Dimenzovanie stmelenej podkladovej vrstvy pre mimoriadne zaťažené dopravné plochy intermodálnych terminálov
Zo skúseností s použitím aj dimenzovaním nadmerne zaťažených dopravných plôch, napríklad terminálov intermodálnej prepravy automobilovej, železničnej, leteckej alebo lodnej dopravy, alebo iných priemyselných plôch, možno konštatovať, že pri ich prevádzke dochádza k tak výrazným lokálnym namáhaniam, že je potrebné počítať s poškodeniami.
Už z tohto pohľadu nie je ľahké zaujať stanovisko pri výbere druhu krytu (respektíve ekonomicko-technickému vyhodnoteniu). Koncern Strabag má k dispozícii skúsenosti s krytmi z cementového betónu, z asfaltových zmesí (napr. prístav v Hamburgu), z asfaltocementového betónu, no najmenej zo zámkovej dlažby. Práve naposledy menovaný kryt vozovky vyvoláva mnoho otázok k zamysleniu, ale aj určitú nedôveru. Je to pravdepodobne z dôvodu jeho častého použitia na malých (ale väčšinou vysoko zaťažených) plochách vďaka jednoduchosti a možnosti ručnej pokládky, ale aj častých porúch prameniacich najmä z podcenenia parametrov podkladu a podložia takejto vozovky. V príspevku sa zaoberáme návrhom hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy práve pod dopravnú plochu zo zámkovej dlažby. Vzhľadom na to, že absentuje domáca metodika pre dimenzovanie mimoriadne zaťažených dopravných plôch zo zámkovej dlažby, sme siahli po podkladoch zo zahraničia: návrhovej metóde zakotvenej v manuáli Heavy Duty Pavements [1].
Dimenzovanie bolo urobené pre čelný nakladač pre kontajnery typu „reach stacker“, napríklad: KRONE, typ SMV 4545 CBX5*** 45-45-45 tons. Na základe praktických skúseností pre dané dopravné plochy najviac vyhovuje systém zámkovej dlažby zabezpečujúci vzájomné uzamknutie jednotlivých prvkov (interlocking concrete pavement).
Konštrukcia vozovky
Návrh vozovky terminálu je principiálne prevzatý z manuálu [1] a prispôsobený okrajovým podmienkam v mieste lokality plochy. V podstate ide o návrh hrúbky hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy pomocou nomogramov. Posúdenie konštrukcie vozovky je urobené podľa postupu uvedeného v literatúre [5] pomocou výpočtu pomerných napätí a pretvorení v modeli viacvrstvového pružného polpriestoru, licencovaným programom BISAR®. V rámci výpočtov pomerných deformácií a napätí v konštrukcii vozovky sme uvažovali so zaťažením celého vozidla „reach stacker“, teda so všetkými kolesami a tým sme zohľadnili aj tzv. faktor vplyvu zaťaženia susedných kolies na posudzované koleso návrhovej nápravy (proximity factor [1]).
Zaťaženie vozovky
Zaťaženie dimenzovanej plochy terminálu je dané dvomi odlišnými spôsobmi, a to:
• dopravným zariadením na manipuláciu s kontajnermi typu „reach stacker“,
• kontajnermi pôdorysne uloženými do blokového usporiadania.
Zaťaženie vozovky od vozidiel typu „reach stacker“
Určenie dopravného zaťaženia:
• priemerný počet prejazdov vozidiel typu „reach stacker“ za 24 hodín – 180,
• dĺžka návrhového obdobia (v rokoch) − 25
Počet prejazdov vozidiel typu „reach stacker“ počas doby životnosti vozovky je teda 1 642 500 prejazdov (180 x 365 x 25).
Určenie návrhovej nápravy:
• predpokladaný typ vozidla „reach stacker“ KRONE SMV 4545 CB5 (CBX5),
• hmotnosť prázdneho dopravného zariadenia 110 t,
• maximálna hmotnosť kontajnera 45 t.
Rozloženie zaťaženia na nápravy vozidla „reach stacker“ počas transportu plne naloženého kontajnera:
• predná náprava (zdvojené koleso) 110 t / 1100 kN,
• zadná náprava (jednoduché koleso) 45 t / 450 kN,
• hustenie pneumatík 1,00 MPa.
Zaťaženie vozovky od kontajnerov
Statické zaťaženie od liatinovej stopy v rohu kontajnera spôsobuje veľmi vysoké namáhania vozovky. Tieto vysoké napätia môžu byť zachytené cementobetónovým krytom alebo krytom zo zámkovej dlažby, napriek všetkému môžu na povrchu vozovky vzniknúť lokálne poškodenia [1].
Určenie statického zaťaženia pre štandardný intermodálny dopravný kontajner o dĺžke 12 m „(standard) intermodal freight container“ 40-ft-long:
• maximálna hmotnosť naloženého kontajnera 30,48 t / 30 480 N,
• rozmery stopy (úložnej plochy) kontajnera 178 x 162 mm,
• kontaktná plocha úložnej stopy kontajnera 20 384 mm2,kontaktná plocha úložnej stopy kontajnera v blokovom usporia-daní 81 536 mm2.
Charakteristiky materiálov
Charakteristiky materiálov použitých vo výpočte reakcií konštrukcie vozovky na výpočtové zaťaženie sú uvedené v tabuľkách 1 a 2. Tabuľka 1 uvádza charakteristiky materiálov použitých vo výpočte v manuáli, tabuľka 2 charakteristiky materiálov použitých v našom výpočte.
Tabuľka 1: Charakteristiky materiálov použitých vo výpočte v manuály (Podľa 1)
Tabuľka 2: Charakteristiky materiálov použitých v našom výpočte
Určenie hrúbky podkladovej vrstvy CBGM C8/10
Na základe stanoveného zaťaženia od vozidla typu „reach stacker“ a od kombinácie kontajnerov boli hrúbky podkladovej vrstvy CBGM C8/10 navrhnuté podľa manuálu [1].
Určenie hrúbky od zaťaženia vozidlom typu „reach stacker“
Pre možnosť použitia návrhových grafov z manuálu [1] je potrebné určiť dva parametre, a to faktor blízkosti kolies (wheel proximity factor) a dynamické účinky.
Ekvivalentné zaťaženie pod jedným kolesom (SEWL) potrebné pre použitie grafu je wSEWL,20 % = 771,29 kN.
Obrázok 2: Návrh hrúbky C8/10 od SEWL a počtu prejazdov (Podľa 1)
Hrúbka hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy CBGM C8/10 pre celkový počet prejazdov na návrhové obdobie celej životnosti vozovky (1 642 500 prejazdov) bude pre parameter únosnosti podložia CBR 20 % = 650 mm.
Určenie hrúbky od statického zaťaženia kontajnermi
Návrhové zaťaženie na vozovku od stojacích kontajnerov je určené podľa kapitoly 8.9 v manuáli [1]. Podľa tabuľky 3 určíme zaťaženie na vozovku v mieste uloženia kontajnerov v blokovom usporiadaní (4 rohy 4. kontajnerov, maximálna výška stohovania 5 kontajnerov na sebe). Tiaž kombinácie stohovania kontajnerov v blokovej zostave je 914,4 kN.
Tabuľka 3: Určenie tiaže od stojacích kontajnerov (Podľa 1)
Obrázok 3: Návrh hrúbky C8/10 od zaťaženia kontajnermi (Podľa 1)
Hrúbka hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy CBGM C8/10 bude pre statické zaťaženie na vozovku od kontajnerov v mieste uloženia v blokovom usporiadaní (4 rohy 4. kontajnerov, maximálna výška stohovania 5 kontajnerov na sebe) je 590 mm (obrázok 5).
Na základe manuálu [1] podľa návrhových grafov (obrázok 5 a 6) a stanoveného zaťaženia od vozidla typu „reach stacker“ (kap. 4.1.1) a od kombinácie kontajnerov (kap. 4.1.2) boli stanovené hrúbky podkladovej vrstvy CBGM C8/10 , z čoho je zrejmé, že zaťaženie vozidlom typu „reach stacker“ (h = 650 mm) je nepriaznivejšie ako od kombinácie kontajnerov (h = 590 mm).
Posúdenie návrhu konštrukcie vozovky
Posúdenie vhodnosti konštrukcie vozovky (kap. 5.4) dopravnej plochy podľa [1] spočíva vo výbere hrúbok vrstvy hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy CBGM C8/10 na základe definovaného postupu výpočtu zaťaženia a určenia hrúbok tejto vrstvy podľa návrhových nomogramov (Design Charts).
Pre posúdenie únavovej životnosti sme použili postup uvedený v práci [5] , takisto od prof. Knaptona.
Pre posúdenie dovoleného priehybu na povrchu konštrukcie sme urobili výpočet pomerných deformácií a napätí pomocou výpočtového programu BISAR® a urobili porovnanie s požadovanou limitnou hodnotou.
Pre posúdenie časti plochy zaťaženej stohovanými kontajnermi sme opäť použili výpočet pomerných deformácií a napätí pomocou výpočtového programu BISAR® a urobili porovnanie s pevnosťou hydraulicky stmelenej podkladovej vrstvy CBGM C8/10 v prostom tlaku. Navrhnutá podkladová vrstva vyhovuje na všetky posudzované kritériá.
Záver
Výber druhu krytu z cementobetónovej zámkovej dlažby predpokladá masívnu hydraulicky stmelenú podkladovú vrstvu situovanú na únosnej a najmä homogénnej ochrannej vrstve a podloží. Dimenzovanie podkladovej vrstvy bolo urobené na základe návrhovej metódy zakotvenej v manuáli Heavy Duty Pavements [1].
Významným prínosom pre rozhodovanie boli početné zahraničné, ale aj domáce pozitívne referencie a skúsenosti.
Pre úspešnú realizáciu masívnej hydraulicky stmelenej vrstvy je nevyhnutná maximálna technologická disciplína a zvýšená kontrola kvality. Uvažuje sa so strojnou pokládkou ložnej nestmelenej vrstvy aj samotnej zámkovej dlažby.
Ing. Zsolt Boros; Ing. Filip Buček; Ing. Maroš Halaj
TPA Spoločnosť pre zabezpečenie kvality a inovácie s.r.o.
Literatura
[1] John Knapton: Heavy Duty Pavements, The structural design of heavy duty pavements for ports and other industries, Edition 4, 2007
[2] TP 3/2009
[3] PIANC Report n° 165–2015, Design and maintenance of container terminal pavements, World Association for Waterborne Transport Infrastructure, 2015
[4] Unctad of monographs on port management, Container terminal pavement management, United Nations 1996
[5] Knapton a kol.: Design solutions for trafficked pavements surfaced with concrete block paving, In: ICCBP 2015, Dresden
[6] Kluger-Eigl, Füssl, Blab: Experimental identification of joint interaction of paving blocks with sand-filled joints, In: ICCBP 2015, Dresden
[7] Boros a kol.: Návrh a posúdenie konštrukcie vozoviek, Terminál intermodálnej prepravy (TIP); Súvisiace dopravné a odstavné plochy komunikácií, Lužianky