Download - Download (PDF, 4.86MB)

1

Предметни наставник: Доц. др Бојан Матић, диг

УНИВЕРЗИТЕТ У БАЊА ЛУЦИ

АРХИТЕКТОНСКО-ГРАЂЕВИНСКИ ФАКУЛТЕТ

ПУТЕВИ

Предавање 8: КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ

Kolovozna konstrukcija (1)

Kolovozna konstrukcija je deo puta po kom se odvija saobraćaj, a služi da omogući bezbedno, udobno i ekonomično kretanje vozila u predviđenom periodu eksploatacije.

Da bi se to ispunilo, potrebno je da kolovozna konstrukcija zadovolji sledeće uslove:

da je dovoljno otporna na uticaje pokretnog opterećenja i da obezbedi prenošenje opterećenja na posteljicu i tlo u osnovi (podtlo)

da je upotrebljiva za saobraćaj u svim vremenskim uslovima

da površinske karakteristike kolovoza, pre svega ravnost i hrapavost, obezbede ugodnu i bezbednu vožnju

da obezbedi projektovani vek trajanja (odnosno predviđeni broj prolaza standardnih osovina), uz jednostavno održavanje i prihvatljive troškove.

Doc. dr Bojan Matić, dig 2

Karakteristični elementi poprečnog profila puta



Gornji stroj puta: kolovozna konstrukcija sa ivičnim trakama, ivčnjacima, trakama za zaustavljanje vozila, bankinama, rigolama i sl. - sve što se nalazi iznad površine posteljice.

Donji stroj puta: svi veštački objekti - nasip do površine posteljice, delovi puta u useku, galerije, mostovi, tuneli i dr.

Osnovne vrste savremenih kolovoznih konstrukcija

Konstrukcije sa asfaltnim zastorom

Konstrukcije sa cementno betonskim zastorom

Konstrukcije sa zastorom od kamene kocke ili betonskih prefabrikovanih elemenata



Struktura kolovozne konstrukcije (1)

Tipičan sastav fleksibilne, krute i kolovozne konstrukcije sa zastorom od sitne kamene

kocke 5

prema funkciji: na primer: kolovozni zastor, noseći sloj (gornji, donji) ili podloga (gornja, donja); osnovni sloj (obično podrazumeva donji noseći sloj, odnosno donju podlogu) (ili ’’tamponski sloj’’)

prema materijalu od koga se gradi: asfaltni beton, bituminizirani habajući noseći sloj (BHNS), bituminizirani noseći sloj (BNS), donji bituminizirani noseći sloj (DBNS), noseći sloj od drobljenog kamena (DK), cementna ili bitumenska stabilizacija itd.



TIPOVI KOLOVOZNIH KONSTRUKCIJA

Osnovni tipovi kolovoznih konstrukcija

Zemljani putevi

Makadamski ili tucanički kolovozi

Kolovozne konstrukcije sa zastorom od kamene kocke, prizmi ili ploča

Savremene kolovozne konstrukcije

Fleksibilne kolovozne konstrukcije

Krute kolovozne konstrukcije

Polukrute kolovozne konstrukcije



Primeri kolovoznih konstrukcija (1)


Primeri kolovoznih konstrukcija (2)

Savremene kolovozne konstrukcije (1)



Savremene kolovozne konstrukcije (2)

Vrste i debljine pojedinih slojeva moraju biti tako odabrane da se merodavno opterećenje od točka na nivou posteljice (Pp), rasporedi na dovoljno veliku površinu, tako da njegov intenzitet ne bude veći od dozvoljenog (za konkretni materijal u posteljici).

Dozvoljenom veličinom opterećenja koje deluje na posteljicu, smatra se vertikalni napon koji neće izazvati trajne deformacije nedozvoljene veličine, ni posle velikog broja ponavljanja, a taj uslov se definiše na osnovu merodavnog saobraćajnog opterećenja i utvrđivanjem zakona zamora za materijal posteljice.

Pojedini slojevi moraju imati dovolju otpornost na napone i deformacije koji se u njima javljaju, što znači da će bez značajnijih posledica izdržati zadati broj ciklusa merodavnog opterećenja (podrazumeva se da svaki od njih leži na podlozi odgovarajuće krutosti).


Osnovni zahtevi za projektovanje kolovozne konstrukcije (1)

Polukrute kolovozne konstrukcije se pojavljuju u praksi kao prelazni model.

Kod njih je jedan od nosećih slojeva stabilizovan hidrauličkim vezivom, što mu daje veliki modul elastičnosti, ali manji nego kod betonskih ploča.

U našoj praksi se ovakav sloj naziva ’’stabilizacija’’ a najčešće se izrađuje od dobro zbijene mešavine prirodnog peskovito-šljunkovitog materijala i cementa (’’cementna stabilizacija’’ - sa oko 3 do 5 težinskih procenata cementa).

Dodavanjem drobljenog kamena u mešavinu, postižu se veći moduli i čvrstoće.


Polukrute kolovozne konstrukcije (1)

Cementom se mogu stabilizovati mnogi prirodni, drobljeni ili reciklirani materijali, kao što su mešavine šljunka, peska, gline, pepeo i šljaka iz termoelektrana i čeličana, otpadni kameni materijal iz kamenoloma itd.

Danas je posebno aktuelna stabilizacija starih kolovoza izgrađenih od vezanih ili nevezanih granularnih materijala.

Usitnjavanjem na licu mesta, dodatkom potrebne količine cementa (a po potrebi i drugih materijala) i ponovnim ugrađivanjem, dobija se odličan stabilizovan sloj i postižu se velike uštede (pre svega zato što se obično preko 90% materijala nalazi i obrađuje na licu mesta).

Po potrebi se preko ovako obrađenog sloja dodaju i novi slojevi.



Kod nas su dosta građene kolovozne konstrukcije sa slojem cementne stabilizacije kao nosećim slojem.

Ta praksa je naročito bila zastupljena tokom sedemdesetih i osamdesetih godina prošlog veka.

Tako je, na primer, prva kolovozna traka autoputa N.Sad – Beograd (prva faza – poluautoput), građena sa donjim nosećim slojem od cementom stabilizovanog peskovitog šljunka.

Projektovana (i izvedena) kolovozna konstrukcija imala je sledeći sastav:

Habajući sloj (AB) 4 cm

Vezni sloj (AB) 5 cm BNS II 7 cm BNS I 7 cm Stabilizacija cementom 20 cm Peskoviti šljunak (moravac) 25 cm



Tipična oštećenja polukrutog kolovoza (1)


Osnove i vrste fleksibilnih kolovoza (1)

Fleksibilni kolovozi se tako nazivaju zato što se čitava kolovozna konstrukcija elastično ugiba pod opterećenjem.

Taj ugib nazivamo defleksijom, a njena vrednost je kod neoštećenih asfaltnih kolovoza, pri dejstvu standardnog osovinskog opterećenja od 82 kN, reda veličine od 0,1 do 0,5 mm, zavisno od debljine i krutosti pojedinih slojeva.

Fleksibilna kolovozna konstrukcija se projektuje kao višeslojan sistem. Svaki sloj prihvata opterećenje sloja iznad, raspoređuje ga na veću površinu i prenosi na sloj ispod.


Slojevi koji se nalaze u donjoj zoni kolovozne konstrukcije, samim tim imaju manje opterećenje (u vidu sile po jedinici površine).

Da bi se najbolje iskoristile prednosti ovih kolovoza, slojevi različitih materijala su obično poređani po opadajućem redosledu u pogledu nosivosti, tako da je materijal sa najvećom nosivošću (ujedno i najskuplji) na vrhu, a materijal sa najmanjom nosivošću (i najjeftiniji) na dnu.


Osnove i vrste fleksibilnih kolovoza (2)

Površinskog sloja – zastora, koji je u neposrednom kontaktu sa opterećenim točkom i izložen je direktnom dejstvu svih ambijentalnih uticaja.

Gornjeg nosećeg sloja. Ovaj sloj (ili slojevi) je odmah ispod asfaltnog zastora i obično se sastoji od drobljenog agregata povezanog bitumenom ili samo mehanički stabilizovanog.

Donjeg nosećeg sloja. Ovo je sloj (ili slojevi) ispod gornjeg nosećeg sloja, nije uvek neophodan (na primer, u slučaju posteljice u stenskom materijalu, zamenjuje ga izravnavajući sloj od kamene sitneži).

Tipična fleksibilna kolovozna konstrukcija (1)


Primer rešenja fleksibine kolovozne konstrukcije iz Idejnog projekta

autoputa Beograd – Južni Jadran, deonica Prijevor – Lučane

(Saobraćajni institut CIP, 2006.)



Kolovozni zastor je površinski sloj koji je u kontaktu sa saobraćajem i obično se izrađuje od materijala najvišeg kvaliteta.

On obezbeđuje površinske karakteristike kao što su trenje, ravnost, kontrolu buke i zaštitu od atmosferskih padavina. Kolovozni zastor se ponekad deli na dva sloja: habajući sloj i vezni sloj.

Habajući sloj je obično od asfalt betona (AB), velike je krutosti i otporan na habanje, ima veliku gustinu i ne propušta vodu (osim ako se primenjuje drenažni asfalt).



Habajući sloj

Pravilno osmišljen program za održavanje trebalo bi da omogući uvid u istrošenost habajućeg sloja dok se još uvek može zaštititi od daljeg propadanja.

Na taj način, primenom preventivnih mera, habajući sloj može biti obnovljen pre nego što se oštećenja prošire na donje noseće slojeve.



Habajući sloj U našoj praksi su debljine habajućeg sloja od AB uglavnom između

4 i 7 cm. U novije vrema se koriste i skeletne mešavine sa bitumenskim

mastiksom koje su otpornije na deformacije i mogu se ugrađivati u manjim debljinama (2,5 do 4 cm).

Iznimno, kod vrlo lakog opterećenja se može koristiti

’’bituminizirani habajući noseći sloj (BHNS)’’ od mešavine koja je jeftinija i manje zahtevna u odnosu na AB.



Vezni sloj je neposredno ispod habajućeg sloja i ima ulogu da poveća nosivost u gornjem delu kolovozne konstrukcije, tako što će raspodeliti, još uvek dosta koncentrisano opterećenje, na veću površinu.

Izrađuje se od asfalt betona, kod koga su kriterijumi kvaliteta niži nego kod habajućeg sloja.

Danas se dosta retko koristi, ali je do pre dve decenije redovno primenjivan kod teško opterećenih puteva, tako da većina naših magistralnih puteva, građenih 1970-ih i 80-ih ima zastor od 4 do 5 cm veznog + 4 cm habajućeg sloja.

Primer za to je stara kolovozna traka (desna) poluautoputa Subotica – N. Sad – Beograd.



Gornji noseći sloj

Gornji noseći sloj je odmah ispod zastora i stoga je koncentracija opterećenja dosta velika, pa je potrebno da ima

odgovarajući kvalitet.

Njegova glavna funkcija je da obezbedi dodatnu raspodelu opterećenja i time smanji silu po jedinici površine donjeg

nosećeg sloja.

Takođe ima svoju funkciju u poboljšanju odvodnjavanja i zaštiti od dejstva mraza.



Gornji noseći sloj se obično sastoji od:

1. Drobljenog kamenog agregata. Ovo je klasičan GNS, izrađen od dobro granulisanog i kvalitetnog drobljenog kamena, otpornog na vlagu i mraz.

2. Bituminizirani noseći sloj (BNS) – asfalt sličan asfalt betonu, ali sa manje oštrim zahtevima kvaliteta pojedinih materijala i gotove mešavine. Može sadržati i manji deo prirodnog peskovitog šljunka, ali samo za lako saobraćajno opterećenje.

Оvakvi GNS se obavezno koriste u situacijama gde je neohodna velika nosivost, tj. kada je kolovoz opterećen teškim saobraćajnim opterećenjem.



Donji noseći sloj (DNS)

DNS je između gornjeg nosećeg sloja i posteljice. Pre svega služi kao noseći sloj kolovozne konstrukcije, čija je uloga velikim delom u ojačanju nedovoljno nosive posteljice, pa je njegova debljina i izbor vrste materijala u uskoj vezi sa kvalitetom posteljice (pored saobraćajnog opterećenja).

Pored zahteva da se formira dobra, nosiva podloga za GNS, uloga DNS je i da:

1. smanji prodor materijala posteljice u kolovoznu konstrukciju

2. poboljša odvodnjavanje

3. smanji uticaj smrzavanja

4. obezbedi platformu za rad




•DNS se sastoji od materijala lošijeg kvaliteta od onog u gornjem nosećem sloju, ali boljeg od zemljišta posteljice.

•Ovaj sloj nije uvek neophodan - na primer, za kolovoz izgrađen na veoma kvalitetnoj, krutoj posteljici (na primer u steni), neće biti potrebno poboljšanje nosivosti i drugih karakteristika posteljice koje se postiže ugradnjom donjeg nosećeg sloja, tako da DNS može biti izostavljen ili zamenjen tanjim izravnavajućim slojem (što je obično slučaj kod posteljice u steni).




Na suprot tome, kolovoz koji se gradi na nekvalitetnom zemljištu poput gline ili prašine sklone bubrenju ili vrlo osetljive na smrzavanje, zahteva dodatna ispitivanja i poboljšanje karakteristika podloge.

U takvom slučaju donji sloj mora biti od odgovarajućeg materijala i mora imati odgovarajuću debljinu, a po potrebi se i deo posteljice posebno stabilizuje ili zamenjuje kvalitetnijim materijalom, do potrebne dubine (nakon dodatnog iskopavanja).



Distribucija opterećenja na

posteljicu u slučaju deblje i

tanke kolovozne

konstrukcije (sa i bez DNS)

Dispozicija opterećenja od

udvojenog točka i

superpozicija napona

32

Distribucija opterećenja

Tipovi fleksibilnih kolovoza (1)

Tipovi asfalta se međusobno razlikuju uglavnom po

sastavu, vrsti i kvalitetu materijala u asfaltnoh mešavini:

veličini maksimalnog zrna agregata,

granulometrijskom sastavu i kvalitetu agregata kao i

po vrsti i količini veziva u asfaltnoj mešavini.



Osnovna tri tipa su:

1. Guste asfaltne mešavine. Najčeće ih klasifikujemo kao ’’asfaltni beton’’ - AB i ’’bituminizirani agregat’’ - BNS, DBNS, BHNS.

2. Skeletna asfaltna mešavina. I ako je relativno nova, dosta se koristi kao površinski sloj koji može godinama da podnosi opterećenja od saobraćaja velikog intenziteta.

3. Porozna asfaltna mešavina. Porozne asfaltne mešavine (‘’drenažni asfalt’’) se obično koriste za habajući sloj ili (ređe) za donje slojeve za drenažu, zbog prednosti koje donosi njihova poroznost – smanjuju mogućnost pojave ‘’akvaplaninga’’ i utiču na smanjenje buke.


Guste asfaltne mešavine

Guste asfaltne mešavine se proizvode po vrućem postupku,

korišćenjem dobro granulisane mineralne mešavine - često se

opisuju kao ’’zatvorene mineralne mešavine’’, kontinualne

granulacije, sa malim procentom šupljina.

Namenjene su za široku upotrebu u površinskim i nosećim

slojevima kolovozne konstrukcije. Kada se proizvedu i ugrade na

pravi način, ovakve mešavine su relativno vodonepropusne.



Guste asfaltne mešavine Guste asfaltne mešavine se uglavnom opisuju preko nominalne

maksimalne veličine agregata, kao na primer AB 11, AB 16. – gde AB označava ’’asfalt beton’’ a brojka maksimalnu

veličinu zrna u milimetrima, ili BNS 16, BNS 22, BNS 32, gde BNS označava ’’bituminizirani noseći sloj’’, tj asfaltnu mešavinu

za noseće slojeve, koja se od afaltnog betona razlikuje uglavnom po slobodnijem granulometrijskom sastavu i kvalitetu materijala, što daje nešto slabije mehaničke karakteristike nego što ih ima asfaltni beton.



Guste asfaltne mešavine

Guste asfaltne mešavine se dalje mogu klasifikovati kao

finozrne (sitnozrne) ili grubozrne. Finozrne smeše imaju više

sitnih čestica veličine zrna peska.



Guste asfaltne mešavine Guste asfaltne smeše su pogodne za ugradnju u sve slojeve

kolovoza i za sve uslove saobraćaja.

Koriste se u novogradnji - za izradu nosećih ili habajućih slojeva; obezbeđuju nosivost, trenje, vodonepropustljivost; omogućuju dobru nivelaciju a koriste se takođe za popravke i pojačanja postojećih kolovoza.

Guste asfaltne mešavine se projektuju po Maršalovoj metodi

(kod nas najviše primenjivana), ’’Superpave’’ metodi ili Hvimovoj metodi (koristi se uglavnom u SAD)



Primeri graničnog pojasa granulometrijskog sastava


Skeletna asfaltna mešavina (SMA)

Skeletna asfaltna mešavina je napravljena da poveća otpornost na deformacije i poveća svoje mehaničke osobine pomoću uklještenja ’’kamen-na-kamen’’.

Sva zrna agregata su u međusobnom kontaktu, pa otpornost na kolotrage proizilazi pre iz osobina agregata nego iz osobina asfaltnog veziva.

Kamena zrna se ne deformišu pod opterećenjem kao asfalt, pa kontakt kamen-na-kamen značajno smanjuje deformacije - kolotrage.




Skeletna asfaltna mešavina je obično skuplja od tipične guste asfaltne mešavine (oko 20-25 posto) zbog toga što zahteva izdržljivije agregate, veću količinu bitumena i obično primenu modifikovanih bitumenskih veziva i dodatak vlakana.

Ako se ispravno pristupi, veća cena se isplati zbog povećane otpornosti na kolotrage i povećane trajnosti. S obzirom da je svrha upotrebe skeletne asfaltne mešavine da poboljšana otpornost na kolotrage i izdržljivost, ovakve mešavine se skoro isključivo koriste za površinske slojeve.




Zbog velikog sadržaja bitumenskog veziva (oko 6 %), postoji opasnost od izdvajanja veziva dok je smeša u silosima za skladištenje, kamionima za transport i nakon ugrađivanja, a protiv toga se borimo dodavanjem celuloznih ili mineralnih vlakana u asfaltnu mešavinu.

Ostale prednosti skeletne asfaltne mešavine uključuju veće trenje po vlažnom vremenu (zbog površinske teksture), manju buku prilikom kotrljanja točkova (zbog površinske teksture), i manje opasnih pukotina.

Ove asfaltne mešavine se projektuju po Maršalovoj metodi ili ’’Superpave’’ metodi.



Porozne asfaltne mešavine

Porozne afaltne mešavine se prave da bude vodopropusne (guste i skeletne asfaltne mešavine obično nisu vodopropusne).

Za porozne afaltne mešavine se koriste drobljeni kamen i drobljeni pesak, sa modifikovanim bitumenskim vezivom.

Porozne afaltne mešavine se koriste uglavnom za površinske slojeve.

Smanjuju zadržavanje vode na površini za vreme padavina i njihove velike vazdušne praznine smanjuju buku od kotrljanja točka i do 50%.



Porozne asfaltne mešavine

Porozne afaltne mešavine su skuplje po toni nego guste asfaltne smeše, ali je zbog manje zapreminske mase, potrebna količina na mestu ugrađivanja manja, što delimično nadoknađuje cenu po toni.

Poroznost podrazumeva pore u smeši, što je od osnovnog značaja za pravilno funkcionisanje sloja.

Stoga, bilo šta što bi moglo začepiti te pore, poput sporog sobraćaja, velike količine prašine na putu ili nanesenog peska treba izbegavati.



Recikliranje fleksibilnih kolovoza (1)

Topla reciklaža

Kod toplog recikliranja, stari asfalt se uklanja, sitni i pretvara u agregatna zrna koja se ponovo mešaju sa novim vrućim asfaltom.

Postoje dve osnovne metode toplog recikliranja:

1. Konvencionalno toplo recikliranje podrazumeva da se novi asfalt proizvodi u postrojenjima gde se novom asfaltu dodaje određeni procenat reciklirnog materijala. Postoje mnogi dokazi da je asfalt sa delovima recikliranog kolovoza isto tako dobar kao i asfalt bez recikliranog materijala.

2. Recikliranje na licu mesta je manje uobičajena forma toplog recikliranja asfalta, mada se u poslednje vreme sve više primenjuje, zahvaljujući brzom napretku tehnologija i opreme. Ovaj način recikliranja se vrši pomoću specijalnih pokretnih mašina koje imaju opremu da izvrše struganje i usitnjavanje gornjeg sloja (ili slojeva) kolovozne konstrukcije, zagrevanje i mešanje tog asfalta i njegovo ponovno ugrađivanje. Prilikom mešanja se mogu dodavati različiti materijali radi popravke sastava mineralne mešavine ili veziva.

Hladna reciklaža

Hladno recikliranje se tako naziva zato što se reciklirani asfalt koristi kao agregat u hladnoj asfaltnoj mešavini. Kod hladne reciklaže stari asfaltni deo kolovoza se uklanja, sitni u agregatna zrna i onda kombinuje sa asfaltnom emulzijom ili asfaltnom penom. Ova mešavina se onda uglavnom koristi kao stabilizovani noseći sloj za rekonstrukciju kolovoza.

Postoje dva osnovna načina hladnog recikliranja:

1. Hladno recikliranje u postrojenjima je manje uobičajen način hladnog recikliranja od ova dva. Podrazumeva se mešanje recikliranog asfalta sa asfaltnom emulzijom ili asfaltnom penom u specijalnom postrojenju, a uz to se, po potrebi može dodati nov agregat za popravku granulacije.

2. Hladno recikliranje na licu mesta vrši se u specijalnim postrojenjima za hladnu reciklažu, na licu mesta uz pomoć pokretne opreme. Obično se podrazumeva i tretman istruganog i usitnjenog materijala sa dodatnim bituminoznim i/ili hemijskim dodacima (bez zagrevanja) čime se postiže željeni kvalitet recikliranog sloja.


Reciklirani asfalt pretvoren u agregatna zrna


Recikliranje fleksibilnih kolovoza (2)

Osnove krutih kolovoza (1)

Krute kolovozne konstrukcije pod opterećenjem imaju mali stepen savijanja zbog visokog modula elastičnosti i samim tim se opterećenje od točka distribuira po većoj površini.

Pored napona koji nastaju od dejstva opterećenog točka, u betonskoj ploči betonskog kolovoza se javljaju i naponi usled ambijentalnih uticaja, kao što su:

naponi izvijanja u ploči usled delovanja temperaturnog gradijenta (razlike u temperaturama na površini i dnu ploče)

naponi trenja između ploče i podloge (usled onemogućavanja skupljanja - širenja ploča), prilikom jednolike promene temperature u betonskoj ploči

naponi savijanja usled promene vlažnosti (na površini i dnu ploče)

naponi pritiska usled prodora nestišljivih materijala u spojnice (onemogućavanje skupljanja spojnica) između ploča (pritajeni naponi u betonu)


Klasična kruta kolovozna konstrukcija se obično sastoji od betonskog površinskog sloja i donjeg nosećeg sloja.

U novije vreme se kod teškog saobraćajnog opterećenja i na aerodromskim poletno sletnim i rulnim stazama, ugrađuje i gornji noseći sloj.

Dugo vremene su betonski kolovozi rađeni bez nosećeg sloja – betonske ploče su livene direktno na posteljici, ali takva praksa se više ne primenjuje.



Osnovni konstruktivni elementi

Tipična savremena kruta kolovozna konstrukcija se sastoji od površinskog sloja, gornjeg i donjeg nosećeg sloja i posteljice.

Površinski sloj je napravljen od cementnog betona i ima veliku krutost (zbog velikog modula elastičnosti) i obezbeđuje najveći deo nosivosti kolovoza.

Donji slojevi su manje krutosti, ali takođe doprinose nosivosti kolovoza, služe za zaštitu od mraza i za dreniranje vode koja eventualno prodre u kolovoz.



Površinski sloj

Površinski sloj je u kontaktu sa pokretnim opterećenjem i izrađen je od betona.

Ima ulogu da omogući trenje, ravnost, ne stvara buku i obezbeđuje odvod atmosferske vode i sprečava prodor vode u donje slojeve.

Debljina površinskog betonskog sloja može varirati od 150mm do 300mm.



Gornji noseći sloj

Ovaj sloj se nalazi odmah ispod površinskog sloja, ima ulogu da

prihvati i raspodeli opterećenje, služi i za odvodnjavanje, otporan

je na mraz i doprinosi nosivosti kolovoza.

U toku gradnje služi kao tehnološka podloga za kvalitetno

ugrađivanje betonskih ploča.



Gornj noseći sloj može biti izrađen od:

- nevezanog agregata – jednostavan materijal koji se može lako ugraditi, danas je veoma zastupljen.

- stabilizovanog agregata – stabilizacije (cementna, bitumenska); osnovni materijal je drobljeni kameni agregat, peskoviti šljunak ili mešavina ovih materijala koja se vezuje najčešće sa oko 4 do 7% cementa i time dobija čvrstoću koja iznosi oko 20 do 25% čvrstoće zastora od betona.



Gornji noseći sloj može biti izrađen od:

- guste asfaltne mešavine po vrućem postupku (BNS) – formiraju dobro nosivu i vodonepropusnu podlogu za betonski zastor

- vodopropustljivi asfalt (diskontinualna vruća asfaltna mešavina) – koristi se u situacijama kada je potrebna dobra drenaža

- mršavi beton – ima osobine slične kao betonski zastor, ali zbog manjeg sadržaja veziva čvrstoća mu je uglavnom manja od 50% čvrstoće betonskog zastora; ipak, mora da ima dilatacione spojnice.



Donji noseći sloj

Donji sloj je deo kolovozne konstrukcije koji se nalazi između

gornjeg nosećeg sloja i posteljice.

Prvenstveno, njegov zadatak je da: spreči mešanje materijala

kolovozne konstrukcije i posteljice, da poboljša dreniranje vode,

služi i kao zaštita od prodiranja mraza u podtlo i obezbeđuje

radnu površinu za izgradnju gornjih slojeva.

Donji noseći slojevi se uglavnom rade od materijala lošijeg kvaliteta

od gornjih slojeva, ali boljih od posteljice.

Oni po nekad nisu potrebni u betonskoj kolovoznoj konstrukciji.



Spojnice

Spojnice se rade da bi se sprečilo nekontrolisano pucanje betonskih

ploča pod uticajem pomene temperature i vlažnosti.

Dva osnovna tipa spojnica su:

poprečne (transverzalne spojnice)

podužne (longitudinalne spojnice)



Spojnice



Spojnice

Podužne spojnice služe da u podužnom pravcu spreče pojavu nepravilnih podužnih pukotina i omoguće građenje kolovoza projektovanih širina.

Za ovu svrhu se koriste najčešće vitoperne ili radne konstrukcione spojnice. Ako se kolovozne trake rade u različito vreme, nema smisla postavljati podmetač za izazivanje pukotina niti oslabljivati presek (radi se samo žljeb, a kontaktna površina sa jedne strane poprska premazom za sprečavanje vezivanja sa betonom).

Poprečne spojnice se po funkciji dele: 1. kontrakcione (prividne) spojnice 2. ekspanzione (dilatacione) spojnice 3. vitoperne spojnice 4. radne spojnice 5. izolacione spojnice



Poprečne spojnice - kontrakcione spojnice

Osnovna namena im je da omoguće skupljanje betonskih ploča

i spreče ili kontrolišu nastajanje pukotina.





Poprečne spojnice - kontrakcione spojnice

Poprečne spojnice - Ekspanzione spojnice

Osnovna namena im je da obezbede prostor za širenje betonskih

ploča u slučajevima kada se temperatura podigne iznad one pri

ugrađivanju. Takođe, omogućavaju obavljanje funkcija svih

ostalih tipova spojnica.



Poprečne spojnice - Ekspanzione spojnice



Poprečne spojnice - Vitoperne spojnice

Omogućuju mala ugaona pomeranja između ploča i na taj način

sprečavaju pojavu većih napona od temperature pri savijanju ili

vitoperenju ploča.

Ove spojnice mogu da zamene kontrakcione spojnice, ali ne bi

trebalo da ih bude više od tri – jedna do druge.



Poprečne spojnice - Radne spojnice

Pri građenju betonskih kolovoza prinuđeni smo da pravimo

prekide u radu (loše vremenske prilike ili kraj radnog vremena).

Na mestu prekida se radi spojnica koja je najčešće kontrakciona i

pri tome se ugrađuju moždanici.



Izolacione spojnice

Izolacione spojnice se koriste da odvoje betonsku ploču kolovoza

od objekta i time omoguće nezavisna pomeranja kolovoza, bez bitnih

uticaja na drugi objekat.

Primenjuju se na kontaktima betonskog zastora sa drenažnim

objektima, temeljima zgrada, bočnim stazama, građevinama – posebno

na kontaktu sa mostom i bilo gde kada može da dođe do oštećenja

usled interakcije kolovozne ploče i objekta.

One su uglavnom ispunjene određenim materijalom da bi sprečile

prodiranje prljavštine i vode.



Poprečne spojnice - Izolacione spojnice



Tipovi krutih kolovoza (1)

Nearmirani betonski kolovozi

Kada se radi o prenosu opterećenja, za manje opterećene puteve

uglavnom je dovoljan agregatni spoj, međutim za više opterećene

puteve, neophodni su moždanici u svakoj poprečnoj spojnici.


Armirani betonski kolovozi

U grupu armiranih betonskih kolovoza spadaju:

1. Klasični armirani betonski kolovozi (Jointed reinforced

concrete pavements – JPCP)

2. Neprekidno armirani betonski kolovozi (Continious

reinforced concrete pavements)

3. Betonski kolovozi armirani vlaknima (Micro–fiber

reinforced concrete pavements)

4. Prednapregnuti betonski kolovozi (Prestressed portland

cement concrete pavements)



Armirani betonski kolovozi

Armiranjem se povećava trajnost i dužina ploča između spojnica a

neznatno se smanjuje debljina.

Većina novoizgrađenih autoputeva i poletno sletnih staza je od

betonskih kolovoznih konstrukcija i najčešće od neprekidno

armiranih betonskih kolovoza.



Klasični armirani betonski kolovoz

Dužina ploče kod ovakvih kolovoza uglavnom iznosi od oko 7m do

15m.

Pored smanjenja osetljivosti na prsline, armiranjem betonskog

kolovoza se povećava njegova trajnost.

Smanjivanjem otvaranja prslina se sprečava prodiranje

nepoželjnih materijala u masu ploče (voda i otpaci) i smanjuje

mogućnost stvaranja težih oštećenja koja dovode do propadanja

kolovoznih konstrukcija.



Klasični armirani betonski kolovoz



Kontinualno armirani betonski kolovozi



Uloga armature je da zidove nastalih prslina u kolovozu drži na

bliskom odstojanju, sa međusobno uklještenim zrnima agregata, što

omogućava stoprocentno prenošenje opterećenja s jedne na

drugu stranu prsline i istovremeno sprečava prodiranje vode i

stranih materijala.

Prsline se obično formiraju na odstojanju od 1,1m do 2,4m, a

prema izvršenim istraživanjima, njihov otvor ne sme biti veći od

oko 0,5mm.


Kontinualno armirani betonski kolovozi


Betonski kolovozi armirani vlaknima

Ovaj tip kolovoza je napravljen od betona sa umešanim sitnim

čeličnim, staklenim ili nekim drugim vlaknima raspoređenim u

svim pravcima.

Osnovna betonska mešavina je sastavljena od sitnozrnih agregata sa

povećanom količinom cementa.

Čelična vlakna su dužine 25 do 76 mm, a prečnika 0.25 do 0.76

mm.



Betonski kolovozi armirani vlaknima

Staklena vlakna su prečnika od 0.005 do 0.015 mm, ali su ona često

spojena u vlakna prečnika od 0.013 do 1.3 mm.

Količina vlakana u betonu je od 0.5 do 2 % po zapremini betona,

odnosno čeličnih vlakana od 35 do 200 kg/m3 betona.

Zbog manje debljine ovakvih betonskih kolovoza i veće elastičnosti

(manje krutosti), opterećenje se prenosi na manju površinu podloge, i

zato su dozvoljeni veći ugibi nego kod klasičnih betonskih

kolovoznih ploča .



Prednapregnuti betonski kolovozi

KOD BETONSKIH KOLOVOZA SE PUKOTINE KONTROLIŠU

ARMIRANJEM ILI SPOJNICAMA.

Velike razlika u čvrsoćama na zatezanje i pritisak u betonskim

kolovozima može biti smanjena prednaprezanjem.



Osnovne prednosti su:

Uvođenjem sila pritiska sprečava se nastajanje i

otvaranje pukotina, a samim tim povećava trajnost i

nosivost kolovozne konstrukcije

Odbacivanje velikog broja poprečnih spojnica i

ostvarivanje veoma dugačkih ploča

Povećanje nosivosti i pored veće fleksibilnosti i manjih

debljina prednapregnutih kolovoza

Smanjenjem troškova zbog manje debljine betonskih

ploča i manje količine armature (važi za armirane i

neprekidno armirane betonske kolovoze)

Osnovni nedostaci su:

Popravka oštećenih kolovoza je složena i skupa

Ograničena upotreba kod oštrih vertikalnih i

horizontalnih krivina

Zahteva se kvalifikovanije osoblje na ugrađivanju

Potreba za strožim standardima pri građenju i

kvalitetnijim materijalima

Specijalne spojnice

Veliki uticaj sredine – vremenskih prilika



Prednapregnuti betonski kolovozi

Projektni parametri – posteljica

Osobine posteljice 1. Nosivost. Posteljica mora da izdrži opterećenje koje se prenosi

preko slojeva kolovozne konstrukcije. Nosivost zavisi od stepena zbijenosti posteljice, vlažnosti i vrste tla. Dobrom posteljicom se smatra ona, koja može da podnese vieliki broj ponavljanja opterećenja, bez značajnih deformacija.

2. Vlažnost tla. Vlažnost utiče na nosivost posteljice, bubrenje i skupljanje. Na vlažnost utiču faktori kao što su: drenaža, nivo podzemnih voda ili vodopropustljivost kolovoza (usled oštećenosti). Prekomerno vlažna posteljica će se brže deformisati pod opterećenjem.

3. Skupljanje i/ili bubrenje kod nekih tla se javlja usled promene vlažnosti materijala. Pored toga, sitnozrna (koherentna) tla

mogu biti osetljiva na smrzavanje. Skupljanje, širenje i mržnjenje tla mogu izazvati deformacije i pojavu pukotina u kolovoznoj konstrukciji.


Mogućnosti poboljšanja posteljice (1)

Zamena lošeg materijala kvalitetnijim. Zavisno od vrste

materijala, posebno od njegove plastičnosti i sadržaja organskih

primesa, najčešće se zamena materijala vrši do dubine od 0,5m do

2,0 m.

Stabilizacija posteljice hidrauličkim ili bitumenskim vezivom

(kreč, asfaltna emulzija, portland cement). Na ovaj način se tlo

stabilizuje uglavnom do dubine 0,3 do 0,5 metara.

Izgradnja dodatnog (pomoćnog) sloja od nevezanog materijala.

Preporučljive debljine pomoćnog sloja i donje podloge:


Mogućnosti poboljšanja posteljice (2)


Terminologija i klasifikacija materijala tla (1)

Primeri granulometrijskog sastava osnovnih vrsta tla


Postupak identifikacije i klasifikacije tla i utvrđivanje fizičko

mehaničkih karakteristika

Osnovna laboratorijska isptivanja koja su od značaja za projektovanje kolovozne konstrukcije, kod nas se vrše prema postojećim standardima :

- Uzimanje uzoraka SRPS U. B1. 010

- Određivanje prirodne vlažnosti SRPS U. B1. 012

- Određivanje specifične mase tla SRPS U. B1. 014

- Određivanje zapreminske mase tla SRPS U. B1. 016

- Određivanje granulometrijskog sastava SRPS U. B1. 018

- Određivanje granice tečenja i valjanja SRPS U. B1. 020

- Određivanje odnosa vlažnosti i suve zapreminske mase tla (Proctor) SRPS U. B1. 038

- Određivanje Kalifornijskog indeksa nosivosti SRPS U. B1. 042



Granulometrijski sastav materijala tla

Sejanje – frakcije krupnije od 0,06 mm

Areometrisanje – frakcije sitnije od 0,06 mm

Prema propisima Republike Srbije maksimalne i minimalne veličine zrna

za pojedine vrste materijala su:

• šljunak (G) – zrna između 60 i 2 mm

• pesak (S) – zrna između 2 i 0.06 mm

• prašina(M) – zrna između 0.06 i 0.002 mm

• glina (C) – sva zrna manja od 0.002 mm Doc. dr Bojan Matić, dig 87


Određivanje konzistencije tla – Aterbergove granice

Granica tečenja (WL)



Granica plastičnosti (Wp)

Na uzorku koherentnog tla određuje se sadržaj vode pri kojem

valjak prečnika od 3 mm prilikom valjanja počinje da dobija

pukotine. Ispitani sadržaj vode je granica plastičnosti ( Wp ).



Ispitivanje nosivosti / otpornosti tla

Materijali u posteljici se uglavnom karakterišu preko njihove otpornosti na deformacije pod opterećenjem, što se može odrediti merenjem njihove čvrstoće (napon potreban da dovede do loma materijala) ili krutosti i elastičnosti (veza izmedju napona i deformacije u elastičnom opsegu, odnosno koliko je materijal u stanju da povrati svoj početni oblik i veličinu posle dejstva opterećenja).

Ove karakteristike često uopšteno nazivamo ’’nosivost posteljice’’.



Ispitivanje nosivosti / otpornosti tla

Što je veća otpornost posteljice na deformacije, moguće je naneti veće opterećenje do dostizanja kritične deformacije.

Danas se koristi više različitih metoda za karakterizaciju nosivosti posteljice: Kalifornijski indeks nosivosti (CBR), R - vrednost (Modul otpornosti tla), modul elastičnosti, rezilientni modul, modul stišljivosti.



Određivanje odnosa vlažnosti i suve zapreminske mase tla

(Proktorov opit)

’’Proktorov opit’’ – opit kojim se ispituje maksimalna zbijenost i

optimalna vlažnost za zbijanje uz primenu određene energije.

Energija potrebna za zbijanje materijala je E=600 kN/m3

(standardna energija) ili E=2750 kN/m3 (modifikovana), pa na

osnovu toga opit za određivanje odnosa vlažnosti i suve

zapreminske mase dobija naziv standardni ili modifikovani opit.



Određivanje odnosa vlažnosti i suve zapreminske mase tla

(Proktorov opit)



Kalifornijski indeks nosivosti - CBR

Kalifornijski indeks nosivosti ’’CBR’’ (%) je jednostavan test penetracije na osnovu koje se određuje kvalitet materijala u odnosu na nosivost zbijenog, dobro granulisanog drobljenog kamena (čiji je CBR=100%).

Materijal se zbija u standardnom cilindru pri optimalnoj vlažnosti do maksimalne zbijemosti po Proktoru, formirajući uzorak prečnika 152,4 mm (6 inča) i visine 177,8 mm (7 inča).

Opit se sastoji od nanošenja opterećenja na mali klip (prečnika 49,6 mm (1,95 inča), koji prodire u materijal brzinom 1.3 mm/min (0.05 inča/min). Beleženjem opterećenja pri prodiranju klipa počevši od 0.64mm (0.025in) do 7.62mm (0.300in) formira se dijagram koji na abscisi pokazuje utiskivanje klipa (mm), a na ordinati pritisak (MPa)

94


PROJEKTNI PARAMETRI (1)

Kameni materijali


Prema načinu nastanka ili proizvodnje, materijali se razvrstavaju

na prirodne, drobljene i mlevene.

- Prirodno usitnjeni materijali dobijaju se iz rečnih korita, sprudišta ili iz pozajmišta (pesak i šljunak), a koriste se neprerađeni - u prirodnom stanju, ili se prosejavanjem odvajaju na frakcije željene veličine (pesak, šljunak, kamen ili oblutak, itd.), koje se opet - prema propisanom granulometrijskom sastavu - mogu komponovati u određenoj razmeri. Zrna su najčešće sa zaobljenim ivicama - loptastog ili elipsoidnog oblika.

- Delimično drobljeni materijali proizvode se propuštanjem kroz drobilišna postrojenja prirodnog materijala iz koga je prethodnim odsejavanjem odvojen pesak. Izdrobljeni deo se razdvaja na frakcije koje se deponuju u odgovarajuće silose ili pregrade, prema veličini prečnika zrna.



Kameni materijali

- Drobljeni materijali se proizvode drobljenjem krupnih zrna izdvojenih iz šljunkovitih materijala ili kamenog materijala iz kamenoloma. Delimo ih na:

- Drobljeni materijali kontinualnog granulometrijskog sastava; iz njih se mogu prosejavanjem ili pranjem izdvojiti sitne prašinaste ili glinovite frakcije i zrna čija je veličina veća od maksimalno dozvoljenog (D); isporučuje se kao mešavina sa zmima 0/Dmm (ili kao d/D – od najsitnijeg zrna prečnika d (mm) do najkrupnijeg, prečnika D (mm)).

- Drobljeni materijali diskontinualne granulacije, sa utvrđenom linijom granulometrijskog sastava, dobijenom prosejavanjem kroz sita određene veličine (pri čemu se dobijaju frakcije: pesak, kamena sitnež, tucanik, itd.) i naknadnim komponovanjem linije granulometrijskog sastava da bi se dobila zahtevana granulacija u opsegu d/D.



Kameni materijali

Mleveni materijali, dobijaju se sitnjenjem ili mlevenjem drobljenog kamenog materijala u specijalnim postrojenjima i mlinovima, da bi se dobila odgovarajuća granulacija i finoća mliva: kameno brašno,

finozrni pesak i sl.)



Kameni materijali

Pod agregatom se podrazumjevaju mineralni materijali kao što su pesak, drobljeni kamen i šljunak, koji zajedno sa vezivima ulaze u sastav mešavina kao što su asfalt ili cementni beton.

Kao vezivo se koriste različiti materijali, a najčešći su portland cement, bitumen, kreč i voda. Zapreminski, agregat zauzima oko 92 do 96% prostora u asfaltnim mešavinama po vrućem postupku, a oko 70 do 80% u cementnom betonu.

Kameni agregat ima veliku primenu i kao nevezan materijal, dobro zbijen uz prisustvo vode često čini donji, pa i gornji noseći sloj kod fleksibilnih i krutih kolovoznih konstrukcija.



Agregat

Agregati mogu biti prirodni ili veštački.

Prirodni agregati se eksploatišu iz velikih stenskih formacija u kamenolomima. Izvađeni materijal se mehaničkim putem pomoću mašina usitnjava na potrebnu veličinu zavisno od primene.

Prerađeni industrijski agregati su najčešće sekundarni proizvodi ili otpadni materijali u nekoj industriskoj preradi (najčešće se u izgradnji puteva koristi šljaka iz visokih peći)



Agregat

Fizička svojstva najjasnije definišu karakteristike agregata i imaju najveći uticaj na njegovo ponašanje.

Najčesće određivana fizička svojstva su:

- veličina zrna i granulometrijski sastav

- žilavost i otpornost na habanje (Los Anđeles, polirnost)

- trajnost i postojanost

- oblik zrna i tekstura površine

- čistoća i oštećenost materijala

- zapreminska masa

To nisu jedina fizička svojstva agregata, navedena svojstva koja se najčešće ispituju i to uglavnom empirijskim opitima.



Agregat

Veličina zrna i granulometrijski sastav

Granulometrijski sastav ima primaran značaj i za beton i za asfaltne

mešavine, pa se obavezno propisuju granične linije granulometrijskog

sastava za različite vrste mešavina u skladu sa traženim osobinama.

105


Agregat

Test na habanje (Los Angeles)

Opitom ’’ Los Anđeles’’ se ispituje žilavost i otpornost na habanje kamenog agregata.

Za ovaj test se koriste frakcije iz uzorka agregata koje su se zadržali na ’’situ 12’’ veličine otvora 1.70 mm.

Takav uzorak se stavlja u bubanj zajedno sa čeličnim kuglama i zatim se okreće 500 puta pri brzini od 30 – 33 okretaja u minuti.



Agregat


Posle toga se vrši sejanje i razdvajanje materijala koji prolazi kroz sito 12 (1.70mm) od onog dela koji se zadržava na situ.

Težina materijala koji se zadržao na situ upoređuje sa prvobitnom težinom, odnosno njigova težina pre i posle bubnja

.

Dobijena razlika u težini se se izražava kao procentualni gubitak.

Naš standard za asfalt betone zahteva otpornost na habanje po Los Anđelesu (za sve gradacije), kao na slici % (m/m):



Agregat




Agregat

Zaključak o agregatu

Agregati su ili prirodni ili proizvedeni u kamenolomoma, a karakterišu se njihovim fizičkim svojstvima, od kojih su najčešće u primeni:

- Granulacija i veličina maksimalnog zrna

- Žilavost i otpornost na habanje

- Trajnost i postojanost

- Oblik zrna i tekstura površine zrna

- Zapreminska masa

- Čistoća i prisustvo štetnih materija

- Upijanje vode i vlažnost

- Mineraloško petrografski sastav



Agregat

BITUMEN (1)

Hemijska svojstva

Bitumenska veziva se mogu karakterisati njihovim hemijskim sastavom, ili se to retko čini za primenu kod asfaltnih mešavina. Hemijska svojstva određuju fizičke karakteristike bitumena, pa poznavanjem hemijskog sastava možemo protumačiti ponašanje bitumena pod različitim uticajima.


BITUMEN (2)

Fizička svojstva Bitumenska veziva najbolje opisuju njihova fizička svojstva. To određuje kako će se ugrađivati na kolovoz (vruću asfaltnu mešavinu). Ovde je dugo značajnu ulogu imao test za penetraciju koji se koristio veoma uspešno u 20 veku. Kasniji testovi kao što su testovi za viskoznost imali su ulogu da bolje objasne fizička svojstva bitumenskog veziva. Kasnije 80` i 90` razvijeni su ’’superpave’’ testovi sa ciljem da bolje odrede specifična fizička svojstva asfaltnih veziva koji su direktno vezani za široki spektar inženjerskih potreba. Ovi testovi su složeni ali su napredni i daju rezultata.


Reologija

Reologija proučava deformacije i tok materija.

Deformacije i tok asfaltnog veziva su važni pri određivanju karakteristika kolovoza.

Reološka svojstva asfaltnog veziva variraju s promenom temperature.

Tu postoje dva ključna razmatranja:

- za upoređivanje različitih asfaltnih veziva njihova reološka svojstva moraju se meriti na istim temperturama.

- za potpuno okarakterisano asfaltno vezivo njegova reološka svojstva moraju biti ispitana u temperaturnom intervalu koje susreće tokom trajanja kolovozne konstrukcije.


BITUMEN (3)

Opit penetracije

Penetracioni test je najstariji opit za asfalt.

Osnovni princip penetracije je da odredi koliki će biti prodor opterećene igle u asfaltnom uzorku pri nekom opterecenju, vremenu i temperaturi.

Uzorak bitumena se istopi zagrevanjem, ugradi u posudu i zatim

ohladi i temperira na 25 oC

Meri se podiranje standardne igle u vezivo pod sledećim

uslovima:

Opterećeje = 100 g

Temperatura = 25 oC (77 oF)

Vreme = 5 sec


BITUMEN (4)

Opit penetracije


BITUMEN (6)

Tačka razmekšavanja PK

Tačka razmekšvaanja je definisana kao temperature na kojoj

bitumenski uzorak ne može da podržava težinu čelične kuglice.

Bitumen se ugradi u u mesingani prsten koji se tokom opita zagreva u

vodenom kupatilu.

Tačka razmekšavanja je temperatura pri kojoj će bitumen toliko

omekšati da loptica potone do dubine 25 mm.


BITUMEN (7)

Tačka razmekšavanja PK


BITUMEN (8)

Duktilnost

Duktilitet je dužina izrazena u cm, do koje se uzorak bitumena

određenog oblika i pri određenim uslovima može rastegnuti, dok se

nastala nit ne prekine.

Merenje duktilnosti - uzorak se ulije se u kalup, hladi na sobnoj

temperaturi i dobijeni oblikovani uzorak - epruveta bitumena se

stavlja u vodeno kupatilo sa temperaturom ispitivanja od +25 ‘C.

Posle temperiranja, epruveta se rasteže brzinom od 5 cm/min dok

se nastala nit ne prekine.


BITUMEN (9)

Duktilnost


BITUMEN (10)

Određivanje tačke loma po Frasu

Tačka loma po Frasu je temperatura na kojoj sloj bitumenskog veziva određene debljine (manje od 1 mm) pukne ako se hladi i savija pod tačno određenim uslovima. Na savitljivu pločicu se izlije tanak fim bitumena po tačno propisanom postupku. Pločica sa uzorkom se postavi u aparat i zatim se počne sa hlađenjem takvom brzinom da temperatura vazduha u unutrašnjoj epruveti pada brzinom od 1 °C u minuti. U momentu kada se na filmu veziva pojavi prva pukotina, očita se temperatura na termometru sa tačnošću 0,5 °C.


BITUMEN (11)


BITUMEN (12)

Projektovanje asfaltnih mešavina po Maršalovoj metodi

Projektovana asfaltna mešavina treba da zadovolji sledeće uslove kvaliteta: Otpornost na deformacije pri dejstvu opterećenja. Ova otpornost

u najvećoj meri zavisi od granulometrijskog sastava agregata, površine zrna i njihove otpornosti na habanje, sadržaja bitumena i njegove viskoznosti pri visokim temperaturama.

Otpornost na zamor. Asfalt treba da bude otporan na pojavu pukotina pri dejstvu ponovljenog opterećenja. Otpornost je zavisna (pre svega) od sadržaja veziva i krutosti.

Otpornost na pukotine pri niskim temperaturama. Pri niskim temperaturama u asfaltnim slojevima ne bi trebalo da se pojave pukotine. Otpornost na ovakve pukotine vezana je uglavnom za krutost veziva na niskim temperaturama.


ASFALTNA MEŠAVINA (1)


Projektovana asfaltna mešavina treba da zadovolji sledeće uslove kvaliteta: Trajnost. Asfaltne mešavine koje se proizvode i ugrađuju po

vrućem postupku, ne treba brzo da pokazuju znake starenja tokom pripreme, ugrađivanja i eksploatacionog perioda. Trajnost ovakvih mešavina je povezana sa količinom šupljina ispunjenih vazduhom i za debljinu bitumenskog filma koji je vezan za svaku česticu agregata.

Otpornost na uticaj vlage. Asfaltne mešavine ne bi trebale da se osetno degradiraju prilikom prodora vlage u ugrađeni sloj. Osetljivost na vlagu je vezana uglavnom za šupljine ispunjene vazduhom i za mineralni i hemijski sastav agregata.




Projektovana asfaltna mešavina treba da zadovolji sledeće uslove kvaliteta: Otpornost na klizanje. Asfaltna mešavina koja se koristi za

habajući sloj mora da obezbedi dovoljan koeficijent trenja između površine kolovoza i pneumatika. Nizak koeficijent trenja je uglavnom posledica neodgovarajućih karakteristika agregata ili prevelikog sadržaja bitumena.

Ugradljivost. Asfaltna mešavina koja se proizvodi i ugrađuje po vrućem postupku treba da omogući razastiranje i zbijanje primenom razumne energije. Ugradljivost je pre svega zavisna od agregata, odnosno njegove teksture, oblika i veličine zrna i granulacije, ali i od sadržaja veziva i njegove viskoznosti na temperaturama pri kojima se vrši mešanje i ugrađivanje.



Osnovne postavke metode Marshall

Polazeći od optimalnog granulometrijskog sastava za usvojeno

maksimalno zrno i tip mešavine, određuje se procenat učešća

pojedinih frakcija agregata i filera u mešavini.

Zatim se prelazi na izradu uzoraka: zagrevanjem, mešanjem sa

bitumenom i sabijanjem u standardni cilindar pomoću standardnog

’’Maršalovog’’ nabijača. Uzorci se rade sa različitim sadržajem

bitumena i zatim sledi njihovo ispitivanje pod propisanim uslovima.

124



U osnovi, Maršalova metoda projektovanja mešavina obuhvata 6

koraka:

Selekcija agregata

Izbor biumenskog veziva

Priprema uzorka (uključujući zbijanje postandardnoj proceduri)

Ispitivanje stabilnosti i tečenja u Maršalovoj presi

Određivanje gustine i sadržaja šupljina

Određivanje optimalnog sadržaja bitumena (na osnovu rezultata

dobijenih na serijama uzoraka sa različitim sadržajem bitumena)

125


Maršalova metoda je kod nas definisana standardom SRPS

U.M8.090. Opitima se određuju sledeća svojstva asfaltne

mešavine:

stabilnost (čvrstoća na pritisak ispitana u Maršalovoj presi),

tečenje (deformacija uzorka pri lomu u Maršalovoj presi),

zapreminska masa,

šupljine u mineralnoj mešavini

šupljine u asfaltnom uzorku

šupljine ispunjene bitumenom




Stabilnost (po Maršalu) je maksimalno opterećenje (u KPa) koje

se postiže u momentu loma uzorka.

Tečenje je deformacija uzorka (u mm) u momentu loma.

Merenjem težine i dimenzije uzoraka posle izrade određuje se

zapreminska težina, a preko zapreminske težine sračunava se procenat

šupljina ispunjenih vezivom i procenat zaostalih šupljina u mešavini.




Uzorak, koji je pre ispitivanja 30 minuta bio potopljen u vodu sa

temperaturom 60 OC se stavlja u čeljusti prese, zagrejane takođe na 60 oC.

Ispitivanje se vrši posebnom presom, sa brzinom nanošenja

opterećenja kojim se postiže deformacija od 0.846 mm/s (2 inča u

minuti).

Opterećenje se nanosi sve dok raste, a u trenutku loma, počinje naglo

da opada. To je kraj opita, koji traje do 30 sekundi.




Rezultati Maršalove metode

Na osnovu podataka ispitivanjem napred iznetih karakteristika potrebno je konstruisati sledeće dijagrame:

dijagram promene stabilnosti u zavisnosti od sadržaja veziva (slika 1),

dijagram promene zapreminske težine u zavisnosti od sadržaja veziva (slika 2),

dijagram promene zaostalih šupljina u zavisnosti od sadržaja veziva (slika 3),

dijagram promene ispunjenih šupljina u zavisnosti od sadržaja veziva (slika 4),

dijagram promene tečenja u zavisnosti od sadržja veziva (slika 5).



Rezultati Maršalove metode



PROJEKTNI PARAMETRI - SAOBRAĆAJNO

OPTEREĆENJE (1)

Karakteristike opterećenja

Opterećene od pneumatika

Raspored osovina i točkova

Ponavljanje opterećenja

Distribucija saobraćajnog opterećenja u poprečnom profilu

Brzina vozila


Različite konfiguracije osovina teških vozila



OPTEREĆENJE (2)

Ekvivalentno opterećenje od jednostruke standardne osovine (ESO)



OPTEREĆENJE (3)

Određivanje ukupnog ekvivalentnog saobraćajnog opterećenja za

dimenzionisanje asfaltnih kolovoznih konstrukcija, prema standardu JUS

U.C4.010 iz 1981. godine

U analizi saobraćajnog opterećenja uzimaju se u obzir sledeći parametri:

Prosečni godišnji dnevni (24-časovni) broj teških tertetnih vozila

(sa procentualnim učešćem pojednih kategorija) u početnoj godini eksploatacije puta. Određuje se prvenstveno brojanjem saobraćaja i prognozama.

Prosečna godišnja stopa rasta broja teških teretnih vozila u

projektnom periodu, koja se određuje na osnovu podataka o početnoj godini uz primenu dugoročnih prognoza saobraćajnih tokova.



OPTEREĆENJE (4)

Određivanje ukupnog ekvivalentnog saobraćajnog opterećenja za

dimenzionisanje asfaltnih kolovoznih konstrukcija, prema standardu JUS

U.C4.010 iz 1981. godine

Osovinska opterećenja reprezentativnih vrsta vozila (vozila

koje reprezentuju svaku kategoriju, kao na primer: srednje težak kamion, težak kamion, kamion sa prikolicom, autobus, tegljač sa poluprikolicom)

Prosečna iskorišćenost nosivosti teških teretnih vozila (ako ne

postoje precizni podaci, preporučuje se iskorišćenost od 70%) Raspodela saobraćajnog opterećenja po voznim trakama



OPTEREĆENJE (5)

Raspodela saobraćajnog opterećenja po voznim trakama SRPS

U.C4.010)



OPTEREĆENJE (6)

Faktori ekvivalencije:

Za jednostruke osovine: Za dvostruke osovine:



OPTEREĆENJE (7)

Ukupan broj standardnih osovina za pojedine vrste teških

teretnih vozila (fi – faktor ekvivalencije za pojedine osovine

teških teretnih vozila)

Ukupno ekvivalentno dnevno saobraćajno opterećenje teških

teretnih vozila u početnoj godini eksploatacije (Fe – ukupni

broj standardnih osovina za pojedine vrste teških teretnih

vozila ; ni – prosečni godišnji dnevni broj pojedinih teških

teretnih vozila u početnoj godini eksploatacije na

najopterećenijoj saobraćajnoj traci).

Ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje teških

teretnih vozila u početnoj godini eksploatacije

Ukupno ekvivalentno saobraćajno opterećenje teških

teretnih vozila u projektnom periodu dimenzionisanja

(q – faktor rasta, p – projektni period dimenzionisanja

kolovozne konstrukcije izražen u godinama i – 1,2,3.....p

(godina)

r – prosečna godišnja stopa rasta broja teških teretnih vozila) 139


OPTEREĆENJE (8)

Uticaj mraza može biti veoma štetan za kolovozne konstrukcije

i odnosi se na dva različita, ali povezana procesa:

1. Izdizanje površine kolovoza usled mraza – Izdizanje posteljice kao rezultat bubrenja usled formiranja ledenih sočiva u vlažnom zemljištu izloženom smrzavanju. Ovde nije u pitanju samo povećanje zapremine vode prilikom smrzavanja, veći utiucaj ima rast kristala leda koji počinju da se formiraju u porama materijala posteljice (kada je materijal takav da ima pore veličine koja odgovara procesu kristalizacije) i zatim dejstvo moćnih kristalizacionih sila privlači vlagu odozdo ka zoni fronta smrzavanja hraneći kristale leda vodom, što dovodi do formiranja ledenih sočiva u zoni smrzavanja. Količina leda koji će se formirati, najviše zavisi od karakteristika materijala tla i dužine trajanja temperature smrzavanja u posteljici ili podtlu.

. Doc. dr Bojan Matić, dig 140

PROJEKTNI PARAMETRI - UTICAJ MRAZA NA

KOLOVOZNE KONSTRUKCIJE (1)

Uticaj mraza može biti veoma štetan za kolovozne konstrukcije i

odnosi se na dva različita, ali povezana procesa:

2. Slabljenje sloja posteljice usled otapanja leda -Slabljenje sloja posteljice može biti katastrofalno, kada se pri porastu temperatura tlo natapa vodom iz otopljenog leda. Posebnpo je nepovoljna situacija kada zamrznuti sloj počinje da se kravi odozgo, pri čemu se formira velika količina vode (blata) koja ne može da se drenira kroz još uvek smrznut donji sloj.




Izdizanje površine kolovoza usled mraza




Neophodna su tri osnovna elementa da bi se stvorili kristali leda i da bi došlo do uzdizanja kolovozne konstrukcije:

1. Tlo osetljivo na led (značajan sadržaj finih frakcija)

2. Temperature ispod nivoa zamrzavanja (temperature zamrzavanja – ’’izoterma 0’’ moraju prodreti u tlo i uopšteno, debljina ledenih kristala biće veća što je sporiji proces zamrzavanja, odnosno što duže ’’izoterma 0’’ deluje na približno istoj dubini posteljice ili podtla)

3. Voda ili vlaga (mora biti dostupna iz nivoa pozemnih voda, infiltracijom, iz nekog podzemnog vodonosnog sloja ili iz šupljina fino-granulisanog tla). do pucanja i grubih pukotina na kolovoznoj konstrukciji.




Otklanjanjem bilo kog od ova tri gornja uslova, efekat

zamrzavanja će biti eliminisan ili bar umanjem.

Ako se ova tri uslova pojavljuju ujednačeno, bubrenje kolovozne

konstrukcije biće ujednačeno; u suprotnom, različiti nivoi izdizanja

kolovozne konstrukcije dovešće do pucanja i grubih pukotina na

kolovoznoj konstrukciji.




Slabljenje sloja posteljice usled otapanja leda




Procenjivanje dubine sloja zamrzavanja ili kravljenja u

kolovoznim konstrukcijama

Indeks mraza

Period mraza koji izaziva smrzavanje u kolovoznoj konstrukciji i

podtlu se obično karakteriše ’’indeksom mraza’’.

Ovaj indeks predstavlja ’’količinu hladnoće’’ koja deluje na

površinu kolovoza tokom mraznog perioda i izražava se u ‘C x

dani prema:




Ublažavanje uticaja mraza

Ograničavanje dubine smrzavanja u materijalu posteljice. Tipičan način za ovo jeste određivanje debljine kolovozne konstrukcije kao neki procentualni minimum u odnosu na dubinu smrzavanja. Povećanjem debljine kolovozne konstrukcije tako da ona dobrim delom pokrije dubinu smrzavanja redukuje se debljina posteljice (osetljive na mraz) koja će biti izložena smrzavanju. Predpostavka je da će redukovana (smanjena) dubina tla koje je izloženo uticaju mraza dovesti do značajno manjih oštećenja.

Zamena materijala posteljice koji je osetljiv na mraz. Idealno, materijal u posteljici koji je osetljiv na mraz, zameniće se materijalom neosetljivim na smrzavanje do dubine prodiranja mraza. Otklanjanjem sloja tla koji je osetljiv na smrzavanje otklanja se i uticaj mraza.




Ublažavanje uticaja mraza

Dimenzionisanje kolovozne konstrukcije zasnovano na redukovanoj nosivosti posteljice. Ovaj metod jednostavno podrzumeva povećanje debljine kolovozne strukture uzimajući u obzir moguća oštećenja usled gubitka nosivosti posteljice prouzrokovanog delovanjem mraza.

Formiranje kapilarne brane. Presecanjem kapilarnih tokova, uticaj mraza će biti manje štetan, jer je bubrenje pri smrzavanju uslovljeno privlačenjem znatno veće količine vode nego što prirodno postoji u porama materijala tla.




DIMENZIONISANJE KOLOVOZNIH KONSTRUKCIJA (1)

Kolovozne konstrukcije se uobičajeno projektuju za određeni „projektni vek“.

Projektni vek (ili ’’životni vek’’ ili „projektni period“) predstavlja vreme od završetka izgradnje do krajnjeg stanja koje se smatra kao neprihvatljivo za dalje funkcionisanje kolovozne konstrukcije.

To znači da se projektovanje kolovozne konstrukcije izvodi tako da ona bude sposobna da podnese saobraćajno opterećenje tokom njenog projektnog veka.

Podrazumeva se da mogu biti predviđeni povremeni radovi održavanja i rehabilitacije za očuvanje kvaliteta površine kolovoza i da bi se osiguralo da konstrukcija izdrži projektni period.


Empirijski i teorijski pristup

Za fleksibilne kolovoze, projektovanje kolovozne konstrukcije je orijentisano na utvrđivanje potrebne debljine slojeva i njihovog sastava.

Proračuni se uglavnom usmeravaju na analizu napona i deformacija koji nastaju usled dejstva saobraćajnog opterećenja, a ostali uticaji, naročito oni koji potiču iz ambijentalnih uslova (kao što su temperature) uzimaju se u obzir pri izboru vrste asfaltnih mešavina i bitumena.

Metoda za projektovanje fleksibilnih kolovoza koje se danas primenjuju, dele se na dve glavne grupe: empirijske i mehanističko-empirijske.



Empirijski i teorijski pristup

Za krute kolovoze, dimenzionisanje je uglavnom usmereno na određivanje potrebne debljine betonskih ploča na osnovu saobraćajnog opterećenja i karakteristika podloge i zatim na proračun spojnica.

To se vrši putem proračuna napona koji deluju na krutu kolovoznu ploču, a potiču od: opterećenja od točka, temperaturnih promena, skupljanja i promene vlažnosti pri vezivanju.

Kao i kod fleksibilnih kolovoza i ovde se primenjuju dve glavne grupe metoda: empirijske i mehanističko-empirijske.



Empirijski pristup

Tipična i najobimnija istraživanja ove vrste su urađena u okviru AASHO opita (American Association of State Highway Officials)1. Istraživanja su obavljena u periodu 1957 do 1961. godine, na 240 deonica sa fleksibilnom kolovoznom konstrukcijom, 271 deonici sa krutim kolovozom i petnaest deonica sa stabilizovanim nosećim slojem. Tokom opita, svaka od ovih deonica je bila izložena opterećenju od oko milion pokretnih točkova i najvažniji rezultati su:

Utvrđene su zakonitosti ekvivalencije za različito opterećene osovine vozila

Statističkom analizom je upostavljena korelacija između strukture kolovozne konstrukcije i veličine defleksija

Definisan je indeks kvaliteta usluge kolovozne konstrukcije i proučavane su njegove promene u zavisnosti od saobraćaja i sastava kolovozne konstrukcije.



Teorijski pristup

Teorijski pristup se zasniva na analizi mehaničkog ponašanja kolovozne konstrukcije, koristeći principe mehanike kontinualnih sredina, što je dovelo do formiranja ’’Mehanike kolovoza’’ kao specifične discipline

Tokom protekle tri decenije, teorijski pristup ima veliku podršku u razvoju računara i softverskih rešenja za sračunavanje napona i deformacija u pojedinim slojevima kolovozne konstrukcije i podtlu, na osnovu uspostavljenog matematičkog modela kolovozne konstrukcije.



Teorijski pristup

Moguće je modelirati i različite dispozicije opterećenja, kao i uticaje različitih ambijentalnih uslova. Time se dobija osnova za analizu ponašanja različitih materijala u pojedinim slojevima kolovozne konstrukcije, što se u najvećoj meri ostvaruje kroz analizu zamora.

Kao posledica zamora se uglavnom posmatraju:

lom izražen kao pojava pukotina koje nastaju usled savijanja u donjoj zoni vezanih slojeva i šire se ka površini i

pojava neravnosti na površini kolovoza (podužna neravnost i poprečna – kolotrazi), usled akumulacije trajnih deformacija pod dejstvom ponovljenog opterećenja.



Kriterijumi loma i teorija zamora

Glavni empirijski deo mehaničko-empirijskog projektnog procesa su jednačine koje se koriste za izračunavanje broja ciklusa opterećenja do loma.

To su empirijske jednačine, izvedene posmatranjem promena performansi kolovoza tokom eksploatacije.

Dobijaju se uspostavljanjem zakonitosti između vrste i intenziteta posmatranog oštećenja koje je definisano kao lom (sa jedne strane) i uzroka - deformacija koje nastaju pod različitim opterećenjima (sa druge strane).

156


Kriterijumi loma i teorija zamora

Danas su opšte prihvaćena dva kriterijuma loma:

nastajanje pukotina od zamora usled savijanja,

pojava kolotraga iniciranih deformacijama posteljice.

Treći kriterijum, zasnovan na defleksijama se koristi za specifične namene, kao što su procena preostalog veka kolovoza ili potrebne debljine pojačanja.

Treba imati u vidu da su kriterijumi loma utvrđeni empirijski, pa se zato moraju kalibrisati prema specifičnim lokalnim uslovima.

157


Velerova kriva zamora (Wohler)

Osnovno pitanje koje se postavlja o ponašanju materijala pri

zamoru od ponovljenog opterećenja, je utvrđivanje broja

ponavljanja koji dovodi do loma.

To se ispituje na epruveti izloženoj ponovljenom, identičnom

opterećenju radi utvrđivanja broja ponavljanja koji dovodi do

loma

Broj ciklusa (N) koji dovodi do loma usled ponovljenog

opterećenja određene veličine, često se naziva ’’životni vek’’.



Velerova kriva zamora (Wohler)

Oblik krive je najčešće:

= A×N-y

(Velerova kriva ima oblik prave u logaritamskoj razmeri)

= a - b×logN (Velerova kriva ima oblik prave u semi-logaritamskoj razmeri) Doc. dr Bojan Matić, dig 159


Akumulacija zamora – Minerov zakon

Kod Velerove krive se podrazumeva ponavljanje opterećenja iste

veličine do loma, a taj slučaj se u praksi ne dešava.

Ako posmatramo slučaj sa dva nivoa opterećenja koja se

primenjuju tokom dva perioda, imaćemo sledeće:

n1 - broj ponavljanja opterećenja 1 , koje dovodi do loma posle N1

ponavljanja (pri tome je n1 < N1)

n2 - broj ponavljanja opterećenja 2 , koje dovodi do loma posle N2

ponavljanja (pri tome je n2 < N2)




Količnik : n1/N1 predstavlja deo ’’utrošene’’ otpornosti na zamor

usled n1 ponavljanja opterećenja 1.

Ako bi bilo n1 = N1, tada bi bilo: n1/N1 = 1, tj. došlo bi do loma.

Minerov zakon definiše akumulaciju zamora usled dejstva različitih

opterećenja, pa bi za slučaj dva različita opterećenja, uslov da ne

dođe do loma bio:

n1/N1 + n2/N2 < 1




Ili uopšteno, pri dejstvu više različitih nivoa opterećenja, imaćemo

lom ako je zadovoljeno:

U suštini, primena faktora ekvivalencije osovinskog opterećenja

za svođenje realnog saobraćajnog opterećenja na ekvivalentan

broj standardnih osovina, zasniva se na Minerovom zakonu.



Kriterijum loma usled zamora

Opiti na materijalima kolovoza stabilizovanim hidrauličkim ili

bitumenskim vezivima (ako je opterećenje dinamičko, ispituje se

otpornost na zamor)



Lom usled zamora

Za procenu broja ponavljanja opterećenja do loma usled

zamora za guste asfaltne mešavine, (asfalt beton, BNS) razvijene su

brojne empirijske jednačine.

Većina njih uspostavlja vezu horizontalnih deformacija od zatezanja

na dnu asfaltnog sloja (t), sa modulom elastičnosti asfalta.



Lom usled zamora

Često se koristi kriterijum Fina-a (Finn et al. 1977.):

Prikazana jednačina definiše lom kao pojavu pukotina usled zamora na 10% od površine kolotraga.



Slika pokazuje vezu između deformacije od zatezanja u dnu sloja

asfalt betona i broja ciklusa do loma za dve veličine modula

elastičnosti asfalt betona.

Pretpostavlja se da pukotina nastaje na dnu sloja i širi se ka vrhu.



Kriterijum loma usled pojave kolotraga

Kolotrazi mogu biti inicirani u bilo kom sloju konstrukcije, što ih čini

teže predvidljivim od pukotina usled zamora.

Najčešće korišćeni kriterijumi loma za kolotrage odnose se uglavnom

na akumulaciju trajnih deformacija posteljice, što je tipično za

slabe kolovoze.

Tipičan izraz za vezu deformacije usled vertikalnog opterećenja

posteljice (ev) i broja ponavljanja do loma je:



Kriterijum loma usled pojave kolotraga

Gornja jednačina definiše lom kao ulegnuće dubine 12.5 mm (0.5-

inča) u kolotragu – tj. na delu površine kolovoza po kojoj se najčešće

kreću točkovi teških vozila.



Kriterijum loma od defleksije

U poslednjih pola veka, razvijen je veliki broj relacija koje povezuju

defleksiju, veličinu i broj ponavljanja opterećenja.

Ovde se prikazuju kriterijumi iz AASHO Testa i ’’Roads and

Transportation Association of Canada (RTAC)’’.

Oba kriterijuma su razvijana na osnovu defleksija izmerenih u

prolećno vreme (u periodu posle kravljenja, kada je nosivost

posteljice najmanja).



Kriterijum loma od defleksije

Tabela pokazuje granične vrednosti defleksija dobijene iz oba

navedena kriterijuma:



Dimenzionisanje fleksibilnih kolovoznih konstrukcija u praksi

Jugoslavije i Srbije

U Jugoslaviji nije postojala jedinstvena usvojena metoda za dimenzionisanje kolovoznih konstrukcija sve do donošenja standarda: ’’JUS U.C4.012 - Dimenzionisanje asfaltnih kolovoznih konstrukcija’’, (Beograd 1981).

Do tada su uglavnom korišćene inostrane empirijske ili poluempirijske metode, zasnovane na CBR metodi ili rezultatima AASHO testa (1) a kao osnova su često služila tipska kataloška rešenja, kao što su data u JUS U.S4.050, ’’Tipovi kolovoznih konstrukcija za lak i srednji saobraćaj’’, i JUS U.S4.051, ’’Tipovi kolovoznih konstrukcija za težak saobraćaj’’, oba izdata 1964. godine.





Tokom osamdesetih i devedesetih godina prošlog veka, donet je određen broj standarda i propisa o metodama, materijalima, tehničkim standardima i uputstvima (3) a u pogledu metoda dimenzionisanja kolovoznih konstrukcija, posebno se mogu istaći standardi JUS iz 1994 godine, sa današnjim oznakama:

ICS broj 93.080.10, SRPS U.C4.014 (1994), Projektovanje i građenje puteva – Dimenzionisanje novih cementnobetonskih nearmiranih kolovoznih konstrukcija

ICS broj 93.080.10, SRPS U.C4.015 (1994), Projektovanje i građenje puteva - Dimenzionisanje novih fleksibilnih kolovoznih konstrukcija



Pored pomenutih metoda, u praksi se kod nas, počevši od osamdesetih godina, koristi i više savremenih metoda koje su primenjivane širom sveta, uglavnom sa odgovarajućom softverskom podrškom.

Najčešće bile zastupljene metoda SHELL-a sa softverom ’’Bisar’’ i metoda Asfaltnog Instituta SAD sa programom ’’DAMA’’.

Pri tome i ’’Bisar’’ i ’’DAMA’’ računaju napone i deformacije u kolovozu pod standardnim opterećenjem prema Burmister-ovoj teoriji višeslojnog sistema na beskonačnom poluprostoru i zatim sračunate napone i deformacije u kritičnim tačkama upoređuju sa dozvoljenim vrednostima. Doc. dr Bojan Matić, dig 173




Dimenzionisanje novih asfaltnih kolovoznih konstrukcija prema

standardu JUS U.C4.012 (nova oznaka: ICS broj 93.080.10,

SRPS U.C4.012) iz 1981. godine

Metoda dimenzionisanja kolovoznih konstrukcija data u ovom

standardu zasnovana je na uputstvima za dimenzionisanje asfaltnih

kolovoznih konstrukcija u SAD – AASHTO Interim Guide iz 1972.

godine uz izvesna pojednostavljenja i prilagođenja lokalnim uslovima



Merodavni parametri za dimenzionisanje

U postupku dimenzionisanja uzimaju se u obzir sledeći parametri:

- projektni period (uglavnom 20 do 25 godina)

- vozna sposobnost površine kolovoznog zastora na kraju

projektnog perioda (p=0 za potpuno nov kolovoz, p=0 za

uništen, uzima se 2.5 kao kraj upotrebljivosti KK)

- saobraćajno opterećenje (ukupan broj ekvivalentinih osovina

od 82 kN

- klimatsko-hidrološki uslovi (Regionalni faktor od 0.5 do 5.0,

usvojen kod nas 2.0)

- nosivost materijala posteljice (izražena vrednošću CBR)

- kvalitet primenjenih materijala u kolovoznoj konstrukciji

(koeficijenti zamene) Doc. dr Bojan Matić, dig 175


Prosečni koeficijenti zamene pojedinih vrsta materijala



Osnovni sastav asfaltnih kolovoznih konstrukcija



Postupak dimenzionisanja

Postupak dimenzionisanja obuhvata:

određivanje merodavnih parametara za dimenzionisanje.

određivanje sastava i debljine pojedinih slojeva kolovozne konstrukcije.



Postupak dimenzionisanja

Dimenzionisanje se obavlja pomoću dijagrama koji su dati za

dva slučaja:

1. Fleksibilna kolovozna konstrukcija sa asfaltnim zastorom i asfaltnim nosećim slojem i sa donjim nosećim slojem od nevezanog kamenog materija (tip 1)

2. Polukruta kolovozna konstrukcija sa asfaltnim gornjim slojevima i sa nosećim slojem stabilizovanim cementom. (tip 2) Asfaltne kolovozne konstrukcije koje se sastoje od asfaltnih slojeva i nosivih

slojeva od cementom stabilizovanog zrnastog kamenog materijala i nevezanog zrnastog kamenog materlijala (tip 3) dimenzionišu se prema konstrukciji – tip 2, uz odgovarajuće preračunavanje dobijenih mera pomoću koeflcijenata zamene materijala.



Dimenzionisanje krutih kolovoza

Glavni faktori koji utiču na dimenzionisanje betonskih

kolovoznih konstrukcija su:

Saobraćaj (veličina i broj ponavljanja opterećenja)

Klimatski uslovi (temperatura i vlažnost)

Podloga (tip i nosivost)

Tip betonske kolovozne konstrukcije (nearmirana, armirana, neprekidno armirana i prednapregnuta)

Spojnice (tip i rastojanje)

Očekivani kvalitet prilikom izgradnje kolovozne konstrukcije i održavanja.

Dimenzionisanje betonskih kolovoznih konstrukcija se sastoji od:

Određivanja debljine betonske ploče i podloge

Dimenzionisanja spojnica Doc. dr Bojan Matić, dig 181


Osnovni naponi koje treba analizirati u betonskim kolovoznim

konstrukcijama su:

Naponi pri izvijanju ploče nastali zbog razlike u temperaturama na površini i dnu betonske ploče (temperaturni gradijent) i naponi pri vitoperenju nastali zbog vlažnosti.

Naponi pri trenju između ploče i podloge, nastali usled širenja i skupljanja betonskih ploča

Pritajeni naponi nastali usled ispunjavanja spojnica nedozvoljenim materijalima ili ’’pumpanja’’ vode i materijala ispod ploče

Naponi od opterećenja vozila




Naponi usled saobraćajnog opterećenja - Vestergardova metoda

Osnovne postavke su:

Betonska ploča se ponaša kao homogeno, izotropno i elastično telo

u ravnoteži.

Reakcija posteljice je vertikalna i proporcionalna ugibu ploče.

Reakcija posteljice po jedinici površine u bilo kojoj tački je jednaka

proizvodu konstante “K” (modul reakcije podloge [MN/m]) i

ugiba u odgovarajućoj tački, nezavisno od ugiba i položaja.

Debljina ploče je nepromenljiva.

Opterećenje se prenosi ravnomerno preko kružne (po novijoj

verziji i eliptične ili kvadratne) površine kada je opterećenje unutar

ili u uglu ploče, a kada je opterećenje na ivici ploče preko polukružne

(polueliptične) površine .




Tri osnovna položaja opterećenja su:

Opterećenje deluje u unutrašnjosti ploče dovoljno daleko od

ivica

Opterećenje deluje uz ivicu ploče dovoljno daleko od uglova

Opterećenje deluje u uglu ploče




ISPITIVANJE KOLOVOZNIH KONSTRUKCIJA (1)

Četiri osnovna indikatora stanja kolovoza:

Oštećenost površine kolovoza (izraženo obično kao procenat površiene zahvaćene oštećenjima u odnosu na ukupnu površinu posmatranog – homogenog odseka

Ravnost (podužna – IRI i kolotrazi – dubina cm)

Hrapavost / otpor trenju površine kolovoza

Defleksije (nosivost) merena kao vertikalni ugib ispod standardno opterećenog točka (osovina od 82 kN)


Oštećenost površine kolovoza

‘’Ukupna oštećena površina’’ je indikator koji se izražava kao

procenat od ukupne površine i predstavlja sumu površina koje su

zahvaćene aligatorskim pukotinama, poprečnim pukotinama i

podužnim pukotinama.

Taj indikator je takođe koristan za stručnjake, jer pukotine obično

prouzrokuju razvoj težih oštećenja, kao što su udarne rupe,

prodiranje vode i oštećenja ivica kolovoza.



proj. organizacija:

investitor:

KONZORCIJUM "RAST" D.O.O

Jovana \ or| evi} a 2, Novi SadI SAOBRA] AJ VOJVODINE"d.d. "ZAVOD ZA PUTEVE, MOSTOVE I

objekat:

deonica: NOVI SAD - BEOGRAD

AUTOPUT E-75

saglasnost: glavni i odgovorni projektant:

mr Branislava Jakovljevi} , dipl.gra| .in` . Sr| en Jovanovi} , dipl.gra| .in` .

odgovorni projektant:

Slobodan Jova{evi} , dipl.gra| .in` .

tehni~ka kontrola:

Ljiljana Vukosav, dipl.gra| .in` .

saradnici:

knjiga:

crte`:

razmera:

KOLOVOZNA KONSTRUKCIJA

KM 126+ 500 - KM 127+ 000

O[ TE] ENJA KOLOVOZA

1:100/1000

faza projekta:

br. knjige:

datum:

br. crte`a:

GLAVNI

Juli 2000.

4 15

600

500

700700

600

500

550

650

750

550

650

750

500

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

850

750

950950

850

750

800

800

1000

800

900

1000

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Takovska 45/II 11000 Beograd

km 126+ 500 - 127+ 000

km 126+ 500 - 127+ 000

POSOPIS O[ TE] ENJA

KOLOVOZA[ IFRA KOLI^ INA

JED.

MERE

POS 1

POS 3

POS 2

POS 4

POS 5

POS 6

POS 7

POS 8

L1

L2

R1

R2

M1

M2

K1

K2

Linijske pojedina~ne

pukotine { irine 1-3mm

Linijske pojedina~ne

pukotine { irine > 3mm

Reflektovane pojedina~ne

pukotine { irine do 3mm

Reflektovane pojedina~ne

pukotine { irine > 3mm

Mre` aste pukotine

{ irine 1-3mm

Mre` aste pukotine

{ irine > 3mm

Kolotrazi dubine do 2 cm

Kolotrazi dubine 2-5 cm

m2

Datum snimanja o { te} enja :

Ocenjiva~i :

Vremenske prilike :

NAPOMENA :

11/08/2000

Sr| en Jovanovi} , dipl.gra| .in` .

Ljiljana Vukosav, dipl.in` .gra| .

Sun~ano i toplo, t= 30°C

Deonica sa malim procentom o { te} enosti povr{ ine kolovoza.

Usled razli~itih klasa ta~nosti merenja rastojanja (polo`aj

pojedinih tipova o { te} enja je meren ciklometrom) i grafi~ke

preciznosti prezentacije podataka, mogu } a su manja

odstupanja (1-10m) u identifikaciji registrovanih o { te} enja

(pojava) na terenu.

98

114

207

60

174

666

0

0

m2

m2

m2

m'

m'

m'

m'

M2

M2

M2 M2

M2

M2

M2M1

M1

M1

M1

M1

M1

M1

L2

L2

L1L1

L1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1

R1R1

R1

R1

R2

592

radni spoj

736

radni spoj

M2

640

osa

nad

pu

tnja

ka

M2M2M2

M2

M2

M2M2

M2

M2

M2M1

M1 M1M1

M1

M1 M1

M1

R1

R1

R1R1 R1

R1

L2

L2 L2

L2

R1

R1

R1

R1

R1

R1R1

R1 R1

L1

L1

L1

R2R2R2

R2

R2

R2

R2

L1


Oštećenost površine kolovoza


Podužna ravnost (IRI) i kolotrazi (cm)

međunarodni indeks ravnosti (IRI – International Roughness

Index) se izražava u m/km (ili in/milji), a predstavlja sumu

amplituda - ukupnih vertikalnih pomeranja vozila (u cm) po 1

km puta

reflektuje različite defekte koji dovode do razaranja puta, kao

što su udarne rupe i pukotine

ravnost utiče na troškove korisnika puteva kroz vreme

putovanja,, povećane troškove vozila, bezbednost...



Podužna ravnost (IRI) i kolotrazi (cm)



Kolotrazi



Karakterističan profil kolotraga usled nedovoljne zbijenosti



Video snimci vozila IMS opšti snimak i detaljan snimak kolovoza



Otpor trenju – hrapavost –tekstura površine



Merenja teksture

Makrotekstura

Mikrotekstura – hrapavost površine zrna Doc. dr Bojan Matić, dig 196


Defleksije

Merenje vertikalng ugiba ispod standardno opterećenog točka (osovina od 82

kN)



Deflektometri

Prikolica sa FWD Vozilo sa FWD Portabl



Granične vrednosti defleksija za određeni broj ponavljanja

opterećenja (AASHO i RTAC – Kanada)



Automatska akvizicija podataka o stanju puta pomoću specijalno

opremljenog vozila

