TOM I / 7 - PROJEKT KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI

Transkrypt

1 NAZWA I ADRES ZAMAWIAJĄCEGO ul. Lechicka 24; Katowice PRZEDSIĘBIORSTWO USŁUGOWO HANDLOWE DROG-MEN JEDNOSTKA PROJEKTOWA UL. SZYB WALENTY 32; RUDA ŚLĄSKA TEL biuro@drog-men.pl NAZWA INWESTYCJI WYKONANIE PROGRAMU FUNKCJONALNO UŻYTKOWEGO DLA PRZEBUDOWY DROGI WOJEWÓDZKIEJ NR 921 NA ODCINKU OD DROGI KRAJOWEJ NR 78 DO GRANICY MIASTA ZABRZE RODZAJ OPRACOWANIA BRANŻA/ STUDIUM TOM I PROGRAM FUNKCJONALNO UŻYTKOWY TOM I / 7 - PROJEKT KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI DROGOWA/ KONCEPCJA ZESPÓŁ OPRACOWUJĄCY IMIĘ I NAZWISKO NR UPRAWNIEŃ DATA PIECZĄTKA I PODPIS PROJEKTOWAŁ: mgr inż. Radosław Mencfel SLK/4378/POOD/ PROJEKTOWAŁ: dr inż. Marcin Grygierek PROJEKTOWAŁ: dr inż. Krzysztof Chlipalski TERMIN EGZEMPLARZ NR

2 SPIS TREŚCI 1. ZAKRES OPRACOWANIA 4 2. ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE 4 3. WYZNACZENIE KATEGORII RUCHU WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH RUCHU DLA DW WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU I - KM DO KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU II - KM DO KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU III KM KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU IV KM KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU V KM KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU VI KM WYZNACZENIE LICZBY OSI OBLICZENIOWYCH NA ODCINKU VII KM KM WYZNACZENIE ODCINKÓW JEDNORODNYCH WYZNACZENIE RUCHU CAŁKOWITEGO O OKRESIE 30 LAT DLA DW ODCINEK OD KM DO KM ODCINEK OD KM DO KM ODCINEK OD KM DO KM ANALIZA WPŁYWU TERENU GÓRNICZEGO NA KONSTRUKCJĘ NAWIERZCHNI CHARAKTERYSTYKA PRACY NAWIERZCHNI DROGOWEJ NA TERENACH GÓRNICZYCH ZE WZGLĘDU NA JEJ TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ WARUNKI GÓRNICZE UWAGI OGÓLNE ANALIZA PROGNOZOWANYCH DEFORMACJI GÓRNICZYCH NA ODCINKU DROGI DW921 W LATACH ANALIZA PODŁOŻA GRUNTOWEGO MATERIAŁY WYJŚCIOWE DO OCENY PODŁOŻA GRUNTOWEGO KLASYFIKACJA PODŁOŻA GRUNTOWEGO INFORMACJA O WARUNKACH GRUNTOWO WODNYCH ANALIZA PODŁOŻA GRUNTOWEGO PROJEKT KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI KR 4 (KO 7,3) ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI POZA TERENAMI GÓRNICZYMI KO 7,3 (KR 4) NIEWZMOCNIONA KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH KO 7,3 (KR 4) WZMOCNIENIE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH KO 7,3 (KR 4) ANALIZA WPŁYWU POGRUBIENIA WARSTW KRUSZYWOWYCH NA TRWAŁOŚĆ NAWIERZCHNI KO 7.3 (KR4) NA TERENACH GÓRNICZYCH PROJEKT KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI KO 14,6 (KR 5), ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI POZA TERENAMI GÓRNICZYMI KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH WZMOCNIENIE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH ANALIZA WPŁYWU POGRUBIENIA WARSTW KRUSZYWOWYCH NA TRWAŁOŚĆ NAWIERZCHNI KO 14.6 (KR5) NA TERENACH GÓRNICZYCH ROZWIĄZANIA DLA KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI W OBSZARZE DEFORMACJI NIECIĄGŁYCH WYMAGANIA DLA GEOSYNTETYKÓW PRZYJĘTE KONSTRUKCJE NAWIERZCHNI ZALECENIA LITERATURA 52 P.U.H DROG-MEN 2

3 ZAŁĄCZNIKI - pismo z dnia r nr TMG/ /2015, - pismo z dnia TMG-9/542-28/44/Bc/2015, - pismo z dnia r nr TMG-2-542/124/2015, - pismo z dnia r nr TMG/Zw/003/2015, - pismo z dnia r nr TJ.JP-Sz.MM /15 - z dnia z KWK Sośnicowie - obliczenia konstrukcji nawierzchni, - wyniki obliczeń odkształceń konstrukcji nawierzchni. CZĘŚĆ RYSUNKOWA - RYS NR 1 PLAN ORIENTACYJNY - RYS NR PLAN SYTUACYJNY Z PODZIAŁEM NA TYPY KONSTRUKCJI - RYS NR PRZEKRÓJ KONSTRUKCYJNY/ SZCZEGÓŁY - RYS NR 4 SCHEMAT CIĘĆ NAWIERZCHNI ZATOKA AUTOBUSOWA P.U.H DROG-MEN 3

4 1. ZAKRES OPRACOWANIA Przedmiotem zadania jest opracowanie dotyczące projektu konstrukcji nawierzchni dla odcinka drogi wojewódzkiej nr 921 od skrzyżowania z drogą krajowa nr 78 do granicy z miastem Zabrze [rys. 1]. Niniejsze opracowanie jest częścią składową dokumentacji pt. WYKONANIE PROGRAMU FUNKCJONALNO UŻYTKOWEGO DLA PRZEBUDOWY DROGI WOJEWÓDZKIEJ NR 921 NA ODCINKU OD DROGI KRAJOWEJ NR 78 DO GRANICY MIASTA ZABRZE. Rys. 1. Plan orientacyjny odcinek drogi wojewódzkiej 921 objęty opracowaniem. 2. ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE Założeniami wyjściowymi dla projektu konstrukcji nawierzchni są zapisy zawarte w Opisie Przedmiotu Zamówienia dla przedmiotowej inwestycji. Zgodnie z Wytycznymi Technicznymi Zarządu Dróg Wojewódzkich w Katowicach zał. Nr 1A (kwiecień 2010) przy projektowaniu nawierzchni dróg wojewódzkich klasy G należy przyjąć 30 letni okres eksploatacji. Dla projektowanej konstrukcji przyjęto zgodnie z WT ZDW [3] nacisk na pojedynczą oś równy 115 kn. Na podstawie dokumentacji opracowanej o nazwie Część Ruchowa stanowiącej element opracowania wyznaczono występujące obciążenia ruchem dla przedmiotowego odcinka Do oceny stanu istniejącego podłoża gruntowego została wykorzystana Opinia Geotechniczna opracowania przez firmę Bazet z Pawłowic styczeń 2015 r. oraz geotechniczne warunki posadowienia obiektu opracowane przez firmę Bazet z Pawłowic marzec 2015 r. Przedmiotowy odcinek drogi wojewódzkiej nr 921 położony jest na terenie poddanym wpływom eksploatacji górniczej. Do projektu konstrukcji nawierzchni zostały wykorzystane dane otrzymane z Kopalni Węgla Kamiennego Knurów- Szczygłowice oraz z Kopalni Węgla Kamiennego Sośnica i Makoszowy. P.U.H DROG-MEN 4

5 Materiały wykorzystane w opracowaniu: Opinia geotechniczna opracowana przez firmę Bazet z Pawłowic styczeń 2015r., Geotechniczne warunki posadowienia obiektu opracowane przez firmę Bazet z Pawłowic marzec 2015r., Analiza ruchu opracowania w marcu 2015r., Mapy zasadnicze pozyskane z PODGiK w Gliwicach, Informacja o warunkach geologiczno- górniczych TMG-9/542-28/44/Bc/2015 z dnia r, Informacja o warunkach geologiczno- górniczych TMG/ /2015 z dnia r., Prognoza def. Powierzchni wzdłuż DW 921 TMG/Zw/003/2015 z dnia r., Informacja prognoz deformacji terenu wzdłuż DW 921 TMG-2-542/124/2015., 3. WYZNACZENIE KATEGORII RUCHU Przedmiotowy odcinek drogi wojewódzkiej został podzielony na 7 odcinków. Podział odcinka wynika z danych pozyskanych z Generalnego Pomiaru Ruchu wykonanego na drogach wojewódzkich w 2010 r. Zgodnie z pomiarem uzyskano następujące dane: Tabela 1 Odcinki DW 921 objęte Generalnym Pomiarem Ruchu 2010 r. DW 921 odcinek do DK 78 do granicy z miastem Zabrze Poj. ogółem Godz. A O C Cb Cp M R DK 78 skrzyżowanie DW 924 odc Od DW 924 do ul. 1-go Maja Knurów- odc ul. 1-go Maja (Knurów) łącznika Autostrady A1 odc Łącznica Autostrady A1- Gierałtowice ( kier. Orzesze) odc. 4 Gierałtowice (kier. Orzesze) Przyszowice (ul. Powstańców) odc.5 Ul. Powstańców (Przyszowice) Przyszowice (DK 44)- odc Przyszowice (DK 44) gr. m. Zabrze- odc A- autobusy, O- osobowe, C- lekkie samochody ciężarowe, dostawcze. Cb- ciężarowe bez przyczep, Cp- ciężarowa z przyczepami M- Motorowery R- ciągniki rolnicze P.U.H DROG-MEN 5

6 Do dalszej analizy zostały wykorzystane dane zaznaczone w Tabeli 1. Zgodnie z prognozą ruchu wykonaną dla przedmiotowego odcinka uzyskano następujące wyniki zestawione w tabeli 2-8. Tabela 2. Odcinek 1 - od DK 78 do skrzyżowania z DW 924. PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Tabela 3. Odcinek 2- od skrzyżowania z DW 924 do ul. 1-go Maja (Knurów) PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Tabela 4. Odcinek 3 - od 1-go Maja (Knurów) do łącznicy Autostrady A1 PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Tabela 5. Odcinek 4 - od łącznicy Autostrady A1 do Gierałtowic (kierunek Orzesze) PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] P.U.H DROG-MEN 6

7 Tabela 6. Odcinek 5 - od Gierałtowic (kierunek Orzesze) do Przyszowic ul. Powstańców PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Tabela 7. Odcinek 6 - od Przyszowic ul. Powstańców do Przyszowic DK 44 PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. Dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Tabela 8. Odcinek 7 - od Przyszowic DK 44 granica miasta Zabrze PROGNOZA RUCHU NA LATA Rodzaj pojazdu GPR sam. dostawcze [ C ] sam. ciężarowe bez przyczep [ Cb ] sam. Ciężarowej z przyczepami [ Cp ] Autobusy [ A ] Zgodnie z WT ZDW dla wyznaczenia kategorii ruchu przyjęto połowę okresu eksploatacji 15 lat. Okres eksploatacji przyjęto na lata r. Zgodnie z wytycznymi ZDW liczba osi obliczeniowych przeliczono zgodnie ze wzorem: = ( + + ) L liczba osi obliczeniowych na dobę na obliczeniowy pas ruchu, N 1 średni dobowy ruch pojazdów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi w połowie okresu eksploatacji, N 2 średni dobowy ruch pojazdów członowych (ciężarowych z przyczepami i ciągników siodłowych z naczepami) w przekroju drogi w połowie okresu eksploatacji, N 3 średni dobowy ruch pojazdów autobusów w przekroju drogi w połowie okresu eksploatacji, r 1,r 2, r 3, -współczynniki przeliczeniowe na osie obliczeniowe określone zgodnie z tabelą b [3], ƒ 1 współczynnik obliczeniowego pasa ruchu określony zgodnie z tabelą a 1 [3], ƒ 2 współczynnik szerokości pasa jezdni określony zgodnie z tabelą a 2 [3], ƒ 3 współczynnik pochylenia podłużnego jezdni określony zgodnie z tabelą b [3]. P.U.H DROG-MEN 7

8 Dla każdego odcinka na podstawie określonych współczynników zgodnie z WT ZDW [3] została wyznaczona liczba osi obliczeniowych na rok Zgodnie z WT ZDW 1A tabela C dla przyjęcia odpowiedniej kategorii przyjęto następujące wartości. Dla każdej kategorii ruchu została przypisana odpowiednia klasa obciążenia. Tabela 9. Tabela kategorii ruchu Kategoria ruchu Liczba osi obliczeniowych 100 kn na Liczba osi obliczeniowych 100 kn w okresie dobę, na pas obliczeniowy L obliczeniowym 30 lat KR1 poniżej 13 poniżej KR2 (K o 1,0) KR3 (K o 2,5) KR4 (K o 7,3) KR5 (K o 14,6) KR6 (K o 32) KR6+ (K o 100) 3001 i więcej i więcej Klasy obciążenia zostały wprowadzone w związku z nowelizacją Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. (Dz. U. nr 43 poz. 430) nowelizacja z dnia r (Dz. U poz. 329), który odwołuje zapisy załącznika nr 5 do Rozporządzenia. Pomimo braku aktualnych wymagań do projektowania nawierzchni dla dróg wojewódzkich są przytaczane zapisy załącznika nr 5 jako oznaczenie przejściowe Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych ruchu dla DW Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku I - km do km N N N 3 47 r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (107 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =928 [obl.100 kn/pas/dobę] Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku II - km do km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (133 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =1201 [obl.100 kn/pas/dobę] P.U.H DROG-MEN 8

9 Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku III km km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (253 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =1896 [obl.100 kn/pas/dobę] Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku IV km km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (282 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =1687 [obl.100 kn/pas/dobę] Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku V km km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (125 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =848 [obl.100 kn/pas/dobę] Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku VI km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (145 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =908 [obl.100 kn/pas/dobę] P.U.H DROG-MEN 9

10 Wyznaczenie liczby osi obliczeniowych na odcinku VII km km N N N r 1 1,987 r 2, 3,927 r 3, 2,927 ƒ 1 0,5 ƒ 2 1,1 ƒ 3 1,02 = (104 1, , ,927) 0,5 1,1 1,02 =809 [obl.100 kn/pas/dobę] Wyznaczenie odcinków jednorodnych Z przeprowadzonych obliczeń wyznaczono odcinki jednorodne o zbliżonych liczbach osi obliczeniowych. Na podstawie przyjętych danych wyznaczono sumaryczny ruchu pojazdów w okresie 30 lat. Zakres odcinków jednorodnych jest następujący: Odcinek I od km do km 5+326, Odcinek II od km do km , Odcinek III od km do km Wyznaczenie ruchu całkowitego o okresie 30 lat dla DW 921 Na podstawie WT ZDW w Katowicach kategorię ruchu oparto na ruchu całkowitym w okresie 30 lat eksploatacji. Z wyznaczonej łącznej ilości osi obliczeniowych 100 kn na pas została przypisana kategoria ruchu wg nie obowiązującego załącznika nr 4 do Dz. U. Nr 43 poz W tabeli 10 przedstawiono zakresy ilości osi obliczeniowych. Tabela 10. Liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji dla kategorii ruchu wg WT ZDW. Trwałość zmęczeniowa 100 kn w okresie 30 lat KR KR2 (Ko 1,0) KR3 (Ko 2,5) KR4 (Ko 7,3) KR5 (Ko 14,6) KR6 (Ko 32) KR6+ (Ko 100) P.U.H DROG-MEN 10

11 Odcinek od km do km Na podstawie prognozy ruchu wyznaczono ilości osi obliczeniowych o okresach 5 letnich, z uwzględnieniem całego okresu eksploatacji konstrukcji nawierzchni. Tabela 11. Określenie liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji. Określenie liczby osi obliczeniowych na pas wg założeń WT zał. 1A ROK 2015 ROK 2025 ROK 2035 ROK 2045 osi 617 osi obl.100kn/pas/dobę 874 osi obl.100kn/pas/dobę 1201 osi obl.100kn/pas/dobę 1593 obl.100kn/pas/dobę ROK 2020 ROK 2030 ROK 2040 ROK 2050 osi 741 osi obl.100kn/pas/dobę 1027 osi obl.100kn/pas/dobę 1391 osi obl.100kn/pas/dobę 1813 obl.100kn/pas/dobę Rys. 2. Wykres wzrostu ruchu odcinek I 2000 Wykres wzrostu ruchu DW SDR Tabela 12. Określenie średniej liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji. Wyznaczenie średniej liczby osi obliczeniowych na pas lata lata lata osi obl.100kn/pas/dobę 808 osi obl.100kn/pas/dobę 951 osi obl.100kn/pas/dobę lata lata lata osi obl.100kn/pas/dobę 1296 osi obl.100kn/pas/dobę 1492 osi obl.100kn/pas/dobę. P.U.H DROG-MEN 11

12 Tabela 13. Łączna liczba osi obliczeniowych w okresie obliczeniowym 30 lat wg WT ZDW Ncał osi obl.100kn/30lat KR4 Ncał osi obl.115kn/pas KR4 Klasa obciążenia Ko7, Odcinek od km do km Tabela 14.Określenie liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji. Określenie liczby osi obliczeniowych na pas wg założeń WT zał. 1A ROK 2015 ROK 2025 ROK 2035 ROK osi obl.100kn/pas/dobę 1392 osi obl.100kn/pas/dobę 1896 osi obl.100kn/pas/dobę 2499 osi obl.100kn/pas/dobę ROK 2020 ROK 2030 ROK 2040 ROK osi obl.100kn/pas/dobę 1627 osi obl.100kn/pas/dobę 2189 osi obl.100kn/pas/dobę 2837 osi obl.100kn/pas/dobę Rys. 3. Wykres wzrostu ruchu odcinek II SDR Wykres wzrostu ruchu DW Tabela 15. Określenie średniej liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji. Wyznaczenie średniej liczby osi obliczeniowych na pas lata lata lata osi obl.100kn/pas/dobę 1762 osi obl.100kn/pas/dobę 2344 osi obl.100kn/pas/dobę lata lata lata osi obl.100kn/pas/dobę 2043 osi obl.100kn/pas/dobę 2668 osi obl.100kn/pas/dobę P.U.H DROG-MEN 12

13 Tabela 16. Łączna liczba osi obliczeniowych w okresie obliczeniowym 30 lat wg WT ZDW Ncał osi obl.100kn/pas KR5 Ncał osi obl.115kn/pas KR5 Klasa obciążenia Ko14, Odcinek od km do km Tabela 17. Określenie liczby osi obliczeniowych w okresie eksploatacji. Określenie liczby osi obliczeniowych na pas wg założeń WT zał. 1A ROK 2015 ROK 2025 ROK 2035 ROK osi obl.100kn/pas/dobę 669 osi obl.100kn/pas/dobę 908 osi obl.100kn/pas/dobę 1195 osi obl.100kn/pas/dobę ROK 2020 ROK 2030 ROK 2040 ROK osi obl.100kn/pas/dobę 781 osi obl.100kn/pas/dobę 1047 osi obl.100kn/pas/dobę 1356 osi obl.100kn/pas/dobę Rys. 4. Wykres wzrostu ruchu odcinek III Wykres wzrostu ruchu DW SDR Tabela 18. Łączna liczba osi obliczeniowych w okresie obliczeniowym 30 lat wg WT ZDW Ncał osi obl.100kn/pas KR4 Ncał osi obl.115kn/pas KR4 Klasa obciążenia Ko7,3 P.U.H DROG-MEN 13

14 4. ANALIZA WPŁYWU TERENU GÓRNICZEGO NA KONSTRUKCJĘ NAWIERZCHNI 4.1. CHARAKTERYSTYKA PRACY NAWIERZCHNI DROGOWEJ NA TERENACH GÓRNICZYCH ZE WZGLĘDU NA JEJ TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ Wpływ eksploatacji górniczej na pas drogowy, powoduje zmianę parametrów geometrycznych drogi w planie i profilu oraz zmianę właściwości mechanicznych poszczególnych warstw budujących konstrukcję nawierzchni i jej podłoże, a to determinuje trwałość zmęczeniową nawierzchni. W przypadku oceny wpływu eksploatacji górniczej na cechy mechaniczne warstw konstrukcyjnych i podłoża należy rozróżnić oddziaływanie o charakterze rozluźnień oraz zagęszczenia. W obu przypadkach wpływ deformacji górniczych należy określić jako okresowy, tj. w trakcie prowadzonej eksploatacji górniczej obserwuje się na powierzchni terenu, deformacje nieustalone, którym towarzyszy kształtowanie się dynamicznej niecki obniżeniowej. W okresie tym dochodzi do znaczących (zazwyczaj negatywnych) zmian cech mechanicznych w warstwach konstrukcyjnych i w podłożu nawierzchni, wtedy właśnie dochodzi do rozluźnień lub dogęszczenia. Należy podkreślić, iż po okresie tym dynamika zmian (deformacji) wygasza, a następnie zanika. Po zakończeniu eksploatacji górniczej i zaniku deformacji powierzchni terenu z pewnym opóźnieniem, w warstwach konstrukcyjnych i w podłożu dochodzi do ponownej konsolidacji pod wpływem oddziaływania od ruchu kołowego, czego efektem jest co najmniej częściowa odbudowa sztywności warstw wykonanych z materiałów rozdrobionych takich jak kruszywo stabilizowane mechanicznie. Odtworzenie sztywności warstw nawierzchni należy określić jako co najmniej znaczne (rys. 4), ponieważ wskazują na to wyniki monitoringu dróg niezabezpieczonych przed wpływami górniczymi. Nawierzchnie tych dróg często nie wskazują na znaczące zmiany trwałości zmęczeniowej, nawet pomimo prowadzenia kilkukrotnej eksploatacji w jej bezpośrednim obszarze. Jak wskazują wyniki tych samych badań, warunkiem minimalizacji szkód ponoszonych przez niewzmocnione nawierzchnie są deformacje górnicze nie przekraczające II kategorii ( ɛ <3mm/m) oraz odstępy pomiędzy kolejnymi okresami deformacji pasa drogowego najlepiej ok. 1 2 lat. Mając na uwadze zapewnienie trwałości zmęczeniowej nawierzchni i minimalizację negatywnych oddziaływań eksploatacji górniczej należy dążyć podczas uzgadniania eksploatacji górniczej z przedsiębiorcą górniczym, aby była ona prowadzona zgodnie zasadami w/w. Odrębnym zagadnieniem są deformacje nieciągłe, które jeżeli już wystąpiły na nawierzchni drogowej, odtwarzają się przy każdych kolejnych nawet niewielkich obniżeniach (deformacjach). Korzystając z prognozowanych wskaźników deformacji dla dłuższego okresu, należy pamiętać, iż przedstawione wartości są zazwyczaj wartościami docelowymi (końcowymi), sumującymi eksploatacje poszczególnych ścian. W przypadku analizy zmian geometrycznych wpływy te, należy sumować, a w przypadku analizy cech mechanicznych warstw, determinujących trwałość zmęczeniową nawierzchni, prognozowane wpływy poszczególnych eksploatacji należy analizować indywidualnie. P.U.H DROG-MEN 14

15 Moduł sprężystoś ci kruszywa stabilizow anego mechanicz nie Przed eksploatacją górniczą W trakcie eksploatacji górniczej i deformacji powierzchni Po zakończeniu eksploatacji górniczej i po ustaniu deformacji powierzchni Rys. 4. Przykładowe zmiany modułów sprężystości nie wzmocnionej warstwy kruszywa w obszarze oddziaływania eksploatacji górniczej według badań terenowych [9] Zależności zmiany modułów sprężystości warstw niezwiązanych w funkcji poziomych odkształceń rozluźniających (ɛ) odpowiadających wartościom prognozowanym, przedstawia Katalog Przebudów i Remontów Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych z roku 2013 [5] Minimalizacja negatywnych wpływów eksploatacji górniczej na trwałość zmęczeniową nawierzchni polega na zastosowaniu rozwiązań przeciwdziałających rozluźnieniu warstw budującego poszczególne warstwy. W tym celu, dla warstw niezwiązanych (stabilizowanych mechanicznie) stosuje się zbrojenie geosyntetyczne. Z dotychczasowych doświadczeń wynika, iż: - w konstrukcji dróg na terenach górniczych nie należy stosować warstw sztywnych, tj. stabilizowanych spoiwem hydraulicznym o wysokiej wytrzymałości na ściskanie, - nie zaleca się stosowania zbyt grubych pakietów MMA, które zwłaszcza w okresie zimowym sztywnością odpowiadają sztywnej płycie z betonu cementowego, - w obszarze odkształceń rozluźniających należy stosować zbrojenie geosyntetyczne, - zaleca się stosować warstwę odprężającą pod warstwami wzmocnionymi geosyntetycznymi wkładkami. W aplikacjach wykorzystujących wkładki geosyntetyczne zaleca stosować się: - georuszty o monolitycznych węzłach, P.U.H DROG-MEN 15

16 - geosiatki o przeplatanych węzłach. Oba rodzaje geosyntetyków są powszechnie stosowane w budownictwie komunikacyjnym, zarówno w kraju jak i zagranicą. Jednak dla obu rodzajów geosyntetyków wyróżnia się odmienne mechanizmy pracy, tj. geosiatki wiotkie pracują według koncepcji efektu naciągniętej membrany, zaś w przypadku georusztów głównym mechanizmem pracy jest utwierdzenie boczne kruszywa. Mechanizm oparty na efekcie naciągniętej membrany wymaga zastosowania geosyntetyków o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie oraz uwzględnienia w doborze materiałów wytrzymałości długotrwałej. W trakcie robót budowlanych w geosyntetykach tych, konieczne jest wykonanie wstępnego naciągu. Ograniczeniem w stosowaniu geosyntetyków pracujących według koncepcji naciągniętej membrany jest 1. -kierunkowa praca tego typu wzmocnienia ze względu na kierunek naciągu, a czasami i układ głównych pasm zbrojenia. Ograniczenie te obniża skuteczność tego typu geosyntetyków stosowanych w warstwach konstrukcyjnych nawierzchni, zwłaszcza w sytuacji wielokierunkowych deformacji górniczych. Mechanizm pracy geosyntetyku oparty na utwierdzeniu bocznym kruszywa związany jest ze stosowaniem geosyntetyków o dużej sztywności początkowej, tj. mobilizujących się już w zakresie małych odkształceń, w tym celu stosuje się geosyntetyki o sztywnych monolitycznych węzłach. Z uwagi na swą budowę, georuszty nie wymaga wstępnego naciągu, aczkolwiek warunkiem skutecznej pracy tego typu wzmocnienia jest zapewnienie dobrej współpracy, tj. zazębienia się pomiędzy geosyntetykiem, a kruszywem. W przypadku stosowania geosyntetyków w dolnych warstwach nawierzchni lub/i w podłożu ulepszonym najskuteczniejszym rozwiązaniem minimalizującym rozluźnienie ośrodka rozdrobnionego jest zastosowanie georusztów o monolitycznych węzłach, z uwagi na wartość (małych) odkształceń generowanych w warstwach konstrukcyjnych przez obciążenie ruchem kołowym. Istotą przyjętej koncepcji wymiarowania nawierzchni drogowej na terenach eksploatacji górniczej jest: Przyjęcie do analiz wpływów eksploatacji górniczej nie przekraczających III kategorii terenu górniczego, w przypadku zastosowania wkładek geosyntetycznych. W przypadku IV kategorii terenu górniczego zakłada się, iż wpływy te, stanowią oddziaływanie kilku ścian, nie eksploatowanych jednocześnie. Zastosowanie metody teoretyczno empirycznej (mechanistycznej), wykorzystującej zasady wymiarowania nawierzchni oparte na obliczeniu odkształceń w modelu teoretycznym oraz zastosowaniu kryteriów zmęczeniowych według Instytutu Asfaltowego (IA). Dodatkowo w obliczeniach zostanie zastosowana redukcja modułów sprężystości warstw nawierzchni z kruszywa oraz podłoża nawierzchni. Przyjęcie redukcji sztywności (moduł sprężystości) warstw z kruszywa niezwiązanego chemicznie stabilizowanego mechanicznie w funkcji prognozowanych poziomych odkształceń rozluźniających na podstawie empirycznej zależności [5] (rys. 5). P.U.H DROG-MEN 16

17 Rys. 5. Redukcja modułu sprężystości kruszywa stabilizowanego mechanicznie w funkcji odkształceń poziomych Przyjęcie redukcji sztywności (moduł sprężystości)podłoża gruntowego według empirycznej zależności [5] (rys. 6), w której redukcja modułu uzależniona jest od wartości poziomych odkształceń rozluźniających. Rys. 6. Redukcja modułu sprężystości podłoża nawierzchni Zastosowanie układu geosyntetyk + kruszywo niezwiązane pełniącego w nawierzchni rolę tzw. platformy nośnej w okresie redukcji sztywności podłoża. Zastosowanie warstwy o funkcji odprężającej z kruszywa naturalnego niełamanego (pospółka 1/31,5), która wraz z wyżej ułożoną warstwą wzmacnianą geosyntetykiem znacząco ograniczy transmisję odkształcenia górniczego z podłoża ku górnym warstwom nawierzchni. Zastosowanie jako zbrojenia geosyntetycznego georusztów o monolitycznych węzłach. Implementację georusztów do konstrukcji drogi DW921 o przekroju 1x2 uzasadnia się, z uwagi na: o wysoką sztywność w zakresie małych odkształceń, o Wzrost wartości modułu stabilizowanej warstwy z kruszywa o 1,5 do 3,0 E, gdzie E jest modułem sprężystości kruszywa stabilizowanego mechanicznie (np. dla kruszywa C 90/3, mamy E=400MPa), o Sztywność niezależną od kierunku oddziaływania deformacji górniczy, P.U.H DROG-MEN 17

18 o Możliwość zapewnienia pracy zabezpieczenia przed deformacjami górniczymi w kierunku poprzecznym do osi drogi w przypadku prowadzenia tzw. robót połówkowych obejmujących połowę jezdni, czyli 1. pas ruchu. Przy realizacji przebudowy drogi tzw. metodą połówkową zastosowanie geosyntetyków wymagających naciągu (praca geosyntetyku według efektu naciągniętej membrany), uniemożliwi zapewnienie prawidłowej pracy zabezpieczenia przed deformacjami w kierunku poprzecznym do osi drogi, z uwagi na bardzo utrudniony naciąg geosyntetyku w kierunku poprzecznym. o skuteczność georusztu w ograniczeniu transmisji odkształceń rozluźniających w zakresie do III kategorii terenu górniczego została zweryfikowana na podstawie badań doświadczalnych opisanych w [10]. W badaniach tych zastosowano georuszt o węzłach monolitycznych i wytrzymałości na rozciąganie 20/20 kn/m (rys. 7). Rys. 7. Wyniki badań odkształceń ośrodka rozdrobnionego (kruszywo) w warunkach wymuszeń rozluźniających z zastosowaniem georusztu dwukierunkowego 20/20, gdzie A-odkształcenie poniżej wzmocnienia, B-odkształcenie nad wzmocnieniem [10] Należy zauważyć, iż obecnie w geoinżynierii stosuje się również trójosiowe georuszty monolityczne zapewniające jeszcze wyższą sztywność. Z przeprowadzonych badań porównawczych na poletkach doświadczalnych z zastosowaniem georusztów dwukierunkowymi oraz trójosiowych, wynika iż, georuszty trójosiowe wykazują większą skuteczność w stabilizacji warstwy kruszywa. Różnica wpływu zastosowania dwu lub trójosiowych georusztów może być wyrażona różnicą np. przyrostu deformacji pionowej w śladzie koła (głębokość koleiny) [11] (rys. 8)[12]. P.U.H DROG-MEN 18

19 De fo rm ac ja Liczba przejść obciążenia Georuszty dwuosiowy Georuszty trójosiowy Rys. 8 Porównanie rozwoju deformacji warstw nawierzchni przy zastosowaniu georusztów dwu- lub trój- osiowych [11] 4.2. WARUNKI GÓRNICZE Uwagi ogólne Analizowany odcinek drogi DW921 w ok. 47% znajduje się w zasięgu wpływów prowadzonej głębokiej eksploatacji górniczej, również w przyszłości przewiduje się wpływy działalności górniczej na pas drogowy. Działalność górniczą w tym rejonie prowadzi: KWK Knurów-Szczygłowice należąca do Jastrzębskiej Spółki Węglowej S.A. oraz dawna KWK Sośnica- Makoszowy, a obecnie KWK Sośnica należąca do Kompani Węglowej S.A. Udostępnione dane o prognozowanych wpływach dotyczą okresów: KWK Sośnica-Makoszowy (obecnie KWK Sośnica) KWK Knurów Szczygłowice lata oraz Pozyskane dane o prognozowanych wpływach przedstawiają kategorie terenu górniczego, które określane są na podstawie tylko 3. wskaźników deformacji (tablica 19). Należy również zauważyć, iż udostępnione dane przedstawiają docelowe wartości wskaźników bez uszczegółowienia okresu eksploatacji poszczególnych ścian. Na tym etapie, są to informacje wystarczające, jednak na etapie przygotowania dokumentacji projektu wykonawczego konieczne jest pozyskanie od przedsiębiorstw górniczych szczegółowych prognoz, aby móc m.in. skoordynować prace budowlane z górniczymi, o czym będzie mowa w punkcie 12. Tabela 19. Klasyfikacja terenu górniczego. Graniczne wartości wskaźników deformacji terenu Kategoria Nachylenie T [ mm/m ] Promień krzywizny R [ km ] Odkształcenie poziome ε [ mm/m ] 0 T 0,5 R 40 ε 0,3 I 0,5 T 2,5 40 R 20 0,3 ε 1,5 II 2,5 T 5 20 R 12 1,5 ε 3 III 5 T R 6 3 ε 6 IV 10 T 15 6 R 4 6 ε 9 V T >15 R < 4 ε > 9 P.U.H DROG-MEN 19

20 4.2.2 ANALIZA PROGNOZOWANYCH DEFORMACJI GÓRNICZYCH NA ODCINKU DROGI DW921 W LATACH Na terenie górniczym Sośnica III, KWK Sośnica Makoszowy prognozuje obniżenie terenu (W) od 0,7m do 12,0 m oraz możliwości wystąpienia wstrząsów pochodzenia górniczego o maksymalnej wartości 80 a 170 mm/s2. Nie przedstawiono informacji o występujących lub przewidywanych obszarów deformacji nieciągłych. Na terenie górniczym podlegającym wpływom KWK Knurów- Szczygłowice prognozuje się maksymalne obniżenia terenu Wmax= 2,0 m oraz wstrząsy pochodzenia górniczego o maksymalnej wartości a 350 mm/s2. Przedstawiono również odcinki na których występują lub przewiduje się wystąpienie deformacji nieciągłych. Na podstawie pozyskanych danych o prognozowanych wpływach górniczych w latach , zostały określone odcinki, którym przyporządkowano kategorie terenu górniczego od I do IV. Wytypowano również na podstawie uzyskanych danych odcinek zagrożony wystąpieniem deformacji nieciągłych. I kategoria terenu górniczego obejmuje następujące odcinki drogi DW921: km km 2+910; długość L= 890,0 mb km km 4+950; długość L= 325,0 mb km km 9+300; długość L= 1010,0 mb Łączną długość DW 921 poddana wpływom I Kategorii wpływów górniczych wynosi 2 222,0 mb II kategoria terenu górniczego obejmuje następujące odcinki drogi wojewódzkiej: km km 3+490; długość L= 580,0 mb km km 4+625; długość L= 655,0 mb km km 9+445; długość L= 145,0 mb Łączną długość DW 921 poddana wpływom II Kategorii wpływów górniczych wynosi 1390,0 mb III kategoria terenu górniczego obejmuje następujące odcinki drogi wojewódzkiej: km km 3+970; długość L= 480,0 mb km km ; długość L=785,0 mb km km ; długość L= 1916,0 mb Łączną długość DW 921 poddana wpływom III Kategorii wpływów górniczych wynosi 3241,0 mb IV kategoria terenu górniczego obejmuje następujące odcinki drogi wojewódzkiej: km km długość L= 2270,0 mb P.U.H DROG-MEN 20

21 Łączna długość drogi poddana wpływom górniczym wynosi mb co stanowi 62,8% łącznej długości odcinka. Podane długości są szacunkowe w oparciu o uzyskany materiał w zakresie zasięgu i prognozowanej eksploatacji górniczej. Odcinek dodatkowo zagrożony wystąpieniem deformacji nieciągłych Km km długość L = 350,0 mb W analizie prognozowanych wpływów górniczych w latach , uwagę zwracają prognozowane obniżenia na odcinku zaklasyfikowanym do kategorii IV, tj. od km do km Maksymalne obniżenie (w max) niecki obniżeniowej prognozowane na ok. 12 m i zlokalizowane w pobliżu przejazdu kolejowego na ul. Gierałtowickiej będzie rezultatem intensywnej eksploatacji górniczej, której będzie towarzyszyć duża prędkość przyrostu obniżenia (w). Do przewidywanych potencjalnych konsekwencji tak intensywnych wpływów górniczych, należy zaliczyć znaczące rozluźnienie w podłożu gruntowym jak i w warstwach konstrukcyjnych, nie można również wykluczyć deformacji nieciągłych na obrzeżach niecki obniżeniowej. O ile prognozowane deformacje IV kategorii mogłyby być zrealizowane przez KWK Sośnica-Makoszowy (obecnie KWK Sośnica) w tak krótkim okresie (12m obniżeń w ok.5 lat), to należy zauważyć, iż ze względu na trwałość nawierzchni oraz niebezpieczeństwo wystąpienia deformacji nieciągłych jest to niedopuszczalna sytuacja. Prognozowane wpływy w tak krótkim okresie nie mogą przekroczyć III kategorii terenu górniczego, przy czym dobrą praktyką stosowaną na terenach górniczych, jest prowadzenie eksploatacji górniczej w zakresie wpływów nie przekraczających II kategorii. Przy czym III kategoria w zakresie odkształceń ściskających i szybkim przyroście odkształceń, też nie jest dopuszczalna, ponieważ przy szybkim przyroście w czasie odkształceń ściskających powstają sfałdowania na nawierzchni, którym nie można przeciwdziałać wskazują na to liczne doświadczenia z obserwowanych odcinków dróg kołowych na terenach górniczych ANALIZA PROGNOZOWANYCH DEFORMACJI GÓRNICZYCH NA ODCINKU DROGI DW921 W LATACH Z powodu zakończenia okresu koncesyjnego , KWK Sośnica Makoszowy (obecnie KWK Sośnica) nie przekazała informacji o prognozowanych wpływach eksploatacji, podając tylko, iż w analizowanym rejonie kopalnia posiada udokumentowane bilansowe zasoby węgla kamiennego, których eksploatacja będzie miała miejsce po uzyskaniu nowej koncesji KWK Knurów Szczygłowice należąca do JSW S.A. przedstawiła prognozowane deformacje w okresie na podkładzie mapowym, z którego wynika, iż należy spodziewać się deformacji terenu z zakresu od I III kategorii terenu górniczego. Docelowe obniżenia terenu nie powinny przekroczyć 1,00 m. Wskazano również istniejące na powierzchni terenu nieciągłości oraz lokalizacje potencjalnych zagrożeń wystąpienia deformacji. P.U.H DROG-MEN 21

22 5. ANALIZA PODŁOŻA GRUNTOWEGO 5.1. MATERIAŁY WYJŚCIOWE DO OCENY PODŁOŻA GRUNTOWEGO Materiałami wyjściowymi do oceny podłoża gruntowego są: o Opinia geotechniczna opracowana przez firmę Bazet z Pawłowic, o Geotechniczne warunki posadowienia obiektu budowlanego opracowane przez firmę Bazet, o Informacja o warunkach górniczo geologicznych z KWK Sośnica- Makoszowy, o Informacja o warunkach górniczo- geologicznych z KWK Knurów Szczygłowice, Na podstawie pozyskanych materiałów zostanie istniejące podłoża gruntowe przeanalizowane pod wieloma kontami w celu optymalizacji przyjętych rozwiązań technicznych KLASYFIKACJA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Na podstawie opracowanej opinii geotechnicznej oraz dokumentacji pt. Geotechniczne warunki posadowienia obiektu istniejące podłoże gruntowe zostanie sklasyfikowane do grupy nośności podłoża od G1 do G4. Przedmiotowy odcinek drogi został podzielony na odcinki z uwagi na występującą nośności podłoża oraz eksploatację górniczą w kategoriach I-IV. Na podstawie materiałów wyjściowych istniejące podłoże gruntowe zostanie sklasyfikowane zgodnie z Katalogiem Konstrukcji Podatnych i Półsztywnych z 2013r INFORMACJA O WARUNKACH GRUNTOWO WODNYCH Na podstawie wykonanych odwiertów geotechnicznych stwierdzono występowanie wód gruntowych do maksymalnej głębokości 4,50. Wody gruntowe występują w odwiertach 1,9,55, 58, 65, 66, 68,70, 84 i 91. Nawiercone wody gruntowe posiadają zwierciadło swobodne i nieznacznie napięte. W otworach geotechnicznych nr 23,33,35,48,52,64,66,80,81,83,91,103,106,113 pojawia się również lokalne sączenie. W tabeli 20 przestawiono lokalizację wód gruntowych i warstwy w jakich występuje. Tabela 20. Klasyfikacja terenu górniczego. L.P. Nr otworu geotechnicznego Głębokość wody gruntowej [m] Warstwa gruntu nawodnionego 1 1 1,20 Nasyp niebudowlany 2 9 2,10 Piasek średni ,50 sączenie Piasek drobny ,20 sączenie Piasek średni ,50 Glina zwięzła ,20 Piasek pylasty ,30 Piasek średni ,20 Piasek średni, żółty ,40 Piasek średni P.U.H DROG-MEN 22

23 ,10 Pył przewarstwiony piaskiem ,80/2,10 Pył piaszczysty, piasek średni ,00 (sączenie) Nasyp niebudowlany, pył piaszczysty 2, ,80 Nasyp niebudowlany, Pył, kamiennie ,50 Pył ,50 sączenie Glina Piaszczysta ,40 sączenie Piasek drobny ,40 sączenie Glina Piaszczysta ,50 Glina pylasta ,30 Pył przewarstwiony piaskiem ,60 sączenie Piasek drobny ,00 sączenie Pył piaszczysty ,30 sączenie Glina Pylasta ANALIZA PODŁOŻA GRUNTOWEGO Zgodnie z dokumentację geotechniczną oraz informacjami z Zakładów Górniczych podłoże gruntowe sklasyfikowano do następujących grup nośności podłoża z uwzględnieniem występujących wód gruntowych i wpływów eksploatacji górniczej. W tabela 21 przedstawiono przyjęte parametry techniczne podłoża gruntowego do dalszego wymiarowania konstrukcji nawierzchni. Tabela 21. Analiza podłoża gruntowego Lp. Zakres odcinka Nośności podłoża Kategoria Propozycja wzmocnienia gruntowego górnicza 1 Od km do km Nośności podłoża G3 Brak Stabilizacja istniejącego podłoża gruntowego z zastosowaniem spoiwa hydraulicznego oraz środka jonowymiennego 2 Od km do km Nośność podłoża G2 I kategoria Wzmocnienie podłoża gruntowego za pomocą kruszywa wraz z zabezpieczeniem przed wpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów 3 Od km do km Nośność podłoża gruntowego G3 II III kategoria Wzmocnienie istniejącego podłoża gruntowego wraz z zabezpieczeniem przed wpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów P.U.H DROG-MEN 23

24 4 Od km do km Od km do km Od km do km Od km do km Od km do km Nośność podłoża gruntowego G3 brak Stabilizacja istniejącego podłoża gruntowego z zastosowaniem spoiwa hydraulicznego oraz środka jonowymiennego Nośność podłoża G3 I Wzmocnienie istniejącego podłoża kategoria gruntowego wraz z zabezpieczeniem przed wpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów Nośność podłoża G3 II III Wzmocnienie istniejącego podłoża kategoria gruntowego wraz z zabezpieczeniem przed wpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów Nośność podłoża G4 IV kategoria Wzmocnienie istniejącego podłoża gruntowego wraz z zabezpieczeniem przedwpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów Nośność podłoża G3 III kategoria Wzmocnienie istniejącego podłoża gruntowego wraz z zabezpieczeniem przed wpływami górniczymi za pomocą geosiatek, georusztów P.U.H DROG-MEN 24

25 6. PROJEKT KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI KR 4 (K o 7,3) 6.1. ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE Obliczenia dla projektowanej konstrukcji nawierzchni zostały wykonane metodami mechanistycznymi. Trwałość zmęczeniową obliczono wykorzystując układ warstw sprężystych położonych w półprzestrzeni sprężystej. Do obliczeń przyjęto kryteria zmęczeniowe Instytutu Asfaltowego [5]. Analizę stanu naprężeń i odkształceń wykonano przy pomocy programu BISAR. Do obliczeń przyjęto siłę skupioną działającą na nawierzchnię o wartości 50 kn i 57,5 kn, oraz naprężenie 850 kpa. Zgodnie z wytycznymi ZDW w Katowicach nawierzchnia obciążona siłą 100 kn (115 kn) powinna spełniać następujące wymagania: przenieść odkształcenia rozciągające na spodzie warstw asfaltowych równe 65 µm odkształcenia podłoża gruntowego równe 200 µm, minimalna trwałość zmęczeniowa 5,78 mln [oś100kn/pas]. Podstawowy pakiet konstrukcji wg. WT ZDW jest następujący: o warstwa ścieralna grubości 4 cm - SMA 11S, SMA 8LA o warstwa wiążąca grubości 8 cm AC 16 W o podbudowa zasadnicza grubości 16 cm AC 22P o podbudowa z kruszywa stabilizowanego mechanicznie 0/31,5 mm gr. 20 cm KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI POZA TERENAMI GÓRNICZYMI K o 7,3 (KR 4) Na odcinkach nie objętych wpływami eksploatacji górniczej, o klasie obciążenia K o 7,3 (KR4) przyjęto następującą konstrukcję nawierzchni: Tabela 22. Przyjęta konstrukcja nawierzchni dla K o 7,3 (KR 4) Lp. Rodzaj Warstwy Gr. Stałe materiałowe Zawartość %(v/v) warstwy E[MPa] ʋ Wolna przestrzeń Asfalt 1 W-wa ścieralna SMA 11S 4 cm ,30 2 W-wa wiążąca AC 16 W 8 cm ,30 3 Podbudowa zasadnicza AC 22 P 16 cm ,30 5,7 9,6 4 Podbudowa z kruszywa 0/31,5 mm 20 cm 400 0,30 5 Podłoże ulepszone spoiwami 30 cm 150 0,30 hydraulicznymi z zastosowaniem środka jonowymiennego reagującego z cementem Rm=2,5 MPa 6 Podłoże rodzime (G4) SUMA: ,35 Dla przyjętej konstrukcji nawierzchni dokonano obliczeń, gdzie otrzymano następujące wyniki: P.U.H DROG-MEN 25

26 Tabela 23. Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na odcinkach o obciążeniu K o 7,3 (KR4) poza wpływami eksploatacji górniczej Etap obliczeń Odkształcenia poziome na spodzie nowych warstw MMA Odkształcenia pionowe na powierzchni podłoża gruntowego ze względu na spękania zmęczeniowe nowych warstw asfaltowych Trwałość konstrukcji nawierzchni ze względu na deformacje strukturalne Obliczeniowa trwałość konstrukcji Ko 7,3 (KR4), Brak wpływów εr εp Nf Nf μm/m μm/m x 10 6 [oś obl. 100 kn] /pas oś obl. 100 kn/pas 56, , ,3 mln 6.3. NIEWZMOCNIONA KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH K o 7,3 (KR 4) Na odcinkach objętych wpływami I III (IV) kategorii terenu górniczego, nawierzchnia przeznaczona na dla klasy obciążenia K o 7,3 (KR4) będzie charakteryzowała się następującą obliczeniową trwałością zmęczeniową: Tabela 24. Przyjęty układ warstw konstrukcji nawierzchni dla K o 7,3 (KR 4) wraz ze stałymi materiałowymi uwzględniających wpływ eksploatacji górniczej Lp. Rodzaj Warstwy Gr. Stałe materiałowe Zawartość %(v/v) warstwy E[MPa] ʋ Wolna przestrzeń Asfalt 1 W-wa ścieralna SMA 11S 4 cm ,30 2 W-wa wiążąca AC 16 W 8 cm ,30 3 Podbudowa zasadnicza AC 22 P 16 cm ,30 5,7 9,6 4 Podbudowa z kruszywa 0/31,5 mm 20 cm 216 0,30 5 Podłoże ulepszone 30 cm 81 0,30 6 Podłoże rodzime (G4) SUMA: ,35 Przyjęcie zredukowanych wartości modułów warstw nawierzchni i podłoża w obszarze wpływów eksploatacji górniczej I-III kategorii terenu górniczego, tj. gdy 0,0 <ɛ 3,0 [mm/m]: Warstwy podbudowy według Rys. 5 Podbudowa z kruszywa 400MPa (400MPa x 46%) = 216 MPa Podłoże ulepszone 150MPa (150MPa x 46%) = 81 MPa Warstwy podłoża ulepszonego według Rys. 6 Podłoże rodzime 25MPa (25MPa x 44%) = 14 MPa P.U.H DROG-MEN 26

27 Tabela 25. Zestawienie wyników obliczeń trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na odcinkach o klasie obciążenia K o 7,3 (KR4) objętych wpływami eksploatacji górniczej I-III Kategoria terenu górniczego Etap obliczeń Odkształcenia poziome na spodzie nowych warstw MMA Odkształcenia pionowe na powierzchni podłoża gruntowego ze względu na spękania zmęczeniowe nowych warstw asfaltowych Trwałość konstrukcji nawierzchni ze względu na deformacje strukturalne Obliczeniowa trwałość konstrukcji Ko 7,3 (KR4), Brak wpływów Ko 7,3 (KR4), teren wpływów górniczych εr εp Nf Nf μm/m μm/m x 10 6 [oś obl. 100 kn] /pas oś obl. 100 kn/pas 56, , ,3 mln 67, ,76 13,2 11,7 mln 6.4. WZMOCNIENIE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI NA TERENACH GÓRNICZYCH K o 7,3 (KR 4) Na odcinkach objętych wpływami I III (IV) kategorii terenu górniczego, wzmocniono konstrukcję nawierzchni celem przejęcia dodatkowego obciążenia od deformującego się podłoża. Konstrukcję nawierzchni wzmocniono: Stosując materac stabilizujący sztywność wypełniającego go kruszywo w okresie oddziaływania odkształceń rozluźniających, Stosując warstwę poślizgową z kruszywa naturalnego o niższych właściwościach wzajemnego klinowania się ziaren tego kruszywa. Celem zastosowania warstwy poślizgowej jest wstępne odprężenie odkształceń rozluźniających generowanych przez górniczo deformujące się podłoże. Do obliczeń przyjęto następujące założenia: a. Warstwa kruszywa dodatkowo stabilizowana georusztem cechuje się wyższą wartością modułu, min. 550 MPa, b. Wpływ pojedynczej eksploatacji ze względu na rozluźniające odkształcenia poziome nie może przekroczyć 3 mm/m (II kategoria terenu górniczego), c. odkształcenia rozluźniające (od 0 mm/m do 6 mm/m) występujące w spągu warstwy z kruszywa stabilizowanej dodatkowo georusztem, są zredukowane po przejściu przez warstwę georusztu do wartości około 1,5 mm/m. Uogólniając powyższe spostrzeżenie, można stwierdzić, iż rozluźnienie kruszywa w materacu nie może przekroczyć wartości prezentowanych na rys.7. P.U.H DROG-MEN 27

28 Tabela 26. Przyjęty układ warstw konstrukcji nawierzchni dla K o 7,3 (KR 4) wraz ze stałymi materiałowymi uwzględniających wpływ eksploatacji górniczej Lp. Rodzaj Warstwy Grubość Stałe materiałowe [cm] przed deformacją Po deformacji E[MPa] ʋ E[MPa] ʋ 1 W-wa ścieralna SMA 11S , ,30 2 W-wa wiążąca AC 16 W , ,30 3 Podbudowa zasadnicza AC 22 P , ,30 4a Podbudowa KŁSM 0/31,5 mm , ,30 4b Geosyntetyk krępujący kruszywo w zakresie małych odkształceń 5a Warstwa technologiczna KŁSM 0/31, , ,30 5b Geosyntetyk krępujący kruszywo w zakresie małych odkształceń 6 Kruszywo niełamane (pospółka)1/32,5 - warstwa ,3 81 0,30 poślizgowa 7 Podłoże ulepszone , ,30 8 Podłoże rodzime (G4) SUMA: , ,35 Przyjęcie zredukowanych wartości modułów warstw nawierzchni i podłoża, po wzmocnieniu w obszarze wpływów eksploatacji górniczej: Warstwy podbudowy według Rys. 5 Podbudowa z kruszywa 550MPa (550MPa x 46%) = 297 MPa Podłoże ulepszone 150MPa (150MPa x 46%) = 81 MPa Warstwy podłoża rodzimego według Rys. 6 Podłoże rodzime 25MPa (25MPa x 44%) = 14 MPa Tabela 27. Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na odcinkach o klasie obciążenia K o 7,3 (KR4) objętych wpływami eksploatacji górniczej Etap obliczeń Odkształcenia poziome na spodzie nowych warstw MMA Odkształcenia pionowe na powierzchni podłoża gruntowego ze względu na spękania zmęczeniowe nowych warstw asfaltowych Trwałość konstrukcji nawierzchni ze względu na deformacje strukturalne Obliczeniowa trwałość konstrukcji Ko 7,3 (KR4), Brak wpływów Ko 7,3 (KR4), teren wpływów górniczych Ko 7,3 (KR4), _wzm, teren wpływów górniczych εr εp Nf Nf μm/m μm/m x 10 6 [oś obl. 100 kn] /pas oś obl. 100 kn/pas 56, , ,3 mln 67, ,76 13,2 11,7 mln 54, ,9 >>22,9 22,9 mln P.U.H DROG-MEN 28

29 6.5. ANALIZA WPŁYWU POGRUBIENIA WARSTW KRUSZYWOWYCH NA TRWAŁOŚĆ NAWIERZCHNI Ko 7.3 (KR4) NA TERENACH GÓRNICZYCH Do obliczeń przyjęto analogiczne założenia jak w punkcie 6.4, ale bez zastosowania geosyntetyków. Układ warstw przyjęty do obliczeń przedstawia poniższa tablica 28, a wyniki obliczeń tablica 29. Tabela. 28. Przyjęty układ warstw konstrukcji nawierzchni dla K o 7,3 (KR 4) wraz ze stałymi materiałowymi uwzględniających wpływ eksploatacji górniczej Lp. Rodzaj Warstwy Grubość Stałe materiałowe [cm] przed deformacją po deformacji E [MPa] ʋ E [MPa] ʋ 1 W-wa ścieralna SMA 11S , ,30 2 W-wa wiążąca AC 16 W , ,30 3 Podbudowa zasadnicza AC 22 P , ,30 4 Podbudowa KŁSM 0/31,5 mm , ,30 5 Warstwa technologiczna KŁSM 0/31, , ,30 6 Kruszywo niełamane (pospółka)1/32,5 - warstwa ,3 81 0,30 poślizgowa 7 Podłoże ulepszone , ,30 8 Podłoże rodzime (G4) SUMA: , ,35 Tabela 29. Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni na odcinkach o klasie obciążenia K o 7,3 (KR4), objętych wpływami eksploatacji górniczej Etap obliczeń Ko 7,3 (KR4), Brak wpływów Ko 7,3 (KR4),teren wpływów górniczych Ko 7,3 (KR4), _wzm, teren wpływów górniczych Ko 7,3 (KR4), pogrubiony pakiet warstw kruszywowych teren wpływów górniczych Odkształcenia poziome na spodzie nowych warstw MMA Odkształcenia pionowe na powierzchni podłoża gruntowego ze względu na spękania zmęczeniowe nowych warstw asfaltowych Trwałość konstrukcji nawierzchni ze względu na deformacje strukturalne Obliczeniowa trwałość konstrukcji εr εp Nf Nf μm/m μm/m x 10 6 [oś obl. 100 kn] /pas oś obl. 100 kn/pas 56, , ,3 mln 67, ,76 13,2 11,7 mln 54, ,9 >>22,9 22,9 mln 56, ,68 >> 20,68 20,68 P.U.H DROG-MEN 29