Nowa instrukcja badania sczepności międzywarstwowej w nawierzchniach asfaltowych dr inż. Piotr JASKUŁA
2 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
3 Wprowadzenie (1) Prace badawcze w katedrze nad sczepnością międzywarstwową rozpoczęły się w 2004 r. Zakres prac badawczych zawierał: Badania laboratoryjne Badania terenowe Analityczne modelowanie sczepności w konstrukcji nawierzchni Zlecenie z GDDKiA XI.2006 oraz XI.2011 r. Zakończenie XI.2013 r.
4 Wprowadzenie (2) Badania laboratoryjne rodzaj i ilość skropienia, rodzaje i efektywność zagęszczenia, wrażliwość za zanieczyszczenia i wodę, obciążania powtarzalne. Badania terenowe ugięcia konstrukcji nawierzchni, moduły sztywności warstw asfaltowych z obliczeń odwrotnych, zagęszczenie, temperatura otoczenia, rodzaje mieszanek. Modelowanie sczepności w konstrukcji nawierzchni wielowarstwowa półprzestrzeń sprężysta, metoda elementów skończonych.
5 Wprowadzenie (3)
6 Cel Wyjaśnienie wybranych zjawisk i mechanizmów Opracowanie instrukcji do badań sczepności międzywarstwowych
7 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
8 Materiał Warstwy asfaltowe beton asfaltowy AC20 W AC22 P (wiążąca podbudowa) AC16 Ś AC20 W (ścieralna wiążąca) Warstwa sczepna Emulsja asfaltowa (typ 1) 160/200 Emulsja asfaltowa (typ 2) 70/100 Brak skropienia gorące na zimne Brak skropienia gorące na gorące
9 Metody zagęszczania próbek
10 Próbki do badań
11 Aparatura Aparat Leutnera
12 Józefów, 12 września 2013 r.
13 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 14 Wyniki badań (1) 1.6 1.4 1.2 1.0 Sczepność międzywarstwowa i wewnątrz warstw brak skropienia emulsja 1 emulsja 2 wewnątrz ścieralnej wewnątrz wiążącej 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Zagęszczenie walcem z wibracją w laboratorium
Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 15 Wyniki badań (1) 1.6 1.4 1.2 1.0 Sczepność międzywarstwowa i wewnątrz warstw brak skropienia emulsja 1 emulsja 2 wewnątrz ścieralnej wewnątrz wiążącej 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Zagęszczenie walcem z wibracją w laboratorium
z wibracją, skropienie emulsją z wibracją, brak skropienia bez wibracji, skropienie emulsją bez wibracji, bez skropienia skropienie emulsją brak skropienia brak skropienia, gorące na gorące skropienie emulsją brak skropienia Wytrzymałość na ścinanie [MPa] 16 Wyniki badań (2) 3.00 Sczepność międzywarstwowa, (AC16W/AC22P) 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 walec z wibracją walec bez wibracji zagęszczarka płytowa żyrator Rodzaj skropienia i metoda zagęszczenia
17 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
18 Odcinek doświadczalny
Ugięcie [mikrometr] 19 Ugięcia nawierzchni Pomiar ugięć ugięciomierzem FWD 400 350 300 250 200 150 100 50 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 0 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 Dystans [km] norma brak pyły glina mały norma duży
AC11 / AC22 AC22 / ACWMS16 BA0/20 / ACWMS16 AC11 / ACWMS16 AC16 /AC22 ACWMS16 / AC22 AC22 / AC22 ACWMS16 / ACWMS16 AC16 / ACWMS 16 ACWMS22 / ACWMS22 BA0/20 / BA0/25 AC16/ AC16 ACWMS16 / AC16 Udział procentowy [-] 20 Sczepność z monitoringu 70% Udział próbek niespełniających kryterium sczepności międzywarstwowej 67% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 0% 0% 2% 10% 11% 11% 16% 26% 33% 41% 53% Typ i uziarnienie warstwy wiążącej i podbudowy [-]
21 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
22 Modelowanie analityczne 1. Pełna sczepność 2. Pełny poślizg 3. Częściowa sczepność 4. Tarcie 5. Połączenie kohezyjne 6. Połączenie kohezyjne z tarciem a q E, h 1 1 1 r h 2 E 2, 2 h 3 h i E 3, 3 E i, i E, h 0 0 0 z z z rz r r z rz r z
Głębookość [cm] 23 Wyniki obliczeń Zestawienie wyników, obc. normalne, oś obciążenia, +20 C Odkształcenie poziome [µm/m] -180,0-120,0-60,0 0,0 60,0 120,0 180,0 0 10 20 30 Poślizg Tarcie Kohezja+tarcie Pełna sczepność 40 50 60
Trwałość zmęczeniowa [osie 115 kn] 24 Trwałość zmęczeniowa 1,80E+07 1,60E+07 1,40E+07 KR6 Spadek trwałości 75% 73% 49% 18% 1,20E+07 1,00E+07 8,00E+06 6,00E+06 4,00E+06 2,00E+06 0,00E+00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Stopień sczepności [%] Wariant I Wariant II Wariant IV Wariant I utrata sczepności miedzy w. ścieralną a wiążącą Wariant II utrata sczepności miedzy w. wiążącą a podbudową Wariant IV połączenie wariantu I i II.
25 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
26 INSTRUKCJA zgodna z EN-12697-48 badanie Leutnera +20 C i 50 mm/min próbki f100 i f150 także CWS poddana ocenie
27 KRYTERIA, teoria i analizy Teoretyczny rozkład naprężeń ścinających Maksymalne naprężenie styczne, +20 C [MPa] Połączenie Brak sczepności Ograniczona Lp. Pełna międzywarstwowe (poślizg) sczepność sczepność W2 W8 W2 W8 Max. 1 Ścieralna-wiążąca 0,243 0,246 0,267 0,215 0,234 0,267 2 Wiążąca-podbudowa 0,210 0,054 0,227 0,050 0,219 0,227 3 Podbudowa-podb. 0,143 0,179 0,046 0,172 0,040 0,179
28 KRYTERIA, limity na świecie Tab. 1 Temperatura: +20 C Kraj Siła Naprężenie Metoda Autor, Rok Austria W-P 0,8 MPa Pull-off Fenz, 1987 Niemcy Ś-W 14 KN W-P 10 kn P-P 13 kn 0,8 MPa 0,6 MPa 0,7 MPa Leutner Codja, 1994 Austria e.zw. 1,0 MPa e.m. 1,5 MPa Pull-off Krzemien&Tsch engg, 1995 Austria Ś-W 14 kn W-P 10 kn Ś-W 21 kn 0,8 MPa (e.zw.) 0,6 MPa (e.zw.) 1,2 MPa (e.m.) Leutner RVS11.065, blat 4, 1998 Szwajcaria Ś-W 23 kn 1,3 MPa Leutner Partl, 1999 Niemcy Ś-W 25 KN W-P 20 kn P-P 16 kn 1,4 MPa 1,1 MPa 0,9 MPa Leutner Stockert, 2002 Polska 23 kn 1,3 MPa Leutner Zawadzki, 2002
29 KRYTERIA, limity na świecie Tab. 2 Temperatura: +20 C Kraj Siła Naprężenie Metoda Autor, Rok Niemcy Ś-W 16 KN W-P 13 kn 0,9 MPa 0,7 MPa Leutner Bald, 2006 USA (wybrane stany) 18 kn 9 kn Dobre >1,0 MPa Złe <0,5 MPa Leutner West, 2005 Szwajcaria Ś-W 15 kn W-P 12 kn 0,85 MPa 0,68 MPa Leutner SN640430B, 2008 UK Ś-W 18 kn W-P 9 kn 1,0 MPa 0,5 MPa Leutner Sutanto, 2009 Polska Ś-W 18 kn W-P 13 kn CWŚ-W 16 kn 1,0 MPa 0,7 MPa 1,3 MPa Leutner PG,2011 GDDKiA, 2011 Katalog, 2012 Polska Ś-W 18 kn W-P 13 kn P-P 12 kn 1,0 MPa 0,7 MPa 0,6 MPa Leutner PG, 2013
0,7 MPa Percentyl [%] 1,0 MPa 30 KRYTERIA, wyniki z terenu Sczepność poszczególnych połączeń międzywarstwowych 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 90 percentyl 82 percentyl 79 percentyl 0,6 MPa 0,8 MPa 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 Sczepność międzywarstwowa [%] ś-w w-p pg-pd
31 KRYTERIA SCZEPNOŚCI Połączenie warstw Ścieralna-wiążąca Wiążąca-podbudowa Podbudowa-podbudowa Kryterium sczepności międzywarstwowej 1,0 MPa 0,7 MPa 0,6 MPa Cienka Warstwa Ścieralna-wiążąca Cienka Warstwa Ścieralna-ścieralna 1,3 MPa
32 Plan prezentacji Wprowadzenie Materiał i aparatura Badania i analizy wyników Laboratoryjne Terenowe Analityczne Instrukcja i kryteria Wnioski
33 Wnioski (1) Wadliwe połączenie międzywarstwowe warstw asfaltowych zmniejsza sztywność układu warstw nawierzchni, zmniejszając trwałość zmęczeniową nawierzchni. Sczepność istotnie zależy od: rodzaju emulsji w skropieniu skuteczności zagęszczenia warstw stykających się ze sobą rodzaju mieszanek mineralno-asfaltowych
34 Wnioski (2) Opracowano zbiór rekomendowanych praktyk podczas budowy Kompatybilność opracowanej instrukcji z przyszłą normą europejską Kryteria sczepności wykazują zgodność z: Rozkładem naprężeń w nawierzchni Innymi krajami Wynikami terenowymi z Polski
Nowa instrukcja badania sczepności międzywarstwowej w nawierzchniach asfaltowych dr inż. Piotr JASKUŁA Katedra Inżynierii Drogowej Politechnika Gdańska