7./II KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI; METODY JEJ PROJEKTOWANIA

Nawierzchnia - warstwa lub zespół warstw służących do przejmowania i rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże i zapewniających dogodne warunki dla ruchu

Konstrukcja nawierzchni - układ warstw nawierzchni wraz ze sposobem ich połączenia.

Układ warstw konstrukcji nawierzchni:

• warstwa ścieralna -wierzchnia warstwa nawierzchni poddana bezpośredniemu oddziaływaniu ruchu i czynników atmosferycznych

• warstwa wiążąca - warstwa znajdująca się między warstwą ścieralną a podbudową zapewniająca lepsze rozłożenie naprężeń w nawierzchni i przekazywanie ich na podbudowę

• podbudowa - dolna część nawierzchni służąca do przenoszenia obciążeń od ruchu na podłoże. Podbudowa może składać się z podbudowy zasadniczej i podbudowy pomocniczej. Podbudowa zasadnicza - górna część podbudowy spełniająca funkcje nośne w konstrukcji nawierzchni; może ona zawierać warstwę wzmacniającą lub/i warstwę wyrównawczą.

- warstwa wzmacniająca - służy do wzmocnienia istniejącej nawierzchni lub stosowana w budowie nawierzchni dla ruchu bardzo ciężkiego

- warstwa wyrównawcza - służy do wyrównania nierówności podbudowy lub profilu istniejącej nawierzchni

Podbudowa pomocnicza - dolna część podbudowy spełniająca głównie, poza funkcjami nośnymi, funkcje zabezpieczenia nawierzchni przed działaniem wody, mrozu, przenikania cząstek podłoża i inne; może zawierać warstwę mrozoochronną, odsączającą i odcinającą.

- warstwa mrozoochronna - warstwa, której głównym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed skutkami mrozu

- warstwa odsączająca - służy do odprowadzania wody przedostającej się do nawierzchni

- warstwa odcinająca - stosowana w celu uniemożliwienia przenikania cząsteczek do warstwy leżącej powyżej

• podłoże- grunt rodzimy lub nasypowy leżący pod nawierzchnią do głębokości przemarzania, nie mniej jednak niż do głębokości, na której naprężenia pionowe od największych obciążeń użytkowych wynoszą 0,02MPa. Podłoże ulepszone - wierzchnia warstwa podłoża leżąca bezpośrednio pod nawierzchnią, ulepszona w celu umożliwienia przejęcia ruchu budowlanego i właściwego wykonania nawierzchni, spełniające wymagania dla podłoża.

Warstwa ścieralna i wiążąca są warstwami bitumicznymi.

Podbudowa może składać się z jednej lub kilku warstw wykonanych z różnych materiałów.

Podłoże z gruntu rodzimego lub dowiezionego jest doprowadzone do odpowiedniej nośności.

------------------

w. ścieralna

------------------

w. wiążąca

------------------

w. podbudowy zasadniczej dla podatnych i półsztywnych

------------------

w. podbudowy pomocniczej

------------------

podłoże wzmocnione

------------------

------------------

beton cementowy

------------------

podbudowa dla sztywnych

------------------

podłoże wzmocnione

------------------

Metody projektowania konstrukcji nawierzchni:

- empiryczne

- mechanistyczne

Obecnie konstrukcje nawierzchni dobiera się według „Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych”. Wykonuje się to w następujących krokach:

• ustalenie obciążenia ruchem drogi i wyznaczenia jej kategorii

Dopuszczalne obciążenie na oś pojedynczą 100 kN. W grupie pojazdów ciężkich uwzględniono dwa warianty ; pierwszy pojazdy ciężkie o nacisku na oś 115 kN stanowią do 8 % i drugi - pojazdy o nacisku 115 kN na oś stanowią do 20 %.

Do projektowania przyjmuje się Średni Dobowy Ruch w roku pojazdów ciężkich w przekroju drogi w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji, w podziale na trzy grupy pojazdów:

- samochody ciężarowe bez przyczepy

- samochody ciężarowe z przyczepami

- autobusy

Pomija się pozostałe kategorie pojazdów.

Kategorie ruchu wyznacza się na podstawie liczby osi obliczeniowych 100 kN na dobę na pas obliczeniowy w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji lub na podstawie przewidywanej liczby osi obliczeniowych w obliczeniowym okresie eksploatacji nawierzchni, który przyjęto na 20 lat.

osi/pas/dobę

L - liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy w 10 roku po oddaniu drogi do eksploatacji

N₁- średni dobowy ruch s.c. bez przyczep w 10 roku eksploatacji

N₂ - j.w. lecz z przyczepami

N₃ - j.w. lecz autobusów

f₁ - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu (0,5 - 0,35)

r₁, r₂, r₃ - współczynniki przeliczeniowe s.c. i autobusów na osie obliczeniowe

Jeżeli projektujemy konstrukcje nawierzchni na jakieś obciążenie P_s od koła a w rzeczywistości użyjemy obciążenia większego P_rz to stan nawierzchni pogorszy się w stosunku
. Jest to prawo czwartej potęgi. Badania AASHO (Association of State Highway Officials).

• Ustalenie warunków gruntowo - wodnych i wybór w razie konieczności metody ulepszenia gruntu.

Grupy nośności podłoża od G1 do G4. Projektujemy dla G1. Jeżeli jest inna grupa to należy ją doprowadzić do G1 np.. poprzez:

- wymianę podłoża

- ułożenie dodatkowych warstw podłoża

• Zapewnienie warunków odwodnienia konstrukcji

• Wybór typowej konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu (KR1 - KR6), zależnie od wyboru materiału podbudowy i można także skorzystać z wyjść alternatywnych.

• Sprawdzenie warunku mrozoodporności

Metody mechanistyczne.

Do stanu nośności bierze się pod uwagę wszystkie liczby przejazdów -365 * 20 lat.

N - całkowita liczba ruchu

Projektowanie ma trzy etapy:

• Analiza obciążenia

• Analiza podłoża

• Stan naprężeń przemieszczeń i odkształceń

Zakładamy budowę i sprawdzamy czy przy takich odkształceniach przeniesie łączną liczbę obciążeń dla danej kategorii ruchu.

Przy KR5 i KR6 obowiązuje ta metoda projektowania.

Na grubość konstrukcji nawierzchni wpływają: obciążenie, podłoże gruntowe i sposoby jego wzmocnienia, warunki gruntowo - wodne, rodzaj materiałów, klimat i rodzaj konstrukcji.

---