Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Átírás

1 ÚTÉPÍTÉS Dr. Tóth Csaba BM E Út és Vasútépítési Tanszék (Cs.) Útpályaszerkezetek I.: Történelmi útpályaszerkezetek Útpályaszerkezetek méretezési eljárásainak fejlődés (P.) Útpályaszerkezetek II.: Analitikus méretezés, típus-pályaszerkezetek katalógus rendszere, Meglévő útpályaszerkezetek megerősítése Aszfalttechnológiai alapok (Cs.) Útpályaszerkezetek III.: Útburkolatok strukturális és funkcionális követelményei Útpályaszerkezet-típusok, burkolatfajták (P.) Speciális tervezési kérdések Az útépítési tervek tervfázisai Az útépítési engedélyezési eljárás folyamata Parkolási létesítmények geometriai tervezése, Üldözőgörbe szerkesztés Zárthelyi dolgozat TEMATIKA TÖRTÉNELMI PÁLYASZERKEZETEK 3 2 1

2 Itt: kiépített és burkolattal ellátott, tehát emberi építőmunkával létesített pálya De: burkolat nélküli közlekedési vonalak vagy különleges áruk szállítására szolgáló kereskedelmi irányok geográfiai megjelölése Ókori utak Kína - Perzsia - Egyiptom - Görögország Róma Történelmi pályaszerkezetek Gautier - Tresaguet Metcalf - Telford - McAdam Fekete burkolatok ÁTTEKINTÉS Borostyánkő utak (i.e i.u. 400) Selyemút (i.e. 115-től) Tea útvonalak Zarándok útvonalak Egyéb fontos termékek előállítási helyéhez vezető utak (pl. Damaszkusz) hídépítés kerék / ősi szekér / harci kocsi Babilóniai és Asszíria Egyiptom: i.e Cheops Kína: i.e 2300 Shan dinasztia Perzsia: i.e. 500 I. Dareiosz Görögország föníciaiak TERMÉSZETES KERESKEDELMI ÚTVONALAK ÉS ÉPÍTETT UTAK F o r r á s : H e r m a n n S c h r e i b e r : M e r c h a n t, P i l g r i m s and Highwaymen. A History of Roads Through t h e Ag e s. N e w Y o r k, BABILON, KRÉTA F o r r á s : H e r m a n n S c h r e i b e r : M e r c h a nt, P i l g r i m s a n d H i g h w a y m e n. A H i s t o r y o f R o a d s Through the A g e s. N e w Y o r k, F o r r á s : H e r m a n n S c h r e i b e r : M e r c h a n t, P i l g r i m s a n d H i g h w a y m e n. A H i s t o r y o f R o a d s T h r o u g h t h e A g e s. New York,

3 ÚTÉPÍTÉS A RÓMAI BIRODALOMBAN F o r r á s : 1. Á b r a h á m K. : A k ö z ú t i k ö z l e k e d é s k é z i k ö n y v e, H e r m a n n S c h r e i b e r : M e r c h a n t, P i l g r i m s a n d H i g h w a y m e n. A H i s t o r y o f R o a d s T h r o u g h t h e A g e s. N e w Y o r k, Jean-Pierre Adam : Roman building. Materials a n d T e c h n i q u e s RÓMAI PÁLYASZERKEZET RÓMAI UTAK F o r r á s : B o r h y L á s z l ó ( s z e r k ) : R ó m a i t ö r t é n e l e m. S z ö v e g g y ű j t e m é n y. O s i r i s K i a d ó,

4 Viae publicae: közhasználatú utak Via militares/consulares: hadi utak Közönséges országutak Viae privatae: magánutak Viae legkisebb pályaszélesség: 8 római láb (2,5 m), később akár 7 m A kocsik keréktávolsága általábban 3 láb Actus: 4 láb széles, egy kocsiszél. épített út (1,2 m) Iter: 3 láb széles lovagló és gyalogos út (1 m) Semita: gyalogút, 0,3 m RÓMAI TÖRVÉNYEK TECHNIKAI ÚJDONSÁGOK F o r r á s : A n d a i P. : A m é r n ö k i a l k o t á s t ö r t é n e t e, Cursus publicus Hadrianus ( ) Codex Theodosianus súlykorlátozás kocsi típusonként vonóállat és útkímélés Forgalomkorlátozás az utazók az itáliai városokon csak gyalogosan, hordszéken vagy gyaloghinton haladhatnak át (Claudius) A RÓMAI KÖZLEKEDÉS

5 Népvándorlás Nagy Károly (800 körül) frank birodalma: kísérlet a helyreállításra missi domini : utak őrizete, utak, hidak fenntartása a birtokosok (ezáltal a jobbágyok) feladata Sötét középkor a tudás és tapasztalat veszendőbe megy katonai szempontok nem igénylik az utak és hidak fenntartására van törvény, csak nem tartják be grundrührrecht keresztes háborúk jótékony hatása (Svájc, Itália, stb.) KORAI KÖZÉPKOR A jó közúthálózat gazdasági, politikai és katonai előnyei XVI közepe nagyszabású útépítések 1556 Párizs Orleáns (256km, 4,87m széles) IV Henrik ( ) kinevezi a legfőbb útinspektort Colbert: 1663 mérnökök tanulmányozzák és tervezik a hálózatot, megalakul a Francia Építési Akadémia ( szakmai titkok ) 1712: Gautier (híd és útépítési munkák felügyelője) könyve megjelenik 1747: Ecole des ingénieurs des ponts et chaussees Napóleon (építésekre fordított költség 30%-a út/híd-ra) Kár, hogy nem maradtak itt több ideig (I. Ferenc, osztrák császár) FRANCIAORSZÁG I. 1775: J. Trésaquet : nem falazatszerűen alapozott zúzottkő burkolati rendszer Ezen egész eljárás tehát azon a feltevésen alapszik, hogy miután a természetes talaj nem képes a járművek súlyának ellentállani, arra egy réteg nagy kő rakandó le, hogy ez a czélnak megfeleljen. FRANCIAORSZÁG II Csúcsos végükkel felfelé álló kőalap (15-20 cm) Szegélykő Kiékelés cm vastagságban kisebb kövekkel 15 5

6 Községi feladat 1663-as törvény, az utak javítására vámbevételt kell fordítani 1706: Turnpike törvény 1825: már 1000 társaság mérföldnyi utat üzemeltet Korrupció Jön a vasút 1888-as törvény, megyei tanácsi kezelésbe adás Thomas Telford 1200 híd!, 1200 km út Colossus of Road Írói munkásság Institution of Civil Engineers ANGLIA I. John Loudon McAdam Nincs külön kőalap Kb. 25 (jó altalajra 15) cm vastag két vagy három rétegben terített 5-7 cm átmérőjű szögletes zúzottkő A zúzottkő szállítójárművek illetve a forgalom tömöríti Szennyezetlen, átszitált kő Gömbölyű bánya vagy folyami kavics nem használható OLCSÓ szorgalmazta a: jó utakat, amelyeket a gazdaság nem nélkülözhet jó útépítő anyagokat, am elyek a g azdaságos útépítés alapjai ANGLIA II. Ekkor érjük utol a rómaiak gyors közlekedését Napoleon ugyanolyan lassan közlekedik, mint Julius Caesar (Paul Valery) 1 830: Polonceau által használt ló vontatta hengerek kőpálya-felszaggató eszközök: olcsó felújítás 1885: az első gőzhenger Hyde Park Turnpike MAKADÁM BURKOLATOK vak Jack Metcalfe F o r r á s : B r a u d e l : A n y a g i k u l t ú r a, g a z d a s á g é s k a p i t a l i z m u s a X V X V I I I. s z á z a d b a n F o r r á s : V á s á r h e l y i B. : Ú t é p í t é s t a n,

7 MAKADÁM PÁLYÁK MEGHIBÁSODÁSA I. Sablon megoldás: 1,5 cm hengerelt zúzalék 10 cm hengerelt zúzott kavics 15 cm alapkőréteg Altalajra tekintet nélkül Ha tükör víztelenítése nem megfelelő Ha többletvíz keletkezik a hengerlés során Utóterítés, szélvastagítás Ausztria, Svájc: cm 1900-as évek makadám pályáinak méretezése: Michigan- képlet Vasabroncs Altalaj megengedhető feszültsége? A kerékpár jelentősége A kerékpár feltalálása (1887) és a légabroncs alkalmazása között kerékpározási divat kialakulása egyik legjelentősebb tényező volt az utak fejlesztésnek újraéledésében. A kerékpáros lobby elérte, hogy 1896-ban, Angliában visszavonták az 1864-es Vörös Zászló törvényt Gépkocsi megjelenése Nem megfelelő vonalvezetés Szívóhatás pormentes burkolat Új burkolatok megjelenése Aszfalt Beton Kockakő Felületi kezelés Meleg eljárás Felületi kátrányozás Felületi kezelés bitumennel ill. híg bitumennel Hideg eljárás Felületi kezelés emulzióval Átitató (penetrációs) eljárás ÚJ IGÉNYEK FEKETE BURKOLATOK f o r r á s : h t t p : / /h u.wikiped i a.or g /wi k i /Ga l a m b _József Burkolat, ahol a ragasztóanyag a kőanyaggal előre összevan keverve Makadám rendszerű burkolat Beton rendszerű burkolat

8 fakocka 1827 Bécs, 1841 London (beton alapon), Budapesten a Clark Ádam téren 1871 (1884-ben csere) Gravenhorst 1885 kiskockakő (áttérés a mészkőről a keményebb kövekre) De Smedt (holland kémikus) homokaszfalt (Sheet) burkolat Hollandia: téglaburkolatok kerámiaburkolat (1881 budapesti Egyetem utca) gumiburkolat öntöttvas és acél felhasználása cementmakadam burkolat betonburkolatok ÚJ IRÁNYOK F o r r á s : Z á m b o k i M i k l ó s : M i t k o p t a t u n k B u d a p e s t e n? i n t e r n e t AJÁNLOTT HAZAI IRODALOM AJÁNLOTT IRODALOM

9 A mi volt, ugyanaz, a mi ezután is lesz, és a mi történt, ugyanaz, a mi ezután is történik; és semmi nincs új dolog a nap alatt (Préd. 1,9) Gracchus-ok vs. mai képviselő választás középkor vs. keleti blokk turnpike vs. PPP vs value for money forgalom korlátozás az ókori Rómában vs a mai Bécsben műszaki szempontok mellett közigazgatási / politikai gazdasági katonai prioritások az ókortól napjainkig dominánsan megjelennek az útépítésben, sőt sokkal inkább formálják, esetenként determinálják a fejlődésének irányát és intenzitását mint maga a szakma ÖSSZEGZÉS: NINCS ÚJ A NAP ALATT? EMPIRIKUS MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK 26 Empirikus módszerek Csoportindexes módszer CBR módszer különböző változatai Wyoming-módszer stb az AASHO útkísérletek jelentősége és eredményei Asphalt Institute módszere Elméleti módszerek Boussinesque Burmister Odemark HUMU : korabeli magyar gyakorlat ÁTTEKINTÉS

10 HRB TALAJOSZTÁLYOZÁS A csoportindexes módszer a talajok teherbíróképességét az alábbi jellemzőktől tette függővé: folyási határ, plasztikus határ a 74 mikronos szitán átesett szemcsék súlyszázaléka CSOPORTINDEXES MÓDSZER I. A csoportindex (Csi) ismeretében már meghatározható az ágyazat vastagsága, amely: 0 cm, ha a földmunka jó (azaz a Csi = 0-1) 10 cm, ha a földmunka közepes (azaz a Csi = 2-4) 20 cm, ha a földmunka gyenge (azaz a Csi = 5-9) 30 cm, ha a földmunka rossz azaz a Csi = 10-20) Az eljárás szerint alap- és koptatóréteg (burkolat) együttes vastagsága a forgalom függvényében az alábbiak szerint alakul: 15 cm, ha a forgalom könnyű (napi 50 tehergépkocsi alatt) 22,5 cm, ha a forgalom közepes (napi tehergépkocsi között) 30 cm, ha a forgalom nehéz (napi 300 tehergépkocsi felett) CSOPORTINDEXES MÓDSZER II

11 CSOPORTINDEXES MÓDSZER III as évek, Porter tapasztalati összefüggés a talaj várható legkisebb teherbírása, a zúzottkő pályaszerkezet vastagsága és a kerékterhelés között CBR (CALIFORNIA BEARING RATIO) Fergus, 1950 gyenge: 2 4 % közepes: 5 7 % jó földmű: 8 12 % H = a zúzottkő réteg szükséges vastagsága k = állandó CBR = a talaj teherbírása Átszámolhatóság SZÜKSÉGES ZÚZOTTKŐ VASTAGSÁG

12 Kerékterhelés Burkolatszélesség, Forgalom Abroncsnyomás, terhelési felület Terhelés-ismétlődés (Kerkhoven-Dormon) CBR ALAPÚ MÉRETEZÉSI MÓDSZEREK M a i s : pl. Boeing 747 Aircraft AZ 50-ES ÉVEK MÉRETEZÉSI ELJÁRÁSAI Wyoming-méretezési eljárás Asphalt Institute eljárás (50-es évek) KORABELI HAZAI GYAKORLAT

13 1912-ben TEDDINGTON készített kísérleti berendezést London külvárosában az útpályaszerkezetek vizsgálatához. A Bureau of Public Roads vezetésével 1925 építették meg ez első kültéri köralakú tesztpályát az USA-ban KÉZDY ÁRPÁD 1951-ben végzett körjáró géppel kísérleteket a cement talaj utak vizsgálata és méretezése szempontjából. F o r r á s : ÚTKÍSÉRLETEK h t t p : / / e f e l t. e m k. n y m e. h u / p r i m u s z p / p u b l i c a t i o n s / p r e s e n t a t i o n s / a _ h a z a i _ u t p a l y a s z e r k e z e t e k _ m e r e t e ze s e. p d f kísérleti pálya ~ 20 km egyenletesen gyenge földmű 2 éves terhelés ~1,2 millió tengelyáthaladás Cél: nehéz tehergépkocsik útvám-tételeinek úthasználat arányos vizsgálata Eredmény: pályaszerkezet méretezése AASHO KÍSÉRLETEK F o r r á s : h t t p : / / w w w. s c i e n c e p h o t o. c o m / m e d i a / / e n l a r g e HASZNÁLHATÓSÁGI INDEX MEGALKOTÁSA PSI = 2,5 még éppen kielégítő állapot PSI = 1,5 rossz pálya veszélyes állapota

14 A rongálódások a külső keréknyomban erősebbek A rongálódások nagysága és a teherismétlődések között logaritmikus összefüggés áll fenn Az aszfaltburkolat teherbírása mintegy 4-5-szöröse az alapréteg / mechanikai stabilizáció teherbírásának A fenntartási költségek a tengelyterhelés növelésével hatványozottan nőnek Az első olyan méretezési eljárás, amely lehetőséget ad a három fő pályaszerkezeti réteg vastagságának és anyagának variálására. FORGALOMNAK ALÁVETETT KÍSÉRLETI SZAKASZOK KIÉRTÉKELÉSE D (vastagság index) = 0,44*d1 + 0,14d2 + 0,11*d3 d 1 : a s z f a l t b u r k o l a t, d 2 : a l a p r é t e g, d3: alsó alapréteg vastagsága (inch) ASPHALT INSTITUTE ELJÁRÁS ( ) KÍSÉRLETI SZAKASZOK- MA

15 HAJLÉKONY ÚTBURKOLATOK MÉRETEZÉSI UTASÍTÁSA (1963) 2,5 He [ ecm] = ( 14, ,00 log F100 ) CBR 0,4 HUMU: HAJLÉKONY ÚTBURKOLATOK MÉRETEZÉSI UTASÍTÁSA a különböző pályaszerkezeti rétegek merevségüktől függően vesznek részt a teljes szerkezet teherviselésében, ez a részesedés az egyenérték-tényezőkkel fejezhető ki H e,szerk = Σ h i *e i H e TÍPUS-PÁLYASZERKEZETEK,

16 ELMÉLETI MÓDSZEREK 46 Mechanikai modellek lineárisan rugalmas (viszkoelasztikus) anyagtulajdonságok feltételezésével A számítások eredményei a mértékadó feszültségek, amelyeket a megengedhető igénybevételekkel vetnek össze. Végtelen féltér elmélet Boussinesq Lemez elmélet Westergaard, Hogg Többrétegű elmélet Ivanov (1943), Burmister (1943), Odemark (1949) ELMÉLETI MEGKÖZELÍTÉSEK Valentin Joseph Boussinesq ( ) Harald Malcolm Westergaard ( ) A MEREV ÉS A HAJLÉKONY SZERKEZETEK

17 VÉGTELEN FÉLTÉR ELMÉLET A koncentrált erővel terhelt Boussinesq-féle rugalmas féltér KONCENTRÁLT ERŐVEL TERHELT RUGALMAS FÉLTÉR EGYENLETESEN MEGOSZLÓ TEHER Terhelő felület

18 IGÉNYBEVÉTELEK MEGHATÁROZÁSA Burmister, 1943 FESZÜLTSÉGELOSZLÁS KÉTRÉTEGŰ RENDSZERBEN FESZÜLTSÉGELOSZLÁS KÉTRÉTEGŰ RENDSZERBEN

19 FESZÜLTSÉGELOSZLÁS HÁROMRÉTEGŰ RENDSZERBEN Egyenértékű rétegvastagság: a szabadon fekvő lemez rugalmassági modulusát az altalaj rugalmassági modulusára redukálják, ezzel a felső réteg vastagságát olyan egyenértékű vastagsággal fejezik ki, melynél a behajlás ugyanakkora, mint az eredeti esetben. Ideális feszültségeloszlás ODEMARK TRANSZFORMÁCIÓ 2 E 3 i (1 µ 1 ) h i ei = hi + E 2 i+ 1 (1 µ i ) ANYAGVIZSGÁLATOK FEJLŐDÉSE I. h e h

20 ANYAGVIZSGÁLATOK FEJLŐDÉSE II. PÁLYASZERKEZET-MÉRETEZÉSI SZOFTVEREK I. PÁLYASZERKEZET-MÉRETEZÉSI SZOFTVEREK: SHELL PAVEMENT DESIGN

21 PÁLYASZERKEZET-MÉRETEZÉSI SZOFTVEREK: EVERSERIES PAVEMENT PROGRAMS PERPETUAL PAVEMENT DESIGN Forrás: /PerpetualPavement JELENLEGI MAGYAR SZABÁLYOZÁS: ÚT :

22 Empirikus módszerek - AASHTO (American Association of State Highway and Transpor tation Of ficials) (2002) Klasszikus tesztszakaszok (PSI, SN) - Brit (DMRB, Design Manual for Roads and Bridges) (2004) Teszt útszakaszok kiértékelésén alapul A standardtól eltérő esetekre nem alkalmazható (pl. új anyag) Klimatikus sajátosságok 80 kn egységtengely, min 15% CBR Analitikus módszerek: - Shell (SPDM, Shell Pavement Design Method 3.01 ) Burmister modell alapadat bevitel: Bands, Bisar - Francia (Conception et dimensionnement des structures de chaussées) egységtengely: 13 t kiterjedt laboratóriumvizsgálati igény katalógusrendszer is egyben hozzáértő használat NAPJAINK NEMZETKÖZI GYAKORLATA AJÁNLOTT IRODALOM KÖSZÖNÖM A FIGYELMET to th@ uvt. bm e. hu 66 22