BMEEOUVAI05 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

Átírás

1 EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése HEFOP/2004/3.3.1/ K Ö Z L E K E D É S I L É T E S Í T M É N Y E K P Á L Y A S Z E R K E Z E T E I BMEEOUVAI05 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére

2 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTŐMÉRNÖKI KAR Út és Vasútépítési Tanszék Közlekedési létesítmények pályaszerkezetei Útpályaszerkezetek Vizsgakérdések 2007/2008 (BMEEOUV-IK02) 1. a) Az aszfaltanyagok fő fajtái és jellemzésük (felosztás és jellemzés). b) Az útpályaszerkezetek felületi, geometriai és teherbírási tulajdonságainak mérése. 2. a) Útpályaszerkezeti alapfogalmak, a hajlékony, félig merev és merev útpályaszerkezetek jellemzése, előnyeik, hátrányaik. b) Kötőanyag nélküli útalapok tulajdonságai és építésük. 3. a) A bitumenek gyártási módjai, fajtái és választéka. b) Az olvadási és fagykárok jellemzése és a talaj szerepe. 4. a) A bitumenek fő fizikai és kémiai vizsgálati módszerei. b) Utántömörödő aszfaltburkolatok alaptulajdonságai és fő fajtái. 5. a) Az útpályaszerkezet forgalom alatti elhasználódási folyamatának, élettartamának értelmezése. b) A bitumenek viszkozitásának fogalmai, gyakorlati jelentősége és mérése, valamint függése a hőmérséklettől. 6. a) Az utak földműveivel szemben támasztott alapkövetelmények. b) Permetezéses és szórásos technológiájú felületi bevonatok típusai, kivitelezési technológiái. 7. a) Felületi bevonatok szerepe és fajtái. Keveréses-hidegeljárásos (Slurry Seal típusú) bevonatok építéstechnológiája. b) Az útpályaszerkezetek földműveinek építése. 8. a) Az útpályaszerkezetek alaprétegeinek fajtái, jellemzői. b) A bitumenemulzió fajtái, gyártásuk és felhasználási módjuk. 9. a) A pályaszerkezetek felépítési rendje, az egyes rétegek funkcionális szerepe. b) A szabványos útépítési zúzottkövek és zúzalékok fajtái, tulajdonságaik, minősítésük és alkalmazási körük. 10. a) Új útpályaszerkezet méretezésének hazai gyakorlata. (Katalógus) b) A talajstabilizációs eljárások fajtái és megválasztásuk a talajminőségtől függően. 11. a) Betonburkolatok jellemzése, tervezési előírásai, építése, hézag képzése. b) A földmű teherbíró képességének jellemzői és vizsgálati módszerei. 12. a) A meglévő pályaszerkezetek megerősítésének alapelvei, lehetőségei. b) A hidraulikus kötésű alaprétegek tulajdonságai, gyártási-építési eljárásai. dr. Pallós Imre c. egyetemi docens 1111 Budapest, Műegyetem rkp. 3. Kmf. 26. Tel.: Tel./ Fax.:

3 Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: ÚTPÁLYASZERKEZETEK T a r t a l o m j e g y z é k 1. Az útépítés fejlődéstörténetének áttekintése 2. Az útpályaszerkezetek típusai, klimatikus és forgalmi igénybevételek, leromlási jelenségek 3. Helyszíni útpályaszerkezeti mérések 4. Méretezés 5. Az útpályaszerkezetek földművei 6. Alaprétegek 7. Az aszfaltok alapanyagai 8. Útépítési aszfaltok 9. Betonburkolatok 10. Kőburkolatok 11. Felületi bevonatok

4 1. Az útépítés fejlődéstörténetének áttekintése 1.1. Világtörténeti vázlat a XIX. század elejéig Az ókori-, középkori és újkori civilizációk kereteiben kialakult különféle birodalmak, későbbi nagyhatalmak létének és terjeszkedésének érrendszereként működtek az utak, az úthálózatok. Kheopsz kőlapokkal burkolt, 1005 m hosszú, 18 m széles utat építtetett ahhoz, hogy piramisának nehéz elemeit azon szállítani lehessen. Hérodotosz ezt legalább akkora teljesítménynek értékelte, mint magának az i.e körül épített Kheopsz-piramis építését. Peruban a Machu Pichut ma is az inkák által épített úton lehet elérni, kővel kirakott gyalogutak maradtak fenn, amelyeken az Andok magas hegycsúcsai megközelíthetők. Kínában ie. 3.-ik évezredben építették a császári úthálózatot. Selyem út az ie. 3.-ik évezredtől több vonalon épült, Mezopotámiát az Indus és Gangesz völgyével kötötte össze, a középkor végéig biztosította a Földközi tenger - a Vörös tenger - Perzsa-öböl térségének kapcsolatát az indiai szubkontinenssel és a Kína birodalommal. Ebbe a szállítási láncba a Perzsa királyi út kapcsolta be az Égei tengert, a Fekete tenger déli részét, a Tigris völgyét és a Perzsa-öblöt. Az európai kultúra bölcsőjében Mezopotániában a babiloni és asszír birodalmak i.e. 600 körül már jól kiépített hadiút-hálózat található. A birodalmak nagy városaiban a szentélyekhez vezető utakat kőlapokkal burkolták, azok hézagait természetes aszfalttal öntötték ki. Kr.e 700-ból származik az első úttörvényről szóló asszír-feliratos kőtábla. A görög városállamok főútjait is kőburkolatokkal látták el. A rómaiak tartós és teljesítő képes utak építésre törekedtek, az egykori birodalom területén több helyen még ma is eredeti kiépítésben találhatók kisebb szakaszok. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 1

5 1.1. kép. Római út maradványai Szombathelyen A rómaiak már átgondoltan és körültekintően dolgoztak, különösen akkor, amikor az állam által fenntartott nyilvános közutakat (via publica) építették. Felismerték a megfelelő víztelenítés fontosságát, az út alapozásának szükségességét, mesterei voltak a bevágások kialakításának és a töltések építésének. Az építés mellett folyamatos útfenntartást is folytattak. A szenátus i.e. 312 ben döntést hozott a fent már említett Via Appia építéséről és a sugaras úthálózat szerkezet kialakításáról. Ennek egy ma is látható részletét mutatja be a 1.2. kép. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 2

6 1.2. kép. A 2300 éves Via Appia Antica Rómában A római birodalomban jellemzően tetőszelvényes kialakítású útpályát építettek, nagy hangsúlyt fektetve a pálya víztelenítésére. Ezt példázza az un. krétai kőút kialakítása, ahol a tetőszelvényes kialakítású útpálya két oldalán lévő vízelvezető árkokat kővel burkolták. (1.3. ábra) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 3

7 1.3. ábra. Egykori krétai út A nagyobb fontosságú római utak szélessége elérte a 10 métert, a forgalom két sávban haladt rajtuk. A növényzet eltávolítását követően először a kétoldali vízelvezető árkokat alakították ki, a talajt kézzel vontatott nehéz hengerekkel tömörítették. A tömörített talajra több rétegben lapos köveket, majd tört köveket raktak, amely köveket póznára függesztett súlyok ejtésével ágyazták be. (A tört kőanyagot úgy állították elő, hogy a nagyobb köveket boglyákban tűzzel átforrósították, majd hideg vízzel locsolva repesztették.) A rakott kőalapra szegély-kövek közé meszes kötőanyagú betont vittek fel, ebbe ágyazták a burkoló köveket, burkoló kőlapokat. (1.4. ábra) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 4

8 1.4. ábra. A római birodalom főútvonalain épített pályaszerkezet felépítése Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 5

9 A római úthálózaton olyan kocsikkal és társszekerekkel folyt a szállítás, a szállítások napi teljesítmény km volt. A futárok váltott lovakkal 24 óra alatt 240 kilométert tettek meg úgy, hogy az út menti állomásokon ettek és cseréltek lovakat. A római birodalom mintegy hat évszázados tündöklése alatt a terjeszkedő birodalom összesen mintegy km hosszúságú úthálózatot épített, amely Rómát Európa szinte valamennyi térségével a Közel Kelettel és a birodalom legtávolabbi afrikai tartományaival is összekötötte. (1.5. ábra) 1.5. ábra. A római birodalom által épített úthálózat Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 6

10 A római birodalom bukása után nem volt útépítés. Az újabb útépítési igényt később az iparosodás váltotta ki, A XVII.-ik században alakul ki Európában a francia és az angol útépítési gyakorlat. Franciaországban a központosított királyság törekedett egy egységes országos úthálózat kialakítására, fejlesztésére és fenntartására. Ezért 1699-ben kinevezik az országos hatáskörű első királyi útfelügyelőt, 1747-ben megkezdi működését az Écol des Ingenieur des Ponts et Chaussées, azaz a Híd- és Útépítő mérnökképző főiskola. Pierre Trésaguet francia mérnök 1764-ben bevezeti az un. rakott-kő alapú korszerű útpályaszerkezetét. Trésaguet útjai 5,5 méter szélesek, cm vastagok, tehát lényegesen kisebb anyagigényűek, mint a római utak. A földműre első menetben csúcsaival felfelé álló rakott terméskő alapot helyeztek el, amely hézagai közé kiékelő zúzalékkal döngöltek be. Erre a felületre kb cm vastagságú zúzottkő réteget terítettek, amelyre 5-10 cm vastag kisebb szemnagyságú (dió nagyságú) zúzalékot vittek fel ábra. Rakott terméskő alapú zúzottkő út Angliában a Parlament 1663-ban hozta meg az első turnepike törvényt, amelynek alapelve sorompósvámos utak létesítése volt. Az építéshez hitelt vettek fel, a törlesztés és a fenntartást a vámokból fedezték. John Metcalf a francia Tresaguet technológiáját alkalmazva mintegy 300 km-nyi út építését irányította Angliában ban Thomas Telford tökéletesítette a rakott terméskő alapréteg készítésének technológiáját méret szerint válogatva a rakott köveket és pontosabb kiékelési technológiát alkalmazva nagyobb teherbírású alapot épített. Telford előírása szerint az útpálya szintjét a mértékadó talajvíz szintjéhez képest legalább 0.9 méterre ki kellett emelni. A skót születésű John Loudon Mac Adam bristoli kerületi útfelügyelő 1822-ben bevezetett újításának lényege az volt, hogy a nem túl termelékenyen építhető rakott terméskőalap helyett mintegy 25 cm össz-vastagságú, több rétegben felvitt zúzottkőpálya építését vezette be. A földműre elsőként 55/80 vagy 55/100 mm-es méretű durva zúzottkövet vittek fel cm-es laza terítési vastagságban, erre már kisebb szemcseméretű zúzottkövet terítettek 6-8 Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 7

11 cm-es vastagságban, amelynek a felületére általában még kisebb méretű un. hengerlési zúzalékot is szórtak, illetve hengereltek be kiékelésként. (1.7. ábra) 1.7. ábra. Többrétegű (szórt zúzalék alapú) zúzottkő-út Mac Adam tervei alapján Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 8

12 Mac Adam neve olyannyira ismertté vált, hogy a zúzottkő burkolatokat az egész világ makadám burkolatnak nevezi. Mivel a hengerléses kiékeléshez vizet is permeteztek a kötőanyag nélküli makadámokat vizesmakadámnak hívják nevezi, sőt a későbbiekben -a hígított bitumennel kötött változataik- gyűjtőnéven aszfalt-makadám elnevezést kaptak Az útpályaszerkezetek fejlődése a XIX.-ik században A kötőanyag nélkül készített makadámok fenntartásánál a felületen lévő kisebb szemcsék állandó pótlása jelentette a fő gondot, hogy még lovas-kocsis forgalom esetén is porosak zajosak voltak, ezért; A nagyobb települések, városok főútján (útjain) a makadám burkolatra kőburkolatokat fektettek, jellemzően a 8 cm élhosszúságú un. kiskocka követ, illetve a 18 cm élhosszúságú nagykocka követ. A külső szakaszokon olyan anyagokkal próbálkoztak, amelyek egyrészt port lekötötték, másrészt kötő hatásukkal stabilizálták a felületen lévő kisebb kőszemcséket. Erre kezdetben kizárólag a kátrány olajat permeteztek ki, de 1829-ben Lyonban, 1832-ben Londonban kátránnyal kevert záró-réteget is építettek már a makadám burkolatra ben feltalált portlandcementet először 1865-ben egy skóciai út burkolásánál használták ben felfedezték, hogy a forró állapotúra hevített természetes aszfalt (Naturasphalt) porítható, majd abból vízzáró aszfaltburkolat építhető. A század második felében Európa több állama a közép-amerikai Trinidad sziget aszfalttavából importált kötőanyagot használta. Közben az Európai kontinensen is kezdték keresni és feltárni a természetes aszfalt lelőhelyeket A magyar aszfalttechnológia kialakulásának kezdeti eseményei Európában két jelentősebb természetes aszfalt előfordulást találtak, 1849-ben a svájci Val de Traves-i, majd 1864-ben az erdélyi Felső-Dernai és Tatarosi aszfalt-hegyeket. Derna-Tataroson a természetes aszfaltot tárnákban bányászták. Az egykori leírások szerint méter mélységig öt réteg-előfordulás volt. A bányászott földszurok 80 %-a finomszemcsés ásványi anyag volt, a bitumenes kötőanyag így jellemzően 20% körüli volt. Feldolgozás: egy 25 méter hosszú kazán alján egy végtelenített csiga mozgott, ami előre vitte az előzetesen aprított és szétválasztásra váró anyagot. A kazánt vízzel töltötték fel, amelyet gőzhevítéssel állandóan forrásban tartottak. A forró víz a bitument leválasztottal, a nehezebb sűrűségű ásványi anyagot a csiga kihordta, a kazán felső részén elhelyezkedő bitumenes vizet túlfolyón víztelenítő üstökbe vezették. A víz nagy részétől leválasztott bitumenes alapanyagot un. vacuumos kazánokba vitték ben Nagyváradon jegyezték be a Magyar Asphalt Vállalat elnevezésű cégeta Magyar Asphalt Rt. a budapesti Kristóf téren öntöttaszfalt burkolatot épít 1874-ben. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 9

13 1.4. Az útépítés fejlődése a motorozáció kialakulásának kezdeti időszakában. Az Amerikai Egyesült Államokban 1877 óta használtak elterjedten aszfaltokat. az 1800-as évek végére San Francisco, New York és Chicago fontosabb útvonalait aszfalttal burkolták. Más amerikai nagyvárosokban az elmúlt század utolsó két évtizedében pedig cementbeton burkolatokat építettek. A századfordulót megelőző közvetlen időszak nagy újdonsága közé tartozott a kőolaj ipari méretű feldolgozása, továbbá a benzinüzemű gépkocsik megjelenése és fantasztikus ütemű terjedése. A gépkocsik igényelték a mind több hajtóanyagot, a mind több hajtóanyag előállításával viszont egyre nagyobb mennyiségben képződött az a desztillációs maradék, amely ma is a bitumengyártás alapanyaga. Ez a kölcsönhatás eredményezte azt, hogy a bitumen egyre inkább az útépítés meghatározó kötőanyagává vált. A nagyobb sebességű gépkocsik gumiabroncsainak szívó hatását, a kötőanyag nélküli klasszikus makadám-burkolatok már nehezen viselték, új bitumenes technológiák terjedtek, kezdetét vette az aszfalt-makadámok építése, a különféle aszfalt-masztixos technológiákból kialakultak az öntött-aszfaltok, a döngölt-aszfaltokból pedig a hengerelt-aszfaltok. Hengerelt aszfalt építését magyar és német szakirodalmi közlések szerint Vidéky László magyar mérnök már ban szorgalmazta Az útpályaszerkezetek fejlődése Magyarországon 1850-től A szabadságharc bukását követően - a centralista hatalom 1850-ben a főbb útvonalakat állami kezelésbe vette, ezzel kezdetét vette az utak rendszeres karbantartása. A kiegyezés utáni felelős magyar minisztérium megalakulásával a Közmunka- és Közlekedésügyi Minisztérium hatáskörébe került az útügyi igazgatás, amely ben szervezte meg az Államépítészeti Hivatalt. A közutakról és vámokról szóló 1890 évi I. törvénycikk hazánk útjait hat csoportban sorolta, megkülönböztetve az állami, a törvényhatósági, a községi, a vasúti hozzájáró utakat, a közdűlő és magán utakat. Amíg az közötti 40 év alatt km főleg törvényhatósági (megyei, városi) út épül, addig az 1890 utáni másfél évtized alatt km új utat építettek, az évi teljesítmény tehát megnőtt ben a (nagy)magyarországi úthálózat teljes hossza km volt, ebből km volt állami kezelésben. A községek egyharmadának ugyan nem volt burkolt útja, de a nagyobb városok fontosabb útjai burkoltak voltak. Király Kálmán 1918 évi könyve alapján az 1.1. táblázat az 1914-évi állapot szerint mutatja be a különféle útburkolati anyagokkal burkolt felületek mennyiségét négy európai főváros eseteire.(ez a kimutatás a vizes-makadámot burkolatnak tekintette városi úthálózaton is.) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 10

14 Burkolt útfelületek Európa négy fővárosában 1914-ben. Burkolat-típus Burkolat felület, m 2 -ben 1.1. táblázat Párizs Berlin Bécs Budapest Kockakő Aszfalt Fakocka Keramitkő Makadám Összesen: Érdekesség, hogy Párizs igen kis mennyiségben, Berlin egyáltalán nem épített városi burkolatként vizes makadámot. láthatjuk továbbá azt is, hogy a keramit burkolat építése budapesti specialitás volt. Az első világháborút követő években Magyarországon elsősorban csak útfenntartási munkák folytak, felületi bevonatokat készítettek, emellett az olcsóbb és a kisebb bitumenmennyiségek felhasználását igénylő higított bitumenes (itatott-, kötőzúzalékos-, és kevert) aszfaltmakadámok építése került előtérbe. A derna-tatarosi bánya kimaradásával az öntöttaszfalt és a hengerelt aszfalt építések háttérbe szorultak, trinidadi, albán seleznizzai (szelezsnyicai) továbbá román nyersolajak feldolgozásából származó, és később barabásszegi bitumeneket is használtak. Az 1930-as évektől népszövetségi kölcsönökből azonban jelentős útépítések indultak be. Megkezdődött a hazai főútvonalak nagyszabású korszerűsítése cementbeton burkolatok építésével, amit sok szakmai vita és több kísérleti építés előzött meg. Feltehető, hogy a cementbeton burkolat alkalmazásában a hazai cementgyárak ösztönzése mellett a német példa is szerepet játszott, ott katonapolitikai, harcászat-műveleti szempontok alapján is előtérbe került a betonburkolatok építése. Mindenesetre a hazai főútvonalakon 1942-ig kb km összhosszban épült jellemzően 15 cm vastagságú betonburkolat. A II. világháború után a km országos úthálózat; 14%- a aszfalt vagy betonburkolat, 70%- a zúzott makadám, 16%- a földút volt. A világháború igen nagy kárt tett a közúti-, és vasúti hídállományban, ezek helyreállítása mellett útépítésre nem volt anyagi erő, a fenntartási munkák is igen mérsékelt szinten folytak. Ennek ellenére az ötvenes évek elején még egy rövid virágkora volt a magyar útépítésnek, ekkor a főútvonalak országhatárokhoz közeli részein még további 400 km betonút épült. Az ötvenes évek végére magyar úthálózat állapota már jelentősen elmaradt az átlagos európai színvonaltól is. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 11

15 Nagylengyel környékén az ötvenes évek elején nagy mennyiségű kőolajat találnak, ennek az un. sűrű kőolajnak azonban csak mintegy 40%- át lehet fehérárúként (hajtóanyagnak) feldolgozni, 60%- a bitumengyártási desztillációs maradék Megkezdi termelését a Zalai Kőolaj Finomító, amely nagy mennyiségben építőipari, brikett-ipari és kiváló minőségű útépítési bitumeneket gyárt. Bár a szükséges mértékben még mindig nem volt elegendő anyagi erő új utakat építeni, ismét beindul a hazai öntöttaszfalt és hengereltaszfalt gyártás-építés, emellett előtérbe kerülnek a higított bitumenes technológiák, főleg az itatott-aszfaltmakadámok építése. Eközben a Zalai Finomító olyan mennyiségben állít elő bitument, hogy számos országba képes exportálni útépítési bitument is körül felgyorsul a motorizáció, 1962-ben megindul az első magyar autópálya - a Budapestet a Balatonnal összekötő M7 autópálya - építése, amelyet még betonburkolatú pályaként terveztek. Jelentős fejlődést, minőségi javulást kezd azonban felmutatni a hazai aszfalttechnológia, alapozva a bitumen ellátási helyzetre is. Sorra létesülnek a keverőtelepek, az országban egyenletes területi eloszlásban. Ezt a 1.9. ábra mutatja be ábra. Aszfaltkeverő telepek Magyarországon 1980-ban A magyar útépítő ipar nagyiparrá vált, az közötti években évi 6 7 millió tonna aszfaltot állítottak elő és építettek be. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 12

16 Az 1930-as években épített betonburkolatok elhasználódtak, aszfaltburkolattal lettek átépítve, a állami kezelésű utak nagy részét korszerűsítették, megerősítették. (1.10. ábra) A 6000 km-nyi összhosszúságú főúthálózatra megfelelő teljesítményű aszfalt-pályaszerkezet épült. 10. ábra. Az állami kezelésű úthálózat burkolat-fajtáinak alakulása között Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 13

17 1974-ben megindul az M1, 1978-ban az M3 és 1979-ben az M5 autópályák építése. Ezen az évenként nem túl nagy hosszakban épített- autópályák minőségi színvonala semmiben nem maradt el az európai mércétől, szolgáltatási színvonaltól. Az útüzemeltetés, az útfenntartás, az útügyi igazgatás tárgykörébe tartozó tevékenységek is dinamikusan fejlődtek. Közben a hazai kőolaj-készletek már nem tudták fedezni a hajtóanyag (benzin, gázolaj) és a különféle finomított olajárú és kenőanyag szükségleteket, az ország kőolaj importra szorul. Százhalombattán üzembe helyezik az ország legnagyobb kapacitású finomítóját, amely finomító úgyszintén gyárt útépítési bitumeneket. Magyarország ekkor a Szovjetunióból szerzi kőolaj szükségletének döntő hányadát. Az első, de főleg az 1982 évi második olajválság hatását Magyarország sem kerülhette el. A bitumen ára néhány év alatt megötszöröződött, vissza kellett fogni a beruházásokat. Így től az ország évi aszfalttermelése 1,5-2,2 millió tonnára esik vissza. Nem javult a helyzet jelentősebben a rendszerváltás után sem, bár a gyorsforgalmi úthálózat továbbépítése kisebb-nagyobb ütemben folytatódott től hosszú időn át csak évi 2-3 millió tonna aszfaltot gyárt és épít be a hazai útépítés. Az utóbbi néhány évben (a gyorsforgalmi úthálózat intenzívebb fejlesztésének vonzataként ismét növekedni kezdett az aszfaltgyártás volumene, ban 6 millió tonna aszfalt gyártásával. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 14

18 2. Az útpályaszerkezetek típusai, klimatikus és forgalmi igénybevételek, leromlási jelenségek 2.1. Az útpályaszerkezet és felépítése Cél: a forgalom számára alkalmas és biztonságos burkolatfelület létesítése úgy, hogy a jármű terhelések okozta feszültségek, alakváltozások az útpálya-szerkezet egyes rétegein fokozatosan lecsökkenjenek, így a földműre már csak tartósan elviselhető kis igénybevételek jussanak. Az útpályaszerkezet fő elemei: Földmű (szükség szerint fagyvédő és/vagy javító rétegekkel) Burkolat alapok (alaprétegek) Burkolat, burkolati rétegek (aszfaltrétegek, vagy betonburkolat) 2.2. Útpályaszerkezet típusok Merev pályaszerkezet: Kötőanyag nélküli alaprétegre, inkább hidraulikus kötésű alaprétegre épített cementbeton burkolat (2.1. ábra.) Előnyök: keréknyomvályú képződés nem lép nagy (30 éves) élettartam Hátrányok: Hézagolt (nem folytonos) szerkezet Kevésbé kellemes utazásérzet Téli fenntartása költség és munkaigényes Nehezebben felújítható cm cm 2.1. ábra. Merev pályaszerkezet Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 1

19 Félig merev pályaszerkezetek: Hidraulikus kötésű alaprétegekre (stabilizációs rétegekre, sovány beton alapokra) épített aszfalt pályaszerkezet. (2.2. ábra) Előnyök: kellemes utazásérzet jó fenntarthatóság, javíthatóság több talajcsoport jól stabilizálható, ezért gazdaságos építési lehetőség Hátrányok: túl vékony aszfalt pályaszerkezet a hidraulikus alaprétegre nem építhető reflexiós repedések alakulhatnak ki az aszfalt pályaszerkezetben 2.2. ábra. Félig merev pályaszerkezet Hajlékony pályaszerkezetek: ZA-jelű, FZKA jelű kötőanyag nélküli alaprétegekre, aszfalt alsó alaprétegekre, régi aszfaltmakadám burkolatokra épített aszfalt pályaszerkezet. (2.3. ábra) Előnyök: kellemes utazásérzet reflexiós repedések nem alakulnak ki lépcsőzetes kiépítési mód lehetősége jól fenntartható, jól felújítható Hátrányok: Nagyobb maradó alakváltozási (nyomvályú képződési) hajlam, Az ország területének csak kisebb részén építhető gazdaságosan Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 2

20 2.3. ábra. Hajlékony pályaszerkezet 2.3 Az útpályaszerkezeteket érő klimatikus és forgalmi hatások A földművek állékonyságának biztosítása Az útpályaszerkezet élettartama döntő mértékben függ a földmű minőségétől, állékonyságától. A földmű terheléssel szembeni ellenálló-képességét alapvetően meghatározza: a földmű tömörsége a talaj összetétele és víztartalma által megszabott teherbíró-képessége A fagy földműbe való behatolása; A levegő hőmérsékletétől, A talaj összetételétől, A talaj hézagtartalmától, A talaj víztartalmától egyaránt függ A talajok minősítése fagyveszélyesség szempontjából a.) Szemcsés talajok: A szemcsés talaj száraz állapotban ömlesztett halmazt alkot, amelynek szemeloszlása határozható meg a 2.1. táblázat szerint. (Szemcsés halmazból a plasztikus index nem határozható meg.) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 3

21 A fagyveszélyesség mértéke fagyálló fagyérzékeny fagyveszélyes Megnevezése a talaj Homokos - kavics, kavicsos - homok, Homok 2.1. táblázat Szemeloszlásának jellemzése 0,02 mm-nél 0,10 mm-nél kisebb szemcsék, m% < 10 % < 25 % iszapos kavics, % 25-40%> iszapos homok % %> iszapos kavics, > 20% > 40 % iszapos homok, >15 % > 40 % Homokliszt, <10 % > 50% Iszapos homokliszt >10 % > 50% b.) Kötött talajok minősítése fagyveszélyesség szempontjából. A kötött talajokat plasztikus index alapján kell minősíteni a 2.2. táblázat szerint. fagyveszélyességének mértéke fagyérzékeny fagyveszélyes a talaj megnevezése Sovány agyag, közepes agyag kövér agyag homokliszt, iszapos- homokliszt, iszap, 2. táblázat Plasztikus indexe, I p % % % > 30% < 5 % 5 10 % % ha a kötött talaj plasztikus indexe I p = 1-15 %, akkor fagyveszélyes, ha a kötött talaj plasztikus indexe I p > 15 %, akkor fagyérzékeny Fagykár veszély Akkor áll fenn ha; A földmű fagyzónába tartozó része fagyérzékeny, vagy fagyveszélyes talajból áll, A fagyzónába tartozó talajba a talajvízből kapilláris úton, oldalról a padkából, vagy felülről a repedéseken keresztül víz juthat és dúsulhat fel. (Kapilláris úton akkor, ha 30 évre visszamenően a talajvíz a pályaszintet 2 méternél jobban megközelíti) A hidegmennyiség elegendő (tartós hidegek) ahhoz, hogy jéglencse kialakuljon. A fagyási gócok eltávolítják egymástól a talajszemcséket, szívóhatás jön létre, a környezetben lévő víz a fagyási góc irányába mozog. A jég térfogat-növekedése megemeli a pályaszerkezetet. (Fagykár a forgalom nagyságától függetlenül is előállhat.) Olvadási kár Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 4

22 A fagyperiódu(ok) után a fagyott talaj felenged. A felülről, oldalról bejutó víz hatására a földmű víz-tartalma megnövekedhet, az olvadás következtében felszabaduló víz csak lassan tud eltávozni. Az olvadási zóna alatt lévő réteg esetleg még fagyott, vízzáró jellegű. ) A megnövekedett víztartalmú földmű teherbírása lecsökken, a forgalom hatására káros mértékű deformációk keletkeznek a pályaszerkezetben. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 5

23 Védekezési módok fagy- és olvadások károk ellen Védekezés fagykár ellen a pályaszerkezet alá fagyvédő réteg építése talajvízszint süllyesztés, vagy a rétegvíz esetén annak elvezetése szivárgóval, az útpályaszerkezet szintje legalább 2 méterrel feljebb helyezkedjen el a talajvízszint fölött Védekezés olvadási kár ellen a.) Új utak építése esetén: Ha fagyérzékeny, vagy fagyveszélyes a talaj, akkor fagyvédő réteget kell tervezni, építeni, Vízzáró padkaburkolat tervezése építése, Megfelelő víztelenítési rendszer tervezése, építése és folyamatos fenntartása. b.)régi utak esetében: 2 m-nél kisebb bevágásokban 1:10 hajlású részű kiképzése, hófogó erdősávok telepítése, a hó rendszeres eltakarítása a padkáról, a víztelenítési rendszer minden elemének folyamatos karbantartása, olvadási periódusban forgalom korlátozás, 2.4 Az aszfalt pályaszerkezetek egyes rétegeinek szerepe és forgalmi igénybevételei. Funkció szerint megkülönböztetünk: Kopóréteg: - kopóréteget - kötőréteget - aszfalt alapréteget Az időjárási hatásokat és a forgalomból származó hatásokat a kopóréteg viseli közvetlenül. Megkülönböztetett fontosságú réteg. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 6

24 Követelmények; Nedves időben is megfelelő csúszás ellenállása legyen A kopóréteg felületén alkalmazott zúzalék polírozódási ellenállása fontos követelmény. Legalább 10 nyári időszak elteltével se alakuljon ki a felületén a megengedettnél nagyobb kerék-nyomvályú mélység. Jó hidegviselési tulajdonságú legyen, öregedése ne legyen túlzott mértékű, habarcskiverődés, felületi ritkulás, termikus repedezettség ne alakuljon ki. Felületi egyenletessége megfelelő legyen, ez egyben a járművek menetzajának csökkentése irányába ható követelmény is. A járművek utáni vízfelverődés ne legyen nagy. A fényszórók visszatükröződő hatása csapadékos, nedves időben elfogadható szintű legyen. Tisztíthatósága, téli üzemeltetése jól biztosítható, könnyen teljesíthető legyen. Kötőréteg: A kötőréteghez (a felső alap-, teherelosztó réteghez) az időjárási hatások csak csökkent mértékben jutnak el, - a kopóréteg megfelelősége esetén - a forgalomból származó erőhatások is mérséklődnek. A nyári meleg periódusban azonban a kötőréteg hőmérséklete csak néhány 0 C fokkal alacsonyabb, mint a kopórétegé. Olyan útszakaszokon, ahol nagy a nehéz gépjármű forgalom hányada, emellett a forgalom lefolyása lassú, fékezési és gyorsítási hatások vannak, a kötőrétegben jelentősebb csúsztató feszültségek keletkeznek. Ilyen forgalmi lefolyású útszakaszokon tehát a kötőréteg nyíróhatásokkal szembeni ellenállásának megfelelőnek kell lennie. Mindez a 2.4. és 2.5 ábrák összevetésével jól érzékelhető. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 7

25 2.4. ábra. A pályaszerkezet igénybevételei személygépkocsik kerekei alatt. Normálfeszültségek (Litzka Blab,TU Wien)) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 8

26 2.5. ábra. Aszfalt pályaszerkezet igénybevételei tehergépkocsik kerekei alatt.(nyírófeszültségek. (Litzka Blab Tu Wien) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 9

27 Aszfalt alapréteg: A még megfelelő plasztikus alakváltozási ellenállás és téli hidegviselkedési tulajdonságok biztosítása mellet, az ismétlődő hajlító-húzó feszültségekkel szembeni ellenálló képességük legyen jó. (Ez csak úgy biztosítható, ha az aszfalt alaprétegek gyártásához is megfelelő minőségű ásványi alapanyagokat, megfelelő minőségű kötőanyagot kell használni. Az aszfalt alapréteg nem tekinthető másodlagos, a kopó- és kötőrétegnél jóval kisebb fontosságú rétegnek.) 2.6. Az aszfaltburkolatok leromlási, tönkremeneteli jelenségei Leromlási, tönkremeneteli jelenségek? jelentős mennyiségű fáradási repedés alakul ki (alulméretezett szerkezet jelentős forgalommal, a földmű elvizesedik, abban jelentős teherbírási problémák állnak elő, a felületi tulajdonságok jelentősen romlanak ( aszfaltburkolatokon nagy számban keletkeznek hossz-, és keresztirányú repedések, betonburkolatoknál repedések keletkeznek a táblavégek szintjei között nagyobb eltérések alakulnak ki keréknyomvályú képződés kialakulása korai időszakban és/vagy kivételesen nagy és tartós nyári melegek esetén, technológia hibákra visszavezethető korai tönkremeneteli jelenségek (pl. tömörítetlenség, a felület elsíkosodása, stb.) extrém hatások (földrengés, árvíz, stb.) A viszkoelasztikus aszfaltok esetében a két fő tönkremeneteli jelenség jellemzően a keréknyomvályú képződés és a repedések kialakulása, terjedése Az aszfaltok nyomvályú képződését befolyásoló tényezőkről. Az aszfalt viszkoelasztikus anyag, ezért valamilyen mértékű maradó alakváltozást (nyomvályúsodást) mindig szenved a kerékterhelések hatására. Ha 18 mm-nél nagyobb mélységű nyomvályúk alakulnak ki, illetve ha az esésviszonyoktól is függően- a keréknyomvályúban több milliméteres vízmegállás alakul ki, akkor a keréknyomvályút meg kell szüntetni. Ha a kopóréteg aszfaltja hajlamos keréknyom vályúsodásra, annak megszüntetése egyszerűbb feladat, ha a kopóréteg alatti aszfaltrétegek (kötőréteg, aszfalt alapréteg) plasztikus alakváltozási ellenállása nem megfelelő, akkor a javítás összetettebb és költségesebb megoldás. A nagy és rendkívül nagy, agresszív hatású forgalmak esetén az aszfalt pályaszerkezeten kialakulnak keréknyomvályúk. Nem mindegy azonban, hogy a nyomvályú-képződés időbeni kialakulása a tervezési élettartam alatt milyen ütemű, és milyen nagyságú. Ha a maradó plasztikus alakváltozás a kopó- és kötőréteg esetében, vagy egyes esetekben az aszfalt alaprétegek esetében viszonylag korai időpontban alakul ki, akkor azt az aszfaltkeverék nem megfelelően megtervezett anyagi tulajdonságai okozza. Az aszfaltok nyomvályú-képződési hajlama ellenében tudatos anyagtervezéssel hatékonyan lehet védekezni. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 10

28 Az aszfaltok nyomvályúsodásában szerepet játszó főbb tényezők: a.) a nehéz járművek terheléséből adódó hatások: a nehéz járművek száma, a nehéz járművek konstrukciós kialakításából és hasznos terhelhetőségükből adódó un. "agresszivitási" hatások, a megengedett tengelyterhelések nagysága. b) Az útszakasz adottságaiból, a forgalom lefolyási jellegéből adódó hatások: átkelési szakaszok, körforgalmi csomópontok, jelzőlámpás csomópontok, hosszú emelkedők esetében lassú forgalom, fékező indító hatások. az útpálya keresztmetszeti és geometria kialakításából adódó hatások, például keskeny forgalmi sávok esetében azonos nyomon,. "csatornázottan " közlekedő járművek. (Ezt kedvezőtlen hatást szimulálja a 2.6. ábra) Kis sugarú ívek, ahol a nyíró igénybevételek nagyobbak, az útszakasz forgalmi kapacitása, amely a járművek (átlagos) sebességére kihatással, igen nagy forgalmú szakaszok esetében a külön sávok (kamion-, buszsávok) sávok tervezésének, építésének elmaradása, aminek többféle kihatása is lehet (ez egyelőre még nem hazai problematika) ábra. A deformáció alakulása a sávszélesség függvényében osztrák vizsgálatok alapján (Litzka Blab TU Wien) Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 11

29 c) Klimatikus hatások: szélsőségesen nagy nyári hőmérsékletek, a nyári meleg időszakok időtartama, a napsütéses évenkénti összes időtartam, a napsütés intenzitása. Megjegyzés: a téli hőmérsékleteknek is fontos - és nem elkülönítetten kezelhető! - szerepe van. d) Az aszfaltkeverékek jellemzői: az aszfaltkeverék ásványi vázának granulometriai jellemzői (D max, szemszerkezeti minőség, szemeloszlás) az ásványi váz minősége (belső súrlódás) a bitumen minősége (keménysége) a bitumentartalom mennyisége (szabadhézag, kitöltöttség) Repedések kialakulása Alulról induló repedések A repedésképződés többféle ok folytán alakul ki. Az aszfaltburkolat élettartama során különböző repedésképek alakulnak ki, keresztrepedések, elágazásos repedések, hálós repedések. (2.7. ábra.) A nagy megnyílású keresztrepedések általában félig merev pályaszerkezet esetében jelennek meg, a hidraulikus alaprétegek termikus mozgásából alakulnak ki. A repedések kialakulását tekintve egyik jellemző tönkremeneteli forma az, amikor az aszfalt kopóréteg hosszcsatlakoztatási vonala megnyílik, a megnyílás mentén kagylós repedések alakulnak ki. 2.7 ábra. Különféle repedések Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 12

30 A felülről induló repedés-képződés mechanizmusa, a repedések terjedése: A szabad elmozdulásában gátolt aszfaltban a téli lehűlések hatására termikus feszültségek ébrednek és halmozódnak fel. Ennek nagysága függ a tömörített réteg aszfaltjának húzószilárdságától, az aszfalt merevségi modulusától, lineáris hőtágulási együtthatójának értékétől és a bitumen minősége által befolyásolt relaxációs képességétől. Az aszfalt akkor reped meg, ha a termikusan keletkező és felhalmozódó húzófeszültség ugyanolyan értékűvé válik, mint az aszfalt húzószilárdsága. Kiindulási állapot A kopórétegben egy-egy keresztmetszetben homogén és inhomogén szövetszerkezetű aszfalt egyaránt előfordulhat. (A burkolat széleit kevésbé jól tömörítik, a hossz-csatlakoztatási vonalat nem készítik el szakszerűen, az aszfalt a széleken szétosztályozódott, elvékonyodott, stb. A hibás helyeken az aszfalt d h húzószilárdsága kisebb Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 13

31 A mikrorepedések kialakulása, fejlődése a téli lehűlések során Az alakváltozásában gátolt (leragasztott, együtt-dolgozó) aszfaltrétegben a lehűlés során d T termikus feszültség ébred és halmozódik fel. Ha a lehűlések következtében d T ³ d h feltétel előáll, akkor megjelennek az első mikrorepedések. A mikrorepedések továbbfejlődése Az első mikrorepedések megnyílnak, a csúcsfeszültség mentén gyorsan továbbfejlődnek Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 14

32 A repedések réteghatárig való lehatolása. A repedés lehatol, eléri a kopóréteg alsó síkját A repedések továbbfejlődése a határfelületen A két aszfaltréteg közötti összekötöttség nem 100 %- os a rétegek határfelületén, ezért a repedés a határ-felület mentén is létrejön. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 15

33 Összetöredezett, kátyús felületek kialakulása A repedéseken lehúzódó és ott összegyülemlő víz rontja a két réteg összekötöttségét, amit gyorsít a forgalom pumping - hatása és a fagyási- olvadási ciklusok hatásai. A repedések mentén a kopóréteg összetöredezik, kátyúk képződnek. Tipikus tönkremeneteli hiba A rosszul kivitelezett hosszcsatlakoztatás megnyílik, az aszfalt kopóréteg a megnyílás mentén kagylósan összetöredezik. Minden nem szakszerűen kivitelezett csatlakoztatásnál (aknafedél, közműcsere utáni visszaburkolásnál hasonló mechanizmus alapján alakulnak ki kátyúk. Ezek a kopóréteg mélységéig terjedő un. sekély kátyúk. Mindezt az 2.8. ábraként bemutatott fényképfelvétel is bemutatja. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 16

34 2.8. ábra. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 17

35 3: Útpályaszerkezetek állapotvizsgálata, mérései Az előadás áttekintést ad az útpályaszerkezetek építés közben végzett méréseiről, a kész pályaszerkezet megfelelőségével kapcsolatos méréseiről valamint a meglévő utak állapotfelvételével kapcsolatos méréseiről. Az egyes pályaszerkezeti rétegeken elvégzendő fontosabb vizsgálatok a következők: Földmű: Szemcsés alapréteg: Kötőanyagos alapréteg: Burkolati réteg: Kötőréteg: Kopóréteg: Kész pálya: Meglévő pályaszerkezet: víztartalom, tömörség, teherbírás víztartalom, tömörség, teherbírás rétegvastagság, teherbírás, keverék jellemzők rétegvastagság, keverék jellemzők rétegvastagság, keverék jellemzők rétegvastagság, felületi jellemzők, keverék jellemzők rétegvastagság, felületi jellemzők, keverék jellemzők rétegvastagság, felületi jellemzők, keverék jellemzők A fenti vizsgálatok egy részét az egyes rétegek előadásainál tárgyaljuk. Az előadás során azokat a vizsgálatokat mutatjuk be,amelyik nem egyértelműen köthető valamely réteghez, illetve a meglévő pályaszerkezetek állapotfelvételével kapcsolatos méréseket. Földművön elvégzendő vizsgálatok Víztartalom és tömörség A földművek építésénél két legfontosabb vizsgálat a réteg víztartalmának és tömörségének meghatározása. A víztartalom mérés hagyományos eljárása a kiszúróhengerrel végzett mintavétel,amikor a réz hengert benyomják a vizsgált rétegbe,majd ásóval alányúlva kiemelik,a henger alján és tetején egyenesre vágják a mintát, zárt csomagolásban szállítják a laboratóriumba, ahol tömegállandóságig szárítva határozzák meg a víztartalmát. Tömörségmérésnél az alaplemezt a talajra rögzítjük, annak nyílásán keresztül kiemeljük a talajmintát,azt edénybe helyezzük, laboratóriumban mérjük a tömegét. A minta kiemelése után felhelyezzük a gumimembrános mérőhenger, segítségével határozzuk meg a kiemelt talaj térfogatát. A tömegből és térfogatból számíthatóa sűrűség. A laboratóriumban meghatározott maximális sűrűségből számíthatjuk a tömörséget. 3.1.ábra: Víztartalom mérés, kiszúróhenger 3.2.ábra: Tömörségmérés, térfogatkitöltéssel Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 1

36 3.3.ábra: Tömörség- víztartalom mérés lapszondával 3.4.ábra: Tömörség- víztartalom mérés mélységi szondával Amint a fentiekből sejthető, a hagyományos eljárás rendkívül időigényes, hiszen a laboratóriumba szállítás a szárítás hosszadalmas, ezért szükség volt ennél gyorsabb eljárásokra is A hagyományos eljárás mellett izotópos eszközökkel is mérhető a sűrűség és a víztartalom. A két sugárforrás használatával lehet megállapítani a vizsgált anyag sűrűségét és víztartalmát. A térfogatsűrűséget 137-Cs gamma izotóppal, a víztartalmat 241-Am-Be neutron sugárforrással lehet mérni. A sugárforrásból kilépő radioaktív sugárzás az anyagban annak minőségétől függően elnyelődik, szóródik, a detektorra jutó sugárzás elektromos jellé alakítva arányos az anyag minőségével. Természetesen előzőleg különböző sűrűségű és hidrogén tartalmú etalonok segítségével kalibrálni kell a készüléket. A legtöbb készülék belső elektronikája képes eltárolni a mérési eredményeket, illetve ha a laboratóriumban meghatározott maximális testsűrűség értékét (r 0max ) előzetesen bevitték, akkor a mért sűrűség és ennek hányadosaként kiszámolja és megjeleníti a tömörség adatot is. Földmű teherbírás mérés: CBR vizsgálat A földmű teherbírásának meghatározására többféle eljárást használhatunk. A CBR (California Bearing Ratio) mérésen alapuló eljárás volt az első empírikus tervezési eljárás. Kifejlesztése között történt, hosszú, korábbi burkolat állapotváltozás megfigyelések alapján. Az eljárás igen egyszerű, a pályaszerkezet rétegeinek szükséges vastagságát a CBR érték alapján lehetet egy táblázatból meghatározni. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 2

37 A CBR mérést helyszíni és laboratóriumi körülmények között is el lehet végezni. A laboratóriumi mérést a Proctor eljárással készített próbatesten hajtjuk végre. A vizsgált talajt 50 mm átmérőjű hengerrel, adott sebességű tehernövekedéssel terhelünk. A penetrációs vizsgálat során felvesszük az erő függvényében a talaj benyomódását, majd a 2,5 illetve az 5,0 mm benyomódáshoz tartozó terhelő-erő értéket viszonyítjuk a 100%-os teherbírásúnak tekintett tömör zúzottkö rétegen kapott értékhez (lásd 7.ábra). A két hányados közül a kisebbet fogadjuk el, mint a mérés eredményét. Minden esetben legalább három mérést kell végezni, amennyiben a három mért érték terjedelme az átlag 50 %-át nem éri el, akkor azok átlagát fogadjuk el, mint a vizsgált talajt jellemző értéket. A terhelés során a henger köré terhelő gyűrűket kell helyezni, hogy talajtörés ne következzen be. Az eredetileg öt napig vízzel elárasztott talajon végezték a mérést,annak érdekében, hogy a legrosszabb talajállapotot vegyék figyelembe. A jelenlegi hazai gyakorlat szerint csak laboratóriumban végezzük ezt a mérést, a vizsgált minta víztartalma w opt +5 %! 3.5.ábra: Helyszíni CBR mérés elrendezése 3.6.ábra: Laboratóriumi CBR vizsgálat 3.7.ábra: CBR mérés terhelési diagramja és számítása 3.1.kép: Helyszíni CBR mérés Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 3

38 Földmű teherbírás mérés: tárcsás teherbírás mérés A helyszíni vizsgálatok esetén a tárcsás teherbírás mérést alkalmazzuk. Egy a talajra helyezett 30 cm átmérőjű tárcsát lépcsőzetesen első terhelésnél 0,05 Mpa lépcsökben,második terhelésnél pedig 0,1 Mpa lépcsőkben terhelünk. Minden terhelési lépcsőnél ki kell várni a konszolidációt. A terhelésről a 8. ábra szerinti diagram készül. Ennek terhelési vonalaira kiegyenlítő egyeneseket illeszthetünk, amiből merevség jellegű eredmény számítható. Az első terhelési vonal alapján az E 1 a második vonalalapján pedig az E 2 modulus számítható. 3.8.ábra: Tárcsás teherbírás mérés terhelési diagramja és számítása Ahol: p r s T t megoszló terhelés (0,3 Mpa) terhelőtárcsa sugara süllyedés tömörödési tényező 3.2.kép: Tárcsás mérés szélesítés esetén 3.3.kép: Tárcsás mérés talajon Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 4

39 A talaj teherbírását a második terhelésből számított E 2 [MN/m 2 ]értékkel jellemezzük. A második és első terhelésből számított E értékek hányadosát tömörségi tényezőnek nevezzük (T t = E 2 / E 1 ). Minél kisebb ez a szám, annál tömörebb az anyag, ennek javasolt maximális értéke 2-2,5. Alkalmazása a durva szemcsés anyagoknál célszerű, mert ezek tömörségét más módszerekkel nehezebb meghatározni. A tárcsás teherbírásmérésből, az y=1,25 mm-es süllyedést előidéző erő (p [N/mm 2 ]) alapján meg lehet határozni a C= p/y*0,4 [N/mm 3 ] ágyazási együtthatót. (A 0,4 =300/750 érték a Æ 300 mm-es tárcsával kapott értéket a Æ 750 mm-es tárcsa értékére számítja át, mivel az ágyazási együtthatót ekkora tárcsával kellene mérni!) A statikus terhelés mellett, kialakult a dinamikus mérési eljárás is, amit a mérés- és számítástechnika fejlődése tett lehetővé. A rögzített magasságról a tárcsára ejtett tömeg alatt a tárcsa besüllyed, ezt gyorsulásmérő rögzíti, ennek jelét kétszer integrálva kapjuk meg a süllyedést, a tömegerőből és a süllyedésből a mikroszámítógép meghatározza a dinamikus teherbírási modulust. Az eredeti könnyű ejtősúlyos berendezés 300 mm átmérőjű tárcsával dolgozik. Magyar szabadalom alapján elkészült egy 150 mm átmérővel rendelkező berendezés,aminek eredménye közelebb van a statikus modulushoz, illetve 3 sorozat ejtést alkalmazva a T t értékét is meg lehet határozni. 3.9.ábra: Könnyűejtősúlyos berendezés szerkezeti vázlata 3.4.kép: Helyszíni mérés Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 5

40 Burkolat teherbírás mérés, Benkelman A pályaszerkezeti rétegek esetén más mérési módszert alkalmazunk, ilyen Benkelman tartós behajlásmérés. A módszer lényege, hogy egy kétkarú mérleg elvén működő mérőkart (Benkelman tartó) helyezünk be egy 100 kn tengelyterhelésű gépkocsi hátsó, ikerabroncsos kerekei közé. Leolvassuk a mérőórát, majd a gépkocsi 3 5 m-t előre gurul, ismét leolvassuk a mérőórát. A módszer ugyan a burkolat rugalmas visszaalakulását méri,azonban a magyar szabvány szerint ezt nevezzük behajlásnak. A mérést 5 50 m-enként megismételjük, ezeket átlagoljuk, szórását meghatározzuk, ezekből számítható a mértékadó behajlás ábra: Benkelman behajlásmérő berendezés és mérési elve A mérés igen fontos feltétele, hogy a mérés bázisvonala a várható behajlási teknő vonalán kívül legyen., ezért van az első alátámasztási pont 1,5 m-re a keréktől. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 6

41 3.5.kép: Benkelman behajlásmérő berendezés Burkolat teherbírás mérés, Lacroix mérőkocsi Gyorsabb,termelékenyebb mérést tesz lehetővé Lacroix mérőkocsi. A gépkocsi alján van a mérőszerkezet,amit egy láncos szerkezet a kocsi mozgásának kétszeres sebességével mozgat,lehelyezi - ez a null állapot - a terhelt kerék a mérőpont fülé gurul - ez a második mérés - a két méréskülönbsége a behajlás. A gépkocsi kb. 4 km/ó sebességgel halad, kb. 4 m-enként kapunk egy mérési pontot. A mérés a kis sebességre való tekintettel szintén statikus mérésnek tekinthető. 3.6.kép: Lacroix behajlásmérő Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 7

42 3.11.ábra: Behajlási vonal A berendezés alkalmas a behajlási vonalfelvételére, aminek alapján kerék alatti behajlás görbülete további információt kapunk a burkolatról. Amint a 12. ábrán látható, a merevburkolat kisebb és elnyújtott behajlási vonalat eredményez, szemben a hajlékony burkolatok rövidebb behajlási vonalával ábra: Hajlékony és merev burkolat behajlási vonala Burkolat teherbírás mérés, Lézer mérőkocsi Még fejlesztési illetve kísérleti stádiumban van a kb. 60 km/ó mérési sebességgel dolgozó lézeres behajlásmérő. A terhelt mérőkocsi első tengelye mögött, a lehetséges behajlási vonaltól távol, megméri a burkolat keresztmetszeti vonalát, a továbbhaladás után, ugyanezen a helyen méri a hátsó, terhelt kerék hatására behajolt burkolat keresztmetszeti vonalát. A két mérés különbségét képezve kapható meg a behajlás ábra: Lézer mérőkocsi Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 8

43 Burkolat teherbírás mérés, ejtősúlyos berendezés A lézeres mérőkocsi már lényegében dinamikus mérési elven dolgozik, szemben a Lacroix és Benkelman méréssel. Azonban igazán dinamikus mérésnek az ejtősúlyos berendezéseket tekintjük. Ezek mérési elve a következő: Egy rugalmas tárcsát lehelyez a burkolatra Szintén a burkolatra helyezi a mérőérzékelőket, több érzékelőt 1,5-3 m távolságig Adott tömeget, előírt magasságból ráejt a tárcsára. A burkolat behajlási vonalát az érzékelők rögzítik. A behajlási vonalalapján a burkolat rétegeinek jellemzői számíthatók 3.14.ábra: Ejtősúlyos berendezés működési vázlata A képeken bemutatjuk a holland berendezést,amin a szerkezet kialakítása látható,illetve a hazai használatban alkalmazott KUAB berendezést. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 9

44 3.7.kép: KUAB ejtősúlyos berendezés 3.8.kép: Holland ejtősúlyos berendezés, jól láthatók a lehelyezett mérőfejek Burkolat hosszirányú egyenetlenség A felületi egyenetlenséget különböző módszerekkel lehet mérni. Az abszolút egyenetlenség csak geodéziai módszerekkel lehetne meghatározni. A mérések ezért minden esetben valamilyen közelítő jellemzőt határoznak meg. Az első mérési módszer, az ún. 4 m-es léc alatt mérhető hullámmagasság meghatározása volt. Legfőbb problémája a mérési eredmények dokumentált megjelenítésének hiánya volt. Ezért alakultak ki a működésközben rajzoló berendezések. Ezeknek legfőbb gondja a mérőbázis megadása. Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 10

45 Hosszirányú egyenetlenség mérése ÚT-02 berendezéssel Hazánkban az ÚT-02 jelű mozgóbázisú egyenetlenségmérőt használjuk. A 4 m-es merev rácsszerkezet két végén egy-egy kerék helyezkedik el. A középső kerék függőlegesen szabadon elmozdulhat bázishoz képest, emelkedését illetve süllyedését egy kiíró szerkezet kirajzolja, elektronikája pedig osztályközökbe sorolja. A mérési eredményt 100 m-enként kell kiolvasni 3.9.kép: ÚT-02 egyenetlenség mérő berendezés 3.10.kép: Amerikai egyenetlenség mérő berendezés Burkolat hosszirányú egyenetlenség mérése, Bump integratorral Termelékenyebb mérést tesz lehetővé, az előírt lengési tulajdonsággal rendelkező, vontatható Bump integrátor utánfutó. A berendezést 36 km/ó állandósebességgel kell vontatni, az érzékelője Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 11

46 rögzíti és összegzi a mérőkerék elmozdulását a kerethez képest. Az összegzést 100 m-es szakaszokra végzik el kép: Bump integrátor berendezés és mérési elve Felület érdesség, súrlódási tényező Szintén több módszer alakult ki, ezek között van egyszerű, kézi mérés (SRT) illetve nagy sebességű mérőberendezés(cs 130) illetve folyamatosan mérőeszköz (SCIM). Felület érdesség, súrlódási tényező mérése SRT ingás berendezéssel Az angol útügyi laboratórium által kifejlesztett SRT inga működési elve az, hogy azonos körülmények között az energia veszteség a felület súrlódásától függ. Az ingakaron egy előírt keménységű gumilemez van, amit rugó szorít a felülethez. A mérés előtt, a forgáspont magasságának változtatásával be kell állítani a súrlódási hosszat. (127 mm) A felületet vízzel kell meglocsolni, három nem mért lendítés után 5 lendítéssel kell az SRT értéket meghatározni. Az SRT érték az inga kar súrlódás utáni fellendülése, ami a baloldali skáláról olvasható le kép: SRT inga Dr. Ambrus Kálmán Dr. Pallós Imre: Útpályaszerkezetek 12