Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej - 2006

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki

Ś

l

ą

skiej

KATALOG TYPOWYCH KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI

z wykorzystaniem UPS

dr in

ż

. Krzysztof Chlipalski

współpraca
mgr in

ż

. Marcin Grygierek

Gliwice, grudzie

ń

2006

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

2

l. WPROWADZENIE

1

.1 Szeroko rozumiana ochrona

ś

rodowiska oraz rachunek ekonomiczny sprawiaj

ą

,

ż

e

poszukuje si

ę

technologii wykorzystuj

ą

cych materiały poprzemysłowe. Jednym z takich

materiałów s

ą

uboczne produkty spalania w

ę

gla (UPS) – popiół i

ż

u

ż

el elektrowniany.

Poni

ż

sze rozwi

ą

zania powstały na podstawie wieloletnich do

ś

wiadcze

ń

- bada

ń

laboratoryjnych i terenowych zrealizowanych przez Katedr

ę

Dróg i Mostów Politechniki

Ś

l

ą

skiej oraz laboratorium PPH UTEX Sp. z o.o.. Wykonano ju

ż

kilkaset tysi

ę

cy m

2

konstrukcji drogowych, a tak

ż

e podbudów w halach, z wykorzystaniem produktów

UTEX-u z analiz

ą

ich trwało

ś

ci.

1.2 Katalog ma na celu:

•

uproszczenie i ujednolicenie projektowania konstrukcji nawierzchni z wykorzystaniem

UPS,

•

stosowanie racjonalnych rozwi

ą

za

ń

technicznych, gwarantuj

ą

cych uzyskanie

odpowiedniej no

ś

no

ś

ci i trwało

ś

ci nawierzchni.

1.3 Katalog

opracowano

na

bazie

zało

ż

e

ń

i

schematów

konstrukcji

uj

ę

tych

w „Katalogu Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych” (1997).

W szczególno

ś

ci wyró

ż

nia si

ę

warstwy konstrukcji nawierzchni:

o

KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI -

warstwa lub zespół warstw słu

żą

cych do

przejmowania

i przenoszenia

obci

ąż

e

ń

od

ruchu

na

podło

ż

e

gruntowe

i zapewniaj

ą

cych dogodne warunki ruchu w zało

ż

onym okresie eksploatacji drogi,

o

WARSTWA

Ś

CIERALNA

– górna warstwa konstrukcji nawierzchnia – słu

ż

y przede

wszystkim do zabezpieczenia warstw konstrukcyjnych przed bezpo

ś

rednim

oddziaływaniem ruchu i infiltracj

ą

wody. Warstwa

ś

cieralna mo

ż

e by

ć

równie

ż

warstw

ą

konstrukcyjn

ą

,

o

WARSTWA WI

ĄśĄ

CA

– jest warstw

ą

konstrukcyjn

ą

– słu

ż

y do przekazywania

napr

ęż

e

ń

na podbudow

ę

. Warstwa wi

ążą

ca mo

ż

e by

ć

poł

ą

czona w jedn

ą

warstw

ę

z podbudow

ą

,

o

PODBUDOWA

- dolna cz

ęść

konstrukcyjna nawierzchni słu

żą

ca do przenoszenia

obci

ąż

e

ń

od ruchu na podło

ż

e. Podbudowa mo

ż

e składa

ć

si

ę

z podbudowy

zasadniczej i pomocniczej,

o

PODBUDOWA ZASADNICZA

- górna cz

ęść

podbudowy, podstawowa no

ś

na

cz

ęść

konstrukcji nawierzchni,

o

PODBUDOWA POMOCNICZA

- dolna cz

ęść

podbudowy, oprócz funkcji no

ś

nych

mo

ż

e spełnia

ć

funkcj

ę

warstwy mrozoochronnej, ods

ą

czaj

ą

cej lub odcinaj

ą

cej,

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

3

o

PODŁO

ś

E DROGOWE -

grunt rodzimy lub nasypowy niewysadzinowy,

doprowadzony do odpowiedniej no

ś

no

ś

ci (grupa no

ś

no

ś

ci G1), zalegaj

ą

cy pod

nawierzchni

ą

do gł

ę

boko

ś

ci przemarzania, nie mniej jednak ni

ż

do gł

ę

boko

ś

ci, na

której napr

ęż

enia pionowe od najwi

ę

kszych obci

ąż

e

ń

u

ż

ytkowych wynosz

ą

≤

0,02

MPa,

o

PODŁO

ś

E ULEPSZONE

– podło

ż

e, któremu poprawiono no

ś

no

ść

, spełniaj

ą

ce

wymagania podło

ż

a drogowego. Granica pomi

ę

dzy ulepszonym podło

ż

em,

a podbudow

ą

pomocnicz

ą

mo

ż

e by

ć

umowna.

1.4 W Katalogu wykorzystuje si

ę

Uboczne Produkty Spalania do uzyskania nast

ę

puj

ą

cych

rozwi

ą

za

ń

materiałowo-technologicznych:

o

ULEPSZENIE GRUNTU (KRUSZYWA) POPIOŁEM

(ewentualnie z dodatkiem

cementu lub wapna) - proces technologiczny polegaj

ą

cy na mieszaniu

rozdrobnionego gruntu (kruszywa) z optymaln

ą

ilo

ś

ci

ą

popiołu wzbogaconego

cementem lub wapnem i wody oraz zag

ę

szczeniu takiej mieszanki. Wymagana

wytrzymało

ść

okre

ś

lona norm

ą

(PN-S-96012-1997) po 42 dniach twardnienia mie

ś

ci

si

ę

w granicach 0,5 do 2,5 MPa,

o

PODBUDOWA Z GRUNTU (KRUSZYWA) ULEPSZONEGO POPIOŁEM

(ewentualnie z dodatkiem

cementu) - jedna lub dwie warstwy zag

ę

szczonej

mieszanki, która po stwardnieniu poprawia jego wła

ś

ciwo

ś

ci fizykochemiczne oraz

no

ś

ne, a jej wytrzymało

ść

okre

ś

lona norm

ą

(PN-S-96012-1997), po 42 dniach

twardnienia mie

ś

ci si

ę

w granicach 2,5 do 5,0 MPa,

o

PODBUDOWA Z BETONU POPIOŁOWEGO - jedna lub wi

ę

cej warstw

zag

ę

szczonej mieszanki, która po stwardnieniu stanowi no

ś

n

ą

cz

ęść

nawierzchni (podbudowy) zgodnie z PN-S-06103 o wytrzymało

ś

ci, po 42

dniach twardnienia, w granicach 5,0 do 8,0 MPa (BETON POPIOŁOWY -
sztuczny kamie

ń

powstały w wyniku stwardnienia mieszanki cementowo-

popioło-

ż

u

ż

lowej).

1.5 Materiały oferowane przez PPH UTEX Sp. z o.o. wytworzone na bazie UPS:

Spoiwo do ulepszania gruntu SOLITEX,

Hydrauliczne spoiwo drogowe SOLITEX B i SOLITEX C,

Piasek

ż

u

ż

lowy - kruszywo z

ż

u

ż

li paleniskowych UTEX,

Piasek

ż

u

ż

lowy ulepszony,

Mieszanka betonowa popiołowo-

ż

u

ż

lowa: UTEX BP 2,5, UTEX BP 5,0,

UTEX BP 8,0.

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

4

2 NORMY I AKTY PRAWNE

PN-S-02201:1998 Drogi samochodowe. Nawierzchnie drogowe. Podział, nazwy,

okre

ś

lenia,

PN-S-02205:1998 Drogi samochodowe. Roboty ziemne. Wymagania i badania,

PN-88/B-04481

Grunty budowlane. Badania próbek,

PN-S-96035:1997 Drogi samochodowe Popioły lotne Wymagania i badania

PN-S-96011:1998 Drogi samochodowe. Stabilizacja gruntów wapnem do celów

drogowych,

PN-S-96012:1997 Drogi samochodowe. Podbudowa i ulepszone podło

ż

e

z gruntu stabilizowanego cementem,

PN-S-96013:1997 Drogi samochodowe. Podbudowa z chudego betonu,

PN-S-06103:1997 Drogi samochodowe. Podbudowa z betonu popiołowego,

Dz.U. nr 43 poz. 430. Rozporz

ą

dzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej

nr 430 z dnia 2 marca 1999 roku w sprawie warunków
technicznych jakimi powinny odpowiada

ć

drogi publiczne,

oraz

PN-EN-14227-1 Mieszanki stabilizowane cementem,

PN-EN-14227-3 Mieszanki popiołowe,

PN-EN-14227-4 Popiół lotny do mieszanek,

PN-EN-14227-5 Mieszanki stabilizowane spoiwem drogowym,

AT/2004-04-1651 Kruszywo z

ż

u

ż

li paleniskowych UTEX,

AT/2004-04-1749 Spoiwo do ulepszania gruntu SOLITEX,

AT/2005-04-1827 Mieszanka betonowa popiołowo-

ż

u

ż

lowa,

AT/2005-03-1866 Hydrauliczne spoiwo drogowe SOLITEX,

Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. GDDP,

W-wa 1997,

NB-56/RB-3/2006 Badania i okre

ś

lenie cech materiałowych betonu popiołowo-

ż

u

ż

lowego jako podbudowy drogi. Politechnika

Ś

l., Gliwice

2006.

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

5

3. PROCEDURA PROJEKTOWANIA KONSTRUKCJI Z U

ś

YCIEM

KATALOGU

Procedura projektowania konstrukcji nawierzchni wg Katalogu bazuje na wymaganiach

uj

ę

tych w „Katalogu Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych”

(KTKNPiP) i jest nast

ę

puj

ą

ca:

o

ustalenie obci

ąż

enia ruchem drogi i wyznaczenie jej kategorii ruchu (wg p. 3 KTKNPiP),

o

ustalenie warunków gruntowo-wodnych (wg p. 4 KTKNPiP) i wybór w razie konieczno

ś

ci

metody ulepszenia podło

ż

a (wg p. 5.1 - 5.3 KTKNPiP),

o

zapewnienie warunków odwodnienia konstrukcji (wg p. 5.4 KTKNPiP),

o

wybór konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu KR zale

ż

nie od

zało

ż

onego materiału podbudowy według tablic 1 - 3.

o

sprawdzenie warunku mrozoodporno

ś

ci podło

ż

a (wg p. 5.5 KTKNPiP).

3.1

WZMOCNIENIE SŁABEGO PODŁO

ś

A

Podło

ż

e nawierzchni zakwalifikowane do grupy no

ś

no

ś

ci od G2 do G4 mo

ż

e by

ć

doprowadzone do grupy no

ś

no

ś

ci G1 w jeden z wymienionych sposobów:

3.1.1 UPS mo

ż

e zosta

ć

wykorzystany do ulepszenia naturalnego podło

ż

a

drogowego do grupy no

ś

no

ś

ci G1 przez wykonanie pod konstrukcj

ą

:

o

na podło

ż

u o grupie no

ś

no

ś

ci G2:

10 cm warstwy z gruntów ulepszonych spoiwem SOLITEX o R

m

= 1,5 MPa

lub

10 cm warstwy mieszanki betonowej popiołowo-

ż

u

ż

lowej UTEX BP 2,5

o

na podło

ż

u o grupie no

ś

no

ś

ci G3:

15 cm warstwy z gruntów ulepszonych spoiwem SOLITEX o R

m

= 2,5 MPa

lub

15 cm warstwy mieszanki betonowej popiołowo-

ż

u

ż

lowej UTEX BP 5,0

o

na podło

ż

u o grupie no

ś

no

ś

ci G4:

25 cm warstwy z gruntów ulepszonych spoiwem SOLITEX o R

m

= 2,5 MPa

lub

25 cm warstwy mieszanki betonowej popiołowo-

ż

u

ż

lowej UTEX BP 5,0

albo

dwóch warstw po 15 cm z gruntów ulepszonych spoiwem SOLITEX:
- warstwa górna o R

m

= 2,5 MPa,

- warstwa dolna o R

m

= 1,5 MPa

lub

dwóch warstw po 15 cm:
- warstwa górna z mieszanki betonowej popiołowo-

ż

u

ż

lowej UTEX BP 5,0,

- warstwa dolna z mieszanki betonowej popiołowo-

ż

u

ż

lowej UTEX BP 2,5.

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

6

3.1.2 UPS mo

ż

e zosta

ć

wykorzystany do wymiany naturalnego podło

ż

a

drogowego do uzyskania grupy no

ś

no

ś

ci G1

Wymianie powinna podlega

ć

warstwa słabego podło

ż

a nawierzchni o grubo

ś

ci

podanej w tablicy 1, zale

ż

nie od grupy no

ś

no

ś

ci podło

ż

a Gi i przyj

ę

tego wska

ź

nika no

ś

no

ś

ci

CBR nowej warstwy.

Du

ż

e grubo

ś

ci warstw gruntu podlegaj

ą

cych wymianie wg tablicy 1 mo

ż

na zmniejszy

ć

,

gdy pod wymienionym gruntem podło

ż

e zostanie wzmocnione geosyntetykiem.

W szczególno

ś

ci zaleca si

ę

wykona

ć

wzmocnienie geosyntetykiem podło

ż

a nawierzchni, gdy

jest ono sklasyfikowane w grupie no

ś

no

ś

ci G3 lub G4 i z tablicy 1 wynika konieczno

ść

wymiany warstwy o grubo

ś

ci > 50 cm. Wzmocnienie podło

ż

a nawierzchni geosyntetykiem

zaleca si

ę

tak

ż

e w przypadku przebudowy podło

ż

a z nadmiernie nawilgoconych rodzimych

gruntów spoistych w stanie mi

ę

kkoplastycznym i plastycznym.

We wszystkich tych przypadkach wykonanie wzmocnienia geosyntetykami powinno by

ć

zaprojektowane indywidualnie z uwzgl

ę

dnieniem cech gruntów, wła

ś

ciwo

ś

ci technicznych

geosyntetyków oraz mo

ż

liwo

ś

ci uzyskania wymaganego wzmocnienia podło

ż

a.

Tabela 1 Grubo

ść

wymienianej warstwy słabego podło

ż

a nawierzchni w zale

ż

no

ś

ci od grupy

no

ś

no

ś

ci istniej

ą

cego podło

ż

a i wska

ź

nika no

ś

no

ś

ci CBR nowej warstwy.

Grubo

ść

nowej warstwy podło

ż

a o grupie no

ś

no

ś

ci [ cm ]

Wska

ź

nik no

ś

no

ś

ci CBR

kruszywa z

ż

u

ż

li

paleniskowych UTEX

[ % ]

G2

G3

G4

15

30

50

A

75

A

A

- Zalecane wzmocnienie podło

ż

a geosyntetykiem

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

7

3.2

PODBUDOWA

Wykorzystanie UPS mo

ż

liwe jest równie

ż

w warstwie no

ś

nej w konstrukcji

nawierzchni drogowej t.j. w warstwie podbudowy w postaci betonu popiołowego lub

podbudowy z gruntu lub kruszywa ulepszonego popiołami lotnymi. Zgodnie z norm

ą

PN-S-

06103 „Podbudowa z betonu popiołowego” maksymalna zawarto

ść

popiołów lotnych

w warstwie podbudowy mo

ż

e wynosi

ć

45 %, co pozwala na ograniczenie zu

ż

ycia drogich

materiałów naturalnych oraz przyczynia si

ę

do ochrony

ś

rodowiska naturalnego.

Przy projektowaniu warstwy podbudowy ulepszonej popiołami lotnymi mo

ż

na zastosowa

ć

do

15 % UPS. Wytyczne dotycz

ą

ce stosowania UPS w warstwach podbudowy ulepszonej

popiołami lotnymi zawarte s

ą

w ogólnych specyfikacjach technicznych OST D-04.05.03

„Podbudowa i ulepszone podło

ż

e z gruntu stabilizowanego aktywnymi popiołami lotnymi”

oraz w normie PN-S 96012 „Podbudowa i ulepszone podło

ż

e z gruntu stabilizowanego

cementem”. Wg powy

ż

szych unormowa

ń

mo

ż

na realizowa

ć

równie

ż

technologi

ę

gł

ę

bokiej

stabilizacji metod

ą

recyklingu na miejscu. Na podstawie powy

ż

szych specyfikacji mo

ż

na

równie

ż

wykonywa

ć

ulepszenie gruntów przy u

ż

yciu popiołów lotnych. Grunty nadaj

ą

ce si

ę

do ulepszenia mieszank

ą

popiołowo-

ż

u

ż

low

ą

to mi

ę

dzy innymi gliny.

No

ś

no

ść

podbudowy wyra

ż

ona wtórnym modułem odkształcenia z badania płyt

ą

naciskow

ą

powinna by

ć

wi

ę

ksza ni

ż

:

o

80 MPa dla dolnej warstwy podbudowy

o

150 MPa dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu lekkim i lekko

ś

rednim (KR2 - KR3)

o

200 MPa dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu

ś

rednim i ci

ęż

kim (KR4-KR5)

o

250 MPa dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu bardzo ci

ęż

kim (KR6).

Oznaczenie modułów odkształcenia na podbudowie z betonów popiołowych

przeprowadza si

ę

po upływie co najmniej 30 dni od dnia ich wykonania i w temperaturze

dojrzewania powy

ż

ej 15 °C.

No

ś

no

ść

podbudowy wyra

ż

ona ugi

ę

ciem spr

ęż

ystym górnej warstwy podbudowy,

mierzonej ugi

ę

ciomierzem belkowym (zgodnie z norm

ą

PN-70/8931-06) po okresie

twardnienia mieszanki (jak wy

ż

ej), przy nacisku na bli

ź

niacze koło samochodu 50 kN,

powinna spełnia

ć

warunek,

ż

e wielko

ś

ci maksymalnych ugi

ęć

spr

ęż

ystych nie powinny

przekracza

ć

:

o

1,5 mm - dla dolnej warstwy podbudowy

o

1,2 mm - dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu lekkim i lekko

ś

rednim (KR2-KR3)

o

1,0 mm - dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu

ś

rednim i ci

ęż

kim (KR4-KR5)

o

0,7 mm - dla górnej warstwy podbudowy przy ruchu bardzo ci

ęż

kim (KR6)

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

8

4.

TYPOWE KONSTRUKCJE NAWIERZCHNI Z UPS

4.1

SCHEMATY ROZWI

Ą

ZA

Ń

KONSTRUKCYJNYCH

Nawierzchnia asfaltowa

Nawierzchnia z kostki betonowej

Nawierzchnia z wykorzystaniem cienkiej warstwy asfaltowej

Nawierzchnia z wykorzystaniem podwójnego powierzchniowego

utrwalenia grysami

- warstwa

ś

cieralna z mieszanki mineralno – asfaltowej

- warstwa wi

ążą

ca z mieszanki mineralno – asfaltowej

- podbudowa z betonu popiołowego Rm 5,0 - 8,0 MPa

lub grunt (kruszywo) ulepszone popiołem Rm 2,5 - 5,0 MPa
(lub ewentualnie z dodatkiem cementu lub wapna)

- podło

ż

e gruntowe G1

- warstwa

ś

cieralna z kostki betonowej

- podsypka piaskowa

- podbudowa z betonu popiołowego Rm 5,0 - 8,0 MPa

lub grunt (kruszywo) ulepszone popiołem Rm 2,5 - 5,0 MPa
(lub ewentualnie z dodatkiem cementu lub wapna)

- podło

ż

e gruntowe G1

- cienka warstwa

ś

cieralna z mieszanki mineralno – asfaltowej

- podbudowa z betonu popiołowego Rm 5,0 - 8,0 MPa

lub grunt (kruszywo) ulepszone popiołem Rm 2,5 - 5,0 MPa
(lub ewentualnie z dodatkiem cementu lub wapna)

- podło

ż

e gruntowe G1

- cienka warstwa

ś

cieralna z wykorzystaniem podwójnego powierzchniowego utrwalenia grysami

- podbudowa z betonu popiołowego Rm 5,0 - 8,0 MPa

lub grunt (kruszywo) ulepszone popiołem Rm 2,5 - 5,0 MPa
(lub ewentualnie z dodatkiem cementu lub wapna)

- podło

ż

e gruntowe G1

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

9

4.2

NAWIERZCHNIA ASFALTOWA

Tabela 2 Konstrukcje z podbudow

ą

z betonu popiołowego BP 8.

Podbudowa z betonu popiołowego na podło

ż

u gruntowym G1

Kategoria ruchu

KR1

KR2

KR3

KR4

KR5

KR6

Warstwa

ś

cieralna

4

4

5

5

5

5

Warstwa wi

ążą

ca

4

7

8

8

9

6

Podbudowa zasadnicza

11

Podbudowa pomocnicza

20

24

25

28

29

29

razem

28

35

38

41

43

51

Tabela 3 Konstrukcje z podbudow

ą

z betonu popiołowego BP 5.

Podbudowa z betonu popiołowego na podło

ż

u gruntowym G1

Kategoria ruchu

KR1

KR2

KR3

KR4

KR5

KR6

Warstwa

ś

cieralna

4

4

5

5

5

5

Warstwa wi

ążą

ca

4

8

9

9

10

6

Podbudowa zasadnicza

12

Podbudowa pomocnicza

21

24

25

28

29

29

razem

29

36

39

42

44

52

Tabela 4 Konstrukcje z gruntu (kruszywa) ulepszonego popiołem i cementem.

Podbudowa z betonu popiołowego na podło

ż

u gruntowym G1

Kategoria ruchu

KR1

KR2

KR3

KR4

KR5

KR6

Warstwa

ś

cieralna

4

4

5

5

5

5

Warstwa wi

ążą

ca

4

8

10

10

10

6

Podbudowa zasadnicza

12

Podbudowa pomocnicza

22

25

25

28

30

30

razem

30

37

40

43

45

53

PPH UTEX sp. z o.o.

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

Katedra Dróg i Mostów Politechniki Śląskiej

10

4.3

NAWIERZCHNIE DLA DRÓG OSIEDLOWYCH

Tabela 5

Podbudowa z betonu popiołowego na podło

ż

u gruntowym G1

Kat. ruchu

Ci

ą

gi pieszo-
jezdne

KR1

KR2

Postój *

pojazdów

>2,5 t

Kostka bet. na

podsypce

piaskowej

Kostka bet.

na podsypce

piaskowej

Mieszanka
mineralno-

asfaltowa

Podwójne

powierzchniowe

utrwalenie

Kostka bet.

na podsypce

piaskowej

Kostka bet.

na podsypce

piaskowej

Warstwa

ś

cieralna

8+3

8+3

3

1

10+3

10+3

Podbudowa

zasadnicza

10

18

25

30

30

30

razem

21

29

28

31

39

39

Legenda:

- beton popiołowy BP 5

- warstwa z mieszanki mineralno-asfaltowej

*

- dla no

ś

no

ś

ci podło

ż

a 120 MPa (E

2

)