PROJEKT BUDOWLANY BUDOWA DRUGIEJ JEZDNI DROGI EKSPRESOWEJ S3 SULECHÓW-NOWA SÓL ODCINEK II: OD KM DO KM

Transkrypt

1 PROJEKT BUDOWLANY BUDOWA DRUGIEJ JEZDNI DROGI EKSPRESOWEJ S3 SULECHÓW-NOWA SÓL ODCINEK II: OD KM DO KM KONSTRUKCJE NAWIERZCHNI RODZJA OPRACOWANIA PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWLANY BRANŻA DROGOWA NUMER TOMU 03/02 INWESTOR GENERALNY DYREKTOR DRÓG KRAJOWYCH I AUTOSTRAD UL. WRONIA WARSZAWA Adres do korespondencji: GDDKiA Oddział Zielona Góra ul. Bohaterów Westerplatte 31, Zielona Góra UMOWA NR 01/17/2006 Z DNIA 06 WRZEŚNIA 2006R. NR P5/149/2010 Z DNIA 17 SIERPNIA 2010R. ADRES OBIEKTU ZNAJDUJE SIĘ W PROJEKCIE ZAGOSPODAROWANIA TERENU TOM 01/01 Stanowisko Imię i nazwisko Numer uprawnień Data Podpis Projektant mgr inż. Marcin Brzostowski WKP/0229/POOD/06 09/2013 Sprawdzający mgr inż. Marek Myszkowski 498/PW/94 egz.1 Biuro Projektów KARO sp. z o.o. NIP REGON Sąd Rejonowy Poznań Nowe Miasto i Wilda w Poznaniu KRS kapitał zakładowy zł

2 Spis zawartości PROJEKTU BUDOWLANEGO budowy drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól ODCINEK II: od km ,00 do km ,00 Numer tomu Temat opracowania 01 PROJEKT ZAGOSPODAROWANIA TERENU 02 INFORMACJA DOTYCZĄCA BEZPIECZEŃSTWA I OCHRONY ZDROWIA Projekty Architektoniczno-Budowlane 03 DROGI 03 / 01 Trasa główna 03 / 02 Konstrukcje nawierzchni 03 / 03 Drogi poprzeczne 03 / 04 Drogi serwisowe 04 WĘZŁY 04 / 01 Węzeł Zielona Góra Północ 04 / 02 Węzeł Zielona Góra Południe 04 / 03 Węzeł Niedoradz 05 OBIEKTY INŻYNIERSKIE Budowa wiaduktu nad linią PKP nr 273 Wrocław Szczecin w km ok. 150,687 linii, w 05 /01 ciągu nowego odcinka drogi łączącej drogę wojewódzką nr 282 (ul. Kisielińska) z węzłem Zielona Góra Północ, w km 0+353,36 projektowanej drogi (ul. Kętrzyńska). Obiekt WZ /02 Rozbiórka wiaduktu zlokalizowanego na węźle Zielona Góra Północ w ciągu drogi krajowej nr 32, nad droga S-3,w km ,36 drogi S3. Obiekt WD-9. Budowa wiaduktów zlokalizowanych na węźle Zielona Góra Północ w ciągu drogi 05/ 03 krajowej nr 32, w km 0+254,73 (lokalny), nad droga S-3,w km ,64 drogi S3. Obiekty WD-9B i WD-9C. 05 /04 Remont wiaduktu zlokalizowanego na węźle Zielona Góra Północ w ciągu drogi krajowej nr 32, w km 0+491,67 (lokalny), nad łącznicą węzła. Obiekt WD / 05 Budowa wiaduktu zlokalizowanego na węźle Zielona Góra Północ w ciągu drogi krajowej nr 32, w km 0+491,67 (lokalny), nad łącznicą węzła. Obiekt WD-10A. 05 /06 Budowa wiaduktu zlokalizowanego na węźle Zielona Góra Północ w ciągu łącznicy LO2 w km 0+452,22, nad droga S-3,w km ,57 drogi S3. Obiekt WD-11A. 05/ 07 Budowa wiaduktu w ciągu drogi S-3, w km ,11. Obiekt PG-12A. 05 /08 Budowa wiaduktu w ciągu drogi S-3, w km ,51, zlokalizowanego nad linią PKP nr 273 Wrocław Szczecin w km ok. 151,458 linii. Obiekt WS-13A. 05/ 09 Budowa wiaduktu w ciągu drogi S-3, w km ,52. Obiekt PG-22A. 05/ 10 Budowa wiaduktu w ciągu drogi S-3, w km ,96. Obiekt PG-23A. 05 /11 Budowa wiaduktu w ciągu drogi S-3, w km ,13. Obiekt PG-24A. 05/ 12 Budowa kładki dla pieszych nad drogą S-3, w km ,00 drogi S3. Obiekt KP-1. 05/ 13 Budowa przejścia dla zwierząt nad drogą S-3, w km ,00 drogi S3. Obiekt PZ /14 Budowa przejścia dla zwierząt nad drogą S-3, w km ,00 drogi S3. Obiekt PZ-8. 05/ 15 Przepusty pod drogą S3 oraz drogami lokalnymi wraz z przebudową cieków wodnych. 06 PRZEBUDOWA URZĄDZEŃ WODNO KANALIZACYJNYCH 06 / 01 Kanalizacja deszczowa 06 / 02 Kanalizacja sanitarna 06 / 03 Wodociąg 07 PRZEBUDOWA SIECI GAZOWYCH 08 URZĄDZENIA ELEKTROENERGETYCZNE Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 1

3 08 / 01 Przebudowa sieci SN i nn 08 / 02 Zasilanie i oświetlenie drogi ekspresowej, węzłów 08 / 03 Uszynienie konstrukcji stalowych wiaduktu. Obiekt WZ-1 08 / 04 Uszynienie konstrukcji stalowych wiaduktu. Obiekt WS-13a 09 URZĄDZENIA TELEKOMUNIKACYJNE 09 / 01 Przebudowa urządzeń telekomunikacyjnych 09 / 02 Przebudowa kabla telekomunikacyjnego PKP w obszarze obiektu WZ-1 10 EKRANY AKUSTYCZNE 11 ROZBIÓRKI 12 ZIELEŃ 13 WYCINKA ZIELENI Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 2

4 Spis zawartości TOM 03/02 KONSTRUKCJE NAWIERZCHNI PROJEKT ARCHITEKTONICZNO-BUDOWLANY budowy drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól ODCINEK II: od km ,00 do km ,00 SPIS TREŚCI: 1. PRZEDMIOT OPRACOWANIA INWESTOR JEDNOSTKA PROJEKTOWA PODSTAWA OPRACOWANIA, PRZEPISY PRAWNE, WYTYCZNE, KATALOGI ANALIZA ISTNIEJĄCEGO I PROGNOZOWANEGO OBCIĄŻENIA RUCHEM Założenia ogólne Struktura ruchu prognoza Określenie liczby obciążeń w okresie eksploatacji nawierzchni OGÓLNE ZAŁOŻENIA DO PRZYJĘTEJ METODY PROJEKTOWANIA KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI Kryterium spękań warstw asfaltowych Kryterium deformacji strukturalnych konstrukcji nawierzchni Model obliczeniowy konstrukcji nawierzchni ANALIZA WARUNKÓW GRUNTOWO-WODNYCH ANALIZA WARUNKÓW KLIMATYCZNYCH PRZYJĘTE UKŁADY TECHNOLOGICZNE WARSTW Wariant I Wariant II STAŁE MATERIAŁOWE OBLICZENIA DLA WARIANTU I Wyniki obliczeń Konstrukcje nawierzchni Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G OBLICZENIA DLA WARIANTU II Wyniki obliczeń Konstrukcje nawierzchni Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G PORÓWNANIE I ANALIZA WYNIKÓW OBLICZEŃ Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 3

5 14. PRZYJĘTA KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 4

6 1. Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest projekt konstrukcji nawierzchni drugiej jezdni drogi ekspresowej S-3 na odcinku długości ok. 13,3 km (wg kilometrażu istniejącej drogi krajowej nr 3; początek zadania km ,00; koniec zadania ,00). 2. Inwestor Inwestorem budowy drogi jest Generalny Dyrektor Dróg Krajowych i Autostrad, ul. Żelazna 59, Warszawa 3. Jednostka projektowa Jednostką projektującą jest Biuro Projektów KARO, ul. Św. Marcin 43, Poznań. 4. Podstawa opracowania, przepisy prawne, wytyczne, katalogi Podstawa opracowania: Umowa nr 01/17/2006 zawarta dnia 06 września 2006r. oraz umowa nr P5/149/2010 z dnia 17 sierpnia 2010r. z Generalną Dyrekcją Dróg Krajowych i Autostrad, Oddział w Zielonej Górze. Wstępna opinia geologiczna określająca warunki gruntowo-wodne w podłożu drugiego pasa jezdni drogi krajowej S3 Sulechów Nowa Sól. Badania geologiczne określające warunki gruntowo-wodne w podłożu budowy drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, GPR 2005, GPR 2010 Przepisy prawne, wytyczne, katalogi: Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U nr 43/1999 poz. 430), Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych GDDKiA Warszawa, 1997r. Wytyczne projektowania WT-2 z 2010 roku. 5. Analiza istniejącego i prognozowanego obciążenia ruchem 5.1. Założenia ogólne Projektowana inwestycja zlokalizowana jest w województwie lubuskim, w powiecie zielonogórskim, na terenie miasta i gminy: Zielona Góra oraz w powiecie nowosolskim na terenie gminy Otyń. Przedmiotem inwestycji jest projekt budowy drugiej (wschodniej) jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól o długości około 13,4 km. Przebieg projektowanego przedsięwzięcia przez kolejne jednostki podziału administracyjnego: od km ,00 do km ,00 Miasto Zielona Góra, Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 5

7 od km ,00 do km ,00 Gmina Zielona Góra, od km ,00 do km ,00 Gmina Otyń. Szczegółowa analiza ruchu w stanie istniejącym oraz prognoza ruchu drogowego została przedstawiona w opracowaniu Studium techniczno-ekonomoczno-środowiskowe etap II opracowanym przez Biuro inżynieryjno-techniczne KARO we wrześniu 2007r. Poniższe opracowanie dotyczy jezdni głównej drogi ekspresowej. Zgodnie z prognozą ruchu najbardziej niekorzystne warunki ruchowe wystąpią na odcinku Sulechów-Zielona Góra. Obliczenia wykonano dla danych z punktu pomiarowego nr Struktura ruchu prognoza rok wskaźnik PKB wskaźnik elastyczności samochody ciężarowe bez przyczep wskaźnik elastyczności samochody ciężarowe z przyczepami autobusy rok wskaźnik PKB wskaźnik elastyczności 0.35 samochody ciężarowe bez przyczep wskaźnik elastyczności 1.00 samochody ciężarowe z przyczepami autobusy Określenie liczby obciążeń w okresie eksploatacji nawierzchni Przyjęto 20 letni obliczeniowy okres eksploatacji nawierzchni. Przy założeniu oddania drogi do eksploatacji w roku 2012 lub 2013 pod uwagę wzięto lata W projektowaniu konstrukcji nawierzchni, zgodnie z zasadami przyjętymi w Polsce, uwzględniono wyłącznie obciążenie ruchem samochodów ciężarowych z podziałem na następujące grupy pojazdów: - samochody ciężarowe bez przyczep, - samochody ciężarowe z przyczepami, - autobusy. N calk. = 365 f SDR N calk - ruch całkowity w osiach obliczeniowych 100kN w okresie obliczeniowym (20lat) na obliczeniowy pas ruchu, f 1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu, n 1 i= 1 Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 6 100i t i

8 SDR 100i - średni dobowy ruch w i-tym okresie, w osiach obliczeniowych 100kN w przekroju drogi, t i - liczba lat w i-tym okresie. Obliczenia SDR 100 i N 1 N 2 N 3 SDR 100i =N 1 r 1 +N 2 r 2 +N 3 r SUMA SDR (suma dla lat ) N 1 - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi, N 2 - średni dobowy ruch pojazdów członowych w przekroju drogi, N 3 - średni dobowy ruch autobusów w przekroju drogi, r 1, r 2, r 3 - współczynniki przeliczeniowe: r 1-0,109, r 2-1,950, r 3-0,594, f 1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu, f 1 = 0,45, t i - Liczba lat w i-tym okresie, t i =1 rok. N calk.(100kn) = 365 0, = Korzystając z tzw. wzoru czwartej potęgi przeliczono ilość osi o nacisku 100kN na osie o nacisku 115kN. r i N (115kN ) = (100kN ) calk.( 115kN ) = 4 4 N = calk.(100 kn ) r i Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 7

9 N calk.(115kn) = Z uwagi na czas, jaki upłynął od momentu wykonania powyższych obliczeń wykonano następujących sprawdzeń: SPRAWDZENIE 1 Dane wyjściowe: - GPR wskaźniki wzrostu PKB na okres (opublikowane na stronie GDDKiA) - współczynniki przeliczeniowe na osie obliczeniowe zgodne z rozporządzeniem ministra transportu i gospodarki morskiej z dnia 2 marca r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (przepisy obowiązujące). rok w skaźnik PKB 3,4 2,1 2,9 3,1 3,2 3 3,1 3 2,8 2,7 2,8 2,7 w skaźnik elastyczności samochody ciężarow e bez przyczep 773 0,35 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1, w skaźnik elastyczności samochody ciężarow e z przyczepami ,07 1,00 1,04 1,02 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1, autobusy ,6 2,5 2,4 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3 2,2 2,2 2,2 2,1 2,1 0,35 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1, ,00 1,03 1,03 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1, Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 8

10 Obliczenia SDR 100 i N 1 N 2 N 3 SDR 100i =N 1 r 1 +N 2 r 2 +N 3 r SUMA SDR (suma dla lat ) N 1 - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi, N 2 - średni dobowy ruch pojazdów członowych w przekroju drogi, N 3 - średni dobowy ruch autobusów w przekroju drogi, r 1, r 2, r 3 - współczynniki przeliczeniowe: r 1-0,109, r 2-1,950, r 3-0,594, f 1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu, f 1 = 0,45, t i - liczba lat w i-tym okresie, t i =1 rok. Ncalk.(100kN) = 365 0, = Korzystając z tzw. wzoru czwartej potęgi przeliczono ilość osi o nacisku 100kN na osie o nacisku 115kN. r i N (115kN ) = (100kN ) calk.( 115kN ) = 4 4 N = calk.(100 kn ) N calk.(115kn) = SPRAWDZENIE 2 Zakładając wprowadzenie w najbliższym czasie przez Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad nowego Katalogu nawierzchni podatnych i półsztywnych wykonano również sprawdzenie dla danych: - GPR 2010 r i Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 9

11 - wskaźniki wzrostu PKB na okres (opublikowane na stronie GDDKiA) - współczynniki przeliczeniowe na osie obliczeniowe zgodne z nowym katalogiem nawierzchni podatnych i półsztywnych. Obliczenia SDR 100 i N 1 N 2 N 3 SDR 100i =N 1 r 1 +N 2 r 2 +N 3 r SUMA SDR (suma dla lat ) N 1 - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi, N 2 - średni dobowy ruch pojazdów członowych w przekroju drogi, N 3 - średni dobowy ruch autobusów w przekroju drogi, r 1, r 2, r 3 - współczynniki przeliczeniowe: r 1-0,5, r 2-1,950, r 3-1,25, f 1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu, f 1 = 0,45, t i - liczba lat w i-tym okresie, t i =1 rok. Ncalk.(100kN) = 365 0, = Korzystając z tzw. wzoru czwartej potęgi przeliczono ilość osi o nacisku 100kN na osie o nacisku 115kN. 4 (115kN ) r i = = (100kN ) Ncalk.(100 kn ) Ncalk.( 115kN ) = r N calk.(115kn) = i Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 10

12 6. Ogólne założenia do przyjętej metody projektowania konstrukcji nawierzchni Przyjęto mechanistyczno-analityczną metodę wymiarowania konstrukcji nawierzchni. Metoda ta polega na określeniu trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na podstawie analizy jej stanu naprężeń i odkształceń oraz właściwości materiałów konstrukcyjnych i podłoża nawierzchni. Jako model konstrukcji nawierzchni przyjęto układ warstw sprężystych położonych na półprzestrzeni sprężystej (podłoże gruntowe). Każda z warstw charakteryzowana jest przez trzy podstawowe parametry: grubość warstwy h, moduł sprężystości E, współczynnik Poissona ν. Podstawową cechą metody mechanistycznej jest określenie trwałości zmęczeniowej według następujących kryteriów: 1. kryterium spękań warstw asfaltowych 2. kryterium trwałych deformacji strukturalnych Kryterium spękań warstw asfaltowych Przyjęto kryterium zmęczeniowe warstw asfaltowych według Instytutu Asfaltowego: N asf 5 3,291 f = 18,4C 6, ε hy E 0,854 N f asf C - trwałość zmęczeniowa określona liczbą obciążeń do wystąpienia spękań zmęczeniowych w warstwie asfaltowej, - parametr zależny od zawartości objętościowej asfaltu i wolnych przestrzeni w najniżej położonej warstwie asfaltowej. M M C = 10 V b = 4,84 0, 69 Va + Vb V b - zawartość objętościowa asfaltu, [%], V a - zawartość wolnych przestrzeni, [%], ε hy - odkształcenie wywołane naprężeniami rozciągającymi w spodzie dolnej warstwy asfaltowej, E - moduł sztywności zagęszczonej mieszanki mineralno-asfaltowej, [MPa] Kryterium deformacji strukturalnych konstrukcji nawierzchni Przyjęto kryterium deformacji strukturalnych konstrukcji nawierzchni według Instytutu Asfaltowego: cz l 1 ε = N gr f m N f gr - Trwałość zmęczeniowa określona liczba dopuszczalnych obciążeń do wystąpienia krytycznych deformacji trwałych, Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 11

13 ε cz l m Biuro Projektów KARO - pionowe odkształcenia od naprężeń ściskających na poziomie podłoża gruntowego, - współczynnik materiałowy: l = 0,0105 (przy założeniu max. głębokości koleiny strukturalnej 12,5mm), - współczynnik materiałowy: m = 0,223 (przy założeniu max. głębokości koleiny strukturalnej 12,5mm). Obliczenie trwałości projektowanej konstrukcji nawierzchni polega na sprawdzeniu powyższych kryteriów. N = min( N f asf fi Ncalk N f, N gr fi ) 6.3. Model obliczeniowy konstrukcji nawierzchni W obliczeniach wzięto pod uwagę warstwy asfaltowe (h 1 h 3 ) oraz warstwy podbudowy pomocniczej (h 4 i h 5 ). Grubość warstwy dodatkowej (mrozoochronnej) (h 6 ) została określona na podstawie warunków dotyczących wzmocnienia słabego podłoża nawierzchni oraz mrozoodporności zgodnie z załącznikiem nr 4 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U nr 43/1999 poz. 430). Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 12

14 7. Analiza warunków gruntowo-wodnych W obliczeniach wytrzymałościowych przyjęto, że podłoże gruntowe charakteryzuje się wskaźnikiem nośności min 20%. Odpowiada to wtórnemu modułowi odkształcenia podłoża gruntowego 120MPa. Na podstawie badan geotechnicznych stwierdzono występowanie w podłożu gruntów które zakwalifikować należy do grup nośności podłoża od G1 do G4. W przypadku budowy nawierzchni w nasypie górną warstwę nasypu o grubości min. 50cm bezpośrednio pod warstwą technologiczną należy wykonać z materiału niezwiązanego o CBR 20%. W przypadku budowy nawierzchni na podłożu niewysadzinowym należy dogęścić górną warstwę podłoża gruntowego o grubości min 50 cm (CBR 20%) lub wymienić ją na warstwę z materiału niezwiązanego o CBR 20%. 8. Analiza warunków klimatycznych Analizowany odcinek drogi ekspresowej nr 3 leży w strefie, w której przyjmuje się głębokość przemarzania równą 0,8m. Z uwagi na bardzo dużą liczbę obciążeń (w porównaniu do liczby obciążeń jakiej odpowiada kategoria ruchu KR6), jaką przenieść ma projektowana konstrukcja nawierzchni w okresie eksploatacji zwiększono jej grubości wymagane w stosunku do grubości zamieszczonych w załączniku nr 4 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U nr 43/1999 poz. 430). W obliczeniach uwzględniono zmienność pór roku. Temperatury średnie oraz rozkład ruchu na poszczególne okresy w roku jest następujący: średnia temperatura rozkład ruchu lato 23 C 30% wiosna, jesień 10 C 50% zima -2 C 20% N N 1 N 2 N 3 Kryterium powyższe opisane jest zależnością: 0,3 N N 1 0,5 N + N 2 0,2 N + N 3 = 1 - liczba osi obliczeniowych 115kN w całym okresie eksploatacji - liczba osi obliczeniowych 115kN w okresie lata - liczba osi obliczeniowych 115kN w okresie wiosny i jesieni - liczba osi obliczeniowych 115kN w okresie zimy Wykonano obliczenia dla powyższych okresów (N 1, N 2, N 3 ) oraz obliczono sumaryczna liczbę osi obliczeniowych N wykorzystując warunek opisany powyżej. Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 13

15 9. Przyjęte układy technologiczne warstw Do obliczeń przyjęto dwa warianty układu technologicznego warstw nawierzchni. Wariant I zaproponowano na podstawie Zeszytu nr 70 (2007) Instytutu Badawczego Dróg i Mostów Zasady wykonywania nawierzchni asfaltowej o zwiększonej odporności na koleinowanie i zmęczenie. Wariant II natomiast zakłada wykorzystanie klasycznych betonów asfaltowych Wariant I 1 warstwa ścieralna - SMA 11 2 warstwa wiążąca - ACWMS 16W 3 podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 4 podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 5 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa 6 warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 7 podłoże gruntowe (G1-G4) 9.2. Wariant II 1 warstwa ścieralna - SMA 11 2 warstwa wiążąca - AC 16W 3 podbudowa zasadnicza - AC 22P 4 podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 5 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa 6 warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 7 podłoże gruntowe (G1-G4) Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 14

16 10. Stałe materiałowe Stałe materiałowe zostały określone dla temperatur -2 C, 10 C i 23 C oraz czasu oddziaływania obciążenia 0,02s. moduł sztywności współczynnik Poissona -2 C 10 C 23 C -2 C 10 C 23 C E, [MPa] ν SMA 11 (warstwa ścieralna) ACWMS 16W (warstwa wiążąca) AC 16W (warstwa wiążąca) ACWMS 16P (podbudowa zasadnicza) AC 22P (podbudowa zasadnicza) Mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie Mieszanka związana spoiwem po spękaniu Warstwa mrozoochronna z materiału niezwiązanego o CBR 25% przyjęto: Dla warstwy podbudowy zasadniczej, czyli warstwy asfaltowej leżącej najniżej zawartość objętościowa asfaltu zawartość objętościowa wolnych przestrzeni, V b [%] V a [%] ACWMS 16P (podbudowa zasadnicza) 13 5 AC 22P (podbudowa zasadnicza) Obliczenia dla wariantu I Korzystając z kryteriów przedstawionych w punkcie 6 niniejszego opracowania przy założonych poniżej grubościach warstw obliczono: - odkształcenie od naprężeń rozciągających w spodzie najniżej położonej warstwy asfaltowej - pionowe odkształcenia od naprężeń ściskających na poziomie podłoża gruntowego. Wykonano obliczenia stanu naprężeń i odkształceń w przyjętej wstępnie konstrukcji nawierzchni: 1 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm 2 warstwa wiążąca - ACWMS 16W 8 cm 3 podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 9 cm 4 podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 5 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa 6 podłoże gruntowe G1 o E 120MPa lub warstwa mrozoochronna o E 120MPa Wykorzystując wyniki obliczeń stanu naprężeń i odkształceń wykonano obliczenia trwałości zmęczeniowej dla kryteriów opisanych w punkcie 6. Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 15

17 11.1. Wyniki obliczeń Biuro Projektów KARO Obliczenia naprężeń i odkształceń w konstrukcji nawierzchni wykonano wykorzystując program komputerowy. Kryterium spękań warstw asfaltowych DANE lato wiosna, jesień zima V b 13 % 13 % 13 % V a 5 % 5 % 5 % hy E 4200 MPa MPa MPa SZUKANE lato wiosna, jesień zima M = M = M = C = C = C = N f asf N f asf N f asf N f asf = osi obl. 115kN/pas Kryterium deformacji strukturalnych konstrukcji nawierzchni DANE cz l m SZUKANE lato wiosna, jesień zima gr 1 gr 2 gr 3 N f N f N f N f gr = osi obl. 115kN/pas Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 16

18 N = min( N f asf fi, N gr fi N f = min( , ) N f = Ncalk N f ) rozwiązania. Założenie wyjściowe Sprawdzenie Sprawdzenie Na podstawie wykonanych obliczeń stwierdzono poprawność przyjętego Konstrukcje nawierzchni Poniżej przedstawione zostały konstrukcje nawierzchni dla drogi ekspresowej S3 dla warunków rozpoznanych na podstawie dokumentacji geotechnicznej Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G1 warstwa ścieralna - SMA 0/11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 9 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa podłoże gruntowe G1, E=120MPa Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych 56 cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 9 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% podłoże gruntowe G1, G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G3 71 cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 17

19 warstwa wiążąca - ACWMS 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 9 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 30 cm podłoże gruntowe G3 86 cm Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G4 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 9 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 50 cm 12. Obliczenia dla wariantu II podłoże gruntowe G4 Korzystając z kryteriów przedstawionych w punkcie 6 niniejszego opracowania przy założonych poniżej grubościach warstw obliczono: - odkształcenie od naprężeń rozciągających w spodzie najniżej położonej warstwy asfaltowej - pionowe odkształcenia od naprężeń ściskających na poziomie podłoża gruntowego. nawierzchni: Wykonano obliczenia stanu naprężeń i odkształceń w przyjętej wstępnie konstrukcji 106 cm 1 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm 2 warstwa wiążąca - AC 16W 8 cm 3 podbudowa zasadnicza - AC 22P (12cm+11cm) 23 cm 4 podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 5 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa 7 podłoże gruntowe G1 o E 120MPa lub warstwa mrozoochronna o E 120MPa Wykorzystując wyniki obliczeń stanu naprężeń i odkształceń wykonano obliczenia trwałości zmęczeniowej dla kryteriów opisanych w punkcie 6. Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 18

20 12.1. Wyniki obliczeń Obliczenia naprężeń i odkształceń w konstrukcji nawierzchni wykonano wykorzystując program komputerowy. Kryterium spękań warstw asfaltowych DANE lato wiosna, jesień zima V b 10 % 10 % 10 % V a 8 % 8 % 8 % hy E 3000 MPa 9600 MPa MPa SZUKANE lato wiosna, jesień zima M = M = M = C = C = C = asf 1 N f asf 2 N f asf 3 N f N f asf = osi obl. 115kN/pas Kryterium deformacji strukturalnych konstrukcji nawierzchni DANE cz l m SZUKANE lato wiosna, jesień zima N f gr 1 N f gr 2 N f gr N f gr = osi obl. 115kN/pas Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 19

21 N = min( N f asf fi, N gr fi N f = min( , ) N f = ) Ncalk N f Założenie wyjściowe Sprawdzenie Sprawdzenie Na podstawie wykonanych obliczeń stwierdzono poprawność przyjętego wcześniej rozwiązania Konstrukcje nawierzchni Poniżej przedstawione zostały konstrukcje nawierzchni dla drogi ekspresowej S3 dla warunków rozpoznanych na podstawie dokumentacji geotechnicznej Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G1 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - AC 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - AC 22P (12cm+11cm) 23 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa podłoże gruntowe G1 o E 120MPa lub warstwa mrozoochronna o E 120MPa Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - AC 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - AC 22P (12cm+11cm) 23 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 10 cm podłoże gruntowe G1, G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G3 80 cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - AC 16W 8 cm

22 podbudowa zasadnicza - AC 22P (12cm+11cm) 23 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 30 cm podłoże gruntowe G3 100 cm Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G4 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - AC 16W 8 cm podbudowa zasadnicza - AC 22P (12cm+11cm) 23 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 50 cm podłoże gruntowe G4 13. Porównanie i analiza wyników obliczeń 1 Wykorzystując metodykę obowiązującą w Polsce wykonano obliczenia analitycznomechanistyczne dla dwóch konstrukcji nawierzchni. WARIANT I (wg WT) WARIANT II (wg WT) warstwa ścieralna SMA 11 4 cm SMA 11 4 cm warstwa wiążąca AC 16W 8 cm ACWMS 16W 8 cm podbudowa zasadnicza AC 22P 23 cm ACWMS 16P 9 cm podbudowa pomocnicza warstwa technologiczna/ podbudowa pomocnicza mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa (E 120MPa) mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa (E 120MPa) RAZEM 70 cm 56 cm podłoże gruntowe G1 lub warstwa mrozoochronna na podłożu G2, G3, G4 Z uwagi na założenia metody projektowania konstrukcji nawierzchni (decydujące znaczenie ma tutaj zawartość wolnych przestrzeni w warstwie asfaltowej lezącej najniżej w naszym przypadku w warstwie podbudowy zasadniczej) po porównaniu wyników obliczeń dla obydwu wariantów konstrukcje nawierzchni zostały poddane weryfikacji. Metoda analityczno-mechanistyczna została wprowadzona w czasach, kiedy głównie wykorzystywano betony asfaltowe. Przyjęto więc poprawność rozwiązania opartego na betonach asfaltowych. Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 21

23 Wprowadzono przelicznik redukcji warstw z klasycznych betonów asfaltowych na warstwy z betonu asfaltowego o wysokim module sztywności na poziomie 0.8. Przyjęto następującą konstrukcję nawierzchni: warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 13 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 13 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa podłoże gruntowe G1 lub warstwa mrozoochronna na podłożu G2 lub G3 lub G4 Grubości warstw wiążącej i podbudowy zasadniczej przyjęto po 13 cm z uwagi na konieczność zachowania układu trzywarstwowego (dla warstw asfaltowych). 14cm. Technologicznie możliwe jest wykonanie warstwy z BAWMS o uziarnieniu 0/16 do 14. Przyjęta konstrukcja nawierzchni Konstrukcja nawierzchni dla niewysadzinowego podłoża G1 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 13 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 13 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa podłoże gruntowe G1, E=120MPa Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G1 i G2 przy występowaniu gruntów wątpliwych i/lub wysadzinowych 65 cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 13 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 13 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% podłoże gruntowe G1, G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G3 warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 13 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 13 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 80cm podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 22

24 Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 30 cm podłoże gruntowe G Konstrukcja nawierzchni dla podłoża G4 95 cm warstwa ścieralna - SMA 11 4 cm warstwa wiążąca - ACWMS 16W 13 cm podbudowa zasadnicza - ACWMS 16P 13 cm podbudowa pomocnicza - mieszanka niezwiązana stabilizowana mechanicznie 0/45 podbudowa pomocnicza - mieszanka związana spoiwem o Rm=2,5MPa warstwa mrozoochronna - materiał niespoisty o CBR 25% 50 cm podłoże gruntowe G4 1 Opracował: mgr inż. Marcin Brzostowski Budowa drugiej jezdni drogi ekspresowej S3 Sulechów Nowa Sól, odcinek II 23