Obciążenia nawierzchni Leszek Rafalski Instytut Badawczy Dróg i Mostów

Największy wpływ na naprężenia i odkształcenia powstające w konstrukcjach nawierzchni drogowych mają pojazdy ciężkie. W Polsce - pojazdy o ciężarze nie mniejszym niż 35 kN.

Średni dobowy ruch. Kategorie ruchu. KR1, KR2, KR3, KR4, KR5 lub KR6.

Klasyfikacja dróg według kategorii ruchu dla osi obliczeniowej 115 kN Kategoria ruchu Liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy L KR1 nie więcej niż 7 KR2 8 – 40 KR3 41 – 192 KR4 193 – 572 KR5 573 – 1144 KR6 1145 i więcej

Konstrukcje nawierzchni drogowych.

Przykład konstrukcji nawierzchni podatnej drogi o kategorii ruchu KR6

Przykład konstrukcji nawierzchni półsztywnej drogi dla ruchu KR6

Przykład konstrukcji nawierzchni betonowej drogi o kategorii ruchu KR6 (grubość warstwy mrozoochronnej zależy od głębokości przemarzania)

Badania we Francji w latach 1990 ÷ 1994 Obciążenie pojazdami ciężkimi. Tory doświadczalne. Samochód osobowy. Samochody ciężarowe.

Badacze francuscy porównywali wpływ różnego obciążenia na nawierzchnie drogowe. Przyjmowali typowe obciążenie na oś w samochodzie osobowym 5 kN/oś. Porównali wpływ liczby przejazdów samochodu osobowego i samochodów ciężarowych. Samochód ciężarowy np. 100 kN/oś.

Ni, Nj – liczba obciążeń osi potrzebnych do zniszczenia materiału Ni, Nj – liczba obciążeń osi potrzebnych do zniszczenia materiału nawierzchni, Pi, Pj – obciążenie osi (kN), γ – współczynnik (wykładnik potęgi) określający równoważność obciążenia osi.

Na podstawie badań ustalili, że wartość γ = 4. Oznaczało to, że przejazd 1 samochodu ciężarowego o obciążeniu 100 kN/oś odpowiadał:

Program DIVINE – 1993 ÷ 1997 r. Zbadanie dynamicznych oddziaływań pojazdów na nawierzchnie. W konstrukcjach pojazdów stosowane są zawieszenia sprężyste (mechaniczne) i pneumatyczne. Ich zadaniem jest zredukowanie wpływu nierówności drogi na drgania pojazdu. Różnice wynikające z zawieszeń.

Dynamiczne oddziaływanie zawieszeń pneumatycznych (a) i sprężystych (b) na nawierzchnię

Rozwój nierówności nawierzchni pod wpływem pojazdów z zawieszeniem sprężystym (a) i pneumatycznym (b)

Raporty OECD i FEHRL – 2009 r. 2 raporty opracowane w 2009 roku: - OECD/ECMT – JTRC Truck Report, - European Long-Life Pavement Group – ELLPAG. Weryfikacja oddziaływania ciężkich pojazdów na nawierzchnie.

γ – zależy od rodzaju nawierzchni. Jeśli nawierzchnia bardziej sztywna - tym γ większe.

Dotychczas: prawo 4 potęgi, czyli γ = 4. Oznaczało, że przejazd 1 samochodu ciężarowego o obciążeniu 100 kN/oś odpowiadał przejazdowi 160 000 samochodów osobowych.

Po nowych badaniach: - nawierzchnie asfaltowe γ = 5, - nawierzchnie betonowe γ =12.

Nawierzchnie asfaltowe: Nawierzchnie betonowe: 21

Analiza widma obciążeń Obecny sposób projektowania konstrukcji nawierzchni w uproszczony sposób uwzględnia oddziaływanie dynamiczne od ruchu pojazdów. Wiarygodnym sposobem oceny tych oddziaływań jest badanie tzw. widma obciążeń, czyli pomiaru rzeczywistych sił działających na nawierzchnię.

Analiza widma obciążeń pozwala na dokładniejsze uwzględnienie oddziaływań poszczególnych grup pojazdów na nawierzchnię drogową.

Przykład widma obciążeń

Podsumowanie Oddziaływanie dynamiczne ciężkich pojazdów jest większe niż wynikało z wcześniejszych badań.

Konieczna jest weryfikacja dotychczasowych zasad projektowania nawierzchni drogowych. Należy uwzględnić nowe raporty dotyczące oddziaływania ciężkich pojazdów na nawierzchnie.