WŁAŚCIWOŚCI NISKOTEMPERATUROWE MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH. Część 1. Naprężenia termiczne nawierzchni jako skutek działania niskich temperatur

Transkrypt

1 WŁAŚCIWOŚCI NISKOTEMPERATUROWE MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH Część 1. Naprężenia termiczne nawierzchni jako skutek działania niskich temperatur dr inż. DAWID RYŚ POLITECHNIKA GDAŃSKA

2 Wprowadzenie Cel analizy: Ocena właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych pod kątem powstawania spękań niskotemperaturowych Czynniki wpływające na spękania niskotemperaturowe Naprężenia termiczne działanie niskich temperatur parametry reologiczne mma Wytrzymałość na rozciąganie mma 2

3 Źródło danych temperatury powietrza Stacje IMiGW Dane w latach , 30 lat Temperatura powietrza na wysokości 2 m od powierzchni terenu 61 stacji meteo IMiGW 3

4 Metodyka określania dolnej temperatury granicznej PG asfaltów 4

5 Temperatura powietrza [ C] Metodyka określania dolnej temperatury granicznej PG asfaltów Przykład rocznej minimalnej temperatury powietrza rok 1987, Białystok, T min = -34,6 C, r. godz T min = -34,6 C Data i godzina 5

6 Metodyka określania dolnej temperatury granicznej PG asfaltów Przykładowe zestawienie rocznych minimalnych temperatur powietrza w latach , stacja meteorologiczna w Białymstoku 6

7 Klasyfikacja asfaltów Performance Grade PG Dolne PG Warstwa ścieralna P=98% 7

8 Dane pomiarowe z drogowych stacji Meteo Temperatury: Powietrza (2 m.n.p.t) Nawierzchni (0cm, -5 cm, -30 cm) Pozostałe dane: Opady, wilgotność powietrza Stan nawierzchni (mokra, sucha) Prędkość i kierunek wiatru 8

9 Dostęp do danych z drogowych stacji Meteo Uwzględniono 18 stacji Okres pomiaru max od 2003 Dane co 10 min Łącznie 23 tys miarodajnych dni pomiarowych DK10 Człopa DK10 Lubaszcz DK25 Koronowo DK10 Kruszyniec S6 Kobylnica S10 Lipinki Zielonka DK7 Pepłowo DK59 Myszyniec S. DK1 Probostwo DK8 Podborze DK50 Brok S8 Choroszcz Jeżewo Żółtki DK3 Radomierz DK45 Zawada DW426 Zalesie S 9

10 Dobowe zmiany temperatury nawierzchni w okresie trwania mrozów 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0-25,0-30,0 minimalna temperatura nawierzchni -24,2 C temperatura powietrza temeratura nawierzchni na gł. -30 cm temperatura nawierzchni na gł. 0 cm Minimalna temperatura nawierzchni występuje wraz z minimalną temperaturą powietrza, Najczęściej między 6 i 7 rano temperatura nawierzchni na gł.-5cm 10

11 Minimalne temperatury nawierzchni zarejestrowane na stacjach METEO Nie odnotowano temperatur niższych niż dolne PG asfaltów (w. ścieralna, p=98%) -24 C -12 C -19 C -17 C -15 C -22 C -21 C -24 C -19 C -18 C 11

12 Rozkład minimalnych temperatur na głębokości nawierzchni Konstrukcja i podłoże wpływa na rozkład temperatury na głębokości 12

13 Prędkość ochładzania się nawierzchni 13

14 Procent obserwacji Prędkość ochładzania się nawierzchni 25% 20% 15% 10% 5% 0% Prawdopodobieństwo Prędkość ochładzania się nawierzchni V T ( C/h) 99,9% 3,7 90% 0,8 14

15 Czas utrzymywania się niskich temperatur Najdłuższy czas nieprzerwanego utrzymywania się temperatury nawierzchni DK8 Podborze (woj. Mazowieckie) stycznia 2010 r. [godziny] poniżej 0 C poniżej -5 C poniżej -10 C poniżej -15 C poniżej -20 C

16 Nowa lepko-sprężysta metoda obliczeń naprężeń termicznych w nawierzchni prof. Józefa Judyckiego Judycki J., A new viscoelastic method of calculation of low-temperature thermal stresses in asphalt layers of pavements, International Journal of Pavement Engineering, 2016 Judycki J., Verification of the new viscoelastic method of thermal stress calculation in asphalt layers of pavements, International Journal of Pavement Engineering, 2016 ε x = ε y = 0 σ x = σ y 0 ε z 0 σ z = 0 x 0 y h υ = 0 h x z z 16

17 Wzrost naprężeń rozciągających podczas ochładzania metoda obliczeń σ(p 0, τ K ) σ σ (P 0,t) σ 0 (t) 0 t 0 τ K t 1 τ K t 2 t 17

18 Wzrost naprężeń rozciągających podczas ochładzania metoda obliczeń σ(p 1, τ K ) σ(p 0, τ K ) σ σ(p 1,t) Δσ 1 (τ K ) σ (P 0,t) σ 0 (t) 0 t 0 τ K t 1 τ K t 2 t 18

19 Wzrost naprężeń rozciągających podczas ochładzania metoda obliczeń σ(p 1, τ K ) σ(p 0, τ K ) σ σ(p 1,t) σ 1 (t) Δσ 1 (τ K ) σ (t) Δσ 1 (τ K ) σ (P 0,t) σ 0 (t) 0 t 0 τ K t 1 τ K t 2 t 19

20 Relaksacja (spadek) naprężeń σ Wzrost naprężeń Relaksacja Naprężenie wynikowe σ CHANGE, i+1,j σ(t) σ i,j σ i+1,j 0 σ LAR, i+1,j t t i,j Δt t i+1,j 20

21 Naprężenie termiczne, MPa Temperatura [ C] Naprężenie termiczne, MPa Temperature [ C] Relaksacja (spadek) naprężeń Ochładzanie z 10 C do -15 C i relaksacja 20 h Ochładzanie z 10 C do -25 C i relaksacja 16 h Stress Temperature Stress Temperature Czas, h Czas, h

22 Naprężenia termiczne, MPa Temperatura, o C Naprężenia termiczne w warstwie nawierzchni podczas trwania niskich temperatur AC WMS z asfaltem 20/ Thermal Stresses Temperature σ max = 4,90 MPa Czas, godziny

23 Wpływ temperatury nawierzchni na ryzyko powstania spękań niskotemperaturowych Temperatura minimalna nawierzchni im niższa tym większe naprężenia termiczne Prędkość ochładzania się nawierzchni im większa tym większe naprężenia termiczne Okres utrzymywania się niskiej temperatury twardnienie fizyczne mieszanek, im dłuższy tym większe ryzyko powstania spękań 23

24 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 24