Upload
others
View
12
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 1
Beograd, 2020.
Sva autorska prava autora prezentacije i/ili video snimaka su zaštićena. Snimak ili prezentacija se mogu koristiti samo za nastavu na daljinu studenta Građevinskog
fakulteta Univerziteta u Beogradu u školskoj 2020/2021 i ne mogu se koristiti za druge svrhe bez pismene saglasnosti autora materijala.
Univerzitet u Beogradu – Građevinski fakultet
www.grf.bg.ac.rs
Studijski program: GRAĐEVNARSTVO – Diplomske akademske studije
Modul: PUTEVI, ŽELEZNICE I AERODROMI
Godina/Semestar: I godina / I semestar
Naziv predmeta (šifra): UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA (M2S1US)
Nastavnik: Goran Mladenović
Naslov predavanja: Modeli propadanja kolovozaDatum : 03.11.2020.
Sadržaj prezentacije
• Opšte o modelima propadanja infrastrukture• Probabilistički modeli
• Deterministički modeli
• Modeli propadanja kolovoznih konstrukcija u programu HDM saposebnim osvrtom na modele za fleksibilne kolovozne konstrukcije
• Sledeća predavanja:• Modeli efekata radova održavanja
• Kalibracija modela propadanja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 2
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 2
Modeliranje propadanja infrastrukture
• Sistemi za upravljanje održavanjem infrastrukture po pravilu morajuimati mogućnost da predvide stanje infrastrukture u toku analiziranogperioda
• Cilj je da se predvidi stanje i efekti različitih tretmana održavanja
• Brzina propadanja ima značajan uticaj na:• Vreme i tip tretmana/intervencije (minimizacija troškova životnog veka na
nivou projekta)
• Mesto deonice na listi prioriteta (nivo programa)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 3
Šta želimo da predvidimo?
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 4
STA
NJE
INFR
AST
RU
KTU
RE
ODLIČNO
LOŠE
VREME
Pogoršanje stanja(PROPADANJE)
Tretman održavanja
Poboljšanje stanja -efekti radova održavanja
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 3
Od čega zavisi propadanje puta?
• Originalni projekat
• Tipovi i karakteristike materijala u kolovoznoj konstrukciji
• Kvalitet izgradnje
• Obim saobraćaja i osovinska opterećenja
• Geometrija puta
• Starost kolovoza
• Uslovi okoline
• Standardi održavanja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 5
Faktori koji utiču na propadanje kolovoza
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 6
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 4
Tipovi modela propadanja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 7
Deterministički
• Predviđaju buduće stanje kolovoza na bazi matematičkih izraza u funkciji od saobraćajnog opterećenja, postojećeg stanja i drugih parametara
• Koriste se za analizu na nivou mreže ili na nivou projekta
• Na osnovu njih se može dobiti detaljan program radova za određenu deonicu
Probabilistički• Predviđaju verovatnoću određenog
rezultata – verovatnoću da će kolovoz ilideo mreže biti u određenom stanju
• Koriste se na nivou mreže
• Ne mogu dati konkretne intervencijeodržavanja na određenoj deonici
Deterministički modeli
• Različite vrste tehnika za razvoj modela:• Empirijski modeli
• Analitičko-empirijski (strukturno empirijski) modeli• Stanje oštećenosti kolovozne konstrukcije
• Funkcionalno stanje kolovozne konstrukcije
• Indeks stanja
• Analitički modeli - stanje napona i deformacija u kolovoznojkonstrukciji
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 8
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 5
Deterministički modeli...
• Analitički modeli• Daju mnogo veću fleksibilnost nego regresioni modeli
• Mogu se lako primeniti za različite kolovozne konstrukcije ili različito stanje
• Vrlo zahtevni u pogledu podataka
• Strukturno-empirijski prilaz• Primenjen u programu HDM
• Poznavanje propadanja kolovoza korišćeno da se primeni statistička analiza
• Mnogo manje zahtevni u pogledu podataka
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 9
Tipovi determinističkih modela
• Absolutni• Predviđaju buduće stanje
STANJE = f(a0, a1, a2)
• Ograničeni na uslove u kojima su razvijeni
• Problemi sa kalibracijom
• Inkrementalni• Predviđaju promenu stanja u odnosu na sadašnje stanje:
∆ STANJE = f(a0, a1, a2)
• Mogu se primeniti od bilo koje tačke u istoriji kolovoza, tako da su mnogofleksibilniji
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 10
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 6
Model AASHTO
• PSI – Present Serviceability Index
• SV – slope variance – промена нагиба – средња вредност у два колотрага
• C,P – површина захваћена пукотинама и закрпама (m2/1000 m2)
• RD – дубина колотрага (cm)
• PSI = 0 – 5
• Губитак употребљивости коловоза:
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 11
( ) 2RD2139.0PC01.0SV1log91.103.5PSI ⋅−+⋅−+⋅−=
toto ppPSIPSIPSI −=−=∆
Основна идеја
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 12
Време/Саобраћајно оптерећење
Уп
отр
еб
љи
вост (
PS
I) p0
pt
p0 - pt
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 7
Основна релација
• β и ρ зависе од носивости коловозне конструкције (дебљина слојева и њихова крутост) и саобраћајног оптерећења
• β дефинише облик криве пропадања
• ρ - саобраћајно оптерећење при коме је p = 1.5
• W - стварно саобраћајно оптерећење које доводи до индекса употребљивости pt
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 13
( )β
ρ
−=−
Wpppp to 0
Основна једначина
� Tu - укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном периоду (стандардних осовина од 80 kN)
� ZR – стандардно нормално одступање за одговарајући ниво пројектне поузданости
� So – стандардно одступање �
� ∆p – губитак употребљивости у току пројектног периода� Po – почетни индекс употребљивости� Pt – крајњи индекс употребљивости
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 14
( )
( )
045.7Mlog32.2
54.2SN
59.13807140.0
G54.2SNlog36.9SZTlog R
19.5
toRu −⋅+
++
++⋅+⋅= SNpot
5.12.4
pplog
5.12.4
plogG to
t−
−=
−
∆=
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 8
Основна једначина
� МR – повратни модул постељице (MPa)
� SN – структурни број коловозне конструкције (cm)
� аi – коефицијент замене i-тог слоја
� di - дебљина i-тог слоја (cm)
� mi – коефицијент одводњавања i-тог слоја
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 15
( )
( )
045.7Mlog32.2
54.2SN
59.13807140.0
G54.2SNlog36.9SZTlog R
19.5
toRu −⋅+
++
++⋅+⋅= SNpot
33322211 damdamdaSN ⋅⋅+⋅⋅+⋅=
Regresioni modeli
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 16
Starost (godina)
Indeks
stanja
��� = � − ������
gde su:A,k - regresione konstantne koje zavise od saobraćajnog opterećenjastarost – broj godina od izgradnje ili od poslednje rehabilitacije/rekonstrukcije
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 9
Oštećenja kolovoza modelirana u HDM-4
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 17
Fleksibilni
kolovoziBetonski kolovozi
Kolovozi od
blokova*
Kolovozi bez
zastora
- Pukotine- Kolotrazi- Odnošenje materijala- Udarne rupe- Ravnost
- Pukotine- Ljuspanje spojnica- Denivelacija spojnica- Lomovi- Indeks upo-trebljivosti- Ravnost
- Kolotrazi- Tekstura površine- Ravnost
*nije trenutno uključeno
u model
- Gubitak agregata- Ravnost
- Lom ivica- Tekstura površine- Otpornost na trenje
Modeli su razvijeni za spektar klimatskih uslova
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 18
� Temperatura
� Tropska
� Suptropska topla
� Suptropska hladna
� Umereno hladna
� Umereno hladna sa smrzavanjem
� Vlažnost
� Suvo
� Polu-suvo
� Delimično vlažno
� Vlažno
� Vrlo vlažno
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 10
Modeli propadanja za fleksibilne kolovoze
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 19
PukotineStrukturne
Termičke
Reflektovane
(Ne)Ravnost
Pukotine
Kolotrazi
Udarne rupe
Strukturna
Zakrpe
Okolina
Odn. Materijala
KolotraziStrukturna deformacija
Plastična deformacija
Habanje površine
Inicijalno zbijanje
Udarne rupe
Modeli propadanja za krute kolovoze
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 20
• Pukotine % ploča ispucao JP Broj na kmJR
• Den.spojnica mm JP,JR
• Ljuspanje % poprečnih JP,JR spojnica
• Lomovi Broj na km CR
• Upotrebljivost Bezdimenziono JR,CR
• (Ne)ravnost m/km IRI Svi
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 11
Mehanizmi interakcije oštećenja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 21
t 1 t 1
Prodiranje vode
Novepukotine
Zakrpe
Smicanje
Neravna površina
Ljusp.
Brže propadanje
NERAVNOST
Ud.rupe
Zakrpe
Vreme Vreme
Neravna površina
SMANJENA NOSIVOST
Ispucala površina
Dubina kolotraga
(Ne)ravnost (roughness)(Ne)ravnost (roughness)(Ne)ravnost (roughness)(Ne)ravnost (roughness)
• (Ne)ravnost se izražava preko IRI (International Roughness Index)
• Komponente promene (ne)ravnosti:
• Strukturno propadanje (SN, YE4) � ∆Ris
• Pukotine � ∆Ric
• Kolotrazi (standardna devijacija) � ∆Rir
• Udarne rupe (koje “pogode” korisnici, zavisno od obima saobraćaja) � ∆Rit
• Okolina� ∆Rie
• Sve promene ravnosti usled različitih uzorka se sabiraju:
• ∆RI = Kgp (∆Ris + ∆Ric + ∆Rir + ∆Rit) + ∆Rie
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 22
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 12
Razvoj oštećenja
• Oštećenja se mogu grupisati u:• Površinska oštećenja (funkcionalna oštećenost)
• Strukturna oštećenja (nosivost)
• Površinska oštećenja se mogu zaustaviti u skoro svakom momentuodređenim tretmanima održavanja
• Stepen razvoja strukturnih oštećenja se može usporiti tretmanimaodržavanja, ali se nikad ne može zaustaviti
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 23
Parametri kojima se opisuje stanje fleksibilnog kolovoza u HDM-4
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 24
Površinska oštećenja Pukotine (strukturne, termičke)
Odnošenje materijala
Udarne rupe
Oštećenja ivica kolovoza
Ravnost
(deformisanost) površine
Poprečna - kolotrazi
Podužna – IRI
Tekstura Makro tekstura
Mikro tekstura – otpornost na trenje
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 13
Mehanizam razvoja oštećenja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 25
Dobro stanje
Pukotine
Odnošenje
materijala
Udarne rupeOštećenja
ivica
Inicijacija i razvoj
• Modeli za pukotine, odnošenje materijala i udarne rupe imaju dve faze:
• Inicijacija: obim oštećenja je jednak nuli, do stvaranja prvog oštećenja (pukotine,
površine s odnetim materijalom -“čupanje agregata”, ili udarne rupe)
• Zatim ide faza razvoja oštećenja od 0 do 100 %
• Oštećenja ivica, kolotrazi, podužna ravnost, tekstura i otpornost na trenje
imaju samo fazu razvoja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 26
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 14
Periodi inicijacije i razvoja oštećenja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 27
Starost kolovoza (godina)
INICIJACIJA RAZVOJ
Isp
uca
la p
ovr
šin
a (%
)
Postupak proračuna (1)
1) Inicijalizacija podataka na početku godine
2) Proračun nosivosti kolovoza
3) Proračun saobraćajnog opterećenja za konkretnu godinu
4) Proračun prirasta obima oštećenja, po sledećem redosledu:
1. Pukotine
2. Odnošenje materijala
3. Udarne rupe
4. Oštećenja ivica
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 28
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 15
Postupak proračuna (2)
5) Provera da je zbir oštećenih i neoštećenih površina jednak 100 %, proračun obima oštećenosti na kraju godine i prosečnog obima oštećenosti tokom godine
6) Proračun godišnjeg prirasta poprečne i podužne ravnosti, vrednosti na kraju godine i prosečnih vrednosti tokom godine
7) Proračun godišnjeg pada vrednosti teksture i otpornosti na trenje, proračun vrednosti na kraju godine i prosečnih vrednosti tokom godine
8) Pohranjivanje sračunatih vrednosti
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 29
Osnovni parametri
• Nosivost kolovozne konstrukcije
• Saobraćaj (obim i opterećenja)
• Okolina: klima i sistem za odvodnjavanje
• Tip kolovoza
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 30
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 16
Nosivost fleksibilne kolovozne konstrukcije
• U HDM modelima nosivost se izražava:
• Preko strukturnog broja
• Preko ugiba, pod osovinskim opterećenjem od 8.16 t (ili 80 kN) -
Benkelmenova greda ili FWD
• 4 mogućnosti:• SNP – modifikovani strukturni broj (direktno)
• Ugib Benkelmenove grede
• Ugib FWD
• Debljine i koeficijenti zamene slojeva i CBR posteljice
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 31
Strukturni broj
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 32
zastor a1, h1
gornja
podloga a2, h2
donja
podloga a3, h3
Posteljica CBR
0.0394 Σ ai*hi
0.0394 Σ ai*hi * korekcija s obzirom na debljinu
F(CBR) * korekcija s obzirom na debljinu
Strukturni broj izražen u [in] – standardni način izražavanja strukturnog broja1 in = 2.54 cm
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 17
Modifikovani strukturni broj - SNP
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 33
SNSUBGSNSNP +=
ii
i ha0394.0SN ⋅⋅= ∑
( ) 43.1CBRlog85.0CBRlog51.3SNSUBG2
1010 −⋅−⋅=
� SN – strukturni broj kolovozne konstrukcije
� ai – koeficijent zamene sloja
� hi – debljina sloja (mm)
� SNSUBG – doprinos posteljice
� CBR – CBR posteljice (%)
Nosivost u HDM-4
• Korelacija SNP i ugiba Benkelmenove grede• Kolovozi bez cementne stabilizacije
• Kolovozi sa cementnom stabilizacijom
dSNPK = f(ACX,PACX,HSNEW,HSOLD)ACX – indeksirana površina pukotinaPACX – indeksirana površina pukotina pre ojačanjaHSNEW – debljina najnovijeg habajućeg slojaHSOLD – debljina starog habajućeg sloja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 34
( ) dSNPKDEF2.3SNP63.0
BB +⋅=−
( ) dSNPKDEF2.2SNP63.0
BB +⋅=−
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 18
Ugibi
Ugib FWD pod kontaktnim pristiskom od 700 kPa smatra se ekvivalentnim ugibu Benkelmenove grede.
Ugib je proporcionalan opterećenju, pa se može normalizovati:
Def8.16t = 8.16 / 13 * def13t
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 35
ugib
Nosivost u HDM-4
• Ugib Benkelmenove gredeDEFBB
• Ugib pod osovinskim opterećenjem od 80 kN
• Kontaktni pritisak 520 kPa
• Temperatura 30 oC (!?)
• Ugib FWD-a• Prvo se normalizuje na kontaktni pritisak od 700 kPa – računa se da je to defleksija
FWD koja je ekvivalentna defleksiji preko Benkelmenove grede
• Zatim se koriste prethodni izrazi da bi se odredio strukturni broj
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 36
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 19
Efekti sezonskih uticaja i stanja sistema za odvodnjavanje na nosivost kk• Nosivost kolovoza se definiše za dva perioda: vlažni i suvi
• Odnos nosivosti u vlažnom i suvom periodu (SNPw/SNPd) zavisi od:
• Broja udarnih rupa
• Površine pod pukotinama
• Količine padavina
• Stanja sistema za odvodnjavanja
• Kalibracionih faktora
• Prosečna vrednost SNP zavisi od modela propadanja
• Nema modeliranja nosivosti u periodu odmrzavanja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 37
Podaci o saobraćaju (1)
• YE4 = Broj standardnih osovina, miliona po traci, godišnje (inicijacija strukturnih pukotina,
kolotrazi izuzev habanja površine, strukturna komponenta modela za podužnu ravnost)
• Standardna osovina
• Osovina sa po jednim točkom: 6.6 t
• Osovina sa duplim točkovima: 8.16 t
• Faktor ekvivalencije
• Kao podrazumevana vrednost uzima se eksponent = 4, ali se može modifikovati
Npr. Dejstvo koje izaziva jedna osovina sa duplim točkovima i opterećenjem od 10 t je ekvivalentno
dejstvu:
(10 / 8.16)4 = 2.26 standardnih osovina od 8.16 t
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 38
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 20
Podaci o saobraćaju (2)
• Broj traka zavisi od širine kolovoza:
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 39
Širina kolovoza Broj traka
< 4.5 1.0
4.5 – 6.0 1.5
6.0 – 8.0 2.0
8.0 – 11.0 3.0
> 11.0 4.0
Podaci o saobraćaju (3)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 40
Prom. Naziv Modeli
YAX Broj osovina Inicijacija odnošenja materijala
Inicijacija udarnih rupa
Razvoj udarnih rupa
AADT Obim saobraćaja (PGDS) Oštećenja ivice kolov.
Kolotrazi (habanje površine)
NELV Broj ekvivalentnih lakih vozila godišnje
Makro-tekstura
QCV Broj komercijalnih vozila (po traci dnevno)
Otpornost na klizanje
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 21
Istorija izgradnje i održavanja kolovozne konstrukcije
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 41
AGE1Starost poslednjeg tretmana preventivnog održavanja. Ako ga nije bilo, AGE1=AGE2.
AGE2 Starost poslednjeg presvlačenja. Ako ga nije bilo, AGE2=AGE3.
AGE3 Starost poslednje rehabilitacije. Ako je nije bilo, AGE3=AGE4.
AGE4 Starost od poslednje rekonstrukcije (ili od izgradnje)
Tipovi kolovoza
• Dva tipa zastora:
• AM, Asphalt Mix (asfaltna mešavina)
• ST, Surface Treatment (površinska obrada)
• Četiri tipa podloge:
• GB, Granular Base (podloga od nevezanog agregata)
• AB, Asphalt Base (asfaltna podloga – BNS)
• SB, Stabilised Base (stabilizovana podloga)
• AP, Asphalt Pavement (stari asfaltni kolovoz)
• Daje ukupno osam tipova fleksibilnih kolovoza
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 42
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 22
Tipovi materijala u fleksibilnim kolovozima u HDM
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 43
Surf
ace
Trea
tmen
t (P
ovr
šin
ske
ob
rad
e)
• Granular Base
• Asphalt Base
• Asphalt Pavement Base
• Stabilized Base
• Asphalt Concrete
• Hot Rolled Modified Asphalt
• Rubberized Asphalt
• Polymer Asphalt Concrete
• Soft Bitumen Mix (Cold Mix)
• Porous Asphalt
• Stone Mastic
• Cape Seal
• Double Bituminous Surface Dressing
• Single Bituminous Surface Dressing
• Slurry Seal
• Penetration Macadam
Asp
hal
t M
ix
(Asf
altn
em
eš.)
Klasifikacija kolovoza u HDM-u
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 44
Tip zastora Tip podloge Tip kolovoza
Asphalt Mix Granular BaseAsphalt BaseStabilized BaseAsphalt Pavement
AMGBAMABAMSBAMAP
Surface Treatment Granular BaseAsphalt BaseStabilized BaseAsphalt Pavement
STGBSTABSTSBSTAP
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 23
Promena tipa kolovoza kroz vreme
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 45
Pukotine
• Strukturne pukotine (obuhvaćene modelom):
• Sve strukturne pukotine (All structural cracking)
• Široke strukturne pukotine (Wide structural cracking), d >3 mm
• Poprečne termičke pukotine (obuhvaćene modelom)
• Poprečne pukotine usled skupljanja (nisu obuhvaćene modelom)
• Reflektovane pukotine (obuhvaćene modelom u okviru strukturnih
pukotina)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 46
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 24
Inicijacija pukotina
• Inicijacija pukotina se dešava kada je starost zastora veća od vremena
inicijacije ICX
• Tri tipa pukotina se nezavisno modeliraju:
• Sve strukturne pukotine (ICA)
• Široke strukturne pukotine (ICW)
• Poprečne termičke pukotine (ICT)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 47
Inicijacija svih pukotina
• ICA = Kcia ( CDS2 xxxx + CRT )
• Kcia koeficijent kalibracije
• CDS indikator defekata zastora kolovoza
• xxxx deo jednačine specifičan za svaki tip podloge posebno
• CRT vreme usporavanja nastanka pukotina usled (preventivnog)
održavanja kolovoza
• Najznačajniji parametri su: CDS, YE4, SNP (ili DEF)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 48
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 25
Inicijacija pukotina – lokalna kalibracija
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 49
Crack Initiation
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20
Years
Perc
ent Are
a o
f Cra
ckin
g
Kci = 1.00 Kci = 1.80 Kci = 0.55
Inicijacija širokih pukotina
• ICW = Kciw Max[(a0+a1 ICA), a2 ICA]
• Kciw koeficijent kalibracije
• ICA vreme inicijacije za sve pukotine
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 50
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 26
Razvoj strukturnih pukotina
• HDM sračunava površinu zahvaćenu pukotinama
• “Sinusoidalna” zavisnost:
• Konkavna do 50 %
• Konveksna iznad 50 %
• dACA = Kcpa CRP/CDS Z f(ACA).
• Kcpa faktor kalibracije
• CRP usporenje razvoja usled tretmana preventivnog održavanja (CRP = 1 – 0.12 CRT)
• CDS indikator defekata zastora kolovoza
• ACA površina pod pukotinama
Nema saobraćaja ni nosivosti kolovoza
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 51
Razvoj pukotina – lokalna kalibracija
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 52
Crack Progression
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20
Years
Perc
ent A
rea o
f C
rackin
g
Kcp = 1.0 Kcp = 2.0 Kcp = 0.4
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 27
Inicijacija termičkih pukotina
• ICT = Kcit Max[a0, CDS (CCT+ a1+ a2 HSNEW)]
• Kcit koeficijent kalibracije
• CDS indikator defekata zastora kolovoza
• CCT koeficijent termičkih pukotina
• HSNEW debljina novog zastora
• Značajni parametri:
• Klima: samo suptropska topla i kontinentalna sa smrzavanjem
• Tip kolovoza: “nema” pukotina na STGB i STSB
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 53
Razvoj termičkih pukotina
• Termičke pukotine se sračunavaju kao broj poprečnih pukotina na km
• dNCT = Kcpt 1/CDS f(NCTeq, PNCT, ICT, AGE3, Teq)
• Kcpt faktor kalibracije
• CDS indikator defekata zastora kolovoza
• NCTeq maksimalni broj pukotina (20 ili 100)
• PNCT broj term. pukotina pre poslednjeg tretmana
• Teq vreme do postizanja max. broja (7 godina)
• dACT = dNCT/20
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 54
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 28
Površina zahvaćena pukotinama
• ACA Sve strukturne pukotine
• ACW Široke strukturne pukotine
• ACT Poprečne termičke pukotine
• ACX Indeksirane pukotine
ACX = 0.62 ACA + 0.39 ACW
• ACRA Ukupna površina zahvaćena pukotinama
ACRA = ACA + ACT
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 55
Odnošenje materijala (“čupanje” agregata)
• HDM sračunava površinu pod “odnošenjem materijala” (i samo pod tim oštećenjem!)
• IRV = Kvi CDS2 a0 RRF exp(a1 YAX)
• dARV = Kvp/RRF 1/CDS2 Z f(ARV)
• Zastori sa asfalt betonom su manje osetljivi na odnošenje materijala –ono se javlja 10 puta sporije nego kod površinskih obrada
• Najznačajniji parametri su: CDS, YAX
• Javlja se nezavisno od pukotina
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 56
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 29
Udarne rupe
• Obim udarnih rupa se sračunava kao broj “standardnih” rupa: 0.1 m²
(prečnika 350 mm, zapremine 10 litara)
• Javljaju se samo ako:
• Široke pukotine egzistiraju na više od 20 % površine, ili
• Odnošenje materijala egzistira na više od 30 % površine
• Maksimalni obim 10 % (1 rupa po m², ili
6000 st.rupa/km za kolovoz širok 6 m)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 57
Inicijacija udarnih rupa
• IPT = Kpi a0 f(HS) / g(CDB, YAX, MMP)
• IPT vreme između inicijacije oštećenja (široke pukotine ili odnošenje
materijala) i inicijacije udarnih rupa
• Kpi faktor kalibracije
• CDB indikator defekata zastora kolovoza
• YAX broj osovina u analiziranoj godini (milliona/traci)
• MMP srednje mesečne padavine (mm/mesec)
• HS ukupna debljina asfaltnog zastora (mm)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 58
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 30
Razvoj udarnih rupa
• Udarne rupe nastaju:
• Razvojem širokih pukotina
• Iz površina zahvaćenih odnošenjem materijala
• Povećanjem postojećih udarnih rupa
• dNPTi = Kpp a0 ADISi TLF f(CDB, YAX, MMP) / g(HS)
• Kpp faktor kalibracije
• ADISi površina pod oštećenjem “i”
• TLF vreme proteklo od pojave do krpljenja udarnih rupa (0.02 za dve nedelje
do 1 za 12 meseci)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 59
Oštećenja ivica kolovoza
• HDM sračunava površinu zahvaćenu oštećenjima ivica kolovoza
• Jako zavisi od:• širine kolovoza
(nema oštećenja ivica na kolovozima širim od 7.5 m)
• saobraćaja (PGDS)
• Maksimalni obim 18 %
• Novi model, treba da se kalibriše
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 60
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 31
Kolotrazi
• HDM sračunava srednju dubinu kolotraga, i standardnu devijaciju(mm)
• Kolotrazi mogu biti uzrokovani:
• Početnim zbijanjem (tokom prve godine nakon izgradnje)
• Strukturnom deformacijom (koja ne uključuje početno zbijanje)
• Plastičnom deformacijom asfaltnog zastora
• Habanjem površine (uzrokovano gumama sa klinovima)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 61
Komponente modela dubine kolotraga
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 62
A g e
Ru
t D
ep
th
In it ia l D e n s ific a tio n (F irs t Y e a r)
D e n s if ic a tio n - N o C ra c k in g
S tru c tu ra l D e te rio ra tio n - W ith C ra c k in g
starost
Du
bin
a ko
lotr
aga
Početna plastična deformacija (prva godina)
Strukturna deformacija sa pukotinama
Plastična deformacija bez pukotina
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 32
Kolotrazi
• Dubina kolotraga = F (starosti, saobraćaja, nosivosti, zbijenosti)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 63
Starost kolovoza (godina)
Du
bin
a ko
lotr
aga
(mm
)
Slab kolovoz
Otporan kolovoz
Mehanizmi interakcije oštećenja
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 64
t 1 t 1
Prodiranje vode
Novepukotine
Zakrpe
Smicanje
Neravna površina
Ljusp.
Brže propadanje
NERAVNOST
Ud.rupe
Zakrpe
Vreme Vreme
Neravna površina
SMANJENA NOSIVOST
Ispucala površina
Dubina kolotraga
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 33
0
2
4
6
8
10
12
14
1 6 11 16
Ne
ravn
ost
(IR
Im/k
m)
Tretman održavanja
Ne raditi ništa
Godina
(Ne)ravnost
• (Ne)ravnost = F (starosti, nosivosti, udarnih rupa, pukotine, odnošenjematerijala, kolotrazi)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 65
Tekstura
• Tekstura se izražava preko dubine teksture (mm)
• Dubina teksture opada sa vremenom
• Značajni parametri su:• ITD – početna dubina teksture
• NELV - saobraćaj
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 66
Materijal u zastoruPočetna dubina teksture
(mm)
Površinska obrada
(jednostruka ili dvostruka)2.5
Makadam, porozni asfalt 1.5
Ostalo 0.7
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 34
Otpornost na klizanje (trenje)
• Otpornost na klizanje (trenje) se izražava preko SFC (Side Friction Coefficient) vrednosti (pri brzini od 50 km/h)
• Otpornost na klizanje (trenje) regularno opada sa vremenom
• Jedini parametar od koga zavisi je saobraćaj komercijalnih vozila,
izražen preko QCV (broj prelaza)
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 67
Upravljanje održavanjem
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 68
ODLIČNO
LOŠE VREME
ORIGINALNI MODEL PROPADANJA
OPTIMALNI POJAS STANJA
TZV. “STEADY-STATE”
OPTIMALNA STRATEGIJA ODRŽAVANJA
Tretmani održavanja
STA
NJE
INFR
AST
RU
KTU
RE
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 35
Pojednostavljen inkrementalni model razvoja neravnosti baziran na HDM-4
IRIb = min (IRIa+dIRI, 16) где је:
dIRI – годишњи прираст неравности, (IRI, m/km)
ao = 134, што је оригинални ao коефицијент из модела HDM
m – коефицијент утицаја околине, као што је представљено у табели 4.13
t – старост коловоза од последњег ојачања, рекоснтрукције или нове изградње, година
SNC – модификован структурни број
YE4 – годишњи број стандардних осовина, милиона ESAL/траци/години
IRIa – равност на почетку анализиране године, IRI m/km
IRIb – равност на крају анализиране године, IRI m/km
a1 = 0.7947 – коефицијент који узима у обзир смањење носивости коловоза услед постојања пукотина
a2 = 0.054 – коефицијент који узима у обзир повећање неравности коловоза услед постојања површинских оштећења (пукотине и ударне рупе) и колотрага
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 69
( )( ) agm24
1tmK
ogp IRImKta4YEaSNC1eaKdIRI gm ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅= −⋅⋅
Faktor okoline m
Klasifikacija vlažnosti
Klasifikacija temperature
TropskaSutropska
toplaSutropska
hladna Umerena
hladnaUmerena sa
smrzavanjem
Suvo 0.005 0.010 0.015 0.020 0.030
Polu-suvo 0.010 0.015 0.020 0.030 0.040
Polu-vlažno 0.020 0.025 0.030 0.040 0.050
Vlažno 0.025 0.030 0.040 0.050 0.060
Vrlo vlažno 0.030 0.040 0.050
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 70
Predavanje III - Modeli propadanja kolovoza
03.11.2020.
UPRAVLJANJE ODRŽAVANJEM SAOBRAĆAJNICA šk. 2020/21 god. v.prof.dr Goran Mladenović, dipl.inž. 36
Upoređenje sa originalnim HDM-4 modelom
Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu 71
y = 0.991x
R2 = 0.9878
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0
Simplified Model Roughness Values (IRI m/km)
HD
M-4
Model R
oughness V
alu
es
(IR
I m
/km
)