1

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

1. S

PIS

T

REŚCI

2. Całkowite natężenie ruchu

2

Dane ruchowe .................................................................................................................................. 2
Prognoza ruchu................................................................................................................................. 2
Wyznaczenie Kategorii Ruchu ........................................................................................................... 5

Dla roku 2019 (okres użytkowania 5 lat)

6

Dla roku 2024 (okres użytkowania 10 lat)

6

3. Projekt wzmocnienia konstrukcji nawierzchni

7

Układ warstw.................................................................................................................................... 7
Metody wzmocnienia nawierzchni asfaltowych ................................................................................. 7

Metoda Benkelmana

8

Metoda FWD

9

Wyniki pomiaru ugięć ..................................................................................................................... 10
Obliczenia ugięcia obliczeniowego .................................................................................................. 10
Określenie grubości zastępczej nakładki wzmacniającej ................................................................... 11

4. Określenie trwałości zmęczeniowej nawierzchni

14

Kryterium spękań zmęczeniowych warstw asfaltowych ................................................................... 15
Kryterium deformacji strukturalnych nawierzchni (podłoża gruntowego) ........................................ 15
Sumaryczny przeniesiony ruch drogowy do wzmocnienia ................................................................ 16
Określenie trwałości zmęczeniowej wzmocnionej konstrukcji nawierzchni ...................................... 16

5. Ocena stanu równości podłużnej nawierzchni

17

Klasyfikacja stanu podłużnego nawierzchni dróg krajowych ............................................................. 18
Dane wyjściowe .............................................................................................................................. 18
Obliczenia wartości ................................................................................................................. 19

6. Ocena stanu równości poprzecznej nawierzchni

19

Klasyfikacja stanu poprzecznego nawierzchni dróg krajowych ........................................................ 20
Dane wyjściowe .............................................................................................................................. 20
Obliczenia wartości H

m

.................................................................................................................... 20

7. Globalna ocena stanu nawierzchni

21

Podstawy oceny globalnej ............................................................................................................... 21
Zabiegi remontowe ......................................................................................................................... 21
Potrzeby remontowe ...................................................................................................................... 21
Strategie utrzymania drogi .............................................................................................................. 22
Ocena globalna stanu nawierzchni .................................................................................................. 22
Wnioski końcowe oceny globalnej................................................................................................... 23

8. Metody Mechanistyczne

23

Prezentacja wyników ...................................................................................................................... 24

Przemieszczenie pionowe (forma odkształcona)

24

Odkształcenia maksymalne

25

Naprężenia normalne na osi pionowej

25

2

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

2. C

AŁKOWITE NATĘŻENIE RUCHU

D

ANE RUCHOWE

motocykle

b

31

s. osobowe

c

2388

lekkie c.

d

702

s. cięż. bez przyczepy

e

275

s. cięż. z przyczepy

f

552

autobusy

g

77

ciągniki

h

33

∑

4028

P

ROGNOZA RUCHU

Prognozę ruchu wykonano w oparciu o metodę wskaźników PKB. Wskaźnik wzrostu

natężenia ruchu pojazdów w danym roku kalendarzowym oblicza się przez
przemnożenie wskaźnika elastyczności oraz wskaźnika wzrostu PKB. Skumulowany
wskaźnik wzrostu natężenia ruchu dla danego roku kalendarzowego oblicza się przez
przemnożenie tego wskaźnika dla roku poprzedniego przez wskaźnik wzrostu ruchu
pojazdów w danym roku. Natężenie ruchu pojazdów danej grupy w rozpatrywanym
roku oblicza się przez przemnożenie natężenia wyjściowego przez skumulowany
wskaźnik wzrostu dla danego roku. Wartości średniego wzrostu wskaźnika PKB,
wskaźnika elastyczności, wskaźnika wzrostu natężenia ruchu pojazdów oraz
skumulowanego wskaźnika wzrostu natężenia ruchu pojazdów zestawiono w tabelach
poniżej. Niezbędne dane pochodzą z zaleceń GDDKiA (średnia wartość wzrostu PKB
przyjęto dla wojweództwa dolnośląskiego regionu jeleniogórskiego).

PKB [%]

2014

2.3

2015

3.1

2016

3.3

2017

3.4

2018

3.2

2019

3.3

2020

3.2

2021

3.0

2022

2.9

2023

2.9

2024

2.8

3

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Wskaźniki elastyczności dla danych typów pojazdów w podanych okresach czasowych
zawarto w tabeli:

O

D

C

CP

wskaźniki

elastyczności w

e

2006 -

2015

0,90 0,33 0,35 1,07

2016 -

2047

0,80 0,33 0,35 1,00

Postępując zgodnie ze wzorem:

Wyznaczono wskaźniki wzrostu ruchu dla pojazdów i zestawiono w tabeli:

wskaźniki wzrostu ruchu dla pojazdów

O

D

C

CP4

M

A

T

2014

1.0207

1.0076

1.0081

1.0246

1.0000

1.0000

1.0000

2015

1.0285

1.0103

1.0109

1.0340

1.0000

1.0000

1.0000

2016

1.0272

1.0110

1.0117

1.0341

1.0000

1.0000

1.0000

2017

1.0279

1.0113

1.0120

1.0352

1.0000

1.0000

1.0000

2018

1.0263

1.0107

1.0113

1.0331

1.0000

1.0000

1.0000

2019

1.0271

1.0110

1.0117

1.0341

1.0000

1.0000

1.0000

2020

1.0263

1.0107

1.0113

1.0331

1.0000

1.0000

1.0000

2021

1.0246

1.0100

1.0106

1.0310

1.0000

1.0000

1.0000

2022

1.0238

1.0097

1.0103

1.0299

1.0000

1.0000

1.0000

2023

1.0238

1.0097

1.0103

1.0299

1.0000

1.0000

1.0000

2024

1.0229

1.0093

1.0099

1.0288

1.0000

1.0000

1.0000

Następnie wyliczono wartości SDR dla wszystkich grup pojazdów w poszczególnych
latach, co przedstawia tabela:

SDR

O

D

C

CP4

M

A

T

2014

2437

707

277

535

31

77

33

2015

2507

715

280

553

31

77

33

Wskaźnik

wzrostu dla

autobusów

obszar

miejski

obszar

zamiejski

1,15

1,0

4

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

SDR

2016

2575

722

284

572

31

77

33

2017

2647

731

287

592

31

77

33

2018

2717

738

290

612

31

77

33

2019

2790

747

294

632

31

77

33

2020

2863

755

297

653

31

77

33

2021

2934

762

300

674

31

77

33

2022

3004

769

303

694

31

77

33

2023

3075

777

306

715

31

77

33

2024

3146

784

309

735

31

77

33

Całkowita prognoza ruchu na okres 10 lat i tendencja wzrostowa została
przedstawiona w tabeli i na wykresie:

Rok

Rodzaj pojadzów

Pomiar

2014

2019

2024

Osobowe

2388

2437

2790

3146

Dostawcze

702

707

747

784

cięż. bez p.

275

277

294

309

cięz. z przyczepa

522

535

632

735

motocykle

31

31

31

31

autobusy

77

77

77

77

ciągniki

33

33

33

33

Suma

4028

4098

4604

5115

Suma C+A+T

907

922

1036

1154

Procent

22.52

22.50

22.50

22.57

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Pomiar

2014

2019

2024

Prognoza SDR

Qr

5

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

W

YZNACZENIE

K

ATEGORII

R

UCHU

Kategorię ruchu ustalamy na podstawie wykonanej prognozy w 10 roku po

oddaniu drogi do eksploatacji. Dla projektowanej konstrukcji nawierzchni przyjęto za
miarodajną oś obliczeniową 100 kN/oś.

(

)

[

⁄

]

6

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

D

LA ROKU

2019

(

OKRES UŻYTKOWANIA

5

LAT

)

Udział procentowy ciężkich CP

13.738 =

115kN/oś

SDR C w 2019r.

N

1

300

SDR CP4 w 2019r.

N

2

674

SDR A w 2019r.

N

4

77

współczynnik obl.

r

1

0.109

współczynnik obl.

r

2

1.950

współczynnik obl.

r

3

0.000

współczynnik obl.

r

4

0.594

współczynnik pasa ruchu

f

1

0.45

Liczba osi obliczeniowych 100kN na
dobę na pas w 5. roku po oddaniu do
eksploat. (2019 r.)

L

626.42 =

KR4

D

LA ROKU

2024

(

OKRES UŻYTKOWANIA

10

LAT

)

Udział procentowy ciężkich CP

14.371 =

115kN/oś

SDR C w 2024r.

N

1

309

SDR CP4 w 2024r.

N

2

735

SDR A w 2024r.

N

4

77

współczynnik obl.

r

1

0.109

współczynnik obl.

r

2

1.950

współczynnik obl.

r

3

0.000

współczynnik obl.

r

4

0.594

współczynnik pasa ruchu

f

1

0.45

Liczba osi obliczeniowych 100kN na dobę
na pas w 10. roku po oddaniu do eksploat.
(2024 r.)

L

680.81 =

KR4

Na podstawie wyznaczonej liczby osi obliczeniowych określono kategorię ruchu.

7

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Sytuacje ruchową zaklasyfikowano jako KR4 w obu przypadkach.

3. P

ROJEKT WZMOCNIENIA KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI

U

KŁAD WARSTW

Symbol

Układ warstw

Grubość
[ cm ]

[ Mpa ]

h1

warstwa ścieralna z bet. asfaltowego

5

19300

h2

warstwa wiążąca z bet. asfaltowego

6

18800

h3

górna warstwa podbudowy z bet. asfaltowego

7

18100

h4

dolna warstwa podbudowy z kr. kamiennego stab.
mech.

20

400

h5

podłoże ulepszone

-

120

M

ETODY WZMOCNIENIA NAWIERZCHNI ASFALTOWYCH

Do projektowania wzmocnień nawierzchni asfaltowych przyjęto dwie metody:
- metodę ugięć, opartą na badaniach belka Benkelmana albo inna równorzędna
metodą,
- metodę mechanistyczną,

Wybór metody projektowania powinien być zależny od dwóch czynników:
- konstrukcja nawierzchni – podatna lub półsztywna,
- kategorii ruchu – KR1-KR6,

8

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Kategoria
ruchu

Typ konstrukcji nawierzchni
Podatna

Półsztywna

KR1 i KR2 Metoda ugięć

Metoda ugięć (metoda
mechanistyczna)

KR3 i KR4 Metoda ugięć (metoda mechanistyczna)
KR5 i KR6 Metoda mechanistyczna na podstawie badan ugięciomierzem

dynamicznym FWD i badań materiałowych, laboratoryjnych

M

ETODA

B

ENKELMANA

Badanie polega na pomiarze ugięć podatnych nawierzchni drogowych za pomocą
ugięciomierza

belkowego

(belki

Benkelmana)

pod

statycznym

naciskiem

samochodowego koła bliźniaczego. Belka jest jakby dźwignią, która pod wpływem
zmiany obciążenia wychyla się, na co reaguje czujnik z podziałką.(belkę umieszczamy
pomiędzy kołami bliźniaczymi, zerujemy czujnik, a następnie samochód powoli
odjeżdża, nawierzchnia „podnosi się” – tym samym belka, jako dźwignia zmienia nacisk
na czujnik, wynik odchylenia zapisujemy). Wyniki z badań określają cechy mechaniczne
nawierzchni a także pozwalają na klasyfikację drogi pod względem jej zdolności
przenoszenia obciążeń (określenie kategorii ruchu) Pomiar ugięć nawierzchni
podatnych ugięciomierzem belkowym.

Ugięciomierz belkowy składa się:
1) części stałej – podstawy A-B z zamocowanym w uchwycie czujnikiem typu
zegarowego oraz poziomą osią obrotową w przekroju A
2) dźwigni C-D zawieszonej obrotowo na osi obrotowej poziomej, składającej się z
dwóch ramion:
- A-C o dł. 240cm, zakończonego macką w punkcie C
- A-D o dł. 120cm, na którym w końcu D opiera się nóżka czujnika od obciążeniem P od
koła samochodu nawierzchnia w punkcie pomiaru ugina się, a macka opuszcza się o
wielkość U. Jednocześnie koniec D dźwigni podnosi nóżkę czujnika o ½ U. Po mnożeniu
przez 2 różnicy odczytów na czujniku przed i po obciążeniu otrzymuje się wartość
ugięcia U. Do obciążania nawierzchni przy pomiarach ugięć używa się samochodu
ciężarowego o sprawdzonym obciążeniu 5t a każde bliźniacze koło tylnej osi
pojedynczej.

9

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

M

ETODA

FWD

Pomiar ugięć nawierzchni ugięciomierzem dynamicznym jest najważniejszym
badaniem służącym do oceny nośności oraz projektowania wzmocnienia nawierzchni
drogowych. Pozwala ono na określenie pozostałej trwałości konstrukcji drogowej,
która jest przewidziana do modernizacji bądź też pozostaje niezmieniona do dalszej
eksploatacji. Na tej podstawie oraz w oparciu o prognozowaną wielkość ruchu
drogowego określa się wielkość(grubość) wzmocnienia oraz technologię jego
wykonania. Do badań ugięć najczęściej stosuje się urządzenia FWD (Falling Weight
Deflectometer) lub HWD (Heavy Weight Deflectometer). Urządzenie HWD pozwala
dodatkowo na rozszerzenie zakresu wykonywanych badań o pomiary ugięć
nawierzchni dróg wykonanych z betonu cementowego oraz nawierzchni lotniskowych.
Charakterystyka badania:
− obciążenie nawierzchni siłą 50 kN rozłożoną na płytę naciskową ąo promieniu 15 cm,
− pomiar czaszy ugięć za pomocą czujników przemieszczeń
– geofonów,
− ponadto rejestrowane wartości: siły impulsu, temperatury powietrza i warstw
asfaltowych, dystans przebytej rogi.
Pomiary FWD wykonano na prawym pasie ruchu w śladzie prawego koła w obydwu
kierunkach w odstępie co 200 m z przesunięciem 100 m względem przeciwnych
kierunków. Na ich podstawie dokonano oceny nośności nawierzchni części dróg
wojewódzkich, w oparciu o rozpoznaną konstrukcję nawierzchni i dane o ruchu
drogowym z pomiaru.

10

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

W

YNIKI POMIARU UGIĘĆ

Ui=

0.65

0.47

0.53

0.21

0.58

0.26

0

0.08

0.05

0.51

0.9

0.25

0.25

0.14

0.99

0.54

0.88

0.94

0.76

0.97

0.79

0.19

0.22

0.53

O

BLICZENIA UGIĘCIA OBLICZENIOWEGO

Ugięcie wyznacza się je ze wzoru:

, gdzie:

- ugięcie obliczeniowe,

- miarodajne ugięcie sprężyste obliczone ze wzoru:

√

∑(

)

- współczynnik temperaturowy (korygujący ugięcia ze względu na temperaturę

pomiaru
ugięć T ( C), ze wzoru:

( )

- współczynnik sezonowości (korygujący ugięcia ze względu na porę roku),

- współczynnik podbudowy (korygujący ze względu na rodzaj podbudowy),

- średnie ugięcie sprężyste dla danej sekcji jednorodnej,

- odchylenie standardowe ugięć dla sekcji jednorodnej,

Dodatkowo, jeżeli pomiar wykonany został ugięciomierzem FWD, to ugięcie
miarodajne należy przeliczyć względem metody Benkelmana. Dla nawierzchni
asfaltowych przeliczenia ugięć pomiędzy obiema metodami (FWD i Benkelmana)
dokonuje się za pomocą wzorów(„Katalog wzmocnień i remontów nawierzchni
sztywnych i półsztywnych, Załącznik C, Procedura 4):



dla nawierzchni podatnej: BB = 1,24 FWD



dla nawierzchni półsztywnej: BB = 1,31 FWD5)

11

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Po wyznaczeniu ugięć obliczeniowych i ruchu całkowitego określa się wymaganą
grubość zastępczą nakładki wzmacniającej z nomogramu. Grubość zastępcza nakładki
wzmacniającej jest to grubość w przeliczeniu na tłuczeń standardowy. Katalog nie
podaje wartości jakie należy przyjmować dla współczynnika sezonowości

, lecz w

ramach pracy: „Opracowanie współczynników sezonowych dla nawierzchni dróg w
polskich warunkach klimatycznych . IBDiM na zlecenie GDDKiA” zostały opracowane i
wynoszą:
- 1,00 – dla miesięcy marzec i kwiecień,
- 1,15 –maj, czerwiec, lipiec, sierpień, wrzesień,
- 1,25 –październik, listopad.
Wartość współczynnika podbudowy

podano orientacyjnie:

- 1,0 – dla nawierzchni podatnych,
- 1,0 ÷ 1,4 –dla nawierzchni półsztywnych.
Większą wartość współczynnika

zaleca się przyjmować dla podbudowy

sztywniejszej. Gdy podbudowa jest bardzo spękana, to pracuje ona w sposób podobny
do podatnej, a wówczas współczynnik

jest bliski 1,0.W celu dokładniejszego

oszacowania wartości współczynnika podbudowy należy się posiłkować dodatkowo
oceną stanu podbudowy związanej spoiwem hydraulicznym. Dodatkowe informacje
można uzyskać poprzez wykonanie odwiertów w nawierzchni oraz z badań
wytrzymałościowych próbek pobranych z podbudowy.

Ui=

0.65

0.47

0.53

0.21

0.58

0.26

0

0.08

0.05

0.51

0.9

0.25

0.25

0.14

0.99

0.54

0.88

0.94

0.76

0.97

0.79

0.19

0.22

0.53

UWAGA : Wartości maksymalne i minimalne odrzucono.

[mm]

[mm]

Przyjęto:

( ) – pomiar wykonany w temperaturze 10˚C,

– 1,0 – pomiar wykonano w marcu,

– 1,0 – nawierzchnia podatna,

O

KREŚLENIE GRUBOŚCI ZASTĘPCZEJ NAKŁADKI WZMACNIAJĄCEJ

Grubość zastępcza nakładki wzmacniającej

jest to grubość w przeliczeniu na

tłuczeń standardowy.

Współczynników materiałowe warstw nakładek wzmacniających nawierzchnie
przedstawiono na poniższym zdjęciu:

12

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Minimalna grubość pakietu warstw asfaltowych ułożonych na warstwach pośrednich z
materiału niezwiązanego asfaltem:

Obliczenie ruchu całkowitego

∑

Gdzie:

- ruch całkowity wyrażony w osiach obliczeniowych 100kN w przekroju drogi w

okresie obliczeniowym,

- współczynnik obliczeniowego pasa ruchu według KWRNPP,

13

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

- Średni Dobowy Ruch w i-tym okresie, wyrażony liczbą osi obliczeniowych

100kN w przekroju drogi,

- liczba lat w i-tym okresie.

∑

Dla okresu 10 lat:

∑

Wymagana grubość zastępcza nakładki
Dla ruchu całkowitego 1 242 478 [osi 100kN/pas] oraz ugięcia obliczeniowego

[mm] odczytano z nomogramu grubość zastępczą wzmocnienia

[cm].

Układ warstw wzmacniających
Dobór nowego układu warstw wzmacniających ze względu na odczytaną grubość
zastępczą

[cm]. Ze względu na małą grubość wymaganego

wzmocnienia dokonano tylko wzmocnienia warstw ścieralnej i wiążącej.

WARIANT A

Układ warstw

Rodzaj materiału

Grubość

a

i

Gr.
tłucznia

[cm]

[cm]

[cm]

Warstwa ścieralna

Beton asfaltowy 0/16 5

2

10

Warstwa wiążąca

Beton asfaltowy 0/20 7

2

14

WARIANT B

Układ warstw

Rodzaj materiału

Grubość

a

i

Grubość
zastępcza

[cm]

[cm]

[cm]

Warstwa ścieralna

SMA

5

2

10

Warstwa wiążąca

Beton asfaltowy 0/20 7

2

14

Sprawdzenie grubości zastępczej warstw

,gdzie:

- projektowana grubość poszczególnych warstw nakładki

- współczynniki materiałowe poszczególnych warstw nakładki

WARIANT A

WARIANT B

[cm]

14

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Nomogram do wyznaczania grubości zastępczej wzmocnienia:

4. O

KREŚLENIE TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ NAWIERZCHNI

Zadane parametry istniejących warstw konstrukcji nawierzchni i podłoża
gruntowego:

15

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Numer
warstwy

Poziome
odkszta cenia
rozciągające na
spodzie warstw
asfaltowych

( )

[-]

Pionowe
odkszta cenia
ciskające

na

g rze

pod o a

gruntowego

( )

[-]

Modu
sztywno ci
warstw
asfaltowych

E [MPa]

Zawarto ć
obj to ciowa
asfaltu
V

b

[%]

Zawarto ć
obj to ciowa
wolnych
przestrzeni
V

a

[%]

1

9.00E-07

-

7319

14.9

5.9

2

1.80E-06

-

9576

13.4

4.6

3

2.60E-06

-

6466

10.1

3.9

4

-

1.86E-05

-

-

-

K

RYTERIUM SPĘKAŃ ZMĘCZENIOWYCH WARSTW ASFALTOWYCH

(

| |

) , gdzie:

N – liczba obciążeń do wystąpienia spękań zmęczeniowych na 20% powierzchni jezdni,

- odkształcenia rozciągające (wartość bezwzględna),

| | – moduł sztywności mieszanki mineralno – asfaltowej [ MPa ].

(

)

- zawartość objętościowa asfaltu %,

- zawartość objętościowa wolnej przestrzeni %

K

RYTERIUM DEFORMACJI STRUKTURALNYCH NAWIERZCHNI

(

PODŁOŻA GRUNTOWEGO

)

Jest to zależność pomiędzy dopuszczalną liczbą powtarzalnych obciążeń N do
powstania krytycznej deformacji strukturalnej równej 12,5 mm a odkształceniem
pionowym na powierzchni podłoża gruntowego

.

(

)

, gdzie:

N – liczba dopuszczalnych obciążeń do wystąpienia krytycznej deformacji strukturalnej
konstrukcji nawierzchni
k, m – współczynniki doświadczalne równe odpowiednio

Po przekształceniu wzoru otrzymamy:

(

( )

)

(

( )

)

16

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Trwałość zmęczeniowa poszczególnych warstw istniejącej konstrukcji nawierzchni:

Nr
war.

( ó )

( ó )

E
[MPa]

V

b

V

a

M

C

N

i

N

f

S

=min(N

i

)

[%]

[%]

[-]

[-]

1

9.00E-
07

-

7319 14.9

5.9

0.127 1.812 6.00E+12

2.153E+11

2

1.80E-
06

-

9576 13.4

4.6

0.263 3.417 6.67E+11

3

2.60E-
06

-

6466 10.1

3.9

0.152 2.032 2.1E+11

4

-

1.86E-
05

-

-

-

-

-

2.18E+12

S

UMARYCZNY PRZENIESIONY RUCH DROGOWY DO WZMOCNIENIA

Przyjęto, że analizowana droga była budowana w 2013 roku a oddana do użytku w
2014, a zapotrzebowanie na przebudowę wystąpiło w roku 2019.

, gdzie:

T – liczba lat eksploatacji istniejącej drogi T= 5 lat

Szkoda zmęczeniowa konstrukcji jest to utrata części trwałości określonej warstwy, na
skutek uszkodzeń spowodowanych ruchem drogowym, który przenosiła nawierzchnia.

, gdzie:

D – szkoda zmęczeniowa %

- sumaryczny ruch, który wystąpił na drodze,

- trwałość zmęczeniowa istniejącej konstrukcji ze względu na spękania warstw

asfaltowych

{

}

O

KREŚLENIE TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ WZMOCNIONEJ KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI

- Wzmocnienie konstrukcji nawierzchni przyjęto na podstawie metody ugięć – Wariant
A
- W ramach wzmocnienia założono frezowanie warstwy ścieralnej i wiążącej

17

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

- Proporcje objętościowe oraz moduły sztywności nowych warstw przyjęto na potrzeby
projektu identyczne jak dla górnej warstwy podbudowy istniejącej konstrukcji
nawierzchni.
- Do celów projektowych przyjęto, że zadane odkształcenia poziome rozciągające i
pionowe ściskające po wzmocnieniu konstrukcji nawierzchni ulegną zmniejszeniu o
40%.

Trwałość zmęczeniowa poszczególnych warstw wzmocnionej konstrukcji nawierzchni:

Nr
war.

( ó )

( ó )

E
[MPa]

V

b

V

a

M

C

N

i

N

f

S

=min(N

i

)

[%] [%]

[-]

[-]

1

5.40E-
07

-

6466 10.1 3.9

0.152 2.032 3.7968E+13

1.15651E+12

2

1.08E-
06

-

6466 10.1 3.9

0.152 2.032 3.8791E+12

3

1.56E-
06

-

6466 10.1 3.9

0.152 2.032 1.1565E+12

4

-

1.12E-
05

-

-

-

-

-

2.1587E+13

Jako decydujące przyjęto kryterium spękań starych warstw asfaltowych. Po

uwzględnieniu szkody zmęczeniowej trwałość zmęczeniowa konstrukcji nawierzchni po
wzmocnieniu wynosi:

(

)

(

)

Na podstawie danych ustalono szkodę zmęczeniową

Wyznaczona

trwałość zmęczeniowa konstrukcji po wzmocnieniu przewiduje wytrzymałość na ponad
1,1 bilionów osi obliczeniowych 100kN/pas, podczas gdy prognozowana ilość ruchu
całkowitego w okresie 2014-2024 r. jest równa w przybliżeniu 1,25 mln osi obl.
100kN/pas. Na tej podstawie można stwierdzić, że przyjęte wzmocnienie nawierzchni
(obliczone za pomocą metody ugięć) na podstawie trwałości zmęczeniowej jest za
grube. Dodatkowo wyniki pomiarów ugięć oraz zadane parametry do określenia
trwałości zostały wygenerowane automatycznie, przez co nie są spójne, zatem przyjęte
wzmocnienie nawierzchni można w ten sposób weryfikować jedynie w celach
ćwiczeniowych.

5. O

CENA STANU RÓWNOŚCI PODŁUŻNEJ NAWIERZCHNI

Równość podłużna – cecha eksploatacyjna określająca zdolność nawierzchni jezdni do
niewzbudzania wstrząsów i drgań poruszającego się pojazdu.

Profilometryczne urządzenie – urządzenie pomiarowe przystosowane do rejestracji
rzędnych profilu podłużnego nawierzchni jezdni z błędem nie większym niż 1 mm w
równoodległych punktach, nie rzadziej niż co 0,25 m.

18

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Pomiar równości podłużnej – ustalony sposób pomiaru na pasie ruchu pojazdów
profilu podłużnego nawierzchni jezdni o charakterystycznych długościach nierówności
z przedziału od 0,5 m do 50 m, umożliwiający wyznaczenie wskaźnika IRI (International
Roughness Index).

Wskaźnik IRI, wyrażany w mm/m lub m/km, międzynarodowy wskaźnik równości
charakteryzuje pracę zawieszenia w umownie przyjętym modelu obliczeniowym
pojazdu, który porusza się ze stałą prędkością 80km/h po zarejestrowanym profilu
nawierzchni jezdni na odcinku drogi o określonej długości. W systemie SOSN przyjmuje
się, że odcinek ten ma długość 50 m.

Miarodajna równość podłużna - ocena równości podłużnej przyjmowana w klasyfikacji
stanu nawierzchni. Jest równa wartości średniej, którą oblicza się dla zbioru n wyników
z pomiaru równości podłużnej.

Odcinkowa ocena równości podłużnej – miarodajna równość podłużna obliczona dla
odcinka drogi o długości 1 km. W przypadku szczególnym, takim jak początek lub
koniec drogi, ocena ta może być wyznaczona dla odcinka o długości od 0,5 km do 1,5
km (10 ≤ n ≤ 29).

K

LASYFIKACJA STANU PODŁUŻNEGO NAWIERZCHNI DRÓG KRAJOWYCH

Klasyfikacja stanu nawierzchni dróg krajowych klasy: A, S i GP oraz G pod względem
równości podłużnej z Załącznika B do „SOSN – wytyczne zastosowań”:

D

ANE WYJŚCIOWE

Wyniki pomiarów równości podłużnej nawierzchni:
IRI 1 =

3.9

IRI 6 =

5.5

IRI 11 =

3.6

IRI 16 =

5

IRI 2 =

4.8

IRI 7 =

5.3

IRI 12 =

4.3

IRI 17 =

4.9

IRI 3 =

5.3

IRI 8 =

4.8

IRI 13 =

4.6

IRI 18 =

5.2

IRI 4 =

5.3

IRI 9 =

5

IRI 14 =

4.8

IRI 19 =

4.5

IRI 5 =

5.7

IRI 10 =

5.6

IRI 15 =

5.4

IRI 20 =

4.7

19

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

O

BLICZENIA WARTOŚCI

Wartość IRI wyznacza się je ze wzoru:

∑

∑

Na podstawie wyznaczonej wartości IRI klasa usterki dla drogi G to klasa B czyli stan
zadowalający odcinka.

6. O

CENA STANU RÓWNOŚCI POPRZECZNEJ NAWIERZCHNI

Koleina – trwałe odkształcenie przekroju poprzecznego nawierzchni, powstałe wzdłuż
drogi w miejscu oddziaływania kół pojazdów w ruchu.

Głębokość koleiny (h) – wielkość największego odkształcenia nawierzchni określona w
milimetrach według metody dwumetrowej łaty i klina.

Metoda dwumetrowej łaty i klina – ustalony sposób pomiaru głębokości koleiny,
polegający na znalezieniu największego prześwitu w śladzie kół pod swobodnie
położoną na nawierzchni w kierunku poprzecznym do osi drogi dwumetrową
łatą(prostoliniową listwą), który mierzy się klinem mierniczym z dokładnością nie
mniejszą niż 1,0 mm pomiędzy punktami określającymi szerokość koleiny (L), gdzie 0,8
m ≤L≤2,0 m,

Automatyczny pomiar głębokości koleiny – ustalony sposób prowadzenia pomiarów
głębokości koleiny (h) w równoodległych przekrojach poprzecznych drogi, oddalonych
od siebie nie więcej niż 5 m.

Miarodajna głębokość koleiny – ocena kolein przyjmowana w klasyfikacji stanu
nawierzchni. Jest równa sumie wartości średniej E[h] i dwóch odchyleń standardowych
D

hs

, które oblicza się dla zbioru n wyników z automatyczne go pomiaru głębokości

koleiny (h).

Odcinkowa ocena stanu koleiny – miarodajna głębokość koleiny obliczona dla odcinka
drogi o ustalonej długości, przy przy czym wyróżnia się dwie długości: 100 m i 1000 m.

20

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

K

LASYFIKACJA STANU POPRZECZNEGO NAWIERZCHNI DRÓG KRAJOWYCH

Klasyfikacja stanu nawierzchni dróg krajowych klasy: A, S i GP oraz G pod względem
równości poprzecznej z Załącznika C do „SOSN – wytyczne stosowania”:

D

ANE WYJŚCIOWE

Wyniki pomiarów równości poprzecznej nawierzchni:
h 1 =

6.1

h 6 =

5.3

h 11 =

4.8

h 16 =

5.8

h 2 =

6.2

h 7 =

6.6

h 12 =

5.9

h 17 =

6.4

h 3 =

7.8

h 8 =

7.6

h 13 =

6.5

h 18 =

6.2

h 4 =

9.6

h 9 =

8.8

h 14 =

9.6

h 19 =

7

h 5 =

8.4

h 10 =

11.6

h 15 =

11.3

h 20 =

10.7

O

BLICZENIA WARTOŚCI

H

M

Odcinkową ocenę równości poprzecznej H

m

dla wyników pomiarów o liczebności n=20

wyznacza się wg wzoru:

[ cm ]

gdzie:
Wartość średnia wyników pomiarów równości poprzecznej:

∑

[ cm ]

Odchylenie standardowe wyników pomiarów nierówności poprzecznej:

√

∑(

)

[ cm ]

[ cm ]

Klasa usterki dla drogi G to klasa B czyli stan zadowalający.

21

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

7. G

LOBALNA OCENA STANU NAWIERZCHNI

P

ODSTAWY OCENY GLOBALNEJ

Odcinek drogi w systemie SOSN charakteryzowany jest przez pięć parametrów
techniczno-eksploatacyjnych, z których każdy klasyfikuje się do jednej z czterech klas
od A-D. Następnie należy ustalić tzw. parametr dominujący na podstawie poniższej
hierarchii:



Nośność (U),



Stan spękań (N),



Równość podłużna – (R),



Różność poprzeczna - koleiny – (K),



Stan powierzchni – (Sp),



Właściwości przeciwpoślizgowe – (S).

Parametrem dominującym w poziomie krytycznym jest ten, który został oceniony w
klasie D i ma najwyższy priorytet. Parametrem dominującym w poziomie
ostrzegawczym jest ten, który został oceniony co najmniej w klasie C i ma najwyższy
priorytet. Jeżeli żaden z parametrów nie został oceniony co najmniej w klasie C, to
parametr dominujący nie występuje, zatem zabieg remontowy na tym odcinku drogi
jest „nieokreślony" z uwagi na brak danych. Na podstawie zebranych danych o stanie
równości poprzecznej i podłużnej na potrzeby projektu zastanie wyznaczona niepełna
ocena globalna stanu nawierzchni. Parametr dominujący oceny globalnej:



Równość podłużna - R - KLASA B



Różność poprzeczna - K - KLASA B

Parametr dominujący – R (ze względu na parametr będący na granicy klasy B i C)

Z

ABIEGI REMONTOWE

Wzmocnienie – grupa zabiegów poprawiających wszystkie cechy techniczno-
eksploatacyjne nawierzchni oceniane w Systemie,
Wyrównanie z warstwa ścieralna – grupa zabiegów poprawiających równość podłużną,
likwidująca koleiny, polepszająca stan powierzchni i właściwości przeciwpoślizgowe,
Zabieg powierzchniowy – grupa zabiegów polepszająca stan powierzchni właściwości
przeciwpoślizgowe

P

OTRZEBY REMONTOWE

Zależności pomiędzy parametrem dominującym i grupą zabiegów remontowych:

22

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

Na podstawie parametru dominującego zgodnie z tabelą 4.3.4 w „SOSN - wytyczne
stosowania" ustalono potrzeby remontowe na odcinku pomiarowym: Wyrównanie z
warstwą ścieralną.

S

TRATEGIE UTRZYMANIA DROGI



Priorytet poprawy stanu strukturalnego nawierzchni, dla którego przyjęto 70%
łącznego udziału parametrów: ugięcia, stan spękań i stan powierzchni;



Priorytet poprawy stanu bezpieczeństwa ruchu, dla którego przyjęto 70%
łącznego udziału parametrów: stanu powierzchni, koleiny i właściwości
przeciwpoślizgowe;



Minimalizacji kosztów zabiegów utrzymaniowych, dla której wagi są
proporcjonalne do jednostkowych kosztów robót; przy tej strategii
uwzględnione sa parametry decydujące o rodzaju zabiegu utrzymaniowego.

Przykładowe wartości wag dla różnych strategii utrzymania dróg:

O

CENA GLOBALNA STANU NAWIERZCHNI

Równość podłużna R:

Równość poprzeczna K:

Wskaźnik globalny G:
- przyjęta strategia utrzymania drogi: Priorytet poprawy bezpieczeństwa ruchu

[

]

Wskaźnik globalny zawiera się w przedziale <0,100>, zatem im wyższa jego wartość,
tym lepszy stan nawierzchni. Obliczony wskaźnik globalny można zinterpretować w ten
sposób, że G=100 oznacza brak uszkodzeń wszystkich parametrów techniczno-
eksploatacyjnych. Na podstawie obliczeń, analizowana konstrukcja nawierzchni pod
względem przeanalizowanej równości poprzecznej i podłużnej posiada globalnie
uszkodzenia na poziomie 15%.

23

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

W

NIOSKI KOŃCOWE OCENY GLOBALNEJ

Wykorzystując tylko metodę ugięć można stwierdzić, że konieczne jest wykonanie
wzmocnienia wykonanego zgodnie z przedstawioną propozycją. Analizując pozostałe
parametry na podstawie „SOSN – wytyczne stosowania” – Aktualizacja związana z
wykorzystaniem wyników pomiarów ugięć po przeprowadzonej analizie stanu
nawierzchni można stwierdzić, iż jest ona w Klasie B – Poziomu pożądanego
(nawierzchnia w stanie zadawalającym). Oznacza to, że przez okres co najmniej 4
kolejnych lat nie wymaga zabiegów remontowych.

8. M

ETODY

M

ECHANISTYCZNE

Metody mechanistyczne projektowania wzmocnień to metoda oparta o analizę stanu
naprężeń i odkształceń w konstrukcji nawierzchni i o trwałość zmęczeniową
konstrukcji. W tym celu nawierzchnię traktuje się jako układ warstw o określonej
grubości na podłożu gruntowym o nieskończonej grubości. Układ ten modeluje się,
zakładając jego charakterystykę mechaniczną i odpowiadające jej parametry
określające materiał poszczególnych warstw, Najczęściej przyjmuje się model warstw
sprężystych położonych na półprzestrzeni sprężystej. Znacznie rzadziej spotyka się
model nawierzchni z wykorzystaniem charakterytyki lepko-sprężystej lub lepko-
plastyczno-sprężystej warstw nawierzchni. Takie modele są trudniejsze w stosowaniu i
wymagają większej liczby parametrów materiałów oraz wykonywania bardziej
skomplikowanych badań materiałowych. Modele te są jednak znacznie bardziej bliskie
rzeczywistości pracy nawierzchni asfaltowej. Obok konieczności znajomości
parametrów materiałówych potrzeba jest wiedza o charakterystyce zmęczeniowej.
Wszystkie te dane wymagają pozyskania za pomocą badań materiałowych w
laboratorium. Celem projektowania metodą mechanistyczną jest udzielenie
odpowiedzi na pytanie czy istniejąca warstwa konstrukcji może w sposób bezpieczny
przeniść ruch całkowity w planowanym okresie eksploatacji. W zależności od wyników
konstrukcja albo będzie wymagać wzmocnienia albo nie. Ze względu na brak
odpowiednich danych materiałowych w poniższym opracowaniu ograniczymy się
jedynie do zamodelowania modelu sprężystego przykładowej konstrukcji nawierchni
sztywnej o następujących parametrach :

LP

Nawierzchnia

Moduł Younga [MPa]

Wsp. Poissona

Grubość

1

Beton cementowy

43 500

0.15

23cm

2

Beton asfaltowy

2 700

0.15

12cm

3

Żwir 0/63

300

0.3

19cm

4

Podłoże gruntowe

100

0.35

446 cm

Wybrano najniekorzystniejszy schemat obciążenia – obciążenie przyłożone na krawędzi
płyty. Ustrój płyty zamodelowano jako element „solid” o wymiarach 4.5m x 3.5m w
planie. Obciążenie przekazane jest na nawierzchnię poprzez graniastosłup o
nieskończonej sztywności i wymiarach 0.45m x 0.4375m obciążony równomiernie na
powierzchnie 250 kPa co odpowiada sile skupionej równej 50kN. Wymiar oczka siatki
MES przyjęto równy 0.225m. Schemat statyczny zaprojektowano jako sztywne
utwierdzenie od dołu oraz łyżwy na wszystkich ścianach pionowych (Rys.1).

24

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

P

REZENTACJA WYNIKÓW

P

RZEMIESZCZENIE PIONOWE

(

FORMA ODKSZTAŁCONA

)

25

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski

O

DKSZTAŁCENIA MAKSYMALNE

N

APRĘŻENIA NORMALNE NA OSI PIONOWEJ

26

1

Wykonał: inż. Krystian Kaczorowski