Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Átírás

1 TARTÓSZERKEZET-REKONSTRUKCIÓS SZAKMÉRNÖK KÉPZÉS Empirikus módszerek Forrás: Fi: Útburkolatok méretezése, 2012 TÍPUSPÁLYASZERKEZETEK ANALITIKUS MÉRETEZÉS DR. TÓTH CSABA okl. építőmérnök MBA, PhD. Klasszikus méretezési elvek Egyenes rúd méretezése húzásra F E l = = σ A l F: a rúd hosszanti súlyvonalában működő terhelőerő A: rúdtengelyre merőleges keresztmetszet σ : egytengelyű feszültségi állapot első főfeszültsége σ meg : a rúd anyagára jellemző, kísérleti adatokból meghatározott megengedett érték σ meg σ

2 Különböző megközelítés KLASSZIKUS TEHERHORDÓ SZERKEZETEK ANYAGAI rugalmassági modulus állandó nem függ a hőmérséklettől terhelési időtől a feszültség értéke nem változik, amíg a terhelés tart ASZFALTANYAGÚ TEHERHORDÓ SZERKEZETEK rugalmassági modulus függ: a hőmérséklettől a terhelési időtől a feszültség értéke változik a terhelés alatt A méretezés alapelve Méretezési kritériumok: földmű függőleges összenyomódása A szemcsés rétegekkel kapcsolatos követelményeket közvetve pl. szemeloszlásra, tömörségre, víztartalomra, stb. vonatkoztatva írjuk elő és ezen építési feltételek megvalósulását tételezzük fel a méretezés során (hidraulikus réteg húzófeszültsége félmerev szerkezetek esetén) aszfalt alsó szálában keletkező megnyúlás Típus-útpályaszerkezetek: az öt csoport rendszermodellje 1. Teljes aszfalt pályaszerkezet 2. Zúzottkő alapréteg 3. Cementstabilizációs alap 4. Cementstabilizáción 10 cm zúzottkő 5. Sovány beton alap A forgalomtól függő kategóriákban az alsó alapréteg vastagsága azonos, a felső alapréteg és a kötő+kopóréteg vastagsága változik

3 Típus-útpályaszerkezetek: nyúlás vs. lehajlás ÚT :2005 TF = 1,5 1, t r s ( f ÁNF e + f ÁNF e + f ÁNF e + f ÁNF e + f ÁNF e ) a a a n n n p p p ny ny ny s s s TF a tervezési forgalom, 1,5 115 kn tengelyterhelés átszámítására szolgáló szorzószám, 1,25 biztonsági tényező, t tervezési élettartam az Aszfaltburkolatú útpályaszerkezetek méretezése és megerősítése c. Útügyi Műszaki Előírás 4.1. pontja szerint (autópályák: 20év, főutak: 15 év, mellékutak: 10 év. r irányszorzó, (két vagy több forgalmi sávos utakon, ha a burkolatszélesség nagyobb 5,0 méternél és a nehézjárművek irány szerinti megoszlása % r = 0,5), s sávszorzó, (kétirányú forgalmú úton, ha irányonként csak egy forgalmi sáv vezet s = 1,0), ÁNFa az (egyes és csuklós) autóbuszok, a nehéz tehergépkocsi (össztömeg > 7,5 tonna), ÁNFp a pótkocsis tehergépkocsik, ÁNFny a nyerges tehergépkocsik, ÁNFs a speciális járművek átlagos napi forgalma két irányban, jármű/nap egységben kifejezve; fa az (egyes és csuklós) autóbuszok, fn a nehéz tehergépkocsi (össztömeg > 7,5 tonna), fp a pótkocsis tehergépkocsik, fny a nyerges tehergépkocsik, fs a speciális járművek forgalomfejlődési szorzója; ea az (egyes és csuklós) autóbuszok, en a nehéz tehergépkocsi (össztömeg > 7,5 tonna), ep a pótkocsis tehergépkocsik, eny a nyerges tehergépkocsik, es a speciális járművek egységtengely átszámítási szorzója a táblázat szerint. 8 Egységtengely átszámítási szorzók / terhelési osztályok Járműátszámítási Járműkategória szorzó, ei ea 1,3 Autóbusz (egyes, csuklós) Nehéz tehergépkocsi (össztömeg en 0,6 >7,5 tonna) Pótkocsis tehergépkocsi ep 1,6 Nyerges tehergépkocsi eny 1,7 Speciális jármű es 1,7 Jel Forgalmi terhelési osztály Tervezési forgalom; TF (F100, millió db.) A Nagyon könnyű 0,03-0,1 B Könnyű 0,1-0,3 C Közepes 0,3-1,0 D Nehéz 1,0-3,0 E Nagyon nehéz 3,0-10,0 K R Különösen nehéz Rendkívül nehéz 10,0-30,0 >30,

4 Alapréteg variációk Teljes aszfalt típus pályaszerkezetek Kötőanyag nélküli szemcsés alapréteggel épült szerkezetek, ahol az alsó alapréteg lehet: mechanikai stabilizáció, szakaszos megoszlású makadám rendszerű zúzottkő réteg vagy folytonos szemmegoszlású zúzottkő alap Hidraulikus kötőanyagú stabilizációs alapréteggel épült pályaszerkezetek Soványbeton alapréteggel épült pályaszerkezetek Katalógus rendszer 10 Ausztrál méretezési egységtengely elrendezés 80 kn terhelésű, ikerkerékkel szerelt egyes tengely, abroncsnyomás 750 kpa. 11 Forrás: Dr. Pethő László 12 4

5 Típus-útpályaszerkezetek: elve A jelenleg érvényben lévő méretezési utasítás átmenet képez mechanikai és az empirikus módszerek között. Lényege, hogy a pályaszerkezet variánsokat a felépítést tartalmazó katalógusból lehet kiválasztani a forgalom függvényében. A pályaszerkezet variánsok mechanikai elven lettek kidolgozva. A figyelembe vett két alapelv: 1. A pályaszerkezet aszfaltrétegeinek alján keletkező megnyúlások ne haladják meg az anyagra jellemző fáradási szilárdságot. 2. Az alsó réteg ne adjon át a földműnek olyan igénybevételt ami annak maradandó deformációját okozza. Definíció ANALITIKUS : (gör lat) elemző; az analízissel kapcsolatos, az analízist alkalmazó, ANALÍZIS: (gör) elemzés, részekre, elemekre bontás, mint tudományos kutató módszer Bakos: Idegen szavak és kifejezések szótára, 1986 A méretezés menete Forrás: Karoliny Márton

6 Nem jövő, már jelen Forrás: Dr. Ambrus Kálmán Shell programcsomag. BISAR (Bitumen Stress Analysis in Roads) program bemenő adatai: a rétegek száma, vastagsága, a Young s modulusa a rétegeknek, Poisson tényezője a rétegeknek, a terhelés száma és típusa (tangenciális, horizontális) és helye) Input adatok: terhelés

7 Input adatok: rétegek. Input adatok: kritikus igénybevételi helyek. Eredmény tábla s = 0,43 mm ε aszfalt = 59 µstrain ε földmű = -27 µstrain

8 Analitikus méretezés Shell BISAR számítás réteg szám réteg anyaga vastagság (mm) Modell adatok Modell eredmények számított igénybevételek modulus (MPa) Poissonszám együttdolgozás 1 SMA 11 (mf) ,35 részleges 2 AC 22 kötő (mnm) ,35 részleges 3 AC 22 kötő (NM) ,35 elcsúszó 4 CKt ,25 elcsúszó cementstabilizáció 5 felső 50 cm ,45 elcsúszó 6 földmű végtelen 40 0,4 - teljes aszfalt vastagság (cm) 20,0 19,0 18,0 17,5 20,0 részleges tapadás teljes tapadás teljes elcsúszás a. b. c. d. e. f. s (mm) 0,750 0,790 0,830 0,840 0,440 0,990 ε a (microstrain) 157,7 160,9 176,3 178,2 57,00 172,5 ε f (microstrain) -123,8-131,9-141,6-143,5-177,7-182,5 Fáradási eredmények

9 Élettartam N b 6 ε m = 10 υ ε Ahol: N : élettartam (e.t) ε m : megengedett aszfalt megnyúlás 10 C-on [µm/m] ε : számított aszfalt megnyúlás a szélső szálban [µm/m] b : anyagállandó υ : a laboratóriumi és az üzemi viselkedés közötti eltérést figyelembe vevő eltolási tényező, Shift-faktor teljes aszfaltvastagság (cm) kísérleti fáradási egyenes alapján élettartam (egységtengely) elméleti fáradási egyenes alapján 20, , , , Élettartam másként 6919 (0.856Vb ) N = RF 0.36 Smix µε µε a vízszintes számított megnyúlás az aszfaltréteg(ek) alján (microstrain) N a megengedett ismétlésszám (egységtengely darabszám) V b a kötőanyag mennyisége az aszfaltkeverékben (térfogat-%) S mix az aszfaltréteg modulusa (MPa) RF megbízhatósági szint a táblázat alapján Megbízhatósági szint 80% 85% 90% 95% 97.5% A TF meghatározás bizonytalansága biztonsági tényező (1,25) irány és forgalom x sávszám x -fejlődési x korrekciók szorzók 5 Forrás: dr. Pethő László Típus-pályaszerkezetek: Pl: K különösen nehéz forgalomterhelési osztály esetén 10 < TF < 30 tengelysúlyosztályköz középértéke rongálóhatás ( 5 ) abroncs belső ny. élettartam t jármű- tengelyáthaladásátszámítási x szorzó szám egységtengely abroncsfajta miatti korrekció éves terhelés

10 Valószínűség-elméleten alapuló méretezés-elmélet f(x) S < R f(x) S < R Terhelés (S) Teherbírás (R) S R R R 0 S 0 S t t S R t f S (S) f R (R) T kockázat Kockázat idő (t) Ajánlott irodalom ive/mepdg/guide.htm Dynapac: Red carpet

11 Dynapac: Red carpet Volvo fenix paver TARTÓSZERKEZET-REKONSTRUKCIÓS SZAKMÉRNÖK KÉPZÉS ASZFALTBURKOLATÚ ÚTPÁLYASZERKEZETEK MEGERŐSÍTÉSE ÚT :2005 DR. TÓTH CSABA okl. építőmérnök MBA, PhD

12 Méretezés? méretezés: a szerkezetek méreteinek meghatározására irányuló műveletek összessége tervezés: tulajdonképpeni méretezés, de jobban kifejezi azt a tényt, hogy tapasztalatokból kiindulva a szilárdságtani ismeretek felhasználásával akarjuk a szerkezet méretét, anyagjellemzőjét meghatározni ellenőrzés: a vizsgált szerkezet minden adata ismert, s csak azt kell eldönteni, hogy az megfelelő-e vagy sem. Forrás: Becker: Szilárdságtan I. Nemzeti tankönyvkiadó, 1989 Méretezés? Mi az, hogy rossz? Most éppen nem, de? Laborvizsgálat? Földmű? Hőmérséklet Csapadék Vízelvezetés? stb Építési költség helyett: Fenntartás/üzemelt.? Életciklus? rossz jó állapot kicsi Burkolatállapot vizsgálat Ráépítés helyett: Marás? Újrahasznosítás? max ~ 20 cm min ~ 5 cm Környezetvédelmi és egyéb szempontok Energia, CO2, nagy forgalom A megerősítés méretezés előkészítése: hibafelvétel vízelvezetési rendszer állapota hossz- és keresztszelvény felvétele a pályaszerkezet felépítésének meghatározása pályaszerkezeti rétegek előzetes vizsgálata a földmű felső részének vizsgálata teherbírásmérés. Országos Közúti Adatbank Aszfalt, de milyen? (F, NM, PA) Kompakt? Háló, rács? Tapadás? Funkció? stb Egységtengely Tengelyelrendezés Forgalomfejlődés Sebesség Abroncsfajta Abroncsnyomás stb

13 Diszpozíció Diszpozíció Teherbíróképesség vs. behajlás határ-igénybevétel, amelynek túllépése esetén rendeltetésszerű használatra alkalmatlan állapot következik be

14 Behajlás MSZ 2509/ szerint Forrás: R. Blab A burkolat rongálódás szempontjából a húzófeszültség a veszélyesebb, amely maximuma ott lép fel, ahol az alakváltozási görbe görbületi sugara a legkisebb. Az ekkor kialakult új szemlélet szerint tehát a teherbíró-képesség vizsgálatok során a burkolatnak a kerékterhelés hatására fellépő minimális görbületi sugarát kellene meghatározni. Központi behajlás megbízhatósága Teherbíróképesség meghatározás Forrás: Per Ullidtz Mechanikai impedancia elvén alapuló módszer Fázis sebesség mérésén alapuló módszer Ultrahang és impulzus módszer Behajlásmérésen alapuló módszer statikus terhelés alatt haladó terhelés alatt vibráló terhelés alatt ejtősúlyos terhelés alatt Forrás: internet

15 Továbbfejlesztett kézi behajlásmérő ABBA - Advanced Benkelman Beam Apparatus Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőfeltárási Tanszék Falling Weight Deflectometer ÚT :2000, Dinamikus teherbírásmérés (KUAB) B = 1,37 d 0 0,19 Korrekció: 50 kn / 20 C Évszaki szorzó teherbírás: a pályaszerkezet és a földmű együttes vizsgálata pályaszerkezet merevség vastagság földmű víztartalom változás útpadka, útárok szerepe Talajcsoport A behajlásmérés hónapja április május június/július augusztus/szeptember október/november I-II. 1,0 1,0 III. 1,0 1,1 1,2 IV-V. 1,1 1,3 (1,4) 1,5 (1,6) 1,5 (1,6) VI-IX. 1,1 1,0 1,1 (1,2) 1,2 (1,4) 1,3 (1,5)

16 Mérési adatok feldolgozása MSZ 2509/ alapján Kumulált summa módszer S S 1 = x 1 x átlag S átlag + = 2 x 2 x S1 S = + átlag... 3 x 3 x S 2 i = xi xátlag + S i 1 Forrás: COST 336 Use of Falling Weight Deflectometers in Pavement Evaluation Példa behajlás Átlag: 0,39 Szórás: 0,19 Variációs koefficiens: 0,48!!! km.sz

17 Példa -1,00-2,00-3,00-4,00 2,00 1,00 0, Tervezési forgalom meghatározása Megengedett behajlás - Szükséges erősítő vastagság

18 Végeredmény építhető min. max. rétegvastagsági követelmények a végleges erősítőréteg vastagságok meghatározása laboratóriumi eredmények figyelembevételével a lemart és visszaépített rétegvastagság nem számítható be Hatékony aszfaltvastagság h ae v h a h = v ae h a a meglévő pályaszerkezet hatékony aszfaltvastagsága a burkolat állapotától függő csökkentő tényező meglévő tényleges aszfaltréteg vastagság útburkolat felületállapota az ÚT szerint osztályzat csökkentő tényező v értéke Fokozottan leromlott állapot: 5 0,40 Nagyobb felületen hibás burkolatfelület: Szórványosan burkolatfelület: Használt, hibás megfelelően karbantartott burkolatfelület: 4 0,60 3 0,80 2 0,95 Kifogástalan: 1 1,00 Szükséges erősítő vastagság h = h h + h a au h a = aszfalt erősítőréteg szükséges vastagsága, mm h au = az új tervezésű típus-pályaszerkezetben szereplő aszfaltvastagság, mm h ae = a meglévő pályaszerkezetben rendelkezésre álló hatékony aszfaltvastagság h ap = a meglévő pályaszerkezetben az új tervezésű pályaszerkezethez képest vékonyabb alapréteg pótlására szolgáló aszfaltvastagság, mm ae ap

19 Korszerűsítési szándékok Input adatok a jelenleg érvényes méretezési eljárás kidolgozása kapcsán: az erősítőréteg merevsége 6000 MPa-os -érték, Poisson tényezők nagysága 0.35 (erősítő réteg) és 0.40 (meglévő pálya) Napi aktualitások: a modifikált bitumenek, nagy modulusú aszfaltok, az aszfaltgranulátum anyagi tulajdonságainak figyelembe vétele, az aszfaltrácsok, -háló alkalmazási feltételei remixált rétegek műszaki gazdasági összehasonlíthatósága Remix v = 1, 2 v aszfalt h h méretezett tényleges v = a szükséges aszfaltvastagság v aszfalt = a méretezési utasításban a megfelelő forgalmi osztályban előírt aszfalt-vastagság h méretezett = a méretezési utasításban megadott alapréteg vastagság h tényleges = az alapréteg vastagsága (megmaradó + remixált) Útállapot adatok gyűjtése

20 Útállapot adatok kiértékelése Köszönöm a figyelmet 58 20