Nowa instrukcja badania sczepności międzywarstwowej w nawierzchniach asfaltowych. dr inż. Piotr JASKUŁA

Transkrypt

1 Nowa instrukcja badania sczepności międzywarstwowej w nawierzchniach asfaltowych dr inż. Piotr JASKUŁA

2 2 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

3 3 Wprowadzenie (1) Prace badawcze w katedrze nad sczepnością międzywarstwową rozpoczęły się w 2004 r. Zakres prac badawczych zawierał: Badania laboratoryjne Badania terenowe Analityczne modelowanie sczepności w konstrukcji nawierzchni Zlecenie z GDDKiA XI.2006 oraz XI.2011 r. Zakończenie XI.2013 r.

4 4 Wprowadzenie (2) Badania laboratoryjne rodzaj i ilość skropienia, rodzaje i efektywność zagęszczenia, wrażliwość za zanieczyszczenia i wodę, obciążania powtarzalne. Badania terenowe ugięcia konstrukcji nawierzchni, moduły sztywności warstw asfaltowych z obliczeń odwrotnych, zagęszczenie, temperatura otoczenia, rodzaje mieszanek. Modelowanie sczepności w konstrukcji nawierzchni wielowarstwowa półprzestrzeń sprężysta, metoda elementów skończonych.

5 5 Wprowadzenie (3)

6 6 Cel Wyjaśnienie wybranych zjawisk i mechanizmów Opracowanie instrukcji do badań sczepności międzywarstwowych

7 7 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

8 8 Materiał Warstwy asfaltowe beton asfaltowy AC20 W AC22 P (wiążąca podbudowa) AC16 Ś AC20 W (ścieralna wiążąca) Warstwa sczepna Emulsja asfaltowa (typ 1) 160/200 Emulsja asfaltowa (typ 2) 70/100 Brak skropienia gorące na zimne Brak skropienia gorące na gorące

9 9 Metody zagęszczania próbek

10 10 Próbki do badań

11 11 Aparatura Aparat Leutnera

12 12 Józefów, 12 września 2013 r.

13 13 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

14 Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 14 Wyniki badań (1) Sczepność międzywarstwowa i wewnątrz warstw brak skropienia emulsja 1 emulsja 2 wewnątrz ścieralnej wewnątrz wiążącej Zagęszczenie walcem z wibracją w laboratorium

15 Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 15 Wyniki badań (1) Sczepność międzywarstwowa i wewnątrz warstw brak skropienia emulsja 1 emulsja 2 wewnątrz ścieralnej wewnątrz wiążącej Zagęszczenie walcem z wibracją w laboratorium

16 z wibracją, skropienie emulsją z wibracją, brak skropienia bez wibracji, skropienie emulsją bez wibracji, bez skropienia skropienie emulsją brak skropienia brak skropienia, gorące na gorące skropienie emulsją brak skropienia Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 16 Wyniki badań (2) 3.00 Sczepność międzywarstwowa, (AC16W/AC22P) walec z wibracją walec bez wibracji zagęszczarka płytowa żyrator Rodzaj skropienia i metoda zagęszczenia

17 17 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

18 18 Odcinek doświadczalny

19 Ugięcie [mikrometr] 19 Ugięcia nawierzchni Pomiar ugięć ugięciomierzem FWD D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D ,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Dystans [km] norma brak pyły glina mały norma duży

20 AC11 / AC22 AC22 / ACWMS16 BA0/20 / ACWMS16 AC11 / ACWMS16 AC16 /AC22 ACWMS16 / AC22 AC22 / AC22 ACWMS16 / ACWMS16 AC16 / ACWMS 16 ACWMS22 / ACWMS22 BA0/20 / BA0/25 AC16/ AC16 ACWMS16 / AC16 Udział procentowy [-] 20 Sczepność z monitoringu 70% Udział próbek niespełniających kryterium sczepności międzywarstwowej 67% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 0% 0% 2% 10% 11% 11% 16% 26% 33% 41% 53% Typ i uziarnienie warstwy wiążącej i podbudowy [-]

21 21 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

22 22 Modelowanie analityczne 1. Pełna sczepność 2. Pełny poślizg 3. Częściowa sczepność 4. Tarcie 5. Połączenie kohezyjne 6. Połączenie kohezyjne z tarciem a q E, h r h 2 E 2, 2 h 3 h i E 3, 3 E i, i E, h z z z rz r r z rz r z

23 Głębookość [cm] 23 Wyniki obliczeń Zestawienie wyników, obc. normalne, oś obciążenia, +20 C Odkształcenie poziome [µm/m] -180,0-120,0-60,0 0,0 60,0 120,0 180, Poślizg Tarcie Kohezja+tarcie Pełna sczepność

24 Trwałość zmęczeniowa [osie 115 kn] 24 Trwałość zmęczeniowa 1,80E+07 1,60E+07 1,40E+07 KR6 Spadek trwałości 75% 73% 49% 18% 1,20E+07 1,00E+07 8,00E+06 6,00E+06 4,00E+06 2,00E+06 0,00E Stopień sczepności [%] Wariant I Wariant II Wariant IV Wariant I utrata sczepności miedzy w. ścieralną a wiążącą Wariant II utrata sczepności miedzy w. wiążącą a podbudową Wariant IV połączenie wariantu I i II.

25 25 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

26 26 INSTRUKCJA zgodna z EN badanie Leutnera +20 C i 50 mm/min próbki f100 i f150 także CWS poddana ocenie

27 27 KRYTERIA, teoria i analizy Teoretyczny rozkład naprężeń ścinających Maksymalne naprężenie styczne, +20 C [MPa] Połączenie Brak sczepności Ograniczona Lp. Pełna międzywarstwowe (poślizg) sczepność sczepność W2 W8 W2 W8 Max. 1 Ścieralna-wiążąca 0,243 0,246 0,267 0,215 0,234 0,267 2 Wiążąca-podbudowa 0,210 0,054 0,227 0,050 0,219 0,227 3 Podbudowa-podb. 0,143 0,179 0,046 0,172 0,040 0,179

28 28 KRYTERIA, limity na świecie Tab. 1 Temperatura: +20 C Kraj Siła Naprężenie Metoda Autor, Rok Austria W-P 0,8 MPa Pull-off Fenz, 1987 Niemcy Ś-W 14 KN W-P 10 kn P-P 13 kn 0,8 MPa 0,6 MPa 0,7 MPa Leutner Codja, 1994 Austria e.zw. 1,0 MPa e.m. 1,5 MPa Pull-off Krzemien&Tsch engg, 1995 Austria Ś-W 14 kn W-P 10 kn Ś-W 21 kn 0,8 MPa (e.zw.) 0,6 MPa (e.zw.) 1,2 MPa (e.m.) Leutner RVS11.065, blat 4, 1998 Szwajcaria Ś-W 23 kn 1,3 MPa Leutner Partl, 1999 Niemcy Ś-W 25 KN W-P 20 kn P-P 16 kn 1,4 MPa 1,1 MPa 0,9 MPa Leutner Stockert, 2002 Polska 23 kn 1,3 MPa Leutner Zawadzki, 2002

29 29 KRYTERIA, limity na świecie Tab. 2 Temperatura: +20 C Kraj Siła Naprężenie Metoda Autor, Rok Niemcy Ś-W 16 KN W-P 13 kn 0,9 MPa 0,7 MPa Leutner Bald, 2006 USA (wybrane stany) 18 kn 9 kn Dobre >1,0 MPa Złe <0,5 MPa Leutner West, 2005 Szwajcaria Ś-W 15 kn W-P 12 kn 0,85 MPa 0,68 MPa Leutner SN640430B, 2008 UK Ś-W 18 kn W-P 9 kn 1,0 MPa 0,5 MPa Leutner Sutanto, 2009 Polska Ś-W 18 kn W-P 13 kn CWŚ-W 16 kn 1,0 MPa 0,7 MPa 1,3 MPa Leutner PG,2011 GDDKiA, 2011 Katalog, 2012 Polska Ś-W 18 kn W-P 13 kn P-P 12 kn 1,0 MPa 0,7 MPa 0,6 MPa Leutner PG, 2013

30 0,7 MPa Percentyl [%] 1,0 MPa 30 KRYTERIA, wyniki z terenu Sczepność poszczególnych połączeń międzywarstwowych percentyl 82 percentyl 79 percentyl 0,6 MPa 0,8 MPa 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Sczepność międzywarstwowa [%] ś-w w-p pg-pd

31 31 KRYTERIA SCZEPNOŚCI Połączenie warstw Ścieralna-wiążąca Wiążąca-podbudowa Podbudowa-podbudowa Kryterium sczepności międzywarstwowej 1,0 MPa 0,7 MPa 0,6 MPa Cienka Warstwa Ścieralna-wiążąca Cienka Warstwa Ścieralna-ścieralna 1,3 MPa

32 32 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski

33 33 Wnioski (1) Wadliwe połączenie międzywarstwowe warstw asfaltowych zmniejsza sztywność układu warstw nawierzchni, zmniejszając trwałość zmęczeniową nawierzchni. Sczepność istotnie zależy od: rodzaju emulsji w skropieniu skuteczności zagęszczenia warstw stykających się ze sobą rodzaju mieszanek mineralno-asfaltowych

34 34 Wnioski (2) Opracowano zbiór rekomendowanych praktyk podczas budowy Kompatybilność opracowanej instrukcji z przyszłą normą europejską Kryteria sczepności wykazują zgodność z: Rozkładem naprężeń w nawierzchni Innymi krajami Wynikami terenowymi z Polski

35 Nowa instrukcja badania sczepności międzywarstwowej w nawierzchniach asfaltowych dr inż. Piotr JASKUŁA Katedra Inżynierii Drogowej Politechnika Gdańska