Pobierz pełny numer IZOLACJI

Pełny numer IZOLACJI 6/2019 [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


Chemia budowlana - porady ekspertów »


Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... ZOBACZ »


Planujesz remont balkonu lub tarasu? Sprawdź »

7 zalet stosowania płyt warstwowych

Aby balkon lub taras nie sprawiał właścicielom kłopotów podczas użytkowania...
czytaj dalej »

Obecnie trudno sobie wyobrazić budownictwo, szczególnie halowe użyteczności publicznej, przemysłowe i rolnicze bez obudowy... czytaj dalej »

Alternatywa dla wełny i styropianu »


W porównaniu do tradycyjnych metod izolacji dachu... ZOBACZ »


Konsole do elewacji wentylowanych - wiedz więcej »

Która fuga szybko wiąże i jest łatwa w utrzymaniu czystości?

Umożliwiają osiągnięcie współczynnika przenikania ciepła dla ścian zewnętrznych na poziomie poniżej... czytaj dalej » Tego typu materiałów poszukują najbardziej wymagający użytkownicy, ceniący estetykę, funkcjonalność, bezpieczeństwo oraz... czytaj dalej »

Fakty i mity na temat szarego styropianu »

Od kilku lat rośnie popyt na styropiany szare. W Niemczech i Szwajcarii większość spr...  czytaj dalej »


Na czym polegają prace uszczelniające?

Jak zabezpieczyć wnętrze przed dużym nasłonecznieniem?

Prace uszczelniające mają na celu odcięcie niebezpiecznych materiałów, substancji lub po prostu... czytaj dalej » Dużym zainteresowaniem właścicieli domów cieszy się też.. czytaj dalej »

Jak pozbyć się grzyba z elewacji?


Elewacja budynku narażona jest nie tylko na zmienne warunki atmosferyczne, lecz także na... ZOBACZ »


Chemia budowlana - porady ekspertów »

Wybierz najlepszy materiał do ociepleń »

Masz wątpliwości i pytania jak rozwiązać Twój problem techniczny? Dobierz stosowną technologię do Twoich potrzeb... czytaj dalej » Czym różnią się materiały do izolacji poszczególnych elementów budynku? czytaj dalej »

Naprawa balkonów i tarasów - czego użyć?


Balkony, tarasy, loggie i schody są elementami obiektów budowlanych stale narażonymi na niszczące czynniki środowiska... ZOBACZ »


Papa podkładowa - przepłacanie czy oszczędność?

Jak zabezpieczyć budynek przed wilgocią?

Wśród budowniczych wciąż trwa otwarta dyskusja na temat potrzeby stosowania papy podkładowej...
czytaj dalej »

Wilgoć pojawiająca się w budynku i związana z nią pleśń szkodzą naszemu zdrowiu, powodują wyższe rachunki za ogrzewanie i niszczą mury. czytaj dalej »

Planujesz wymianę dachu? Sprawdź »


Dzięki lekkości dachówek nie ma potrzeby wzmacniania Twojej starej struktury dachowej. W niektórych przypadkach jest nawet... ZOBACZ »


Żaluzje zewnętrzne - dlaczego warto je zamontować?

Szukasz pomysłu na wykończenie elewacji? Sprawdź

To doskonała inwestycja, która nie tylko podnosi wartość budynku mieszkalnego...
czytaj dalej »

Tynki cienkowarstwowe tworzą ochronno-dekoracyjną zewnętrzną warstwę o wysokiej odporności na... czytaj dalej »

Ekspert Budowlany - zlecenia

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 »
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Flowcrete Polska Sp. z o.o.
Flowcrete Polska Sp. z o.o. Jesteśmy producentem i dystrybutorem materiałów do wykonywania bezspoinowch posadzek żywicznych -...
4/2020

Aktualny numer:

Izolacje 4/2020
W miesięczniku m.in.:
  • - Co wpływa na trwałość i niezawodność ETICS?
  • - Balkony – projektowanie numeryczne złączy z uwzględnieniem wymagań cieplno-wilgotnościowych od 1 stycznia 2021 roku
Zobacz szczegóły
Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Dlaczego warto zadbać o balkon i taras?

Trudno wyobrazić sobie nowoczesny dom bez jego wizytówki, czyli balkonu lub tarasu. Elementy te stanowią dodatkową powierzchnię, która pozwala na chwilę oddechu na...
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

.