Predavanje 6 - Evropske norme i SUPERPAVE 31102020...• ii начин • Једначина криве • еквивалентно • Параметри a,b,a 1,b 1се добијају

Предавање VI - Испитивање асфалтних мешавина у складу са Европским нормама

31.10.2020.

КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ шк. 2020/21 в.проф.др Горан Младеновић 1

Београд, 2020.

Сва ауторска права аутора презентације и/или видео снимака су заштићена. Снимак или презентација се могу користити само за наставу на даљину студента

Грађевинског факултета Универзитета у Београду у школској 2020/2021 и не могу се користити за друге сврхе без писмене сагласности аутора материјала.

Универзитет у Београду – Грађевински факултет

www.grf.bg.ac.rs

Студијски програм: ГРАЂЕВИНАРСТВО

Modul: ЗА ПУТЕВЕ, ЖЕЛЕЗНИЦЕ И АЕРОДРОМЕ

Година/Семестар: IV година / VII семестар

Назив предмета (шифра): КОЛОВОЗНЕ КОНСТРУКЦИЈЕ (Б2С4КК)

Наставник : Горан Младеновић

Наслов предавања: Испитивање асфалтних мешавина у

складу са новим Европским нормамаДатум : 31.10.2020.

Пројектовање асфалтних мешавина по хармонизованим Европским нормама• Вишестепени поступак пројектовања• Оптимална мешавина – оптимални садржај агрегата, битумена и шупљина да

задовољи услове везане за понашање у фази експлатације (performance based)

• Критеријуми у зависности од услова:• Саобраћајно оптерећење• Климатски услови• Положај слоја у коловозној конструкцији

• Четири основна параметра• Садржај и врста битумена који одређују термичку осетљивост мешавине• Садржај шупљина у минералној мешавини и њихова испуњеност битуменом –

запреминска структура мешавине• Садржај агрегата• Облик зрна агрегата – садржај дробљених фракција


31.10.2020.


Оцена усаглашености производњеасфалтних мешавина

Процедура оцене усаглашености асфалтних мешавина за добијање CE знака састоји се из:

1. Почетног испитивања типа (ITT) – произвођач

2. Фабричке контроле производње (FPC) – произвођач

3. Почетног прегледа и континуираног надзора FPC –овлашћено тело

Поступак пројектовања асфалтне мешавине

• Избор компоненталних материјала (агрегат, камено брашно, битумен, адитиви)

• Испитивање и потврда квалитета компоненталних материјала• Запреминско пројектовање мешавине• Одређивање нивоа испитивања у зависности од ранга саобраћајнице и

врсте мешавине• Основна испитивања• Емпиријски приступ• Фундаментални приступ

• Потврда својстава мешавине


31.10.2020.


Испитивање компоненталних материјала –Методе испитивања за састав мешавине• Методе за испитивање састава асфалтне мешавине

• Емпиријске карактеристике – Битумен или полимер-модификовани битумен• Пенетрација или ТПК (SRPS EN 1426 или SRPS EN 1427)

• Фракције минералног материјала и КБ SRPS EN 13043• Гранулација SRPS EN 933-1 (АГ) и SRPS EN 933-10 (КБ)• Запреминска маса SRPS EN 1097-6 (АГ) и SRPS EN 1097-7 (КБ)

• Гранулисани рециклирани материјал SRPS EN 13108-8 • Гранулација SRPS EN 12697-2• Садржај везива SRPS EN 12697-1• Пенетрација или Тпк на екстрахованом везиву SRPS EN 12697-3 или EN 12697-4 и SRPS EN 1426 или SRPS EN

1427

• Запреминска маса SRPS EN 12697-5

• Адитиви• Тип




врсте мешавине

• Потврда својстава мешавине


31.10.2020.


Запреминска структура асфалтне мешавине

Агрегат

Шупљине

Битумен

V

V0VA

VŠMM

VA

VB

VŠ

Запреминска структура асфалтних мешавина

• Запреминска маса слоја у збијеном стању (Zm)• Максимална запреминска маса (Zmax)• Шупљине (VŠ)• Ефективна запремина агрегата (VA)• Шупљине у минералној мешавини (VŠMM)• Шупљине испуњене асфалтом (VB)


31.10.2020.


Запреминско пројектовање асфалтних мешавина

• Дефинисање запреминске структуре на бази репрезентативних узорака

• Добијени на неколико различитих начина:• Ударни (Маршалов) набијач (SRPS EN 12697-30)• Жироскопски набијач (SRPS EN 12697-31)• Вибрациони набијач (SRPS EN 12697-32)• Плочасти набијач (SRPS EN 12697-33)• Збијање ваљком• Кернови из коловоза

Запреминско пројектовање асфалтних мешавина

• Репрезентативни узорци• Збијеност репрезентативних узорака се дефинише преко:

• Енергије збијања• Маршалови узорци (2x25 или 2x50 или 2x75 или 2x100 удараца)• Жироскопски набијач (10, 25, 40, 60, 80, 100, 120, 160, 200 или 240 ротација)

• Степена збијености (горња и доња граница)• Садржаја шупљина (горња и доња граница)


31.10.2020.


Запреминско пројектовање асфалтне мешавине

• Запреминска структура на бази репрезентативних узорака• Неколико категорија

• АБ: Vmax ≤ 7 %, Vmax ≤ 10 %, Vmax > 10 %

• Шупљине• Шупљине у минералном материјалу• Шупљине испуњене битуменом

Збијање узорака у жироскопском набијачу(SRPS EN 12697-31)

• Узорци Ø 100 и Ø 150 mm• Висина и до 180 mm• Сила F = 10-12 kN (Ø 150 mm)

F = 4.5-4.9 kN (Ø 100 mm)

притисак p ≈ 600 kPa

• Угао Φ = 1.16o±0.02o

• До 32 ротације/мин

• Т = 150±10 оC (БИТ 50/70)


31.10.2020.


13

Збијање узорака у жироскопском набијачу

(SRPS EN 12697-31)



• Испитивање и потврда квалитета компоненталних материјала

• Запреминско пројектовање мешавине

• Одређивање нивоа испитивања у зависности од ранга саобраћајнице и врсте мешавине

• Емпиријски приступ• Фундаментални приступ

• Потврда својстава мешавине• Спровођење планираних испитивања и провера да ли мешавина одговарајућег састава

задовољава критеријуме из техничких услова

• Већина Европских земаља има критеријуме само за дубину колотрага, а за остала испитивања прикупља информације


31.10.2020.


Приступ формулацији спецификација за асфалтне мешавине

Безбедност, конфор, време путовања, итд.

Трење, храпавост, смањење буке, итд.

Чврстоћа, носивост, трајност, итд.

Отпорност на замор, деформацију, пуцање, итд.

Састав, гранулација, шупљине, степен збијености, PSV, pen, TPK ...

Захтеви у погледу запреминског састава и

карактеристика компоненталних материјала

(битумен, агрегат, камено брашно)

Карактеристике асфалтних мешавина

(на крају процеса производње)

Карактеристике асфалтног слоја

(захтеви у погледу извођења)

Карактеристике површине

коловоза

Захтеви

корисника

3. Генерација спецификација



Понашање асфалтних мешавина у зависности од температуре

100 %

Ниска температура

Висока температура

Пукотине на ниским

температурамаКолотрази

0 %

Замор

Еластично понашање

Нелинеарно еластично понашање

Вискозно понашање


31.10.2020.


Нивои испитивања (Француско упутство за асфалтне мешавине)

Емпиријски и фундаментални приступ за пројектовање асфалтних мешавина

• Емпиријски приступ• Отпорност на дејство воде• Отпорност на трајну деформацију (симулациони тест – опит точком)

• Фундаментални приступ• Крутост• Отпорност на трајну деформацију (триаксијални опит)• Отпорност на замор• Отпорност на ниске температуре

• Tрeнутнo jeдинo зa aсфaлт бeтoн пoстojи мoгућнoст и jeднe и другe oпциje

• Зa свe другe мeшaвинe спeцификaциje су бaзирaнe нa eмпириjским кaрaктeристикaмa


31.10.2020.


Отпорност на дејство воде

• SRPS EN 12697-12 – Утицај засићења и убрзаног кондиционирања у води на чврстоћу на индиректно затезање асфалтних узорака

• Узорци набијени у Маршаловом (2 x 35 удараца) или жироскопском набијачу, најмање 6 ком.

• Два сета узорака• Један на сувом• Други кондициониран у води

• Чврстоћа на индиректно затезање (25 оC)• Однос чврстоћа на индиректно затезање два сета узорака:

dry

wet

ITS

ITS100ITSR ⋅=

Отпорност на трајну деформацију (колотраге)

• Опити:• Симулациони опит точком (Wheel Tracking Test – WTT) према SRPS EN

12697-22• мали уређај (дозвољено једноосовинско оптерећење у Србији = 11.5 t)• метод B у ваздуху

• Динамички опит течења у триаксијалној комори према SRPS EN 12697-25

• Једноаксијални опит течења према SRPS EN 12697-25 (није у спецификацијама SRPS EN 13108-20)


31.10.2020.


Отпорност на трајну деформацију - WheelTracking Test (SRPS EN 12697-22)

Отпорност на трајну деформацију (SRPS EN 12697-22)

• мали уређај, метод Б, ваздух (дозвољено осовинско оптерећење < 13 t)• Т=45,50,60 oC• Сила 700 N• Фреквенција 0.88 Hz• Контактна површина 1900 mm2

• 10000 циклуса (20000 прелаза)

• Критеријуми• Пропорционална дубина колотрага• Нагиб криве након 10000 циклуса


31.10.2020.


Отпорност на трајну деформацију(SRPS EN 12697-22)

• АБ 16с

• PmB 45/80-65

• T = 60 oC

• Резултати:• RD=1.94 mm• PRD=2.8 % (max 7 %)• WTS=0.05 (max 0.07)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000Дубина колотрага

(m

m)

Број прелаза

Uzorak 1 Uzorak 2

нагиб криве


• Према условима опита� једноаксијални триаксијални

σА(t) - укупни аксијални притисак

σC - бочни притисак


31.10.2020.



Једноаксијални Триаксијални

Типична зависност криве течења

Фаза 3 Teрцијално течење

Фаза 2Секундарно течење

Фаза 1Примарно

течење

Време (sec)


31.10.2020.



• Једноаксијални опит течења• Не омогућава квантификативно предвиђање дубине колотрага у фази

експлатације

• Служи за релативно поређење различитих асфалтних мешавина

ε

σ

Број циклуса опт.

1s 1s


• Обрада резултата – једноаксијални опит течења• Кумулативна дилатација после n-тог циклуса:

• Нагиб криве течења

• Модул течења

• n = 3600

100h

hh

o

non ⋅

−=ε ho – почетна висина узорка

hn – висина узорка после n-тог циклуса

21

nnc

nnf 21

−

ε−ε=

1000En

n ⋅ε

σ=


31.10.2020.


Отпорност на трајну деформацију

(SRPS EN 12697-25)

Performance related test

σσσσAx(t)

σσσσC

Фундаменталне карактеристике

асфалтне мешавине

• Симулација дејства тешког оптерећења при повишенимтемпературама

• Циклично аксијално оптерећење (синусоидално)

• Константан бочни притисак

• Т = 40°C (за подлогу) или 50 °C (застор)


• Обрада резултата – триаксијални опит течења• Кумулативна дилатација после n-тог циклуса:

• Нагиб криве течења• I начин

• Једначина криве• Нагиб у квази линеарном делу (фаза 2) (микродилатација по броју циклуса)

• II начин• Једначина криве• еквивалентно

• Параметри A,B,A1,B1 се добијају линеарном регресијом - методом најмањег квадратног одступања за фазу 2

• Они су мера отпорности асфалтне мешавине на трајну деформацију

100h

hh

o

non ⋅

−=ε ho – почетна висина узорка

hn – висина узорка после n-тог циклуса

nBA 11n ⋅+=ε

14

c B10f ⋅=

B1n nA ⋅=ε

nlogBAloglog n ⋅+=ε


31.10.2020.


Отпорност на трајну деформацију

(SRPS EN 12697-25)

- 35%

SMA 11f = 3 HzT = 50°C

5,5%

4,3%

3,6%

50/70

pmB 45/80-50

pmB 45/80-65

Модул крутости

• Комплексни модул – Однос напона и деформације за линеарно виско-еластичан материјал изложен синусоидалном оптерећењу у време t који за напон σ(t) = σ*sin(ωt) даје дилатацију ε (t) = ε*sin(ωt-φ) која “касни” за напрезањем за фазни угао φ

• Модул крутости – апсолутна вредност комплексног модула или вредност секантног модула

• Амплитуде дилатације и фазног угла су функције фреквенције ω и температуре испитивања

( )( )tt

)t(Eε

σ=


31.10.2020.


Комплексни модул

( )φ⋅+φ⋅= sinicosEE **

� Две компоненте:

реална

имагинарна

� Апсолутна вредност комплексног модула

� У прорачуну коловозних конструкција методом вишеслојних еластичних система уместо модула еластичности

� Апсолутна вредност фазног угла

φ⋅= cosEE *1φ⋅= sinEE *2

22

21

*EEE +=

=φ

1

2

E

Earctan

Зависност модула крутости и фазног угла од температуре и фреквенције оптерећења

Модул

Крутости

(M

Pa

)

Фазни

Угао

(°)

Фреквенција (Hz)

|E*|

φ

Температура (°C )


31.10.2020.


Модул крутости

• Опити• Гредице оптерећене у

• Две тачке (Француска)• Четири тачке у трећинама распона

• Опит индиректног затезања на цилиндричним узорцима

М

P/2 P/2

a/3a/3a/3

Одређивање модула крутости на гредицама

• Зашто синусоида???• Најбоље симулира деформацију по наношењу оптерећења и после

растерећења слоја коловозне конструкције

σ(t)σ(t)

ε(t)

ε(t)


31.10.2020.


Модул крутости - Услови опита 4PBB

• 4PBB - стандард SRPS EN 12697-26, Annex B• Услови:

• Опит са контролисаном дилатацијом (controlled strain)• Температура 20 оC• Фреквенција 8 Hz• Дилатација 50 με• Број циклуса оптерећења 100 - 500

Модул крутости -Уређај за савијање гредица – 4PBB

0

0

ε

σ=*E

100

1000

10000

100000

0.1 1 10 100

Модул крутости EN 12697-26; Annex B

Изотерме

9900MPa

2450 MPa

10 Hz

0 °C

20 °C

Фреквенција ( Hz )

Модул

крутости

( M

Pa )


31.10.2020.


Модул крутости – цилиндрични узорци оптерећени на индиректно затезање

сила

Хоризонтална деформација

( ) hdrdrP

S m⋅+

+⋅=

21

)27.0(υ

• IT-CY - стандард SRPS EN 12697-26, Annex C• Услови:

• температура 20± 0.5 °C• дилатација 50 µε• време трајања раста оптерећења 124 ms

циклус: опт./раст.: 250 ms

• понављање оптерећења 3 s• број циклуса кондиционирања: 10• број циклуса испитивања: 10

Замор асфалтних мешавина

• Циклично понављање оптерећења и растерећења под дејством саобраћајног оптерећења

� неутралан положај

� оптерећени положај


31.10.2020.


Замор асфалтних мешавина

• Опити• Гредице оптерећене у 4 тачке (SRPS EN 12697-24, Annex D)• Цилиндрични узорци оптерећени на индиректно затезање (SRPS EN 12697-24,

Annex E)

• Поступак се користи:• За рангирање асфалтних мешавина у погледу отпорности на замор,

као индикацију понашања слоја у коловозној конструкцији

• За прикупљање података за процену структурног понашања слоја у коловозној конструкцији

• За анализу резултата испитивања у односу на спецификације – техничке услове

Замор - Услови опита 4PBB

• 4PBB - стандард SRPS EN 12697-24, Annex D• Услови:

• Опит са контролисаном дилатацијом (controlled strain)• дилатација 200-1000 µε• фреквенција 10-30 Hz• температура 20 °C• број циклуса: 104 – 2*106

� 3 x 6 узорака за испитивања

� 3 нивоа дилатације са веком од приближно 104,105,106 понављања оптерећења

� Критеријум за лом: пад модула крутости на 50 % почетне вредности


31.10.2020.


Закон замора

• Линеарна регресиона анализа за сваку гредицу

i – гредица

ј – изабрани критеријум лома

к – услови опита

ε1 – почетна дилатација (после 100-тог циклуса)

• А1 дефинише нагиб “p”закона лома

( ) ( )11ok,j,i lnAANln ε⋅+=

Закон замора– 4PBB

ди

ла

тац

ија

ε[µ

m/m

]

Nf/50

закон замора

6


31.10.2020.


Резултати испитивања отпорностиасфалтних мешавина на замор

Закони замора типичних асфалтнихмешавина у Србији

Mешавина Закон замора ε (N=106) ∆ln(ε)/∆ln(N)

"Alpine" БНС 22сА ln (N) = 45.718 - 5.942· ln (ε) 214.61 0.168

"PORR" БНС 22сА ln (N) = 46.125 - 5.543 · ln (ε) 339.98 0.180

"Енергопројект" АБ 16с

ln (N) = 62.230 - 7.812 · ln (ε) 491.49 0.128

"Енергопројект" БНС 22сА (А 183)

ln (N) = 30.484 - 3.676 · ln (ε) 93.17 0.272


ln (N) = 38.857 - 5.228 · ln (ε) 120.29 0.191


ln (N) = 41.610 - 5.726 · ln (ε) 128.26 0.175


31.10.2020.


Отпорност на ниске температуре

• Стандард SRPS EN 12697-46• Једноаксијални опит затезања - Uniaxial Tensile Strength Test

(UTST)

• Опит затезања укљештеног узорка - Tensile Stress Restrained Specimen Test (TSRST)

• Циклични опит затезања - Cyclic Tensile Stress Test (CTST)

1

2

3

9

8

© CD - Lab/ISTU Напон

затезања

σ[M

pa]

σσσσtot

∆σ∆σ∆σ∆σ

Број циклуса оптерећења

4

5

6

6

7

σσσσcry

(T)

Отпорност на ниске температуре – циклични опит

затезања – замор при ниским температурама

1 асфалтни узорак2 температурна комора3 рам за оптерећење4 ћелија силе5 контролна јединица

6 Кланфе за причврћивање узорка7 адаптер8 LVDT9 dummy узорак са температурним сензором


31.10.2020.


Резултати цикличног опита




врсте мешавине

• Потврда својстава мешавине• Спровођење планираних испитивања и провера да ли мешавина одговарајућег

састава задовољава критеријуме из техничких услова

• Већина Европских земаља има критеријуме само за дубину колотрага, а за остала испитивања прикупља информације

Documents

Predavanje 6 - Evropske norme i SUPERPAVE 31102020...• ii начин • Једначина криве • еквивалентно • Параметри a,b,a 1,b 1се добијају