Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych

Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych mgr inż. Piotr Pokorski prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski Politechnika Warszawska

Plan Prezentacji Wstęp Konstrukcja nawierzchni na naziomie i moście Odkształcenie w nawierzchni Modelowanie nawierzchni na obiektach mostowych Rodzaje zniszczeń i problemy związane z określaniem trwałości nawierzchni Podsumowanie Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 2

Wstęp Nawierzchnia mostowa powinna spełniać następujące funkcje rozkładać obciążenia na pomost, tłumić efekty dynamiczne obciążeń ruchowych, mieć dobrą przyczepność do podłoża, przejmować odkształcenia płyty pomostu wywołane zmianami temperatury w przedziale od -30 0C do +60 0C oraz działaniem obciążeń, być równa i szorstka, być odporna na ścieranie, spękania niskotemperaturowe i zmęczeniowe oraz na powstawanie kolein. Do zadań nawierzchni na obiekcie inżynierskim należy, oprócz zapewnienia dogodnych i bezpiecznych warunków ruchu pojazdów należy również ochrona pomostu przed niszczącym działaniem wody i środków odladzających Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska. 3

Wstęp Prawidłowo zaprojektowana i wykonana nawierzchnia na obiekcie mostowym powinna posiadać następujące właściwości eksploatacyjne szczelność, odporność na wodę i środki odladzające, stabilność,, odporność, na odkształcenia płyty pomostu, trwałość,, w zróżnicowanych temperaturach eksploatacyjnych zapewniającą długi okres użytkowania, odporność na spękania termiczne i zmęczeniowe w niskich i średnich temperaturach eksploatacyjnych oraz odporna na koleinowanie w wysokich temperaturach eksploatacyjnych, odporność na działanie naprężeń ścinających, szorstkość, zapewniającą komfort jazdy i bezpieczeństwo ruchu, dobre związanie z izolacją oraz płytą pomostu, lekkość, przy zachowaniu odpowiedniej grubości zapewniającej ochronę płyty pomostu. Nawierzchnia jest elementem konstrukcji mostu decydującym w dużej mierze o trwałości obiektu inżynierskiego. Pracuje ona w bardzo specyficznych warunkach obciążenia. Nawierzchnia mostowa poddawana jest obciążeniom od ruchu pojazdów samochodowych i czynników klimatycznych. Nawierzchnia mostowa powinna charakteryzować się szczelnością oraz odpornością na powstawanie zniszczeń Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 4

Wstęp Nawierzchnie na mostach na świecie, w Europie i w Polsce Podział mostów ze względu rodzaj płyty: z pomostem betonowe z pomostem stalowym z pomostem ortotropowym 5

Konstrukcja nawierzchni Procedury projektowania nawierzchni drogowych na naziomie są dobrze przebadane oraz sprawdzone w praktyce, natomiast brakuje odpowiednich procedur projektowania nawierzchni na obiektach mostowych. Trwałość nawierzchni drogowej na obiekcie mostowym jest znacznie niższa niż nawierzchni na naziomie Przyczyną mniejszej trwałości nawierzchni mostowej są inne wartości oraz rozkłady naprężeń w nawierzchni mostowej Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 6

Konstrukcja nawierzchni Konstrukcja nawierzchni na naziomie Konstrukcja nawierzchni na obiekcie mostowym warstwa ścieralna warstwa wiążąca grubość ok. 20 cm podbudowa warstwa ścieralna warstwa ochronna warstwa izolacyjna grubość ok. 6-10 cm Płyta pomostu podbudowa podłoże gruntowe warstwa ścieralna Grubość konstrukcji nawierzchni na obiektach mostowych Sztywność podłoża gruntowego i płyt pomostu Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 7

Odkształcenia w nawierzchni SMA - 4 cm AC - 6 cm AC - 10 cm Kruszywo stabilizowane mechanicznie - 20 cm Podłoże gruntowwe SMA - 4 cm Asfalt lany MA - 4 cm izolacja Płyta betonowa pomostu - 20 cm

Płyta betonowa Naprężenie [MPa] Góra warstw asfaltowych w kierunku xx w kierunku yy w kierunku zz Wyniki z naziomu -1,363-1,363 0,850 Wyniki z mostu -1,520 ---1,340 w kierunku xx w kierunku yy w kierunku zz w kierunku xx w kierunku yy w kierunku zz 1,012 1,012-0,065-71,34-71,34-3,31-0,242 ---0,76-233 -68,5-105,0 w kierunku xx w kierunku yy w kierunku zz 66,76 66,76-61,63-67,9-56,9-229,0 - SMA Spód warstw asfaltowych Odkształcenie [μstrain] Góra warstw asfaltowych - SMA Spód warstw asfaltowych Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 9

Płyta ortotropowa Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 10

Płyta ortotropowa Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych Zespół Technologii Materiałów Odkształcenie w nawierzchni mostowej na płycie ortotropowej Płyta pomostu bez nawierzchni 11 p.pokorski@il.pw.edu.pl

Płyta ortotropowa Zespół Technologii Materiałów i Nawierzchni Drogowych Zespół Technologii Materiałów Odkształcenie w nawierzchni mostowej na płycie ortotropowej Nawierzchnia z asfaltu lanego o grubości 50 mm. 12 p.pokorski@il.pw.edu.pl

RODZAJE ZNISZCZEŃ NAWIERZCHNI MOSTOWEJ 1. Spękania siatkowe zmęczeniowe: wskutek powtarzalnego naprężenia rozciągającego w spodzie warstw bitumicznych od obciążenia ruchem pojazdów wskutek powtarzalnego naprężenia rozciągającego w górnej strefie nawierzchni od zginania konstrukcji Utrata połączenia pomiędzy nawierzchnią a izolacją oraz izolacją a płytą powoduje znaczne przyśpieszenie zniszczeń zmęczeniowych 2. Spękania pojedyncze niskotemperaturowe: wskutek gwałtownego spadku temperatury lub wystąpienia bardzo niskiej temperatury 13

RODZAJE ZNISZCZEŃ NAWIERZCHNI MOSTOWEJ 3. Trwałe odkształcenia lepkoplastyczne warstw asfaltowych wskutek działania obciążenia ruchem w wysokiej temperaturze 4. Zniszczenia powierzchniowe - wskutek działania wody, mrozu i środków odladzających 14

RODZAJE ZNISZCZEŃ NAWIERZCHNI MOSTOWEJ 5. Odkształcenia, pęknięcia, sfalowania nawierzchni wskutek przesunięcia nawierzchni po izolacji, bądź nawierzchni z izolacją po płycie w wyniku utraty przyczepności w połączeniu między nimi 6. Wyboje w sąsiedztwie urządzeń dylatacyjnych lub studzienek wskutek przejazdu kół pojazdów i występowania efektu dynamicznego obciążenia ulega zwiększeniu wraz ze zwiększeniem lokalnej nierówności połączenia nawierzchni z urządzeniem wyposażenia mostu 15

RODZAJE ZNISZCZEŃ NAWIERZCHNI MOSTOWEJ Most gen. Stefana Grota-Roweckiego 16

Trwałość zmęczeniowa nawierzchni Nawierzchnia Spękania powierzchniowe Płyta pomostu Nawierzchnia Spękania odbite Płyta pomostu 20

Trwałość zmęczeniowa nawierzchni Odkształcenie [µm/m] Trwałość zmęczeniowa[mln osi]: Instytut Asfaltowy 5 10 20 150 200 >1 000 000 462 058 47 207 62 24 12 6 Aashto 2004 >1 000 000 >1 000 000 >1 000 000 523 168 69 34 Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 250 300 21

Deformacje trwałe MA SMA-MA AC Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska SMA 22

Podsumowanie Odkształcenia w nawierzchni mostowej zależą od rodzaju płyty pomostu. Na pomostach betonowych odkształcenia te przyjmują bardzo małe wartości. Na pomostach ortotropowych wartości odkszłałceń są duże i przewyższają te które występują w nawierzchni na naziomie. Wyniki obliczeń potwierdzają że na pomostach z płytą betonową nie występuje problem z zapewnieniem odporności nawierzchni na zmęczeniowe. W celu określenia odkształceń w nawierzchni na obiektach z orotropowymi płytami pomostu konieczne jest zastosowanie modelowania FEM i skalibrowania ich na rzeczywistych obiektach. Nie istnieją oddzielne kryteria oceny trwałości zmęczeniowej dla asfaltowych nawierzchni na obiektach mostowych. Wyniki trwałość zmęczeniowej obliczone zarówno metodą IA oraz AASHTO 2004 dla dużych odkształceń na płytach ortotropowych pokazują, że na tego typu obiektach może występować problem zapewnienia odporności na powstawanie spękań zmęczeniowych. Brak jest przyjętej metodologii badawczej pozwalającej na ocenę odporności na powstawanie deformacji trwałych poszczególnych warstw/pakietów nawierzchni mostowych. Przedstawiona analiza może posłużyć jako wstęp do rozważań na temat zapewnienia trwałości nawierzchni na obiektach mostowych. Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowych, mgr inż. Piotr Pokorski, Politechnika Warszawska 23

Dziękuję za uwagę p.pokorski@il.pw.edu.pl 24