STUDIA INŻYNIERSKIEE
KIERUNEK: BUDOWNICTWO
Przedmiot:
NAWIERZCHNIE DROGOWE I TECHNOLOGIA ROBÓT DROGOWYCH
Temat: Definicje, klasyfikacja, cechy eksploatacyjne
dr inż. Piotr Zieliński
Politechnika Krakowska
Katedra Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu
Rok akademicki 2011/2012
Elementy składowe budowli drogowej
DEFINICJE
wð Budowla drogowa - obiekt budowlany, nie bÄ™dÄ…cy budynkiem,
stanowiący całość techniczno-użytkową (droga) albo jego część
stanowiącą odrębny element konstrukcyjny lub technologiczny (obiekt
mostowy, korpus ziemny, węzeł).
wð Pas drogowy - wydzielony liniami granicznymi pas terenu
przeznaczony do umieszczania w nim drogi i związanych z nią urządzeń
oraz drzew i krzewów. Pas drogowy może również obejmować teren
przewidziany do rozbudowy drogi i budowy urządzeń chroniących ludzi
i środowisko przed uciążliwościami powodowanymi przez ruch na
drodze.
wð Droga - wydzielony pas terenu przeznaczony do ruchu lub postoju
pojazdów oraz ruchu pieszych wraz z wszelkimi urządzeniami
technicznymi zwiÄ…zanymi z prowadzeniem i zabezpieczeniem ruchu.
DEFINICJE
wð Korpus drogowy - nasyp lub ta część wykopu, która jest ograniczona
koroną drogi i skarpami rowów.
wð Korona drogi - jezdnia (jezdnie) z poboczami lub chodnikami,
zatokami, pasami awaryjnego postoju i pasami dzielÄ…cymi jezdnie.
wð Jezdnia - część korony drogi przeznaczona do ruchu pojazdów.
wð Pobocze - część korony drogi przeznaczona do chwilowego postoju
pojazdów, umieszczenia urządzeń organizacji i bezpieczeństwa ruchu
oraz do ruchu pieszych, służąca jednocześnie do bocznego oparcia
konstrukcji nawierzchni.
wð Koryto - element uformowany w korpusie drogowym w celu uÅ‚ożenia w
nim konstrukcji nawierzchni.
DEFINICJE
wð Konstrukcja nawierzchni - ukÅ‚ad warstw nawierzchni wraz ze sposobem ich
połączenia.
wð Nawierzchnia - warstwa lub zespół warstw sÅ‚użących do przejmowania i
rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże gruntowe i zapewniających dogodne
warunki dla ruchu, zazwyczaj zawiera następujące warstwy:
wð Warstwa Å›cieralna - górna warstwa nawierzchni poddana bezpoÅ›rednio
oddziaływaniu ruchu i czynników atmosferycznych.
wð Warstwa wiążąca - warstwa znajdujÄ…ca siÄ™ miÄ™dzy warstwÄ… Å›cieralnÄ… a
podbudową, zapewniająca lepsze rozłożenie naprężeń w nawierzchni i
przekazywanie ich na podbudowÄ™.
wð Warstwa wyrównawcza (nie musi zawsze wystÄ™pować) - warstwa sÅ‚użąca do
wyrównania nierówności podbudowy lub profilu istniejącej nawierzchni.
wð Podbudowa - dolna część nawierzchni sÅ‚użąca do przenoszenia obciążeÅ„ od
ruchu na podłoże. Podbudowa może składać się z podbudowy zasadniczej i
podbudowy pomocniczej.
DEFINICJE
wð PodÅ‚oże nawierzchni - grunt rodzimy lub nasypowy, leżący pod
nawierzchnią do głębokości przemarzania.
wð PodÅ‚oże ulepszone nawierzchni - górna warstwa podÅ‚oża, leżąca
bezpośrednio pod nawierzchnią, ulepszona w celu umożliwienia
przejęcia ruchu budowlanego i właściwego wykonania nawierzchni
Warstwy dodatkowe ulepszonego podłoża:
wð Warstwa mrozoochronna - warstwa, której głównym zadaniem jest
ochrona nawierzchni przed skutkami działania mrozu.
wð Warstwa odcinajÄ…ca - warstwa stosowana w celu uniemożliwienia
przenikania cząstek drobnych gruntu do warstwy nawierzchni leżącej
powyżej.
wð Warstwa odsÄ…czajÄ…ca - warstwa sÅ‚użąca do odprowadzenia wody
przedostajÄ…cej siÄ™ do nawierzchni.
KLASYFIKACJA NAWIERZCHNI
1. KRYTERIUM ODKSZTAA
CALNOÅšCI:
wð A. Nawierzchnie podatne: Nawierzchnie, w których
wszystkie warstwy w zależności od temperatury
i wielkości obciążeń pracują (przenoszą obciążenia)
w zakresie odkształceń sprężystych natychmiastowych,
sprężystych opóz
nionych (lepko-sprężystych),
plastycznych i lepkich.
Przykłady: nawierzchnie asfaltowe na podbudowie
z kruszywa, nawierzchnie nie ulepszone tj. tłuczniowe,
żwirowe, nawierzchnie brukowane na podbudowie
z kruszywa.
wð B. Nawierzchnie sztywne: Nawierzchnie które pracujÄ…
w zakresie odkształceń sprężystych oraz niewielkich
plastycznych.
Przykłady: nawierzchnie w których górna warstwa
wykonana jest z betonu cementowego, na podbudowie
z mieszanek zwiÄ…zanych spoiwem ew. lepiszczem,
(chude betony, stabilizacje cementem, betony asfaltowe)
lub podbudowie z kruszywa, nawierzchnie brukowane na
podbudowie sztywnej, z wypełnieniem spoin zaprawą
cementowo-piaskowÄ….
wð C. Nawierzchnie półsztywne: Nawierzchnie w których
w podbudowie znajduje siÄ™ warstwa zwiÄ…zana cementem
(chudy beton, stabilizacja kruszywa cementem).
Przykłady: nawierzchnia asfaltowa na podbudowie
pomocniczej z chudego betonu lub kruszywa
stabilizowanego cementem.
WPA
YW SZTYWNOÅšCI KONSTRUKCJI
NAWIERZCHNI NA JEJ ODKSZTAA
CALNOŚĆ
(CZASZ
UGI
CIA)
2. KRYTERIUM RODZAJU KONSTRUKCJI
I PRZYDATNOÅšCI DO RUCHU
A. Nawierzchnie twarde
wð nieulepszone: tÅ‚uczniowe, z brukowca z kostki
nieregularnej
wð ulepszone: przydatne do szybkiego ruchu
samochodowego, równe i bezpylne
B. Nawierzchnie gruntowe ulepszone (stabilizowane
spoiwami, żwirowe)
3. KRYTERIUM WG KATEGORII RUCHU
4. KRYTERIUM SPOSOBU WYKONANIA
wð Konstrukcje jezdni monolityczne, wykonane bezpoÅ›rednio na
drodze i ewentualnie podzielone szczelinami ze względu na
konieczność redukcji wpływów termicznych i skurczu
wð KonstrukcjÄ™ prefabrykowane, wykonane z elementów gotowych
(płyt prefabrykowanych)
wð Makadamowe, wykonane z kruszywa o wÄ…skich frakcjach
uziarnienia, zagęszczonych w odrębnych warstwach wzajemnie się
klinujÄ…cych
wð Brukowe, ukÅ‚adane sposobem brukarskim, tzn. rÄ™cznie z
elementów szczelnie układanych obok siebie
5. KRYTERIUM PRZEPUSZCZALNOÅšCI
wð NAWIERZCHNIE NIEPRZEPUSZCZALNE
Np. asfaltowe (poza porowatymi), z betonu cementowego, z
elementów drobnowymiarowych układanych na podsypce
związanej i z wypełnieniem szczelin szczelnym, z żywic
(chodniki na mostach, ścieżki rowerowe)
wð NAWIERZCHNIE PRZEPUSZCZALNE
Np. z elementów drobnowymiarowych układanych na
podsypce piaskowej lub żwirkowej bez spoiwa i wypełnieniem
szczelin piaskiem, z asfaltu porowatego
1. NAWIERZCHNIA ASFALTOWA
2. NAWIERZCHNIA Z BETONU CEMENTOWEGO
WYMAGANIA DLA PODA
OŻA ULEPSZONEGO
POD KONSTRUKCJ
NAWIERZCHNI
KR1÷2 KR3÷6
ØðWskaz
nik zagęszczenia IS e" 1.00 1.03
ØðWskaz
nik odkształcenia I0 d" 2,2 2,2
ØðWtórny moduÅ‚ odksztaÅ‚cenia E2 e" 100 MPa 120 MPa
OKRESY EKSPLOATACJI NAWIERZCHNI
(D.U. NR 43/1999)
CECHY EKSPLOATACYJNE NAWIERZCHNI
1. Nośność  Load bearing capacity
2. Tekstura i właściwości przeciwpoślizgowe  Friction
3. Równość podłużna  Evenness
4. Odwodnienie powierzchniowe  Profile and drainage of surface water
5. Równość poprzeczna (koleiny)  Rutting
6. Inne deformacje trwałe (fałdy, wgnioty)  Instability
7. Trwałość (złuszczenia, nieciągłości, spękania, ubytki
i wyboje  Durability (ravelling, joints, cracking, potholes)
8. Odbicie światła  Light reflection
9. Emisja hałasu  Noise emission
10. Warstwa ścieralna nieprzepuszczalna lub porowata
 Impermeability or Porous asphalt
CZYNNIKI ODDZIAA
YWUJ
CE NA
NAWIERZCHNI
:
1. Obciążenia od kół pojazdów (obciążenia statyczne
i dynamiczne, pionowe oraz poziome
2. Czynniki środowiskowe (temperatura, woda gruntowa,
opady, tlen, promienie ultrafioletowe)
3. Åšrodki chemiczne w utrzymaniu zimowym (solanki) oraz
zanieczyszczenia powierzchni (pyły, błoto, lokalne
zaglinienia, cząstki startej gumy, materiały
uszarstniajÄ…ce)
DOPUSZCZALNE OBCI
ŻENIA NAWIERZCHNI
1)
Dopuszcza siÄ™ przy przebudowie albo remoncie drogi.
2)
Stanowiska postojowe przeznaczone dla pojazdów o ciężarze całkowitym nie
większym niż 2500 kG.
ODDZIAA
YWANIE KÓA
POJAZDÓW
1. Obciążenia pionowe statyczne
2. Obciążenia pionowe dynamiczne wywoływane
nierównościami jezdni i drganiami układu zawieszenia
pojazdu
3. Siły poziome powstające od siły tarcia, wzrastające
zmianie momentu obrotowego na kolach napędowych,
tj. przy hamowaniu i przyspieszaniu
4. Siły ssące, wywołane przez podciśnienie, powstające za
obracającymi się kołami pojazdu
ODDZIAA
YWANIA POMI
DZY POJAZDAMI A
NAWIERZCHNI

WPA
YW OTOCZENIA NA RELACJE
POJAZD - NAWIERZCHNIA
Rodzaje uszkodzeń nawierzchni asfaltowej
Spękania zmęczeniowe
powierzchniowe
Deformacja trwała
P-obciążenie koła
q-ciśnienie kontaktowe
Spękanie termiczne
Warstwy
Spękanie odbite
Spękania zmęczeniowe
asfaltowe
w spodzie
warstw asfaltowych
Podbudowa
niezwiÄ…zana
Deformacja trwała
(zwiÄ…zana)
Spękania zmęczeniowe
Podłoże
Deformacja trwała
w spodzie
gruntowe
podbudowy zwiÄ…zanej
PRZYCZYNY USZKODZEC
NAWIERZCHNI
ASFALTOWYCH
Przyczyna
Rodzaj uszkodzenia
Czynniki Ruch Materiał
klimatyczne pojazdów
Deformacje Lepkoplastyczne üð
trwałe
Strukturalne üð üð
SpÄ™kania ZmÄ™czeniowe üð
ZmÄ™czeniowe üð
termiczne
Termiczne üð
Odbite üð
26
Przyczyna c.d.
Rodzaj uszkodzenia
Czynniki Ruch Materiał
c.d.
klimatyczne pojazdów
Ubytki lepiszcza üð
Ubytki ziaren üð üð üð
kruszywa
Ubytki warstwy üð üð
ścieralnej
Uszkodze-
Wypolerowanie üð üð
nia
ziaren kruszywa
powierzch-
niowe
WypÅ‚yw (plamy) üð üð
lepiszcza
27
I. NOŚNOŚĆ NAWIERZCHNI
1. NAWIERZCHNIE PODATNE I PÓA
SZTYWNE
wð Kryterium spÄ™kaÅ„ zmÄ™czeniowych warstw asfaltowych
wð Kryterium spÄ™kaÅ„ zmÄ™czeniowych podbudowy zwiÄ…zanej
spoiwem (nawierzchnie półsztywne)
wð Kryterium deformacji trwaÅ‚ych podÅ‚oża gruntowego
2. NAWIERZCHNIE SZTYWNE
wð Kryterium spÄ™kaÅ„ pÅ‚yty betonowej, spowodowanych kombinacjÄ…
naprężeń od obciążeń ruchu oraz wpływu temperatury
28
Spękania zmęczeniowe warstw asfaltowych
" przy krawędzi jezdni
" w śladzie koła pojazdu
" dół warstw asfaltowych
" przy powierzchni
Obciążenie
Konstrukcja
R
R
nawierzchni
Podłoże
Åšciskanie RozciÄ…ganie
Spękania powierzchniowe
OBCI
ŻENIE KOA
OWE
Spękanie
(z warstwy ścieralnej)
Wpływ wybranych parametrów na trwałość
zmęczeniową mieszanek mineralno-asfaltowych
Rodzaj zmiany Trwałość
Parametr
parametru zmęczeniowa
Lepkość asfaltu
wzrost wzrost
Zawartość asfaltu
wzrost wzrost
Uziarnienie stosu
gruboziarniste do
wzrost
okruchowego
drobnoziarnistego
Zawartość wolnych
zmniejszenie wzrost
przestrzeni
Temperatura
zmniejszenie zmniejszenie
Zależność trwałości zmęczeniowej mieszanek mineralno-
asfaltowych od zawartości wolnych przestrzeni
Trwałość zmęczeniowa N
Wpływ zawartości asfaltu na trwałość zmęczeniową
(badania zmęczeniowe przy stałej amplitudzie naprężenia)
5
Trwałość
zmęczeniowa N
Wpływ rodzaju asfaltu na trwałości zmęczeniową
1E+06
Miał gumowy gruby
1E+05
50/70
SBS
Miał gumowy
1E+04
EVA
drobny
1E+03
1000
100
Amplituda odksztaÅ‚cenia [µm/m]
Trwałość zmęczeniowa [cykle]
Spękania siatkowe zmęczeniowe
Spękania siatkowe zmęczeniowe na całej
powierzchni jezdni
A
aty ze spękaniami zmęczeniowymi
Koleiny strukturalne
Koleina strukturalna  spękania
Spękania siatkowe
Spękania w koleinie
w miejscu Å‚aty, w koleinie
II. RÓWNOŚĆ PODA
UŻNA
wð Równość podÅ‚użna  cecha eksploatacyjna okreÅ›lajÄ…ca zdolność nawierzchni
jezdni do nie wzbudzania wstrząsów i drgań poruszającego się pojazdu.
wð Profilometryczne urzÄ…dzenie  urzÄ…dzenie pomiarowe przystosowane do
rejestracji rzędnych profilu podłużnego nawierzchni jezdni z błędem nie
większym niż 1 mm w równoodległych punktach, nie rzadziej niż co 0,25 m.
wð Pomiar równoÅ›ci podÅ‚użnej  ustalony sposób pomiaru na pasie ruchu
pojazdów profilu podłużnego nawierzchni jezdni o charakterystycznych
długościach nierówności z przedziału od 0,5 m do 50 m, umożliwiający
wyznaczenie wskaz
nika IRI (International Roughness Index).
wð Wskaz
nik IRI, wyrażany w mm/m lub m/km, międzynarodowy wskaz
nik
równości charakteryzuje pracę zawieszenia w umownie przyjętym modelu
obliczeniowym pojazdu, który porusza się ze stałą prędkością 80 km/h po
zarejestrowanym profilu nawierzchni jezdni na odcinku drogi o określonej
długości. W systemie SOSN przyjmuje się, że odcinek ten ma długość 50 m.
Metody oceny równości podłużnej
Wg D.U. nr 43/1999 do oceny równości podłużnej warstw
nawierzchni drogi klasy Z i dróg wyższych klas należy stosować
jedną z następujących metod:
1) metodę profilometryczną pomiaru, umożliwiającą obliczanie
wskaz
nika równości IRI,
2) metodę pomiaru równoważną użyciu łaty i klina, określonych w
Polskiej Normie,
3) metodę z wykorzystaniem łaty i klina, określonych w Polskiej
Normie.
Nawierzchnia o nierównym profilu
Wymagana równość podłużna
Wg metody profilometrycznej
Wg metody Å‚aty i klina
III. RÓWNOŚĆ POPRZECZNA (KOLEINY)
" Koleina  trwałe odkształcenie przekroju poprzecznego nawierzchni,
powstałe wzdłuż drogi w miejscu oddziaływania kół pojazdów w ruchu.
" Głębokość koleiny (h)  wielkość największego odkształcenia nawierzchni
określona w milimetrach według metody dwumetrowej łaty i klina.
" Metoda dwumetrowej łaty i klina - ustalony sposób pomiaru głębokości
koleiny, polegający na znalezieniu największego prześwitu w śladzie kół
pod swobodnie położoną na nawierzchni w kierunku poprzecznym do osi
drogi dwumetrową łatą (prostoliniową listwą), który mierzy się klinem
mierniczym z dokładnością nie mniejszą niż 1,0 mm pomiędzy punktami
określającymi szerokość koleiny (L), gdzie 0,8 m d" L d" 2,0 m, rysunek 1.
Koleiny
a)
b)
Głębokość
koleiny
Deformacja
Deformacja
lepkoplastyczna
strukturalna
Koleina lepkoplastyczna
Koleiny
 akumulacja deformacji trwałych
1)
2)
Odkształcenie
odwracalne
Czas
Czas
3)
Odkształcenie
odwracalne
Deformacja trwała
Czas
obciążenie
odkształcenie
odkształcenie
Czynniki wpływające na koleinowanie
mieszanek mineralno-asfaltowych
Tekstura powierzchni ziarn
Uziarnienie mieszanki mineralnej
Kruszywo
Kształt ziaren
Wielkość uziarnienia
Moduł sztywności
Lepiszcze
Zawartość lepiszcza
Zawartość wolnych przestrzeni w
Mieszanka
mieszance mineralno-asfaltowej
mineralno-asfaltowa
Zawartość wolnych przestrzeni w
mieszance mineralnej
Temperatura
Warunki obciążenia
Naprężenia działające na nawierzchnię
warstw
Częstotliwość obciążeń
nawierzchniowych
Wilgotność nawierzchni
Koleiny lepkoplastyczne
Wymagana równość poprzeczna wg metody łaty i klina
IV. WA
AÅšCIWOÅšCI PRZECIWPOÅšLIZGOWE
" Właściwości przeciwpoślizgowe - zdolność do wytwarzania sił tarcia
między nawierzchnią drogi a kołami pojazdów w warunkach wzajemnego
poślizgu.
" Współczynnik tarcia ź - stosunek wypadkowej sił tarcia wytwarzanych
między hamowanym kołem urządzenia pomiarowego a nawierzchnią drogi
do nacisku koła na drogę.
" UrzÄ…dzenie pomiarowe (zestaw pomiarowy) - urzÄ…dzenie
dynamometryczne o określonych cechach kinematycznych,
konstrukcyjnych i funkcjonalnych, umożliwiające pomiar współczynnika
tarcia podłużnego nawierzchni w warunkach 100 % poślizgu koła
pomiarowego, z zastosowaniem określonego typu opony testowej.
V. POZIOM GENEROWANEGO HAA
ASU
Hałas drogowy  przyczyny:
1) Interakcja opona-nawierzchnia
2) Dz
więki pojazdu
" Silnik
" System napędowy
" System wydechowy
Kontakt opony z nawierzchnią jest głównym z
ródłem hałasu:
" większości samochodów przy prędkości powyżej 55 km/h
" samochodów ciężarowych przy prędkości powyżej 70 km/h
Metody zmniejszania hałasu drogowego
1) Zmniejszenie natężenia ruchu
2) Ograniczenie prędkości ruchu
" Graniczna prędkość 55 km/h, samochody
3) Åšciany dz
więkochłonne
4) Ciche nawierzchnie
" Beton asfaltowy porowaty
" Dwuwarstwowe nawierzchnie porowate
" Drobnoziarnista mieszanka o nieciągłym uziarnieniu (SMA,
BBTM  MNU)
" Mieszanka z dodatkiem gumy i włókien GUFI
Wpływ rodzaju nawierzchni na hałas
wg IBDiM