Ugięcia nawierzchni asfaltowych przy zastosowaniu belki Benkelmana w świetle katalogów wzmocnień i remontów oraz technologii ZiSPON

Transkrypt

1 XXXVII PSWNA Ugięcia nawierzchni asfaltowych przy zastosowaniu belki Benkelmana w świetle katalogów wzmocnień i remontów oraz technologii ZiSPON Asfalty Wielowymiarowe SESJA III Diagnostyka Nawierzchni 26 października 2017r. dr inż. Andrzej Pożarycki mgr inż. Przemysław Górnaś mgr inż. Bartosz Brzeziński mgr inż. Szymon Węgliński

2 PLAN PREZENTACJI 1. Potrzeba właściwego rozpoznania stanu technicznego nawierzchni 2. Metody rozpoznania konstrukcji nawierzchni 3. Badania ugięć w świetle katalogów wzmocnień i remontów 4. Alternatywne metody badań 5. Podsumowanie i wnioski 2

3 POTRZEBA WŁAŚCIWEGO ROZPOZNANIA STANU TECHNICZNEGO NAWIERZCHNI Trudność w podjęciu właściwej decyzji: - remont / przebudowa - technologia wzmocnienia Błędy i oszczędności na etapie rozpoznania stanu technicznego nawierzchni mogą prowadzić do złego projektowania i wykonawstwa! 3

4 POTRZEBA WŁAŚCIWEGO ROZPOZNANIA STANU TECHNICZNEGO NAWIERZCHNI oszczędność jakość 4

5 METODY ROZPOZNANIA KONSTRUKCJI badania belką Benkelmana przewierty przez konstrukcję badania FWD odwierty w podłożu 5

6 Ograniczenia: Ugięcia nawierzchni asfaltowych przy zastosowaniu BADANIA UGIĘĆ NAWIERZCHNI - maksymalne ugięcie sprężyste, zmierzone bezpośrednio pod punktem obciążenia, nie daje obrazu o kształcie czaszy ugięcia (promieniu krzywizny); - zmiany ugięć nawierzchni, spowodowane starzeniem warstw asfaltowych i związanej z tym ich wzrastającej sztywności, a także wpływem czynników atmosferycznych na ich destrukcję, są procesem bardzo złożonym; - trudność w precyzyjnym uwzględnieniu czynników lokalnych, takich jak wilgotność podłoża, odwodnienie nawierzchni, temperatura warstw asfaltowych czy pora roku; - wpływ rodzaju podbudowy, a także jej stan, w przypadku warstw związanych spoiwami hydraulicznymi, także faza pracy. 6

7 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW KWiRNPiP 2001 r. KPiRNPiP 2013 r. (w opiniowaniu) 7

8 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW Um = Uśr + 2 Su [mm] Uśr średnie ugięcie sprężyste dla danego odcinka jednorodnego Su odchylenie standardowe ugięć sprężystych dla danego odcinka jednorodnego Um ugięcie miarodajne sprężyste Uobl = Um ft fs fp [mm] ft współczynnik temperaturowy, korygujący ugięcia ze względu na temperaturę pomiaru fs współczynnik sezonowości, korygujący ugięcia ze względu na porę roku podczas wykonywania pomiaru fp współczynnik podbudowy, korygujący ugięcia z uwagi na rodzaj podbudowy 8

9 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW KWiRNPiP 2001 r. vs. KPiRNPiP 2013 r. Ocena nośności na podstawie: Ugięć miarodajnych Ugięć obliczeniowych Graniczne wartości ugięć z pomiarów belką Benkelmana pod obciążeniem 100 kn/oś: Kategoria ruchu KWRNPP 2001 KPRNPP 2013 Ugięcie miarodajne [mm] Ugięcie obliczeniowe [mm] KR1 1,20 0,85 KR2 1,10 0,70 KR3 0,80 0,60 KR4 0,50 0,50 9

10 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW KWiRNPiP 2001 r. KPiRNPiP 2013 r. vs. Współczynniki korekcyjne: Obliczanie wartości współczynnika temperaturowego f t : Współczynnik temperaturowy f t KWRNPP 2001 KPRNPP 2013 ft = 1 + 0,02(20-T) T - temperatura warstw asfaltowych w czasie badań (mierzona w połowie wysokości warstwy bitumicznej), w o C nawierzchnie podatne: 1,0 nawierzchnie półsztywne: 1,0-1,4 nawierzchnie półsztywne spękane: ~ 1,0 poza wiosną: KWRNPP 2001 GDDKiA 2004 KPRNPP 2013 wiosna: 1,0 Wartości współczynnika podbudowy f p : KWRNPP 2001 KPRNPP 2013 nawierzchnie podatne: 1,0 nawierzchnie z podbudową z kruszywa lub gruntu stabilizowanego cementem: nawierzchnie z podbudową z chudego betonu: 1,1-1,2 nawierzchnie z podbudową z betonu cementowego: > 1,2 nawierzchnie z podbudowa z materiału stabilizowanego spoiwem hydraulicznym, spękane: 10 Wartości współczynnika sezonowości f s : > 1,0 marzec: marzec: 1,00 1,00 kwiecień: kwiecień: 1,04 maj: maj: 1,08 czerwiec: czerwiec: 1,12 lipiec: 1,15 lipiec: 1,15 sierpień: sierpień: 1,17 wrzesień: wrzesień: 1,20 październik: październik: 1,22 1,25 listopad: listopad: 1,25 grudzień: 1,28 1,0-1,1 ~ 1,0

11 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW Założenia modelu: - droga lokalna, powiatowa, jednojezdniowa, o dwóch pasach ruchu, długość 9,75 km; - utwardzone pobocza wyłącznie w terenie zabudowanym (nie więcej niż 5-10% odcinka); - podbudowa podatna na całym badanym odcinku kruszywo naturalne lub łamane, granitowa kostka brukowa, kamienie polne; - obciążenie ruchem kategorii średniej KR2 w km: oraz ruchem kategorii ciężkiej KR3 w km: ; - w obliczeniach wzmocnienia przyjęto prognozowany ruch w wysokości odpowiadającej środkom przedziałów ilości osi obliczeniowych 100 kn tj. dla kategorii KR osi i dla kategorii KR osi. Etapy badań: - etap I lipiec, temperatura warstw bitumicznych 21 o C, odcinek 4,40 km ( , strona prawa i lewa); - etap II listopad, temperatura warstw bitumicznych 9 o C, odcinki o łącznej długości 12,05 km ( , strona prawa i lewa oraz , strona prawa); - etap III listopad, temperatura warstw bitumicznych 5 o C, odcinek 3,05 km ( , strona lewa). 11

12 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW KWiRNPiP 2001 r. KPiRNPiP 2013 r. vs. Ugięcia miarodajne 12

13 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW KWiRNPiP 2001 r. KPiRNPiP 2013 r. vs. Ugięcia obliczeniowe 13

14 BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW Podział na odcinki jednorodne Odcinki jednorodne Długość [km] Obciążenie ruchem I km: [ ) 1,425 KR2 II km: [ ) 1,275 KR2 III km: [ ] 2,275 KR2 IV km: ( ] 5,000 KR3 Wariant A postępowanie wg katalogu z 2001 r. Wariant B postępowanie wg katalogu z 2013 r. Wariant C postępowanie wg metody stosowanej przez autorów w praktyce 14

15 Obliczany parametr: Ugięcia nawierzchni asfaltowych przy zastosowaniu BADANIA UGIĘĆ WG KATALOGÓW Wyniki badań katalog: KWRNPP 2001 KPRNPP 2013 Węgliński & Brzeziński nr odcinka: I II III IV I II III IV I II III IV ugięcie średnie Uśr [mm] 0,47 0,60 0,97 0,55 0,47 0,60 0,97 0,55 0,72 0,92 1,38 0,76 odchylenie standardowe Su [mm] 0,07 0,12 0,25 0,15 0,07 0,12 0,25 0,15 0,11 0,19 0,32 0,2 ugięcie miarodajne Um [mm] 0,61 0,84 1,47 0,85 0,61 0,84 1,47 0,85 0,94 2) 1,30 2) 2,02 2) 1,16 2) współczynnik podbudowy fp [-] - - 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 3) 1,00 3) 1,00 3) 1,00 3) współczynnik sezonowości fs [-] - - 1,23 1) 1,21 1) 1,25 1,25 1,23 1) 1,21 1) 1,25 3) 1,25 3) 1,15 / 1,25 współczynnik temperatury ft [-] - - 1,17 1) 1,16 1) 1,22 1,22 1,17 1) 1,16 1) 3) 4) 0,98 / 1,22 / 1,30 ugięcie obliczeniowe Uobl [mm] - - 2,12 1,19 0,93 1,28 2,12 1,19 0,94 2) 1,30 2) 2,02 2) 1,16 2) ugięcie dopuszczalne Udop [mm] 1,1 1,1 1,1 0,8 0,7 0,7 0,7 0,6 1,1 1,1 1,1 0,8 grubość zastępcza wzmocnienia Hz [cm] brak brak brak ) współczynnik uśredniony z uwagi na pomiary wykonywane w różnym okresie roku 2) ugięcie miarodajne obliczeniowe z uwzględnieniem współczynników korekcyjnych w bezpośrednich obliczeniach ugięcia 3) współczynniki korekcyjne uwzględniono w bezpośrednich obliczeniach ugięcia 4) różnice wartości współczynników wynikają z wykonania pomiarów w różnym okresie roku 3) 4) 15

16 ALTERNATYWNE METODY Zintegrowany System Precyzyjnej Oceny Nawierzchni (ZiSPON) FWD (pomiar dynamiczny, obciążenie ok 20 Hz) SPA (pomiar sejsmiczny, obciążenie >>20 Hz, kilka tysięcy Hz) GPR (prześwietlenia georadarowe) 16

17 ALTERNATYWNE METODY Zintegrowany System Precyzyjnej Oceny Nawierzchni (ZiSPON) moduł FWD moduł SPA moduł GPR panel operatora 17

18 ALTERNATYWNE METODY Zintegrowany System Precyzyjnej Oceny Nawierzchni (ZiSPON) Schemat budowy klasycznej linii przemieszczeń na podstawie maksymalnych wartości zamierzonych przemieszczeń, które w założeniu odpowiadają zdefiniowanej dla pomiaru maksymalnej wartości obciążenia: 18

19 PODSUMOWANIE I WNIOSKI 1. Ocena stanu nawierzchni wg katalogu z 2001 r. bazowała wyłącznie na ugięciach miarodajnych nie uwzględniając współczynników korekcyjnych. 2. Nowy katalog z 2013 r. w drastyczny sposób podnosi wymagania dotyczące ugięć dopuszczalnych. 3. Zła interpretacja i ocena wyników uzyskanych w badaniach może powodować niewłaściwą propozycją wzmocnienia. 4. W celu właściwej oceny stanu technicznego nawierzchni należy korzystać z kompleksowych narzędzi, które bazują na komplementarnych systemach, tworząc jeden system ekspercki. 19

20 LITERATURA 1. S. Węgliński, B. Brzeziński: Analiza porównawcza wyników obliczeń nośności nawierzchni drogowej metodą ugięć przy zastosowaniu belki Benkelmana w świetle proponowanych zmian katalogu wzmocnień i remontów, Drogownictwo 4/ A. Pożarycki, P. Górnaś, R. Sztukiewicz: Zastosowanie fal mechanicznych i elektromagnetycznych w zintegrowanym systemie oznaczania nośności nawierzchni, Roads and Bridges - Drogi i Mosty 16/ A. Pożarycki, P. Górnaś: Filtracja efektów dynamicznych wywołanych w nawierzchni podczas badań ugięciomierzem FWD, Drogownictwo 1/ Katalog wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych, GDDP Warszawa Katalog przebudów i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych, IBDiM, Warszawa

21 KONTAKT Technologia ZiSPON: dr inż. Andrzej Pożarycki, mgr inż. Przemysław Górnaś, Badania ugięć, przewierty przez konstrukcję, badania podłoża gruntowego: mgr inż. Bartosz Brzeziński, 21

22 XXXVII PSWNA Ugięcia nawierzchni asfaltowych przy zastosowaniu belki Benkelmana w świetle katalogów wzmocnień i remontów oraz technologii ZiSPON Asfalty Wielowymiarowe SESJA III Diagnostyka Nawierzchni 26 października 2017r. dr inż. Andrzej Pożarycki mgr inż. Przemysław Górnaś mgr inż. Bartosz Brzeziński mgr inż. Szymon Węgliński