METODE ZA PROJEKTIRANJE METODE ZA PROJEKTIRANJE KOLNIČKIH KONSTRUKCIJAKOLNIČKIH KONSTRUKCIJA

ASFALTNE KOLNIČKE KONSTRUKCIJEASFALTNE KOLNIČKE KONSTRUKCIJE

PRIKAZ KOLNIČKE KONSTRUKCIJE S ASFALTNIM ZASTOROMPRIKAZ KOLNIČKE KONSTRUKCIJE S ASFALTNIM ZASTOROM

- habajući sloj od asfaltbetona (HS-- habajući sloj od asfaltbetona (HS-AB)AB)- vezni sloj (VS) - vezni sloj (VS)

- gornji bitumenizirani nosivi sloj - gornji bitumenizirani nosivi sloj (BNS) (BNS) - donji bitumenizirani nosivi sloj - donji bitumenizirani nosivi sloj (DBNS)(DBNS) ili cementom stabilizirani nosivi sloj ili cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS) (CNS)- mehanički stabilizirani nosivi sloj - mehanički stabilizirani nosivi sloj (MNS)(MNS) - posteljica (P)- posteljica (P)IZVOR: OTU, IGH, Zagreb 2001.

NOSIVI SLOJEVI NOSIVI SLOJEVI [[55]] : :

-- Nosivi sloj od zrnatog kamenog materijala bez vezivaNosivi sloj od zrnatog kamenog materijala bez veziva kao dio kolničke kao dio kolničke konstrukcije ugrađuje se, u pravilu, između posteljice i vezanog nosivog konstrukcije ugrađuje se, u pravilu, između posteljice i vezanog nosivog sloja (cementna stabilizacija, BNS). Takav se sloj ugrađuje u kolničku sloja (cementna stabilizacija, BNS). Takav se sloj ugrađuje u kolničku konstrukciju cesta svih skupina prometnih opterećenja. Izrađuje se od konstrukciju cesta svih skupina prometnih opterećenja. Izrađuje se od nevezanih zrnatih kamenih materijala koji se stabiliziraju mehaničkim nevezanih zrnatih kamenih materijala koji se stabiliziraju mehaničkim zbijanjem. zbijanjem.

-- Nosivi sloj od zrnatog kamenog materijala stabiliziranog (vezanog) Nosivi sloj od zrnatog kamenog materijala stabiliziranog (vezanog) hidrauličnim vezivom hidrauličnim vezivom kao dio kolničke konstrukcije ugrađuje se, u kao dio kolničke konstrukcije ugrađuje se, u pravilu, između nosivog sloja od zrnatog kamenog materijala bez veziva i pravilu, između nosivog sloja od zrnatog kamenog materijala bez veziva i bitumeniziranog nosivog sloja autocesta i cesta s vrlo teškim i teškim bitumeniziranog nosivog sloja autocesta i cesta s vrlo teškim i teškim prometnim opterećenjem.prometnim opterećenjem.

-- BNSBNS je bitumenizirani nosivi sloj izveden od asfaltne mješavine najveće je bitumenizirani nosivi sloj izveden od asfaltne mješavine najveće nazivne veličine zrna 16, 22 ili 32 mm, sastavljene prema načelu nazivne veličine zrna 16, 22 ili 32 mm, sastavljene prema načelu najgušćega pakiranja zrna, a upotrebljava se za izvedbu nosivih asfaltnih najgušćega pakiranja zrna, a upotrebljava se za izvedbu nosivih asfaltnih slojeva kolničke konstrukcije.slojeva kolničke konstrukcije.

-- BNHSBNHS je bitumenizirani nosivo-habajući sloj izveden od asfaltne mješavine je bitumenizirani nosivo-habajući sloj izveden od asfaltne mješavine najveće nazivne veličine zrna 16 ili 22 mm, sastavljene prema načelu najveće nazivne veličine zrna 16 ili 22 mm, sastavljene prema načelu najgušćeg pakiranja zrna, a upotrebljava se za izvedbu jednoslojnih najgušćeg pakiranja zrna, a upotrebljava se za izvedbu jednoslojnih asfaltnih konstrukcija.asfaltnih konstrukcija.

ASFALTNI KOLNIČKI ZASTOR ASFALTNI KOLNIČKI ZASTOR [[55]] : :Asfaltni kolnički zastor je završni dio kolničke konstrukcije, a sastoji se Asfaltni kolnički zastor je završni dio kolničke konstrukcije, a sastoji se od veznog i habajućeg, odnosno samo habajućeg asfaltnog sloja.od veznog i habajućeg, odnosno samo habajućeg asfaltnog sloja.

-- Vezni sloj (VS)Vezni sloj (VS) je sloj koji se ugrađuje između nosivog i habajućeg je sloj koji se ugrađuje između nosivog i habajućeg asfaltnog sloja.asfaltnog sloja.

-- Habajući slojHabajući sloj je završni sloj asfaltnog zastora kolničke konstrukcije. je završni sloj asfaltnog zastora kolničke konstrukcije.-- HS-ABHS-AB je habajući sloj izveden od asfaltbetonske mješavine, koja je je habajući sloj izveden od asfaltbetonske mješavine, koja je

sastavljena po sastavljena po načelu najgušćeg pakiranja zrna.načelu najgušćeg pakiranja zrna.-- HS-SMAHS-SMA je habajući sloj izveden od “splitmastiksasfalta”, asfaltne je habajući sloj izveden od “splitmastiksasfalta”, asfaltne

mješavine mješavine diskontinuiranog diskontinuiranog granulometrijskog sastava kamene granulometrijskog sastava kamene smjese namijenjena za smjese namijenjena za izvedbu habajućih slojeva asfaltnog izvedbu habajućih slojeva asfaltnog zastora na zastora na autocestama i cestama iz autocestama i cestama iz grupe vrlo teškog i teškog prometnog grupe vrlo teškog i teškog prometnog opterećenja.opterećenja.

Ostali zastori:Ostali zastori:

-- Lijevani asfaltLijevani asfalt (LA)(LA) je asfalt po vrućem postupku ugrađen lijevanjem. je asfalt po vrućem postupku ugrađen lijevanjem.-- MikroasfaltMikroasfalt (MA)(MA) je vrsta tankoslojne asfaltne presvlake, izvedene od je vrsta tankoslojne asfaltne presvlake, izvedene od asfalta po hladnom asfalta po hladnom postupku umješavanjem bitumenske emulzije u postupku umješavanjem bitumenske emulzije u kameni materijal.kameni materijal.-- Površinska obradaPovršinska obrada (PO)(PO) je vrsta tankoslojne asfaltne presvlake, je vrsta tankoslojne asfaltne presvlake, izvedene izvedene prethodnim prskanjem bitumenskog veziva i posipavanjem prethodnim prskanjem bitumenskog veziva i posipavanjem frakcije kamene sitneži.frakcije kamene sitneži.

PRIKAZ PODJELE POSTUPKA PRIPRAVE I UGRADNJE ASFALTNE

MJEŠAVINE

IZVOR: OTU, HUC, Zagreb 1989.

ASFALTNE ASFALTNE KOLNIČKE KOLNIČKE KONSTRUKCIJEKONSTRUKCIJE

Postupak pripravePostupak pripraveasfaltne mješavineasfaltne mješavine

Postupak ugradnjePostupak ugradnjeasfaltne mješavineasfaltne mješavine

VezivoVezivo

vrućivrući

valjanjevaljanje

bitumen za kolnikebitumen za kolnike

toplitopli razrijeđeni bitumenrazrijeđeni bitumen

hladnihladni bitumenske emulzijebitumenske emulzije

vrućivrući lijevanjelijevanje bitumen za kolnikebitumen za kolnike

vrućivrući

pprskanjrskanjee

bitumen za kolnikebitumen za kolnike

toplitopli razrijeđeni bitumenrazrijeđeni bitumen

hladnihladni bitumenske emulzijebitumenske emulzije

ORIJENTACIJSKE DEBLJINE SLOJEVAASFALTNE KOLNIČKE KONSTRUKCIJE

Sloj u kolničkoj konstrukcijiSloj u kolničkoj konstrukciji Debljina sloja (mm)Debljina sloja (mm)Habajući sloj (HS)Habajući sloj (HS) 20 do 6020 do 60Vezni sloj (VS)Vezni sloj (VS) 550 do 80 do 800Bitumenizirani nosivi sloj Bitumenizirani nosivi sloj (BNS)(BNS)

4545 do 1 do 12200

Donji bitumenizirani nosivi Donji bitumenizirani nosivi sloj (DBNS)sloj (DBNS)

4545 do 1 do 12200

Cementom stabilizirani nosivi Cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS)sloj (CNS)

150 do 300150 do 300

Mehanički stabilizirani nosivi Mehanički stabilizirani nosivi sloj (MNS)sloj (MNS)

200200 do 4 do 40000IZVOR: OTU, IGH, Zagreb 2001.

TEHNIČKO ZAKONODAVSTVO RH:TEHNIČKO ZAKONODAVSTVO RH:

-- Tehnički uvjeti za projektiranje asfaltnih kolničkih konstrukcija:Tehnički uvjeti za projektiranje asfaltnih kolničkih konstrukcija:-- HRN U.C4.010/1981: Projektiranje i građenje cesta. Određivanje HRN U.C4.010/1981: Projektiranje i građenje cesta. Određivanje ukupnog ekvivalentnog ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja za dimenzioniranje prometnog opterećenja za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija,asfaltnih kolničkih konstrukcija,-- HRN U.C4.012/1981: Projektiranje i građenje cesta. Dimenzioniranje HRN U.C4.012/1981: Projektiranje i građenje cesta. Dimenzioniranje novih asfaltnih novih asfaltnih kolničkih konstrukcija, kolničkih konstrukcija, -- HRN U.C4.010/1981: Projektiranje i građenje cesta. Tehnička HRN U.C4.010/1981: Projektiranje i građenje cesta. Tehnička dokumentacija. Projekt dokumentacija. Projekt kolničke konstrukcije; kolničke konstrukcije;

-- Tehnički uvjeti za izvedbu asfaltnih kolničkih konstrukcija:Tehnički uvjeti za izvedbu asfaltnih kolničkih konstrukcija:-- Opći tehnički uvjeti za radove na cestama, HC, Zagreb 2001;Opći tehnički uvjeti za radove na cestama, HC, Zagreb 2001;

-- Pravilnik o kontroli projekata (NN 52/99 i 75/99).Pravilnik o kontroli projekata (NN 52/99 i 75/99).

Postoje dvije grupe metoda:Postoje dvije grupe metoda:

1.1. Empirijske Empirijske 2.2. TeoretskeTeoretske

Ad 1) Empirijske metode temelje se na eksperimentima. Rezultati Ad 1) Empirijske metode temelje se na eksperimentima. Rezultati ovih metoda su debljine pojedinih slojeva kolničke konstrukcije ovih metoda su debljine pojedinih slojeva kolničke konstrukcije od materijala određene vrste i svojstava. Nedostatak je da se od materijala određene vrste i svojstava. Nedostatak je da se ne zna ništa o stanju naprezanja i deformacija u kolničkoj ne zna ništa o stanju naprezanja i deformacija u kolničkoj konstrukciji.konstrukciji.

Ad 2) Teoretske metode se zasnivaju na proračunu naprezanja i Ad 2) Teoretske metode se zasnivaju na proračunu naprezanja i deformacija u pojedinim dijelovima kolničke konstrukcije i deformacija u pojedinim dijelovima kolničke konstrukcije i njihovom usporedbom s dopuštenim vrijednostima naprezanja i njihovom usporedbom s dopuštenim vrijednostima naprezanja i deformacija. deformacija.

EMPIRIJSKE METODEEMPIRIJSKE METODE

Počeci izvedbe kolničkih konstrukcija: Počeci izvedbe kolničkih konstrukcija: tipska tipska rješenjarješenja (kamena podloga i sloj tucanika – (kamena podloga i sloj tucanika – makadam)makadam)

Razvojem prometa ove kolničke konstrukcije Razvojem prometa ove kolničke konstrukcije počele su propadati – potreba za pravilnim počele su propadati – potreba za pravilnim dimenzioniranjem kolnikadimenzioniranjem kolnika

Iz opažanja uočeno je da pored intenziteta Iz opažanja uočeno je da pored intenziteta prometa na vijek trajanja kolničke konstrukcije prometa na vijek trajanja kolničke konstrukcije značajan utjecaj ima i vrsta tlaznačajan utjecaj ima i vrsta tla

Prva razvijena metoda je tzv. CBR metodaPrva razvijena metoda je tzv. CBR metoda

CBR metodaCBR metoda Za određeni CBR posteljice i određeno Za određeni CBR posteljice i određeno

opterećenje kotača iz dijagrama se očita debljina opterećenje kotača iz dijagrama se očita debljina kolničke konstrukcije. Ova metoda ne uzima u kolničke konstrukcije. Ova metoda ne uzima u obzir utjecaj intenziteta prometa i vrstu obzir utjecaj intenziteta prometa i vrstu materijala kolničke konstrukcije.materijala kolničke konstrukcije.

Sve ove rane metode nastale su na temelju Sve ove rane metode nastale su na temelju opažanja na postojećim cestama – neprimjereno opažanja na postojećim cestama – neprimjereno za kolničke konstrukcije od drugačijih i novih za kolničke konstrukcije od drugačijih i novih materijala i tehnologije izgradnje - Izgradnja materijala i tehnologije izgradnje - Izgradnja pokusnih dionica koje su opterećivane pokusnih dionica koje su opterećivane intenzivnim prometom i obavljana opažanja.intenzivnim prometom i obavljana opažanja.

Najpoznatiji je AASHO road test ( SAD 1957. – Najpoznatiji je AASHO road test ( SAD 1957. – 1961.);1961.);

AASHO road test ( SAD 1957. – 1961.);AASHO road test ( SAD 1957. – 1961.);•Četiri velika i dva mala prstena•Nekoliko stotina savitljivih i krutih kolničkih konstrukcija •Sjeverne strane – savitljive; južne – krute konstrukcije•Prsten 1 bez prometa•Prsten 2 samo osobna vozila•Prsteni 3 do 6 duljine oko 2.5 km – kamioni; po vanjskim trakovima s jednostrukim, a unutarnjim dvostrukim osovinama•Tlo ujednačeno - CBR 3%

Sastav kolničkih konstrukcijaSastav kolničkih konstrukcija

Asfaltne: Asfaltne: 1. asfaltni zastor (2.5 do 15 cm)1. asfaltni zastor (2.5 do 15 cm)2. nosivi sloj od drobljenog 2. nosivi sloj od drobljenog kamenog materijala (0 do 23 kamenog materijala (0 do 23 cm)cm)3. nosivi sloj od šljunka (0 do 40cm)3. nosivi sloj od šljunka (0 do 40cm)

Krute:Krute: 1. betonska ploča (6 do 32 cm - armir. i nearmirane)1. betonska ploča (6 do 32 cm - armir. i nearmirane)2. šljunčana podloga (0 do 23cm)2. šljunčana podloga (0 do 23cm)

Od 1958. do 1950 promet se odvijao po 18 sati dnevno;Od 1958. do 1950 promet se odvijao po 18 sati dnevno; ukupno 1.114.000 prijelaza osovina po prstenu, v=56km/hukupno 1.114.000 prijelaza osovina po prstenu, v=56km/h

Svakodnevno su mjereni slijedeći parametriSvakodnevno su mjereni slijedeći parametri1.1. PukotinePukotine2.2. UlegnućaUlegnuća3.3. KolotraziKolotrazi4.4. Pojave pumpanjaPojave pumpanja5.5. Ravnost poprečnih profilaRavnost poprečnih profila6.6. Promjene debljina slojevaPromjene debljina slojeva7.7. TemperaturaTemperatura8.8. VlagaVlaga9.9. Naprezanja u konstrukcijiNaprezanja u konstrukcijiRegistrirano je početno stanje te su kasnije rađene Registrirano je početno stanje te su kasnije rađene

usporedbe s početnim stanjem za različite usporedbe s početnim stanjem za različite konstrukcije i vrste vozila.konstrukcije i vrste vozila.

Prvenstveni zadatak AASHO pokusa je uspostavljanje empirijskih Prvenstveni zadatak AASHO pokusa je uspostavljanje empirijskih odnosa između ponašanja kolničke konstrukcije (indeks vozne odnosa između ponašanja kolničke konstrukcije (indeks vozne sposobnostisposobnosti p p) te opterećenja osovina (L) intenziteta prometa (W), ) te opterećenja osovina (L) intenziteta prometa (W), vrste opterećenja (A -jednostruke ili dvostruke osovine) i debljine vrste opterećenja (A -jednostruke ili dvostruke osovine) i debljine slojeva Di.slojeva Di.

),,,( iDWALfp

)(00 Wpppp t

p0 - početni indeks vozne sposobnosti 4,2 (idealno 5)

pt - konačni indeks vozne sposobnosti 1,5 (potpuno uništena konstrukcija 0)

= f(L, A, Di)

Indeks debljine – Strukturni brojIndeks debljine – Strukturni broj D D

D=aD=a11*D*D11+a+a22*D*D22+a+a33*D*D33

aaii su koeficijenti zamjene materijalasu koeficijenti zamjene materijala

DDi i su debljine pojedinih slojeva (zastor, gornjih su debljine pojedinih slojeva (zastor, gornjih nosivih slojeva i donjih nosivih slojeva)nosivih slojeva i donjih nosivih slojeva)

Koeficijenti zamjene Koeficijenti zamjene 1.1. Asfalt Asfalt aa11=0.44=0.44

2.2. Nosivi sloj od drobljenca Nosivi sloj od drobljenca aa22=0.14=0.14

3.3. Nosivi sloj od šljunkaNosivi sloj od šljunka a a33=0.11 =0.11

),,,( pWALfD

Iz dijagrama se vidi ovisnost kolničke Iz dijagrama se vidi ovisnost kolničke konstrukcije o osovinskom opterećenju, konstrukcije o osovinskom opterećenju, intenzitetu prometa…, nedostatak je samo 1 intenzitetu prometa…, nedostatak je samo 1 nosivost posteljice od 3% te testiranje drugih nosivost posteljice od 3% te testiranje drugih materijala od onih ispitivanih U AASHO pokusu.materijala od onih ispitivanih U AASHO pokusu.

Iz ovog pokusa su razvijene brojne metode u Iz ovog pokusa su razvijene brojne metode u kojima je u obzir uzeta razna nosivost posteljice, kojima je u obzir uzeta razna nosivost posteljice, razni materijali kolničke konstrukcije i razne razni materijali kolničke konstrukcije i razne hidrološke okolnosti.hidrološke okolnosti.

AASHO metoda za projektiranje savitljivih kolnikaAASHO metoda za projektiranje savitljivih kolnika•Prometno opterećenje - ekvivalentne 80kN osovine – faktori ekvivalencije

•Konačni indeks vozne sposobnosti pt= 2 i pt=2.5

•Razdoblje dimenzioniranja - broj godina nakon kojega je potrebno presvući kolnik pri pt=2.5 – 20 godina (Trajnost je kada je pt=0)

•Regionalni faktor – utjecaju klime i vode 0.5 do 5 (kod nas 2) – veće vrijednosti nepovoljnije

•Nosivost tla – CBR

•Strukturni broj (debljina ovisi o kvaliteti sloja)

Dimenzioniranje se provodi na temelju nomograma

Postupak dimenzioniranjaPostupak dimenzioniranja

Postupak: Pretpostavi se konstrukcija, izračuna strukturni broj i usporedi s Postupak: Pretpostavi se konstrukcija, izračuna strukturni broj i usporedi s vrijednostima iz nomogramavrijednostima iz nomograma

Sn=a1*D1+a2*D2+a3*D3Sn=a1*D1+a2*D2+a3*D3

ai ai su koeficijenti zamjene materijalasu koeficijenti zamjene materijalaDi Di su debljine pojedinih slojeva (zastor, gornji nosivi slojevi i donji su debljine pojedinih slojeva (zastor, gornji nosivi slojevi i donji nosivi slojevi)nosivi slojevi)

Sn konstrukcije>Sn potrebno (iz nomograma)Sn konstrukcije>Sn potrebno (iz nomograma)-mora se pretpostaviti debljina pojedinih slojeva-mora se pretpostaviti debljina pojedinih slojeva

Metoda za projektiranje savitljivih kolničkih konstrukcija po Metoda za projektiranje savitljivih kolničkih konstrukcija po HRN. U.C4.012HRN. U.C4.012

Parametri za dimenzioniranjeParametri za dimenzioniranje1.1. Projektno razdoblje - 20 godinaProjektno razdoblje - 20 godina

2.2. Prometno opterećenje - ekvivalentno 80kNPrometno opterećenje - ekvivalentno 80kN

3.3. Klimatsko-hidrološki faktori R=2Klimatsko-hidrološki faktori R=2

4.4. Nosivost posteljice –CBRNosivost posteljice –CBR

5.5. Kvaliteta materijala u konstrukciji (Asfalt – Stabilnost po Marshallu; Kvaliteta materijala u konstrukciji (Asfalt – Stabilnost po Marshallu; cementom stabilizirani slojevi – tlačna čvrstoća, nevezani materijali CBR)cementom stabilizirani slojevi – tlačna čvrstoća, nevezani materijali CBR)

PRORAČUN DEBLJINA IZ PRORAČUN DEBLJINA IZ DIJAGRAMA:DIJAGRAMA:

1. Na apscisi optrećenja odredi se 1. Na apscisi optrećenja odredi se ukupno ekvivalentno opterećenje;ukupno ekvivalentno opterećenje;

2. 2. Po ordinati gornjeg dijagrama Po ordinati gornjeg dijagrama odredi se presjecište s krivuljom i odredi se presjecište s krivuljom i očita debljina asfaltnog zastora;očita debljina asfaltnog zastora;

3.3. Debljine asfaltnih slojeva određuju Debljine asfaltnih slojeva određuju se prema karakteristikama se prema karakteristikama materijala i tehnološkim materijala i tehnološkim ograničenjima;ograničenjima;

4. 4. Po ordinati donjeg dijagrama Po ordinati donjeg dijagrama odredi se presjecište s krivuljom i odredi se presjecište s krivuljom i očita debljina nosivog sloja od očita debljina nosivog sloja od nevezanog kamenog materijala;nevezanog kamenog materijala;

5.5. Debljina nosivog sloja određuju se Debljina nosivog sloja određuju se prema karakteristikama materijala prema karakteristikama materijala i tehnološkim ograničenjima.i tehnološkim ograničenjima.

SnSnpotpot=a1*D1+a2*D2>a=a1*D1+a2*D2>arr*d*dapotapot

ai ai koeficijenti zamjene materijalakoeficijenti zamjene materijalaDi Di su debljine pojedinih slojeva su debljine pojedinih slojeva

Sn konstrukcije>Sn potrebno Sn konstrukcije>Sn potrebno

mora se pretpostaviti debljina pojedinih mora se pretpostaviti debljina pojedinih slojeva npr. a1slojeva npr. a1