Dołącz do czytelników
Brak wyników

Transport i przesył , Otwarty dostęp

19 lutego 2018

NR 1 (Sierpień 2017)

Analiza finansowo-funkcjonalna materiałów do nawierzchni drogowych

0 17

Technologie produkcji i wbudowywania materiałów drogowych są stale rozwijane i praktycznie każdego roku słyszymy o co najmniej kilku nowych rozwiązaniach. Warto jednak świadomie wybierać rodzaj technologii do konkretnych warunków i potrzeb, z uwzględnieniem pełnego cyklu życia nawierzchni. Dotyczy to więc nie tylko budowy drogi, lecz również jej bieżących remontów – aż do fazy zniszczenia, która wymaga całkowitej przebudowy konstrukcji.

Nawierzchnie drogowe można podzielić na: podatne i sztywne. Nawierzchnie podatne to przede wszystkim nawierzchnie bitumiczne, a sztywne – z betonu cementowego. Dodatkowo w terenie miejskim często wyróżnia się także nawierzchnie przepuszczalne z betonowej kostki „ekologicznej” lub betonowych płyt ażurowych.

Nawierzchnie bitumiczne

Nawierzchnie bitumiczne są najczęściej wybieranym rodzajem konstrukcji na drogach publicznych. Wynika to prawdopodobnie z dużego doświadczenia wykonawców w budowie dróg z mieszanek mineralno-asfaltowych. Zaletą tych dróg o konstrukcji podatnej jest, jak ich nazwa wskazuje, możliwość odkształcania się pod wpływem działania ruchu i osiadań podłoża.

Elastyczność konstrukcji bitumicznych jest jednak zaletą tylko w przypadku niewielkich odkształceń, natomiast przy bardzo dużych naciskach od pojazdów lub przy dużym, niekontrolowanym odkształceniu ośrodka gruntowego dochodzi w nich do poważnych deformacji, istotnie wpływających na poziom bezpieczeństwa ruchu.

Konstrukcje bitumiczne składają się z górnych warstw z mieszanek mineralno-asfaltowych (ścieralna, wiążąca, podbudowa zasadnicza) i dolnej podbudowy z kruszywa, pod którym może znajdować się warstwa odsączająca np. z piasku (lub inne, dodatkowe warstwy nawierzchni). Katalog Nawierzchni Podatnych dopuszcza także konstrukcje półsztywne, czyli warstwy bitumiczne (elastyczne) posadowione na nieodkształcalnym, sztywnym podkładzie z chudego betonu lub gruntu/kruszywa stabilizowanego/związanego cementem bądź innymi spoiwami drogowymi.

W praktyce jednak takie konstrukcje są podatne na spękania odbite. Spękania odbite powstają, gdy na skutek naturalnych procesów w czasie wiązania cementu dochodzi do skurczów i pęknięć podbudowy betonowej lub związanej cementem. Spękania te powodują pęknięcia górnych warstw bitumicznych, co z kolei ułatwia penetrację wody opadowej i śniegu w głąb konstrukcji. W dalszym etapie woda wnika w pęknięcia betonu i zamarzając prowadzi do jego dalszej degradacji, co w konsekwencji powoduje postępujące pęknięcia warstw bitumicznych. Proces ten, jeśli nie zostanie w porę zahamowany zabiegami remontowymi, doprowadzi do całkowitej degradacji nawierzchni.

Typowe uszkodzenia nawierzchni podatnych

Nawierzchnia bitumiczna pod wpływem ruchu ulega odkształceniom, które składają się z deformacji odwracalnych (sprężystych) i trwałych (nieodwracalnych). Pojawiają się one w formie spływów, sfalowań, kolein, itp., przy czym każdy kolejny przejazd powoduje coraz większą kumulację odkształceń nieodwracalnych.

Spływy, widoczne najczęściej na obszarach zamiejskich, są podłużnymi zgrubieniami zlokalizowanymi przy krawędzi jezdni. Powstają one na skutek działania dużych sił poziomych w czasie ruchu pojazdów, które powodują przepychanie mieszanki bitumicznej na boki. Zjawisko to pojawia się przy zbyt słabym związaniu międzywarstwowym pomiędzy warstwą wiążącą i ścieralną.

Sfalowania, czyli przepychanie masy w kierunku prostopadłym do ruchu, najczęściej obserwuje się w rejonie skrzyżowań, czyli tam, gdzie występują duże i często pojawiające się siły od hamowania i przyspieszania.

Przyczyną powstawania kolein jest natomiast kumulowanie się odkształceń trwałych przy zbyt małej odporności warstw nawierzchni na naciski kół pojazdów. Pogłębianie się kolein jest szczególnie widoczne w okresach letnich, gdy lepiszcze ma mniejszą lepkość, a więc ziarna mieszanki łatwiej mogą się przemieszczać w jej strukturze. Wyróżniamy dwa podstawowe typy kolein: plastyczne i strukturalne. Koleiny plastyczne dotyczą odkształceń wyłącznie warstwy ścieralnej i ewentualnie wiążącej, bez deformacji podbudowy bitumicznej. Mają one często dość duże głębokości (sięgające nawet do warstwy wiążącej), małe promienie i jednocześnie wyraźnie zarysowane krawędzie. Z kolei przyczyną kolein strukturalnych jest zbyt słaba podbudowa. Odkształcenia podbudowy przenoszą się następnie na warstwy górne. W większości przypadków koleiny strukturalne mają małe głębokości, lecz duże promienie i delikatne brzegi, bez mocnych zarysowań krawędzi koleiny.

O ile koleiny plastyczne można naprawić poprzez sfrezowanie i wymianę warstw „górnych”, o tyle w przypadku kolein strukturalnych konieczna jest przebudowa i wzmocnienie całej konstrukcji nawierzchni.

Spękania – rodzaje i przyczyny ich wystąpienia

W przypadku dróg zamiejskich biegnących przez małe miejscowości częstym zjawiskiem jest występowanie spękań krawędziowych i siatkowych na powierzchni jezdni. Przyczyną spękanych krawędzi (przeważnie przy braku oporu w postaci krawężników) jest zbyt mała szerokość drogi, niedostosowana do warunków ruchowych i struktury rodzajowej pojazdów (np. bez uwzględniania ruchu szerokich i ciężkich maszyn rolniczych).

Spękania krawędziowe są bardzo niebezpieczne gdyż szybko prowadzą do degradacji całej nawierzchni, od krawędzi do jej osi. Jednocześnie powodują bardzo duże ubytki powierzchniowe co bezpośrednio przekłada się na niski poziom bezpieczeństwa ruchu i stwarza ryzyko poważnych wypadków. Jezdnia dla ruchu dwukierunkowego powinna mieć szerokość nie mniejszą niż 5,5–6 m w przypadku dróg zamiejskich i nie mniejszą niż 5–5,5 m w przypadku ulic.

Zniszczenia nawierzchni dokonują się dwufazowo. Najpierw pojawiają się spękania siatkowe przy krawędzi, przeważnie na szerokości ok. 30–50 cm. 

W drugiej fazie następuje rozerwanie mieszanki na kawałki wyznaczane liniami spękań siatkowych. Zjawisko to pogłębia się aż do zniszczenia całej powierzchni jezdni.

Lepiszcza asfaltowe są wrażliwe na wahania temperatury i wraz z jej obniżeniem stają się bardziej kruche, mniej elastyczne i podatne na pękanie. Spękania niskotemperaturowe mogą objawiać się w postaci dwóch rodzajów spękań termicznych.
Pierwszy przypadek dotyczy pojedynczych mikropęknięć warstwy lepiszcza, co powoduje zerwanie przyczepności między błonką asfaltową a kruszywami. Sytuacja taka może nastąpić po jednorazowym przekroczeniu przez mieszankę jej granicznej temperatury pęknięcia. Teoretycznie określa się ją jako temperaturę łamliwości Fraassa, nie oznacza to jednak, że poniżej tej temperatury mieszanka od razu musi ulegać spękaniom (pamiętajmy, że jest to tylko umowna temperatura, weryfikowana w warunkach laboratoryjnych). Jednocześnie należy pamiętać, że temperatura łamliwości dotyczy temperatury mieszanki bitumicznej, a nie temperatury otoczenia (wartości te nie są jednakowe).

Drugim rodzajem spękań niskotemperaturowych są spękania termiczne zmęczeniowe. Nie należy ich utożsamiać ze spękaniami siatkowymi, powstającymi na skutek zmęczenia materiału od ruchu kołowego. W tym wypadku „zmęczenie” dotyczy powtarzających się wahań temperatury o wartości nieco wyższej niż temperatura łamliwości. Teoretycznie pojedynczo takie temperatury nie spowodują zniszczenia błonki lepiszcza, lecz ich nagromadzenie się w krótkim czasie może doprowadzić do spękania nawierzchni.

Nawierzchnie betonowe

Drogi o konstrukcji sztywnej, z betonu cementowego, są jeszcze mało popularne wśród polskich inwestorów i projektantów. Nawierzchnie betonowe są co prawda trudniejsze w wykonaniu i czasami droższe od ich odpowiedników bitumicznych, lecz ich wielką zaletą jest trwałość, która przekracza nawet 50 lat. Konstrukcje podatne w wielu wypadkach wymagają remontów już po kilku latach eksploatacji, gdy tymczasem nawierzchnie sztywne mogą funkcjonować bez większych napraw nawet 15–20 lat i więcej.

Drogi betonowe są bardzo odporne na deformacje trwałe, które na jezdniach bitumicznych najczęściej występują pod postacią kolein, spływów, fal itp. Wynika to z dwóch powodów. Po pierwsze, beton cementowy jest dużo mniej wrażliwy, pod względem sztywności i wytrzymałości, na zmienne w ciągu roku czynniki atmosferyczne w stosunku do mieszanek mineralno-asfaltowych. Drugi powód związany jest ze sposobem rozchodzenia się naprężeń od ruchu w nawierzchniach podatnych i sztywnych. W przypadku mas bitumicznych naprężenia rozchodzą się w głąb konstrukcji pod kątem zbliżonym do 45o natomiast w nawierzchniach betonowych jednostkowy nacisk na podłoże jest znacznie mniejszy. Wynika to z faktu, że beton cementowy przejmuje bardzo dużą część naprężeń, rozprowadzając je w całej objętości.

W przypadku budowy drogi na gruntach wysadzinowych uszkodzeni...

Artykuł jest dostępny dla zalogowanych użytkowników w ramach Otwartego Dostępu.

Załóż konto lub zaloguj się.
Czeka na Ciebie pakiet inspirujących materiałów pokazowych.
Załóż konto Zaloguj się

Przypisy