49Predavanje_8_Saobracajno opterecenje

VIII предавање - Димензионисање коловозних

конструкција - Анализа саобраћајног

оптерећењња

22/11/2012

КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ

шк. 2012/13 година

доц.др Горан Младеновић, дипл.инж. 1

Доц.др Горан МладеновићДоц.др Горан Младеновић

VIII предавање

Димензионисање коловозних

конструкција

Анализа саобраћајног оптерећења

KОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ

шк. 2012/13 год.


Димензионисање

коловозних конструкција

� Типови коловозних конструкција

� Флексибилне

� Полу-круте

� Круте

� Флексибилне → боље носиво тло (CBR min > 5 %)

� Круте → слабије носиво тло (CBR min > 3 %)


Крута коловозна

конструкцијаФлексибилна

коловозна конструкција






Слој

Тип коловозне конструкције

Флексибилна Полу-крута Крута

Застор АБ, СМА АБ, СМА

Цемент-

бетонска

плоча

Горња

подлогаБНС БНС

Цементна

стабилиза-

ција, БНС,

невезани

агрегат

Доња

подлога

ДБНС, невезани

дробљени или

природни

агрегат

цементна

стабилиза-

ција,

невезани

агрегат

Постељица

застор

горња

подлога

доња

подлога

постељица


Оптерећењеод точка

Асфалтни застор

Асфалтна подлога

Доња подлога

Постељица

Преношење оптерећења од точка

Доц.др Горан Младеновић

Постељица

Невезана подлога

Асфалтни слојеви

ε

δ

r

o

Оптерећење

од точка

tε

“Одговор” флексибилног коловоза под

оптерећењем




22/11/2012





Основна оштећења флексибилних

коловоза – пукотине услед замора


Основна оштећења флексибилних

коловоза - колотрази


Основна оштећења флексибилних коло-

воза – термичке и рефлектоване пукотине




� Где се тренутно налазимо?

State-of-Practice State-of-the-Art

Тренутна

пракса??

Емпиријске Аналитичко-

емпиријскеАналитичке

(Schwartz, 2001)



коловозних конструкција� Димензионисањем се одређују:

� Распоред и дебљина слојева

� Врста и квалитет материјала

� Стандардизоване методе за димензионисање у Србији

� SRPS U.C4.012 (AASHTO/72 и RoadNote 29)

� SRPS U.C4.014 (AASHTO/93, круте кк)

� SRPS U.C4.015 (AASHTO/93, флексибилне кк


AASHO Road Test (1)1958 - 1961

Извор: Highway Research Board Special Report 61A-G




22/11/2012





AASHO Road Test� Изградња: Август 1956 - Септембар 1958

� Опитни саобраћај: Октобар 1958 - Новембар 1960

� Специјалне студије: Пролеће и рано лето1961


Опитне деонице



Опитне деонице

Извор: Highway Research Board Special Report 61A-GДоц.др Горан МладеновићДоц.др Горан Младеновић

Климатске карактеристике локације

� Средња температура (Јул) 24°C� Средња температура (Јануар) -3°C� Просечна годишња количина падавина 860 mm

� Просечна дубина смрзавања 700 mm

(за ситнозрно тло)


Карактеристике материјала у

флексибилним коловозима

� Застор� Асфалт-бетон

� 85-100 pen битумен

� Горња подлога� Дробљени кречњак

� 10% пролаз на ситу 0.075 mm

� Просечни CBR = 107.7%

� Доња подлога� Шљунковито/песковити материјал

� 6.5% пролаз на ситу 0.075 mm

� CBR = 28 – 51 %

� Постељица

� A-6 тло (прашинаста глина)

� 82% пролаз на ситу 0.075

mm

� Просечни CBR = 2.9%

� Оптимални садржај воде

wc = 13%


Структура флексибилних коловоза

� Асфалтни слојеви

� 2.5 – 15 cm

� Невезана горња подлога

� 0 – 23 cm

� Невезана доња подлога

� 0 – 40 cm

� Најдебља конструкција

� 15 cm асфалтни слојеви

� 23 cm нев. горња подлога

� 40 cm нев. доња подлога

� За тешко оптерећење

� Индекс употребљивости 2.6 - 3.6 PSI на крају опита

� Најтања конструкција

� 2.5 cm застор

� За лако оптерећење

� 8 - 25 СО до лома




22/11/2012





Понашање флексибилних коловоза

� Већина пропала

� Чак и најдебље деонице претрпеле значајна

оштећења

� Већина пропала током пролећног отапања ледених

сочива у тлу

� Дејство мраза један од највећих утицаја

� Дебља горња и доња подлога помогле да се умањи

штетно дејство мраза


Опитни

камиони



Промена носивости постељице

Извор

: H

ighw

ay

Re

se

arc

h B

oa

rd S

pe

cia

l Re

po

rt 6

1A

-G


Опитне деонице и камиони данас

NCAT Test Track




� Основни параметри:

� Пројектни период

� Ниво услуге (возна способност на крају пројектног

периода)

� Саобраћајно оптерећење

� Климатско-хидролошки услови

� Квалитет постељице

� Квалитет материјала у слојевима коловозне конструкције


Пројектни параметри

� Пројектни период

� Максимално 20 година (према SRPS U.C4.012/1981)

� Етапна изградња – мин. дужина етапе 5 год.

� Анализа саобраћајног оптерећења

� У анализи се узимају само тешка теретна возила (ТТВ) –

возила са осовинским оптерећењем већим од 20 kN




22/11/2012




Доц.др Горан МладеновићАнализа саобраћајног оптерећења


Саобраћајно оптерећење

� Утиче на оштећење и пропадање коловозне

конструкције

� Минерово правило

� ni – стварни број прелаза осовинског оптерећења категорије “i”

� Ni – век коловоза изражен преко броја прелаза осовинског

оптерећења категорије “i”

� Пројектно саобраћајно оптерећење се изражава

преко:

� Стандардног осовинског оптерећења

� Спектра оптерећења (нови AASHTO MEPDG Guide)

� Век коловоза

� Изражава се преко обима оштећења које може настати

пре него коловоз има неприхватљиву употребљивост

1N

n

i i

i ≤∑



� На оштећења коловозне конструкције утичу:

� Број, тип и размак осовина возила

� Величина осовинског оптерећења и оптерећења појединих

точкова

� Величина и облик контактне површине пнеуматика и коловоза

� Расподела притиска на додирној површини

� Време трајања оптерећења

� Укупни број прелаза појединих осовинских оптерећења

� Расподела саобраћајног оптерећења у попречном профилу


Број, тип и размак осовина

� Број осовина

� Тип осовина

� Једнострука

� Двострука (размак 1 - 2 m, најчешће 1.35 m)

� Трострука...


Тип пнеуматика

� Стандардни, Super-Single и Super Super-Single


Распоред осовина и пнеуматика




22/11/2012





Расподела притиска и облик

контактне површине


ПГДС

Репрезентативне

категорије возила:

-ПА - путничка возила

-БУС

-ЛТ - лака теретна возила

-СТ - средња теретна возила

-ТТ - тешка тертетна возила

-АВ - аутовоз

Просечан годишњи дневни број

ТТВ

ПГДС

Доц.др Горан МладеновићДоц.др Горан Младеновић Доц.др Горан МладеновићДоц.др Горан Младеновић

Учешће репрезентативних типова

ТТВ у саобраћају


Просечна годишња стопа раста у

пројектном периоду

� На основу дугорочне студије саобраћајне мреже

� 2 – 5 %

� Стопе раста могу бити различите за различите

категорије возила

� Прогнозиране стопе раста зависе од предвиђеног

економског развоја и могу бити променљиве током

пројектног периода


Распоред у попречном профилу –

по тракама

� Зависи од:

� Броја саобраћајних трака

� Геометријских елемената пута (успон или пад

нивелете)

� Укупног броја свих моторних возила на путу

� Пропусне моћи саобраћајнице...




22/11/2012





Распоред у попречном профилу –

по тракама

Број саобраћајних трака у

попречном профилу пута

Расподела саобраћајног оптерећења

ТТВ по саобраћајним тракама, у %

Једна саобраћајна трака

(једносмеран саобраћај)100

Две саобраћајне траке

(двосмеран саобраћај)50 50

Четири саобраћајне траке

(двосмеран саобраћај)45 5 5 45

Четири саобраћајне траке –

нивелета пута у успону u > 4 %,

(двосмеран саобраћај)45 5 - 50


Репрезентативне категорије возила� Правилник о подели моторних и прикључних возила и

техничким условима за возила у саобраћају на

путевима (важи од 19.9.2010. године)

� Категорије теретних возила

� N1 – Лако теретно возило, маса < 3.5 t

� N2 – Средње теретно возило, маса 3.5 – 12 t

� N3 – Тешко теретно возило, маса > 12 t

� Категорије прикључних возила

� O1 – мало прикључно возило, маса < 0.75 t

� O2 – лако прикључно возило, маса 0.75 – 3.5 t

� O3 – средње прикључно возило, маса 3.5 – 10 t

� O4 – велико прикључно возило, маса > 10 t

� Категорије О2, О3 и О4:

� Полуприколице – све осовине иза тежишта возила

� Приколице

� Приколице са централном осовином


Репрезентативне категорије возила -

ограничења

� Највећа дозвољена дужина скупа возила износи:

� тегљача са полуприколицом – 16.50 m

� вучног возила са приколицом – 18.75 m

� скуп возила намењен за превоз контејнера или возила – 21.00 m

� Највећа дозвољена укупна маса моторног возила и скупа

возила - 40 t (44 t за мултимодални транспорт).


Ограничења масе репрезентативних

категорија возила

� Укупна маса моторног возила не сме да прелази следеће

вредности:

� Двоосовинско моторно возило - 18 t

� Троосовинско моторно возило - 26 t

� Четвороосовинско моторно возило са две управљајуће осовине -

32 t

� при чему максимално осовинско оптерећење било које осовине

не прелази 9.5 t

� Троосовински зглобни аутобус - 28 t

� Укупна маса приколица не сме да прелази:

� Једноосовинска приколица - 10 t

� Двоосовинска приколица - 18 t

� Троосовинска приколица - 24 t


� Укупна маса скупа возила не сме да прелази:

� Скуп возила са 5 или 6 осовина - 40 t

� троосовински тегљач с дво или троосовинском полуприколицом када

превози 40-стопни ISO контејнер као комбиновану превозну операцију

(јединицу) - 44 t*

� Скуп возила с четири осовине који се састоји од двоосовинског моторног

возила и двоосовинске приколице - 36 t

� Тегљач с полуприколицом са укупно 4 осовине, при чему су и тегљач и

полуприколица двоосовински, а за случај да је размак између осовина

полуприколице:

� од 1.3 m до 1.8 m - 36 t

� већи од 1.8 m - 36 t (односно 38 t када је највећа дозвољена маса

вучног возила 18 t и највеће дозвољено оптерећење двоструке осовине

полуприколице 20 t при чему су погонска осовина опремљена

удвојеним пнеуматицима и ваздушним ослањањем).


Дозвољено осовинско оптерећење

теретних возила� једна гоњена осовина - 10 t (100 kN)

� једна погонска осовина - 11,5 t (115 kN)

� укупно оптерећење две осовине моторних возила, при

чему осовинско оптерећење појединачне осовине не сме

прећи 10 t (100 kN), и које имају међусобно растојање:

� мањe од 1,0 m - 11,5 t (115 kN)

� од 1,0 m до 1,3 m - 16 t (160 kN)

� од 1,3 m до 1,8 m - 18 t (односно 19 t ако је погонска осовина

опремљена удвојеним пнеуматицима и ваздушним ослањањем,

или где максимално осовинско оптерећење не прелази 9.5 t).




22/11/2012





Дозвољено осовинско оптерећење

прикључних возила� укупно оптерећење две осовине прикључних возила са

међусобним растојањем:

� мањим од 1.0 m - 11 t

� од 1.0 m до 1.3 m - 16 t

� од 1.3 m до 1.8 m - 18 t

� при чему осовинско оптерећење појединачне осовине не сме

прећи 10 t.

� укупно оптерећење три осовине прикључних возила са

међусобним растојањем:

� до 1.3 m - 21 t

� од 1.3 m до 1.4 m - 24 t (240 kN)

� од 1.4 m до 1.8 - 27 t

� при чему осовинско оптерећење појединачне осовине не сме

прећи 10 t


Осовинско оптерећење

репрезентативних категорија возила

� Подаци о осовинским оптерећењима

� Мерењем

� За репрезентативне категорије возила дати у стандарду

SRPS U.C4.010/1981.


SRPS U.C4.010/1981

� Репрезентативне категорије возила

� Аутобус А2

� Лако теретно возило ЛТ2

� Средње тешко теретно возило СТ2

� Тешко теретно возило ТТ2 , ТТ3

� Тешко теретно возило са приколицом

ТТ2+ПР3 , ТТ3+ПР2

� Тешко теретно возило са полуприколицом

ТТВ3+ППР2


SRPS U.C4.010/1981

� Осовинско оптерећење

� Сопствена маса возила

� Користан терет/носивост

� Просечна искоришћеност носивости

� Однос просечне масе корисног терета и носивости возила

� У SRPS U.C4.010 просечна искоришћеност носивости од 70 %

� Недостаци:

� Нема карактеристично возило са троструком осовином

� Нема Super-Single пнеуматике


SRPS U.C4.010 - ТТВ3+ППР2

Пример осовинских оптерећења

Расподела

оптерећења по

осовинама

Предња

осовина

Средња

осовина

Задња

осовинаУкупно

kN % kN % kN % kN %

Сопствена маса

возила40 25 2x35 44 2x25 31 160 100

Користан терет

(носивост)20 9 2x45 41 2x55 50 220 100

Укупна маса пуног

возила60 16 2x80 42 2x80 42 380 100


Европски камион




22/11/2012





Еквивалентно осовинско оптерећење

� Најчешће осовинско оптерећење

� Кoнцепт развијен у оквиру AASHO теста

� У неким земљама се користи дозвољено осовинско

оптерећење (Француска и већина европских земаља)

� Фактор еквиваленције оптерећења (fe)

� Број СО потребан да доведе до истог оштећења као и

одређено осовинско оптерећење

1 СО = оштећење проузроковано једноструком осовином од 80 kN

CO = стандардна осовина


Еквивалентно саобраћајно оптерећење

Еквивалентни број

стандардних осовина од 80 kN


Еквивалентно

саобраћајно оптерећење

� Сва осовинска оптерећења на ТТВ се изражавају преко

стандардног осовинског оптерећења

� Стандардно осовинско оптерећење:

� Једнострука осовина од 80 (81.6) kN (18000 lb)

� 4 точка по 20 (20.4) kN

� Двострука осовина од 150 kN

� Трострука осовина од 220 kN


Фактори еквиваленције

� Просечни деструктивни утицаји појединих осовина у

односу на стандардне осовине

� fe – фактор еквиваленције за осовинско оптерећење Li

� LST – стандардно осовинско оптерећење, зависно од типа

осовине

� n – експонент чија вредност зависи од крутости коловозне

конструкције, 3.8 – 6.0 (AASHTO)

� SRPS U.C4.010 n = 4

n

ST

ie

L

Lf

=


Генерализован закон 4-тог спепена

Оштећење коловоза је у односу на

осовинско оптерећење повезано са екпоненцијалним фактором од 4!

4

2

1

2

1

=

оптерећењеОсовинско

оптерећењеОсовинско

Оштећење

Оштећење



� Једноструке осовине:

� Двоструке осовине:

� Троструке осовине

41

84

1e L10212.2

80

Lf ⋅⋅=

= −

42

94

2e L10975.1

150

Lf ⋅⋅=

= −

43

104

3e L10269.4

220

Lf ⋅⋅=

= −




22/11/2012






� Укупан број стандардних осовина за поједине

категорије возила

k – укупан број осовина возила

fei – фактор еквиваленције за појединачне осовине

∑=

=k

1i

eie fF


Fe = 0.208+0.548+0.514=1.270

133 kN

fe2 = 0.548

54 kN

fe1 = 0.208

127 kN

fe3 = 0.514

Фактори еквиваленције TTV

Пример прорачуна Fe (70% ИН)


Фактори еквиваленције (USA)


Фактори еквиваленције (хабања) (UК)

Возило ОдржавањеНова коловозна

конструкција

2.6 3.9

0.4 0.6

2.3 3.4

3.0 4.6

1.7 2.5

2.9 4.4

3.7 5.6


Прорачун еквивалентног

саобраћајног оптерећења

� На најоптерећенијој саобраћајној траци

� Оптерећење током 1 дана:

� l – укупан број категорија возила

� Fej – укупан број стандардних осовина за поједину

категорију возила

� nj – просечан годишњи дневни број ТТВ категорије

“ј” у I години експлатације на најоптерећенијој траци

j

l

1jejd nFT ⋅= ∑

=




� Укупно еквивалентно саобраћајно оптерећење у I

години експлатације

� Еквивалентно саобраћајно оптерећење у пројектном

периоду (ПП) се добија на основу:

� Tg

� Просечне стопе раста саобраћаја “r” у ПП

dg T365T ⋅=




22/11/2012







� Коефицијент раста саобраћаја у ПП:

� r – просечна годишња стопа раста саобраћаја (%)

� P – дужина пројектног периода (год)

� Укупно саобраћајно оптерећење у току ПП:

( )∑=

−+=

+=

P

1i

PP

r

1r1

100

r1q

qTT gu ⋅=Доц.др Горан МладеновићДоц.др Горан Младеновић

Групе саобраћајног оптерећења

Група оптерећењаУкупно ЕСО ((((TuTuTuTu))))од 80 80 80 80 kNkNkNkN

у пројектном периоду

Врло тешко > 7.000.000

Тешко 2.000.000 – 7.000.000

Средње 700.000 – 2.000.000

Лако 200.000 – 700.000

Врло лако < 200.000

•Група саоб. опт. Врста и квалитет материјала у кк


Приближна анализа саобраћајног

оптерећења

Просечан годишњи дневни број

ТТВ у једном смеру пута (n)(n)(n)(n)

Просечан број стандардних

осовина од 80 (82) kNkNkNkN за једно

ТТВ (k)k)k)k)

> 500 1.2

100 - 500 0.75

< 100 0.45

� За путеве мањег значаја

� ПГДС просечан годишњи дневни број ТТВ

nkTd ⋅=ug T,T



Рекапитулација

1. Просечни годишњи дневни број ТТВ

2. Просечна годишња стопа раста ТТВ у пројектном периоду

3. Осовинско оптерећење репрезентативних возила

4. Просечно искоришћење носивости ТТВ

5. Расподела саобраћајног оптерећења у попречном профилу

(по саобраћајним тракама)


Ниво услуге (Возна способност)

� PSI – Present Serviceability Index

� SV – slope variance – промена нагиба – средња вредност у

два колотрага

� C,P – површина захваћена пукотинама и закрпама

(m2/1000 m2)

� RD – дубина колотрага (cm)

( ) 2RD2139.0PC01.0SV1log91.103.5PSI ⋅−+⋅−+⋅−=


Основна идеја

Време/Саобраћајно оптерећење

Уп

отр

еб

љи

вост (

PS

I) p0

pt

p0 - pt




22/11/2012





Ниво услуге (Возна способност)

� PSI = 0 – 5

� Губитак употребљивости коловоза:

� За нове коловозне конструкције

� флексибилне PSIo = 4.2

� круте PSIo = 4.5

� Крајња вредност индекса употребљивости

� Зависи од функционалног значаја саобраћајнице

� PSIt = 3.0, 2.5, 2.0

toto ppPSIPSIPSI −=−=∆


Основна релација

� β и ρ зависе од носивости коловозне конструкције(дебљина слојева и њихова крутост) и саобраћајног оптерећења

� β дефинише облик криве пропадања

� ρ - саобраћајно оптерећење при коме је p = 1.5

� W - стварно саобраћајно оптерећење које доводи до индекса употребљивости pt

( )β

ρ

−=−

Wpppp to 0

Documents

49Predavanje_8_Saobracajno opterecenje