1

BESPREKIDNO ARMIRANI BETONSKI KOLNIK

CONTINUOUSLY REINFORCED CONCRETE PAVEMENT

Prof.dr.sc. Tatjana Rukavina, dipl.ing.građ. Građevinski fakultet sveučilišta u Zagrebu Kačićeva 26, Zagreb, Hrvatska e-mail: rukavina@grad.hr

Miroslav Šimun, dipl.ing.građ. Institut građevinarstva Hrvatske J. Rakuše 1, Zagreb, Hrvatska e-mail: miroslav.simun@igh.hr

Nataša Mujčić Sukalić, dipl.ing.građ. Institut građevinarstva Hrvatske J. Rakuše 1, Zagreb, Hrvatska e-mail: natasa.mujcic@igh.hr

Ivan Mustapić dipl.ing.građ. Institut građevinarstva Hrvatske J. Rakuše 1, Zagreb, Hrvatska e-mail: ivan.mustapic@igh.hr

Sažetak: U dosadašnjoj cestograđevnoj praksi, u Hrvatskoj se izrada betonskih kolnika izbjegavala, prvenstveno iz razloga što su početni troškovi njihove izvedbe bili viši od onih za asfaltne kolnike. Danas su betonski kolnici postali konkurentni asfaltnim obzirom na tendenciju izjednačavanja ukupnih troškova izvedbe i održavanja, posebice ukoliko se promatraju u dužem vremenskom periodu, primjerice projektnom periodu konstrukcije. Kako se o klasičnim betonskim kolnicima zna mnogo, u radu se željelo skrenuti pozornost na besprekidno armirani betonski kolnik (BAK) kao specifičnu i u našim krajevima malo korištenu vrstu kolničke konstrukcije. Daje se prikaz njegovih osnovnih karakteristika, usporedba sa drugim tipovima kolničkih konstrukcija kao i područja primjene. Opisani su načini dimenzioniranja i izvođenja, te najčešća oštećenja i način sanacije, uz analizu troškova i učinkovitosti. Ključne riječi: besprekidno armirani betonski kolnik (BAK), kolnička konstrukcija, sanacija, dimenzioniranje.

Abstract: During the past construction practice in Croatia, construction of concrete pavements was avoided, mostly because of their higher initial costs compared to asphalt pavements. Today, concrete pavements are competitive to asphalt pavements in view of the current tendency of equalizing overall costs of construction with maintenance costs, especially during a longer time period, e.g. design period of construction. Since our knowledge on classic concrete pavements is rather wide and abundant, this paper tries to draw attention to continuously reinforced concrete pavement (CRCP) as a specific, and in this region rarely used type of pavement structure. This paper tries to demonstrate it’s main characteristics, comparison with other types of pavements as well as the scope of application. Dimensioning and construction processes are described, as well as the most frequent faults, rehabilitation methods with a cost and benefit analysis. Key words: continuously reinforced concrete pavement (CRCP), pavement structure, rehabilitation, dimensioning

2

1. UVOD

Besprekidno armirani betonski kolnik (BAK) je kolnik sa kontinuirano postavljenim uzdužnim armaturnim šipkama po cijeloj duljini kolnika, koje se prekidaju samo na mjestima križanja kolnika.

Jedine poprečne razdjelnice u navedenoj vrsti kolnika su radne razdjelnice, koje se ostavljaju na kraju radnog vremena, na razmaku od oko 2000 metara ili nakon radnog zastoja većeg od 30 minuta. Završne razdjelnice postavljaju se na završetcima kolnika. Besprekidno armirani betonski kolnici izvode se duljine i preko 65 kilometra bez poprečnih razdjelnica. Obzirom da su poprečne razdjelnice najslabije mjesto betonskog kolnika, smanjenjem njihova broja smanjuje se obim oštećenja kolnika, a time i potrebno održavanje. Kontinuiranim armiranjem kolnika dopušta se pojava tzv. „vlasastih“ pukotina - malih poprečnih pukotina čije stjenke kontinuirana uzdužna armatura drži čvrsto priljubljenima. Količinom i položajem armature u kolniku kontroliramo obrazac pojave ovih pukotina.

Slika1. Tipični poprečni presjek BAK-a [10a]

1.1. Razvoj BAK-a Prve prometnice sa betonskim kolnikom rađene su bez armature i bez poprečnih spojeva, što je rezultiralo pojavom poprečnih pukotina uslijed skupljanja betona. Uvođenjem poprečnih razdjelnica omogućeni su određeni uzdužni pomaci. Kod betonskih nearmiranih kolnika razdjelnice se postavljaju na razmaku od 5 metara. Armiranjem poprečnog presjeka betonske kolničke ploče razmak poprečnih razdjelnica povećava se na 20 do 30 metara. Česte poprečne razdjelnice na kolniku smanjuju udobnost vožnje, zahtijevaju održavanje i popravke koji iziskuju povećane troškove i ometaju odvijanje prometa. Usprkos dugogodišnjim istraživanjima, nije pronađena tzv. «savršena» poprečna razdjelnica koja bi zadovoljila sve neophodne uvjete: - velika nosivost i sposobnost smanjenja naprezanja, - mogućnost brtvljenja (voda i prašinasti materijali), - ravnost brtve (ugodna vožnja),

što je dovelo do razmišljanja o izvedbi betonskih kolnika bez poprečnih razdjelnica. Umjesto sprečavanja pojave pukotina na kolniku (uporabom poprečnih razdjelnica), problemu se pristupilo na način da se dopusti pojava određenih pukotina. Zaključeno je da je betonski kolnik moguće izvesti bez poprečnih razdjelnica pomoću kontinuiranog uzdužnog armiranja preklapanjem čeličnih šipki. Prva upotreba besprekidno armiranih betonskih kolnika zabilježena je 1921. kod Washingtona (SAD), i od tada je u SAD-u izvedeno više od 50 000 km prometnica sa tim tipom kolnika. U Europi besprekidno armirani betonski kolnici izvode se u Belgiji od 1950. (oko 600 km ekvivalentnih dvotračnih kolnika širine 7,3 m) i u Velikoj Britaniji od 1974. (u početku samo kao podloga habajućem sloju asfalta, a kasnije i kao samostalni kolnik), Francuskoj, Italiji, Nizozemskoj, Australiji, Kanadi. U Hrvatskoj je BAK izveden u Zračnoj luci Zagreb na dijelu rulne staze „F“ u duljini od 1700 m. Ostatak iste, ramena, ostale rulne staze te stajanka izvedeni su kao klasične betonske ploče [6]. Zbog visoke cijene čelika ukupna početna cijena besprekidno armiranog betonskog kolnika veća je od cijene izrade nearmiranih i klasičnih armiranih betonskih kolnika (usprkos 20% manjoj debljini betonske ploče), međutim kad se početnim troškovima izgradnje pridodaju troškovi održavanja, besprekidno armirani betonski kolnici postaju konkurenti čak i asfaltnim kolnicima. Besprekidno armirani betonski kolnici dobro se uklapaju u suvremene zahtjeve koji se postavljaju na kolnike u eksploataciji, posebice u uvjetima povećanja prometnog opterećenja sve težim vozilima. Preporučuju se za površine na kojima se odvija intenzivan promet teških teretnih vozila (auto-ceste; aerodromske površine; križanja i stajališta)

1.2. Prednosti BAK-a Besprekidno armirani betonski kolnici imaju sve prednosti betonskih kolnika, kao što su: dugovječnost, velika nosivost, glatka površina, dobra vidljivost noću u mokrim i suhim vremenskim uvjetima, te mali troškovi održavanja što je jedna od njegovih najvećih prednosti. Osnovne prednosti BAK-a su:

1. Veća nosivost i trajnost u odnosu na ostale kolnike,

2. Minimalno površinsko održavanje, 3. Nema poprečnih razdjelnica (nema brtvljenja;

spriječen ulaz vode i zamuljenog materijala do posteljice; eliminiran problem loma temeljnog tla; jednostavnija ugradnja),

4. Kvalitetna vozna površina neovisno o vremenskim uvjetima (mokar ili suh kolnik),

betonska ploča

armatura

3

5. Kontinuiran prijenos opterećenja omogućuje ugodniju vožnju,

6. Dobra vidljivost danju i noću, 7. Dobra podloga kod presvlačenja kolnika, 8. Pružaju bolju uslugu odvijanju prometa, s

manje kašnjenja i ometanja uslijed održavanja, 9. Manja potrošnja goriva u odnosu na asfaltne

kolnike, 10. Manji godišnji troškovi održavanja u odnosu

na ostale vrste kolnika, 11. Pogoduju zaštiti okoliša – željezna armatura i

beton se mogu reciklirati. Svijetla boja betonskog kolnika odbija toplinske zrake (smanjenje toplinskog zagrijavanja -zagađenja zraka).

12. Dodavanjem tankog sloja poroznog asfalta na površini reducira se razina buke od kontakta kotača i podloge, pa su vrlo pogodne i za gradske autoceste i autoceste u ruralnoj sredini.

2. DIMENZIONIRANJE I IZVOĐENJE BAK-a

Ponašanje besprekidno armiranog betonskog kolnika ovisi o brojnim parametrima čijom se kombinacijom može postići optimalno dimenzioniranje: debljina ploče, razmak i širina poprečnih pukotina, količina i položaj armature, svojstva betona, osnovni tip i krutost podloge, vremenski uvjeti pri izvođenju... Novi postupak projektiranja i analize BAK-a razvijen je pri National Cooperative Research Program: NCHRP 1-37A [12]. Postupak paralelno razmatra više kombinacija najkritičnijih parametara.

2.1. Projektni elementi 2.1.1. Debljina ploče Debljina ploče uvjetuje ponašanje kolnika u eksploataciji, te krutost ploče. Porastom debljine ploče: - reduciraju se kritična naprezanja od savijanja - osigurava se prijenos opterećenja preko poprečnih pukotina a - smanjuje se i kritična defleksija ruba ploče koja dovodi do pojave blok pukotina. Za određivanje debljine kolničke konstrukcije besprekidno armiranog betonskog kolnika koriste se iste formule i nomogrami kao i za određivanje debljine kolničke konstrukcije armiranih betonskih kolnika s poprečnim razdjelnicama. Empirijskim istraživanjima utvrđeno je da debljina kolničke konstrukcije BAK-a iznosi 80 % debljine kolničke konstrukcije armiranog betonskog kolnika za isto prometno opterećenje.

2.1.2. Količina uzdužne armature Količina i položaj uzdužne armature kontrolira nastajanje poprečnih pukotina, uvjetuje njihov razmak, kontrolira njihovo otvaranje i gubitak prijenosa opterećenja te pojavu blok pukotina. Potrebna količina armature ovisi prvenstveno o debljini betonske ploče, tlačnoj čvrstoći betona i granici čvrstoće čelika, a utjecajni faktori su još i skupljanje zbog pada temperature, stezanje zbog očvršćivanja, moduli elastičnosti betona i čelika, klimatski uvjeti, tip i krutost podloge. U SAD-u je postotak uzdužne armature od 0,6 do 0,8 % površine poprečnog presjeka betonske ploče, dok je u Europi do 0,85 %. 2.1.3. Položaj uzdužne armature Zaštitni sloj armature mora iznositi barem 5 cm da bi se spriječio prodor klorida do čelika. Istraživanjima vršenim u SAD-u [13f] zaključeno je da postavljanje armature na dubini od 9 cm ispod površine kolnika neovisno o debljini ploče rezultira čvrsto priljubljenim uzdužnim pukotinama na površini kolnika.

Slika 2. Postavljenja armature [13]

2.1.4. Zaustavne trake Besprekidno armirani betonski kolnik se projektira sa različitim tipovima i dimenzijama zaustavne trake. Zaustavna traka se izvodi kao betonski kolnik bez moždanika ili kao betonski kolnik sa završnim slojem asfalta. Ključni aspekti kod projektiranja uključuju vezu između zaustavne i prometnih traka, eroziju materijala podloge, pravilnu upotrebu zaustavnog traka (u slučaju nužde, povećanje kapaciteta i za parkiranje). Betonski kolnik smanjuje defleksiju ruba i kritična naprezanja. Upotreba betonskog kolnika na zaustavnom traku reflektira se smanjenjem potrebne debljine prometne trake za barem 25 mm [7a].

4

2.2. Materijali 2.2.1. Beton Pri dimenzioniranju besprekidno armiranog betonskog kolnika moraju se uzeti u obzir svojstva betona: tlačna čvrstoća, čvrstoća na savijanje, vlačna čvrstoća, koeficijent linearnog rastezanja, toplinska difuzija, toplina hidratacije, modul elastičnosti, konačna deformacija skupljanja i tip agregata. Sažetak efekta različitih svojstava betona na ponašanje BAK-a: - porastom čvrstoća betona pada opasnost od zamora materijala - porastom modula betona raste opasnost od pojave zamora materijala - porastom čvrstoća i modula raste skupljanje betona 2.2.2. Agregat za beton Što je veći koeficijent toplinskog širenja to se pukotine više otvaraju, oštećenja postaju zamjetnija i dolazi do pojave blok pukotina. Tipom agregata kontrolira se koeficijent toplinskog širenja. Treba izbjegavati agregate sa vrlo velikim koeficijentom toplinskog širenja (>12/stupnju C). Iskustva [10c] su pokazala veliku razliku u rasporedu pukotina i njihovoj širini kada se kao glavni agregat upotrebljava riječni šljunak ili vapnenac. Riječni šljunak ima velik koeficijent toplinskog širenja, dok vapnenac daje puno kraći razmak između pukotina. Istraživanja, sa ciljem poboljšanja BAK-a, u Velikoj Britaniji [7b], pokazala su da tip agregata ima daleko veći utjecaj na uzorak pukotina od tipa podloge. Armatura na 1/3 debljine ploče daje znatno bolji uzorak pukotina ako kao agregat koristimo kamen eruptivnog porijekla (šljunak). 2.2.3. Podloga Tip podloge i karakteristike materijala utječu na razmak pukotina, oslonac ploče i gubitak oslonca (erozija), blok pukotine, hrapavost i troškove gradnje. Za teška prometna opterećenje potrebna je čvrsta podloga. Široki raspon krutosti podloge te trenja između podloge i besprekidno armiranog betonskog kolnika rezultira i širokim rasponom oblika i razmaka pukotina: − Bitumenizirani nosivi sloj (BNS) daje adekvatno

trenje što rezultira dobrim razmakom pukotina − Podloga od nevezanog, mehanički zbijenog zrnatog materijala daje puno manje trenje što rezultira puno dužim razmacima između pukotina − Cementom ili vapnom stabilizirana podloga zahtjeva prekid veza uz upotrebu smjesa za reduciranje veze i izbjegavanje potencijalnih refleksija pukotina podloge. Porastom tlačne čvrstoće vapnom stabilizirane podloge smanjena

je erozija a time i pojava blok pukotina. − Uspješno se koristi relativno tanak sloj asfalta

preko cementom stabilizirane podloge. Širina podloge mora se protezati van rubova ploče BAK-a.

2.3. Izvođenje

Poprečna armatura osigurava projektirani položaj uzdužne armature pri ugradnji. Ispitivanja su pokazala da se poprečne pukotine često poklapaju sa lokacijama poprečne armature. Definirane su standarde konfiguracije poprečne armature obzirom na probleme formiranja spojeva između traka ili obzirom na slijeganje duž autoceste. Posebno treba voditi računa da otvori između poprečne i uzdužne armature omogućavaju ravnomjernu ugradnju betona.

Slika 3. Poprečna armatura [13]

Uvjeti građenja, vrijeme ugradnje betona, način njegovanja betona, konstruktivne i temperaturne razdjelnice, te postavljanje armature utječu na dugoročno ponašanje besprekidno armiranog betonskog kolnika. Pokazalo se da su rana oštećenja obično povezana sa nedovoljnim preklapanjem armaturnih šipki, nekonsolidiranjem betona oko čelika (pogotovo na poprečnim konstruktivnim razdjelnicama), nepravilnim pozicioniranjem čelika u ploči, te ekstremno toplim vremenskim uvjetima u vrijeme gradnje. Čelične šipke uzdužne armature mogu se postavljati ručno ili mehanizirano, prije ugradnje betona uz pomoć metalnih košara, ili nakon ugradnje betona upotrebom strojnog polagača armature.

Slika 4. Ručno postavljanje armature [13]

5

Slika 5. Mehanizirano postavljanje armature [13]

Slika 6. Ugradnja betona [13]

Beton se ugrađuje strojno pomoću finišera, u jednom ili u dva sloja. Besprekidno armiran betonski kolnik postavljen u hladnijim vremenskim uvjetima ponaša se bolje od onog postavljenog u toplim vremenskim uvjetima (duži razmak pukotina i manja širina pukotina). Ugradnja u jesen uzrokuje kraći razmak pukotina (manje poželjno) nego ugradnja u proljeće (obzirom na usporeno očvršćivanje uzrokovano nižim temperaturama zraka). Formiranje poprečnih pukotina ovisi i o dobu dana kada se ugrađuje beton pa tako beton ugrađen u ranim jutarnjim satima daje kraći razmak pukotina od onog ugrađenog poslije podne. Njegovanjem betona smanjuje se gubitak vlažnosti betonske mješavine tokom procesa stvrdnjavanja i reduciraju temperaturne promjene. Pravilnom njegom besprekidno armiranog betonskog kolnika svodimo na minimum pojavu ranih pukotina.

Slika 7. Ugradnja betona [13]

2.4. Postupak dimenzioniranja besprekidno armiranog betonskog kolnika

U postupku dimenzioniranja uključuju se projektni parametri koji će osigurati očekivano ponašanje kolnika u eksploataciji. Iterativni postupak dimenzioniranja se ponavlja dok nisu zadovoljeni svi izabrani kriteriji. Razmatraju se: - Kriterij ponašanja BAK-a (ravnost-IRI, blok pukotina kolničke ploče, širina pukotina i sposobnost prijenosa opterećenja). - Projektni period (potrebno je uzeti u obzir sve projektne parametre bitne za besprekidno armirane betonske kolnika: debljina ploče, količina i položaj armature, pukotine…) - Model prognoze i sprječavanje pojave blok pukotine (blok pukotina se sprečava povećanjem debljine ploče, količine uzdužne armature, smanjenje dubine postavljanja armature, povećanjem čvrstoće betona, smanjenjem koeficijenta linearnog rastezanja, povećanjem veličine zrna agregata, poboljšanjem posteljice, smanjenjem izvijanja i vitoperenja). - Hrapavost površine ceste (izvođenjem osigurati dobru početnu hrapavost površine i svođenje blok pukotine na najmanju mjeru). 3. OŠTEĆENJA BESPREKIDNO ARMIRANOG BETONSKOG KOLNIKA (Prema U.S Department of Transportation/ Federal Highway Administration) [11a] Oštećenja BAK-a mogu biti svrstana u tri grupe: 3.1. Pukotine 3.2. Površinska oštećenja 3.3. Razne deformacije 3.1. Pukotine Pukotine uslijed umora materijala javljaju se u okolini razdjelnica, pukotina ili slobodnog ruba, kao guste polukružno oblikovane vlasaste pukotine.

poprečne pukotine

razdjelnica

bankina rubna

razdjelnica

6

Uzdužne pukotine javljaju se uglavnom paralelno s osi kolnika.

Poprečne pukotine pojavljuju se uglavnom okomito na os kolnika, u normalnom ponašanju BAK-a. 3.2. Površinska oštećenja Mrežaste pukotine pojavljuju se kao niz pukotina koje se šire samo po gornjoj površini ploče. Veće pukotine su često orijentirane u uzdužnom smjeru kolnika i međusobno su povezane tanjim poprečnim ili slučajnim pukotinama. Ljuštenje je oštećenje uzrokovano dotrajalošću gornje površine betonske ploče (3 -13 mm) koje se može pojaviti bilo gdje na kolniku. Zaglađivanje agregata Javlja se uslijed trošenja veziva, čime se ogoljuje krupni agregat koji se pod utjecajem opterećenja zaglađuje. Stupanj zaglađivanja reflektira se u smanjenju površinskog trenja. Odvajanje agregata uslijed odvajanja zrna agregata mali dijelovi kolnika se odvajaju od površine, obično u promjeru 25 -100 mm i na dubini 13–50 mm. Ne može se odrediti stupanj oštećenja, ali se može definirati u relaciji sa intenzitetom odvajanja. 3.3. Razne deformacije Izbacivanja, lokalna izdizanja površine kolnika na poprečnim razdjelnicama ili pukotinama, često su praćena razbijanjem betona u tom području

Dotrajalost poprečnih konstruktivnih razdjelnica u blizini razdjelnica javlja se niz poprečnih pukotina smještenih na malom razmaku ili velik broj međusobno povezanih pukotina.

Denivelacija kolnika i zaustavnog traka uzrokuje pojavu poprečne neravnine oblika stepenice na spoju istih.

Odvajanje trake od zaustavnog traka uzrokovano je širenjem razdjelnice između krajeva ploče i zaustavnog traka.

Dotrajalost dijela ploče ili zakrpe odnosi se na dio ploče >0,1 m² , ili dijelove ploče koji su bili zamijenjeni, ili dodatne materijale koji su bili naneseni nakon prvotne izgradnje.

Blok pukotina predstavlja glavni strukturni lom besprekidno armiranog betonskog kolnika. Javlja se u prostoru zatvorenom dvjema poprečnim pukotinama (obično na razmaku < 0,6m), kratkom

širina pukotine širina pukotine

bankina rubna

razdjelnica

promet

razdjelnica

bankina rubna

razdjelnica

promet

razdjelnica

poprečne

pukotine

bankina

bankina

bankina

bankina

bankina

rubna

razdjelnica

rubna

razdjelnica

rubna

razdjelnica

promet

promet

promet

promet

radna

razdjelnica

rubna

razdjelnica

razdjelnica

razdjelnica

razdjelnica

slijeganje kolnik

kolnik

odvajanje

zaustavni

trak

nove poprečne

radne razdjelnice

zakrpa

7

uzdužnom pukotinom i krajem kolnika ili uzdužne razdjelnice. Susjedne poprečne pukotine se počnu otvarati, pri prijenosu opterećenja dolazi do drobljenja materijala i postepenog kidanja spoja agregata. Dio ploče između te dvije pukotine se ponaša kao konzolni nosač, te se pod daljnjim opterećenjem razvija uzdužna pukotina. Na kraju se poprečne pukotine povećavaju prema dole, dolazi do loma čelika i utiskivanja kolničke ploče u podlogu. Također se odnosi na “Y” pukotine koje uzrokuju drobljenje, pucanje ili poremećaje. Blok pukotina koja je kompletno zamijenjena sa zakrpom od krutog ili fleksibilnog materijala tretira se kao zakrpa.

Glavni faktori koji uzrokuju blok pukotinu su. - prisutnost vode između betonske kolničke ploče i podloge - erozija podloge te - vrlo težak i intenzivan promet na desnom rubu kolnika. Drobljenje uzdužnih razdjelnica očituje se kao pucanje, lom, otkidanje ili habanje rubova ploče unutar 0.3 m od uzdužne razdjelnice. Drobljenja koja su kompletno zamijenjena tretiraju se kao zakrpe.

Prodiranje vode i zamuljenog materijala kroz pukotine ili razdjelnice ponekad se može otkriti pomoću mrlja na površini kolnika od zamuljenog materijala. Oštećenje mase za ispunu uzdužne razdjelnice omogućuje infiltraciiju nestlačivih materijala ili značajne količine vode sa površine u razdjelnicu a time i oštećenje mase za ispunu duž same razdjelnice.

Tipični primjeri su: - Utiskivanje/istiskivanje, stvrdnjavanje, poremećaj adhezije (veze), poremećaj kohezije (rasipanje), ili kompletan gubitak brtvljenja. - Upadanje stranih materijala u razdjelnicu. - Rast vegetacije u razdjelnici. 4. SANACIJA KOLNIKA 4.1. Zamjena kolničke konstrukcije u punoj debljini Pri dimenzioniranju zamjene treba voditi računa o svim uvjetima u kojima se konstrukcija nalazi, te pažljivo istražiti oštećenje kolnika. Većina popravaka potpunom zamjenom primijeniti će se u područjima u kojima su se pojavila blok pukotine ili neka druga lokalna oštećenja. Također se radi kod oštećenja u kojima je došlo do pucanja armature.

Tablica I: Opći kriterij oštećenja za popravak potpunom zamjenom [11b]

TIP OŠTEĆENJA MINIMUM STUPANJ OŠTEĆENJA

Izbacivanje Mali

Blok pukotina Srednji (poremećajem 6mm )

Poprečne pukotine (pukotine armature)

Srednji (poremećajem 6mm )

Lokalna oštećenja Srednji

Oštećenja konstruktivnih razdjelnica

Srednji

Trajne pukotine Veliki

Uzdužne pukotine Veliki (poremećajem12 mm)

Popravak dotrajalosti Veliki

Slike 8 i 9: Sanacija blok pukotine [14]

bankina

bankina

rubna

razdjelnica

rubna

razdjelnica

promet

promet

razdjelnica

razdjelnica

širina pukotine

razdjelnica

razdjelnica

1. blok pukotina

2. „Y“ pukotina

3. 3 blok pukotine

pukotina

otkidanje

otkidanje razdjelnica

8

4.1.1. Veličina zakrpe Uklanjanje značajnih oštećenja osigurava se promišljenim postavljanjem granica popravaka. Dotrajalost blizu razdjelnica i pukotina može biti veća na donjoj površini ploče nego na njenoj površini. Posebnu pažnju treba obratiti strukturnim pukotinama kojima teško odrediti dubinu prodiranja. U svrhu osiguranja stabilnosti i sprečavanja pojave ponovnih uzdužnih pukotina, minimalna duljina zakrpe treba iznositi 1.8 m, a širina joj treba biti jednaka punoj širini trake, Granica zakrpe ne bi smjela biti bliže od 45 cm u odnosu na postojeću poprečnu pukotinu, jer će se u suprotnom između pukotine i zakrpe pojaviti nova oštećenja. Nalaze li se dvije zakrpe na udaljenosti manjoj od onih navedenih u tablici IX treba ih ukomponirati u jednu, veću zakrpu. Najveća duljina zakrpe ne bi smjela dostići najveću duljinu kolničke ploče.

Tablica II: Udaljenosti popravaka [11b]

Minimalna rentabilna udaljenost dva popravka

ŠIRINA ZAKRPE / TRAKE m

Debljina ploče mm

2.7 3.0 3.3 3.6

175 5.2 4.6 4.3 4.0

200 4.6 4.0 3.7 3.4

225 4.0 3.7 3.4 3.0

250 3.7 3.4 3.0 2.7

275 3.4 3.0 2.7 2.4

300 3.0 2.7 2.4 2.4

375 2.4 2.4 2.1 2.0

4.1.2. Prijenos opterećenja Pri popravku potpunom zamjenom potrebno je ugraditi nove čelične šipke radi osiguranja kontinuiteta uzdužne armature. Armatura se nastavlja učvršćivanjem sponama ili zavarivanjem. Ukoliko je zakrpa dulja od 1,25 m potrebno je položiti šipke na oslonce da bi se spriječilo savijanje, popuštanje ili naprezanje spona. Preklapanje kod spajanja ovisi o načinu spajanja: - > mehaničko spajanje sponama 25 – 50 mm - > zavarivanjem – jednostruki var 6 – 200 mm - > dvostruki var 100 mm. Obzirom na mogućnost pojave izvijanja kod mehaničkog spajanja sponama, bolje rješenje je spajanje zavarivanjem ili sidrenje novih šipki u „starom“ betonu.

4.1.3. Sanacija glavne rulne staze „F“ Zračne luke Zagreb

Tokom II svjetskog rata započeta je gradnja Zračne luke Zagreb kada je za potrebe vojske izgrađana uzletno-sletna staza (USS). Godine 1974. izvedena je USS današnjih dimenzija (L=3252m, š=60m). Pragovi USS izvedeni su kao klasični betonski kolnik, dok je sredina USS izvedena s asfaltnim kolnikom. Rulna staza „F“, ukupne je duljine L=2570 m, a širine š=30m, jednim dijelom izvedena je kao besprekidno armirani betonski kolnik (u duljini od L= 1700 m, izgrađeno 1977.), a ostatak kao klasični betonski kolnik. Spojnice i stajanka izvedene su kao klasični betonski kolnik. 1993. godine na glavnoj rulnoj stazi „F“ uočena su brojna oštećenja: - pukotine uglavnom okomito na os staze, - površinsko habanje i erodiranje, - odlamanje uz razdjelnice i u uglovima ploča, - dijelovi konstrukcije koji „tonu“ po nekoliko milimetara na mjestima ograničenima razmakom poprečnih šipki armature. Sama nosivost kolničke konstrukcije nije bila ugrožena. Napravljene su dvije analize stanja:

1. „Institut građevinarstva Hrvatske“ (izvještaji 1993 i 1994.) 2. Netherlands Pavement Consultants (izvještaj 1996.)

Ustanovljeni su slijedeći uzroci oštećenja: - nedovoljna količina armature - položaj armature u neutralnoj zoni - loša ugradnja betona (segregacije i šupljine

u sloju) te - naknadna skupljanja i temperaturne promjene.

Slika 10. presvlačenje BAK-a asfaltnim slojem [5]

presvlačenje BAK-a

asfaltnim slojem (vezivo

PmB)

bankina bankina

asfaltna prevlaka

hidroizolacija

armiranje geomrežom

postojeći BAK s

pukotinama

bitumenska

emulzija

9

Slike 11. i 12. Sanacija blok pukotina izrezivanjem

oštećenog dijela u punoj debljini kolnika, te ispunjavanje sa 2 sloja (betonskim i asfaltnim). [5]

Temeljem ovih izvještaja NACO (Netherlands airport consultants) napravio je projekt obnove sa analizom četiri moguća načina obnove. Kao najpovoljnije rješenje odabrano je presvlačenje BAK-a asfaltnim slojem s polimerom modificiranim vezivom. 4.1.4. Primjer sanacije blok pukotina BAK-om

Obnova 127,5 km ceste E411/E25 u regiji Luxemburga na jugoistoku Belgije[4]. Površina je bila teško oštećena blok pukotinama, te je ugrožavala sigurnost prometa. Obnova je obuhvatila zamjenu kolničke konstrukcije u punoj debljini na zaustavnom traku i traku za spora vozila, dok su glavni trakovi samo presvučeni završnim slojem. Obnova se odvijala u tri faze pri čemu promet nije bio zaustavljen.

4.2.Presvlačenje postojećeg kolnika besprekidno armiranim kolnikom Besprekidno armiranim betonskim presvlakama mogu se presvlačiti i savitljivi i kruti kolnici, kao i aerodromi. Prednosti besprekidno armiranih betonskih presvlaka su: 1. Iskorištava se postojeći kolnik, te se time eliminiraju troškovi njegova uklanjanja; 2. Povećava se nosivost kolnika; 3. Manji su zastoji prometa zbog održavanja; 4. Manjim godišnji troškovi održavanja; 5. Nije potrebno izvoditi poprečne razdjelnice na

mjestima gdje se one nalaze na starom kolniku; 6. Minimalna je mogućnost reflektiranja pukotina sa starog kolnika; 7. Udobno odvijanje vožnje; 8. Zadržava se koeficijent trenja; 9. Dulji vijek trajanja. Prije izvedbe besprekidno armiranih betonskih presvlaka preporuča se izvedba asfaltnog izravnavajućeg sloja, zbog slijedećih prednosti: 1. Točnost debljine sloja presvlake od besprekidno armiranog betona, rezultira točnijim ponudbenim cijenama prilikom natječaja; 2. Ujednačena debljina sloja presvlake rezultira ravnomjernijom raspodjelom naprezanja duž presvlake a time i boljim rasporedom pukotina; 3. Reflektiranje pukotina sa starog kolnika svedeno je na minimum; 4. Osiguranje konstantnog projektiranog faktora trenja; 5. Ujednačena radna površina za opremu i preciznije postavljanje armature prilikom presvlačenja; 6. Jednostavnija promjena konture poprečnog presjeka betona u slučaju potrebe. Izvedba asfaltnog izravnavajućeg sloja ne preporuča se ukoliko : 1. Bitno povećava troškove, 2. Bitno produljuje vremenske rokove, 3. Smanjuje slobodni profil mosta, 4. Iziskuje dodatni materijal za izradu bankina. Prilikom presvlačenja kolnika besprekidno armiranim betonom potrebno je izvesti i betonske zaustavne trake (armirane ili nearmirane). Faktori koji utječu na debljinu sloja presvlake su: prometno opterećenje, stanje postojećeg kolnika i posteljice. Minimalna izvedena presvlaka iznosi 12 cm. Minimalni zaštitni sloj armature iznosi 5 cm sa gornje i donje strane. 4.2.1. Primjeri presvlačenja postojećeg kolnika BAK-om a) U Poljskoj su pri obnovi autoceste A4 i A18 na dvije kratke dionice (1,1 km i 1,4 km između dva objekta) promatrani utjecaj klime i način održavanja. Stara cesta Reichsautobahn iz 1930. iskorištena je kao podloga novoj kolničkoj konstrukciji, danas A4 [7c]. b) E40/A10 (Brussels-Oostende), 2003. Rekonstrukcija sa presvlačenjem postojećeg kolnika. Glodanjem postojećeg kolnika u različitim debljinama radi postizanja poprečnog nagiba od 2,5 %, presvlačenje slojem asfaltbetona d=6 cm i na kraju polaganje BAK-a d=23 cm u širini kolnika 2X (2x7,5 m).

oštećenje

1. postojeća kolnička konstrukcija

2. uklanjanje oštećenog dijela

kolničke konstrukcije

3. ispuna betonom

4. presvlačenje asfaltom

tampon

BAK

asfalt

beton

vađenje sloja u punoj debljini

beton

premazivanje

emulzijom površinski sloj asfalta

premazivanje emulzijom

min.širina

10

Slika 13: Obnova E40/A10 [8]

C) Prsten oko Antwerpena, 2004-2005. Primjer presvlačenja postojećeg kolnika besprekidno armiranim kolnikom, prsten oko Antwerpena, 2004.

Slika 14: Prsten oko Antwerpena – poprečni presjeci

kolničke konstrukcije prije i poslije sanacije [8]

Slika 15: Prsten oko Antwerpena[8]

5. ANALIZA TROŠKOVA I UČINKOVITOSTI IZRADE BESPREKIDNO ARMIRANIH BETONSKIH KOLNIKA

Tablica III. Rezultati analize troškova i učinkovitosti 13

različitih projekata izrade besprekidno armiranih betonskih kolnika u SAD [10b]

Na osnovu priloženih rezultata istraživanja mogu se izvesti slijedeći zaključci:

Debljina betonske ploče Povećanjem debljine ploče za 1 inch (2,54 cm) povećavaju se troškove izvedbe za 5-8 %, te produljuje vijek trajanja kolnika za 5 do 10 godina. Najrentabilnije su besprekidno armirane betonske ploče debljine 9 i 10 inch-a (22 – 25 cm). Količina čelične armature Potrebna je ona količina armature koje će osigurati željeni razmak pukotina 1 do 1,50 metar i maksimalnu širinu pukotina od 0,5 milimetara. Najoptimalnija količina armature jest od 0,65 do 0,70 % površine poprečnog presjeka betonske ploče. Povećanje količine armature za 0,05% povećavaju se troškovi izvedbe za 1 do 2% i produljuje se vijek trajanja kolnika za 3 do 5 godina. Tip podloge Podloge od nevezanih materijala su sklonije eroziji ali imaju puno manje početne troškove izrade od podloga s vezanim materijalima. Kod uporabe vezanih slojeva za izradu podloge utvrđeno je da je 10cm asfaltnog nosivog sloja rentabilnije od cementom stabiliziranog nosivog sloja debljine 15cm. Zaustavni trak Ima značajan utjecaj na početne troškove izvedbe besprekidno armiranih betonskih kolnika, a manje je značajan za njihovu učinkovitost. Zaustavni trak izrađen od asfalt-betona u punoj debljini kolničke ploče skuplji je za 2 do 3% nego da je izveden u djelomičnoj debljini kolničke ploče a utjecaj na učinkovitost besprekidno armiranih betonskih kolnika im je podjednaka. Ipak, zaustavni trak od asfalt-betona izveden u djelomičnoj debljini kolničke ploče zahtijevat će znatno više održavanja i površinskih sanacija u budućnosti, što će prouzrokovati veće troškove nego što je inicijalna ušteda od 2 do 3 %.

rela

tiv

na

NS

V %

vij

ek t

raja

nja

, g

od

.

vijek trajanja relativna NSV

BAK

BNS 5 cm

cementna stabilizacija 25 cm

tamponski sloj 15 cm

posteljica

asfaltni zastor

tamponski sloj 15 cm

posteljica

NOVO

POSTOJEĆE

11

Izvedba armirano betonskog zaustavnog traka u punoj debljini kolničke ploče inicijalno je skuplja za oko 6% nego da se izvede u djelomičnoj debljini kolničke ploče, ali se vijek trajanja besprekidno armiranog betonskog kolnika produljuje za oko 2 godine. Prema rezultatima istraživanja rentabilniji su zaustavni trakovi od asfalt-betona i armiranog betona izvedeni u punoj debljini kao i kolnička ploča. Širina betonske ploče Izvedba proširene betonske ploče povećava troškove za oko 2-3 % u odnosu na betonsku ploču standardne širine, ali produljuje vijek trajanja kolnika za oko 3 godine. Početni troškovi BAK-a su veći zbog armiranja ali se nakon 10-15 godina prema PIARC-u odnosno 15-18 godina prema izvoru [10], troškovi izjednačavaju s troškovima konvencionalnih kolnika. 6. ZAKLJUČAK Iako skuplji u startu, besprekidno armirani betonski kolnici su zbog malih troškova održavanja, dugotrajnosti (30 – 40 god.), smanjenog ometanja prometa uslijed održavanja, te tanje ploče u konačnici isplativiji za vrlo velika i teška prometna opterećenja. Obzirom na rapidni porast prometa gotovo da nemaju konkurenciju među ostalim kolničkim konstrukcijama za prometnice sa vrlo frekventnim i teškim opterećenjima, te za aerodrome najviših kategorija, autobusna stajališta i križanja (traka za lijevo skretanje). Obzirom na navedene prednosti BAK-a, kao i na činjenicu njegove nedovoljne primjene na našem području, može se dati preporuka za njegovu uporabu. LITERATURA: (1) Građenje i održavanje kolničkih

konstrukcija, B.Babić-Z. Horvat, Zagreb 1983.

(2) Concrete Society Technical Report No. TR.045, by The Concrete Society 1996.

(3) Guid for mchanistic-Empirical Design of new and rehabilitated pavement structures., TRB, March 2004.

(4) The E411-E25 Road Works in Belgium, Renė Jacobs, Belgian Road Research Centre, 2005.

(5) Zagreb Airport, The Republic of Croatia, Rehabilitation taxiway „F“, NACO, 1997.

(6) Prometne površine „Zračne luke Zagreb“- oštećenja i sanacije,

G. Tomašević,Hrvatski kongrs o cestama, Opatija 1995.

(7) 10th International Symposium on Concrete Roads, Proceedings, September 2006.

a) Long life CRCP, M.I.Darter&C.Rao b) New CRCP design in UK c) Experiences from construkction of

concrete motorways in Poland (8) Road construction linked with

sustainable development, Luc Rens, Brussels, Belgium, FEBELCEM, Eco-Serve Seminar, Warsaw, May 2006.

(9) CRCP at trasport Quėbec, Denis Thėbeau, 2004 Annual Conference of the Transportation Association of Canada, Quėbec 2004.

(10) www.crsi.org a) CRCP Roads for this generation and

the next b) Life cycle cost analasys of CRCP c) Research Series No.11, CRCP in Texas d) Case history report No 55, The Illinois

Experience (11) www.tfhrc.gov

a) Distresses for pavement with CRC surfaces

b) Full-Depth Repairs (12) www.trb.org, NCHRP 1-37A (13) www.hotmix.ce.washington.edu (14) CRCP at trasport Quėbec, Denis

Thėbeau, 2004 Annual Conference of the Transportation Association of Canada, Quėbec 2004.