Dołącz do czytelników
Brak wyników

Transport i przesył

4 stycznia 2019

NR 8 (Grudzień 2018)

Nawierzchnie betonowe na drogach lokalnych

0 168

W Polsce większość dróg nadal wykonuje się o nawierzchni podatnej z mieszanek bitumicznych lub jako brukowane z kostki betonowej, kamiennej, trylinki itp. Tymczasem na świecie już dawno dostrzeżono wiele zalet konstrukcji sztywnych z betonu cementowego, a najważniejszą z nich jest wieloletnia trwałość, która nie równa się konstrukcjom podatnym.

Niestety, w Polsce drogi betonowe wciąż uważane są za nowość, co wynika z jednej strony z obaw inwestorów przed zastosowaniem tej technologii i jej nieznajomości przez projektantów oraz jednostki publiczne, z drugiej zaś z tego, że wielu wykonawców, gdy tylko ma możliwość, forsuje drogi bitumiczne lub brukowane. Dzieje się tak, ponieważ ich wykonawstwo jest łatwiejsze, a poza tym nie wymagają one odpowiedniego parku maszynowego, niezbędnego do budowy dróg betonowych.
W artykule omówione zostaną najważniejsze aspekty pracy nawierzchni betonowej oraz częste problemy wykonawcze i utrzymaniowe związane z drogami bitumicznymi i betonowymi.

Czym są nawierzchnie betonowe?

Tradycyjne konstrukcje podatne składają się zazwyczaj z podbudowy pomocniczej z kruszywa łamanego, na której układane są kolejne warstwy bitumiczne – podbudowa zasadnicza, warstwa wiążąca (przy ruchu KR1-2 można ją pominąć, pogrubiając podbudowę) i warstwa ścieralna. Ta ostatnia może być wykonywana z różnych rodzajów mieszanek mineralno-asfaltowych, w zależności od natężenia ruchu, czynników środowiskowych, kosztów itp. Najczęściej spotyka się tutaj beton asfaltowy (AC), mieszankę mastyksowo-grysową (SMA) lub specjalistyczne mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowe (MMGA).
Taki układ warstw i charakterystyka materiałów (szkielet mineralny związany lepiszczem) charakteryzuje się rozkładem naprężeń w nawierzchni pod kątem ok. 45 stopni. Z tego względu bardzo ważne są odpowiednie zakończenia krawędzi dróg bitumicznych, aby nie doszło do ich szybkiej degradacji.
W przypadku podbudowy betonowej naprężenia mogą rozkładać się bardziej równomiernie na większej powierzchni, a najlepsze efekty uzyskuje się, gdy górna warstwa również zostanie wykonana z mieszanki betonu cementowego. Tradycyjne nawierzchnie sztywne składają się więc z dwóch podstawowych warstw – 
warstwy ścieralnej z mocnego betonu cementowego i podbudowy z chudego betonu, kruszywa związanego cementem itp. Pod warstwami betonowymi zaleca się również ułożenie warstwy technologicznej i odsączającej z kruszywa lub piasku grubego.
Należy jednak wyraźnie zaznaczyć, że konstrukcje brukowane nie są zaliczane do konstrukcji sztywnych. Ich charakter pracy jest odmienny od typowej nawierzchni betonowej. Niestety, już parokrotnie spotkałem się z opinią, że kostka brukowa jest traktowana jako konstrukcja sztywna, co gorsza, kilka razy opinia taka dotyczyła również kostki układanej na podbudowie z kruszywa, a nie z betonu…

Jak pracują nawierzchnie betonowe?

Podczas ruchu pojazdów w nawierzchni powstaje szereg różnych odkształceń, w tym głównie odkształcenia plastyczne i sprężyste. Ugięcia sprężyste charakteryzują się zdolnością do powrócenia nawierzchni do stanu sprzed obciążenia. Z kolei odkształcenia plastyczne często nazywane są również odkształceniami nieodwracalnymi, gdyż prowadzą one do trwałego uszkodzenia nawierzchni – tzn. do powstania miejscowej koleiny.
Oczywiście, pojedynczy przejazd pojazdu, nawet bardzo ciężkiego, nie sprawi, że w nawierzchni pojawią się głębokie koleiny czy spływy i sfalowania. Odkształcenia te są jednak kumulowane i z czasem się pogłębiają. 
W przypadku dróg bitumicznych mamy do czynienia z dość dużym udziałem odkształceń nieodwracalnych, co można zaobserwować chociażby na drogach o ruchu lokalnym czy w rejonach skrzyżowań. Drogi betonowe charakteryzują się bardzo dużą sztywnością, przez co są one znacznie bardziej odporne na deformacje plastyczne.
W tym miejscu należy jeszcze zaznaczyć jedną istotną różnicę między drogami bitumicznymi i betonowymi. Otóż konstrukcje asfaltowe mają zmienną sztywność w ciągu roku, w zależności głównie od temperatury powietrza, przez co zimą są bardziej sztywne (a lepiszcze staje się kruche), zaś w lecie ich sztywność maleje i stają się one podatne na odkształcenia. Drogi betonowe mają mniej więcej jednakową sztywność przez cały rok (jest to pewne uproszczenie, ale można takie przyjąć w przypadku porównania betonu do mieszanek bitumicznych). Jednocześnie należy pamiętać, że odkształcalność nawierzchni w dużym stopniu zależy również od stopnia zagęszczenia podłoża gruntowego i warunków hydrogeologicznych.

Zalety dróg betonowych

Najważniejszą zaletą dróg betonowych w stosunku do bitumicznych i drobnowymiarowych jest ich trwałość, sięgająca nierzadko 30–40 lat. W przypadku nawierzchni z mieszanek mineralno-asfaltowych remonty konieczne są często już po kilku latach ich eksploatacji, a co gorsza, jest to często ogólnie akceptowalne (nie raz spotkałem się z opinią, nawet mieszkańców, że to przecież normalne, gdy droga asfaltowa po pięciu latach się skoleinuje).
Drogi z kostki brukowej czy kamiennej również po kilku latach często wykazują liczne koleiny albo lokalne zaniżenia, w których później zalega woda opadowa i roztopowa. Nie jest to może aż tak widoczne zjawisko, ponieważ drogi brukowane buduje się główne na osiedlach mieszkaniowych, gdzie ruch ciężarowy jest bardzo mały (czasami ograniczony nawet wyłącznie do maszyn komunalnych).
Kolejną zaletą dróg betonowych jest ich bardzo duża nośność, co sprawia, że są bardzo dobrą technologią dla dróg o dużym ruchu ciężarowym czy dla dróg na obszarach wiejskich, gdzie całkowite natężenie ruchu jest może niewielkie, jednak występuje istotne natężenie ruchu bardzo ciężkich maszyn rolniczych.
Beton charakteryzuje się również jasną barwą, co pozwala zmniejszyć koszty eksploatacji związane z oświetleniem ulicznym, choć niektórzy zwracają w tym miejscu uwagę, że oznakowanie poziome na nawierzchniach betonowych jest mniej widoczne niż na ciemnych drogach bitumicznych. Jest to kwestia wywołująca wiele burzliwych dyskusji i ocenę tego aspektu pozostawiam czytelnikom.

Rys. 1. Różnice w nacisku na podłoże o nawierzchni asfaltowej i betonowej
Źródłó: archiwum autora

Problemy wykonawcze

Generalnie budowa dróg betonowych nie powinna sprawić większych trudności, a najbardziej problematycznym elementem jest zazwyczaj wykonanie odpowiedniego zbrojenia. Wyróżniamy kilka rodzajów zbrojenia konstrukcji sztywnych, ale w przypadku dróg lokalnych najczęściej jest to zbrojenie siatkowe lub włóknami rozproszonymi.
Układanie siatek zbrojących jest zadaniem dość czasochłonnym, dlatego wielu projektantów wybiera zbrojenie rozproszone, które jest wykonywane na etapie produkcji mieszanki betonowej. Przeważnie stosuje się włókna o długościach od 25 do 100 mm i średnicy ok. 0,3–1,1 mm. Funkcję materiału zbrojącego pełnią tutaj drobne włókna rozproszone w masie betonu, które najczęściej wykonane są ze stali, jako włókna szklane, węglowe lub polipropylenowe. Nawierzchnie betonowe zbrojone włóknami rozproszonymi charakteryzują się małą ilością spękań powierzchniowych, dużą mrozoodpornością i odpornością na działanie agresywnych czynników środowiskowych. Włókna rozprasza się w masie betonowej, przez co praktycznie eliminuje się zjawisko rozsegregowania mieszanki i uzyskuje się beton o bardzo dużej wytrzymałości.
Zaleca się jednak raczej stosowanie włókien szklanych, gdyż włókna stalowe potrafią wychodzić ponad masę podczas jej rozkładania i zagęszczania, a dodatkowo czasami występuje zjawisko ich korozji i tym samym odspajania się mieszanki betonowej i osłabienia konstrukcji. Pod względem wytrzymałościowym włókna stalowe i szklane wypadają w zasadzie podobnie, a zastosowanie zbrojenia z włókien z tworzyw sztucznych ułatwia etap wykonawstwa nawierzchni i daje większą gwarancję długiej trwałości jezdni.
Nie zawsze jednak w ogóle potrzebne jest zbrojenie. Warto je projektować przy obciążeniu ruchem KR4 i większym, natomiast na większości dróg lokalnych w zupełności wystarczą nawierzchnie niezbrojone.

Typowe zniszczenia dróg betonowych

W nawierzchniach betonowych rzadko dochodzi do poważnych uszkodzeń, uniemożliwiających bezpieczne poruszanie się po drodze, co czasami ma miejsce w nawierzchniach bitumicznych – np. bardzo głębokie koleiny są realnym zagrożeniem podczas silnych opadów deszczu.
Najczęściej w konstrukcjach sztywnych spotykamy się z uszkodzeniami na krawędziach płyt oraz uszkodzeniami spoin. Krawędzie są najbardziej podatne na pęknięcia, ponieważ nie mają żadnego ograniczenia bocznego. W praktyce drogi betonowe częściej buduje się w terenach zamiejskich, bez obramowania jezdni krawężnikami, przez co naciski na krawędziach mogą przyczyniać s...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy