IK2 Mladenovic

dr Goran Mladenović, dipl.inž.

Građevinski fakultet

Univerziteta u Beogradu

Novo uputstvo AASHTO za projektovanje kolovoznih konstrukcija

OSVRT NA ISTORIJSKI RAZVOJ METODE AASHTO Tokom pedesetih godina prošlog veka u Sjedinjenim Američkim Državama je započet

projekat istorijskih razmera koji se odnosio na izgradnju mreže autoputeva (tzv. Interstate

Highway System) koji bi povezivali pojedine države i omogućili lakše, brže i bezbednije

kretanje ljudi i roba. Krajem pedesetih godina kao završni u nizu eksperimenata u periodu od

1920. godine sproveden je dobro poznati AASHO (American Association of State Highway

Officials) Road Test koji je predstavljao osnovu za razvoj niza metoda za dimenzionisanje

fleksibilnih i krutih kolovoznih konstrukcija. U okviru eksperimenta izgrađene su 4 kružne

staze sa po dve saobraćajne trake, dugačke po 2 milje (približno 3.2 km), kao deo budućeg

autoputa I-80. Dodatno su, sa ciljem sprovođenja posebnih istraživanja, izgrađene i dve manje

kružne staze. Svaka od osnovne 4 staze je obuhvatala opitne deonice sa različitim

kombinacijama materijala i debljina slojeva, uključujući oba tipa kolovoznih konstrukcija:

fleksibilne i krute i bila opterećena saobraćajnim opterećenjem sa određenom, fiksnom

konfiguracijom osovina tokom 16 sati dnevno tokom celog eksperimenta. Tokom trajanja

eksperimenta svake dve nedelje snimano je nekoliko ključnih parametara preko kojih se

definiše ponašanje kolovozne konstrukcije, uključujući ravnost (posebnim profilografom, u

formi varijanse promene nagiba koja se koristila za proračun indeksa upotrebljivosti), i

oštećenja površine kolovoza (pukotine, kolotrazi itd.). Stanje na svakoj deonici je praćeno dok

ona nije dostigla krajnji indeks upotrebljivosti od 2.0, što su sve deonice dostigle u periodu

između 1958. i 1960. godine.

Važno ograničenje eksperimenta AASHO, s obzirom na

ubrzano nanošenje opterećenja, bilo je potcenjivanje uticaja

faktora okoline na propadanje kolovoznih konstrukcija. I

pored toga, ovaj eksperiment je po prvi put dao podatke o

promeni stanja kolovoznih konstrukcija u uslovima

kontrolisanog saobraćajnog opterećenja. Primenom

regresione analize razvijene su prve empirijske relacije

između broja prelaza osovinskih opterećenja i brzine

propadanja kolovoznih konstrukcija u zavisnosti od

strukturnih karakteristika kolovoza i konfiguracije

osovinskog opterećenja. Te relacije su kasnije korišćene za

definisanje faktora ekvivalencije za saobraćajno opterećenje

i bile osnova za emprijske postupke za dimenzionisanje

fleksibilnih i krutih kolovoznih konstrukcija, koji se u

određenoj modifikovanoj formi i danas koriste za istu svrhu.

Prvo privremeno uputstvo za dimenzionisanje kolovoznih

konstrukcija, koje nije javno publikovano, je izdato 1962.

Goran Mladenović „Novo uputstvo AASHTO za projektovanje kolovoznih konstrukcija“

Inženjerska komora Srbije, 27.05.2010. 2

godine. Prvo izdanje još uvek privremenog uputstva je bilo

1972. godine, i na bazi njega je nastala metoda za

dimenzionisanje fleksibilnih kolovoznih konstrukcija SRPS

U.C4.012 koja je još uvek važeća i primenjuje se u Srbiji.

Dalji razvoj metode je imao za cilj da se razvije analitičko-

empirisjki postupak na bazi prikupljenih podataka i da se

tek onda objavi konačna verzija uputstva. Međutim, to se

pokazalo kao nerealno, tako da su u prvoj verziji uputstva

koja je objavljena 1986. godine pored drugih značajnih

promena izvršene samo promene u pogledu karakterizacije

materijala u slojevima kolovozne konstrukcije i posteljici za

koje je kao osnovni parametar usvojen modul (modul

krutosti za bitumenom vezane materijale, odnosno povratni

modul za materijal u posteljici) umesto empirijskih

parametara poput vrednosti CBR za nevezane materijale i

posteljicu, ili stabilnosti po Maršalu za bitumenom vezane materijale. Međutim, i dalje je

parametar na osnovu koga se opisaivala nosivost konstrukcije ostao strukturni broj gde su

karakteristike materijala uzimane preko koeficijenta zamene, tako da je suština postupka

ostala empirijska po prirodi. Ova metoda je modifikovana 1993. (rehabilitacija fleksibilnih

kolovoza) i dopunjena 1998. (specifični aspekti proračuna krutih kolovoznih konstrukcija), a

verzija iz 1993. je poslužila i kao osnova za razvoj važećih srpskih standarda SRPS U.C4.014

i SRPS U.C4.015 za dimenzionisanje krutih i fleksibilnih kolovoznih konstrukcija,

respektivno. U okviru ove metode je po prvi put uključeno poglavlje koje se bavilo trenutnim

stanjem razvoja i primene analitičko-empirijskih postupaka za dimenzionisanje kolovoznih

konstrukcija, a uz metodu je razvijen i program DARWin koji je omogućio primenu

personalnih računara za proračun kolovoznih konstrukcija.

Prvi analitički postupci (metoda Shell-a i metoda Instituta za asfalt) za dimenzionisanje

fleksibilnih kolovoznih konstrukcija pojavili su se krajem 70-tih godina prošlog veka i

zasnivali su se na proračunu dve karakteristične dilatacije:

• dilatacije zatezanja na dnu bitumenom vezanih slojeva preko koje se definisao vek

kolovozne konstrukcije na zamor, i

• dilataciju pritiska na površini posteljice, preko koje se definisao vek kolovozne

konstrukcije s obzirom na trajnu deformaciju u posteljici kolovozne konstrukcije.

Međutim ovi postupci nisu bili u mogućnosti da u celini objasne ponašanje i uključe sve vrste

defekata koji se dešavaju na kolovoznim konstrukcijama.

RAZVOJ NOVOG UPUTSTVA AASHTO Osnovna prednost razvijene AASHTO (American Association of State Highway and

Transportation Officials) metode bila je njena jednostavnost, što je omogućilo njenu široku

primenu. Imajući u vidu ograničenja postojećeg opita, jedna od preporuka AASHO opita je

bila da se napravi niz eksperimenata u različitim klimatskim područjima, kao i da se nastavi

sa istraživanjem materijala koji se koriste za izgradnju kolovoznih konstrukcija. Međutim to

nije ostvareno jer je fokus bio na kompletiranju mreže autoputeva i paradoksalno je sa

završetkom AASHO testa opao intenzitet istraživanja u oblasti kolovoznih konstrukcija.

Sa porastom saobraćajnog opterećenja na putevima dometi AASHO eksperimenta su bili sve

više limitirani i konkretne primene su zahtevale široku ekstrapolaciju rezultata, što se

negativno odražavalo na pouzdanost projekata u pogledu veka trajanja. Karakteristike



materijala opisivane su vrlo ograničenim brojem parametara, tako da nije bilo moguće

uključiti u međuvremenu razvijene nove materijale i tehnologije.

Stoga je 1996. godine odlučeno da se razvije novi postupak za dimenzionisanje novih i

projektovanje rehabilitacija postojećih kolovoznih konstrukcija i u decembru 1996. godine je

započet projekat NCHRP (National Cooperative Highway Research Program) 1-37:

Development of 2002 Guide for the Design of New and Rehabilitated Pavement Structures.

Projekat je predstavljao samo I fazu razvoja novog uputstva i već 1998 je započeta II faza pod

oznakom NCHRP 1-37A koja je okončana 2004. godine. Cilj projekta je bio da se razvije

novi analitičko – empirijski postupak za dimenzionisanje kolovoznih konstrukcija na osnovu

postojećih modela i baza podataka MEPDG (Mechanistic-Empirical Pavement Design

Guide). Ova oznaka će se u daljem tekstu koristiti za novo uputstvo.

Termin “analitički” se odnosi na proračun napona, dilatacija

i ugiba kolovozne konstrukcije i proračun inkrementalne

promene stanja (oštećenosti) kolovozne konstrukcije kroz

vreme. Procedura dalje povezuje kumulativnu oštećenost sa

konkretnim oštećenjima kolovozne konstrukcije primenom

prenosnih funkcija koje se u svojoj suštini empirijske.

Od 2004. sprovedeno je niz projekata koji uključuju

nezavisnu reviziju, globalnu kalibraciju i određene promene

pojedinih modela. Privremeno uputstvo za primenu MEPDG.

je izdato 2008. godine.

Dve osnovne razlike u odnosu na postojeće AASHTO

uputstvo koje je objavljeno 1993. godine su:

• MEPDG predviđa više indikatora stanja kolovoznih

konstrukcija

• MEPDG direktno povezuje karakteristike materijala, dimenzionisanje kolovozne

konstrukcije, efekte vezane za izgradnju, klimatske parametre, saobraćajno

opterećenje i upravljanje održavanjem kolovozne konstrukcije

NAMENA UPUTSTVA MEPDG uputstvo predstavlja jednu jedinstvenu i sveobuhvatnu metodologiju za

projektovanje i analizu novih i rehabilitovanih, fleksibilnih i krutih kolovoznih konstrukcija i

uključuje analizu sledećih tipova konstrukcija:

• klasične, relativno tanke fleksibilne kolovozne konstrukcije (gde je debljina asfaltnih

slojeva manja od 15 cm) sa podlogom od nevezanih agregata koje mogu biti fundirane

na običnoj ili stabilizovanoj posteljici

• fleksibilne kontrukcije sa relativno debelim asfaltnim slojevima preko donje podloge

od nevezanog agregata koje mogu biti fundirane na običnoj ili stabilizovanoj

posteljici. Ove konstrukcije su bile zastupljene na najvećem broju deonica na osnovu

kojih je izvršena kalibracija modela za fleksibilne kolovoze.

• fleksibilne kolovozne konstrukcije sa asfaltnim slojevima u punoj debljini (tzv. “full-

depth” konstrukcije).

• polu-krute ili kompozitne kolovozne konstrukcije koji se sastoje iz asfaltnih slojeva

preko slojeva stabilizovanih hidrauličnim vezivom. Ovi kolovozi nisu bili uključeni u



globalnu kalibraciju i ne preporučuje se njihovo dimenzionisanje primenom MEPDG

dok ta kalibracija ne bude obavljena.

• ojačanja asfaltnim slojevima svih tipova fleksibilnih i krutih kolovoznih konstrukcija,

uključujući eventualne popravke i struganje kolovoza. MEPDG se takođe može

koristiti i za proračun ojačanja izlomljenih krutih kolovoza asfaltnim slojevima, ali

ovaj tip tretmana takođe nije bio obuhvaćen globalnom kalibracijom.

• klasične krute nearmirane kolovozne konstrukcije sa spojnicama (JPCP – Jointed Plain

Concrete Pavements) sa spojnicama na rastojanju između 3 i 6 m, kako bi se

minimiziralo stvaranje poprečnih, termičkih pukotina usled promena temperature i

vlažnosti. Spojnice mogu biti urađene sa i bez moždanika. U podlozi (ispod betonske

ploče) se mogu nalaziti nevezani, bitumenom ili hidrauličnim vezivom stabilizovani

materijali.

• konitinualno armirani betonski kolovozi (CRCP – continually reinforced concrete

pavements) kod kojih se pomoću podužne armature koja se nalazi u sredini ili nešto

iznad sredine sloja kontroliše rastojanje i otvor pukotina nastalih usled skupljanja

prouzrokovanog termičkim uticajima.

• JPCP ojačanje postojećih krutih, kompozitnih ili fleksibilnih kolovoznih konstrukcija

• CRCP ojačanje postojećih krutih, kompozitnih ili fleksibilnih kolovoznih kosntrukcija.

• popravka postojećih JPCP kolovoza koja se sastoji u struganju površine, popravci

spojnica, zameni moždanika, zameni betonskih ploča, izradi zakrpa u delimičnoj ili

punoj debljini ili zameni ivičnih traka.

POSTUPAK PRORAČUNA

Projektovanje kolovoznih konstrukcija u MEPDG je iterativan proces – rezultat proračuna su

procena oštećenosti i ravnosti kolovozne konstrukcije, a ne proste debljine slojeva. Prvo se

analiziraju uslovi na konkretnoj lokaciji, i na osnovu njih se definiše preliminarno rešenje

nove ili početna strategija rehabilitacije postojeće kolovozne konstrukcije. To rešenje se

analizira imajući u vidu projektne kriterijume, kao i potreban nivo pouzdanosti u pogledu

predviđanja razvoja oštećenja i neravnosti. Osnovne faze u okviru proračuna su prikazane na

slici 1.

Nivoi analize

U zavisnosti od obima i detaljnosti raspoloživih podataka vezanih za karakteristike materijala

i saobraćajno opterećenje MEPDG omogućava analizu na tri hijerarhijska nivoa:

Nivo I – koji zahteva vrlo detaljne podatke na nivou projekta (tzv. “project-

specific”) uključujući laboratorijska ispitivanja materijala. Ovaj nivo

analize je nužno povezan sa najvećim troškovima za prikupljanje podataka

i treba da se koristi samo u izuzetnim slučajevima koji iz bilo kog razloga

izlaze iz okvira primenjenih za razvoj korelacija i default vrednosti na

nivoima 2 i 3.

Nivo II – u kome se ulazni parametri procenjuju na osnovu korelacija ili regresionih

zavisnosti. Na ovom nivou se tipično koriste vrednosti parametara

definisane na regionalnom nivou.



Slika 1. Postupak analize kolovoznih konstrukcija u uputstvu MEPDG

Da li su ispunjeni

projektni kriterijumi?

Projektovanje i analiza nove kolovozne

konstrukcije

Ulazni podaci Projektovanje i analiza rehabilitacije postojeće kolovozne konstrukcije

FFAAZZAA 11 –– VVRREEDDNNOOVVAANNJJEE OOSSNNOOVVNNIIHH PPAARRAAMMEETTAARRAA

Analiza klimatskih i faktora okoline

Temperatura i vlažnost

Analiza karakteristika materijala: asfalt, beton,

nevezani agregat, materijali u

posteljici i nasipu

Analiza saobraćajnog optere-ćenja: klasifikacija teretnih

vozila i obim saobraćaja, raspo-

dela osovinskih opterećenja,

prognoza saobraćaja

Istražni radovi: istražna buše-

nja, laboratorijsko ispitivanje

tla, vlažnost i odvodnjavanje,

promena zapremine, osetljivost

na dejstvo mraza

Materijali za rehabilitaciju

Kriterijumi za projektovanje Kriterijumi za projektovanje

Materijali za novu kolovoznu konstrukciju

Analiza stanja kolovozne konstrukcije: stanje oštećenos-

ti, nedestruktivna ispitivanja,

ravnost, istražna bušenja i

kernovanje, ispitivanje

materijala

FFAAZZAA 11II –– AANNAALLIIZZAA

Početna strategija projektovanja kolovozne konstrukcije

Modifikacija strategije

Analiza pouzdanosti

Proračun napona, dilatacija i ugiba u kolovoznoj konstrukciji

Transfer funkcije i proračun oštećenja

Proračun inkrementalnog prirasta oštećenosti

Kolotrazi

Denivelacija

ploča

Pukotine

usled

saobraćaja

Pukotine

usled drugih

uticaja

Ravnost

IRI

FFAAZZAA IIIIII –– IIZZBBOORR SSTTRRAATTEEGGIIJJEE

Analiza troškova LCCA

Pitanja u vezi sa politikom i donošenjem

odluka

Validna projektna alternativa

Izbor strategije

Tehnička i pitanja vezana za izvođenje

ne

da



Nivo III – u kome se u najvećoj meri koriste defualt vrednosti razvijene na

nacionalnom nivou. Ovaj nivo analize ima najmanje troškove

prikupljanja podataka, ali i najmanji nivo pouzdanosti u odnosu na

primenjene parametre.

Hijerarhijski pristup omogućava projektantu fleksibilnost u pogledu izbora nivoa detaljnosti

ulaznih parametara u funkciji od značaja projekta i raspoloživih sredstava.

ULAZNI PODACI

MEPDG koristi niz zajedničkih ulaznih podataka vezanih za saobraćajno opterećenje,

klimatske uticaje, karakteristike materijala i pouzdanost za sve tipove kolovoznih

konstrukcija.

Materijali

Opisivanje karakteristika materijala je jedan od ključnih elemenata u novom uputstvu. Pri

tome je kao osnovni parametar korišćen modul, a u zavisnosti od vrste materijala primenjuju

se:

• povratni modul za sve nevezane i materijale u posteljici kolovozne konstrukcije,

• dinamički ili modul krutosti za sve asfaltne slojeve, i

• modul elastičnosti za cement-beton i slojeve na bazi hidrauličnih veziva.

Pored toga modeli za proračun uticaja u kolovoznim konstrukcijama koriste i čitav niz

parametara koji se do sada nisu rutinski ispitivali za potrebe dimenzionisanja kolovoznih

konstrukcija:

• Poasonove koeficijente za svaki sloj

• kompliansu tečenja za asfaltne slojeve

• čvrstoću na zatezanje asfaltnih slojeva

• koeficijent termičkog skupljanja i širenja

• temperaturni gradijent u slojevima kolovozne konstrukcije

• gradijent vlažnosti u betonskim pločama

U okviru nekoliko projekata koji su pratili razvoj MEPDG razvijena je metodologija za

ispitivanje:

• dinamičkog modula asfaltnih mešavina

• povratnog modula nevezanih materijala

• karakteristika asfaltnih mešavina vezanih za trajnu deformaciju i

• karakteristika asfaltnih mešavina vezanih za lom.

Kako bi se omogućila primena modula na nivoima 2 i 3, razvijen je niz korelacija za

dinamički modul novih i postojećih asfaltnih mešavina, čvrstoću na zatezanje i komplijansu

tečenja u funkciji zapreminske strukture asfaltne mešavine.

Saobraćajno opterećenje

Podaci o saobraćajnom opterećenju su pretrpeli jednu od najznačajnijih promena u odnosu na

prethodne metode. U novoj metodi je napušten koncept standardnih osovina i odgovarajućih

faktora ekvivalencije i za modeliranje saobraćajnog opterećenja se koriste spektri jedno-, dvo-

, tro- i četvoro-osovinskih opterećenja. Pored toga specijalne konfiguracije opterećenja

moguće je uključiti kroz posebne analize.



Osnovni parametri koji su potrebni za analizu saobraćajnog opterećenja mogu se grupisati u

četiri kategorije:

• Obim saobraćaja

• Faktori raspodele obima saobraćaja :

o Faktor mesečne raspodele

o Raspodela vozila po klasi

o Faktor raspodele po času

o Faktor rasta kamionskog saobraćaja

• Faktori raspodele osovinskog opterećenja

• Opšti ulazni podaci o saobraćaju

o Broj osovina po kamionu

o Konfiguracija osovine

o Rastojanje točkova

Na slici 2 je prikazan spektar opterećenja za dvostruku osovinu za klasu vozila 9 (kamion sa

poluprikolicom sa dve dvostruke osovine) u različitim mesecima.

Slika 2. Primer spektra osovinskog opterećenja za baznu godinu, klase vozila 9 i tip

dvostruke osovine

Klimatski uticaji

U okviru MEPDG je uključeno modeliranje klimatskih uticaja na materijale u kolovoznoj

konstrukciji, stanje napona i deformacija i razvoj oštećenja. U tu svrhu je razvijen Integrisani

klimatski model (EICM) za modeliranje stanja temperature i vlažnosti u slojevima kolovozne

konstrukcije i posteljici na bazi časovnih podataka o temperaturama vazduha, padavinama,

brzini vetra, nivou oblačnosti i relativnoj vlažnosti koji se kontinuirano prikupljaju u

meteorološkim stanicama širom Sjedinjenih država.

Samo ime “Integrisani” govori da se radi o više pojedinačnih modela koji su objedinjeni u

EICM. Prvi model je Infiltration and Drainage Model (ID Model), razvijen na univerzitetu

Texas A&M koji se koristi za analizu uticaja kišnih padavina na stanje vlažnosti u

kolovoznim konstrukcijama. Drugi model je Climatic-Materials-Structural Model (CMS

Model), razvijen na univerzitetu Ilinois, koji se koristi za proračun temperature i vlažnosti u

slojevima kolovozne kosntrukcije i predviđanje temperature. Treći model je CRREL model,

razvijen u USA CRREL (United States Army Cold Region Research and Engineering



Laboratory), koji sračunava provođenje toplote i vlage u slojevima kolovoza pri različitim

temperaturama i predviđa dubinu dejstva mraza.

EICM model predviđa temperaturu i vlažnost slojeva iz sata u sat i ti podaci se dalje na

različite načine koriste u proračunu karakteristika materijala tokom projektnog veka.

PRORAČUN UTICAJA U KOLOVOZNIM KONSTRUKCIJAMA

Strukturni modeli za proračun uticaja u fleksibilnim i krutim kolovoznim konstrukcijama

zauzimaju centralno mesto u okviru druge faze analize.

Za analizu krutih kolovoznih konstrukcije koristi se metoda konačnih elemenata, a proces je

efektivno ubrzan primenom neuronskih mreža. U konkretnom slučaju koristi se program

ISLAB2000.

Za analizu fleksibilnih kolovoznih konstrukcija je takođe prvobitno bila zamišljena primena

metode konačnih elemenata. Međutim, na ovom stepenu tehnološkog razvoja kompjuterske

opreme to se pokazalo kao neracionalno, pa je u ovoj fazi razvoja metode primenjen linearno

elatični višeslojni model JULEA. Metoda konačnih elemenata postoji kao mogućnost za

analizu nelinearnog ponašanja tla i nevezanih materijala na nivou I i za sada je primarno

namenjena za istraživačke svrhe.

MEPDG program prvo deli slojeve kolovozne konstrukcije na podslojeve u zavisnosti od

vrste materijala, debljine slojeva, i rastojanja od površine kolovozne konstrukcije. Kritični

uticaji u svakom podsloju se sračunavaju primenom modela JULEA. U okviru tog postupka je

značajna primena Integrisanog klimatskog modela koji se koristi za proračun stanja

temperature i vlažnosti u slojevima kolovozne konstrukcije na časovnoj bazi.

Raspodela temperatura svih asfaltnih slojeva se deli u pet grupa za svaki mesec analiziranog

perioda za oštećenja prouzrokovana saobraćajem. Podrazumeva se da temperature prate

normalnu raspodelu. Prosečna temperatura u okviru svake petine temperaturnog raspona za

svaki asfaltni podsloj u kolovoznoj konstrukciji se koristi za određivanje dinamičkog modula

podsloja. Podrazumeva se da je saobraćajno opterećenje identično za svaku od pet

temperaturnih kategorija.

Dinamički modul se koristi za proračun horizontalnih i vertikalnih dilatacija na kritičnim

dubinama sa ciljem da se odredi trajna defromacija u okviru svakog sloja i lokacija

maksimalnog oštećenja usled zamora u asfaltnim slojevima. Za poprečne termičke pukotine,

EICM sračunava temperature asfaltnih slojeva na časovnom nivou i MEPDG koristi te

temperature za proračun karakteristika asfaltnih slojeva (komplianse tečenja i čvrstoće na

indirektno zatezanje) i napona zatezanja u asfaltnim slojevima.

EICM se takođe koristi za proračun temperatura u podslojevima u okviru nevezane podloge i

posteljice i određivanje meseci u kojima su ovi podslojevi zamrznuti. Povratni modul

zamrznutih slojeva se onda povećava tokom perioda smrzavanja i smanjuje tokom perioda

odmrzavanja. EICM takođe sračunava i prosečni nivo vlažnosti u nevezanim slojevima za

svaki mesec analiziranog perioda. Prosečan mesečni nivo vlažnosti u odnosu na optimalni

nivo vlažnosti se koristi za podešavanje vrednosti povratnog modula za svaki nevezani

podlsoj u toku svakog meseca tokom analiziranog perioda.

Sračunate vrednosti kritičnih uticaja se koriste za proračun zamora, trajne deformacije i

termičkih pukotina primenom tzv. prenosnih ili transfer funkcija.



INDIKATORI STANJA KOJI SE PREDVIĐAJU NA OSNOVU MEPDG

MEPDG koristi prenosne funkcije i regresione zavisnosti za predviđanje različitih indikatora

stanja. Ove zavisnosti su kalibrisane na osnovu podataka iz LTPP (Long Term Pavement

Performance Program) za većinu modela.

Specifični modeli za pojedine tipove kolovoza su:

• fleksibilne kolovozne konstrukcije i ojačanja asfaltnim slojevima

o ukupna dubina kolotraga u asfaltnim slojevima, slojevima nevezane podloge i

posteljici

o poprečne pukotine prouzorkovane uticajem okoline

o mrežaste pukotine usled zamora (saobraćajnog opterećenja), odozdo na gore

o podužne pukotine usled saobraćajnog opterećenja inicirane na površini

o reflektovane pukotine u asfaltnim slojevima preko postojećih fleksibilnih,

polu-krutih ili krutih kolovoznih konstrukcija

o ravnost (IRI)

• cementno betonski kolovozi i ojačanja betonom

o denivelacija ploča u spojnicama JPCP

o efikasnost prenošenja opterećenja (LTE) u spojnicama JPCP

o poprečne pukotine usled saobraćajnog opterećenja u JPCP kolovozima

o ljuspanje površine (uključeno u IRI model)

o rastojanje i širina pukotina kod CRCP

o efikasnost prenošenja opterećenja (LTE) kod CRCP

o čupanje zrna u CRCP kolovozima

o ravnost (IRI)

Ovi modeli su vrlo kompleksni i zahtevaju mnogo širi prostor, tako da neće biti posebno

obrađivani u ovom radu.

PROJEKTNI KRITERIJUMI I NIVO POUZDANOSTI

Vrednovanje različitih kolovoznih konstrukcija vrši se na osnovu projektnih kriterijuma koji

su vezani za ponašanje kolovoznih konstrukcija u fazi eksplatacije. Projektant bira kriterijume

i granične vrednosti parametara u zavisnosti od značaja projekta, uticaja na bezbednost i

politike oržavanja odgovarajuće putne uprave.

U tabeli 1 dat je predlog projektnih kriterijuma i graničnih vrednosti (4), ali treba imati u vidu

da se oni mogu razlikovati u zavisnosti od konkretne situacije u odgovarajućoj putnoj upravi.

Analiza projektne pouzdanosti je uključena u MEPDG na konsistentan način za sve tipove

kolovoznih konstrukcija. Projektant može specificirati željeni nivo pouzdanosti za sve tipove

oštećenja i ravnost, a odvgovarajući nivo pouzdanosti zavisi pre svega od posledica

prouzrokovanih kraćim vekom kolovoza u odnosu na projektni period s obzirom na

odgovarajući projektni kriterijum. Nivoi pouzdanosti se mogu razlikovati za različite vidove

oštećenja i ravnost. U tabeli 1 date su preporučene vrednosti nivoa pouzdanosti u zavisnosti

od funkcionalne klasifikacije saobraćajnice.



Tabela 1. Projektni kriterijumi i preporučene granične vrednosti parametara

Tip kolovoza Kriterijum Maksimalna vrednost na kraju

analiziranog perioda

Fleksibilna

kolovozna

konstrukcija i

ojačanja

asfaltnim

slojevima

Mrežaste pukotine (odozdo

na gore)

Autoputevi: 10 % površine saob. trake

Primarni putevi: 20 % površine saob. trake

Sekundarni putevi: 35 % površine saob. trake

Dubina kolotraga (trajna

deformacija u tragovima

točkova)

Autoputevi: 10 mm Primarni putevi: 12.5 mm Sekundarni putevi (v < 72 km/h): 16.5 mm

Dužina poprečnih,

termičkih pukotina

Autoputevi: 94 m/km

Primarni putevi: 130 m/km

Sekundarni putevi: 130 m/km

Ravnost IRI

Autoputevi: 2.5 m/km Primarni putevi: 3.2 m/km Sekundarni putevi: 3.2 m/km

Krute

kolovozna

konstrukcija i

ojačanja

betonskim

slojevima

Srednja vrednost

denivelacije spojnica

(faulting)

Autoputevi: 3.8 mm

Primarni putevi: 5 mm Sekundarni putevi: 6.4 mm

Procenat ploča sa

poprečnim pukotinama

Autoputevi: 10 %

Primarni putevi: 15 % Sekundarni putevi: 20 %

Ravnost IRI

Autoputevi: 2.5 m/km Primarni putevi: 3.2 m/km Sekundarni putevi: 3.2 m/km

Tabela 2. Nivo pouzdanosti u zavisnosti od funkcionalne klasifikacije saobraćajnice

Funkcionalna klasifikacija

Nivo pouzdanosti (%) Gradske

soabraćajnice Vangradske

saobraćajnice Autoputevi 95 95

Primarni putevi 90 85

Sekundarni putevi 80 75

Lokalni putevi 75 70

MEPDG SOFTVER Novo AASHTO uputstvo prati i odgovarajući softver

koji se trenutno nalazi u fazi β testiranja. Softver je

dostupan na internet adresi: www.trb.org/mepdg,

odakle se može iskopirati i instalirati na pojedinačnim

računarima. Međutim, da bi mogao da radi potrebno

je da postoji kontinuirana internet konekcija koja

uspostavlja vezu između konkretnog računara i

servera na kome se nalaze kontrolne datoteke.

Korisnički interfejs je relativno jednostavan i

podeljen na tri dela (slika 3). U gornjem delu se

nalaze opšti projektni parametri, a donji deo je



podeljen na ulazne parametre (saobraćajno opterećenje, klimatski uticaji i materijali i slojevi u

kolovoznoj konstrukciji) sa leve strane i rezultate proračuna sa desne strane.

Slika 3. Korisnički interfejs za program MEPDG

U programu postoji jedinstven sistem za ooznačavanje pojedinih faza unosa podataka i

proračuna koji je sličan semaforskoj signalizaciji: zelena boja označava da su pojedini ulazni

podaci ili faza proračuna kompletirani, žuta boja da su usvojene određene default vrednosti i

da treba pregledati određenu grupu podataka, dok crvena boja znači da je neophodno otvoriti

određeni set i uneti odgovarajuće podatke.

Program je napravljen tako da vodi korisnika kroz sve faze analize, prikazane na slici 1.

TRENUTNO VAŽEĆA OGRANIČENJA I DALJI RAZVOJ METODE

U svom sadašnjem obliku MEPDG metoda je primarno namenjena primeni u Sjedinjenim

državama s obzirom da koristi anglo-saksonski sistem mernih jedinica. Međutim, razmišlja se

o razvoju metričke verzije, pogotovo ako se neke druge zemlje koje su pokazale

zainteresovanost, poput Kanade, uključe u projekat.

Međutim, pored sistema mernih jedinica postoje i neka druga ograničenja ili specifičnosti koja

u ovom trenutku limitiraju primenu metode u drugim zemljama.

Neka od tih ogranuičenja su:

• Modeliranje trenja i buke na kontaktu između pneumatika i kolovoza. MEPDG

ne omogućava predviđanje promene i razvoja buke usled odvijanja saobraćaja. Ovo

pitanje se mora rešiti kroz primenu odgovarajućeg agregata, odnosno tipa asfaltne

mešavine i sprovesti kroz tehničke specifikacije, kao što je to bio slučaj i u prošlosti.

• Jednostruki ili “super-single” pneumatici. MEPDG podrazumeva da su sve osovine

sa duplim pneumaticima. Jednostruki pneumatici mogu biti analizirani kao specijalan

slučaj opterećenja. Uticaj “super-single” pneumatika u ovoj fazi može se odrediti samo

ako se napravi posebna analiza za njih.



• Trajnost i dezintegracija mešavina u površinskim slojevima. MEPDG nema

modele za predviđanje oštećenja kao što su odnošenje materijala ili narušavanje veze

između agregata i bitumena pod dejstvom vode (tzv. “stripping”) kod asfaltnih

materijala, odnosno ljuspanje, alkalno-silikatna reakcija ili D pukotine u cement-

betonskim pločama. Ova pitanja treba da se obrade u procesu projektovanja mešavina

i kroz tehničke specifikacije. Treba napomenuti da je ljuspanje spojnica betonskih

kolovoza obuhvaćeno uputstvom na bazi empirijske zavisnosti u funkciji od

vodocementnog faktora, sadržaja pora ispunjenih vazduhom, čvrstoće i drugih

parametara.

• Promena zapremine tla u posteljici. MEPDG nema model za predviđanje promene

zapremine tla u posteljici usled dejstva mraza ili promene zapremine visoko plastičnih

glina osetljivih na bubrenje. Ukoliko je osetljivo tlo prisutno u posteljici, treba ga

tretirati ili zameniti u skladu sa standardnom inženjerskom praksom u pogledu borbe

protiv štetnog dejstva mraza.

• Porozni slojevi u podlozi. Deonice sa ovim slojevima nisu bile uključene u

kalibraciju modela.

• Geomreže i drugi materijali za ojaćanje. Prisustvo ovih materijala u kolovoznoj

konstrukciji se ne može simulirati u MEPDG. Konstrukcije sa ovim materijalima

takođe nisu bile uključene u kalibraciju modela.

• Polu-kruti kolovozi. MEPDG može da analizira polu-krute kolovozne konstrukcije.

Međutim, modeli za inkrementalna oštećenja usled pukotina prouzorkovanih zamorom

i odgovarajuće transfer funkcije nisu još kalibrisani, tako da u ovom trenutku nije

pouzdano ni preporučljivo njihovo korišćenje u analizi.

• Primena tretmana preventivnog održavanja. Primena preventivnog održavanja nije

obuhvaćena modelima u MEPDG. Ovi tretmani mogu imati značajnog efekta na

brzinu propadanja kolovoznih konstrukcija, pa je u ovom trenutku najbolja opcija da

primena ovih tretmana bude obuhvaćena kroz lokalnu kalibraciju modela propadanja.

• Fazna izgradnja. MEPDG nije u stanju da modelira faznu izgradnju kolovozne

konstrukcije kroz duži period vremena. Kada se fazna izgradnja odnosi na konkretan

projekat, projektant zadaje mesec u kome će kompletirana kolovozna konstrukcija biti

otvorena za saobraćaj.

• Tanka ojačanja slojevima na bazi cement-betona. Ova ojačanja ne mogu biti

dimenzionisana pomoću MEPDG. Minimalna debljina ojačanja klasičnih cementno

betonskih kolovoza sa spojnicama je 15 cm, a kontinualno armiranih betonskih

kolovoza 18 cm. Minimalno rastojanje između spojnica je 3 m.

• Armirani betonski kolovozi sa spojnicama (JRCP). Ovi kolovozi nisu direktno

modelirani u MEPDG.

• Rano otvaranje betonskih kolovoza za saobraćaj. MEPDG podrazumeva da se

betonski kolovozi otvaraju za saobraćaj najmanje 28 dana nakon izvođenja. Ovo će

verovatno biti promenjeno u nekoj od budućih verzija kako bi se uključili i kraći

periodi.

• Trenja na spoju između postojećeg betonskog kolovoza i ojačanja asfaltom. U

MPEDG ne postoji mogućnost da se varira trenje između betonskog kolovoza i

asfaltnog ojačanja.

Od završetka rada na osnovnoj verziji uputstva MEPDG 2004. godine, sprovedeno je više

projekata čiji je cilj bio nezavisna revizija uputstva (Prof.Stephen Brown, Scott Wilson

Pavement Engineering, UK), razvoj uputstva za lokalnu kalibraciju, i korekcija određenih

uočenih nedostataka u modelima primenjenim u MEPDG, kao i analiza osetljivosti pojedinih

modela.



U Američkoj saveznoj upravi za puteve (FHWA – Federal Highway Administration) je

formiran tim za implementaciju novog uputstva čiji je cilj bio da populariše novo uputstvo i

pomogne pojedinim državama da se pripreme za njegovu primenu s obzirom da je to vrlo

zahtevan proces imajući u vidu obim, detaljnost i kvalitet podataka neophodnih za primenu

novog uputstva, kao i složenost same analize. Rezultat ovih napora je da više od 80 %

Američkih saveznih država ima nameru da u relativno skoro vreme započne sa primenom

novog uputstva, koje se inače nalazi u završnoj fazi usvajanja u okviru AASHTO.

LITERATURA

1. AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, AASHTO, Washington D.C.,

US, 1993.

2. W. R. Hudson, C. L.Monismith, J. F. Shook, F. N. Finn, E. L. Skok, JR. AASHO

Road Test Effect on Pavement Design and Evaluation After 50 Years,

Transportation Research Circular E-C118 “Pavement Lessons Learned from the

AASHO Road Test and Performance of the Interstate Highway System”,

Transportation Research Board, Washington D.C., US, s. 17-30, 2007.

3. J.P. Hallin, T.P. Teng, L.A. Scofield, H. von Quintus. Pavement Design in the Post-

AASHO Road Test Era, Transportation Research Circular E-C118 “Pavement

Lessons Learned from the AASHO Road Test and Performance of the Interstate

Highway System”, Transportation Research Board, Washington D.C., USA, s. 1-16,

2007.

4. Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, A Manual of Practice, Interim

Edition, AASHTO, Washnigton D.C., USA, 2008.

5. A.T.Papagiannakis, E.A.Masad. Pavement Design and Materials, John Wiley & Sons,

Inc. Hoboken, New Jersey, 2008.

Documents

IK2 Mladenovic