OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI Z ZASTOSOWANIEM GEORUSZTÓW TRÓJOSIOWYCH TRIAX mgr inż. Piotr Mazurowski Biuro Inżynierii Drogowej DROTEST W prezentacji omówiona zostanie koncepcja zwiększenia parametrów warstwy kruszywa niezwiązanego poprzez jego stabilizację przy wykorzystaniu georusztów trójosiowych oraz przedstawione zostaną badania i doświadczenia z USA w zakresie wykorzystania warstw stabilizowanych georusztem w procesie optymalizacji konstrukcji nawierzchni 1

Plan prezentacji 1. Stabilizacja kruszywa georusztem trójosiowym 2. Optymalizacja konstrukcji nawierzchni z wykorzystaniem warstw kruszywa stabilizowanego georusztem 3. Wybrane przykłady zastosowania optymalizacji konstrukcji nawierzchni 1. Stabilizacja kruszywa georusztem trójosiowym 2

Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Stabilizacja kruszywa georusztem : trwała poprawa parametrów (zagęszczenie, nośność) warstwy kruszywa niezwiązanego, uzyskiwana dzięki mechanicznemu zablokowaniu (interlocking) ziarn kruszywa w sztywnym oczku georusztu trójosiowego. Gdy do warstwy zostaje przyłożone obciążenie, kruszywo nie ma możliwości (bądź jest ona znacznie ograniczona) przemieszczania się na boki. Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym 3

Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Dlaczego georuszty o sztywnych węzłach mają wpływ na nośność stabilizowanej warstwy kruszywa? Nośność warstwy kruszywa zależy bezpośrednio od modułu sprężystości kruszywa. Moduł ten w przypadku kruszywa niezwiązanego nie jest wartością stałą! 4

Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym 5

Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Wprowadzając do warstwy kruszywa trójosiowy georuszt o sztywnych węzłach ograniczamy możliwość poziomego odkształcania się warstwy. Zwiększa się w ten sposób suma naprężeń głównych działających na kruszywo. Przekłada się to bezpośrednio na zwiększenie modułu sprężystości warstwy kruszywa, a co za tym idzie jej nośności. Funkcja stabilizacyjna georusztów trójosiowych została potwierdzona w raporcie Europejskiej Organizacji Aprobat Technicznych. Raport ten jest podstawą do wydawania Europejskiej Aprobaty Technicznej. 6

Kruszywo stabilizowane georusztem trójosiowym Warstwy kruszywa niezwiązanego stabilizowanego georusztem trójosiowym są od wielu lat z powodzeniem stosowane w konstrukcjach ulepszonego podłoża Południowa Obwodnica Gdańska 7

Obwodnica Smętowa w ciągu DW241 Autostrada A1 Bełk - Świerklany 8

2. Optymalizacja konstrukcji nawierzchni z wykorzystaniem warstw kruszywa stabilizowanego georusztem Optymalizacja konstrukcji nawierzchni Optymalizacja konstrukcji nawierzchni: Wykorzystanie warstw kruszywa stabilizowanego georusztem w dolnej warstwie podbudowy zasadniczej (d. podbudowa pomocnicza) w celu zredukowania grubości konstrukcji (w tym warstw asfaltowych) przy zachowaniu wymaganej trwałości. Do projektowania wykorzystuje się zmodyfikowaną metodę AASHTO 93 9

Optymalizacja konstrukcji nawierzchni Metoda AASHTO wzór projektowy W 18 ruch projektowy w osiach standardowych 80 kn (18 000 funtów) Z R odchylenie standardowe S O błąd standardowy prognozy ruchu i prognozy właściwości użytkowych S N Liczba Strukturalna nawierzchni, określająca wymaganą całkowitą grubość nawierzchni, obliczana wg wzoru: = a 1 D 1 + a 2 D 2 m 2 + a 3 D 3 m 3 + a i - współczynnik materiałowy i-tej warstwy D i grubość i-tej warstwy m i współczynnika drenażu i-tej warstwy PSI różnica pomiędzy wyjściowym projektowym wskaźnikiem przydatności użytkowej nawierzchni p o (Present Serviceability Index) a końcowym projektowym wskaźnikiem przydatności użytkowej nawierzchni p t M r moduł odkształcenia podłoża (w psi funty na cal kwadratowy) Program badawczy USACOE - badania HVS w pełnej skali USACOE United States Army Corps Of Engineers Cel: Uzyskanie danych z testu w pełnej skali dla georusztów TriAx do wykorzystania w projektowaniu nawierzchni zgodnie z AASHTO '93 i/lub metodami mechanistyczno-empirycznymi. Analiza uzyskanych wyników w połączeniu z wszystkim wcześniejszymi badaniami georusztów Tensar Wykorzystanie bazy danych do potwierdzenia prawidłowości metody projektowej Badania dla dwóch nośności podłoża: Faza 1: CBR=3% Faza 2: CBR=6.5% 10

Optymalizacja konstrukcji nawierzchni Przyspieszony test w pełnej skali 77 o F = 25 o C 120psi = 840 kpa Przyspieszony test w pełnej skali 11

Przyspieszony test USACOE, TX140, podłoże CBR 3% Przyspieszony test USACOE, TX140, podłoże CBR 3% 12

Przyspieszony test USACOE, TX140, podłoże CBR 6% Przyspieszony test USACOE, TX140, podłoże CBR 6% Podłoże: CBR = 6% Wyniki: Konstrukcja Subgrade: CBR z TX5 = z 6% warstwą asfaltową Results: cieńszą Tensar o 1 cal i TX5 podbudową with 1- z kruszywa inch cieńszą less AC o 2 and cale 2-inches zachowała less się prawie tak AB samo performed jak konstrukcja the same as konwencjonalna thicker conventional section 13

Na podstawie wyników testów USACOE, w połączeniu z analizą obszernej bazy wyników z wielu wcześniejszych badań, opracowano modyfikację metody AASTHO pozwalającą na uwzględnienie wpływu stabilizacji kruszywa podbudowy georusztami trójosiowymi. Zmodyfikowana metoda AASTHO została wykorzystana przy opracowaniu programu SpectraPave4-Pro Weryfikacja programu SpectraPave4-Pro i modyfikacji metody AASHTO 93 wykonana przez ARA Weryfikacja metody projektowej AASHTO 93 z wykorzystaniem georusztów Tensar TriAx wykonana przez niezależną instytucję Weryfikacja metodologii projektowej zastosowanej w programie SpectraPave4-Pro Ustalenie wartości współczynników materiałowych a 2 dla warstw kruszywa stabilizowanego georusztem 14

Optymalizacja konstrukcji nawierzchni Wartości współczynnika a 2 dla warstwy kruszywa stabilizowanego georusztem trójosiowym, ustalone na podstawie wyników badań i zweryfikowane przez ARA S N = a 1 D 1 + a 2 D 2 m 2 + a 3 D 3 m 3 + Standardowa wartość a 2 dla kruszywa niezwiązanego to: a 2 = 0,140 Optymalizacja konstrukcji nawierzchni Program SpectraPave4-Pro 15

3. Wybrane przykłady zastosowania optymalizacji konstrukcji nawierzchni Droga krajowa 89T SR 98/Navajo Route 20 16

Droga krajowa 89T SR 98/Navajo Route 20 Data: Lato 2013 Zakres: 2 jezdnie/ 27 mil Inżynier: ADOT Pavement Design Problem: W podłożu słabo uziarnione piaski drobne Wysoki koszt kruszywa na podbudowę i jego transportu 7 tygodni na realizację Rozwiązanie: Stabilizacja georusztem Tensar TX130s Oszczędności na podbudowie: 2,2 mln USD Droga krajowa 89T SR 98/Navajo Route 20 4 AC 6 Class 2 AB Subgrade R-value = 45 4 AC 4 Class 2 AB Subgrade R-value = 45 Warstwa In. $/SY AC 4 $31.20 AB 6 $27.00 AB 4 $18.00 1 warstwa TriAx TX130s $1.50 Oszczędność $7.50/Y 2 (koszt kruszywa: 90USD/t = 4.50USD/y 2 za 1 ) (27 mil x 32 szerokości) R 45 ~ CBR 7% Całkowita oszczędność $2.2mln 17

Droga Caroll Canyon, San Diego Droga Caroll Canyon, San Diego Data: Czerwiec 2009 Zakres: 2 jezdnie/ 27 mil Inżynier: Southern California Soil and Testing Inc. Problem: Dążenie do redukcji kosztów inwestycji przez Zamawiającego Rozwiązanie: Stabilizacja georusztem Tensar TX160 i TX7 18

Droga Caroll Canyon, San Diego Analizowane warianty konstrukcji Sekcja bez stabilizacji georusztem 125mm AC 550mm AB Georuszt TriAx TX7 Sekcja 1 125mm AC 150mm AB 250mm AB Georuszt TriAx TX7 Sekcja 2 125mm AC 150mm AB 200mm AB Subgrade R-value = 30 Subgrade R-value = 30 (wartość R - 30 CBR 6%) Subgrade R-value = 30 19

Droga Caroll Canyon, San Diego Ugięcie [mm] Wyniki obciążeń płytowych 15.0 Bez stabilizacji 12.5 10.0 7.5 5.0 TriAx Section 2 TriAx Section 1 2.5 0 0 9 18 27 36 45 Obciążenie [kn] Droga Caroll Canyon, San Diego Korzyści z rozwiązania: Zwiększenie nośności podbudowy średnio o 25% Redukcja grubości podbudowy Znaczne oszczędności finansowe 125mm AC 550mm AB Subgrade Obliczone rozwiązanie równoważne z georusztem TX7 125mm AC 150mm AB 150mm AB Subgrade 20

Droga Wells Draw (droga powiatowa nr 32) Droga Wells Draw (droga powiatowa nr 32) Data: Lato-jesień 2012 Inżynier: Duchesne County Pavement Design Problem: Droga gruntowa ze słabym odwodnieniem Zapewnia dostęp do pól naftowych i gazowych Spodziewany ciężki ruch pojazdów ciężarowych w trakcie kilkuletniego rozwoju pól naftowych i gazowych Rozwiązanie: Stabilizacjageorusztem TensarTX140 w celu zredukowania/wyeliminowania podbudowy Na odcinkach o słabym podłożu zastosowano dwie warstwy TX140. 21

Droga Wells Draw (droga powiatowa nr 32) Projekt wyjściowy Projekt zoptymalizowany 6 AC 5 AC 10 Untreated Base Course 8 Untreated Base Course Subgrade R-value = 45 10 Granular Borrow Subgrade M R = 6,000 psi 10 Granular Borrow Subgrade M R = 6,000 psi Droga Wells Draw (droga powiatowa nr 32) Korzyści z rozwiązania: Wydłużenie spodziewanego okresu eksploatacji nawierzchni Redukcja grubości podbudowy i warstw asfaltowych Oszczędności finansowe na poziomie 1 mln USD 22

Dziękuję za uwagę 23