Основни типови оштећења · Метода aashto 1993 за...

Метода AASHTO 1993 за

димензионисање крутих

коловозних конструкција

30.11.2017.

КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ

шк. 2017/18 година

в.проф.др Горан Младеновић, дипл.инж. 1

в.проф.др Горан Младеновићв.проф.др Горан Младеновић

XI предавање

Димензионисање крутих


Метода AASHTO/1993 (SRPS U.C4.014)

KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ

шк. 2017/18 год.

в.проф.др Горан Младеновић

Круте коловозне конструкције

� Почетак примене: крај XIX

века у САД

� Прве методе за

димензионисање

(аналитичке):

� Westergaard 1926. год.

� Picket & Ray

� Метода AASHTO


Основни типови крутих коловоза

� Неармирани бетонски коловози са спојницама

� Армирани бетонски коловози са спојницама

� Континуално армирани бетонски коловози

� Преднапрегнути бетонски коловози

OTTAWA

Круг 1Круг 2

Круг 3 Круг 4Круг 5Круг 6

23

178

71

N


Основни типови оштећења� Попречне (термичке) пукотине

� Подужне пукотине

� Денивелација спојница (faulting)

� Љуспање

� D пукотине (“Durability”)


Димензионисање крутих коловозних

конструкција према SRPS U.C4.014

� Основни параметри:

� Пројектни период

� Ниво услуге (возна способност на крају пројектног периода)

� Саобраћајно оптерећење

� Носивост подлоге (ефективни модул реакције подлоге и

коефицијент дренирања)

� Модул еластичности и чврстоћа на затезање при савијању

бетонске плоче

� Преношење оптерећења преко спојница

� Ниво поузданости

� Утицај околине (бубрење тла и дејство мраза)


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

( )

( )( )

( )

0355.3

KE

796.14DJ

278.2DCf673.0logp32.022.4

54.2D

1032.41

G)54.2Dlog(35.7SZTlog

25.0c

75.0

75.0dZS

t

46.8

10t

oRU

−

−⋅

−⋅⋅⋅⋅⋅−+

+

+

⋅+

++⋅+=

Dpot




30.11.2017.





Основна једначина (наставак)

� ∆p – губитак употребљивости у току пројектног периода

� Po – почетни индекс употребљивости

� Pt – крајњи индекс употребљивости

� D – дебљина бетонске плоче (cm)

� fZS – чврстоћа на затезање при савијању бетонске плоче (MPa)

� Cd – коефицијент дренирања

� J – коефицијент преношења оптерећења

� EC – модул еластичности бетонске плоче (MPa)

� К – модул реакције подлоге (MN/m3)

5.15.4

pplog

5.15.4

plogG to

t−

−=

−

∆=


Пројектни период

� Временски период који се обухвата економском

анализом трошкова изградње и одржавања

коловозне конструкције (LCC – Life Cycle Cost)

� Период између две рехабилитације - мин. 5 год.

Разред пута Пројектни период (год)

Високо оптерећени ауто-

путеви (градски)30 – 50

Аутопутеви и путеви I

разреда20 - 50

Остали путеви 15 – 25

Путеви са застором од

невезаног агрегата10 - 20


Ниво услуге (Возна способност)

� PSI (p) – Present Serviceability Index

� SV – slope variance – промена нагиба

� C,P – површина захваћена пукотинама (> 1 mm,

m/1000 m2) и закрпама (m2/1000 m2)

� PSI = 0 – 5

( ) PC09.0SV1log78.141.5PSI +⋅−+⋅−=


Ниво услуге (Возна способност)

� Губитак употребљивости коловоза:

� Почетни индекс употребљивости:

� Флексибилне кк PSIo = 4.2

� Круте кк PSIo = 4.5

� Крајњи индекс употребљивости

� PSIt = 3.0, 2.5 или 2.0 зависно од ранга саобраћајнице и

нивоа саоб.оптерећења

� Крај животног века кк: PSIt = 1.5

to PSIPSIPSI −=∆


Саобраћајно оптерећење

� Еквивалентно саобраћајно оптерећење Tu – број

прелаза стандардних осовина од 80 kN у току

пројектног периода (периода између две рехаб.) на

пројектној саобраћајној траци

� Коефицијенти (фактори) еквиваленције зависе од:

� Крутости коловозне конструкције (D)

� Вредности за D = 15 - 35 cm

� Крајњег индекса употребљивости (PSIt)

� Табеле за PSIt = 2.0, 2.5 или 3.0

� Дати за једно, дво, и троосовинско оптерећење


Фактори еквиваленције

саобраћајног оптерећењаKoeficijenti ekvivalencije za jednoosovinsko opterećenje i pt = 2.0

Osovinsko

opterećenje

(kN)

D (cm)

15 17.5 20 22.5 25 27.5 30 32.5 35

30 0.017 0.017 0.016 0.016 0.016 0.016 0.016 0.016 0.016

35 0.033 0.031 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030 0.030

40 0.056 0.054 0.053 0.052 0.052 0.051 0.051 0.051 0.051

45 0.092 0.088 0.086 0.085 0.084 0.084 0.084 0.084 0.084

50 0.14 0.14 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13

55 0.21 0.21 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20

60 0.30 0.30 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29 0.29

65 0.42 0.42 0.41 0.41 0.40 0.40 0.40 0.40 0.40

70 0.57 0.57 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56 0.56

75 0.76 0.76 0.76 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

80 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

85 1.28 1.28 1.29 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30 1.30

90 1.63 1.63 1.65 1.66 1.66 1.67 1.67 1.67 1.67

95 2.05 2.04 2.07 2.09 2.11 2.11 2.12 2.12 2.12

100 2.55 2.54 2.57 2.61 2.64 2.65 2.65 2.66 2.66

105 3.14 3.11 3.16 3.22 3.26 3.28 3.29 3.30 3.30

110 3.84 3.79 3.85 3.93 3.99 4.02 4.04 4.05 4.05

115 4.66 4.58 4.64 4.75 4.84 4.89 4.91 4.93 4.94

120 5.61 5.49 5.55 5.70 5.82 5.89 5.93 5.95 5.96




30.11.2017.





Прорачун саобраћајног оптерећења

� Одредити из табела факторе еквиваленције (fei) за сва

индивидуална осовинска оптерећења

� Одредити факторе еквиваленције за сва возила (Fej)

која учествују у саобраћају

� Одредити дневно саобраћајно оптерећење множењем

дневног броја прелаза возила и фактора

еквиваленције возила:

j

l

1jejd nFT ⋅= ∑

=


Прорачун еквивалентног саобраћајног

оптерећења

� Укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у I

години експлатације

� Еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном

периоду (ПП) се добија на основу:

� Tg

� Просечне стопе раста саобраћаја “r” у ПП

dg T365T ⋅=




� Коефицијент раста саобраћаја у ПП:

� r – просечна годишња стопа раста саобраћаја (%)

� P – дужина пројектног периода (год)

( )∑=

−+=

+=

P

1i

PP

r

1r1

100

r1q




� Укупно саобраћајно оптерећење у ПП:

� Rs – фактор расподеле по смеровима, Rs = 0.3 – 0.7

� Rt – фактор расподеле по тракама

qTRRT gtSu ⋅⋅⋅=

Број трака у сваком правцу Коефицијент Rt

1 1.00

2 0.80 – 1.00

3 0.60 – 0.80

4 0.50 – 0.75


Модул реакције подлоге K

� Проистекао из Winkler-ове теорије о плочи на

еластичној подлози

� Основна претпоставка: сила реакције у било

којој тачки ослањања i је пропорционална

угибу у датој тачки di и не зависи од угиба у

осталим тачкама

� Коефицијент пропорционалности: Модул

реакције подлоге К (MPa/m или MN/m3)

i

di

Бетонска плоча


Модул реакције подлоге K

� Зависи од:

� Квалитета постељице (MR=Eo)

� Квалитета (Ее) и дебљине доње подлоге

� Могућег губитка носивости (LS) услед ерозије

материјала у доњој подлози

� Дубине до чврстог, недеформабилног слоја




30.11.2017.





Модул реакције подлоге K -Одређивање на основу модула постељице и

подлоге и дебљине подлоге

� Претпоставка: хомогена

постељица дебљине веће од

3 m

� Ако се бетонска плоча

полаже директно на

постељицу (d = 0):

477.0

MK R=


Модул реакције подлоге K – Корекција

за утицај недеформабилне подлоге

Модул реакције на постељици, K∞ (MN/m3)

Кориговани модул реакције постељицe, K1 (MN/m3)

Повратни модул тла у постељици, MR (MN/m2)

Растојање до чврсте подлоге, dk (m)


Модул реакције подлоге K –

Сезонски утицаји

� Ефективни модул реакције тла Кeff

� Сезонски утицаји (промена

влажности)

� Одређује се пондерисана вредност

на основу 12 или 24 сезонске

вредности, преко фактора

релативног оштећења Ur

� За сваку сезону се одреди Uri

� На основу просечне вредности Uri се

из истог израза одреди пондерисана

(пројектна) вредност модула

реакције подлоге Кeff

( ) eff

ri

r K2412

UU ⇒=

∑ Коригована вредност, K∞ (MN/m3)

Пројектована дебљина бетонске плоче, (cm)

Релативно

оштећење U

r

40

30

25

22.5

20

1517.5



Корекција Keff због губитка носивости LS

� Због ерозије

� Слегања постељице

и подлоге

коловозне

конструкције



Корекција Keff због губитка носивости LS

Тип материјала у подлози коловозне конструкције LS

Цементом стабилизован шљунак (E = 7000 - 14000 MPa) 0 ÷ 1

Цементом стабилизован локални материјал (E = 3500 - 7000 MPa) 0 ÷ 1

Битуменизирани шљунак или дробљени агрегат (E = 2500 - 7000 MPa) 0 ÷ 1

Битуменом стабилизован агрегат (E = 300 - 2100 MPa) 0 ÷ 1

Стабилизација кречом (E = 150 - 500 MPa) 0 ÷ 1

Цементом стабилизован локални материјал (E = 3500 - 7000 MPa) 1 ÷ 3

Невезани шљунак (E = 100 - 200 MPa) 1 ÷ 3

Ситнозрни природни материјал у постељици (E = 20 - 300 MPa) 2 ÷ 3


Модул еластичности бетона� Оквирне вредности: 20 – 40 GPa

� AASHTO:

fc – чврстоћа на притисак према ASTM C39 (MPa)

� PBAB 87 (YU): (GPa)

fbk – карактеристична чврстоћа бетона на притисак

(MPa) – марка бетона

ccf06,4733E ⋅=

3bkc 10f25.9E +⋅=

20

22

24

26

28

30

32

34

20 25 30 35 40

Модул

еластичности

Еc (

GP

a)

Марка бетона MB (MPa)




30.11.2017.





Чврстоћа бетона на затезање при

савијању

AASHTO (гредице оптерећене у трећинама распона, старост 28

дана)

fzs – чврстоћа на затезање при савијању (МPa)

fzc – чврстоћа на индиректно затезање (MPa)

PBAB 87 (YU):

fzm – средња вредност чврстоће на чисто затезање (MPa)

fbk – карактеристична чврстоћа бетона при притиску (МPa)

h – висина попречног пресека (m)

448.1f02.1f zczs +⋅=

3 2

bkzm f25.0f ⋅=

1h

4.06.0

f

f4

z

zs ≥

+=



савијању

UK Concrete Society Technical Report 34:

American Concrete Institute (ACI) 330R-08:- заобљени, природни агрегат

- дробљени агрегат

fzs – средња вредност чврстоће на затезање при савијању (MPa)

fbk – карактеристична чврстоћа бетона при притиску (МPa)

66.0bkzs f393.0f ⋅=

bkzs f7.0f ⋅=

bkzs f8.0f ⋅=



савијању

Саобраћајнооптерећење

MB –fbk

(MPa)1

Класе бетона C2

SRPS U.E3.020

UK Concrete

Society Technical

Report 34

ACI 330R-08

Природни агрегат

Дробљени агрегат

fzs (MPa) fzs (MPa) fzs (MPa) fzs (MPa)

Врло тешко 40 C35/45 5.0 4.5 4.4 5.1

Тешко 35 C30/37 4.5 4.1 4.1 4.7

Остало 30 C25/30 4.0 3.7 3.8 4.4

SRPS U.E3.020:1987 - Технички услови за израду цементнобетонског коловоза

Напомене:1коцка 20 cm, фрактил 10%2коцка 15 cm или цилиндар Ø15 cm, h=30 cm, фрактил 5%


Коефицијент преношења

оптерећења Ј

Ивична трака асфалтна бетонска

Услови преношења оптерећења (можданици)

да не да не

Тип коловоза

Неармирани и армирани са спојницама

3.23.8 -4.4

2.5 -3.1

3.6 -4.2

Континуално армирани

2.9 -3.2

-2.3 -2.9

-


Коефицијенти дренирања Cd

Квалитет

одводњавања

Проценат времена у току године када је коловозна конструкција

изложена нивоу влажности блиском засићењу

< 1 % 1 – 5 % 5 – 25 % > 25 %

Одличан 1.25 – 1.20 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10

Добар 1.20 – 1.15 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00

Средњи 1.15 – 1.10 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90

Слаб 1.10 – 1.00 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80

Врло слаб 1.00 – 0.90 0.90 – 0.80 0.80 – 0.70 0.70


Квалитет одводњавања

Квалитет одводњавањаВода се из слојева

коловоза уклања у року од:

Одличан 2 сата

Добар 1 дан

Задовољавајући 1 недеља

Лош 1 месец

Врло лош Вода се не дренира




30.11.2017.





Поузданост

� Поузданост R – вероватноћа да ће коловозна

конструкција на крају пројектног периода и при датим

условима имати индекс употребљивости већи или

једнак крајњем индексу употребљивости

� Улазни параметри за прорачун:

� Средње вредности:

� Саобраћајног оптерећења

� Носивости постељице и подлоге

� Коефицијената преношења оптерећења и дренирања

p

t(год)

pt

p0



� Фазна изградња: R = Rfn

Разред путаНиво поузданости (%)

Градски Ванградски

Аутопутеви 85 – 99.9 80 – 99.9

Путеви I разреда и градске

магистрале80 – 99 75 - 95

Путеви II, III и IV разреда 80 – 95 75 - 95

Локални путеви 50 – 80 50 - 80



� Фактор поузданости log FR = - ZR * So

� Стандардно одступање So -

могућа комбинована грешка

услед погрешног предвиђања

саобраћајног оптерећења и

понашања коловоза

� So = 0.30 – 0.40

R (%) ZR

99.9 -3.090

99 -2.327

95 -1.645

90 -1.282

80 -0.841

75 -0.674

70 -0.524

50 0


Дијаграм за димензионисање

(саобраћајно оптерећење) – I део


Дијаграм за димензионисање

(саобраћајно оптерећење) – II део


Анализа утицаја околине

� Додатни губитак

употребљивости услед:

� Дејства мраза

� Бубрења тла у постељици




30.11.2017.





II фаза димензионисања

� Одређивање димензија плоча

� Одређивање ширине отвора спојница

� Усвајање можданика

� За армиране прорачун попречне и подужне

арматуре


Димензије бетонских плоча� Пожељан однос дужине и ширине плоча:

� Максимална димензија < 25 x D

25.1B

L≤

Тип коловозне конструкције L (m)

Неармирана без можданика < 4.5 m

Неармирана са можданицима < 6.0 m

Армирана < 12.0 m


Спојнице

� Најосетљивији део крутих коловоза

� Врсте:

�Експанзионе

�Контракционе

�Витоперне

�Радне


Спојнице

� Експанзионе спојнице – да омогуће ширење плоче

услед пораста температуре у односу на ону при

извођењу

� попречне

� на споју са мостовима, пропустима и другим објектима

� Контракционе спојнице – да омогуће скупљање

бетонских плоча

� попречне

� подужне

� Витоперне спојнице

� Радне спојнице


Димензије плоча – распоред

спојница

B

B

B

B


Распоред спојница




30.11.2017.






Управно на ивицу

Централна спојница






Спојнице у бетонском коловозу� Спојнице се секу:

� 4 – 14 сати након уграђивања (по топлом времену)

� 12 – 20 сати након уграђивања (по хладном времену)


Ширина отвора експанзионих

спојница

� ∆L – ширина отвора експанзионе спојнице

� αT – коефицијент термичког ширења бетона,

� αT = 7*10-6 - 13*10-6 /oC

� ΔT – разлика температура (oC) - разлика између највише

средње месечне температуре и температуре уграђивања

� εS – дилатација скупљања бетона, εS = 0.5 ÷ 2.5 × 10-4

� L – дужина (ширина) плоче (m),

� C - фактор корекције у зависности од врсте подлоге, односно

трења између подлоге и плоче:

� C = 0.65 – стабилизована подлога

� C = 0.80 – невезана подлога

( )ST TLCL ε+∆⋅α⋅⋅=∆


Експанзиона спојница




30.11.2017.





Контракциона спојница

� Ширина отвора:

� 2.5-3 mm ако се не заптивају

� min. 6.5 – 10 mm ако се заптивају

� Дубина разреза: приближно 1/4 -1/3

дебљине бетонске плоче


Витоперна спојница


Димензије можданика

� AASHTO:

� Пречник можданика ~ 1/8 дебљине плоче

� Дужина: 450 mm

� Растојање: 300 mm

� ROAD NOTE 29:

Дебљина плоче

(mm)

Експанзионе спојнице Контракционе спојнице

Пречник(mm)

Дужина(mm)

Пречник(mm)

Дужина(mm)

150 - 180* 20 550 12 400

190 - 230 25 650 20 500

> 240 32 750 25 600


Можданици

� Portland Cement Association (PCA) 1975:

� Растојање можданика: 300 mm

Дебљина плоче

(mm)

Пречникможданика

(mm)

Дужина можданика

(mm)

125 16 300

150 19 350

175 22 350

200 25 350

225 28 400

250 32 450

275 35 450

300 38 500


Прорачун попречне и подужне

арматуре

� Циљеви примене арматуре:

� смањити вероватноћу појаве попречних и подужних

пукотина

� контролисати ширину отвора насталих пукотина тако

што се контролише растојање између пукотина

� Арматура се поставља изнад неутралне осе,

приближно до 1/3 висине од површине бетонске

плоче

� Нема утицаја на отпорни моменат плоче на

савијање


Прорачун попречне и подужне

арматуре� Опште напомене:

� Положај арматуре на 1/2 - 2/3 дебљине бетонске

плоче

� Минимални проценат армирања: 0.1 %

� Проценат армирања 0.10 – 0.25 %

� Већи проценат подужне арматуре

� Профили: Φ 10 – Φ 20

� Најмања величина профила из услова корозије

� Највећа величина профила из услова растојања

(ширине отвора) пукотина

� Растојање профила:

� У подужном правцу – до 15 cm

� У попречном правцу – до 30 cm




30.11.2017.





Техничка регулатива за бетонске

коловозе у Србији� SRPS EN 13877-1:2014 – Бетонски коловози – Део 1: Материјали

� Захтеви за компоненталне материјале (цемент, агрегат, вода, челик)

� Позива се на стандард SRPS EN 206-1:2011 - Бетон — Део 1: Спецификације,

перформансе, производња и усаглашеност

� Методе за испитивање свежег бетона SRPS EN 12350 1/6

� Методе за испитивање очврслог бетона SRPS EN 12390 1,2,7

� SRPS EN 13877-2:2014 – Бетонски коловози – Део 2: Функционални

захтеви за бетонске коловозе

� Класе чврстоће бетона

� На притисак

� На индиректно затезање

� Дебљина бетонског коловоза

� Запреминска маса

� Отпорност на дејство мраза (циклуси мржњења/отапања)

� Отпорност на хабање под пнеуматицима са клиновима

� Веза између два бетонска слоја

� Можданици и котве (min. B250 или B500 (котве), min. L=800 mm, B500 арматура)

� Отпорност на дејство горива и пенетрацију уљав.проф.др Горан Младеновић

Техничка регулатива за бетонске

коловозе у Србији� SRPS EN 13877-3:2011 – Бетонски коловози – Део 3: Спецификације за

можданике у бетонским коловозима

� Контрола квалитета челика за можданике

� Можданици: SRPS EN 10060:2008 - Топловаљане челичне шипке кружног

попречног пресека за општу намену – Мере и толеранције облика и мера

� Арматура и котве: SRPS EN 10080:2008 – Бетонски челик – Завариви

бетонски челик – Општи део

� Масе за заливање спојница:

� SRPS EN 14188-1:2011 – Испуне спојница и заптивачи – Део 1: Спецификације

за топло заптивање

� SRPS EN 14188-2:2011 – Испуне спојница и заптивачи – Део 2: Спецификације

за хладно заптивање

� SRPS EN 14188-3:2011– Испуне спојница и заптивачи – Део 3: Спецификације

за префабриковане испуне спојнице

� SRPS EN 14188-4:2011– Испуне спојница и заптивачи – Део 4: Спецификације

за основне премазе префабрикованих испуна спојница


Финишер за уграђивање бетона


в.проф.др Горан Младеновић в.проф.др Горан Младеновић




30.11.2017.





Основни типови оштећења · Метода aashto 1993 за...

Documents