Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2018 [PDF]

możesz pobrać BEZPŁATNIE - po prostu ZAREJESTRUJ konto w portalu

Parametry cieplne warstw konstrukcji drogowej

Badanie sondą przylgową próbki betonu asfaltowego
Badanie sondą przylgową próbki betonu asfaltowego
Archiwum autorów

Rzeczywista temperatura każdej z warstw konstrukcji drogowej oraz ośrodka gruntowego tworzącego nasyp i podłoże, a także parametry cieplne materiałów używanych do budowy dróg to właściwości, których znajomość pozwoliłaby na opracowanie modelu obliczania temperatury warstw bitumicznych. Taki model jest niezbędny chociażby do określenia wzmocnień metodą ugięć sprężystych zgodnie z „Katalogiem Wzmocnień i Remontów Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych”.

Podstawową cechą fizyczną materiału, która decyduje o przewodzeniu ciepła, jest współczynnik przewodności cieplnej λ. Im jego wartość jest wyższa, tym materiał lepiej przewodzi ciepło, im jest ona niższa, tym lepsze ma właściwości izolacyjne. Niestety, informacji na temat wartości współczynników przewodzenia ciepła materiałów stosowanych w budownictwie drogowym jest niewiele zarówno w literaturze polskiej, jak i zagranicznej. Autorom artykułu udało się dotrzeć do zaledwie kilku opracowań, w których podano wartości cieplne podstawowych materiałów używanych do budowy dróg w Polsce, takich jak beton asfaltowy czy piasek [9]. W odniesieniu do pozostałych materiałów danych nie było lub były niejednoznaczne.

Zagadnienie przepływu ciepła rzeczywistych konstrukcji drogowych jako ośrodków wielofazowych, znajdujących się pod wpływem zmiennych warunków atmosferycznych i gruntowych, jest skomplikowane. Np. w celu stworzenia tylko jednowymiarowego modelu obliczeniowego podobnych konstrukcji wykonano obszerne badania fizyko-termiczne oraz określono chemiczne właściwości materiałów [9]. Natomiast w odniesieniu do rozwiązań podobnych, lecz bardziej złożonych, niezbędne było opracowanie lub stosowanie odpowiednich programów komputerowych do analizy wyników badań doświadczalnych.

Opierając się na wieloletnich badaniach doświadczalnych [1, 2], autorzy artykułu zastosowali uproszczone podejście, bez uwzględnienia zmiany wilgotności materiałów. Ich zdaniem nie ma to istotnego wpływu na rozkład pola temperatur w konstrukcjach drogowych. Ponadto górne warstwy nawierzchni drogowej stanowią izolację dla warstw leżących poniżej – chronią przed czynnikami atmosferycznymi, szczególnie przed wodą. Wykazały to przeprowadzone badania właściwości betonu asfaltowego w stanie powietrzno-suchym i w stanie „nasycenia”, gdzie różnice w masie próbki wynosiły zaledwie 0,1%.

Artykuł przedstawia problem wymiany ciepła dla nawierzchni drogowej rozumianej jako jednofazowy układ „płyta wielowarstwowa – nasyp – podłoże gruntowe”. Ponadto zostaną sformułowane proste i odwrotne zagadnienia nieustalonego przepływu ciepła zrealizowane za pomocą metody elementów skończonych z zastosowaniem programu komputerowego [3]. Przedstawione podejście pozwoliło na identyfikację wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ betonu asfaltowego oraz gruntu stabilizowanego spoiwem hydraulicznym.

Model matematyczny wymiany ciepła

Dwuwymiarowy problem wymiany ciepła został przeanalizowany w odniesieniu do nawierzchni drogowej przyjętej jako izotropowa płyta posadowiona na nasypie i podłożu gruntowym (rys. 1).

Wielkość strumienia (wymiany) ciepła dla przestrzeni dwuwymiarowej 0xy można określić równaniem Fouriera-Kirchoffa [6]:

parametry drogi

gdzie:
T(·) = T(x, t) – temperatura
[K], x = (x, y) – wektor punktu ciała,
Ω – obszar zmiennej x, t – czas [s],
λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m·K)],
ρ – gęstość [kg/m³],
cp – ciepło właściwe dla stałego ciśnienia [kJ/(kg·K)],
a = λ/(ρcp) – dyfuzyjność cieplna (lub współczynnik wyrównywania temperatur) [m²/s].

Temperatura ciała spełnia warunki początkowe oraz brzegowe. Warunek początkowy:

T(x, 0) = Φ0(x), x Є Ω (2)

oznacza, że temperatura T(x, 0) = Φ0(x) dla każdego punktu ciała x obszaru Ω oraz czasu początkowego jest określona. Funkcja Φ0(x) jest ciągła dla wszystkich punktów x = Ω, gdzie Ω = Ω  Γ; Γ jest powierzchnią ciała Γ = bd Ω.

Jako warunki brzegowe dla zewnętrznej powierzchni Γ+ ciała (płyta wielowarstwowa, nasyp) przyjęto warunek I rodzaju, który wyznacza dystrybucję temperatury t:

T(x,t) = Φ(x,t), x Є Γ+, t > 0 (3),

gdzie Φ(x, t) jest daną funkcją ciągłą od (x, t) dla wszystkich punktów granicy Γ+.
Przyjmujemy, że wpływ środowiska zewnętrznego na górne warstwy nawierzchni drogowej i gruntu granicy Γ+ jest znany. Metody obliczania temperatury drogowej nawierzchni ścieralnej w ogólnym przypadku zjawiska konwekcji, promieniowania i przewodzenia opisano np. w pracy „Model fizyczny obliczania temperatury górnej warstwy nawierzchni asfaltowej” [8].

Warunek (3) na granicy dolnej Γ obszaru Ω może zostać przeanalizowany w następujący sposób. Na określonej głębokości granicy przekroju (na poziomie y = H dla wszystkich punktów x Є Γ), temperatura powinna być wiadoma:

parametry drogi

Na granicach bocznych Γb = ΓΓ obszaru Ω warunki są analogiczne jak we wzorze (4).
Warunki brzegowe na stykach warstw nawierzchni drogowej oraz gruntu nasypu można określić jako warunki IV rodzaju. Jeżeli na wewnętrznych powierzchniach Γi, j pomiędzy wymienionymi warstwami i, j istnieje idealny kontakt, dla temperatur Ti oraz Tj właściwe są równania:

parametry drogi

kolejno dla wszystkich styków warstw (i, j) ciała. 

Potrzebujesz więcej TREŚCI?

Odbierz TUTAJ
IZO-newslettera »

W rezultacie otrzymujemy dwuwymiarowe zagadnienie wymiany ciepła (1)–(6) z warunkami brzegowymi I i IV rodzaju. Stacjonarny problem wymiany ciepła zawiera się w równaniach (1) oraz (3)–(6).

Komentarze

(2)
Feliks | 26.09.2013, 12:52
Tiaaaa
sw | 18.10.2014, 00:18
drogi i mosty
   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie


Jak zatrzymać ciepło i ochronić dom przed zimnem?


Komfortowy i energooszczędny dom zapewnia swoim mieszkańcom izolację od gorąca, zimna, hałasu oraz... wysokich rachunków za ogrzewanie i klimatyzację... ZOBACZ »


Poznaj nowoczesne rozwiązania budowlane

Czego użyć do izolacji ścian, a czym ocieplić dach?

Obok wiedzy na temat produktów, równie istotna jest znajomość technologii, którą... czytaj dalej » Niski poziom ochrony cieplnej generuje wysokie koszty utrzymania budynku, stanowiące duże obciążenie budżetu... czytaj dalej »


Zgarnij bony o wartości 100zł. Zobacz jak »

Tłumienie dźwięków uderzeniowych i drgań budynków. Zobacz »

3 kroki do Super CashBack
czytaj dalej »

Zapewnienie dobrej wibroakustyki dla budynku to coraz częściej wyzwanie dla świadomych i wymagających... czytaj dalej »

Czym skutecznie zaizolować fundament?

Zadaniem hydroizolacji jest zablokowanie dostępu wody i wilgoci do wnętrza obiektu budowlanego. Istnieje kilka rodzajów izolacji krystalizujących, a ich znajomość ułatwia zaprojektowanie i wykonanie szczelnej budowli. czytaj dalej »

 


Jak zapewnić trwałość mocowania elewacji?


Wsporniki przejmują ciężar muru i za pomocą zabetonowanych szyn kotwiących lub kotew przekazują go na ścianę nośną... ZOBACZ »


Czego jeszcze nie wiesz o ognioodporności płyt PIR?

Uszczelnianie obiektów inżynieryjnych - jak to robią specjaliści?

W zależności od wymagań izolacyjności, czy odporności ogniowej możemy dobrać odpowiedni rodzaj płyt...
czytaj dalej »

Jak prawidłowo chronić ściany fundamentwe i zapewnić gwarancję żywotności obiektu? czytaj dalej »

Jak wykonać trwałe posadzki?

Jakich technologii oraz materiałów użyć do wykonania podłóg przemysłowych, naprawy betonów lub przeprowadzenia renowacji posadzek?  czytaj dalej »


Dowiedz się więcej o hydroizolacji dachów »

Popularność tego materiału rośnie. Dlaczego?

Dostarczamy innowacyjne systemy hydroizolacji oraz pokryć dachowych, mające na celu zmianę sposobu życia i pracy naszych klientów... czytaj dalej » To nowoczesny materiał termoizolacyjny, który zdobył... czytaj dalej »

Jak mocować elewacje wentylowane?


Jak w realnych warunkach zachowują się różne systemy mocowań elewacji wentylowanych? ZOBACZ »


Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Jak zabezpieczyć rury przed stratami ciepła?

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr... czytaj dalej » Czym powinieneś kierować się przy wyborze odpowiedniej izolacji rur? czytaj dalej »

Jak zapobiegać problemom z wilgocią budynków?


Poprawny dobór materiałów do wykonania hydroizolacji budynku i prawidłowe ich wbudowanie to podstawowe warunki, których spełnienie pozwoli uniknąć późniejszych problemów z wilgocią... ZOBACZ »


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników portalu Izolacje.com.pl... dowiedz się więcej »
Alpha Dam Alpha Dam
O FIRMIE Alpha Dam Sp. z o.o. produkuje od ponad 10 lat profesjonalne materiały wodochronne i przeciwwilgociowe dla budownictwa.  Do 2008...
10/2019

Aktualny numer:

Izolacje 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Konserwacje i renowacje systemów ociepleń
  • - Odporność ogniowa elementów drewnianych
Zobacz szczegóły
Ulga remontowo-modernizacyjna w PIT 2017

Ulga remontowo-modernizacyjna w PIT 2017

W aktualnych przepisach prawa podatkowego nie znajdziemy wielu ulg, które obowiązywały w poprzednich latach. Wśród nich jest ulga remontowo- modernizacyjna. Niektórzy...
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl

.