UWAGI DOTYCZ

Ą

CE WYKONYWANIA

GEOSYNTETYCZNEJ WARSTWY PO

Ś

REDNIEJ

W NAPRAWACH SP

Ę

KA

Ń

ODBITYCH

I WZMOCNIENIU NAWIERZCHNI ASFALTOWEJ

Dr in

ż

. Wanda Grzybowska

Politechnika Krakowska

Ustro

ń

, 23,24 kwietnia 2009

CELE STOSOWANIA GEOSYNTETYCZNYCH WARSTW

PO

Ś

REDNICH W NAWIERZCHNIACH ASFALTOWYCH:

przedłu

ż

enie trwało

ś

ci naprawy sp

ę

kanych nawierzchni

(naprawy sp

ę

ka

ń

odbitych od nieci

ą

gło

ś

ci w dolnych

warstwach),

poł

ą

czenie konstrukcji nawierzchni na poszerzeniach

jezdni lub poł

ą

czeniach z poszerzonym poboczem,

zapobiegaj

ą

ce sp

ę

kaniom odbitym,

zapobieganie powstawaniu sp

ę

ka

ń

odbitych w nowych

nawierzchniach półsztywnych.

przedłu

ż

enie trwało

ś

ci zm

ę

czeniowej wzmocnienia

(zbrojenie nawierzchni).

Dzi

ę

ki zwi

ę

kszeniu trwało

ś

ci nawierzchni oszcz

ę

dza si

ę

zasoby naturalne i wydłu

ż

a okresy mi

ę

dzyremontowe.

GEOSYNTETYCZNE WARSTWY PO

Ś

REDNIE

W ZAPOBIEGANIU SP

Ę

KANIOM ODBITYM

Zgodnie z ogóln

ą

definicj

ą

, sp

ę

kania odbite s

ą

uszkodzeniem,

którego

ź

ródłem s

ą

nieci

ą

gło

ś

ci w dolnych warstwach konstrukcji

nawierzchni, znajduj

ą

ce swoje odbicie na powierzchni warstw

bitumicznych nawierzchni. Do nieci

ą

gło

ś

ci tych zalicza si

ę

:

(a) sp

ę

kania sztywnych warstw podbudowy (stabilizacja

cementem, chudy beton), (b) spoiny podłu

ż

ne lub poprzeczne na

poł

ą

czeniach warstw, zwłaszcza na poszerzeniach jezdni lub

poł

ą

czeniach z ulepszonym poboczem,

(c) szczeliny w istniej

ą

cych nawierzchniach z betonu

cementowego,

(d) samoistne sp

ę

kania mrozowe w warstwie

ś

cieralnej, przykryte

nast

ę

pnie bitumiczn

ą

warstw

ą

renowacyjn

ą

.

wygięcie

propagacja pęknięcia

P

rz

y

p

ad

ek

A

P

rz

y

p

ad

ek

B

P

rz

y

p

a

d

e

k

C

Rys.1. Oddziaływania inicjuj

ą

ce sp

ę

kania odbite

Sp

ę

kania nawierzchni drogowej, w tym sp

ę

kania

odbite, powoduj

ą

nast

ę

puj

ą

ce szkodliwe skutki:

utrat

ę

szczelno

ś

ci; ka

ż

de niekontrolowane p

ę

kni

ę

cie na

powierzchni jezdni umo

ż

liwia wodzie opadowej penetracj

ę

do

wn

ę

trza konstrukcji nawierzchni, gdzie przemieszczaj

ą

c si

ę

wzdłu

ż

powierzchni kontaktu warstw osłabia wi

ą

zanie

mi

ę

dzywarstwowe; ponadto woda poprzez konstrukcj

ę

nawierzchni dostaje si

ę

tak

ż

e do podło

ż

a gruntowego, w

którym cz

ę

sto wyst

ę

puj

ą

grunty spoiste, wra

ż

liwe na działanie

wody i mrozu,

w podbudowie i podło

ż

u powstaj

ą

dodatkowe napr

ęż

enia;

przyspieszone zniszczenie warstwy

ś

cieralnej wzdłu

ż

p

ę

kni

ę

cia; pod wspólnym działaniem obci

ąż

e

ń

od pojazdów,

wody i mrozu, warstwa

ś

cieralna ulega w s

ą

siedztwie p

ę

kni

ę

cia

przyspieszonemu zniszczeniu,

Z punktu widzenia u

ż

ytkownika, obecno

ść

sp

ę

ka

ń

odbitych

w nawierzchni powoduje dyskomfort wywołany cz

ę

stym

pogorszeniem równo

ś

ci, tzw. „klawiszowaniem nawierzchni”,

a tak

ż

e zmniejszeniem bezpiecze

ń

stwa jazdy, w zwi

ą

zku z

mo

ż

liwym wyciskaniem pod kołami pojazdu wodnej

zawiesiny cz

ą

stek mineralnych z dolnych warstw.

M e c h a n i z m s y s t e m u o d p r ę ż a ją c e g o

Rys. 2. Mechanizm pracy warstwy odpr

ęż

aj

ą

cej

(no

ś

nika lepiszcza)

WARSTWA WZMACNIAJ

Ą

CA (ZBROJ

Ą

CA)

W ostatnich latach badania nad geosyntetykami

rozszerzyły si

ę

o prace nad mo

ż

liwo

ś

ciami stosowania

geosyntetyków o zwi

ę

kszonej sztywno

ś

ci oraz

sztywno

ś

ci poł

ą

czenia z warstwami asfaltowymi, do

wzmacniania układu warstw asfaltowych, dzi

ę

ki

przekazywaniu napr

ęż

e

ń

rozci

ą

gaj

ą

cych z warstwy dolnej

na geosyntetyk (rys 3).

Rys.3. Mechanizm pracy warstwy zbroj

ą

cej

Aby system był efektywny jako zbrojenie, musz

ą

by

ć

spełnione trzy warunki :

geosyntetyk (jako produkt) powinien wykazywa

ć

mo

ż

liwie wysok

ą

sztywno

ść

,

sztywno

ść

poł

ą

czenia geosyntetyku z warstwami

asfaltowymi powinna by

ć

jak najwy

ż

sza,

geosyntetyk powinien by

ć

umieszczony w strefie

rozci

ą

ganej układu warstw asfaltowych

Poł

ą

czenie ró

ż

nych technik wzmocnienia

dostarcza efektywne i oszcz

ę

dne rozwi

ą

zania dla

zabiegów remontowych i wzmocnie

ń

.

GEOWŁÓKNINY CZY GEOSIATKI/GEOKOMPOZYTY?

Przeznaczenie geosyntetyku w konstrukcji warstw

bitumicznych jest identyfikowane na podstawie własno

ś

ci

mechanicznych oznaczonych w badaniu rozci

ą

gania.

Geowłókniny charakteryzuje niski moduł sztywno

ś

ci w

porównaniu do modułu mieszanek bitumicznych i st

ą

d nie mog

ą

by

ć

traktowane jako zbrojenie, co jest nadal do

ść

cz

ę

stym

bł

ę

dem drogowców. Z drugiej strony, materiał ten

charakteryzuje si

ę

znacznym wydłu

ż

eniem przy przenoszonej

granicznej sile, co przy zmianach temperatury umo

ż

liwia

przenoszenie znacznych poziomych przemieszcze

ń

nad

p

ę

kni

ę

ciem w dolnej warstwie, absorpcj

ę

napr

ęż

e

ń

w

s

ą

siedztwie nieci

ą

gło

ś

ci w dolnej warstwie a tym samym

opó

ź

nianie procesu wyst

ę

powania sp

ę

ka

ń

odbitych.

Geowłókniny jako warstwy odpr

ęż

aj

ą

ce s

ą

dobrym, efektywnym

rozwi

ą

zaniem jedynie przy naprawach sp

ę

ka

ń

odbitych, bez wpływu na

no

ś

no

ść

nawierzchni, któr

ą

trzeba zapewni

ć

innymi sposobami.

Zapobieganie lub napraw

ę

sp

ę

ka

ń

odbitych nale

ż

y traktowa

ć

przede

wszystkim jako problem lokalny.

Geosiatki/geokompozyty. Zgodnie z teori

ą

materiałów kompozytowych ,

efektywno

ść

zbrojenia geosyntetykami jest warunkowana takimi czynnikami

jak stopie

ń

przekazywania obci

ąż

enia z warstwy bitumicznej na komponenty

zbroj

ą

ce, tj. geokompozyty lub geosiatki (wysoka sztywno

ść

poł

ą

czenia),

udział obj

ę

to

ś

ciowy lub masowy geosyntetyku w stosunku do warstwy

bitumicznej, stosunek modułu spr

ęż

ysto

ś

ci zbrojenia do modułu

spr

ęż

ysto

ś

ci (sztywno

ś

ci) warstwy bitumicznej, a tak

ż

e trwało

ść

cech

geosyntetyku w czasie eksploatacji. Bior

ą

c pod uwag

ę ż

e moduł sztywno

ś

ci

warstwy bitumicznej jest silnie zale

ż

ny od temperatury,

ż

e zmienia si

ę

zale

ż

nie od cz

ę

stotliwo

ś

ci obci

ąż

e

ń

i od czasu eksploatacji, dany system

warstwy po

ś

redniej w pewnych warunkach mo

ż

e pracowa

ć

jako zbrojenie,

w innych nie.

Ranking sztywno

ś

ci geosiatek/geokompozytów syntetycznych

od najwy

ż

szej do najni

ż

szej, wg bada

ń

Politechniki Krakowskiej

(J.Górszczyk, 2008, praca doktorska, badania wybranych

materiałów w Laboratorium Firmy Kordarna, Czechy) jest

nast

ę

puj

ą

cy: geosiatka szklana/w

ę

glowa, geosiatka/geokompozyt

szklany, geosiatka/geokompozyt poliestrowy.

Niezale

ż

nie od przeznaczenia warstwy geosyntetycznej, spraw

ą

bardzo istotna jest zapewnienie dobrej sczepno

ś

ci z warstwami

asfaltowymi, np. poprzez stosowanie lepiszcz asfaltowych

modyfikowanych elastomerem, w przypadku stosowania

geowłókniny układania strona nie kalandrowan

ą

na dół, itp.

Badanie sczepno

ś

ci przeprowadza si

ę

na etapie ustalania ilo

ś

ci

lepiszcza w laboratorium metod

ą ś

cinania w płaszczy

ź

nie kontaktu

warstw w aparacie Leutnera, lub wst

ę

pnie, na drodze, stosuj

ą

c

urz

ą

dzenie tzw. aparat pull-out .

STRATEGIA NAPRAWY SP

Ę

KANEJ NAWIERZCHNI

PRZY ZASTOSOWANIU GEOSYNTETYKÓW

Właściwie zaprojektowana i wykonana warstwa pośrednia

z geosyntetyku przedłuża trwałość naprawianej nawierzchni

o kilka lat. Warstwa źle zaprojektowana i/lub niewłaściwie

wykonana przynosi więcej szkody niż pożytku i skraca

trwałość naprawy.

Strategia naprawy nawierzchni przy pomocy geosyntetyków

powinna obejmowa

ć

nast

ę

puj

ą

ce działania :

A. Etap identyfikacji problemu:

identyfikacja typu naprawy (sp

ę

kania poprzeczne

pojedyncze lub wielokrotne, poszerzenie jezdni,

ulepszenie poboczy, ewentualne wzmocnienie

nawierzchni),

okre

ś

lenie istniej

ą

cej i prognozowanej kategorii

obci

ąż

enia,

wyci

ę

cie próbek i inwentaryzacja rodzaju, grubo

ś

ci i

stanu warstw konstrukcyjnych,

ocena warunków wodno-gruntowych,

okre

ś

lenie przebiegu, gł

ę

boko

ś

ci i zakresu p

ę

kni

ę

cia na

próbkach,

ocena przypuszczalnych przyczyn p

ę

kni

ęć

poprzecznych

B. Etap kwantyfikacji problemu, w którym okre

ś

la si

ę

:

no

ś

no

ść

nawierzchni,

indeks sp

ę

ka

ń

poprzecznych odbitych w nawierzchni,

ocen

ę

współpracy w p

ę

kni

ę

ciu odbitym w nawierzchni

półsztywnej,

ocen

ę

warunków podparcia nawierzchni w obr

ę

bie p

ę

kni

ę

cia

poprzecznego.

Procedury badawcze wymienionych działa

ń

zostały

szczegółowo opisane w Katalogu Wzmocnie

ń

i Remontów

Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. Do realizacji pkt. (1),

(3) i (4) nale

ż

y zastosowa

ć

ugi

ę

ciomierz FWD lub Benkelmana,

odpowiednio do kategorii obci

ąż

enia.

D. Etap projektowania warstw remontu/ wzmocnienia;

ustala si

ę

:

sposób przygotowania warstwy dolnej (frezowanie, profilowanie)

pod geosyntetyczn

ą

warstw

ę

po

ś

redni

ą

, lokalizacj

ę

geosyntetyku

w konstrukcji wzmocnienia nawierzchni,

rodzaj i sposób uło

ż

enia materiału geosyntetycznego,

rodzaj i wła

ś

ciw

ą

ilo

ść

lepiszcza do nasycenia i przyklejenia

geosyntetyku; w naszym klimacie do nasycenia i przyklejenia

geosyntetyku najbardziej efektywne jest lepiszcze modyfikowane

elastomerem; zalecany jest tutaj asfalt lub emulsja asfaltowa

szybkowi

ążą

ca, modyfikowana elastomerem; szczególnie

efektywno

ść

geowłóknin zale

ż

y w du

ż

ym stopniu od rodzaju i ilo

ś

ci

impregnuj

ą

cego lepiszcza. Dla nasycenia i przyklejenia

geokompozytu korzystny jest asfalt o penetracji 50-70

0

P.

w przypadku stosowania geosiatki ustala si

ę

najbardziej

wła

ś

ciwy sposób przymocowania geosiatki do podło

ż

a

(przyklejenie lepiszczem, przybicie gwo

ź

dziami ew. wkr

ę

tami,

skropienie lepiszczem a nast

ę

pnie posypanie grysem i

zawałowanie),

rodzaj i grubo

ść

nowych warstw bitumicznych; zaleca si

ę

tutaj warstwy bitumiczne o mo

ż

liwie nie wysokiej sztywno

ś

ci -

je

ż

eli górna warstwa bitumiczna b

ę

dzie zbyt sztywna (niewysoka

zawarto

ść

asfaltu o du

ż

ej lepko

ś

ci) – sp

ę

kania odbite mog

ą

pojawi

ć

si

ę

wcze

ś

niej

NAJCZ

Ę

STSZE BŁ

Ę

DY PRZY STOSOWANIU

GEOSYNTETYCZNYCH WARSTW PO

Ś

REDNICH

W NAPRAWACH NAWIERZCHNI ASFALTOWYCH

Efektywno

ść

i trwało

ść

naprawy sp

ę

kanej nawierzchni przy

zastosowaniu geosyntetycznej warstwy po

ś

redniej s

ą

warunkowane przez trzy podstawowe grupy czynników, tj.:

Jako

ś

ci poł

ą

czenia pomi

ę

dzy wzmocnieniem i przyległymi

warstwami bitumicznymi,

Struktury i jako

ś

ci zastosowanych geosyntetyków ,

Jako

ś

ci górnych warstw bitumicznych.

Bł

ę

dy na etapie projektowania to:

Zaprojektowanie zbyt małej lub zbyt du

ż

ej ilo

ś

ci lepiszcza

do impregnacji i przyklejenia geosyntetyku,

Zaprojektowanie rodzaju lepiszcza o małej efektywno

ś

ci

przyklejania,

Brak podania w Specyfikacjach Technicznych dokładnego

opisu procedury przyklejania, np. wymaga

ń

co do układania

geosyntetyku na emulsji po jej rozpadzie i odparowaniu wody,

aby nie wprowadza

ć

wody do struktury geosyntetyku,

Brak uwzgl

ę

dnienia w Specyfikacjach Technicznych

konieczno

ś

ci przygotowania powierzchni dolnej warstwy

bitumicznej jak np. jej wyrównania, oczyszczenia i osuszenia,

dla zapewnienia dobrego zwi

ą

zania z lepiszczem i

geosyntetykiem.

W przypadku stosowania geosyntetyków o sztywnej

strukturze, np. geokompozytów z siatk

ą

np. szklan

ą

, układanie

ich na powierzchni sfrezowanej, posiadaj

ą

cej kilkumilimetrowe

podłu

ż

ne rowki nie jest rozwi

ą

zaniem wła

ś

ciwym. Lepiszcze

gromadzi si

ę

w rowkach, geosiatka dotyka podło

ż

a tylko na

kraw

ę

dziach rowków, przyczepno

ść

jest niewystarczaj

ą

ca.

Kolejny bł

ą

d polega na zaprojektowaniu geosyntetyku o

nieodpowiednich parametrach,

ź

le rozkładaj

ą

cym si

ę

na drodze,

sprawiaj

ą

cym kłopoty przy przyklejaniu do dolnej warstwy, o

zbyt du

ż

ym wydłu

ż

eniu sprzyjaj

ą

cym powstawaniu fałdów pod

kołami pojazdów budowlanych. Jedyne rekomendowanie

rozwi

ą

zanie, to stosowanie ci

ą

gnika z osprz

ę

tem mechanicznie

rozkładaj

ą

cego geosyntetyk na drodze, z belk

ą

naci

ą

gaj

ą

c

ą

i

urz

ą

dzeniem naciskaj

ą

cym i wygładzaj

ą

cym rozlo

ż

ony

geosyntetyk.

.

Niewystarczaj

ą

ce zag

ę

szczenie warstw bitumicznych

daj

ą

ce nadmiern

ą

zawarto

ść

wolnych przestrzeni, co skraca

trwało

ść

zm

ę

czeniow

ą

.

Z punktu widzenia in

ż

ynierii materiałowej wysok

ą

odporno

ść

na propagacj

ę

sp

ę

kania w warstwie bitumicznej

osi

ą

ga si

ę

dzi

ę

ki optymalnemu poł

ą

czeniu takich cech jak

dobra jako

ść

powi

ą

zania warstw oraz odpowiednie własno

ś

ci

geosyntetyku i nowej warstwy bitumicznej.

Bł

ę

dy na etapie wykonawstwa:

Brak kompetentnego nadzoru autorskiego

Nierównomierne spryskanie powierzchni dolnej warstwy

bitumicznej lub spryskanie zbyt mał

ą

ilo

ś

ci

ą

lepiszcza,

Nadmierny po

ś

piech prowadz

ą

cy do układania geosyntetyku

bezpo

ś

rednio po skropieniu emulsj

ą

powierzchni, bez odczekania

na jej rozpad; czasami, ze wzgl

ę

du na du

ż

y ruch drogowy w ci

ą

gu

dnia roboty wykonuje si

ę

tak

ż

e w nocy, kiedy okre

ś

lenie momentu

rozpadu emulsji jest utrudnione,

Prowadzenie robót bez wzgl

ę

du na pogod

ę

, czasem tak

ż

e przy

pogodzie wilgotnej, kiedy powierzchnia warstwy bitumicznej jest

mokra,

Pozostawianie rozło

ż

onej warstwy geosyntetycznej przez

dłu

ż

szy okres czasu bez przykrycia warstw

ą

bitumiczn

ą

i nara

ż

enie

jej na zamokni

ę

cie.

Na obydwu etapach działa

ń

, tj. projektowania i wykonawstwa,

mo

ż

e wyst

ą

pi

ć

ten sam bł

ą

d, zwi

ą

zany z brakiem powi

ą

zania

geosyntetyku z warstw

ą

bitumiczn

ą

. Brak powi

ą

zania pomi

ę

dzy

warstwami daje w konsekwencji szybkie zniszczenie górnych

warstw na geosyntetyku, działaj

ą

cym jako warstwa po

ś

lizgowa.

Pod wpływem poziomych sił tarcia zwi

ę

kszanych podczas

przyspieszania i hamowania pojazdów, górna warstwa

bitumiczna ulega przemieszczeniom, rozrywaniu, pozwalaj

ą

c na

swobodn

ą

penetracj

ę

wody opadowej i w konsekwencji

powoduj

ą

c destrukcj

ę

warstwy.

.

PODSUMOWANIE – 10 PRZYKAZA

Ń

DLA STOSUJ

Ą

CYCH

GEOSYNTETYKI W NAPRAWACH NAWIERZCHNI

ASFALTOWYCH

1. Wła

ś

ciwie zaprojektowana i wykonana warstwa po

ś

rednia z

geosyntetyku przedłu

ż

a trwało

ść

nawierzchni o kilka lat.

Warstwa

ź

le zaprojektowana i/lub niewła

ś

ciwie wykonana

przynosi wi

ę

cej szkody ni

ż

po

ż

ytku i skraca trwało

ść

naprawy.

2. Ka

ż

de zastosowanie geosyntetyków jako warstw po

ś

rednich

do napraw nawierzchni asfaltowych przeprowadzane w

ramach remontu lub przebudowy nawierzchni wymaga na

etapie projektowania:

•

przeanalizowania wyników bada

ń

przeprowadzonych w

ramach oceny stanu istniej

ą

cej nawierzchni wraz ze stanem

podło

ż

a,

• przeanalizowania warunków prognozowanych obci

ąż

e

ń

,

• nawi

ą

zania si

ę

do wyników powy

ż

szych bada

ń

i analiz w

projekcie technologii,

• skonsultowania projektu technologii ze specjalist

ą

.

3. Na etapie wykonawstwa, przynajmniej w jego pocz

ą

tkowym

okresie nale

ż

y zapewni

ć

nadzór wykwalifikowanego

personelu technicznego.

4

.

Nale

ż

y pami

ę

ta

ć

,

ż

e geowłóknina igłowana nie zmniejsza

ugi

ę

cia i nie poprawia no

ś

no

ś

ci. Je

ż

eli no

ś

no

ść

b

ę

dzie

niewystarczaj

ą

ca – sp

ę

kania odbite pojawi

ą

si

ę

znowu.

Korzy

ś

ci

ą

w tym przypadku b

ę

dzie tylko fakt,

ż

e wła

ś

ciwie

zaprojektowany i wykonany system absorbuj

ą

cy

napr

ęż

enia, który pozostaje nadal w dobrym stanie,

uniemo

ż

liwi penetracj

ę

wody w gł

ą

b konstrukcji

nawierzchni.

5. W naszym klimacie do przyklejenia geosyntetyku najbardziej

efektywne jest lepiszcze modyfikowane elastomerem. W

przypadku stosowania emulsji asfaltowej, geosyntetyk nale

ż

y

układa

ć

po jej rozpadzie i po odparowaniu wody. Je

ż

eli tego

warunku nie mo

ż

na dochowa

ć

, geosyntetyk nale

ż

y przyklei

ć

asfaltem, o penetracji np.70

0

P, modyfikowanym elastomerem

6. Nale

ż

y chroni

ć

geosyntetyk od zamoczenia przed

wbudowaniem, nie wolno układa

ć

geosyntetyku na mokrym

podło

ż

u.

7. Nie wolno zostawia

ć

rozło

ż

onego geosyntetyku na noc bez

przykrycia, je

ś

li jest obawa wyst

ą

pienia opadów.

8. Nale

ż

y ogranicza

ć

ruch budowlany na geosyntetyku.

9. Przed uło

ż

eniem warstwy bitumicznej nale

ż

y zlikwidowa

ć

fałdy na geosyntetyku, i naprawi

ć

miejsca odklejone od

podło

ż

a.

10. Zastosowanie geosyntetyku nie naprawi bł

ę

dów przy

wykonaniu przykrywaj

ą

cej j

ą

warstwy bitumicznej. Je

ż

eli

górna warstwa bitumiczna b

ę

dzie zbyt cienka i sztywna

(niewysoka zawarto

ść

asfaltu o du

ż

ej lepko

ś

ci),–

sp

ę

kania odbite wkrótce pojawi

ą

si

ę

znowu . Brak

wła

ś

ciwego zwi

ą

zania geosyntetyku z warstwa doln

ą

spowoduje przedwczesne zniszczenie górnych warstw

asfaltowych.

DZI

Ę

KUJ

Ę

ZA UWAG

Ę