Metoda mechanistyczna projektowania nawierzchni polega na określeniu trwałości zmęczeniowej konstrukcji na podstawie analizy jej stanu naprężeń i odkształceń oraz wyników badań eksperymentalnych dotyczących właściwości materiałów konstrukcyjnych i podłoża gruntowego. Według tej metody nawierzchnię traktuję się jako układ warstw o określonych grubościach na podłożu gruntowym o nieskończenie wielkiej grubości. Modelem konstrukcji nawierzchni asfaltowej najczęściej jest układ izotropowych i jednorodnych warstw sprężystych położonych na półprzestrzeni sprężystej. Każda warstwa ma określone 3 wartości a) grubość warstwy b) moduł sprężystości c) współczynnik Poissona. Przyjmuje się dwa kryteria zniszczenia konstrukcji a) kryterium spękań warstw asfaltowych b) kryterium deformacji trwałych. Zakłada się ze w wyniku wielokrotnie powtarzalnych obciążeń od kół pojazdów samochodowych warstwy asfaltowe ulegają spękaniom zmęczeniowych. Nawierzchnia asfaltowa poddawana wielu milionom obciążeń może ulec spękaniom 2wskutek zmęczenia, pomimo że naprężenia rozciągające lub odkształcenia nie przekraczają doraźnej wytrzymałości na rozciąganie Lub wartości odkształcenia niszczącego. Kryterium deformacji trwałych dotyczy kolein strukturalnych wynikających z akumulacji odkształceń nieodwracalnych podłoża gruntowego. Przyjmuje się, że istnieje związek pomiędzy wielkością odkształceń pionowych na powierzchni podłoża gruntowego a deformacjami trwałymi mierzonymi na jej powierzchni. Podstawową cechą metody mechanistycznej jest określenie trwałości zmęczeniowej według obu kryteriów. Odwodnienie- najczęściej stosowaną metodą jest nadanie odpowiednich pochyleń poprzecznych poszczególnm częściom drogi i przez to sprowadzenie wody powierzchniowej na skarpy rowów lub nasypów. Wymaga to urządzenia rowów przydrożnych. Stosuję się rowy trapezowe i trójkątne. Dno rowu conamjmniej 40cm pochylenie skarpy 1:1,5. Pochylenie podłużne dna rowu przynajmniej 0,5% a na terenach płaskich dopuszcza się 0,2%. Gdy woda spływowa mogła by uszkodzic elementy korpusu drogi należy zastosować urządzenia ściekowe (płaskie korytkowe kryte) spadki jak w rowach odlaegośc pomiędzy kratkami ściekowymi mniejsza niż 50m przed skrzyżowaniami lub przejsciem od strony napływu i w najniższym miejscu wklęsłego załamania niwelety Łuk kołowy: kąt i R T=R*tg(α/2) Z=R*(1/cos (α/2)-1) Ł=Π*R*α/180o
Rys
Łuk kołowy z krzywą przejściową: To=Xs+Ts Xs=x-Rsinτ Ts=(R+H)tg(α/2) Z=(R*H)*(1/cos(α/2)-1)+H γ= α-2τ Ł=Π*R*γ Warunki R/3<a<R R/9<L<R L:Ł:L 1:(0,5;4):1
H>0,5m α>2τ Krzywe przejściowe - umożliwiają przy przejsciu z niejednej krzywej na drugą zmiane przyśpieszenia odśrodkowego - spełniają rolę odcinka przejściowego na który występuje zmiana przechyłki jezdni - zapewnia płynny przebieg trasy dzięki stopniowej zmianie krzywizny i służyć przez to optycznemu poprowadzeniu trasy.
Rys
Rodzaje krzywych 1. klotoida 2. parabola 3-geo stopnia 3. lemniskata bernuliego(łącznice i serpentyny)
Rys
Inne krzywe 1. esowa 2. owalna 3. biklotoida 4. koszowa r1:r2:r3 2:1:3
Rys
Roboty ziemne: odspojenie gruntu, wydobycie gruntu połączone z przerzuceniem na nasyp lub odkład albo załadunek na Sr transportu przewóz gruntu wyładunek i rozplantowanie, zagęszczanie, wyrównanie skarp i wykopów. Sposób wykonania: ręcznie i mechanicznie. Kierunek przemieszczenia gruntu: podłużne i poprzeczne. Wykres rozdziału mas.
Wyznaczenie robót ziemnych polega na ustawieniu szablonów profilowych określających kształt przyszłych nasypów i wykopów. Potrzebne do tego przekrój nomrlany i przekrój pisnay
Nasypy - paliki wysokościowe na osi i krawędziach WYKONANIE NASYPÓW
-warstwowa- po usunięciu humusu wysypujemy warstwę o określonej wysokości i zagęszczamy (duża kontrola zagęszczania)(spoiste- wilgotność optymalna, nasypowe- może być większa), usypywać tak aby ostatnia warstwa była o jednej wysokości na całej długości
-od czoła- gdy grunt jest pobierany blisko z wykopu, jest duże pochylenie niwelety, lub teren bagnisty (spychamy grunt spycharką, bo po terenie bagnistym nie może jeździć sprzęt) wady: trudność zagęszczenia -z boku- gdy poszerzamy korpus drogi; jak >1m to ok. jak<0,5m trudno zagęścić; zagęszczać sukcesywnie w miarę dosypywania -z rusztowań- układamy kolej wąskotorową lub samochodami (wyładunek poprzeczny) -mieszana
Zagęszczenie- pole doświadczalne- na gruncie nośnym usypujemy warstwy i zagęszczamy a następnie pobieramy próbki. WYKONANIE WYKOPÓW -warstwowa- (spycharka, równiarka, zgarniarka) -od czoła -z boku -mieszana -głębokich ujęć
ROBOTY ZIMOWE Odspojenie- rozluźnienie gruntu -skrawanie- (szerokość nie duża a duża głębokość), grunt sypki nienawodniony -krojenie na pasy i bloki- gdy trudno przez skrawanie
-materiały wybuchowe- gdy odległość do zabudowań min 0,5m -nie odsłaniać dużych powierzchni -roboty na dużą głębokość -przewożenie- środkami transportu o dużych objętościach, oplandekowane-po wykonaniu wykopu danego dnia zabezpieczyć przed ochłodzeniem (maty) -sukcesywne zagęszczenie Wykop wielowarstwowy- zbierać warstwami i warstwami układać ROBOTY NA BAGNACH Rachunek ekonomiczny- nasyp ok. 12-15m jeszcze opłacalny, wykonuje się estakady (szerokość~ szerokość jezdni) 1.Torf- jest dość zwięzły (najbardziej korzystne bagno), duża nasiąkliwość wilgotność=(masa wody w próbce/masa wody) 2.Torf tworzy masę zwięzłą a pod tym zawiesina=błoto 3.Cała zawiesina od góry do dołu w stanie półpłynnym nie ma nośności h- miąższość torfu H- wys. nasypu
Ad1. a)h<1m należy zdjąć z niego darninę i można zostawić torf o ile H>2-3m (po zagęszczeniu) b)h=1-4m można zostawić tyle torfu żeby h<(H/3) Gdy woda jest poniżej poziomu torfu, poza szerokością drogi wykonać rowy, w których będzie zbierać się woda aby ułatwić wykonanie skarpy +wypompować wodę Ad2.- usunąć torf W zimie usypujemy nasyp na lodzie (tylko grunty sypkie) wcześniej w torfie umieszczamy ładunki wybuchowe (w torfie płynnym a nie zamarzniętym). Gdy usypiemy korpus detonujemy ładunki wybuchowe
Ad3.- zamarzanie do 5-6m głęboko, z jednej i drugiej strony ścianka szczelna i wypompowywanie, nasyp stopniowo i geomata Inne rozwiązanie- Pale piaskowe (wkładamy rurę, wypełniamy piaskiem, wyciągamy rurę, takie pale co 0,5-1m aby nadać nośność ale jeżeli torf półpłynny to i tak nic nie da) ROBOTY MAŁO DOKŁADNE- nasyp z nadmiarem, wykop z niedomiarem 1.Oczyszczene terenu -usunąć humus i darninę, usuwanie drzew, krzewów-przy wykopach usunąć drzewa na skarpie mogą zostać -usunąć gruz kamienie głazy
2.odwadnianie terenu robót -ujęcie źródeł cieku; przełożenie cieków -rowy skarpowe górne; osuszyć podstawę nasypu (jeśli jest teren bagienny, niżej położony np. poprzez drenarz)
-wykonać przepusty Humus- zatrzymuje więcej wody niż inne grunty, będzie wykorzystany w celu ochrony przed erozją skarpy na razie trzeba usunąć Schodkowanie- pomaga utrzymać stateczność skarpy połączyć korpus dotychczasowy z nowym JAK UKŁADAĆ RÓŻNE GRUNTY W KORPUSIE ZIEMNYM -jak po zagęszczeniu wytrzymałość<1,5Mpa nie używać -grunty sypkie (gdy są dobre warunki wodne) stosujemy każde -ił na budowę zapory korpusu ziemnego -do miejsc w których może pojawić się woda grunty niespoiste -grunty kamieniste- mogą być użyte zamiast przepustu (zaczynając od największych kamieni) -warstwy poziome spoisty niespoisty na przemian -spoisty w środku sypki dookoła nigdy odwrotnie KATEGORIE GRUNTÓW- cecha pod kątem wykonania urabiania. Im mniejsza tym łatwiej się odspaja i łatwiej formuje. Jest 10kat. 1-piaski. Pospółki 2-piaski drobne, z domieszkami 3-odspajanie przy pomocy sprzętu mechanicznego 4-sprzęt np. zrywarki
5...-grunty kamieniste WZMACNIANIE SKARPY NASYPU (zabezpieczenie przed erozją)
-obsianie trawą (dobre ukorzenienie...) (obkładamy skarpę warstwą humusu) -spryskanie emulsją asfaltową po zwilżeniu wodą 10,5kg emulsji /m2) -aby ochronić nasyp zanim pokryje się zasianą trawą -maty zawierające ziarna traw -darniowanie zębem -darniowanie na ukos -układanie 'dywanów' z trawy -wiklina; Wysadzinowość . Pod względem na zamarzanie dzielimy grunty na niewysadzinowe wątpliwe i wysadzinowe. Niewysadzinowe są sypkie przepuszczalne zawierają tylko niewielkie ilości cząsteczek najdrobniejszych frakcji iłowej i pyłowej. Wytrzymuja największe naciski żwiry pospółki pisaski czyste. Grunty wysadzinowe SA spoiste nieprzepuszczalne zawierają duże ilości cząsteczek ilastych i pylastych. Odznaczają się dużą kapilarnością, dużą zdolnością do podciągania wody. W marę zawilgocenia grunty pęcznieją stają się plastyczne odkształcalne i zmniejsza się ich nośność. Woda w nich zamarza i zwieksza objętość powodując spulchnianie. Iły gliny pyły pyły lessowe namuły organiczne. Grunty wątpliwe zawierają czastki frakcji iłowej i pyłowej w ilościach pośredni pomiedzy gr wysadzinowymi i nie wysadzinowymi. Piaski drobnoziarniste piaski pylaste i piaski próchnicze. Grunty do budowy nasypów najlepsze sypkie przepuszczalne niewysadzinowe. SA statecznei mają niezmienna nośność bez względu na wilgotność. Nie jest potrzebne wykonanie szytcznych odwodnień. Nie potrzeban warstwa mrozoochronna. Trudnością może być zagęszczanie gruntów. Koordynacja elementów w planie i profilu: - wierzchołki łuków pionowych i poziomych powinny leżeć na tej samej płaszczyźnie poprzecznej - wzajemne przesuniecie wierzchołkow o wartość ¼ dł pionowego można uznac za dopuszczalne - zaleca się stosowanie łuków poziomych dłużchych od pionowych - R pionowych przynajmniej 5 razy wieksze od R poziomych - na łuku poziomym unikać wiecej niż jednego załamania niwelety - nie stosować załamania niwelety na długości krzywej przejściowej i połączenia z innymi elementami - nie stosuje się krótkich łuków poziomych na długości łuku pionowego Przekrój poprzeczny: Elementy: jezdnie pasy awaryjnego postoju opaski wewnętrzne i zewnętrzne pobocza pasy przedzielające pasy postojowe pasy ruchu powolnego pasy zwolnienia i przyśpieszania rowy odwadniające chodniki ścieżki rowerowe torowiska boczne pasy bezpieczeństwa i elementy skrajni jezdni. Proste- zbyt długie trudno dopasowac do kraobrazu, działają męczoco na kierowców sprzyjają rozwijaniu nadmiernych prędkości oslepianie w noc po długich odcinkach prostych. Zbyt krótkie sprawiają wrażenie załamania trasy. Podłoże nawierzchni gruntowe - 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 0,02 MPa. Podłoże gruntowe rozpatruje się do głębokości mnie mniejszej niż 1m od projektowanej niwelety drogi Podłoża słabe to grunty nie spełniające kryteriów pod względem: rodzaju i uziarnienia gruntu wskaźnika zageszczenia wtórnego modułu odkształcenia stosunków modułu odkształcenia wtórnego do pierwotnego wysadzinowosc wskaźnik nośności CBR. Sposoby ulepszenia -dogęszczanie odziarnianie lub konsolidacja w celu mniejszenia zawartości wolnych przestrzeni - wymiana gruntu słabego na warstwy gruntu niewysadzinowego - stabilizacja gruntów spoistych spoiwami hydraulicznymi w celu osuszenia gruntów nadmiernie wilgotnych oraz zwiekszenie nośności -stabilizacja chemiczna - separacja warstw gruntu i kruszywa warstwami odcinającymi. Zagęszczanie: walce statyczne udarowe gładkie okołowane zagęszczarki udarowe i wibracyjne płyty wibracyjne ubijaki mechaniczne ciężkie ubijaki udarowe. Metody badań: badanie wskaźnika nośności CBR, badanie uziarnienia gruntu, Wskaźnik zagęszczenia na podstawie badania gęstości obj szkieletu grunt (badanie proctora). I maksymalnej oceny obj szkieletu zageszczonego przy wilgotności optymalnej Moduł odkształcenia metodą VSS, Pęcznienie liniowe, Moduł sprężystości. Podbudowy asfaltowe: a) beton asfaltowy -jedna lub wiecej warstw wieszanki mineralno asfaltowej spełaniajaca wymagania betonu asfaltowego b)piasek otoczony asfaltem c) mieszanka grave emulsion Podbudowy z kruszywa) z kruszywa naturalnego b z kruszywa łamanego c żużla wielkopiecowego z tłucznia kamiennego Podbudowy z gruntów stabilizowanych spoiwami a) cementem -proces technologiczny polegający na rozdrobnieniu istniejącego gruntu rodzimego i zmieszanie go z taką ilością wody i zementu aby po zageszczeniu i procesie twardnienia mieszanka wykazywała dostateczną wytrzymałość i odporność na działanie wpływów atmosferycznych. B) wapnem c) popiołami lotnymi Podbudowy betonowe z betonu cementowego z betonu popiołowego z chudego betonu. Podbudowy z zużytej nawierzchni drogowej Rodzaje miesz. Min asf typ betonowy (beton asfaltowy asfalt lany i piaskowy)(warstwy ścieralna wiażąca wyrównawcza wzmacniająca podbudowy) charakteryzuje się tym ze mieszankajest projektowana według ciągłej harmonijnej krzywej uziarnienia z kruszyw o rożnej wielkości typ makadamowy (warstwy ścieralne płyty lotniskowe i mostowe wiąząca) okresla się warstwy kruszyw jednofrakcyjnych wzajemnie klinujących się o stopniowo malejącym uziarnieniu otoczonych lepiszczem tylko kropionych i odpowiedni zagęszczonych(mastyks grysowy SMA i o nie ciągłym uziarnieniu MNU). Typ pośredni- krzywa uziarnienia mieszanki mineralnej jest nieciągła asf lany sciaralna wiażaca ochronna asf piaskowy scieralna metody projektowania MMA - teoretyczna - met wolnej przestrzeni - metoda doboru składników mieszanki mineralnej według Krzych najlepszego uziarnienia metoda programu komputerowego