Efektywność zastosowania siatek stalowych w naprawach nawierzchni asfaltowych Dr inż. Piotr Zieliński Politechnika Krakowska
Cel i istota pracy: Ocena wpływu siatki stalowej ułożonej w nawierzchni asfaltowej na nośność konstrukcji nawierzchni. Nośność nawierzchni jest wyrażona jako ugięcie pod centralnym geofonem FWD przed i po wzmocnieniu wraz z porównaniem z ugięciami oszacowanymi metodą analityczną z wykorzystaniem programu BISAR.
Efektywność warstw pośrednich wg badań belgijskich (Vanelstraete A., Francken L)
Charakterystyka analizowanych odcinków: Niewystarczająca nośność, liczne uszkodzenia: pojedyncze i siatkowe spękania podłużne, spękania poprzeczne (odbite), nierówności podłużne, koleiny lepkoplastyczne i strukturalne, łaty; Kategoria ruchu: KR4-6 (5,0-17,3 mln osi 100 kn /pas w okresie 20 lat); Ograniczone możliwości podniesienia niwelety wzmacnianych nawierzchni.
Model konstrukcji nawierzchni przed przebudową odcinek kilometraż Warstwy asfaltowe DK 94, jezdnia prawa Km 285+488 286+300 DK 94, jezdnia Km 285+488 lewa 286+300 DK 94 Km 305+100 307+100 DK 44 Km 101+900 102+900 H=28 cm E=4111 MPa H=25 cm E=6594 MPa H=21 cm E=2661 MPa H=17 cm E=1500 MPa podbudowa H=17 cm E=165 MPa H=47 cm E=240 MPa H=29 cm E=281 MPa H=40 cm E=200 MPa podłoże H = E=92 MPa H = E=132 MPa H = E=57 MPa H = E=50 MPa
odcinek Projektowane konstrukcje wzmocnienia Głębokość frezowania Warstwa wyrównawcza 1 2 5 cm - Warstwa pośrednia Warstwy asfaltowe na siatce 8 9 cm AC WMS + 4cm SMA 2 3 3 5 cm 4 cm - - Siatka stalowa +slurry seal 8cm AC WMS + 4cm SMA 8cm AC WMS + 4cm SMA 4 5 cm 3 cm AC 8 8cm AC WMS + 4cm SMA
odcinek 1 i 2 DK 94, widok przed przebudową (2005)
Odcinek 1 i 2 DK 94, 9 lat po przebudowie (2016)
Odcinek 3 DK 94, widok przed przebudową (2005)
Odcinek 3 DK 94, 9 lat po przebudowie (2016)
Odcinek 4 DK 44, widok przed przebudową (2011)
Odcinek 4 DK 44, 5 lat po przebudowie (2016)
deflection [mm] Porównanie ugięć FWD przed i po przebudowie odcinek 1 DK 94, jezdnia prawa 0.5 0.45 0.4 0.35 before reconstruction after reconstruction 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 285.4 285.6 285.8 286 286.2 286.4 286.6 286.8 287 287.2 287.4 287.6 287.8 288 288.2 288.4 localization - km
Deflection [mm] Porównanie ugięć FWD przed i po przebudowie odcinek 2 DK 94, jezdnia lewa 0.30 0.25 before reconstruction 0.20 after reconstruction 0.15 0.10 0.05 0.00 285.4 285.6 285.8 286 286.2 286.4 286.6 286.8 287 287.2 287.4 287.6 287.8 288 288.2 288.4 Localization - km
Porównanie ugięć FWD przed i po przebudowie odcinek 3 DK 94,
Porównanie ugięć FWD przed i po przebudowie odcinek 4 DK 44 1.000 0.900 before reconstruction after reconstruction 0.800 0.700 Deflection [mm] 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 101.9 102 102.1 102.2 102.3 102.4 102.5 102.6 102.7 102.8 102.9 Lokalization - km
Analiza istotności różnic dla ugięć FWD przed i po przebudowie (1) Czas pomiaru średnia Odchylenie standardowe Wskaźnik zmienności różnica DK 94, km 285+488 288+320, jezdnia prawa (odc.1) Przed 188 77 40,6 przebudową Po przebudowie 118 37 31,6 DK 94, km 285+488 288+320, jezdnia lewa (odcinek 2) Przed 177 52 29,4 przebudową Po przebudowie 110 29 26,9 * Różnica istotna statystycznie granica istotności (95%) 70* 38 67* 38
Analiza istotności różnic dla ugięć FWD przed i po przebudowie (2) Czas pomiaru średnia Odchylenie standardowe Wskaźnik zmienności DK 94, km 305+100 307+100 (odcinek 3) Przed 306 83 27,0 przebudową Po przebudowie 84 22 25,7 DK 44, km 101+900 102+900 (odcinek 4) Przed 639 165 25,8 przebudową Po przebudowie 230 65 28,1 * Różnica istotna statystycznie różnica granica istotności (95%) 222* 31 409* 45
Ocena nośności nawierzchni wg DSN
Ocena wpływu siatki stalowej na nośność przebudowanej nawierzchni Przeliczenie centralnych ugięć FWD przebudowanej konstrukcji do temperatury referencyjnej (20 C) Przeliczenie ugięć dynamicznych na statyczne (wg wzorów podanych w pracy doktorskiej B. Krawczyka) Obliczenie ugięć sprężystych od pojedynczego obciążenia kołem o nacisku 50 kn dla modeli nawierzchni wg projektu wzmocnienia (bez uwzględnienia siatki stalowej), w programie BISAR Porównanie skorygowanych ugięć pomierzonych i ugięć obliczonych w programie BISAR
Analiza istotności różnic dla ugięć FWD pomierzonych i obliczonych (1) ugięcia [µm] średnia Odchylenie standardowe Wskaźnik zmienności różnica DK 94, km 285+488 288+320, jezdnia prawa (odcinek 1) obliczone 207 54 26,1 pomierzone 199 64 32,2 Granica istotności 95% 90% 8 32 27 DK 94, km 285+488 288+320, jezdnia lewa (odcinek 2) obliczone 183 55 30,1 pomierzone 173 46 26,9 10 27 23
Analiza istotności różnic dla ugięć FWD pomierzonych i obliczonych(2) ugięcia [µm] średnia Odchylenie standardowe Wskaźnik zmienności różnica DK 94, km 305+100 307+100 (odcinek 3) Calculated 258 65 25,3 Measured 112 29 25,7 DK 44, km 101+900 102+900 (odcinek 4) Calculated 372 83 22,3 Measured 304 85 28,1 Granica istotności 95% 90% 146* 22 19 68* 54 45 *różnica istotna statystycznie
Wnioski (1) Stan nawierzchni wszystkich analizowanych odcinków dróg wzmocnionych siatką stalową i nakładką bitumiczną po kilku latach eksploatacji jest bardzo dobry. Brak uszkodzeń potwierdza efektywność zastosowanych rozwiązań. Nośność nawierzchni na analizowanych odcinkach dróg klasyfikowana zgodnie z DSN mieści się w klasie A, co oznacza trwałość zmęczeniową jak dla nawierzchni nowej (minimum 20 lat).
Wnioski (2) Wzrost nośności przebudowanych nawierzchni oszacowany na podstawie pomiarów FWD jest bardzo istotny. Wartości ugięć pomierzonych na wzmocnionych odcinkach są mniejsze od ugięć wyznaczonych programem BISAR dla modelu nawierzchni bez siatki. Różnice tych ugięć są istotne dla 2 z analizowanych 4 odcinków (dla obu przyjętych poziomów istotności tj. 95% i 90 %).
Wnioski (3) Najlepszą efektywność siatki stalowej zaobserwowano dla odcinków, gdzie nośność nawierzchni przed przebudową była najniższa i gdzie wobec tego siatka została zlokalizowana w strefie rozciąganej. Przedmiotowe odcinki będą poddane obserwacji w dłuższym czasie eksploatacji co pozwoli na pełniejszą ocenę efektywności zastosowanych technologii zarówno w zakresie spękań zmęczeniowych jak i spękań odbitych.
Dziękuje za uwagę Dziękuję za uwagę email: pzielin@pk.edu.pl