5. Wzmocnienie za pomocą metody CBR
Potrzeba wzmocnienia istniejącej nawierzchni drogowej zachodzi wówczas, jeżeli jest spełniona nierówność
Hzwym > Hzist, czyli Hzwym - Hzist > 0,
gdzie:
Hzwym - zastępcza wymagana grubość nawierzchni w przeliczeniu na tłuczeń standardowy,
Hzist - zastępcza grubość istniejącej nawierzchni drogowej przeliczona na tłuczeń standardowy.
, (16)
gdzie:
- grubość rzeczywista warstwy jezdnej istniejącej nawierzchni w [cm],
- grubość rzeczywista górnej warstwy podbudowy istniejącej nawierzchni w [cm],
- grubość rzeczywista dolnej warstwy podbudowy istniejącej nawierzchni w [cm],
x0,1 - współczynnik materiałowy dla materiału warstwy jezdnej istniejącej nawierzchni,
x0,2 - współczynnik materiałowy dla materiału górnej warstwy podbudowy istniejącej nawierzchni,
x0,3 - współczynnik materiałowy dla materiału dolnej warstwy podbudowy istniejącej nawierzchni.
Hzist można również zapisać w postaci
(16)
gdzie poszczególne symbole oznaczają:
- współczynnik materiałowy dla i-tej warstwy istniejącej nawierzchni,
- grubość i-tej warstwy istniejącej nawierzchni drogowej,
n - liczba warstw istniejącej nawierzchni drogowej.
Na podstawie odkrywek ustalono średnie grubości poszczególnych warstw istniejącej nawierzchni - wynoszą one odpowiednio:
Odcinek I
h1 - 7,6 [cm] - warstwa jezdna,
h2 - 1,2 [cm] - grys z lepiszczem smołowym,
h3 - 20,0 [cm] - podbudowa z tłucznia.
Rys. 1. Odcinek I - przekrój poprzeczny konstrukcji istniejącej jezdni drogowej.
1. Ustalenie współczynników materiałowych x0:
x0,1 = 1,0 - bardzo spękana nawierzchnia bitumiczna (więcej niż 4 pęknięcia na 8 m nawierzchni),
x0,2 = 1,1 - grys z lepiszczem smołowym,
x0,3 = 1,0 - podbudowa z tłucznia.
2. Obliczenie zastępczej grubości
= 7,6+1,32+20,0 = 28,92 [cm] * 29,0 [cm].
3. Obliczenie zastępczej grubości wymaganej nawierzchni w przeliczeniu na warstwę tłucznia za pomocą wzoru
Hzwym= D · e ·c, (12)
Hzwym= 45 ·1,0 ·1,15 = 51,75 [cm] * 52,0 [cm].
D - grubość zastępcza nawierzchni w przeliczeniu na tłuczeń standardowy
D = 45 [cm] dla 300 Npor/1 pas ruchu po 20 latach
e - współczynnik klimatyczny dla centralnej Polski e = 1,0
c - współczynnik zależny od wielkości max. ale dopuszczalnego obciążenia koła samochodu
(13)
gdzie, Ps = 50 kN - max nacisk koła samochodu.
4. Sprawdzenie warunku
∆H = Hzist - Hzwym > 0,
∆H = Hzist - Hzwym = 29,0 - 52,0 = -23,0.
Ponieważ H < 0 to wzmocnienie istniejącej nawierzchni drogowej jest konieczne.
5. Obliczenie zastępczej grubości projektowanego wzmocnienia Hzproj za pomocą wzoru
Hzproj = Hzwym - Hzist = 52,0 -29,0 = 23,0 [cm],
[cm].
6. Przyjęcie wzmocnienia istniejącej nawierzchni
Ponieważ Hzproj * 28 [cm] to wzmocnieniu podlega tylko warstwa jezdna nawierzchni drogowej.
Przyjmuje wzmocnienie o następującym układzie warstw:
5,5 cm - warstwa ścieralna,
6,0 cm - warstwa wiążąca.
7. Sprawdzenie warunku
,
[cm],
h1 = 5,5 cm - warstwa ścieralna z betonu asfaltowego dla którego współczynnik materiałowy x = 2,0
h2 = 6,0 cm - warstwa wiążąca z betonu asfaltowego dla którego współczynnik materiałowy y = 2,0
gdzie:
= 5,5 * 2,0 + 6,0 *2,0 = 23,0 [cm].
[cm],
czyli:
[cm],
23,0 [cm] * 23,0 [cm].
A więc wzmocnienie zostało zaprojektowane poprawnie.
Rys. 2. Odcinek I - przekrój poprzeczny konstrukcji jezdni drogowej po jej wzmocnieniu.
Odcinek II
h1 - 16,0 [cm] -grubość warstw jezdnych,
h2 - 1,6 [cm] - grys z lepiszczem smołowym,
h3 - 20,0 [cm] - podbudowa z tłucznia,
czyli:
gdzie:
Hzist - zastępcza grubość istniejącej nawierzchni drogowej przeliczona na tłuczeń standardowy,
- współczynnik materiałowy dla i-tej warstwy istniejącej nawierzchni drogowej,
- grubość i-tej warstwy istniejącej nawierzchni drogowej,
n - liczba warstw istniejącej nawierzchni drogowej.
Rys. 3. Odcinek II - konstrukcja istniejącej nawierzchni drogowej.
1. Przyjęcie współczynników materiałowych x0:
x0,1= 1,3 - średnio spękana nawierzchnia bitumiczna (2 * 4 pęknięć na 8 m nawierzchni),
x0,2 = 1,1 - grys z lepiszczem smołowym,
x0,3 = 1,0 - warstwa tłucznia o wyokrąglonych ziarnach, lecz z zawartością frakcji <0,07 mm mniej niż 10 % i o wskaźniku piaskowym WP> 35.
2. Obliczenie zastępczej grubości
=20,8+1,76+20,0 = 42,56 [cm].
3. Obliczenie zastępczej wymaganej grubości ze wzoru
Hzwym= D · e ·c,
Hzwym= 45 ·1,0 ·1,15 = 51,75 [cm] * 52,0 [cm].
gdzie:
D - grubość zastępcza nawierzchni w przeliczeniu na tłuczeń standardowy, czyli
D = 45 [cm] dla 300 Npor/1 pas ruchu po 20 latach,
e - współczynnik klimatyczny dla centralnej Polski e = 1,15,
c - współczynnik zależny od wielkości max. ale dopuszczalnego obciążenia koła samochodu,
gdzie
Ps = 50 kN - max nacisk koła samochodu.
4. Sprawdzenie warunku
∆H = Hzist - Hzwym > 0,
∆H = Hzist - Hzwym = 42,56- 52,0 = -9,44.
Ponieważ H < 0 to wzmocnienie istniejącej nawierzchni drogowej jest konieczne.
5. Obliczenie zastępczej grubości projektowanego wzmocnienia Hzproj za pomocą wzoru
Hzproj = Hzwym - Hzist = 52,0 -42,56 = 9,44 [cm].
6. Przyjęcie wzmocnienia istniejącej nawierzchni
Ponieważ Hzproj * 28 [cm] to wzmocnieniu podlega tylko warstwa jezdna nawierzchni drogowej.
Przyjmuje wzmocnienie o grubości 5,0 cm - warstwa ścieralna z betonu asfaltowego,
7. Sprawdzenie warunku
,
gdzie:
h1 = 5,5 cm - warstwa ścieralna z betonu asfaltowego, dla którego współczynnik materiałowy x = 2,0;
czyli
= 5,0 * 2,0 = 10,0 [cm], zaś
[cm].
Innymi słowy sprawdza się warunek
tak więc:
[cm].
9,44 [cm] * 10,0 [cm].
A więc wzmocnienie zostało zaprojektowane poprawnie jak to przedstawiono na rysunku Nr 4.
Rys. 4. Odcinek II - przekrój poprzeczny konstrukcji jezdni drogowej po wzmocnieniu.
POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA PRACA INŻYNIERSKA
WZMOCNIENIE NAWIERZCGNI METODĄ CBR 31