Utrzymanie infrastruktury

komunikacyjnej

Projektowanie nowych

nawierzchni

dr inż. Dariusz Godlewski

POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJ

ZAKŁAD INŻYNIERII KOMUNIKACYJNEJ

Warszawa,
2010

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody praktyczne

Podejście katalogowe

Rodziny metod

Rodziny metod

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody teoretyczne

Metoda Boussinesque'a (1885)



z











dop

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody teoretyczne

Metoda de Hogg'a

(1938)

Warstwa 1 : h

1

, E

1

, 

1

Warstwa 2 : h

2

 E

2



z













dop



max











dop



max











dop



Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody teoretyczne

Metoda Westergaarda

Warstwa 1 : h

1

, E

1

, 



Warstwa 2 : h

2

, E

2

, k

p









max









dop





max









dop



Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody teoretyczne

Metoda Burmistera

Warstwa 1 : h

1

, E

1

, 



Warstwa 2 : h

2

, E

2

,



2

Warstwa 3 : h

3

, E

3

,



3

Warstwa i : h

i

, E

i

, 



Warstwa 1 : h

j

, E

j

, k

p







max









dop





max









dop



dla każdej

warstwy

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody teoretyczne

Metoda mechanistyczna

Warstwa 1 : h

1

, E

1

, 



Warstwa 2 : h

2

, E

2

,





Warstwa 3 : h

3

, E

3

,





Warstwa i : h

i

, E

i

, 



Warstwa j : h

j

, E

j

, k

p





Kryterium zmęczeniowe dla każdej

warstwy

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody praktyczne

Podejście katalogowe

Rodziny metod

Rodziny metod

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody praktyczne

Metody praktyczne

Metoda CBR

Kalifornijski Wskaźnik Nośności CBR (Californian Bearing

Ratio)

procentowy stosunek obciążenia jednostkowego, jakie jest potrzebne do

wciśnięcia w dany materiał (grunt) znormalizowanego trzpienia z
określoną prędkością oraz na określoną głębokość do obciążenia
jednostkowego, jakie jest potrzebne do wciśnięcia tego samego trzpienia
na tę samą głębokość i z taką samą prędkością w tłuczeń standardowy.

Materiał (grunt)

CBR [%]

Tłuczeń

100

Pospółki, żwiry, rumosze skalne

> 15

Piaski gruboziarniste

13 - 14

Piaski średnioziarniste

12 – 13

Piaski drobnoziarniste

10 – 11

Piaski pylaste

9 – 10

Rumosze gliniaste, żwiry gliniaste, pospółki gliniaste,7 – 9
Piaski pylaste, piaski gliniaste, pyły piaszczyste,

5 – 7

Pyły, pyły piaszczyste

2 – 5

Grunty organiczne

<2

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda CBR

Metoda CBR

Hz wym = D c

Hz wym – zastępcza

(tłuczeń)

wymagana grubość nawierzchni



– współczynnik zależny od klimatu (0,90; 1; 1,15)

c – współczynnik dopuszczalnych nacisków na oś

c ={

1

; 1,12 }

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda CBR

Metoda CBR

D

o

1

o

2

o

3

o

4

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda CBR

Metoda CBR

Hz rzecz = xh1 + yh2 + zh3

...



y

i

h2

i

) ...



h2

i

) = h2

Hz rzecz – zastępcza

(tłuczeń)

grubość zaprojektowanej

nawierzchni

h1, h2, h3 – rzeczywista grubość odpowiednio warstwy :

jezdnej, górnej i dolnej warstwy podbudowy

x, y, z – odpowiednie współczynniki materiałowe

Hz rzecz < > ? Hz wym

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda CBR

Metoda CBR

Rodzaj materiału

Współczynnik x

Beton asfaltowy

2

Beton smołowy

1,8

Macadam bitumiczny(klinująca się masa mineralno- bitumiczna)

1,7

Rodzaj materiału

Współczynnik y

Żwir o dobrej jakości

0,5

Kruszywo niesortowane z kamienia łamanego o dobrej jakości 0,9
Tłuczeń dobrze klinowany

1

Żużel wielkopiecowy o dobrej jakości

1,1

Grunty gruboziarniste lub kruszywo łamane ulepszone małym dodatkiem cementu

1,25

Grunty drobnoziarniste stabilizowane lepiszczami bitumicznymi 1,10 – 1,20
Grunty piaszczyste stabilizowane cementem lub popiołami lotnymi1,35
Grunty żwirowe i pospółki stabilizowane cementem lub popiołami lotnymi

1,45

Chudy beton

1,50 – 1,55

Kruszywo łamane otaczane lepiszczem bitumicznym o grubości do 10 cm

2

Masy bitumiczne jw. o grubości powyżej 10cm

2,5

Rodzaj materiału

Współczynnik z

Wszystkie materiały wymienione w tablicy......... (powyżej)

Y

Grunty mało spoiste i średnio spoiste stabilizowane cementem

1,25 – 1,35

Grunty mało spoiste i średnio spoiste stabilizowane wapnem lub popiołami lotnymi

1,15 – 1,20

Żwir średniej jakości, pospółka bardzo dobrej jakości

0,70 – 0,75

Pospółka średniej jakości i piaski gruboziarniste

0,60 – 0,65

Piaski średnioziarniste i miał kamienny 0,55
Piaski drobnoziarniste

0,45

Wskaźniki materiałowe : x, y, z

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda CBR

Metoda CBR

PRZYKŁAD ---> Dane :

gdzie

dopuszczalne naciski

Ppor

okres eksploatacji

rodzaj podłoża, CBR

materiały

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody praktyczne

Metody praktyczne

Metoda PJ - ITB

(Pachowski Jan – Instytut Techniki Budowlanej)

h1 – warstwa(y) jezdna(e)

h3 – dolna warstwa(y) podbudowy

(podbudowa pomocnicza)

h2 – górna warstwa(y)

podbudowy (podbudowa

zasadnicza)

h4 – warstwa odcinająca

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ-ITB

Metoda PJ-ITB

h = h1 + h2 + h3 + h4

h1 =

3

* a * b1

h2 =

15

* a * b2 * c * d1

h3 =

10

* a * b3 * c * d2 * e

h4 =

5

* b4 * d2

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ-ITB

Metoda PJ-ITB

Współczynnik intensywności

ruchu a

Kategoria ruchu Liczba P.P. 80 kN/oś Współczynnik a
R1

<12

1,0 – 1,2

R2

12 – 18

1,2 – 1,3

18 – 35

1,3 – 1,5

R3

35 – 50

1,5 – 1,6

50 – 70

1,6 – 1,7

R4

70 – 100

1,7 – 1,8

100 – 200

1,8 – 2,0

R5

200 – 500

2,0 – 2,2

500 – 1000

2,2 – 2,45

R6

> 1000

> 2,45

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ-ITB

Metoda PJ-ITB

Współczynniki materiałowe b

Materiał

Współczynnik b2

Tłuczeń dobrze klinowany

1

Żwir o ciągłym uziarnieniu

1,2

Kruszywo niesortowane z kamienia łamanego lub żużel wielkopiecowy średniej jakości

1,1

Żużel wielkopiecowy o wysokiej jakości

0,9

Grunty gruboziarniste lub kruszywo łamane ulepszone małym dodatkiem cementu

0,8

Grunty drobnoziarniste stabilizowane lepiszczami bitumicznymi

0,85 – 0,90

Grunty stabilizowane cementem

0,7

Chudy beton

0,6

Żwiry i pospółki stabilizowane lepiszczami bitumicznymi

0,60 – 0,80

Kruszywo łamane otaczane lepiszczami bitumicznymi o łącznej grubości warstwy do 10 cm

0,5

Kruszywo łamane otaczane lepiszczami bitumicznymi o łącznej grubości powyżej 10 cm

0,33 – 0,40

Materiał

Współczynnik b3

Piaski średnioziarniste lub podobne materiały

1

Piaski drobnoziarniste

1,3

Piaski grube, pospółki

0,8

Kruszywo niesortowane (żwiry, kamień łamany, żużel)

0,6

Grunty stabilizowane materiałami wiążącymi (wapnem, popiołami lotnymi, cementem, bitumem)

0,5

Materiał

Współczynnik b4

Piaski lub inny materiał kamienny

1

Grunty stabilizowane materiałami wiążącymi 0,8
Przy wykonaniu warstwy h3 z gruntów stabilizowanych albo piasków drobnoziarnistych lub innych materiałów podobnych, można nie robić warstwy h4

0

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ-ITB

Metoda PJ-ITB

Współczynniki podłoża d

Materiał

Współczynnik d1

Piaski drobne lub grunty wątpliwe lub wysadzinowe

1

Piaski średnie

0,9

Piaski grube lub pospółki

0,8

Żwiry lub rumosz skalny

0,60 – 0,70

Rodzaj gruntu Materiał

Stopień plastyczności

CBR D2 dla wody > 2,0 m D2 dla wody 1 – 2 m

Niewysadzinowe Rumosz, żwiry, pospółki, piaski

> 10

0

0

Wątpliwe

Żwiry gliniaste, pospółki gliniaste, piaski pylaste, pyły piaszczyste, piaski gliniaste

< 0

> 6

1

1,2

Żwiry gliniaste, pospółki gliniaste, piaski pylaste, pyły piaszczyste, piaski gliniaste

> 0

> 6

1,2

1,4

Wysadzinowe mineralne

< 0,25

> 2

1,6

1,8

mineralne

> 0,25

> 2

1,8

2

organiczne

< 2

2

2

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ-ITB

Metoda PJ-ITB

Współczynniki klimatyczne e

Obszar Polski

Współczynnik e

Obszar centralny i północny

1

Obszar zachodni i zachodnio- północny

0,9

Obszar północno- wschodni, wschodni oraz górska i podgórska część Polski1,2

Współczynniki nacisku osi c

c={

1;

1,12}

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metoda PJ - ITB

Metoda PJ - ITB

PRZYKŁAD ---> Dane :

gdzie

dopuszczalne naciski

Ppor

okres eksploatacji

rodzaj podłoża

materiały

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Metody teoretyczne

Metody praktyczne

Podejście katalogowe

Rodziny metod

Rodziny metod

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Katalogi

Katalogi

–

Katalog niemiecki 1968

– Katalog francuski 1972
– Katalog polski 1977, 1983,

1997

Katalog typowych konstrukcji nawierzchni

podatnych i

półsztywnych, załącznik do

Zarządzenia nr 6 Generalnego Dyrektora GDDP ,
IBDiM, 1997

DANE :

- Obciążenie ruchem

- Określenie rodzaju podłoża

w tym warunków gruntowo – wodnych
- Materiały stawiane do dyspozycji
- Strefa przemarzania

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

- Obciążenie ruchem

KR1 ....... KR6
(osie
obliczeniowe)

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

DANE :

- Obciążenie ruchem

- Określenie rodzaju podłoża
w tym warunków gruntowo – wodnych

- Materiały stawiane do dyspozycji
- Strefa przemarzania

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

- Warunki gruntowo - wodne

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

1.

Grupa

nośności

podłoża

G1 ...

... G4

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

2.

Grupa nośności podłoża

G1 ....... G4

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Grupa nośności podłoża Gi

CBR

G1
G2

5 % < CBR < 10 %

G3

3 % < CBR < 5 %

G4

CBR < 3 %

10 % < CBR

Kategoria ruchu Moduł odkształcenia E Wskaźnik zagęszczenia Is
KR1 i KR2

100 MPa

1

Od KR3 do KR6120 MPa

1,03

Dodatkowe

wymagania

dla G1

DANE :

- Obciążenie ruchem

- Określenie rodzaju podłoża

w tym warunków gruntowo – wodnych

- Materiały stawiane do dyspozycji

- Strefa przemarzania

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Dla danego

KRi

oraz

G1

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Dla danego

KRi

oraz

G1

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Dla danego

KRi

oraz

G1

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Gdy

Gi

jest inne niż

G1

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

•

Wzmocnienie podłoża

• Wymiana podłoża

Wzmocnienie podłoża

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

na podłożu G2 –

warstwę o gr.10 cm z gruntu

stabilizowanego spoiwem (cementem, popiołami lotnymi,
wapnem lub aktywnym żużlem granulowanym) o
wytrzymałości Rm= 1,5 Mpa,

na podłożu G3 –

warstwę o gr.15 cm z gruntu

stabilizowanego spoiwem (j.w.) o wytrzymałości Rm= 2,5
MPa,

na podłożu G4 –

warstwę o gr.25 cm z gruntu

stabilizowanego spoiwem (j.w.) o wytrzymałości Rm= 2,5
MPa lub ewentualnie

na podłożu G4 –

warstwę o gr.15 cm z gruntu

stabilizowanego spoiwem (j.w.) o wytrzymałości Rm= 2,5
MPa wraz z dodatkową warstwą także o grubości 15 cm o
wytrzymałości Rm = 1,5 MPa.

Wymiana podłoża

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Zamiast wzmocnienia podbudowy za
pomocą wyżej wymienionych warstw,
można dokonać wymiany gruntu w podłożu
na głębokość co najmniej :

lub geosyntetyk zalecany dla wymiany > 50
cm

CBR nowej warstwy [%]Podłoże G2 Podłoże G3 Podłoże G4

20

30

50

75

25

25

40

60

DANE :

- Obciążenie ruchem

- Określenie rodzaju podłoża

w tym warunków gruntowo – wodnych
- Materiały stawiane do dyspozycji

- Strefa przemarzania

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Mrozoodporność

Sprawdzamy dla nowych nawierzchni

zawsze

z

wyjątkiem nawierzchni spełniających łącznie
następujące warunki:

- najniżej leżąca warstwa nawierzchni wykonana jest na
całej szerokości korpusu drogowego i ma wytrzymałość
minimum 2,5 MPa (stabilizacja) i grubość co najmniej
15 cm dla R2, R3 i R4 oraz co najmniej 20 cm dla R5 i
R6,

- zwierciadło wody gruntowej jest poniżej 1,30 cm od
spodu konstrukcji nawierzchni,

- pobocza będą miały szczelną nawierzchnię.

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Mrozoodporność

H rzecz ? <> h * a

Współczynniki a

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Grupa nośności podłożaKR2

KR3

KR4

KR5

KR6

G1 i G2

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

G3

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

G4

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

G4

0,55

0,6

0,65

0,7

0,8

Strefy

przemarzania

h

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Schemat postępowania

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Ruch (KRi)

Materiały

Podłoże (Gi)

Mrozoodporność

Przekrój

Jeśli inny niż G1

wzmocnienie

wymiana

Warstwa mrozoochronna

Przemarzanie

Weryfikacja
logiki
inżynierskiej

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Katalog polski 1997

Katalog polski 1997

PRZYKŁAD ---> Dane :

gdzie

N1, N2, N3, f

przekroj poprzeczny

rodzaj podłoża

materiały

Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki

Morskiej z dnia 2 marca 1999 w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi

publiczne i ich usytuowanie,

Dz.U. Nr 143 poz. 430.

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Katalog ---> zalecenie
Rozporządzenie ---> prawo

Projektowanie nawierzchni :
- metodami naukowo
uzasadnionymi
- metoda “katalogowa”
rozszerzona (metodologicznie
równoważna)

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Modyfikacje :

- układ treści (rozszerzenie,
redakcja)
- układ doboru przekrojów (typ-->
KR)

- katalog dla : “innych”
nawierzchni (zatoki
autobusowe, ulice L i D,
miejsca postojowe, chodniki z

parkowaniem i tylko dla
pieszych, ścieżki rowerowe)
- parametry wytrzymałościowe

Dla danego

KRi

oraz

G1

Przekroje dla KR4

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Modyfikacje :

- układ treści (rozszerzenie,
redakcja)
- układ doboru przekrojów (typ-->
KR)

- katalog dla : “innych”
nawierzchni (zatoki
autobusowe, ulice L i D,
miejsca postojowe, chodniki z

parkowaniem i tylko dla
pieszych, ścieżki rowerowe)

- parametry wytrzymałościowe

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Ustalenie kategorii ruchu

-

dla jezdni przylegających do miejsc parkingowych i

nawierzchni miejsc postojowych

-

dla zatok autobusowych : o jedną wyżej niż dla

przylegającej jezdni

Liczba stanowisk dla poj. os. KR i Liczba stanowisk dla poj. cięż. Kri
< 200

KR1 <= 5

KR1

Od 6 do 15

KR2

Od 200 do 1000

KR2 Od 16 do 45

KR3

Od 46 do 125

KR4

> 1000

KR3 Od 126 do 250

KR5

> 250

KR6

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Głębokość wymiany gruntów dla

“innych” nawierzchni :

Grupa nośności podłoża wymienianego

Parkingi poj. ciężarowych Dla pozostałych nawierzchni

G2 i G3

15

10

G4

30

20

Przekroje ścieżek rowerowych

dla G1

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Przekroje dla zatoki

autobusowej

dla KR4 i G1

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Modyfikacje :

- układ treści (rozszerzenie,
redakcja)
- układ doboru przekrojów (typ-->
KR)
- katalog dla : “innych”
nawierzchni (zatoki
autobusowe, ulice L i D,
miejsca postojowe, chodniki z

parkowaniem i tylko dla
pieszych, ścieżki rowerowe)

- parametry wytrzymałościowe

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Parametry wytrzymałościowe

Materiał

E [MPa] Współ. Poissona

Beton cementowy

35000

0,2

Kruszywo łamane o ciągłym uziarnieniu stabilizowane mechanicznie

400

0,3

Tłuczeń

400

0,3

Kruszywo naturalne o ciągłym uziarnieniu stabilizowane mechanicznie

200

0,3

Chudy beton nie spękany

12900

0,2

Chudy beton spękany

400

0,3

Grunt lub kruszywo stabilizowane cementem nie spękane

4500

0,25

Grunt lub kruszywo stabilizowane cementem spękane

300

0,3

Podłoże bezpośrednio pod nawierzchnią dla ruchu KR1 i KR2

100

0,3

Podłoże bezpośrednio pod nawierzchnią dla ruchu od KR3 do KR6

120

0,3

Rozporządzenie MTiGM

1999

Rozporządzenie MTiGM

1999

Nawierzchnie drogowe : Projektowanie nowych

nawierzchni

Parametry wytrzymałościowe

Okres klimatyczny Średnia temperaturaUdział ruchu ciężkiego w okresach
Zima

- 2 stopnie C

20,00%

Wiosna i jesień

10 stopni C

50,00%

Lato

23 stopnie C

30,00%

Materiał

E [MPa] 

E [MPa]



E [MPa] 

zima

wiosna

jesień zima

Bet. asf. o struk. zamk. (ścieralna)

19300 0,25

10300 0,3

2800 0,4

Bet. asf. o struk. cz. zamk. (wiążąca)

18800 0,25

10100 0,3

3000 0,4

Bet. asf. o struk. cz. zamk. (podbudowa)

18100 0,25

9600 0,3

3000 0,4

Piasek otoczony asfaltem (podbudowa)

12700 0,25

6800 0,3

2400 0,4