa б 2 = 400 kpa б 3 = 500 kpa t 1 = 0,1s t 2 = 0,4s t 2 t 1 Rys. 7. Schemat badania ITT

21 Rys. 8. Charakterystyki zmęczeniowe recyklowanej podbudowy przy kontrolowanym trybie naprężenia w temperaturze 20 O C

22 Wnioski: W konstrukcjach KR1 oraz KR2, w warstwie MCAS, w sezonie wysokich temperatur otoczenia (40oC) istnieje wysokie prawdopodobieństwo przekroczenia granicznego stanu naprężenia i powstanie w niej dużych odkształceń plastycznych, Należy zwrócić uwagę na relację pomiędzy kohezją mieszanki MCAS oraz parametrem ITS w wysokich temperaturach otoczenia, Możliwe jest wykorzystanie modułu zespolonego (wartość zbadana) w indywidualnym projektowaniu konstrukcji nawierzchni drogowych z mieszanką recyklowanej podbudowy MCAS pod warunkiem zapewnienia na etapie projektowania jej optymalnego składu w aspekcie trwałości, Wpływ poziomu naprężenia wynikającego z grubości warstw z mieszanek mineralno-asfaltowych występujących nad warstwą podbudowy recyklowanej wpływa na jej trwałość zmęczeniową.

23 Dziękujemy Państwu za uwagę!!! dr inż. Grzegorz Mazurek tel: dr inż. Przemysław Buczyński tel:

Podobne dokumenty

Wykorzystanie modeli krzywych wiodących modułu sztywności w projektowaniu konstrukcji podatnej nawierzchni drogowej

Wykorzystanie modeli krzywych wiodących modułu sztywności w projektowaniu konstrukcji podatnej nawierzchni drogowej dr inż. Przemysław Buczyński dr inż. Grzegorz Mazurek prof. dr hab. inż. Marek Iwański