PRACA DYPLOMOWA Pt. WZMOCNIENIE ODCINKA DROGI WOJEWÓDZKIEJ NR 794, DLA KATEGORII RUCHU KR-2 Promotor: Mgr inż. Zofia Schumacher Wykonał: Tomasz Garbarz

Cel pracy: Celem pracy jest dokonanie wzmocnienia drogi wojewódzkiej nr 794 Koniecpol – Skała – Kraków na odcinku o długości 5,5 km.

Zakres pracy obejmuje: Charakterystykę uszkodzeń nawierzchni i sposoby jej naprawy Model prognozy ruchu drogowego Przykład projektowy dla odcinka drogi wojewódzkiej nr 794 Specyfikację Techniczną dla warstwy SMA Wnioski końcowe

Przykład projektowy wzmocnienia odcinka: Obliczenia wzmocnienia dotyczą odcinka drogi Nr 794 od punktu 6+725km do 12 +225km wg kilometrażu standardowego, poruszając się od miasta Koniecpol w stronę Krakowa.

Lokalizacja odcinka Wzmacniany odcinek znajduje się na terenie gminy Trzyciąż. Teren, w którym przebiega droga jest pagórkowaty:

Opis uszkodzeń na analizowanym odcinku Zaobserwowano: - znaczną ilość spękań (siatkowych, poprzecznych, podłużnych w koleinie prawego koła i na styku warstw:

deformacje trwałe tj. koleiny, oraz ślady ich wcześniejszego remontu

uszkodzenia powierzchniowe tj uszkodzenia powierzchniowe tj. ubytki ziaren kruszywa, lepiszcza, wypływy lepiszcza itp.:

uszkodzenia poboczy, systemu odwadniającego oraz obłamania krawędzi

Poprzednia przebudowa: Podczas poprzedniej przebudowy (2002 rok) w niestaranny sposób rozłożono geowłókninę pod układane nowe warstwy oraz nieodpowiednio zabezpieczono ją przed wilgocią, spowodowało to: szybkie zawilgocenie materiału jego pęcznienie w warunkach zimowych znaczne zwiększanie objętości Doprowadziło to do degradacji nawierzchni, zwłaszcza w jej nowoprzebudowanych warstwach

Warunki wodne droga prowadzona jest w nasypie większym niż 1m droga przebiega w terenie o średnim spadku 2-4% zwierciadło wody gruntowej znajduje się poniżej 2m Na podstawie tych informacji przyjmujemy warunki wodne Jako: DOBRE

Warunki gruntowe Z dokumentacji geotechnicznej wynika, że na analizowanym odcinku występują grunty bardzo wysadzinowe i wysadzinowe: glina pylasta (11 otworów) ił pylasty (1 otwór) glina piaszczysta (1 otwór) Grunty te występują w stanie twardoplastycznym. Na podstawie tych informacji przyjmujemy kategorie gruntu: G3

Wyznaczenie kategorii ruchu Kategorię ruchu oblicza się w oparciu o prognozowany ruch, ze wzoru: L = (N1*r1 + N2*r2 + N3*r3)*f1 gdzie: L – liczba osi obliczeniowych na dobę na pas N1 –SDR sam. cięż. bez przyczep w przekroju drogi N2 – tj. wyżej ale dla sam. cięż. z przyczepami N3 – tj. wyżej ale dla autobusów r1, r2, r3 – współczynniki przeliczeniowe na osie obliczeniowe f1 – współczynnik obliczeniowego pasa ruchu

Dane otrzymane z WZD w Krakowie Prognozowane obciążenie dla roku 2020, na analizowanym odcinku: sam. cięż. bez przyczep (N1) – 46 poj./dobę/przekrój drogi sam. cięż. z przyczepami(N2) -22 poj./dobę/przekrój drogi autobusy (N3) - 22poj./dobę/przekrój drogi

Dane wyznaczone z KWRNPP: r2 = 1,950 (ponieważ udział poj. o obciążeniu 115kN w grupie poj. ciężkich wynosi ponad 8%) r3 = 0,594 f1 = 0,5

Wyznaczenie kategorii i ruchu całkowitego Podstawiając do wzoru: L = (46*0,109 + 22*1,950 + 22*0,594) *0,5 = 31 osi 100kN/pas/dobę Trwałość zmęczeniowa dla okresu 20 lat: L100 = 365*31*20 = 226 300 osi 100kN/pas/dobę Zestawiając ten wynik z KWRNPP otrzymujemy kategorię ruchu: KR-2 Trwałość zmęczeniowa jest w tym wypadku równa ruchowi całkowitemu.

Metoda ugięć sprężystych Aby wykonać wzmocnienie metodą ugięć sprężystych należy wykonać następujące kroki: wykonać badanie ugięć, ugięciomierzem Benkelmana wyznaczyć odcinki jednorodne obliczyć ugięcie miarodajne U m. obliczyć ugięcie obliczeniowe U obl. ustalić ruch całkowity wyznaczyć grubość nakładki zastępczej H wym. obliczyć grubość nakładki rzeczywistej H proj.

Ugięcia sprężyste Ugięcia sprężyste zostały wykonane ugięciomierzem Benkelmana, osobno dla prawej i lewej strony jezdni, w odległości co 50m, w śladzie prawego koła.

Wykres ugięć dla prawej strony jezdni:

Wykres ugięć dla lewej strony jezdni:

Odcinki jednorodne Odcinki jednorodne wyznaczono korzystając z metody sum skumulowanych. Wykorzystuje się ją następująco: S1 = x1 – x S2 = x2 – x +S2 Si = xi – x + Si-1 gdzie: xi – wartość ugięcia sprężystego w pikiecie i x – średnie ugięcie dla odcinka obliczeniowego Si – suma skumulowana w punkcie i Z obliczonych wyników otrzymujemy wykres:

Dla prawej strony jezdni:

Dla prawej strony jezdni:

Z poprzednich wykresów wyznaczamy odcinki jednorodne:

Ugięcie miarodajne: Ugięcie miarodajne oblicza się wg wzoru: Um = Uśred +ta*SU gdzie: Um – miarodajne ugięcie sprężyste Uśred – średnie ugięcie obliczone dla odcinka jednorodnego ta – współczynnik z tablic t-Studenta SU – odchylenie standardowe

Ugięcie obliczeniowe: Ugięcie obliczeniowe wyznacza się wg wzoru: Uobl = Um*ft*fs*fp gdzie: Uobl – ugięcie obliczeniowe Um – ugięcie miarodajne ft , fs, fp – współczynniki temperaturowy, sezonowości i podbudowy

Wyniki zestawione w tabeli dla prawej strony jezdni:

Wyniki zestawione w tabeli dla lewej strony jezdni:

Wybór metody naprawy: Po przedstawieniu powyższych wyników, prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie przebudowy nawierzchni sposobem mieszanym. Sfrezowanie górnych warstw do poziomu zalegania geowłókniny lub na niektórych odcinkach gdzie nie są zachowane normy wytrzymałościowe materiałów nieco głębiej, a następnie ułożenie nowych warstw z uwzględnieniem warunku mrozoodporności (Hnaw >55cm) i warunku Hproj >Hwym

Argumenty za: zniszczenie górnych warstw asfaltowych jest na tyle poważne, że trzeba warstwy te wymienić zwiększenie grubości konstrukcji jest konieczne ze względu na potrzebę spełnienia warunku mrozoodporności położenie drogi poza terenem zabudowanym oraz na większości odcinka brak chodnika, ograniczają koszty związane z podniesieniem niwelety konieczne jest usunięcie zniszczonej geowłókniny

Grubość nakładki zastępczej Grubość nakładki zastępczej wyznaczamy z nomogramu (KWRNPP) na podstawie: ugięć sprężystych i ruchu całkowitego dla poszczególnych odcinków.

Dla prawej strony jezdni: Odcinek nr 1: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.915mm Hzast.wym = 10cm Odcinek nr 2: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 1.189mm Hzast.wym = 18cm Odcinek nr 3: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.824mm Hzast.wym = 0cm Odcinek nr 4: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 1.074mm Hzast.wym = 14cm Odcinek nr 5: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.708mm Hzast.wym = 0cm Dla lewej strony jezdni: Odcinek nr 1: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.764mm Hzast.wym = 0cm Odcinek nr 2: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.923mm Hzast.wym = 10cm Odcinek nr 3: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.605mm Hzast.wym = 0cm Odcinek nr 4: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.854mm Hzast.wym = 0cm Odcinek nr 5: Ncałk = 226 300osi/100kN/pas Uobl = 0.773mm Hzast.wym = 0cm

Grubość rzeczywistej nakładki Nakładkę rzeczywistą wykonuje się jako nowe warstwy asfaltowe. Ich grubość oraz rodzaj wyznacza się za pomocą wzoru: Hproj = a1*h1 + a2*h2 +…+ an*hn gdzie: h1,h2….hn – projektowana grubość poszczególnych warstw a1,a2…an – współczynniki materiałowe poszczególnych warstw

Odcinek nr 1 frezujemy 5cm i usuwamy geowłókninę do obliczonej nakładki zastępczej (10cm) dodaję 5cm, stąd Hwym = 15cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 4cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*4cm=16cm > Hwym =15cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności: Hnaw = (7,5cm-5cm)+6,5cm+66cm+4cm+4cm=83cm > 55cm Warunek spełniony!

Odcinek nr 2 frezujemy 7,5cm i usuwamy geowłókninę do obliczonej nakładki zastępczej (18cm) dodaję 7,5cm, stąd Hwym = 25,5cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 9cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*9cm=26cm > Hwym =15cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 2”: Hnaw = (5cm-7,5cm)+9cm+37cm+4cm+9cm=56.5cm > 55cm Warunek spełniony!

Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 3”: Hnaw = (7,5cm-7,5cm)+3,5cm+33cm+4cm+9cm=49.5cm < 55cm Warunek nie spełniony Kolejna warstwa: 6cm kruszywa 4/20 ulepszanego asfaltem Hnaw = 49.5cm+6cm=55.5cm > 55cm Warunek spełniony!

Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 4”: Hnaw = (3,5cm-7,5cm)+10,5cm+20cm+4cm+9cm=39.5cm < 55cm Warunek nie spełniony Kolejna warstwa: 16cm kruszywa 4/20 ulepszanego asfaltem Hnaw = 39.5cm+16cm=55.5cm > 55cm Warunek spełniony!

Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 5”: Hnaw = (8,5cm-7,5cm)+6,5cm+51cm+4cm+9cm=71.5cm > 55cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 6”: Hnaw = (8,5cm-7,5cm)+5,5cm+31cm+4cm+9cm=50.5cm < 55cm Warunek nie spełniony Kolejna warstwa: 5cm kruszywa 4/20 ulepszanego asfaltem Hnaw = 50.5cm+5cm=55.5cm > 55cm Warunek spełniony!

Odcinek nr 3 frezujemy 3cm i usuwamy geowłókninę do obliczonej nakładki zastępczej (0cm) dodaję 3cm, stąd Hwym = 3cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 9cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*9cm=26cm > Hwym = 3cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności: Hnaw = (3cm-3cm)+7cm+27cm+4cm+9cm=47cm < 55cm Warunek nie spełniony Kolejna warstwa: 8cm kruszywa 4/20 ulepszonego asfaltem Hnaw = 47cm+8cm = 55cm >/ 55cm Warunek spełniony!

Odcinek nr 4 frezujemy 5,5cm i usuwamy geowłókninę do obliczonej nakładki zastępczej (14cm) dodaję 5,5cm, stąd Hwym = 19,5cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 6cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*6cm=20cm > Hwym = 19,5cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 9”: Hnaw = (8,5cm-5,5cm)+3,5cm+48cm+4cm+6cm=64,5cm > 55cm Warunek spełniony!

Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 10”: Hnaw = (9cm-5,5cm)+3,5cm+47,5cm+4cm+6cm=64,5cm > 55cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności i wzmocnienie dla „Otworu geotechnicznego nr 11” - frezujemy 14cm i usuwamy geowłókninę - do obliczonej nakładki zastępczej (14cm) dodaję 14cm, stąd Hwym = 28cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 10cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*10cm=28cm >/ Hwym = 28cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności: Hnaw = (5,5cm-14cm)+8,5cm+42cm+4cm+10cm=56cm > 55cm Warunek spełniony!

Odcinek nr 5 frezujemy 5cm i usuwamy geowłókninę do obliczonej nakładki zastępczej (0cm) dodaję 5cm, stąd Hwym = 5cm Przyjmuję do wzmocnienia 2 warstwy asfaltowe: 4cm SMA 0/8 jako warstwę ścieralną 4cm betonu asfaltowego 0/16 jako warstwę wiążącą Sprawdzam warunek: 2*4cm+2*4cm=16cm > Hwym = 5cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 12”: Hnaw = (9,5cm-5cm)+3cm+43.5cm+4cm+4cm=59cm > 55cm Warunek spełniony! Warunek mrozoodporności dla „Otworu geotechnicznego nr 13”: Hnaw = (6,5cm-5cm)+2.5cm+46cm+4cm+4cm=58cm > 55cm

Wnioski: zaprojektowane wzmocnienie jest przewymiarowane dla lewej strony jezdni na niektórych odcinkach będzie trzeba znacznie podnieść obecny poziom niwelety przy wykonywaniu wzmocnienia Odcinka nr 1 trzeba będzie skorygować niweletę chodnika należy przeprowadzić akcje oczyszczania rowów i przepustów należy w sposób bezpieczny usunąć i przetransportować beton smołowy na Odcinku nr 3 prawdopodobnie wystąpiły błędy przy pomiarze ugięć sprężystych projektując niweletę drogi należy uwzględnić to, że wzmacniana droga ma bardzo różną grubość konstrukcji na swojej długości