PROJEKTOWANIE NAWIERZCHNIOWYCH MIESZANEK NIERALNO-ASFALTOWYCH;

MOŻLIWOŚCI ICH ZASTOSOWANIA DO DANEJ KATEGORII RUCHU

Projekt mieszanki mineralno-asfaltowej składa się z dwóch etapów:

• Etap I: projekt składu mieszanki mineralno-bitumicznej:

1. metoda krzywych granicznych

2. metoda optimum próżni

3. metoda trójkąta Fereta

Etap II: projekt optymalnej ilości lepiszcza w zależności od:

1. wypełnienia wolnych przestrzeni w kruszywie

2. powierzchni właściwej kruszywa

3. właściwej objętości

4. badania wytrzymałości próbek (wg Marshalla)

Rodzaje mieszanek i stosowanie do nich metod projektowania mieszanek mineralnych:

1. Beton asfaltowy - (metoda 1 dla danego obciążenia ruchem)

- gruboziarniste do 20 mm

- średnioziarniste do 12,8 mm

- drobnoziarniste do 6,3 mm

2. Mieszanki meneralno-bitumiczne układane na gorąco

- mieszanka mineralno-smołowa

- mieszanka mineralno-asfaltowa

3. Asfalt lany - (metoda 2)

- asfalt twardolany (wg wytycznych; frakcja <2 mm - sprawdza się metodą 3)

4. Betony smołowe - (metoda 1; frakcje <2 mm sprawdza się metodą 3)

ETAP I - SKŁAD MIESZANKI MINETRALNEJ

Etap I zależy m.in. od:

- maszyn, jakimi dysponuje wykonawca

- wielkość obciążenia ruchem

- rodzaju i frakcji kruszywa

Projektowanie wielofrakcyjnej mieszanki mineralnej wchodzącej w skład masy mineralno-bitumicznej polega na ustaleniu jej składu oraz oznaczeniu:

1. Składu granulometrycznego zaprojektowanej mieszanki

2. Gęstości (ciężaru właściwego) mieszanki mineralnej

3. Gęstości pozornej (ciężaru objętościowego) mieszanki mineralnej

4. Zawartości wolnych przestrzeni w zaprojektowanej mieszance mineralnej

5. Wielkośc powierzchni właściwej mieszanki mineralnej

Ustalenie składu mieszanki mineralnej polega na założeniu, że dobrana mieszanka mineralne łącznie z wypełnieniem powinna tworzyć po zagęszczeniu możliwie szczelną strukturę, zawierającą dla przeznaczonego celu najodpowiedniejszą zawartość wolnych przestrzeni.

Metoda 1 - Krzywe najlepszego uziarnienia.

Zasada obliczeń polega na tym, że znając skład granulometryczny poszczególnych materiałów kamiennych, które maja być użyte do budowy nawierzchni, określa się ich procentową zawartość w mieszance mineralnej, tak, aby krzywa uziarnienia mieszanki mineralnej mieściła się wewnątrz krzywych granicznych uziarnienia.

Dobór składu mieszanki mineralnej przeprowadza się następująco:

1. Przyjęcie odpowiednich materiałów kamiennych, wykonanie analiz sitowych

2. Ustalenie % udziału poszczególnych frakcji wg krzywych granicznych, tj.:

• frakcji grysowej (powyżej 2mm)

• frakcji piaskowej (0,075-2 mm)

• frakcji wypełniaczowej (poniżej 0,075mm)

Dobór kruszywa powyżej frakcji 2 mm od frakcji największej tak, aby każda niższa frakcja stanowiła 60 - 90 % ( najlepiej 70 % poprzedniej)

3. Ustalenie % udziału poszczególnych materiałów kamiennych. Gdy do projektowania mieszanek stosuje się 2 lub 3 rodzaje grysów, to ich % udział (od najgrubszego do najdrobniejszego) powinien wynosić 3:2:1.

4. W celu zwiększenia odporności mieszanki mineralno-asfaltowej na odkształcenia powinno stosować się, oprócz piasku naturalnego, piasek łamany. Dla podbudowy z betonu asfaltowego dla kategorii ruchu KR3-KR6 nie powinno stosować się piasku naturalnego a wyłącznie piasek łamany.

5. Wyznaczenie krzywej przesiewu i porównanie z krzywymi granicznymi

6. Ewentualne korekty

Metoda 2 - minimum wolnej przestrzeni. (asfalt lany i twardolany)

Sposób doboru mieszanki mineralnej polega na zestawieniu poszczególnych kruszyw w takim stosunku wagowym, który zapewnia uzyskanie max gęstości objętościowej mieszanki. W tym celu określa się gęstość objętościową najgrubszej frakcji kruszywa, a następnie gęstość pozorną mieszanek najgrubszej frakcji kruszywa z najdrobniejszą, przy wzroście zawartości frakcji najdrobniejszej. Mieszankę o maksymalnej gęstości objętościowej uważa się za mieszankę o prawidłowym składzie (stosunku frakcji najgrubszej do frakcji drobniejszej). Analogicznie określa się optymalną zawartość następnej (co do wielkości ziaren) frakcji. Postępuje się tak, aż do ustalenia właściwej zawartości wszytskichskładników mieszanki mineralnej. Ustalony w ten sposób skład mieszanki mineralnej na max gęstość pozorna, a tym samym min wolnych przestrzeni i jest składem optymalnym w tej metodzie

W skrócie:

1. Stopniowe dodawanie do frakcji najgrubszej ziaren frakcji drobniejszej i oznaczenie maksymalnej gęstości pozornej jako funkcji zawartości tej frakcji

2. Dodawaniu do mieszaniny wielofrakcyjnej o maksymalnej gęstości pozornej kolejnych drobniejszych frakcji i kolejnym oznaczaniu jej maksymalnej gęstości pozornej

Gęstość pozorną mieszanki mineralno-asfaltowej oznacza się laboratoryjnie przez ubicie w cylindrze pomiarowym w sposób normowy (ubijak Proctora) i podzielenie jej masy przez otrzymaną po ubiciu objętość:

gdzie: C - masa porcji mieszanki mineralnej wzięta do badań [g]

V - objętość po zagęszczeniu [cm³]

Metoda 3 - Trójkąt Fereta (asfalt piaskowy, lany i twardolany)

Jest metoda równorzędną dla asfaltu piaskowego oraz piasku do asfaltu lanego. Nie jest to metoda projektowa, lecz jest to metoda sprawdzająca czy zastosowane piaski mają prawidłowe uziarnienie. Sparzamy uziarnienie piasków przy pomocy wieloboków dobrego uziarnienia w trójkącie Fereta.

ETAP II - ZAWARTOŚĆ LEPISZCZA

Metoda 1 - Metoda wypełniania lepiszczem wolnych przestrzeni.

Polega na dobraniu takiej ilości lepiszcza, żeby wypełniło ono w określony sposób wolne przestrzenie w kruszywie. Metoda ta nie uwzględnia wielkości ziarn kruszywa, co może powodować błędy w projektowaniu.

Metoda 2 - Metoda oparta na powierzchni właściwej kruszywa.

Polega na ustaleniu powierzchni właściwej i grubości błonki bitumicznej dla każdej frakcji kruszywa.

Metoda 3 - Metoda właściwej objętości.

Polega na przystosowaniu każdej frakcji różnego rodzaju kruszywa określonej objętości lepiszcza.

Metoda 4 - Metoda badania wytrzymałości mas bitumicznych.

W tej metodzie bada się próbki masy mineralno-asfaltowej z różną zawartością lepiszcza.

Stosuje się tu metodę Marshalla - oznaczenie stabilności mas polega na określeniu siły krytycznej przy ściskaniu próbek walcowych prostopadle do osi (50 uderzeń na każdą stronę próbki w aparacie Marshalla) i wyznaczeniu odkształcenia próbek. Metoda ta stosowana jest do mas bitumicznych o znacznej zawartości kruszywa > 2mm. Dla mas o kruszywie <5mm i >25 mm nie stosuje.

Tabela 1 - ZASTOSOWANI MIESZANEK MINERALNO BITUMICZNYCH DO DANEJ KATEGORII RUCHU.

Kategoria ruchu	Warstwa ścieralna	Warstwa wiążąca	Podbudowa zasadnicza
KR6	Beton asfaltowy o strukturze zamkniętej	Beton asfaltowy o strukturze częściowo zamkniętej	Mieszanka mineralno-bitumiczna
KR5, KR4 (Na drogach krajowych i wojewódzkich) KR3 (Na drogach krajowych)	Mieszanki mineralno-asfaltowe; w uzasadnionych przypadkach beton asfaltowy	Mieszanki mineralno-asfaltowe; w uzasadnionych przypadkach beton asfaltowy	Mieszanka mineralno-bitumiczna
KR3 (poza drogami krajowymi)	Mieszanki mineralno-asfaltowe; w uzasadnionych przypadkach beton asfaltowy	Mieszanki mineralno-asfaltowe; w uzasadnionych przypadkach beton asfaltowy	Mieszanka mineralno-bitumiczna

	KR1, 2	KR3, 4	K 5, 6
Beton asfaltowy	+	+	-
Beton asfaltowy + elastomery	-	-	+
SMA	-	+	+
Asfalt lany	+	+	-
Asfalt twardolany	-	-	+
Asfalt piaskowy	+	-	-

INFORMACJE DODATKOWE

• Od czego zależy dobór konstrukcji wg Katalogu konstrukcji nawierzchni?

Ustalenie kategorii ruchu :

Dane potrzebne do ustalenia kategorii ruchu;

-struktura

-prognoza

-liczba pasów

Ustalenie warunków gruntowo-wodnych :

-profil podłużny ( korpus drogi )

• Procedura zaprojektowania konstrukcji nawierzchni według Katalogu jest następująca:

-ustalenie obciążenia ruchem drogi i wyznaczenie jej kategorii ruchu (struktura, prognoza, liczba pasów)

-ustalenie warunków gruntowo wodnych i wybór w razie potrzeby metody ulepszenia podłoża

-zapewnienie warunków odwodnienia konstrukcji - zastosowanie warstwy odsączającej wykonanej z materiałów mrozoodpornych o współczynniku filtracji k>8m/dobę(>0,0093 cm/s)(warunek wodoprzepuszczalności)

-wybór typowej konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu KR1-6

-sprawdzenie warunku mrozoodporności.

• Procedura analizy obciążenia ruchu dla potrzeb projektowania kon naw

Do projektowania kon naw drogi przyjmuje się średni dobowy ruch w roku (SDR) w przekroju drogi , prognozowany dla połowy okresu eksploatacji.Pojazdy powinny być przeliczone na liczbę osi obliczeniowych 100 kN na dobę na obliczeniowy pas ruchu , za pomocą wzoru: L=(N1xr1+N2xr2+N3+r3)xf

gdzie:

L- liczba osi obliczeniowych na dobę na obliczeniowy pas ruchu

N- średni dobowy ruch samochodów ciężarowych( bez przyczp , z przyczepami

, autobusów)

f- współczynnik obliczeniowego pasa ruchu określony zgodnie z tabelą

r- współczynniki przeliczeniowe na osie obliczeniowe określone zgodnie z tabelą

1.wartość współczynnika przy <niż 8% udziale pojazdów o nacisku osi na jezdnię 115 kN

2.wartość wspł. przy od 8% do 20% udziale

pojazdów o nacisku osi na jezdnię 115 kN

Jeżeli udział w ruchu pojazdów o nacisku osi na jezdnię 115 kN jest większy niż 20% współ. przel. powinien być wyznaczony indywidualnie. Liczba osi obliczeniowych stanowi podstawę do ustalenia kategorii ruchu na drodze wg Polskiej Normy.

• Od czego zależy dobór kon wg Katalogu kon naw ?

1). Ustalenie kategorii ruchu KR:

-struktura ,-prognoza , -liczba pasów

2). Ustalenie warunków gruntowo-wodnych: -profil podłużny (korpus drogi),

-warunki gruntowe

3). Zapewnienie warunków odwodnienia konstrukcji: - zastosowanie warstwy odsączającej wykonanej z materiałów mrozoodpornych o współczynniku filtracji k>8m/dobę(>0,0093 cm/s)(warunek wodoprzepuszczalności)

--(warunek szczelności) D15/d85<5, jeżeli war. nie może być spełniony to między warstwami powinna występować warstwa odcinająca (10 cm -z odpowiednio uziarnionego gruntu lub z geowółókniny)

-(warunek zagęszczenia) D60/D10>5(7)

• Na czym polega projektowanie nawierzchni wg metody mechanistycznej.

* zakładamy konstrukcję nawierzchni (układ warstw),

*charakteryzujemy go przez: moduł sztywności, sprężystości, wsp. Poissona, *przeprowadzamy analizę mechanistyczną,

*zajmujemy się odkształceniami ε_t odpowiedzialnymi za spękanie zmęczeniowe,

* obliczamy ε_t kryterialne, ε_z kryterialne dla liczby obciążeń N i wybranych charakterystyk materiałowych,

* porównujemy wartości odkształceń, powinno być ε_t ≤ ε_t kryt, ε_z ≤ ε_z kryt

• Podział konstrukcji nawierzchni z uwagi na odkształcalność.

Podatne - pracują w zakresie odkształceń sprężystych (natychmiastowe i opóźnione) i trwałych (lepkie, plastyczne).

Półsztywne - bitumiczna naw. Drogowa w podbudowie, której jest mieszanka materiałów ulepszonych spoiwem hydraulicznym.

Sztywne - niezależnie od wielkości obciążenia i temp. Pracują w zakresie odkształceń sprężystych i niewielkich plast.

• CHARAKTER SKŁADÓW NOWOCZESNYCH MIESZANEK MINER-ASF.

• Duża zawartość kruszywa łamanego (grysów),

• Kruszywa także o grubym uziarnieniu do warstwy ścieralnej do 20mm, warstwy wiążącej do 25mm, do podbudowy 31,5mm

---