Upload
others
View
11
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
DOŚWIADCZENIA Z BUDOWY I UTRZYMANIA NAWIERZCHNI BETONOWYCH W POLSCE
Prof. dr hab. inż. Antoni Szydło
Politechnika Wrocławska
Kielce, maj, 2017
Plan wystąpienia
1.Historia budowy nawierzchni
betonowych w Polsce
2. Rozwój konstrukcji nawierzchni
betonowych na drogach
3. Rozwój technologii nawierzchni
betonowych
4. Badania i utrzymanie nawierzchni
Historia budowy nawierzchni betonowych
• Pierwsza nawierzchnia betonowa w Europie – 1888 r. – plac Bluechera(Breslau - Wrocław) dzisiejszy Plac Solny
• Pierwsza nawierzchnia asfaltowa, 1837 r. Paryż - Place de la Concorde
Historia budowy nawierzchni betonowych – 1896 r.
Historia budowy nawierzchni betonowych -1909 r.
Historia budowy nawierzchni betonowych – 1940 r
Historia budowy nawierzchni betonowych – 1944 r
Historia budowy nawierzchni betonowych
• Lata 30 ubiegłego wieku – budowa autostrady A4 łączącej zagłębie Ruhry z zagłębiem górnośląskim
Historia budowy nawierzchni betonowych
Przebieg sieci autostrad niemieckich
1936 r.
A4
Widok starej nawierzchni betonowej A4 -1995 r.
Nawierzchnie betonowe –przebudowa 1995 r.
Kruszenie starej nawierzchni betonowej A4 – materiał użyty do warstwydolnej betonowej i mrozoochronnej
Nawierzchnie betonowe- przebudowa 1995 r. Krzyżowa - Krzywa
Beton B40, Płyty dyblowane i kotwione , 26cmGórna 7 cm warstwa nowy materiał
Dolna warstwa 19 cm, materiał z płyt kruszonych
Grunt stabilizowany cementem,
fc = 3,5 – 5,0 MPa, 20cm
Warstwa mrozoochronna
Materiał z kruszonych płyt – 30 cm
E2 150 MPa
Nawierzchnie betonowe – 1995 –Krzyżowa - Krzywa
Nawierzchnie betonowe – Krzyżowa -Krzywa
Kotwy Ø 20 mm, 80 cm długość,rozstaw co 1 m -> w podłużnejszczelinie
Dyble Ø 25, 60 cm długość, rozstaw 25 cm -
> co 5 m
Nawierzchnie betonowe
Nawierzchnie betonowe – Wrocław- Krzyżowa-2002; Krzyżowa – Zgorzelec - 2010; Krzyżowa-
Olszyna - 2009
Płyty betonowa, B40, płyty dyblowane i kotwione, 27cm
Chudy beton, fc = 6 – 9 MPa, 20cm
Podłoże
Geo-włóknina 450-550 g/m2
Grunt stabilizowany cementem, R =1.5–2.5 MPa, 15-30 cm
Warstwa mrozoochronna, CBR>30% , 30cm
E2 150 MPa
WYKONYWANIE SZCZELIN SKURCZOWYCH – przykład
WYKONYWANIE SZCZELIN DYLATACYJNYCH – przykład
profil
wkładka ochronna
faza < 3mm
masa zalewowakord
wkładka ochronna
faza < 3mm
KONSTRUKCJA SZCZELIN DYLATACYJNYCH
KONSTRUKCJA SZCZELIN DYLATACYJNYCH
cement
cement + piasek
cement + piasek + kruszywo
powierzchnia zaprawy
beton
NAWIERZCHNIA W STREFIE PRZYPOWIERZCHNIOWEJ
TECHNOLOGIE WYKAŃCZANIA NAWIERZCHNI
Nawierzchnie betonowe A4 –podbudowa z kruszywa -1300 m
Podłoże gruntowe
Grunt stabilizowany cementem fc =1.5 – 2.5 MPa, 15cm
Warstwa mrozoochronna CBR>30% grubosci, 25cm
Beton cementowy, B40, płyty dyblowane i kotwione, 30cm
Kruszywo lamane stabilizowane mechanicznie 0/31.5, 30cm
E2 200 MPa
Beton cementowy klasy B40, 0,23 m
Chudy beton Rm=6-9 MPa, 0,20 m
Warstwa mrozoochronna, 0,35 m
Grunt stab. cementem Rm = 2,5 MPa
Podłoże gruntowe
pęknięcieskurczowe
szczelinapodłużna
zbrojenie
podłużne: φ16 co 12.5cm
poprzeczne: φ12 co 100cm
NAWIERZCHNIE O CIĄGŁYM ZBROJENIU A4 – odcinek doświadczalny
2,0 – 2,5%
Nawierzchnie o ciągłym zbrojeniu –A4 -1013 m
Beton o ciągłym zbrojeniu, B40, 23cm
Chudy beton, fc = 6 – 9 MPa, 20cm
Podłoże
Grunt stabilizowany cementem, fc =1.5-2.5 MPa, 17 cm
Warstwa mrozoochronna, 35cm
Nawierzchnie o ciągłym zbrojeniu
Pręty podłużne Ø 20 mm, odstęp 18 cm
Pręty poprzeczne Ø 12 mm, odstęp 70 cm
Nawierzchnia betonowa o ciągłymzbrojeniu–A4
Lokalizacja zbrojenia w płycie
11cm
23cm
φ20 co 18cm
φ12 co 70cm
0.7m
pręty podłużne
φ20 co 18cm
pręty poprzeczne
φ12 co 70cm
połączenie prętów
na długości 0.7m
65°
Lokalizacja zbrojenia
1.10m
0.65m
4.80m 944.20m4.80m
0.65m
4.80m 4.80m
480cm
23cm
65cm
8cm
φ12
φ20 co 18cm
φ12 co 70cm (ukośne)
φ12 co 70cm (prostopadłe)
φ16 co 20cm
Nawierzchnie betonowe o ciągłym zbrojeniu
Nawierzchnie betonowe o ciągłym zbrojeniu
Autostrada A2 – projekt PPP nawiększy w Europie – 106 km
WA
RS
ZA
WA
BE
RL
IN
Nawierzchnie betonowe – A2Dwuwarstwowa płyta dybl. 27 / 28 / 29 cmC30/37, fc ≥ 40 MPa ; fc,f ≥ 5,5 MPa ;górna w.5 cm
Chudy beton fc = 6 – 12 (15) MPa, 20cm
Podłoże
Geowłóknina 450-550 g/m2
Warstwa mrozoochronna, 33 / 32 / 31 cm
E2120 MPa
E2 60 MPa
Nawierzchnie betonowe
Powierzchnia po odkryciu
Powierzchnia przed
odkryciem
Nawierzchnie betonowe z odkrytym kruszywem -A2
Nawierzchnie betonowe
• Kruszywo:
• - Max.ziarno:8 mm
• - PSV 53• Mieszanka beton.:• cement 420 kg/m³• grubość: min. 5 cm
Nawierzchnie betonowe
A2 EAC (not trafficked)
DW780 Kraków SMA5
DW780 Kraków SMA11
DW780 Kraków BBTM8
DW780 Kraków PA8
DW780 Kraków BA12,8
A2 BC
Typowe
nawierzchnie
asfaltowe
„Odkryte kruszywo” -
nawierzchnia betonowa
„Ciche” nawierzchnie
asfaltowe
97,7
Nawierzchnie betonowe A2 ciągłe zbrojenie
Nawierzchnie betonowe A2 ciągle zbrojenie – kozły oporowe
Nawierzchnie betonowe A2
E2=60MPa
E2=120MPa
Nawierzchnia o ciągłym zbrojeniu A2
Nawierzchnia o ciągłym zbrojeniu A2
Cechy nawierzchni o ciągłym zbrojeniu
1. Brak szczelin poprzecznych
2. Występują mikrospękania
3. Pełna współpraca na mikrospękaniach
4. Może być nawierzchnią długowieczną
5. Trwałość zmęczeniowa tych nawierzchni to ok.
150 000 000 osi 115 kN.
6.Aktualnie w Polsce ok. 2,5 do 3 mln osi na rok na nawierzchniach betonowych
7. Żywotność ok. 50 lat
Warstwa ścieralna, SMA5 cm
UKŁAD WARSTW NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNEJ O CIĄGŁYM ZBROJENIU
Górne warstwy
nawierzchni
Dolnewarstwy
nawierzchni
Podłożegruntowe
22 cm
18 cm
Płyta betonowa - zbrojona
Warstwa poślizgowa, beton asfaltowy
Warstwa podbudowy zasadniczej z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym
chudy beton
Warstwa ulepszonego podłoża
E2 = 120 MPa
5 cm
15 - 30 cm
Podsumowanie nawierzchni o ciągłym zbrojeniu
1. Aktualnie mamy w Polsce dwa odcinki nawierzchni
betonowej o ciągłym zbrojeniu
2. Wyniki badań wykazują, że trwałość zmęczeniowa tych
nawierzchni jest znacznie większa do tradycyjnych
3. Nawierzchnie betonowe o ciągłym zbrojeniu wg
doświadczeń zagranicznych nie wymagają dużych
nakładów na utrzymanie
4. Sanacja górnej warstwy nawierzchni za pomocą mma
powinna dać dobre rozwiązania
5. Trwałość zmęczeniowa to ok. 150 000 000 osi 115 kN.
Żywotność ok. 50 lat
Rodzaje nawierzchni na autostradach i drogach ekspresowych
istniejące naw. asfaltowe
projektowane naw. asfaltowe
istniejące naw. betonowe
projektowane naw. betonowe
inne planowane drogi ekspresowe
Połączenia nawierzchni betonowej z asfaltową na mostach
Nawierzchnia asfaltowa
Szczelina połączeniowa
na ściskanie
Beton cementowy
Szczelina
pozorna
GeowłókninaWarstwa mrozoochronna
Chudy betonWkładka
piankowa
Łożysko
Dylatacja
> 15.00 5.00
3.700.60.7
Nawierzchnia asfaltowa
Szczelina połączeniowa
na ściskanie
Warstwa mrozoochronna
Geowłóknina
Odwodnienie
φ 16/0.2m
φ 16/0.5m
φ 16/0.2m
φ 12
Izolacja
0.80
0.60.7
Nawierzchnia betonowa na mostach L = 20 m
Beton cementowy
Geowłóknina
Warstwa ochronna i izolacja
Szczelina podłużna
Pasy ruchuKapa mostowa Kapa mostowa
Przykład nawierzchni betonowej o ciągłym zbrojeniu na moście L > 20 m
przegub
płyta o ciąglym zbrojeniu
dylatacja
beton asfaltowy 5cm
płyta przejściowa
podbudowa
płyta o ciągłym zbrojeniu
warstwa poślizgowa
izolacja
ustrój nośny
dylatacja
Badania nośności - utrzymanie
Wykre
s wsp
ółczynników
prze
nosze
nia ob
ciążeń
Sekcja 1
, rok 2006 oraz 2
007
Se
kc
ja 1
, pa
s w
oln
y
Ws
pó
łczn
nik
prze
no
sze
nia
ob
ciąże
ń
0,0
0
0,1
0
0,2
0
0,3
0
0,4
0
0,5
0
0,6
0
0,7
0
0,8
0
0,9
0
1,0
0
89,500
91,000
93,000
95,000
97,000
99,000
101,000
103,000
105,000
107,000
109,000
111,000
113,000
115,000
117,000
119,000
121,000
123,000
125,000
127,000
132,000
134,000
136,000
138,000
140,000
142,000
144,000
146,000
148,000
150,000
Lo
ka
liza
cja
, km
Współczynnik przenoszenia obciążeń, -
k_m
in 2
006
k_m
in 2
007
Stosunek ugięć krawędzi płyt naw. tradycyjna
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
odległości [m]
u2/u
1
Sr. = 0,89
Stosunek ugięć krawędzi przy spękaniu naw. zbrojona
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
odległości [m]
u2s/u
1s
Sr. = 0,99
Prz
ykła
dow
y w
ykre
s tr
wał
ości
zm
ęcz
enio
wej
Sekc
ja 5
, 2006r. Trw
ałość
zmęc
ze
nio
wa
(o
sie
115
kN
), p
as
wo
lny
1000000
10000000
100000000
1000000000
102,
700 10
4,000
106,
000 10
8,000
110,
500 11
2,300
114,
700 11
6,300
118,
700 12
0,600
122,
300 12
4,000
126,
100 12
8,600
130,
800 13
2,500
134,
700 13
6,700
138,
800 14
0,900
142,
700 14
4,600
146,
200 14
7,300
149,
745
Pu
nkt,
km
N [ES
AL]
Nawierzchnie betonowe
Badania trwałości A2
• km 23+500 do 30+000Trwałość – 51 000 000 osi 115 kNPrognoza – 40 600 000 osi 115 kN• km 58+000 do 65+00Trwałość – 49 500 000 osi 115 kNPrognoza – 40 600 000 osi 115 kN
Nawierzchnie betonowe - badania Wartości modułów warstw
dla pasa ruchu wolnego
100
1000
10000
100000
1000000
101,000 106,000 111,000 116,000 121,000 126,000 131,000 136,000 141,000 146,000 151,000
Punkt, km
E,
MP
a
E1 E2 E3
Historia budowy nawierzchni betonowych w Polsce
• 1995 r. – Recykling starej nawierzchni betonowej – Krzywa – Krzyżowa – 17 km
• 2002 r – przebudowa A4 Wrocław –Krzyżowa – 92 km
• 2010 – Budowa A4 – Krzyżowa –Zgorzelec – 50 km
Historia budowy nawierzchni betonowych w Polsce
• 2009 – Budowa A18 Krzywa – Olszyna –60 km
• 2012 – Budowa A2 – Nowy Tomyśl –Świecko 105 km
• 2012 – przebudowa i budowa S8 – 160 km
• 2014 - Droga wojewódzka Świdnica – A4
Analiza kosztów budowy i utrzymania
W administracjach drogowych na świecie prowadzi sięanalizy:
-LCA – Life Cycle Assessment – Ocena Cyklu Życia – procesoceny wpływu produktu lub usługi na środowisko w całymokresie życia produktu,
-LCC – Life Cycle Costing – Koszt Cyklu Życia – suma
wszystkich kosztów ponoszonych podczas cyklu życia
wyrobu – budowa-użytkowanie-likwidacja,
-LCI – Life Cycle Inventory – Analiza zbioru w cyklu życia –
etap gromadzenia danych potrzebnych do realizacji LCA
Analizy kosztów budowy i utrzymania
W administracji drogowej amerykańskiej w 33 stanach od2008 roku stosuje się analizy LCC.
Z analiz Texas Department of Transportation wynika, że wciągu 50 lat koszt budowy nawierzchni betonowych obniżyłsię o około 20%, natomiast ceny asfaltu wzrosły o 95%.
W 2013 roku w USA koszty budowy nawierzchni betonowychbyły 10 do 20% niższe od nawierzchni podatnych.
Prezentacja dotyczy kosztów budowy i utrzymanianawierzchni sztywnych i podatnych w Polsce
Scenariusz utrzymaniowy nawierzchnie asfaltowe
Nawierzchnie podatne – wymiana warstw!
Po 9 latach wymiana warstwy ścieralnej
Po 18 latach 40% wymiana warstwy ścieralnej i wiążącej
Po 18 latach wymiana 60% warstwy ścieralnej
Po 27 latach wymiana 60% warstwy wiążącej i ścieralnej
Po 27 latach wymiana 40% warstwy ścieralnej
Scenariusz utrzymaniowy – nawierzchnie betonowe
Nawierzchnie sztywne – wymiana materiałów szczelin,
wymiana pękniętych płyt (13% spękanych płyt)!
Po 9 latach wymiana uszczelnień szczelin podłużnych i poprzecznych
•Po 18 latach wymiana 5% płyt
•Po 15 latach sanacja powierzchni,
Po 18 latach wymiana uszczelnień szczelin podłużnych ipoprzecznych
•Po 24 latach wymiana 3% płyt
•Po 27 latach wymiana uszczelnień szczelin podłużnych ipoprzecznych
•Po 27 latach wymiana 5% płyt
Porównanie kosztów całkowitych – budowa + utrzymanie
5 3
33
20
0.0
0
5 3
78
60
0.0
0
5 1
88
00
0.0
0
2 5
09
81
4.0
8
2 4
86
04
9.0
8
2 4
27
74
9.0
8
0
1 000 000
2 000 000
3 000 000
4 000 000
5 000 000
6 000 000
A1-KR7 B-KR7 C-KR7
ko
szt
[P
LN
]
Typ konstrukcji
naw. podatna
naw. sztywna KR7
podbud. z kruszywa podbud. z bet. asf. podbud. z m. związanej spoiwem hydraul.
Koszty całkowite budowy i utrzymania po 30 latach typowych budowanych w Polsce
0
1 000 000
2 000 000
3 000 000
4 000 000
5 000 000
6 000 000
koszt
[PLN]
podatna A1-KR7
sztywna III-KR7
k.
bu
do
wy
k.
całk
ow
ity
33%
82%
57%
k.
utr
zym
an
ia
Warstwa podbudowy - kruszywo łamane stab. mech. C90/3
h [cm]
18
20 120 MPa
180 MPa
84 Warstwa ścieralna - SMA wg WT2
Warstwa wiążąca - AC16W wg WT2
Warstwa podbudowy - AC22P wg WT2
120 MPa
29
20
Płyta betonowa C35/45, dyblowana i kotwiona
Warstwa poślizgowa – powierzchniowe utrwalenie
Warstwa podbudowy – mieszanka związana spoiwem hydraul. C8/10
Analiza hałaśliwości nawierzchni betonowychZakład Dróg i Lotnisk – Politechnika Wrocławska
Rodzaje badanych konstrukcji nawierzchni
Chudy beton6-9 MPa
Chudy beton6-9 MPa
Krusz. Łamane stab. mech.
Płyta za szczelinami dyblowanymi na podbudowie
z kruszywa (A4)
Płyta zbrojona bez szczelin dylatacyjnych na podbudowie
z chudego betonu (A4, A2)
Płyta za szczelinami dyblowanymi na podbudowie z chudego betonu (A4, A2, S8)
A4
A2
S8
Analiza hałaśliwości nawierzchni betonowychZakład Dróg i Lotnisk – Politechnika Wrocławska
Identyfikacja odcinków badawczych
Analiza hałaśliwości nawierzchni betonowychZakład Dróg i Lotnisk – Politechnika Wrocławska
Rodzaje badanych tekstur nawierzchni
Szczotkowanie poprzeczne Odkryte kruszywo
Analiza hałaśliwości nawierzchni betonowychZakład Dróg i Lotnisk – Politechnika Wrocławska
Wpływ tekstury i równości
na hałaśliwość
– International Roughness Index (IRI)
– Tekstura: wskaźniki RMS i MPD
80
.0
81
.0
82
.0
83
.0
84
.0
12:15 - 12:30
12:30 - 12:45
12:45 - 13:00
13:00 - 13:15
13:15 - 13:30
13:30 - 13:45
13:45 - 14:00
14:00 - 14:15
14:15 - 14:30
14:30 - 14:45
14:45 - 15:00
15:00 - 15:15
15:15 - 15:30
15:30 - 15:45
15:45 - 16:00
16:00 - 16:15
16:15 - 16:30
Ró
wn
ow
ażn
y p
ozio
m d
źwię
ku
-PP
H1
80
.0
81
.0
82
.0
83
.0
84
.0
12:15 - 12:30
12:30 - 12:45
12:45 - 13:00
13:00 - 13:15
13:15 - 13:30
13:30 - 13:45
13:45 - 14:00
14:00 - 14:15
14:15 - 14:30
14:30 - 14:45
14:45 - 15:00
15:00 - 15:15
15:15 - 15:30
15:30 - 15:45
15:45 - 16:00
16:00 - 16:15
16:15 - 16:30
Ró
wn
ow
ażn
y p
ozio
m d
źwię
ku
-PP
H2
80
.0
81
.0
82
.0
83
.0
84
.0
12:15 - 12:30
12:30 - 12:45
12:45 - 13:00
13:00 - 13:15
13:15 - 13:30
13:30 - 13:45
13:45 - 14:00
14:00 - 14:15
14:15 - 14:30
14:30 - 14:45
14:45 - 15:00
15:00 - 15:15
15:15 - 15:30
15:30 - 15:45
15:45 - 16:00
16:00 - 16:15
16:15 - 16:30
Ró
wn
ow
ażn
y p
ozio
m d
źwię
ku
-PP
H3
80
.0
81
.0
82
.0
83
.0
84
.0
12:15 - 12:30
12:30 - 12:45
12:45 - 13:00
13:00 - 13:15
13:15 - 13:30
13:30 - 13:45
13:45 - 14:00
14:00 - 14:15
14:15 - 14:30
14:30 - 14:45
14:45 - 15:00
15:00 - 15:15
15:15 - 15:30
15:30 - 15:45
15:45 - 16:00
16:00 - 16:15
16:15 - 16:30
Ró
wn
ow
ażn
y p
ozio
m d
źwię
ku
-PP
H4
mia
rod
ajn
y p
ozio
m d
źwie
ku
81
.9 d
b d
la p
p 9
5%
mia
rod
ajn
y p
ozio
m d
źwie
ku
82
.2 d
b d
la p
p 9
5%
mia
rod
ajn
y p
ozio
m d
źwie
ku
83
.6 d
b d
la p
p 9
5%
mia
rod
ajn
y p
ozio
m d
źwie
ku
82
.9 d
b d
la p
p 9
5%
Wstę
pne an
alizy wpływ
u rod
zaju n
awie
rzchni n
a A4 n
a poziom
dźw
ięku
j. półn
ocna: (ciągłe
zbroje
nie
, bez szcze
lin
dylatacyjn
ych),
budow
a 2005 rok
j. półn
ocna: (d
yblow
ana
z dylatacjam
i),
bu
do
wa 2
005 ro
k
j. połu
dniow
a: (dyb
low
an
a
z d
yla
tacja
mi),
bu
do
wa 2
001 rok
j. po
łud
nio
wa : (d
yb
low
an
a
z d
yla
tacja
mi),
bu
do
wa 2
001 ro
k
Podsumowanie
• Aktualnie funkcjonują normyeuropejskie które określają wymagania materiałowe i technologiczne
Podsumowanie
• Wymagania obejmują mieszanki betonowe jak i również betony oraz wykonane nawierzchnie (konsystencja, zawartość powietrza, mrozoodporność, odporność na działanie soli, wytrzymałości, wymagania odnośnie dybli kotew, cementu, kruszyw itp.)
Podsumowanie
• Opracowano ogólne specyfikacje techniczne,
• Zaktualizowany został Katalog nawierzchni betonowych
• Budowa nawierzchni betonowych wyzwala pozytywną konkurencję z nawierzchniami asfaltowymi
Podsumowanie - perspektywy
• Doskonalenie nawierzchni betonowych w zakresie redukcji hałasu,
• Rozwój technologii whitetoppingu• Prace nad koncepcją nawierzchni
długowiecznych mieszanychbetonowo-asfaltowych
Dziękuję za uwagę
Ugięciomierz dynamiczny FWD
Badania nośności - utrzymanie