7/16/2019 Dzenis Demic Proracun Kolovoznih Konstrukcija http://slidepdf.com/reader/full/dzenis-demic-proracun-kolovoznih-konstrukcija 1/26 DRŽAVNI UNIVERZITET U NOVOM PAZARUDEPARTMAN: TEHNIČKE NAUKEStudijski program:GRAĐEVINARSTVO I Seminarski rad Predmet: Saobracajnice 1 PRORAČUN KOLOVOZNIH KONSTRUKCIJA Student: Demić Dzenis (08-015/10) Mentor: Mr. Nazim Manić
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Pojam savremene kolovozne konstrukcije podrazumeva višeslojnu konstrukciju koja se postavlja na posteljicu i sastoji se od podloge i zastora. Uloga kolovozne konstrukcije je da
preuzme saobraćajno opterećenje i da ga prenese na podlogu,tako da sama konstrukcija pretrpi što manja oštećenja u datim vremenskim okolnostima.
Da bi ispunila svoj cilj, kolovozna konstrukcija mora da ima odgovarajuću:
- Nosivost
- Trajnost
- Otpornost na klizanje
- Da je zaštićena od dejstva vode
Kolovozne konstrukcije se mogu podeliti na fleksibilne i krute kolovozne konstrukcije.
Dimenzionisanje kolovoznih konstrukcija obuhvata neke od aktivnosti :
- OdreĎivanje debljine i sastava pojedinih slojeva kolovozne konstrukcije
- Definisanje zahteva kvaliteta i sastava pojedinih mešavina u slojevima kolovozne
konstrukcije
- Definisanje kvaliteta upotrebljenih materijala u posteljici
- UtvrĎivanje tehnologije radova
- Analiza troškova graĎenja i održavanja kolovozne konstrukcije
- U poreĎenje varijantnih rešenja i izbor optimalnog sastava i debljine slojeva sa
aspekta strategije korišćenja i upr avljanja putevima
Dimenzionisanje kolovoznih konstrukcija se zasniva na upotrebi jedne od metoda koja se
razlikuje kod fleksibilne i krute kolovozne konstrukcije.
Metode koje se koriste za dimenzionisanje kolovoznih konstrukcija se razlikuju u odnosu
na tip kolovozne konstrukcije tako da ih mozemo svrstati u dve grupe i to :
- Fleksibilne kolovozne konstrukcije :
metoda Američkog društva za javne puteve i transport – AASHTO
metoda Instituta za asfalt SAD
metoda SHELL
- Krute kolovozne konstrukcije :
metoda Vestergarda ( Westergaard )
metoda Piketa i Reja ( Pickett&Ray ) metoda Američkog društva za javne puteve i transport – AASHTO
metoda Udruženja za portland cement – PCA
3. Metode za dimenzionisanje fleksibilnih kolovoznih konstrukcija
3.1 AASHTO metoda (American A ssociation of S tate H ighway and
T ransportation O fficials )
Metod udruženja za javne puteve i transport - AASHTO zasniva ce na rezultatima
opita AASHO obavljenih u državi Ilinois 1959. i 1960. godine. Prvo uputstvo zadimenzionisanje je objavljeno 1961. godine i od tada se redovo objavljuju dopune, koje prate
najnovija saznanja iz oblasti koje obuhvataju kolovozne konstrukcije. Pored ovog veoma
opširnog uputstva, postoje i razni programi za računare, a jedan od tih je i FLEX - PAVE
Period trajanja ojačanja ili rekonstrukcije predstavlja vreme od trenutka puštanja u saobraćajdo prvog ojačanja ili vreme izmeĎu dva ojačanja. Najčešće su to periodi od 10 do 15 godina(najmanje 5 godina).
Projektni period
Projektni period je vremensko razdoblje u godinama za koje kolovoznu konstrukciju treba
projektovati. U zavisnosti od važnosti puta, projektni periodi su sledećih raspona: • gradski autoputevi - 30 do 50 godina
• autoputevi i putevi prvog razreda - 20 do 50 godina
• ostali putevi -15 do 25 godina
• ostali putevi sa zastorima od nevezanih materijala - 10 do 20 godina
Saobraćajno opterećenje
Ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje u projektnom periodu, za voznu traku
koju treba dimenzionisati, izraženo je brojem prelaza standardnog vozila sa osovinskim
opterećenjem od 80 kN:
[st. os.]standardnih osovina
gde je:
- ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje od 80 kN po osovini za voznu traku utoku projektnog perioda
- koeficijent raspodele saobraćaja po smerovima; za većinu puteva Rs = 0.5 (%)
- koeficijent raspodele saobraćaja po trakama ako ih ima u jednom smeru dve ili više
- ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje od 80 kN po osovini
u oba smera za odreĎenu deonicu puta u projektnom periodu.
Verovatnoća bubrenja Ps, predstavlja deo od projektovane deonice puta na k ojoj može da se
pojavi bubrenje (izraženo u procentima). Za odreĎenu deonicu puta smatra se da jeverovatnoća bubrenja 100 procenata, ako je indeks plastičnosti tla u posteljici veći od 30, a
debljina sloja veća od 60 cm (ili ako je Vr veće od 0.5 cm).
U tabeli 3 je prikazan način obrade podataka o bubrenju.
Moguće vertikalno izdizanje – Vr[cm], predstavlja izdizanje tla u posteljici, do koga možedoći pri izuzetno velikom bubrenju (tj. pri visokoj plastičnosti i rasprostranjenoj vlažnosti).Ova vrednost može biti dobijena laboratorijski, empirijski ili očitana sa dijagrama na slici 2.
Slika 2. - Približno određivanje mogućeg vertikalnog izdizanja tla
Maksimalni mogući gubitak upotrebljivosti max ∆ip zbog izdizanja, izazvan dejstvom
mraza, zavisi od kvaliteta odvodnjavanja i dubine prodiranja mraza, tabela 4 i slika 5.
Verovatnoća izdizanja Pf, zbog mraza, predstavlja procenat od posmatrane površine na kojoj
može da se javi oštećenje. Ona zavisi od osetljivosti tla na mraz, vlažnosti, odvodnjavanja,trajanja temperature ispod nule i broja ciklusa mržnjenja i otapanja. Za sada ne postoji tačan kriterijum za izbor verovatnoće izdizanja, već je to rezultat
sposobnosti ocenjivanja samog projektanta.
Gubitak upotrebljivosti, zbog izdizanja tla u posteljici (dejstvo mraza), može se očitati sa
dijagrama na slici 6.
Tabela 4 – Kvalitet odvodnjavanjaKvalitet odvodnjavanja Voda se uklanja sa
kolovoza u roku od
odlican 1 / 2 dana
dobar 1 dana
osrednji 1 nedelje
slab 1 meseca
vrlo slab (voda se ne odvodi)
Slika 5. - Dijagram za procenu maksimalnog gubitka upotrebljivosti nastalogizdizanjem tla u posteljici zbog dejstva mraza
DpFH - gubitak upotrebljivosti usled dejstva mraza
DpSW - gubitak upotrebljivosti zbog bubrenja DpFH,
SW -ukupni gubitak upotrebljivosti
Kriterijumi kvaliteta
Za ocenu kvaliteta kolovozne konstrukcije koriste se indeks upotrebljivosti, veličina
kolotraga i odnošenje agregata.
Index upotrebljivosti
Za ocenu stanja kolovozne konstrukcije koristi se indeks sadašnje upotrebljivosti "p", čijevrednosti su od 0 (razoren kolovoz) do 5 (kolovoz u odličnom stanju). Na kraju projektnog
perioda ili perioda fazne izgradnje, kolovozna konstrukcija treba da poseduje minimalni nivo
kvaliteta upotrebljivosti "p.t".
Dozvoljene minimalne vrednosti indeksa upotrebljivosti date su u tabeli 5.
Slika 7 - Gubitak upotrebljivosti zbog dejstva faktora sredine u tokuprojektnog perioda
Tabela 5. Najmanje dozvoljene vrednosti indeksa upotrebljivosti,pt.Pt Procenat korisnika koji
Ukupna promena indeksa upotrebljivosti u okviru projektnog perioda je:
∆P=Po-Pt
gde je:
∆P - promena indeksa upotrebljivosti
Po - indeks upotrebljivosti na početku projektnog perioda Pt - indeks upotrebljivosti na kraju projektnog perioda
Kolotrazi
Dozvoljena veličina kolotraga na zastorima od nevezanih materijala iznosi od 2.5 do 5.0 cm.
Kolotrazi na zastorima od bitumenom vezanih materijala predstavljaju veliki problem, ali za
sada nisu obuhvaćeni ovim postupkom dimenzionisanja.
Odnošenje agregata Kod puteva sa nevezanim zastorima, odnošenje agregata je razmatrano pomoću analizeizgubljene visine zastora u projektnom periodu i minimalne potrebne debljine zastora, da bi
ovaj mogao da ispunjava svoju funkciju u kolovoznoj konstrukciji. Jedna od formula za
odreĎivanje odnošenja agregata je:
gde je:
AGL - godišnji gubitak agregata [cm]
T - godišnji obim saobraćaja u oba smera, u hiljadama vozila R - godišnje padavine [cm] VC - prosečni podužni nagib puta [%]
Tabela 6 – Vrednosti koeficijenta f
Vrednost koeficijenta f Vrsta materijala
0.037 Lateritni šljunak
0.043 Kvarcni šljunak
0.028 Šljunak od magmatskih stena
0.059 Šljunak od sedimentnih stena
Karakteristike nevezanih materijala
Osnovni pokazatelji nosivosti slojeva od nevezanih materijala su:
elastični ili povratni modul Ee
kalifornijski indeks nosivosti CBR
modul deformacije Ed
modul stišljivosti Es
Povratni modul tla u toku godine osciluje u zavisnosti od klimatskih uslova. U prolećnom periodu iznosi od 20 do 30% manje od svoje maksimalne letnje vrednosti.
U zavisnosti od lokalnih uslova i brzine odvodnjavanja slobodne vode sa kolovozne
konstrukcije, nivoi odvodnjavanja su prikazani u tabeli 7. Preporučljive vrednosti koeficijenta
m, koji zavisi od kvaliteta odvodnjavanja i procenta vremena u toku godine kada jekolovozna konstrukcija izložena nivou vlažnosti bliskom zasićenju, prikazane su u tabeli 8.Uticaj odvodnjavanja na zastor se zanemaruje.
Tabla 7 – Kvalitet odvodnjavanja
Kvalitet odvodnjavanja Voda se uklanja sa kolovoza u roku od
Odličan 1 / 2 dana
Dobar 1 dana
Osrednji 1 nedelje
Slab 1 mesec
Vrlo slab Voda se ne odvodi
Dimenzionisanje
OdreĎivanje potrebne debljine kolovozne konstrukcije obavlja se pomoću dijagrama na slici
8 ili pomoću računarskih programa na osnovu sledećih parametara: A. Projektnog saobraćajnog opterećenja ESO80. B. Pouzdanosti R
Kolovozna konstrukcija se posmatra kao višeslojni elastični sistem,osobine materijala se predstavljaju modulom elasticnosti i Poisson-ovim koeficijentom.
Saobraćaj se izražava preko broja ponavljanja jednoosovinskog opterećenja od 80kN (dvegrupe tandem točkova po osovini)
Za dimenzionisanje su kritične dve dilatacije nastale od opterećenja vozila :
- Horizontalna dilatacija pri zatezanju nastala u najnižem bitumenom vezanomsloju – prekoračenje izaziva pukotine
- Vertikalna dilatacija pri ptisiku na površini posteljice – prekoračenje izazivatrajne deformacije
Dimenzionisanje :
- Graficki postupak – dijagrami u zavisnosti od tipa konstrukcije i podloge
- Računarski program DAMA- provera usvojenih vrednosti debljine slojeva u
odnosu na dozvoljene deformacije i zamor , praćenje mesečnih promenanaponskih stanja i razaranja
Razmatraju se tri tipa bitumenom vezanih materijala :
I – Asfalt betonske mešavine i njima slične
II – Bitumenizirane mešavine o šljunkovitog ili robljenog agregata
III – Bitumenom stabilizovane mešavine
Za tipove II i III potrebno je na površini postaviti zastor o asfalt betona sa ebljinom koje zavise o
veličine saobradajnog opteredenja (50-130 mm),ali ta debljina ulazi u debljinu asfaltnih slojeva
dobijeni preko dijagrama:
Slika 9 – Primer ijagrama za oređivanje ebljine bitumenom vezanog sloja
Kolovozna konstrukcija je linaran elastičan višeslojan sistem,karakteristike materijala su predstavljene modulom elastičnosti i Poisson-ovim koeficijentom. Materijal je homogen i
izotropan. Saobraćaj se izražava preko standardnog projektnog kriterijuma zadimenzionisanje:
- Prevelike vertikalne deformacije na površini kolovoza izazivaju nagomilavanjemanjih trajnih deformacija i na površini zastora,koje kasnije dovode do trajnihdeformacija i loma kolovoza
- Do loma u slojevima od bitumenom vezanih materijala može doći zbog ponavljanja opterećenja – zamora i prekoračenja elastičnih horizontalnih dilatacija
Dimenzionisanje:
- Grafički postupak – niz dijagrama kod kojih uvek postoji samo jedna promenljivavrednost ,a kao rezultat se dobijaju debljine nevezanih slojeva i ukupna debljina
bitumenom vezanih slojeva
- Računarski program BISAR -provera usvojenih vrednosti debljine slojeva u
4. Metode za dimenzionisanje krutih kolovoznih konstrukcijaU ovom poglavlju neće biti detaljno prikazani dosadašnji postupci za dimenzionisanje, već
samo njihove bitne postavke.
4.1 VESTERGARDOV POSTUPAK
Najpoznatiji i najstariji postupak za dimenzionisawe krutih kolovoznih konstrukcija
je postupak koji je razvio Vestergard (Westergaard, 1925) . Ovim postupkom se odreĎuju
naponi i ugibi u krutoj kolovoznoj konstrukciji (betonska ploča), pod pretpostavkom da se
tanke elastične betonske ploče nalaze na Vinklerovoj (Winkler) podlozi (gust fluid).
Osnovne pretostavke su da:
1. se betonska ploča ponaša kao homogeno, izotropno i elastično telo u ravnoteži
2. je reakcija posteljice samo vertikalna i proporcionalna ugibu ploče
3. je reakcija posteljice po jedinici povr šine u bilo kojoj tački jednaka proizvodu konstante
“K” i ugiba u odgovarajućoj tački,nezavisno od ugiba i položaja4. je debljina ploče nepromenljiva
5. se opterećenje prenosi ravnomerno preko kružne (po novijoj verziji i eliptične) povr šine
Vestergard je razmatrao tri karakteristična položaja u kojima deluje
opterećenje i za njih odredio napone i ugibe, i to:
u uglu ploče
na ivici ploče
u sredini ploče
Dimenzionisanje:Provera veličine napona na zatezanje (Si-napon na donjoj strani ploče od opterećenja
koje deluje unutar proče,Se-napona na donjoj strani ploče od opterećenja koje deluje naivici,Sc-napon na gornjoj strani ploče od opterećenja koje deluje u uglu)u odnosu na usvojenudebljinu ploče.
Piket i Rej (Pickett and Ray) su 1951. godine, na osnovu Vestergardove postavke
razradili numerički i grafički postupak za odreĎivanje napona u betonskim kolovoznim
konstrukcijama.
Provera napona na zatezanje na donjoj strani ploče u odnosu na usvojenu debljinu ploče,a uticaj saobraćajnog opterećenja se uzima u obzir preko veličine uticajne površineodreĎene na dijagramu Piketa i Reja:
Na slici 14 je prikazan uticajni dijagram za odreĎivanje momenta u unutrašnjosti ploče, kada je podloga od gustog fluida ili čvrsta. Postupak rada je :
1. Za odgovarajuću postesicu (podlogu - sloj neposredno ispod betonske ploče)izračuna se dužina l, tj. radijus relativne krutosti.
C - krutost pretpostavljene čvrste postesice (podloge), pri čemu se Ec, i vc
odnose na elastičnu čvrstu posteljicu (podlogu)
2. NaĎe se koeficijent srazmere iz odnosa ”l” datog na slici 14 i ”l” izračunatog.
3. Kontaktne površine pneumatika se nacrtaju u razmeri, tako da se konturama površina pokrije maksimalan broj polja, tj. da se središte jedne kontaktne površine poklopi sacentralnom tačkom dijagrama. Polja pokrivena kontaktnom površinom se prebroje, pa se broj
negativnih oduzme od broja pozitivnih jer, negativna polja daju napone zatezanja u gornjoj
povr šini ploče. Ako granična linija kontaktne povr šine seče polje (segment), mora se
proceniti deo koji pokriva dodirna povr šina i taj deo uzeti u proračun (npr. 0.8 od segmenta).
4. Momenat savijanja se izračunava iz jednačine:
Gde je :
q - pritisak u penumatiku [N/m2]
l - radijus relativne krutosti [m]
N - broj prekrivenih polja
5. Napon na zatezanje na donjoj strani ploče iznosi:
4.3 AASHTO metoda za krute kolovozne konstrukcije (American
A ssociation of S tate H ighway and T ransportation O fficials )
Kao i kod dimenzionisanja fleksibilnih kolovoznih konstrukcija i u postupkudimenzionisanja krutih kolovoznih konstrukcija metoda udruženja za javne puteve i transport
- AASHTO zasniva se na rezultatima opita AASHTO obavljenih u dr žavi Ilinois 1959. i
1960.godine. Prvo uputstvo za dimenzionisanje po metodu AASHTO je objavljeno 1961.
godine. Ovde će biti prikazano dopunjeno izdanje iz 1986. godine. Merodavni parametri zadimenzionisanje su:
period trajanja do prve rekonstrukcije
projektni period
saobraćajno opterećenje pouzdanost
uticaj sredine
kriterijumi kvaliteta
karakteristike materijala
karakteristike kolovozne konstrukcije
armiranje
ekonomičnost
PERIOD TRAJANJA DO PRVE REKONSTRUKCIJEPeriod trajanja do prve rekonstrukcije predstavlja vreme od trenutka puštanja u
saobraćaj do prve rekonstrukcije ili vreme izmeĎu dve rekonstrukcije. Najčešće su to periodi
od 10 ili 15 godina, a najmanje 5.
PROJEKTNI PERIOD
Projektni period je izražen u godinama za koje kolovoznu konstrukciju
treba projektovati. U zavisnosti od razreda puta projektni periodi su
sledećih raspona:
gradski autoputevi - 30 do 50 godina
autoputevi i putevi prvog razreda - 20 do 50 godina
ostali putevi - 15 do 25 godina
SAOBRAĆAJNO OPTEREĆENJEUkupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje u projektnom periodu, za voznu traku
koju treba dimenzionisati, izraženo je brojem prelaza standardnog vozila sa osovinskim
opterećenjem od 80 kN:
gde je:
- ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje od 80 kN po osovini za voznu traku u
toku projektnog perioda
- koeficijent raspodele saobraćaja po smerovima; za većinu puteva Rs = 0.5 (%)
- koeficijent raspodele saobraćaja po trakama ako ih ima u jednom smeru dve ili više - ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje od 80 kN po osovini