Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych jest dokumentem dotyczącym projektowania i wykonywania konstrukcji z betonu cementowego. Założenia w katalogu uwzględniają wzrost obciążeń nawierzchni ruchem pod względem natężenia, jak i wielkości obciążenia.
Obciążenie ruchem.
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych rozróżnia następujące wartości obciążeń osi obliczeniowych:
100 kN na oś, w przypadku, gdy w strukturze ruchu występują grupy pojazdów o obciążeniach osi 100 kN lub udział pojazdów o obciążeniu 115 kN nie przekracza 8%,
115 kN na oś, w przypadku, gdy w strukturze ruchu występują grupy pojazdów o obciążeniach osi 115kN, których udział jest równy lub przekracza 8%,
Jako wyjściowy do projektowania konstrukcji nawierzchni przyjmuje się prognozowany średni dobowy ruch w roku (SDR) pojazdów ciężkich i autobusów w przekroju drogi, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji .
Kategoria ruchu drogi jest to określenie obciążenia drogi ruchem samochodowym, wyrażone w osiach obliczeniowych na obliczeniowy pas ruchu na dobę w połowie projektowanego okresu trwałości eksploatacyjnej nawierzchni.
Tab.1 Klasyfikacja ruchu ze względu na liczbę osi obliczeniowych.
kategoria ruchu |
liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy L |
|
|
obciążenie osi 100kN |
obciążenie osi 115 kN |
KR1 |
<12 |
<7 |
KR2 |
13-70 |
8-40 |
KR3 |
71-335 |
41-192 |
KR4 |
336-1000 |
193-572 |
KR5 |
1001-2000 |
573-1144 |
KR6 |
2001 i więcej |
1145 i więcej |
Kategorię ruchu wyznacza się na podstawie liczby osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji lub na podstawie przewidywanej liczby osi obliczeniowych w obliczeniowym okresie eksploatacji , który przyjęto na 30 lat. Na podstawie prognozowanego ruchu oblicza się liczbę osi obliczeniowych wg wzoru:
L =
L - liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
f - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu,
N - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
N - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych z przyczepami w przekroju drogi, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
N - średni dobowy ruch autobusów w przekroju drogi, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
r ,r ,r - współczynniki przeliczeniowe samochodów ciężarowych i autobusów na osie obliczeniowe.
2.Warunki gruntowo - wodne.
W celu określenia grupy nośności podłoża do głębokości 2,0m od przewidywanej niwelety powierzchni robót ziemnych, oddzielającej konstrukcję od robót ziemnych. Cechy gruntu powinny być ustalone na podstawie badań laboratoryjnych właściwości takich jak
rodzaj gruntu, zawartość cząstek ilastych, kapilarność biernej, wskaźnik piaskowy.
Znajomość warunków wodnych w powiązaniu z rodzajem gruntów podłoża pozwala na ustalenie grupy nośności podłoża Gi (G1 - G2).
3.Metody wykonywania i kryteria oceny podbudów.
Jako podbudowę konstrukcji nawierzchni betonowej stosuje się podbudowę z chudego betonu, z gruntów stabilizowanych cementem, z kruszyw stabilizowanych mechanicznie, z betonu asfaltowego.
Projekt składu chudego betonu powinien być wykonany zgodnie z PN-S-96013:1997.
Podbudowa z chudego betonu może być wykonywana, gdy temp. powietrza wynosi powyżej 5 C oraz gdy podłoże nie jest zmarznięte. Zawartość cementu powinna wynosić 5%-7% w stosunku do kruszywa i nie powinna przekraczać 130 kg/m3.Skład i uziarnienie kruszywa nie powinny być zgodne z zaleceniami normy PN-S-96013:1997. Mieszankę chudego betonu należy wytwarzać w mieszarkach gwarantujących otrzymanie jednorodnej mieszanki. Mieszanka po wyprodukowaniu powinna być od razu transportowana na miejsce wbudowania. Zaleca się wykonanie szczelin pozornych na głębokość ok.1/3 grubości płyty, ich szerokość powinna wynosić 3-5mm. Wykonana podbudowa powinna być natychmiast po zagęszczeniu poddana siedmiodniowej pielęgnacji.
Podbudowy z gruntów stabilizowanych cementem nie należy wykonywać, gdy podłoże jest zamarznięte i podczas opadów deszczu. Przy gruntach podłoża wątpliwych lub wysadzinowych podbudowę z gruntu stabilizowanego cementem należy wykonać na w-wie odsączającej z piasku, pospółki lub żwiru. Stabilizacja może być wykonana metodą mieszania na miejscu lub w mieszarkach stacjonarnych. W czasie realizacji robót należy w miarę możliwości unikać podłużnych spoin roboczych, przez wykonanie w-wy na całej szerokości.
Masę mineralno-bitumiczną przeznaczoną na podbudowę z betonu asfaltowego układa się na podłożu o nośności odpowiadającej wymaganiom im stawianym. Podbudowa z betonu asfaltowego może być wykonywana jako jedna lub złożona z kilku warstw. Każda w-wa podbudowy powinna być szersza z każdej strony niż w-wa na niej ułożona. Szerokość w-wy nie może być mniejsza niż jej grubość. Złącza robocze powinny być wykonywane na styk. Przy układaniu kilku warstw złącza należy wykonywać z zakładkami min.15cm w stosunku do warstw poprzednich. W miejscu styku nie powinno być szczelin.
4. Projektowanie konstrukcji nawierzchni.
Procedura projektowania konstrukcji nawierzchni wg katalogu jest następująca :
ustalenie obciążenia ruchem drogi i wyznaczenie jej kategorii ruchu,
ustalenie warunków gruntowo - wodnych,
zapewnienie warunku odwodnienia konstrukcji,
wybór typowej konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu zależnie od wyboru materiału podbudowy.
Tab.2. Typowa konstrukcja z betonu cementowego na podbudowie z chudego betonu.
Tab.3. Typowa konstrukcja z betonu cementowego na podbudowie z gruntu stabilizowanego cementem.
Tab.3. Typowa konstrukcja z betonu cementowego na podbudowie z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie.
5.Projektowanie mieszanki betonowej.
Projektowanie mieszanki betonowej jest procesem kilkuetapowym. Składa się z:
przygotowania danych do projektowania-zebranie informacji o wielkości inwestycji, przekrojach elementów, sposobie wytwarzania i wbudowywania mieszanki; zebranie informacji z dokumentacji technicznej na temat klasy betonu i innych właściwości ( nasiąkliwość, odporność na mróz ); określenie wymagań materiałów (cementu, kruszywa, domieszek, dodatków i wody),
projektowania mieszanki betonowej - ustalenie właściwości składników: cementu, kruszywa, wody, dodatków lub domieszek, wybór metody projektowania: ustalenie składu mieszanki betonowej;
weryfikacja składu mieszanki poprzez wykonanie zarobu próbnego oraz próby technologicznej i określenie właściwości zaprojektowanej mieszanki betonowej i betonu.
Skład mieszanki musi zapewnić wymagane właściwości fizyko - mechaniczne taj mieszanki i uzyskanego z niej betonu.
założenia materiałowe do projektowania mieszanki betonowej. Do wykonania mieszanek betonowych do nawierzchni drogowych należy stosować kruszywa łamane i żwirowe, płukane, o maksymalnym wymiarze ziaren do 31,5mm. W przypadku wykonania nawierzchni drogowych, dwuwarstwowych, do w-wy górnej należy stosować kruszywo łamane i/lub żwirowe, płukane o maks. wymiarze ziaren do 8,0mmlub 16mm.Konieczne jest stosowanie domieszek o działaniu napowietrzającym. Stosowanie domieszek uplastyczniających i upłynniających powinno wynikać z potrzeb technologicznych. Przy wyborze domieszki należy sprawdzić jej zgodność z cementem. Konsystencja mieszanki betonowej powinna być dostosowana do warunków transportu oraz technologicznych warunków układania i zagęszczania.
Zaprojektowana mieszanka betonowa powinna charakteryzować się cechami: wytrzymałością na ściskanie , która odpowiada klasie B30 - B50, nasiąkliwością wagową, stopniem mrozoodporności minimumF150, odpornością na działanie środków odladzających po 50 cyklach badania w 3% roztworze NaCl. Przy projektowaniu składu mieszanki betonowej zaleca się stosowanie metod obliczeniowo - doświadczalnych, które zapewniają właściwości mieszanki betonowej wymagane dokumentacją projektową. Określony wstępnie skład należy sprawdzić na próbnych zarobach. Ustalony na zarobach próbnych stosunek cementowo - wodny powinien być mniejszy niż 0,45. Zawartość cementu nie powinna być mniejsza niż 350kg/m3. w przypadku wykonywania nawierzchni dwuwarstwowej, do obu warstw należy stosować ten sam rodzaj i klasę cementu. Ustalony wg powyższych zasad skład mieszanki betonowej należy sprawdzić w zakresie cech mieszanki i właściwości betonu, zgodnie z przedstawionym programem badań.
6. Program badań.
Podczas projektowania składu betonu należy sprawdzić cechy cementu(czas wiązania, wytrzymałość na zginanie i ściskanie, skład chemiczny), kruszywa grubego i drobnego, domieszka.
Podczas projektowania składu betonu należy wykonać próbne zaroby w celu sprawdzenia właściwości mieszanki betonowej:
konsystencji wg metody pomiaru opadu stożka, metodą Ve-Be, pomiaru stopnia zagęszczenia;
zawartości powietrza
gęstości.
Po ustaleniu właściwości mieszanki betonowej należy wykonać próbki w celu sprawdzenia następujących cech betonu:
wytrzymałości betonu na ściskanie wg PN-88/B-06250 na próbkach o wymiarach 150x150x700mm,
wytrzymałości betonu na rozciąganiu przy zginaniu zgodnie z PN-75/S-96015 na próbkach o wymiarach 150x150x700mm,
odporność na działanie mrozu metodą bezpośrednią zgodnie z normą PN-88/B-06250 na próbkach o wymiarach 100x100x100mm,
oznaczenie nasiąkliwości zgodnie z PN-88/B-06250 na próbkach 100x100x100mm.
7. Wytwarzanie mieszanki betonowej.
Mieszanka betonowa powinna być wytwarzana w wytwórniach betonu, które zapewniają ciągłość produkcji. Wytwórnia powinna być wyposażona w mieszalnik o wydajności w mieszalnik o wydajności zapewniającej ciągłość prac na budowie oraz odpowiadający zalecanym warunkom co do sposobu mieszania i jego intensywności, minimum w dwa dozowniki : do domieszki napowietrzającej i domieszki uplastyczniającej lub upłynniającej.
8. Układanie i zagęszczanie mieszanki betonowej.
Przed przystąpieniem do wykonania nawierzchni musi być wyznaczona jej niweleta. Nawierzchnia może być wykonana jedno- lub dwuwarstwowo. Konstrukcja nawierzchni powinna być zgodna z dokumentacją. Nawierzchnie betonowe należy wykonywać w temperaturze powietrza nie niższej niż +5 C i nie wyższej niż +25 C. Dopuszcza się wykonanie nawierzchni betonowej w temp.+5 C pod warunkiem stosowania zabiegów specjalnych przez minimum 3 dni.
9.Pielęgnacja nawierzchni.
Pielęgnacja pozwala na osiągnięcie wysokiej wytrzymałości oraz odpowiedniej struktury betonu, szczególnie w warstwie powierzchniowej. Stosowanymi metodami pielęgnacji jest pielęgnacja na mokro, która polega na utrzymaniu mokrej powierzchni betonu przez okres minimum 7dni; pielęgnacja preparatem, polegająca na utrzymaniu wilgoci za pomocą preparatów pielęgnacyjnych.
W przypadku występowania temperatury powietrza powyżej 25 C lub silnego wiatru pielęgnację betonu należy przedłużyć do 14dni.
10.Szczeliny w nawierzchniach betonowych.
Ze względu na zmiany wymiarów liniowych istnieje konieczność wykonywania szczelin podłużnych i poprzecznych. Rozróżnia się szczeliny:
rozszerzania,
skurczowe pełne,
skurczowe pozorne,
konstrukcyjne.
Rys.1. podstawowe rodzaje szczelin stosowanych w nawierzchniach drogowych.
Rozmieszczenie szczelin w betonowej nawierzchni drogowej powinno być zgodne z projektem technicznym. Odstęp pomiędzy szczelinami poprzecznymi nie powinien być większy niż 6m. Szczeliny skurczowe należy wykonywać w bezpośrednim sąsiedztwie
przepustów oraz między odcinkami betonowania, jeśli przerwa w betonowaniu trwała dłużej niż 1godzinę.
Szczeliny można wykonywać w świeżo ułożonym betonie w przypadku wykonywania robót na drogach podrzędnych, realizowanych w deskowaniu stałym, lub w betonie stwardniałym, przy budowie nawierzchni w deskowaniu stałym lub ślizgowym. Szczeliny poprzeczne wykonywane na jednym pasie ruchu powinny być przedłużone na sąsiednie pasy.
W miejscu występowania szczelin stosuje się dyble ze stali St3S lub kotwy. Dyble powinny mieć średnicę minimum 20mm i długość 50cm,ich rozstaw nie powinien przekraczać 50cm. Ich stosowanie jest zalecane przy kategoriach ruchu KR3-KR6.Dyble muszą być wykonywane z prętów bez kabrów i innych nierówności. Podczas wykonywania robót nawierzchniowych w jednaj warstwie, w której umieszcza się dyble, zachodzi konieczność dodatkowego dogęszczenia i wyrównania nawierzchni betonowej w najbliższym otoczeniu tych elementów. W szczelinach podłużnych kotwy powinny mieć średnicę 16-20mm,a długość 60-80cm w zależności od kategorii ruchu.
Do wypełniania szczelin w nawierzchni betonowej stosuje się masy zalewowe „na zimno” lub „na gorąco” ,lub wkładki uszczelniające. Masy zalewowe powinny charakteryzować się łatwością wypełniania szczelin, dobrą spływnością i stabilnością w wysokich temperaturach, dobrą przyczepnością do zagruntowanych powierzchni pionowych, ciągliwością w niskich temperaturach, odpornością na działanie środków chemicznych stosowanych do zimowego utrzymania dróg. Wkładki uszczelniające powinny być wykonane z trwałego ściśliwego materiału, nie wrażliwego na obciążenia poruszających się maszyn wykonujących nawierzchnię.
6