Az útpálya szerkezetek felépítése, anyagai, tervezése, méretezése, gépesítési, technológiai vonatkozásai, hajlékony és merev szerkezetek

Átírás

1 Az útpálya szerkezetek felépítése, anyagai, tervezése, méretezése, gépesítési, technológiai vonatkozásai, hajlékony és merev szerkezetek Az Út-vasútépítési tanszék, a MAUT és az ÚT szabványok anyagai felhasználásával

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

3 A hajlékony pályaszerkezet általános felépítése

4 A betonburkolatú pályaszerkezet felépítése

5 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).

6 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.

7 Követelmények - burkolat Csúszás mentesség Felületi egyenletesség Mozaikos kopóréteg felszín, a víz felszín kialakulás megelőzése, a felületen lévő szemcsék éles, hegyes, kopásnak ellenállóak,

8 Pálya szerkezeti anyagok - hajlékony Összetétel: bitumen, zúzalék, homok, mészkőliszt, Bitumen: Adalék anyag bevonása, Ne legyen hőérzékeny, Hőállóság, Lassú öregedés.

9 Bitumenek Útépítési bitumen, magas hőmérsékletű hevítés a gyártáskor, Higított bitumen (olajjal) HB, fél-meleg eljárások Bitumen emulzió kolloid malom, víz, emulgátor, hideg eljárás Bitumen: nyersolaj vákuum desztillációja, keménység növelés hevítéssel, és fúvatással

10 Bitumen Penetráció: 25 C o, 5 sec, 100 g tömegű tű behatolása század mm-ben Jellemző útépítési bitumen penetrációk: Lágy: 100/150, 160/220 Közepes: 50/70, 70/100 Kemény: 20/30, 35/50 Lágyulás pont gyűrűs, golyós készülékkel hőmérséklet Lágy 39/47, 35/43 Közepes 46/54, 43/51 Kemény 55/63, 50-58

11 Bitumen Töréspont: 0,4 mm film hajlítása, hőmérséklet Lágy -12 C o Közepes - 8 C o Kemény 0-5 C o Hőtávolság: lágyulás és töréspont Duktilitás: 1 cm 2 keresztmetszet húzása, 50 mm/p, 25 C o, szakadási hossz, Kemény: , lágy: 100 mm Öregedés: 50 g szétfolyatása edényben, és 160 C o -on 8 órás hevítése, majd penetráció és duktilitás mérések,

12 Bitumen emulzió A bitumen vízben oldhatatlan Emulgátor jelenlétében a kolloid malom mechanikai energiájának segítségével a bitumen 1-5 mikron nagyságú szemcsékben a vízben diszpergálható (50-60 % bitumen, % víz). Kationaktív emulziók az emulgátor felületaktív anyag az emulzió szemcséinek pozitív elektromos töltést ad a kőzettel érintkezve az emulzió megtörik (szétválik vízzé és bitumenné) a kationaktív emulzióban lévő bitumen a kőzetet elektrokémiai kötéssel, jó tapadással bevonja. a kötés még a víz elpárolgása előtt megtörténik

13 Ásványi adalék anyagok Aszfaltrétegek váza zúzottkövek (a szemnagyság 20 mm-nél nagyobb) zúzalékok (a szemnagyság 20-4 mm között van), zúzott homokok (4-0,1 mm közötti szemnagysággal), kőliszt (filler, 0,1 mm kisebb szemnagysággal) zúzott anyagok bazaltból és andezitből kőliszt mészkőből

14 Adalékanyagok Durva kőanyag halmaz 2-32 mm, eruptív kőzetek, kavics Finom kőanyag halmaz 0,1-2 mm eruptív adalékok, Finomszem tartalom, kőliszt, filler, 0,1 mm alatt, zömmel mészkő, Zúzottkő termékek: Szűk határok: 2/4, 0/4, 4/8, 8/11, 11/16, 16/22, 22/32 Tág: 0/4, 4/11, 11/22, 22/32

15 Adalékanyagok Los Angeles-i vizsgálat: acélgolyókkal forgódobban kezelés, aprózódási veszteség, Kristályosítás: fagyasztási, mállási veszteség, telített oldatba helyezés, 16/20 óra, majd szárítás 105 C o 5 óra, mállási veszteség, Deval: forgó dobban keverés és kopási veszteség, Szemalak: a lemezes szemcsék aránya, vastagság, szélesség 0,5 Homok egyenérték, agyag iszap tartalom a homok tartalomhoz képest tömeg %,

16 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,

17 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,

18 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,

19 Stabilizációs eljárások alkalmazhatósága, egyes talajokon

20 Helyszíni stabilizáció Keresztprofil, gréder, Cement terítés, kg/m 2 /0,15 cm Száraz keverés, talajmaró, Nedves keverés, víz permetezés, Tömörítés, gumihenger, % T rρ Profil kiigazítás, Utókezelés, locsolás, filmbevonat, Víztartalom, és a tömörség jelentősége, +2% párolgási veszteség

21 Hajlékony 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,

22 Hajlékony 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

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 %

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,

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,

26 Aszfaltburkolatok 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

27 Alkalmazási területek Útpálya szerkezeti réteg Utak, útszakaszok igénybevételi kategóriái szerinti az egyes aszfalt pálya szerkezeti rétegekként tervezhető, építhető aszfalt típusok Normál Kopóréteg AC 4, 8, 11 BBTM 5, 8, 11 SMA 8, 11, 4, MA 8, 11, 4 AC 16 alap Kötőréteg AC 11, 22 AC 16, 22, 32 Fokozott AC 11, 16, (F) BBTM 5, 8, 11, SMA 8, 11, (F) MA 11 (F) AC 22 (F) AC 16, 22 (NM) Aszfalt alap AC 16, 22, 32 AC 32 alap, (F) AC 22 (NM) Kiegyenlítő réteg AC 8, 11 kopó, kötő, -

28 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,

29 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

30 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 a (szóló és csuklós) autóbuszok [J/nap], ÁNFn a nehéz tehergépkocsik [J/nap], ÁNFp 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],

31 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 [-], f p f ny a pótkocsis tehergépkocsi szerelvények forgalomfejlődési szorzója 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

32 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.

33 Kopórétegként tervezhető aszfalt réteg típusok Normál N AC 8 kopó, AC 11 kopó, AC 11 kötő: az A és B forgalmi terhelési osztályokba tartozó utak, kis forgalmú helyi közutak kopórétege-ként is tervezhető. AC 16 alap A és B forgalmi terhelési osztályokba tartozó utak, kis forgalmú helyi közutak kopórétegként is tervezhető AC 4 kopó: csak kerékpár-és gyalogútra tervezhető Megrendelői külön hozzájárulással tervezhető/ építhető AC 11 kopó(f), AC 16 kopó(f ) Igénybevételi kategória Aszfaltbeton (ÚT ) Fokozott F AC 11 kopó(f), AC 11 kopó(mf) AC 16 kopó(f), AC 16 kopó(mf) ASZFALTBETON NAGYON VÉKONY RÉTEGEKHEZ (ÚT ) Zajcsökkentő hatású kopóréteg. Útfelújításoknál kizárólag megfelelő teherbírású és profilhelyes rétegekre építhető. Megfelelő téli üzemeltetéséről gondoskodni kell Kivételes estekben, például kifejezetten zajcsökkentő hatású céllal BBTM 8 B (mf), BBTM 11 B (mf) BBTM 5 A (mf), BBTM 8 A (mf), BBTM 11 A (mf) BBTM 8 B (mf), BBTM 11 B (mf) MA 4: csak kerékpár-és gyalogútra tervezhető MA 8, MA 11 Az öntöttaszfaltok felületére (szükség szerinti érdesítésként) 5 12 kg/m2kz 2/4 vagy KZ 4/8 zúzalékot kell kiszórni, behengerelni. ZÚZALÉKVÁZAS MASZTIXASZFALT (ÚT ) ÖNTÖTTASZFALT (ÚT ) SMA 8 (mf), SMA 1(mF)1 MA 11 (F), MA 11 (mf) K és R forgalmi terhelési osztályok esetén nem tervezhető, D és E forgalmi terhelési osztályokba tartozó utak kopórétegeként építve érdesítésként kg/m2, bitumennel impregnált KZ 8/11 zúzalékot kell kiszórni, behengerelni

34 Kötőrétegként tervezhető aszfaltbeton típusok Normál (N) AC 11 kötő AC 22 kötő AC 16 alap AC 22 alap AC 32 alap Megrendelői külön hozzájárulással tervezhető/ építhető: AC 22 kötő(f), AC 16 kopó(f) Igénybevételi kategória Fokozott (F) AC 22 kötő(f), AC 22 kötő (mf) AC 16 kötő (mnm) AC 22 kötő(nm), AC 22 kötő (mnm) E K és R forgalmi terhelési osztályú utak esetén kötőrétegként és alaprétegként egyaránt tervezhető AC 16 kopó(f), AC 16 kopó (mf) Új pályaszerkezet építésekor nem, csak burkolat felújítás esetén tervezhető.

35 Alaprétegként tervezhető aszfaltbeton típusok Normál (N) AC 11 kötő AC 16 alap AC 22 alap AC 32 alap Megrendelői külön hozzájárulással tervezhető/ építhető: AC 32 alap( F), AC 22 kötő (F) Igénybevételi kategória Fokozott (F) AC 32 alap(f), AC 32 alap(mf) AC 22 kötő(f), AC 22 kötő(mf) AC 22 kötő(nm) AC 22 kötő(mnm) Ha az aszfaltkeveréket polimerrel modifikált bitumennel gyártják, úgy félig merev és hajlékony típusú útpályaszerkezet alaprétegeként egyaránt tervezhető. Ha 10/20 fokozatú kemény útépítési bitumennel gyártják, akkor csak hajlékony pályaszerkezetbe tervezhető.

36 Vastagsági határértékek Az aszfalt típusa Tervezhető legkisebb vastagság mm Egy rétegben építhető legnagyobb vastagság, mm AC 16 alap AC 22 alap AC 32 alap és AC 32 a(f) lap (mf) AC 11 kötő AC 11 kötő (kiegyenlítő rétegként építve) AC 16 kötő (mnm) AC 22 kötő, AC 22 kötő (F). AC 22 kötő (mf) AC 22 kötő (NM), AC 22 kötő (mnm) AC 4 kopó (csak kerékpár és gyalogútra) AC 9 kopó (45) AC 8 kopó (kiegyenlítő rétegként építve) AC 11 kopó (55) AC 11 kopó (kiegyenlítő rétegként építve) AC 11 kopó (F) AC 11 kopó (mf) (65) AC 16 kopó (F) AC 16 kopó (mf) (80) BBTM 5A (mf) BBTM 8 A (mf), BBTM 8 B (mf) BBTM 11 A (mf), BBTM 11 B (mf) 30 SMA 8 (mf) SMA 11 (mf) (60) MA 4 (csak kerékpár és gyalogútra) MA MA 11, MA 11 (F) és MA (mf) 35 45

37 Minőség ellenőrzés 150 mm átmérőjű minta vétele az MSZEN :2002 szabvány szerint, Minden megkezdett 3000 m 2, ill m 2 után, vastagság ill. összetétel szerint, Vastagság, Hézagtartalom, Keverék-összetétel; Oldható kötőanyag-tartalom, tömeg %, 0,63 mm-es szitán átesett mennyiség, tömeg %, 2 mm-es szitán átesett mennyiség, tömeg %, D szitán átesett mennyiség, tömeg %

38 Kopóréteg minőség ellenőrzés Felületi egyenetlenség forgalmi sávonként, ÚT 02 es készülékkel Makro érdesség Kopóréteg tapadás 150 mm-es minta, ill. nyíróvizsgálat Geometriai Keresztirányú esés Tengely és szélek helyzete, pálya szint, Csúszás ellenállás, 3 hónap és egy év, mérőkocsival

39 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

40 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.

41 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.

42 Az RCC/PCC technológiák lehetőségei Hengerrel tömörített beton, más néven RCC (Roller Compacted Concrete), nevét az építési módszerből eredendően kapta. Hengerelt betonnak nevezzük azt a földnedvesen előállított betont, amelyet finisherrel építenek be, majd nehéz hengerrel tömörítenek. A PCC (Paver Compacted Concrete) beépítési technológia az RCC-től annyiban különbözik, hogy a beépítés speciális nagy tömörítőképességű terítőpaddal történi, amivel akár 95-97%-os tömörséget el tudnak érni. A terítést követően nincs hengerrel való további tömörítés, hiszen a megfelelő tömörség adott. Ennek elterjedése természetesen csak a nagytömörségű terítőpadok megjelenése után jöhetett létre. Mindkét beépítési technológia a hézagolt betonburkolatok csoportjához tartozik

43 A betonburkolatok terhelhetősége

44 Hidraulikus kötésű rétegek áttekintése

45 Aszfaltgyártás kitekintés

46 Szakaszos ill. folyton-keverő elrendezés

47 Telep elrendezés

48 Hagyományos szakaszos keverő elrendezése

49 Hagyományos szakaszos keverő

50 Szakaszos keverő készanyag tárolóval