Közlekedési pályák. Útburkolatok tervezés, méretezés, szerkezetek, gazdálkodás

Átírás

1 Közlekedési pályák Útburkolatok tervezés, méretezés, szerkezetek, gazdálkodás

2 Pályaszerkezetek Hajlékony - aszfalt - Félmerev - cement stabilizációs alapon fekvő 10 cm-nél vastagabb aszfaltrétegek Merev - beton - Közlekedési pályák - útburkolatok 2

3 Történelmi háttér A rómaiak a hidraulikus habarcsaikat vulkáni tufák vagy téglapor felhasználásával készítették. A hidraulikus meszet agyagos mészkőből (márga) állítottak elő. Ezek az épített utak habarccsal erősített kőrétegű szerkezetek. Közlekedési pályák - útburkolatok 3

4 A hajlékony pályaszerkezet általános felépítése Közlekedési pályák - útburkolatok 4

5 A betonburkolatú pályaszerkezet felépítése Közlekedési pályák - útburkolatok 5

6 Beton kontra aszfalt burkolatok Előnyök: a terhelést jobban szétosztják a szilárdságuk miatt, az alsóbb rétegekben kisebb igénybevétel keletkezik, magas élettartam ( 30 év), olcsóbb élettartamköltség (élettartam alatti összköltség, elemei az építési költség, a fenntartási, az üzemeltetési, a baleseti és a környezetvédelmi költségek), védőrétegre (közvetlenül talajra) építhető (teherelosztó hatása miatt), minimális maradó alakváltozás, nem igényel sűrű javítást, oldószereknek ellenáll (kenőanyag, üzemanyag), tartós érdesség, világos szín (esőben, sötétben előnyt jelent), fényvisszaverő hatás (15-20%-os arányban verődik vissza ezzel a globális felmelegedés mértéke csökkenthető). Közlekedési pályák - útburkolatok 6

7 Beton kontra aszfalt burkolatok Hátrányok: hézagok kedvezőtlen utazáskényelmi hatása, rendszeres fenntartást igénylő hézagok, téli sózás kártételei, költséges javítás, felújítás, külön üzemeltetési/fenntartási technológia, használt beton újrafeldolgozása körülményesebb, mint az aszfalt esetében. Közlekedési pályák - útburkolatok 7

8 GYORSFORGALMI ÚTHÁLÓZATOK BURKOLATTÍPUS SZERINTI MEGOSZLÁSA Aszfalt Beton USA 50% 50% Ausztria 40% 60% Belgium 30% 70% Franciaország 80% 20% Németország 50% 50% Magyarország < 3% Közlekedési pályák - útburkolatok 8 8

9 Romlási forma ROMLÁSTÍPUSOK ÁLLAPOT- PARAMÉTEREK Jellemzett állapot paramétere Aszfalt Burkolattípus Beton Hullámosodás felületi egyenletesség X Táblalépcső felületi egyenletesség X Nyomvályú képződés keresztprofil mérése X Elsíkosodás csúszásellenállás X X Kiálló zúzalékszemek elkopása Felületi hibák képződése makroérdesség X X felületállapot X X Szilárdságvesztés teherbírásmérés X X Burkolatszél letöredezése burkolatszélesség mérése Közlekedési pályák - útburkolatok X X 9

10 Útalapok Sovány cementbeton: homokos kavics, 350-es cement, 150 kg/m 3, 0,15-0,25 cm, finisherrel, könnyű hengerrel, utókezelés, locsolás, filmbevonat, 7 napos szilárdulás, felső rétegek, Közlekedési pályák - útburkolatok 10

11 Stabilizációs alapok Bitumenes: HB 5-6 tömeg %, kg/m 2 15 cmenként, helyi anyagok, homok, homokos kavics, iszapos homok, Cementes: cm, kg/m 3 cement adagolás, iszapos homok, iszapos kavics, homokos kavics, homok, Meszes: 4% adagolás, agyag, agyagos kavics, iszapos kavics, cm, laposodó Proctor görbe, Mechanikai: szemcsés anyagokból, folytonos szemeloszlással, Közlekedési pályák - útburkolatok 11

12 Stabilizációs alapok, technológia Talaj lazítás, porítás, opt. víztartalom beállítás, Kötőanyag bekeverés, tömörítés, utókezelés, Keverőtelepen, Helyszínen, a földműben, pl. 20 cm letolása, az altalaj tömörítése, majd a letolt talaj stabilizálása, Közlekedési pályák - útburkolatok 12

13 Stabilizációs eljárások alkalmazhatósága, egyes talajokon Közlekedési pályák - útburkolatok 13

14 Aszfalt rétegek tervezése ÚT Út-pálya szerkezeti aszfalt rétegek ÚME előírás Igénybevételi kategóriák: Forgalmi terhelési osztályok, A, B, C, D, E, K és R Forgalom lefolyás: Normál és Fokozott igénybevételi kategóriák, Közlekedési pályák - útburkolatok 14

15 Igénybevételi kategóriák A forgalom lefolyás jellege Forgalomterhelési osztály (ÚT ) Szabad forgalmi áramlású út, útszakasz csatornázottan közlekedőforgalommal járt utak, kapaszkodósávok, szintbeli csomópontok jármű-osztályozói, körforgalmú csomópontok, belterületi főutak, autóbusz-és trolibuszsávok. A B C D E K R Normál N Normál N Fokozott F Fokozott F Közlekedési pályák - útburkolatok 15

16 Méretezés - a tervezési forgalom számítása összevont járműkategóriák alapján Az összevont járműkategóriák a következők: autóbuszok (szóló és csuklós), egyes nehéz tehergépkocsik (össztömegük nagyobb, mint 70 tonna), pótkocsis tehergépkocsi szerelvények és nyerges tehergépkocsi szerelvények. Ezek alapján a tervezési forgalom: TF=1, t.r.s.(f a.anf a.e a + f n. ANF n.e n + f p.anf p.e p + f ny.anf ny.e ny ) vagy TF =1, t.ÁNET ÁNET= r.s.(f a..ánf a.e a + f n,.anf n.e n + f p.anf p.e p + f ny.anf ny.e ny ) ahol: TF a tervezési forgalom, Fl00 egységtengely [darab], ÁNET az egységtengelyek átlagos napi áthaladási száma egy sávban(a mértékadó sávban), egy irányban [egységtengely/nap], ÁNFa ÁNFn ÁNFp a (szóló és csuklós) autóbuszok [J/nap], a nehéz tehergépkocsik [J/nap], a pótkocsis tehergépkocsi szerelvények [J/nap], ÁNFny a nyerges, tehergépkocsi szerelvények átlagos napi forgalma, két irányban [J/nap ], 1,25 biztonsági tényező [-], t tervezési élettartam [év], Közlekedési pályák - útburkolatok 16

17 r Méretezés - a tervezési forgalom számítása összevont járműkategóriák alapján irányszorzó, amelynek segítségével, a két irányban adott keresztmetszeti forgalomból az egyik irányú forgalmat számítjuk ki [-], Értéke: r = 1,0 az 5,0 méter, vagy annál kisebb burkolatszélességű, egy forgalmi sávos utakon, r = 0,5 két vagy több forgalmi sávos utakon, vagy egy forgalmi sávos úton, ha a burkolatszélesség nagyobb 5,0 méternél, ha a nehéz járművek irány szerinti megoszlása 50-50%, illetve r = 0,5-1,0 akkor, ha a nehéz járművek irány szerinti megoszlása %-tól eltér. Értéke az irány szerinti megoszlással arányosan 0,5 és 1,0 között veendő fel. Az irány szerinti eltérő forgalommegoszlást a megbízó köteles a tervező számára megadni, s sávszorzó, amely az egyik irányba vezető forgalmi sávok számától függ [-]. Értéke: s = 1,0 egy forgalmi sávos úton, valamint két irányú forgalmi úton, ha irányonként csak egy forgalmi sáv vezet, s = 1,0 egy irányban két sáv esetén, s = 0,9 egy irányban legalább három sáv esetén, f a a (szóló és csuklós) autóbuszok forgalomfejlődési szorzója [-], f n a nehéz tehergépkocsik forgalomfejlődési szorzója [-], a pótkocsis tehergépkocsi szerelvények forgalomfejlődési szorzója f p f ny a nyerges tehergépkocsi szerelvények forgalomfejlődési szorzója A használatos jármű-átszámítási szorzók: e a = 1,1 e n = 0,6 e p = 1,5 e ny = 1,4 Közlekedési pályák - útburkolatok 17

18 A forgalmi terhelési osztályok megállapítása a tervezési forgalom alapján A tervezési forgalom, (TF) nagysága alapján a forgalmi terhelési osztályokat e táblázatbók kell venni. Ezeket a forgalmi terhelési osztályokat kell alapul venni az útpálya szerkezetek méretezésénél a típus pályaszerkezetek megválasztásához, valamint a meglévő pályaszerkezetek megerősítésénél és szélesítésénél is. Közlekedési pályák - útburkolatok 18

19 Típus pályaszerkezetek lehetőségei Közlekedési pályák - útburkolatok 19

20 Típus pályaszerkezetek lehetőségei Közlekedési pályák - útburkolatok 20

21 Útburkolatok Tömör aszfalt beton: Adalékok a frakciókból, szalagmérleg, gyűjtő szalag, szárító dob, C o, porelszívás, Meleg elevátor, rosták, meleg bunkerek, mérlegelés, keverőteknő, + filler, és bitumen, sec. keverés, tároló bunker, Szállítás, ponyvázott teherautó km Beépítés finisher 100 C o felett, acélhenger, 8-10 menet/cm, 1/3-os átfedéssel, Közlekedési pályák - útburkolatok 21

22 Útburkolatok Szabvány: ÚT , Kőszabvány: , aszfalt elnevezések , Alaprétegek: AC 16, 22, 32, Kötőrétegek: AC 11, 22 Kopórétegek: AC 11, 16, SMA 8, 11, MA 8, 11 Közlekedési pályák - útburkolatok 22

23 Öntött aszfalt Kemény bitumen, 3-4 cm, 8-9% bitumen, 20-25% filler, hézagtartalom mentes, terítés, zúzalékkal érdesítés, Masztikátoros előállítás, 8-10 óra, C o, keverőtelepi keverés 10 perc körül, MA 8-12 kg/m 2 KZ 4/8, KZ 8/11, impregnált, MA 4 járda, d max 4 mm, B 8,5-10 %, MA 8, 11 burkolat, d max 8-10 mm, B 8-9,5 % Közlekedési pályák - útburkolatok 23

24 Aszfaltbeton, vékony aszfalt BBTM, 12-16% hézagtartalom, 2-3 cm érdesítő, zajcsökkentő, zúzott anyag, modifikált bitumen min. 5% Modifikált bitumenek, BBTM 5, 8, 11, Közlekedési pályák - útburkolatok 24

25 Zúzalékvázas masztixaszfalt - SMA Magas zúzalék tartalom, csak zúzott anyag, aszfalt habarcs kitöltés, stabil váz, nehéz, igen nehéz forgalom, Higított bitumenes vékony záró rétegek, 1,5-2 cm, aszfalt makadámra, kevert záróréteg, közepes forgalom, Közlekedési pályák - útburkolatok 25

26 Útburkolatok Kevert, bitumenes útalapok, 70/100, 50/70, 45/80-60 bitumenek, AC 16, 22, 32, alap, 40%-ban 2 mm-en felüli résszel, zúzott anyag tartalom, AC 32 alap javított útalap, 100%-ban zúzott anyaggal, nagyobb igénybevételre, Kötőrétegek: AC 11 60%-ban zúzott, AC 16 (NM)100%-ban zúzott, AC 22 60%-ban zúzott a homok tartományban, AC 22 (F) 100%-ban zúzott, AC22 (NM) 100%-ban zúzott Közlekedési pályák - útburkolatok 26

27 Beton pályaburkolat szerkezeti kialakítása Betonburkolatok fajtái és alkalmazási területeik Hézagolt betonburkolat Folyamatosan vasalt betonburkolat Vékony burkolatok - betonburkolat újraburkolása vékony betonburkolattal - aszfaltburkolat újraburkolása vékony betonburkolattal Feszített betonburkolatok Körforgalmú csomópontoknál alkalmazott betonburkolat Hengereltbeton burkolatok Közlekedési pályák - útburkolatok 27

28 Hézagolt betonburkolatok Tábla lépcső kialakulás veszélye A betonburkolatok hézagai működésük és kialakításuk szerint lehetnek kereszt-irányú vakhézagok (burkolat tengelyére merőleges vagy közel merőleges), hossz-hézagok (burkolat hossztengelyével párhuzamos, összekötő- vagy teherátadó vasalással), szoros hézagok (építési sávok között, teljes vastagságban, dilatációs mozgást nem teszi lehetővé), elválasztó hézagok (más szerkezettől való elválasztás), munkahézagok (napi munka befejezés illetve másfél órát meghaladó szünet esetén), terjeszkedési hézagok (dilatációs mozgást biztosítja). Közlekedési pályák - útburkolatok 28

29 Betonburkolatok - hézagkiosztás Közlekedési pályák - útburkolatok 29

30 Folyamatosan vasalt betonburkolatok Ahol nagy a forgalmi terhelés, de a hézagokból eredő nehézségeket szeretnék kiküszöbölni, ott folytonosan elhelyezett acélbetétet (hálót) alkalmaznak, mely korlátozza a kereszthézag nélküli lemez repedéseinek túlzott megnyílását. Az acélbetétek feladata nem a vasbetonszerkezeteknél megszokottan a húzóerők felvétele, hanem a beton megszilárdulása során kialakuló zsugorodási repedések megnyílásának korlátozása. A burkolatban a hosszhézagokat a szokott módom alakítják ki. Mivel nincs kereszthézag, ezért a hegesztett sínekhez hasonlóan a burkolat végén alakul ki a lélegző szakasz. Ennek megakadályozására lehorgonyzó fogakkal kell a táblavégeket rögzíteni a hosszirányú mozgások megakadályozására. Közlekedési pályák - útburkolatok 30

31 Vasalt betonburkolatok Horgonyzás A folyamatosan vasalt betonburkolat építési költsége a hézagolt betonburkolatét mintegy 15%-kal meghaladja. Ez a tervezésének komoly szakértelméből, a kivitelezési gondosságból, a vasalat szükségességéből adódóan következik. Közlekedési pályák - útburkolatok 31

32 Útgazdálkodás az útrongálás mértéke 1db 40 tonnás tgk. = db szgk. Közlekedési pályák - útburkolatok 32

33 Az útpályaszerkezet méretezési alapelvei Működési környezet, klimatikus hatások Alkalmazott anyagok tulajdonsága Igénybevétel, terhelés Méretezés Közlekedési pályák - útburkolatok 33

34 Tengelyterhelések = Közlekedési pályák - útburkolatok 34

35 Nehézgépjármű-forgalom (2013) Közlekedési pályák - útburkolatok 35

36 Burkolat igénybevétele F = (T / 100) 5 ahol 100kN (10t) az egységtengely Tengelysúly (tonna) igénybevétel 9,5 0, ,5 2, , ,71 Közlekedési pályák - útburkolatok 36

37 Az útfenntartás költségei Túlsúlyos nehéz járművek Nem túlsúlyos nehéz járművek Forgalmi teljesítmény arányok Fenntartás + üzemeltetés arányok Burkolat-megerősítési igény arányok 8% 23% 33% 92% 77% 67% Összesen 100% 100% 100% Közlekedési pályák - útburkolatok 37

38 Kitekintés Fenntarthatósági törekvések a burkolat tervezésben és technológiában Útügyi napok, 2014.

39 Az aszfalt-pályaszerkezet igénybevételei A fejlett európai országok forgalmát az 1990-es évek elejétől az alábbiak jellemzik: a közúti nehézforgalom jelentős növekedése, megnövekedett tengelysúlyok (10 tonnáról 11,5 tonnára) és nagyobb (40-44 tonna) összsúlyok, elterjedtté vált az elrendezésű öttengelyes nyerges vontató, amelynek super single típusú, nagy nyomású abroncsa az aszfaltburkolatra agresszívebb hatással van óta a nyári hőmérsékletek monoton növekvő jelleggel növekednek. Az aszfaltok plasztikus alakváltozási ellenállása a korábbiaknál jóval fontosabbá vált. Közlekedési pályák - útburkolatok 39

40 A járulékos hatások figyelembevétele az aszfaltok anyagtervezési előírásaiban A viszkoelasztikus aszfaltok alakváltozására a hőmérséklet mellett a terhelő feszültségnek és terhelési időnek (sebességnek) van szerepe. Ezt az aszfaltok tervezési előírásaiban figyelembe kell venni. A hőmérséklet adottság, a terhelést a vastagsággal méretezés veszi figyelembe. A terhelési időt a forgalom lefolyási jellegével mint járulékos terheléssel vesszük figyelembe. (lassú forgalom, fékezési-gyorsulási kényszerek, geometriai kialakítások, stb.) Svájc; az SN b szabványuk szerint: L könnyű, N (normál) S nehéz és H Hochbelastet = erősen terhelt) járulékos igénybevételekre alkalmazható aszfaltkeverékeket specifikál. Németország; korábban N és S, től L leichte, N normale és S besondere igénybevételekre alkalmas aszfaltokat ír elő. Ausztria; a ben kiadott, ben kiegészített RVS előírásában célorientáltan is meglehetősen bonyolult, újszerű szabályozási elemeket vezetett be. Közlekedési pályák - útburkolatok 40

41 A tervezett összetétel befolyása az aszfaltok teljesítményére A korábbiaknál nagyobb teljesítményű aszfaltok kialakítását elősegítő előírásokat Európában folyamatosan fejlesztik. Hazánkban ez a munka 1997-ben indult be. Számunkra a legnagyobb figyelmet a hasonló klimatikus adottságú országok (Franciaország, Svájc, Németország, Ausztria) fejlesztései, specifikációik korszerűsítései jelentik, ezeket kell figyeljük. A teljesítményt befolyásoló főbb elemek; a kőanyag-keverék szemszerkezeti és szemmegoszlási minősége, a bitumen minőségének kérdése, az aszfalt hézagtartalmának szerepe Közlekedési pályák - útburkolatok 41

42 A kőanyag-keverék belső súrlódásának növelése érdekében az intenzív forgalmat viselő aszfaltok (kopó és kötőrétegek) esetében mind a 0,063-2,0 mm közötti homoktartományban, mind pedig a 2,0 mm feletti szemcsés kőanyag részben kizárólagosság vált a zúzott kőanyag alkalmazása. A szemmegoszlási előírásokat tekintve Európa majd minden országában szűkült a szemeloszlások tartománya. Az 1990 es években az intenzívebb forgalmú utakra épített aszfaltok gyártásához már közép-kemény bitumeneket használtak, sőt az előírásokban megjelentek a polimerrel modifikált bitumenek is. (A magyar gyakorlat 1995-ig szinte kizárólagosan 90-es penetrációjú bitument használt. Ez alól az ÉHA és a modifikált vékonyaszfaltok jelentettek csak kivételt.) Napjainkban intenzív igénybevételekre meghatározóan mindenütt PmB kötőanyagokat használnak. Közlekedési pályák - útburkolatok 42

43 Az AB-12 és az AB-12/F típusú aszfaltkeverékek szemeloszlási határ-görbéi az ÚT :1997 szerint Közlekedési pályák - útburkolatok 43

44 Háttér anyagok: Útügyi napok: =detail&id=70 Somfai András honlapja: Útügyi műszaki előírások: EEOUVASE1/ut_ _(2005)_aszf_pszerk.pdf EEOUV-SN1/ut_ pdf Közlekedési pályák - útburkolatok 44