Ochrona przeciwmrozowa nawierzchni drogowych na przykładzie wybranych krajów. dr inż. Cezary Kraszewski IBDiM Warszawa

Transkrypt

1 Ochrona przeciwmrozowa nawierzchni drogowych na przykładzie wybranych krajów dr inż. Cezary Kraszewski IBDiM Warszawa

2 Klimat w Europie Water in Roads ANDREW DAWSON COST 351, WATMOVE

3 Polska głębokość przemarzania gruntu wg PN-81/B-03020

4 Wpływ mrozu na konstrukcję Wysadziny i przełomy nawierzchni Obniżenie nośności konstrukcji Wzrost ugięć nawet 250% w okresach wiosennych roztopów Zmniejszenie nośności podłoża gruntowego 3-krotnie Rodzaj konstrukcji wg KTKNPiP Ugięcie Moduł podłoża gruntowego KR6, typ E 349 µm 710 µm KR1, typ E 485 µm 1069 µm E 120 MPa 40 MPa 100 MPa 30 MPa

5 Wysadzina mrozowa H Grunty wysadzinowe

6 Polska Odpowiednia grubość nawierzchni (Konstrukcja z warstwą ulepszonego podłoża) H=(0,4 0,85) hz, (hz głębokość przemarzania gruntu w Polsce 0,8 1,4 m wg PN-81/B-03020).

7 15-35 cm 40-60cm G cm G2 G cm G4 Ograniczona ochrona mrozowa obliczeniowa głębokość przemarzania KR1 KR6 hz=1m podłoże podłoże Możliwa grubość zamarzanej warstwy podłoża podłoża pod konstrukcją drogową dla hz=1m

8 Wysadzinowość gruntu klasyfikacja

9 Konstrukcja nawierzchni wg KTNPiP (wersja 2013) H

10 Warstwa mrozoochronna Warstwa mrozoochronna warstwa, której głównym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed wysadzinami powodowanymi przez szkodliwe działanie mrozu i zwiększenie nośności warstw dolnych konstrukcji nawierzchni. Materiałami stosowanymi do warstwy mrozoochronnej mogą być: a) mieszanki niezwiązane, b) mieszanki związane spoiwami hydraulicznymi, c) grunty niewysadzinowe, d) grunty stabilizowane spoiwami hydraulicznymi, e) grunty stabilizowane wapnem, W/mK grunty, W/mK kruszywa, W/mK materiały izolacyjne

11 Wielka Brytania Frost Index (roczny wskaźnik mrozowy) - suma średnich temperatur dobowych powietrza poniżej zera w roku Mean Annual Frost Index MAFI(1959) 50 o. day Średni roczny wskaźnik mrozowy (średnia arytmetyczna rocznych wskaźników od 1959r) Min. grubość nawierzchni 450 mm dla MAFI >50 Min grubość nawierzchni 350mm dla MAFI<50 Met. Office and further information from TRL Report RR45 (1986). Wysadzinowość gruntów i materiałów drogowych w Wielkiej Brytanii jest określana w badaniu bezpośredniego pomiaru wysadziny według BS 812:124

12 Szwecja Frost Index o dni (F 20 ) Warstwy mrozoochronne Izolacja polistyren, keramzyt m Wymiana gruntu m Wysadzinowość gruntu Kategoria drogi Obciążenie drogi Ograniczenie ruchu ciężkich pojazdów dni w ciągu roku, zazwyczaj w okresie od początku kwietnia do końca maja

13 USA Freezing Index - FI jest iloczynem średniej z dobowych temperatur poniżej zera oraz liczby tych dni w ciągu każdego roku, obliczonego na podstawie ostatnich 30 lat ( o dni) Obliczone wskaźniki mrozowe korygowane są współczynnikiem n, którego wartość zależna jest od rodzaju gruntów występujących na danym terenie, grubości pokrywy śnieżnej, wilgotności i przewodności cieplnej. Minimalna grubość konstrukcji nawierzchni, co najmniej ½ głębokości przemarzania obliczonego na podst. FI Mapa rocznych wskaźników mrozowych w stanie Washington Ograniczenie ruchu ciężkich pojazdów Ograniczenia w ruchu wprowadza się na drogach, na których wielkości ugięć pomierzone w okresie wiosennych roztopów są większe min % wielkości ugięć pomierzonych w okresie letnim, a w praktyce tam, gdzie FI jest większy od 400o F.dzień.

14 Francja IA wskaźnik mrozowy drogi (określony na podstawie podatności podłoża na działanie mrozu, rodzaju konstrukcji nawierzchni, IR wskaźnik mrozowy (referencyjny wskaźnik mrozowy IR wyznaczany na podstawie danych meteorologicznych o warunkach panujących w zimie, w zależności od terenu na którym projektowana droga się znajduje) IA > IR Wyjątkowo mroźne zimy przeciętne zimy z okres średnia z 10 lat Dopuszczalne są pewne przekroczenia wskaźnika IR (ponad IA) pod warunkiem wprowadzenia ograniczenia ruchu dla ciężkich pojazdów w okresie roztopów

15 Niemcy Wymagane grubości konstrukcji nawierzchni wraz z warstwą mrozoochronną Klasa Grubość konstrukcji w zależności od klasy drogi (cm) mrozoodporności gruntu SV/I/II III/IV V/VI F F Podane w tablicy grubości konstrukcji z warstwą mrozoochronną dotyczą dróg budowanych na obszarach objętych strefą I. W przypadku strefy II grubość warstwy zwiększa się o 5 cm, a w przypadku strefy III o 15 cm. Mrozoodporność można osiągnąć m.in. poprzez ulepszenie gruntów w podłożu, wymianę gruntu, poprawienie warunków wodnych czy też budowanie warstw podbudowy z materiałów o podwyższonej izolacyjności cieplnej. Strefa I FI<490 o C dzień Strefa II o C dzień <FI<580 o C dzień Strefa III FI>580 o C dzień

16 Kanada Maksymalna głębokość przemarzania poza strefami wiecznej zmarzliny wynosi w Kanadzie 255 cm W procesie projektowania dróg przyjęto, że wymagana grubość konstrukcji nawierzchni ze względu na jej nośność, w przypadku dróg o obciążeniu ruchem ciężkim, wynosząca od 80 cm do 95 cm zabezpiecza drogę przed skutkami przemarzania. W przypadku dróg o mniejszym obciążeniu ruchem, ze względów ekonomicznych, nie projektuje się konstrukcji o zwiększonej grubości ze względu na przemarzanie, lecz wprowadza się ograniczenia eksploatacyjne. Badania kanadyjskie wykazały, że 90% dróg w okresie roztopów wiosennych traci do ½ swojej nośności

17 Wnioski Nośność podłoża gruntowego jest zmienna i zależna od czynników klimatycznych, W krajach, gdzie zjawisko przemarzania gruntu występuje, fakt ten jest brany pod uwagę, Przeważnie konstrukcje drogowe są projektowane z ograniczoną ochroną przeciwmrozową (dopuszczalne jest przemarzanie podłoża) Zabezpieczenie przed mrozem realizowane jest grubością warstw (pełna lub ograniczona ochrona), ograniczenia obciążeń, dodatkowe opłaty W większości krajów mrozoodporność wpływ mrozu na konstrukcję drogową jest określana na podstawie wskaźników mrozowych.

18 Wysadzinowość - kryteria Zawartość części < , 10 i >10% Zawartość części <0.075mm 15, 15-30, >30% SE 4 35 (30 dla kruszyw?) PI - <6 MB F <10 Bezpośrednia wysadzina <9mm

19 Wysadzinowość badania Badanie uziarnienia z uwzględnieniem sit 0.02mm, 0.075mm wg PN EN Badanie wskaźnika piaskowego SE 4 wg PN EN Badanie wskaźnika plastyczności Ip (ang. PI) wg PN-88/B Badanie błękitem metylenowym MB F wg PN-EN Badanie bezpośredniej wysadziny mrozowej BS

20 Percentage passing, % Badania wysadzinowości WYKRES UZIARNIENIA KRUSZYWA - zbiorczy Trzuskawica pr.a Trzuskawica pr.b Trzuskawica pr.c Trzuskawica pr.d Dolomit Budy I Dolomit Budy II Dolomit Radkowice I Dolomit Radkowice II Drogar 1 Drogar 2 Lafarge A Lafarge B mieszanka techn. Kruszywo o uz. ciągłym łupek czarny łupek czerwony ,002 0,02 0,075 0,125 0,25 0, , Sieve size #, mm

21 Badania wysadzinowości Pomiar wysadziny bezpośredniej

22 Badania wysadzinowości SE SE4 = f(20 micron) SE4=f(75 micron) SE4=f(125micron) R 2 = 0, R 2 = 0,6989 R 2 = 0, less than 20, 75, 125 m content [%]

23 Badania wysadzinowości 16 MBF MBF = f(20 micron) MBF=f(75 micron) MBF=f(125micron) R 2 = 0,3269 R 2 = 0,2792 R 2 = 0, less than 20, 75, 125 m content [%]

24 heave, mm Badania wysadzinowości 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 R 2 = 0,3301 R 2 = 0,4198 R 2 = 0,3808 R 2 = 0,3183 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 less than 2, 20, 75, 125 m content heave=f(2micron) heave=f(20micron) heave=f(75 micron) heave=f(125 micron)

25 wysadzina [mm] Badania wysadzinowości 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 R 2 = 0,3727 SE4 MBF Wielom. (SE4) Log. (MBF) R 2 = 0, SE4, MBF

26 Dziękuję za uwagę