XXXVIII SEMINARIUM TECHNICZNE PSWNA WIESŁAW CZEREBA JACHRANKA 21-23.03.2018 1
WZMOCNIENIE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI ZA POMOCĄ SIATEK STALOWYCH Z MEMBRANĄ TYPU SLURRY SEAL 2
ZBROJENIE SIATKĄ STALOWĄ Długotrwałe i intensywne użytkowanie konstrukcji drogowej prowadzi do zmęczenia" mieszanki mineralno-asfaltowej i w efekcie, po przekroczeniu jej trwałości zmęczeniowej, do jej pękania i powstaniu spękań zmęczeniowych. Zbrojenie w postaci siatki stalowej, poprzez przejęcie części poziomych naprężeń rozciągających przyczynia się do przeciwdziałania spękaniom zmęczeniowych i tym samym znacznego zwiększenia trwałości warstw asfaltowych leżących nad siatką. Efekt zwiększenia trwałości otrzymamy instalując siatkę stalową zarówno w nowo budowanej konstrukcji jak i przy remoncie istniejącej nawierzchni. 3
WZMOCNIENIE NAWIERZCHNI SIATKĄ STLOWĄ W POŁĄCZENIU Z MEMBRANĄ SLURRY SEAL Stalowe siatki stosowane są wyrobem budowlanym oznakowanym znakiem CE zgodnie z normą PN-EN 15381: 2010 Geotekstylia i wyroby pokrewne Wymagania w odniesieniu do wyrobów stosowanych w nawierzchniach i nakładkach asfaltowych. Producent takiego wyrobu musi posiadać Certyfikat Zakładowej Kontroli Produkcji zgodnie z dyrektywą 89/106/EWG. Siatka stalowa jest wytwarzana z podwójnie zaplatanego ocynkowanego drutu stalowego tworzącego sześciokątne oczka o wym. 8 x 10 cm (siatka stalowa ROAD MESH, producenta Firmy MACCAFERRI). Podwójny splot zapewnia zachowanie parametrów mechanistycznych siatki przy uszkodzeniu pojedynczego oczka. W siatką wplecione są poprzeczne pręty stężające o przekroju okrągłym średnicy 3,9 mm w odstępach co 16 cm. Siatka jest dwukierunkowym zbrojeniem warstw mineralno asfaltowych stosowanych w konstrukcjach drogowych. Posiada trójwymiarową strukturę, co pozwala mieszance mineralno-emulsyjnej typu slurry seal lub mineralno-asfaltowej na dokładne otulenie każdego drutu i dobrą współpracę z siatka, a tym samym optymalne i bezpośrednie przenoszenie obciążenia z kruszywa na zbrojenie. 4
SIATKA STALOWA TYPU ROAD MESH Podwójny splot siatki z drutu stalowego Poprzeczny pręt wzmacniający o przekroju okrągłym Trójwymiarowa struktura siatek stalowych umożliwiająca dokładne otulenie każdego drutu mieszanką mineralno emulsyjną typu slurry seal lub mieszanka mineralno asfaltową. Dwukierunkowa podwójnie splatana siatka z drutu stalowego 5
ZBROJENIE SIATKĄ STLOWĄ ZABEZPIECZENIE PRZECIWSPĘKANIOWE Warstwy mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco są nakładane na istniejącą nawierzchnią (podatną lub sztywną), gdy konstrukcja lub parametry funkcjonalne nawierzchni osiągają nie akceptowalny poziom degradacji. Większość mieszanek jest zaprojektowana w taki sposób, aby zapewnić zwiększenie odporności nawierzchni na zmęczenia i powstanie kolein czy spękań. Nawierzchnie, których konstrukcja po nałożeniu nakładki jest prawidłowa i zostały zaprojektowane tak, aby były odporne na powstanie kolein i uszkodzenia zmęczeniowe mogą po krótkim czasie wykazywać pęknięcia o wzorze podobnym do tego, który istniał na starej nawierzchni. Takie spękania są nazywane spękaniami odbitymi. Gdy nowa nakładka zostanie bezpośrednio związana z uszkodzoną warstwą, pęknięcie z istniejącej nawierzchni niemal zawsze będą się przenosić na powierzchnię w okresie od jednego do pięciu lat. Wyróżniamy dwie fazy pęknięć: faza inicjacji oraz faza propagacji. 6
WZMOCNIENIE NAWIERZCHNI SIATKAMI STALOWYMI Siatki stalowe są stosowane od wielu lat do rozwiązywania problemów z nawierzchniami na całym świecie. Dwukierunkową, podwojenie splatana siatkę stosowano pierwotnie jako warstwę łączącą, która miała za zadanie zredukować spękania odbite. Dalsze badania pokazały, że unikalna geometria oraz duża wytrzymałość na rozciąganie przy niskich właściwościach naprężeniowych stalowej siatki, przyczyniają się do fundamentalnej poprawy wytrzymałości na naprężenia rozciągające przy wzmocnieniu nią warstw asfaltowych. Nastąpił znaczny wzrost wydłużenia trwałości nakładek nad spękaniami odbitymi lub zmęczeniowymi. Zastosowanie siatek stalowych spowodowało zmniejszenie prędkości zmęczeniowej materiału mieszanki mineralno-asfaltowej. Obecny zakres stosowania siatek stalowych: Wzmocnienie nakładek nad połączeniami nawierzchni sztywnych i półsztywnych, Wzmocnienie nawierzchni narażonych na duże natężenie ruchu, posadowionych na słabych podbudowach (słabych gruntach), lub z problemami związanymi z tworzeniem się kolein, Naprawy nawierzchni ze spękaniami zmęczeniowymi, Naprawy nawierzchni ze spękaniami dobitymi np. od sztywnej podbudowy Poszerzenia dróg (występowanie podłużnych pęknięć), 7
PRZEZNACZENIE I ZAKRES STOSOWANIA Siatkę stosuje się najczęściej u podstawy warstw asfaltowych, gdzie standardowo naprężenia rozciągające są największe. Wówczas siatka przejmuje i zdecydowanie zmniejsza ekstremalne naprężenia rozciągające wywołane przez obecność pęknięć odbitych oraz ruch drogowy. Wzmocnienie nakładek mineralno-asfaltowych może przynieść następujące efekty: Zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie, Zwiększenie wytrzymałości na spękania odbite oraz spękania zmęczeniowe, Zwiększenie odporności na ścinania, co może doprowadzić do redukcji przesuwania nawierzchni i tworzenia się kolein, Potencjalne oszczędności materiału i lepsze parametry, 8
PRZEZNACZENIE I ZAKRES STOSOWANIA Zwiększa odporność na ścinanie, doprowadzając do redukcji przesuwania się nawierzchni i tworzeniu kolein Zwiększa odporność na spękani odbite oraz spękania zmęczeniowe. 9
PROJEKTOWANIE WZMOCNIENIA Projektowanie z zastosowaniem siatki dwukierunkowej podwójnie splatanej siatki stalowej jest empirycznym procesem mechanistycznym i bazuje na badaniach zatwierdzonych przez agencję autostrad w Wielkiej Brytania, które przyczyniły się do powstania oprogramowania projektowego dla wzmocnienia warstw nakładki i który jest obecnie używany przez specjalistów Maccaferri. Program oferuje elastyczność niezbędną podczas zajmowania się bardzo złożonym problemem stwarzanym przez spękania odbite oraz efektywnością zbrojenia warstw mineralno asfaltowych w wydłużaniu trwałości nawierzchni. Cele takiego opracowania jest ocena poprawy trwałości nawierzchni dzięki zastosowaniu wzmocnienia siatka stalową dla projektowanej konstrukcji W celu wykonania obliczeń trwałości nawierzchni asfaltowej należy wykonać następujące działania: 1. Wpisać w program wszystkie warstwy nawierzchni podając następujące parametry techniczne każdej warstwy: grubości (w mm), sztywność (moduł E w MPA), współczynnik Poissona. W przypadku warstwy składającej się z kilu cieńszy warstw o różnych parametrach technicznych, parametry te należy uśrednić. 2. Ustalić położenie siatki stalowej zatopionej w w-we slurry seal w stosunku do górnej płaszczyzny nawierzchni asfaltowej. 3. Wprowadzić szczegółowe parametry obciążenia nawierzchni asfaltowej, w głównej mierze zależne od projektowanej kategorii ruchu (obciążenia na oś, typ opony, ciśnienie kontaktowe, itp. ) Obliczenia są prowadzone dla dwóch wariantów: ze wzmocnieniem siatka stalową oraz bez wzmocnienia siatką stalową. Wyniki pokazują trwałość nowej nawierzchni podane są w milionach osi obliczeniowych (cykli) oraz w latach. Porównując trwałość ze wzmocnieniem i bez wzmocnienia otrzymujemy współczynnik zwiększenia trwałości nawierzchni. 10
NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANE TYPY SIATEK STALOWY typu ROAD MESH Siatka Road Mesh LB2 - typu lekkiego Siatka Road Mesh LB - typu ciężkiego Wytrzymałość wzdłuż / wszerz: 35/32 kn/m Wytrzymałość wzdłuż / wszerz: 40/50 kn/m Średnica drutu siatki: 2,2 mm Średnica drutu siatki: 2,4 mm Średnica pręta poprzeczny 3,90 mm, Średnica pręta poprzeczny 4,90 mm, Minimalna ilość powłoki cynkowej: Minimalna ilość powłoki cynkowej: drut siatki: 230 g/m2, drut siatki: 230 g/m2, pręt poprzeczny: 275 g/m2 pręt poprzeczny: 280 g/m2 Nazwa siatki Typ siatki Średnica drutu mm Średnica preta poprzeczneg o mm Wytrzymałość wzdłuż / wszerz kn/m LB2 8 x 10 2,20 3,90 35/32 L 8 x 10 2,40 4,40 40/40 LB 8 x 10 2,40 4,90 40/50 HR 8 x 10 2,40 4,40 40/60 S 8 x 10 2,70 4,90 50/50 11
160 mm 100 mm SIATKI STALOWE ROAD MESH MESH TRACK 80 mm Właściwości geometryczne dwukierunkowej podwójnie splatanej siatki stalowej 12
ISTOTNE PARAMETRY TECHNICZNE SIATEK STALOWYCH TYPU LEKKIEGO SIATKI TYPU LEKKIEGO ROAD MESH LB2 MESH TRACK MT2 Karta techniczna SST wytrzymałość [kn/m] wzdłuż 35 32 wszerz 32 32 sr.drutu [mm] 2,2 (±0,06) 2,2 (±0,09) wym.oczek [mm] 110 x 80 118 x 80 pręt poprzeczny 3,9 (±0,07) 6,5 (±0,20) x 2,0 (±0,05) rodzaj powłoki antykorozyjnej cynkowa cynkowo-aluminiowa masa powłoki antykorozyjnej [g/m2] Klasa A drut 230 125 pręt poprzeczny 275 80 13
SIATKA STALOWA ROAD MESH TYP OMEGA 14
SIATKA STALOWA ROAD MESH TYP OMEGA Pręt skrajny Pręt stężający poprzeczny 15
ZBROJENE NAWIERZCHNI SIATKĄ STLOWĄ GŁÓWNE ETAPY WYKONYWANIA ETAP I. Przygotowanie istniejącej nawierzchni: frezowanie lub wyrównanie, oczyszczenie, ETAP II. Rozłożenie siatki: rozwinięcie i ułożenie siatki, zakłady technologiczne, nacięcia (karta techniczna montażu), odprężenie siatki za pomocą lekkich walców ogumionych, Mechniczne mocowanie siatki przy pomocy gwoździ, ETAP III. Wykonanie membrany uszczelniająco-mocującej Membrana w postaci warstwy CWZ typu slurry seal (najczęściej o uziarnieniu 0/6 mm). ETAP IV. Ułożenie górnych warstw mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco (po odparowaniu wody z mieszanki slurry seal) 16
ETAPY TECHNOLOGICZNE MONTAŻU SIATEK STALOWYCH Transport siatek i przygotowanie do rozkładania 17
ETAPY TECHNOLOGICZNE MONTAŻU SIATEK STALOWYCH Przeciwbieżne rozwijania siatki stalowej stroną wewnętrzna na przygotowanej nawierzchni, wstępne rozprostowanie i naciągnięcie siatki 18
ETAPY TECHNOLOGICZNE MONTAŻU SIATEK STALOWYCH Odprężenie - wyprostowanie oraz usuniecie naprężeń wewnętrznych siatek stalowych lekkim walcem ogumionym, 19
ETAPY TECHNOLOGICZNE MONTAŻU SIATEK STALOWYCH Mechaniczne mocowanie siatki stalowej do podłoża przy zastosowaniu gwoździ. 20
ETAPY TECHNOLOGICZNE MONTAŻU SIATEK STALOWYCH Wykonanie membrany szczepno uszczelniającej z mieszanki typu SLURRY SEAL, gr. ok. 1 cm 21
SLURRY SEAL W ZBROJENIU SIATKĄ STLOWĄ Membrana z mieszanki SLURRY SEAL przed rozpadem emulsji (kolor brązowy) Efekt końcowy przyklejenia siatki do podłoża za pomocą warstwy SLURRY SEAL 22
NAWIERZCHNI ZBROJONA SIATKĄ STALOWĄ Współpraca siatki stalowej z nawierzchnią bitumiczną. 23
MEMBRANA SZCZEPNA Z TYPU SLURRY SEAL Półpłynna mieszanka mineralno emulsyjna rozkładana na zimno na nawierzchni za zbrojonej siatką stalową. Produkcja i wbudowywanie mieszanki do wytworzenia cienkiej warstwy na zimno (membrany szczepno wypełniającej) odbywa się bezpośrednio na drodze w jednym ciągu technologicznym przy pomocy samobieżnej maszyny roboczej spełniającej rolę wytwórni oraz rozkładarki (kombajn drogowy) bez podgrzewania składników i w temperaturze otoczenia. W skład mieszanki wchodzą: kationowa emulsja asfaltowa modyfikowana o charakterze wolnorozpadowym C60BP5CWZ, emulsja asfaltowa dedykowana do produkcji cienkich warstw na zimno, kruszywo o ciągłym uziarnieniu 0/6 lub 0/8 mm, woda, środek powierzchniowo czynny, cement. 24
WYTWÓRNIA I ROZKŁADARKA MIESZANKI SLURRY SEAL Poszczególne składniki są dozowane do mieszalnika w sposób ciągły w ustalonych proporcjach, gdzie następuje ich dokładne połączenie. Wytworzona w ten sposób mieszanka zostaje natychmiast poddana procesowi wbudowywania. Samobieżna maszyna robocza spełniająca rolę wytwórni oraz rozkładarki (kombajn drogowy) 25
MEMBRANA SLURRY SEAL WARSTWA SZCZEPNA Membrana z mieszanki typu slurry seal ma za zadanie spełnić rolę warstwy szczepnej, trwałe połączenie siatki stalowej z podłożem oraz z kolejną nową warstwą mineralno asfaltową. Szczepności warstwy osiągamy dzięki dużej zawartość asfaltu po odparowaniu wody z emulsji asfaltowej. Mieszanka slurry seal dzięki swojej półpłynnej konsystencji wypełnia (otula) elementy siatki stalowej, głęboko wnika i wypełnia spękania, szczeliny. Po zastosowaniu membrany mineralno-emulsyjnej typu slurry seal Wykonawca nie musi wykonywać dodatkowego skropienia międzywarstwowego do połącznia z kolejna warstwą. Zastosowane membrany slurry seal zabezpiecza siatkę przed uszkodzeniami mechanicznymi w czasie ruchu technologicznego oraz zdecydowanie ułatwia technologiczne wykonanie kolej warstwy bitumicznej. Zabezpiecza siatkę przed uszkodzeniami powstałych z poruszających się pojazdów budowy, sprzętów do robót bitumicznych. 26
WARUNKI WYKONYWANIA MEMBRANY SLURRY SEAL 1. Temperatura otoczenia powyżej 10 0 C (tendencja wzrostowa, temperatura zalecana od 15 do 25 0 C). 2. Średnia dobowa temperatura powietrza powyżej 5 0C. 3. Temperatura nawierzchni powyżej 5 0C (tendencja wzrostowa). 4. W momencie układania mieszanki powierzchnia drogi może być wilgotna, natomiast wszystkie zlewiska wody należy usunąć. 5. Brak zjawisk atmosferycznych typu deszcz (śnieg). 6. Ułożenie warstw bitumicznych jest możliwe po całkowitym odparowaniu wody z w-wy slurry seal. 27
SIATKI STALOWE Z MEMBRANĄ TYPU SLURRY SEAL WZMOCNIENIE DROGI PASA POSTOJOWEGO LOTNISKA SIATKA STALOWĄ ROAD MESH W MEMBRANIE SLURRY SEAL 28
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 29