DIMENZIONIRANJE KOLNIDIMENZIONIRANJE KOLNIKIH KIH KONSTRUKCIJAKONSTRUKCIJA

1.Uvod1.Uvod

Dimenzioniranje kolniDimenzioniranje kolnike konstrukcije ima izrazito veliku vake konstrukcije ima izrazito veliku vanost u nost u projektiranju prometnica iz jednostavnih razloga projektiranju prometnica iz jednostavnih razloga to kvaliteta kolnito kvaliteta kolnike ke konstrukcije osigurava trajnost, sigurnost i udobnost vokonstrukcije osigurava trajnost, sigurnost i udobnost vonje, kao i to nje, kao i to to predstavlja znato predstavlja znaajnu stavku u pogledu troajnu stavku u pogledu trokova izgradnje i kova izgradnje i odrodravanja.avanja.

StruStruKKturturnana svojstvasvojstva

jakost

sigurnost

udobnost

FunFunkcionalna svojstvakcionalna svojstva

Klima/okolina

Veliina optereenja

Volumen prometa

promet

Svojstva materijala

Asfaltni/betonski slojevi

posteljica

nosivi slojevi

tampon

Vijek trajanja konstrukcije = odluivanje

strukturalna/funkcionalna svojstva = zahtijevanje

prometno optereenje = predvianje

?

debljina asfaltnih/betonskihslojeva?

debljina nosivih slojeva?

debljina tampona MNS?

Truck

KRIVE FUNKCIONALNIH KARAKTERISTIKA

KRIVE STRUKTURALNIH KARAKTERISTIKA

RehabilitacijaNeoekivana

granica

Kva

litet

aup

orab

ljivo

stiidealno

promet/ godina

Stru

ktur

nika

paci

tet

idealno promet/ godina

Rehabilitacija Strukturnilom

Razvoj cestaRazvoj cesta

ZnaZnaajniji razvoj graenja cesta u vrijeme rimskog carstva i Rimljanajniji razvoj graenja cesta u vrijeme rimskog carstva i Rimljane moe moemo emo smatrati osnivasmatrati osnivaima graenja cestaima graenja cesta. Imali su vrlo razgranatu cestovnu mre. Imali su vrlo razgranatu cestovnu mreu na u na podrupodruju svoje drju svoje drave,oko 150.000 km. Tragovi tih cesta vidljivi su i danas u ave,oko 150.000 km. Tragovi tih cesta vidljivi su i danas u svim dijelovima nekadasvim dijelovima nekadanjeg rimskog carstva.njeg rimskog carstva.

statumen (1) - donji sloj od lomljenog kamena, ruderatio (2) - sloj od kamena veliine ake, nucleus (3) - sloj od krupnijih frakcija kamene sitnei ili opeke summa crusta (4) - sloj od sitnogtucanika i pijeska ili tarac od kamenih ploa.

Najee su svi slojevi bili vezani vapnenombukom.

Englez Telford (1757. - 1834.) pridaje vanost dobroj podlozi kolnike konstrukcije.kot Mac Adam (1756. - 1836.) uvodi graenje cesta uvrenih tuencem (batovima usitnjen lomljeni kamen) u nekoliko slojeva razlitite veliine zrna. Po naelu makadama" grade se i danas cestovni zastori uz upotrebu tamnih veznih sredstava i cementa (asfaltni i katranski makadarni, cementni makadami).

a) Kolnika prema Telfordu b) Kolnika prema Mac Adamu

U samim poecima, kada je promet bio izuzetno mali, nije bilo potrebe za proraunom kolnike konstrukcije. Neto kasnije, na osnovu tih poetnih iskustava, raene su tipske konstrukcije koje su mogle zadovoljiti tadanje potrebe. Razvojem automobilske industrije i poveanjem broja vozila, kao i uporabe tekih vozila, dotadanje konstrukcije nisu mogle zadovoljiti potrebe pa se javila potreba za novim nainima dimenzioniranja. Na osnovu iskustva razvijene su i prve metode dimenzioniranja koje su u poetku ukljuivale mali broj faktora. Kasnije su te metode usavravane ponajvie zahvaljujui velikim pokusnim dionicama koje su postavile temelje u pogledu dimenzioniranja kolnikih konstrukcija. Najznaajnija istraivanja su: - kod Braunschweiga u Njemakoj (1925.), - WASHO Road Test u SAD-u (1950.), - kod Alconbury Hilla u Engleskoj (1965.) i - AASHO Road Test-a u SAD-u (1957. - 1961.) - najvea i najznaajnija

Na osnovi ovih istraivanja razvijene su praktine metode za dimenzioniranje koje se i danas primjenjuju.

Empirijske metode su jednostave i praktine za uporabu i omoguuju pouzdanu kolniku konstrukciju. One pak ne daju uvid u ponaanje kolnikih konstrukcija, o naprezanjima i deformacijama. Isto tako polazite su uvjeti pokusa i materijali koji su upotrijebljeni u konkretnom pokusu. Iz tog razloga vre se prilagodbe postojeim uvjetima to ipak ima odreena ogranienja.

Teorijske metode omoguavaju prevladavanje tih ogranienja, mogu se proraunom provjeravati bilo kakve konstrukcije i koriteni materijali. Proraunavaju se naprezanja i deformacije kritinih presjeka i usporeuju s doputenim. Ti su postupci dosta sloeni pa su se traila pojednostavljenja u obliku tablica i nomograma. Razvojem raunala ove metode su dobile jednostavniju primjenu.

Kolnike konstrukcije se najprije projektiraju empirijskim metodama, a nakon toga se vri kontrola teorijskim metodama (raunalnim programima, BISAR).

VRSTE SUVREMENIH KOLNIVRSTE SUVREMENIH KOLNIKIHKIHKONSTRUKCIJAKONSTRUKCIJA

a)a) Po naPo nainu djelovanja:inu djelovanja:-- SAVITLJIVE (FLEKSIBILNE) SAVITLJIVE (FLEKSIBILNE)

KOLNIKOLNIKE KONSTRUKCIJE KE KONSTRUKCIJE asfaltni zastor;asfaltni zastor;

-- KRUTE KOLNIKRUTE KOLNIKE KE KONSTRUKCIJE KONSTRUKCIJE betonski betonski zastor.zastor.

b)b) Prema sposobnosti prihvaPrema sposobnosti prihvaa a prometnog optereprometnog optereenja:enja:

-- za lako prometno optereza lako prometno optereenje;enje;-- za srednje teza srednje teko prometno ko prometno

optereoptereenje;enje;-- za teza teko i vrlo teko i vrlo teko prometno ko prometno

optereoptereenje.enje.

PROMETNO PROMETNO OPTEREOPTEREENJEENJE

ASFALT ASFALT (cm)(cm)

BETON BETON (cm)(cm)

ZASZASTORTOR

UKUUKUPNOPNO

ZASZASTORTOR

UKUUKUPNOPNO

lakolako 44 1010 1616 3131

srednjesrednje 55 1313 1818 3838

tetekoko 66 17 17 (37)(37)

2020 4040

vrlo tevrlo tekoko 1010 20 20 (40)(40)

2222 4545

KOLNIKOLNIKA KONSTRUKCIJA S ASFALTNIM ZASTOROMKA KONSTRUKCIJA S ASFALTNIM ZASTOROM

habajuhabajui sloj od asfaltbetona (HSi sloj od asfaltbetona (HS--AB)AB)

vezni sloj (VS) vezni sloj (VS)

gornji bitumenizirani nosivi sloj (BNS) gornji bitumenizirani nosivi sloj (BNS)

donji bitumenizirani nosivi sloj (DBNS)donji bitumenizirani nosivi sloj (DBNS)ili cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS)ili cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS)mehanimehaniki stabilizirani nosivi sloj (MNS)ki stabilizirani nosivi sloj (MNS)

posteljica (P)posteljica (P)

KOLNIKOLNIKA KONSTRUKCIJA S BETONSKIM ZASTOROMKA KONSTRUKCIJA S BETONSKIM ZASTOROM

povrpovrinski sloj od betona s eruptivnim agregatominski sloj od betona s eruptivnim agregatom

betonska plobetonska ploaa

cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS)cementom stabilizirani nosivi sloj (CNS)

mehanimehaniki stabilizirani nosivi sloj (MSNS)ki stabilizirani nosivi sloj (MSNS)

posteljica (P)posteljica (P)

AsfaltniAsfaltni BetonskiBetonski

TTipovi kolnikaipovi kolnika

UTJECAJNI FAKTORI:UTJECAJNI FAKTORI:

1. Prometno optere1. Prometno optereenjeenje1.1. Djelovanje prometnog optere1.1. Djelovanje prometnog optereenja na kolnienja na kolniku konstrukciju ku konstrukciju

1 1.2. .2. Odreivanje prometnog optereOdreivanje prometnog optereenja za projektiranje (dimenzioniranje) enja za projektiranje (dimenzioniranje) kolnikolnike konstrukcijeke konstrukcije1.2.1. Analiza prometnog optere1.2.1. Analiza prometnog optereenja i odreivanje projektnog prometnog enja i odreivanje projektnog prometnog

optereoptereenjaenja 1 1.2.2. .2.2. Odreivanje ekvivalentnog prometnog optere Odreivanje ekvivalentnog prometnog optereenja enja

1.2.3. Razredba prometnog optere1.2.3. Razredba prometnog optereenjaenja

2. Utjecaji okoline2. Utjecaji okoline2.1. Utjecaj temperature2.1. Utjecaj temperature2.2. Utjecaj vlage 2.2. Utjecaj vlage 2.3. Problem smrzavanja2.3. Problem smrzavanja

3. Utjecaji posteljice3. Utjecaji posteljice

1. Prometno optereenje

1.1. Djelovanje prometnog optereenja na kolniku konstrukciju

Ponaanje kolnikih konstrukcija pod prometnim optereenjem izraeno je tzv. indeksom vozne sposobnosti p (kree se od veliine p=5, za idealno ravan kolnik, do veliine p = 0 za potpuno uniten kolnik, po kojemu se ne moe voziti).

On obuhvaa loe pojave koje se nakon odreenog broja prijelaza vozila javljaju na kolniku (pukotine, deformaeije, oteenosti, neravnosti). Na taj je nain se iskazuje tetno djeIovanje vozila, koje se oituje u vie raznih pojava.

vrijeme

Up

ora

blj

ivo

st(P

SI)

p0

pt

p0 - pt

Razliita vozila razliito djeluju na kolniku osovinu, pa se za mjerodavnu uvodi jednostruka osovina s dvostrukim kotaima, 80 kN.

1.351.85

5.11

0.100.00070

1

2

3

4

5

6

Car Delivery Truck Loaded 18-Wheeler Loaded 40' Bus Loaded 60'Articulated Bus

ESA

Ls p

er V

ehic

le

lom = 10 000 ponavljanja13.6 Tona

lom = 100 000 ponavljanja11.3 Tona

lom = 1 000 000 ponavljanja4.5 Tona

lom = 10 000 000 ponavljanja2.3 Tona

11.3 Tonalom = ponavljanja?

13.6 Tona4.5

Tona

2.3 Tona

Primjer:

Jedna osovina 160 kN tona uzrokuje oteenje kao 20 osovina od 80 kN.

20 x 80 kN160 kN

=

1.2. Odreivanje prometnog optereenja za projektiranje (dimenzioniranje) kolnike konstrukcije

1.2.1. Analiza prometnog optereenja i odreivanje projektnog prometnog optereenja

Pri analizi prometnog optereenja uzima se u obzir: - prosjeni godinji dnevni broj tekih vozila u predvienoj poetnoj godini uporabe ceste,

- prosjena godinja stopa rasta broja tekih vozila u projektnomrazdoblju,

- osovinsko optereenje reprezentativnih vrsta vozila, - prosjena iskoritenost nosivosti tekih teretnih vozila, - raspodjela prometnog optereenja po voznim trakovima.

2. Utjecaji okoline

2.1. Utjecaj temperature

2.2. Utjecaj vlage

2.3. Problem smrzavanja

2.1. Utjecaj temperature

Materijali u kolnikoj konstrukciji razliito se zagrijavaju i hlade. Temperatura slojeva (a time i ponaanje materijala) ovisi o vanjskim i unutarnjim faktorima. Vanjski faktori proizilaze iz vremenskih prilika. To su primjerice temperatura, suneva radijacija, vjetar. Oni u velikoj mjeri ovise o zemljopisnom poloaju podruja na kojem se nalazi kolnik.

Unutarnji faktori su emitiranje dugovalne radijacije iz tla i termika svojstva materijala u kolnikoj konstrukciji i posteljici.

Od vanjskih faktora najvei utjecaj ima temperatura zraka, ali i suneva radijacija. Istraivanja su pokazala da je temperatura na povrini asfaltnog zastora kolnike konstrukcije redovito via od temperature zraka. To se objanjava upravo sunevom radijacijom, odnosno upijanjem topline na povrini asfalta. Temperatura kolnicke konstrukcije mijenja se tijekom dana i godine.

- Na dubinama 1 cm i 10 cm ispod povrine, temperatura u kolnikoj konstrukciji je znatno via od temperature zraka. Tek naa 30 em ispod povrine, temperatura u konstrukciji nia je od temperature zraka

- Maksimum temperature u materijalima konstrukeije nastupa kasnije od maksimuma temperature zraka, tj. postoji odreena temperaturna

inertnost materijala.

Iz ovih se prikaza vidi da se materijali konstrukcije u tijeku dana razliito zagrijavaju i hlade. Kako su svi materijali uslijed promjene temperature podloni volumenskim promjenama, i kako suslojevi meusobno povezani, to pri zagrijavanju i hlaenju nastaju naprezanja u konstrukciji. Ako su naprezanja tako velika da ih materijali ne mogu podnijeti, dolazi do tetnih pojava u kolnickoj konstrukciji -pukotina iIi deformacija.

Ovo ukazuje na potrebu projektiranja kolnike konstrukcije koja e se moi oduprijeti takvim utjecajima.

Temperatura utjee na mehanika i reoloka svojstva svih materijala kolnike konstrukcije. Osobito velik utjecaj temperatura ima na asfaltne slojeve, jer je asfalt materijal koji ima viskoelastina svojstva. Na visokim temperaturama ponaanje asfalta je preteno viskozno, a na niskim preteno elastino.

I standardna se svojstva asfalta mijenjaju s promjenom temperature. Tako stabilnost asfaltnih mjeavina, po Marshallu, s porastom temperature naglo opada.

U uvjetima visokih temperatura i pod velikim i stalnim optereenjem, asfalt se moe trajno izobliiti, tj. dobiti oblik koji se ne vraa u prvobitno stanje.

Vlaga ima veliko znaenje za kolniku konstrukciju, osobito ako je izgraena u materijalima koji su osjetljivi na vodu. Naini prodiranja vode u kolniku konstrukciju su: 1. Procjeivanje vode s vieg okolnog tla

2. Dizanje i sputanje razine podzemne vode 3. Prodiranje vode kroz povrinu kolnika (ako je ona oteena) 4. Prodiranje vode kroz bankine 5 .Kapilarno penjanje vode iz temeljnog tla 6. lsparavanje vode iz temeljne vode i kondenziranje ispod kolnicke konstrukcije.

2.2. Utjecaj vlage

Mogunost procjeivanja vode ovisi najvie o hidraulikom gradijentu i koeficijentu vodopropusnosti tla. Protok se izraava po Darcyju:

Q= k i A

Koliina vode koja se procjeuje moe nekada biti vrlo velika. Zbog toga vodu treba zaustaviti i prihvatiti drenaama, te izvesti izvan trupa ceste.

Dizanje razine podzemne vode ovisi o klimatskim okolnostima i sastavu tla. Prodiranje vode kroz oteeni kolniki zastor moze prouzroiti veliku lokalnu koncentraciju vode na mjestima prodora. Ako se posteljica sastoji od materijala koji mijenja svojstva u dodiru s vodom, moze doi do velikih oteenja pod prometnim optereenjem. Osobito je opasno ako dode do smrzavanja konstrukcije i posteljice u takvom stanju. Radi toga je vazno posvetiti paznju odrzavanju zastora i pravodobnom presvlacenju novim slojem. Prodiranje vode kroz bankine ima sline posljedice. Ovdje su ugroeni rubovi kolnike konstrukcije. Do prodiranja vode kroz bankine dolazi ako su one propusne i ako im je povrina izobliena tako da se voda moze zadrati u udubljenjima. lspitivanje defleksija Benkelmanovom gredom u poprenom profilu ceste pokazalo je da su defleksije znatno vee pri rubovima kolnika, to se moe dovesti u vezu s prolaskom vode kroz bankine. Treba dobro odravati bankine i izraivati ih od nekog jednostavnijeg i nepropusnog sloja na bankini. Kapilarno penjanje vode. U sitnozrnom tlu voda se moze dii pod kolniku konstrukciju kapilarnim penjanjem iz temeljne vode. Kapilarno penjanje moe se prekinuti ugradbom slojeva od zrnatih materijala, nepropusnim membranama i sl. Do isparavanja vode iz temeljne vode i kondenzacije vode pod kolnikom moe doi kada je kolnika konstrukcija hladnija od tla. Tada se para koja se die iz temeljne vode kondenzira pod konstrukcijom.

2.3. Problem smrzavanja

- pojava leda - 9% vei volumen

- pojava ledenih lea jo vei problem

Da bi se u tlu razvile ledene Iee, moraju postojati tri uvjeta: - dovoljno niska temperatura da se pone smrzavati voda u tlu, - mogunost pritjecanja vode u zonu smrzavanja, - tlo u zoni smrzavanja mora biti osjetljivo na smrzavanje.

Svaka estica tla okruena je filmom adsorbirane vode. Pri smrzavanju dolazi do privlaenja tog filma s gornje strane i ukljuivanja te vode u smrznuti ledeni kristal. Budui da se film vode dri uz esticu tla jakim molekularnim silama, on trazi uspostavljanje ravnotee i privlai vodu odozdo. Ledena lea pri tome se potiskuje navie i tako dolazi do izdizanja.

Povoljnije je ako smrzavanje nastupi naglo, nego ako je postupno. Pri naglom smrzavanju smrzne se samo voda koja se ve nalazi u sloju tla zahvaenom smrzavanjem.Postupno smrzavanje pogoduje kapilarnom dotoku vode i poveanju ledenih lea,odnosno nagomilavanju leda ispod konstrukcije. Za konstrukciju je vrlo vana dubina smrzavanja tla, koja pak ovisi najvie o klimatskim okolnostima. O dubini smrzavanja ovisi potrebna debljina kolnicke konstrukcije, odnosno debljina do koje treba zamijeniti tlo osjetljivo na smrzavanje sigurnim (tamponskim) materijalom, kako ne bi dolo do tetnih posljedica od smrzavanja.Oteenja na savitljivim konstrukcijama oituju se u pojavi mreastih" pukotina, a u najteim slucajevima i u potpunom razaranju konstrukcije.

Kod krutih kolnika nastaju pukotine i istiskivanje blata sa strane ploa.

Zbog takvih se pojava kolnika konstrukija mora projektirati tako da ne dopusti smrzavanje tla i da se odupre nepovoljnim uvjetima koje stvaraju niske temperature i voda.

Postoje metode dimenzioniranja koje uzimaju u obzir smrzavanje i obvezatno se primjenjuju kao provjera uz dimenzioniranje kolnike konstrukcije.

3. Utjecaji posteljice

Znaajke posteljice u velikoj mjeri utjeu na kolniku konstrukciju. Namjena kolnika je preuzeti prometno optereenje i da ga kroz kolniku konstrukciju prenese na posteljicu. Bolja, nosivija posteljica (npr. od kamenog materijala) moe podnijeti vee optereenje, a slabija (zemljana) manje. To je razlog zato konstrukcija na posteljici koja ima veu nosivost moe biti slabija, i obratno.

U teorijskim metodama koje se zasnivaju na analizi naprezanja i deformacija u kolnikoj kontrukciji, a koja se pri tome razmatra kao vieslojni sustav, materijali se u posteljici (i u konstrukciji) iskazuju pomou modula elastinosti E i Poissonova koeficijenta v.

U empirijskim metodama, koje se zasnivaju na iskustvenim opaanjima, radi se takoer s modulom elastinosti (deformacije) ME , modulom reakcije tla K, a najee s kalifornijskim indeksom nosivosti CBR.

Ako se uzme da se materijal u odreenim uvjetima optereenja ponaa elastino, moe se primijeniti Hookeov zakon. Kod uzoraka koji se ispituju u laboratoriju pod uvjetima ogranienog bonog irenja, modul elastinosti jest:

1 3

1

2 E=

1

3

1

1

gdje je:E - modul elastinosti

- vertikalno glavno naprezanje

- horizontalno naprezanje (koje ograniava bono irenje uzorka)

- Poissonov koeficijent

- deformacija u smjeru

Modul elasticnosti (zove se "rezilientni modul") Mr odreuje se iz relacije:

gdje je: d - devijatorsko naprezanje1 - osno naprezanje3 - bono naprezanjer - elastina deformacija

SATUftACIJC

Kod terenskog odreivanja modula elastinosti (u ovom je sluaju ispravnije govoriti o modulu deformacije) uobiajena su ispitivanja krutom krunom ploom. Ispitivanje se sastoji u utiskivanju ploe u posteljicu i mjerenju odgovarajue deformacije pri odreenoj sili.

Shematski prikaz krute krune ploe za ispitivanje modula deformacije (modula stiljivosti) tla

Probna ploa

)1(2 20

= CWpaE

wFCWpaE =0

2

Moduli deformacije posteljice mogu se odrediti po Bousinesqovoj teoriji homogenog izotropnog elastinog poluprostora po formuli:

ili po Burmistorovoj vieslojoj teoriji po formuli:

a - radijus ploeC - koeficijent krutosti ploep - specifino optereenje ispod ploeW0 - vertikalna deformacija pri optereenju pv - Poissonov koeficijentFw - koeficijent deformacije

Radi se tako da se optereenje poveava stupnjevito i mjere pripadne deformacije.

Radi se tako da se optereenje poveava stupnjevito i mjere pripadne deformacije. Rezultati se nanose u dijagram.

Nosivost posteljice za dimenzioniranje krutih kolnikih konstrukcija izraava se tzv. modulom reakcije tla K. Modul reakcije K odreuje se pokusom pomou velike krune ploe ( 76 cm). Rauna se iz optereenja pri deformaciji 1,25 mm.S obzirom na to da je s velikom ploom teko raditi, modul reakcije moe se odrediti (orijentacijski) i iz korelacije s rezultatima dobivenim ispitivanjem po-mou ploe 30cm:

K76 = 0.4K30

gdje je : K76 - modul reakcije odreen ploom 76 cm K30 - modul reakcije odreen ploom 30 cm

Kalifornijski indeks nosivosti CBR razvijen je u SAD za vrijeme drugog svjetskog rata radi dimenzioniranja aerodromskih uzletno - sletnih staza. Kasnije je uveden i kod cesta, a najvie je zbog svoje praktinosti naao veliku primjenu za dimenzioniranje kolnikih konstrukcija.Princip ispitivanja je penetracija klipa odreenog presjeka odreenom brzinom u uzorak, uz mjerenje sile pri odreenim prodiranjima. Proizvedeno se napreza-nje, zatim stavlja u omjer s naprezanjem potrebnim da se klip za istu veliinu utisne u standardni - etalon materijal (tucanik).

Terenski CBR

MN/m2

Dijagram na kojega se pri ispitivanju nanose rezultati (veliine naprezanja pri odreenim prodiranjima klipa) prikazan je na slici.

Ureaj za ispitivanje CBR-a Standardna krivulja (CBR = l00 %) i krivulja ispitivanja uzorka

- 2 - 5 % vrlo loe tlo - 5 - 8 % loe tlo - 8 - 20 % srednje do dobro tlo - 20 - 30 % vrlo dobro tlo

Kalifornijski indeks nosivosti je empirijska vrijednost, koja ima relativno znaenje, jer nije poznato kakva su naprezanja i deformacije u posteljici pri odreenoj vrijednosti CBR.

100bCBR (%)a

=

RAZVO RAZVO METODMETODAADIMENZIONIRANJADIMENZIONIRANJA

Jedna od prvih znaajnijih metoda bila je CBR-metoda, koja se temeljila naopaanju ponaanja postojeih cesta izloenih prometu. Ta se vrlo jednostavna metoda zasnivala na nosivosti tIa izraenoj pomou indeksa CBR. Za odreeni CBR posteljice i odreeno optereenje kotaa izdijagrama (na slici) dobivala se potrebna debljina kolnike konstrukcije.

Dijagram, meutim, ne uzima u obzir bitne pokazatelje kao stosu intenzitet prometa iIi vrstamaterijala kolnicke konstrukcije.

Kasnije su raene modifikacije i poboljanja metode.

100 150 pd

CBR 5+= +

GI 0,2d a 0,005 a c 0,01 b d= + +

Metoda grupnog indeksa (Group Index Method) ili Colorado metoda s modifikacijom po AIHORN-u uzima u obzir geomehanike osobine tla, izraene preko grupnog indeksa GI (hidrolokih uvjeta, klimatskih uvjeta i prometnog optereenja). Proraun grupnog indeksa dobije se po izrazu:

Gdje su: a postotak prolaza kroz sito 75 (vei od 35 i manji od 75 %) izraen

brojem 1 do 40,

b postotak prolaza kroz sito 75 (vei od 15 i manji od 55 %) izraen brojem 1 do 40,

c postotak indeksa teenja LL (vei od 40 i manji od 60) izraen brojem 1 do 20,

d postotak indeksa plastinosti IP (vei od 10 i manji od 30) izraen brojem 1 do 20.

Kasnije su te metode usavravane ponajvie zahvaljujui velikim pokusnim dionicama koje su postavile temelje u pogledu dimenzioniranja kolnikih konstrukcija. Najznaajnija istraivanja su:

- kod Braunschweiga u Njemakoj (1925.),

- WASHO Road Test u SAD-u (1950.),

- kod Alconbury Hilla u Engleskoj (1965.),

- AASHO Road Test-a u SAD-u (1957. - 1961.) - najvea i najznaajnija

Na osnovi ovih istraivanja razvijene su praktine metode za dimenzioniranje koje se i danas primjenjuju.

AASHO Road TestAASHO Road Test1958 - 1961

AASHO Road TestAASHO Road Test IzgradnjaIzgradnja:: kolovozkolovoz 1956 1956 -- rujanrujan 1958 1958 TestTestnini prometpromet: : listopadlistopad 1958 1958 -- studenistudeni 1960 1960 StudiStudijeje: : proljeproljee e rano ljetorano ljeto 1961 1961

Pokus je obuhvatio izradu mnogo razliitih kolnikih konstrukcija -savitljivih i krutih. Izgraena su etiri velika i dva manja prstena (slika) s nekolikostotina savitljivih ali i krutih konstrukcija. Pokus je izraenSjeverne strane prstenova imale su savitljive konstrukeije, a june krute. Prsten broj 1 nije bio optereivan prometom da bi se ustanovilo samoutjecaj okoline. Po prstenu 2 kretala su se samo lagana vozila. Glavniprstenovi, 3, 4, 5 i 6, imali su duljinu svaki oko 2,5 km i po njima su vozilikamioni. Po vanjskim trakama kretala su se vozila s jednostrukimosovinama, a po unutarnjim trakama vozila s dvostrukim (tandem) osovinama.

TestTestni prstenovi (ni prstenovi (LoopsLoops))

TestTestni prstenovi (ni prstenovi (LoopsLoops))

TIPOVI VOZILATIPOVI VOZILA

KamioniKamioni

TestTestne dionice danasne dionice danas

OkolinaOkolina

-- srednjasrednja ljetna ljetna ttemperaturemperaturaa ((srpanjsrpanj)) 7676FF-- srednjasrednja zimska zimska ttemperatureemperature ((sijesijeanjanj)) 2727FF-- prosjeprosjena kolina koliina padalinaina padalina 34 inches34 inches-- prosjeprosjena dubina smrzavanja na dubina smrzavanja 28 inches28 inches

((zaza finefine glinegline) ) C= 5/9 (FC= 5/9 (F--32)32)inch= 2.54 cminch= 2.54 cm

Tlo na podruju dionica bila je glina, od koje je izraen i paljivo zbijennasip. Nastojalo se da tlo u posteljici bude to vie ujednaeno. Posteljica kolnikih konstrukcija imala je kalifornijski indeks nosivosti CBR = 3%.

SSavitljiveavitljive konstrukkonstrukccijeije

-- asfaltni zastor, asfaltni zastor, -- nosivi sloj od drobljenog nosivi sloj od drobljenog kamenogkamenog materijalamaterijala,,-- nosivinosivi slojsloj odod ljunljunanoganog materijalamaterijala..

Krute Krute konstrukkonstrukccijeije-- betonskabetonska ploploa,a,-- ljunljunanaana podlogapodloga. .

Debljine slojeva bile su razliite, od vrlo malih do velikih.

Tako je asfaltni zastor savitljivih konstrukcija bio debeo od 2.5 cm do 15cm, nosivi sloj (gornji) od drobljenog kamena od 0 do 23 cm, a nosivi sloj od ljunka (donji) od 0 do 40 cm.

Krute konstrukcije imale su betonsku plou (nearmiranu i armiranu) debljine 6 do 32 cm, a podlogu od ljunka 0 do 23 cm.

Promet se odvijao od 1958. do kraja 1960. po prstenovima, i to 16 sati dnevno. Na svakom prstenu obavljeno je 1 114 000 prijelaza osovina. Vozila su se kretala brzinom priblizno 56 km/h. Na pokusu je radilo mnogo suradnika, koji su prikupljali podatke, obavljali mjerenja i analizu rezultata. Svakodnevno su mjerene:

- pukotine, - ulegnua, - kolotrazi, - pojave "pumpanja" (na razdjelnicama), - popreni profili, - promjene debljine slojeva, - temperatura, - vlaga, - naprezanja u konstrukciji.

Najvaniji zadatak pokusa AASHO bio je taj da se uspostave empirijskiodnosi izmeu ponaanja kolnike konstrukcije (izrazenog pomocu tzv. "indeksa vozne sposobnosti kolnika" -p), faktora optereenja osovine L, intenziteta prometa W, oblika opterecenja A (jednostruke iii tandem-osovine) i debljine slojeva Di. Opseni podaci koji su bili na raspolaganju i pregledno su se obuhvatili pomou odabranih funkcija parametara W, L, A iDi pri emu su pripadni koeficijenti odreeni statistiki. Uspostavljene su veze oblika:

gdje je: p - indeks vozne sposobnosti kolnika po - poetni indeks vozne sposobnosti kolnika (za savitljive kolnike

iznosio je 4.2, a za krute 4.5) pt - konani indeks vozne sposobnosti kolnika (u pokusu AASHO ilo

se do pt=1.5, a onda je promet obustavljen)- funkcije L, A i Di (i -1,2,3...)

( )

=

=Wpppp

DWALfp

to

i

0

),,,(

p,

- za savitljive kolnike

= Wp 7.22.4

- za krute kolnike

= Wp 0.35.4

Present Serviceability Rating (PSR)Present Serviceability Rating (PSR)

Time

Serv

iceab

ilit

y (

PS

I)

p0

pt

p0 - pt

Kombinacijom jednadKombinacijom jednadbi dobio se izraz za tzv. indeks debljine D: bi dobio se izraz za tzv. indeks debljine D:

DD = a= a11DD11 + a+ a22DD22 + a+ a33DD33

a - Koeficijent zamjene slojeva

D - Debljina slojeva

Za materijale koji su upotrijebljeni na dionicama u pokusu AASHO sukoeficijenti zamjene:

- za asfaltne slojeve a1 = 0.44- za nosive slojeve od drobljenog kamena a2 = 0.14 - za ljunane nosive slojeve a3 = 0.11

Metoda AASHO za dimenzioniranje asfaltnihkolnikih konstrukcija

1.Prometno optereenjePrometno se optereenje izraava prosjenim dnevnim brojemekvivalentnih 80 kN osovina, iIi ukupnim brojem takvih ,osovina u projektnom razdoblju. Ukupno optereenje od vozila koja se kreu cestom (prognozirano za projektno razdoblje) preraunava se naekvivalentne osovine pomou faktora ekvivalencije. U tablicama su prikazani faktori ekvivalencije za est jakosti konstrukcije (koju trebaunaprijed pretpostaviti), konane indekse sposobnosti Pi = 2.0 i Pi = 2.5, optereenje jednostrukim i optereenje dvostrukim (tandem) osovinama.

2. Vozna sposobnost kolnika

3. Projektno razdoblje (razdoblje dimenzioniranja) - obino 20 godina

4. Regionalni faktor- iznosi 0.5 (povoljan) 5.0 (nepovoljan)- za naa kontinentalna podruja 1.5 - 2.0.

5. Nosivost tla- Nosivost tla moe se odrediti ispitivanjem CBR ili pomou grupnog indeksa na temelju klasifikacijskihgeomehanikih pokusa. Za primjenu u metodi, jedne iii druge vrijednosti svodese na velicinu "S" pomou korelacijskog nomograma.

6. Strukturni broj

7. Postupak dimenzioniranja

- Dimenzioniranje se obavlja pomou nomograma(postoje posebni nomogrami za konanu voznu sposobnostPi = 2.0 i Pi =2.5). Nomogrami imaju skale za nosivost tla "S", broj ekvivalentnihosovina W (ukupni i prosjeni dnevni), regionalni faktor R, pomocnu skalu za strukturni broj SN (bez utjecaja regionalnogfaktora) i skau za strukturni broj SN. Spajanjem odredenih parametara (S, W i R) po kljuu naznaenom na nomogramu, na desnoj se krajnjoj skalinomograma dobiva vrijednost potrebnoga strukturnog broja.

Dimenzioniranje se obavlja tako da se pretpostavi neka konstrukcija i izrauna njezin strukturni broj koji se usporedi s potrebnim strukturnimbrojem dobivenim iz nomograma. Strukturni broj pretpostavljene konstrukcije rauna se po formuli:

SNSN = a= a11DD11 + a+ a22DD22 + a+ a33DD33

KolniKolnika konstrukcija zadovoljava ako je pretpostavljeni ka konstrukcija zadovoljava ako je pretpostavljeni strukturni broj vestrukturni broj vei od potrebnog.i od potrebnog.