Przed rozpoczęciem omawiania uszkodzeń nawierzchni ważną rzeczą jest przedstawienie przyczyn powstawania tych uszkodzeń.
1. Czynniki niszczące nawierzchnię.
Niszczenie nawierzchni drogowej może być powodowane następującymi czynnikami ( wg. Rolli):
nadmierne obciążenie od kół pojazdów
osłabienie nośności podłoża gruntowego lub podbudowy wskutek zawilgocenia
wysadziny i przełomy
działanie ruchu pojazdów na warstwę ścieralną
starzenie się materiałów
działanie czynników chemicznych
1.1 Niszczące działanie nadmiernych obciążeń.
Zadaniem poszczególnych warstw nawierzchni jest redukcja naprężeń od obciążenia kołem samochodowym do takiej wartości, aby na poziomie podłoża gruntowego naprężenia ścinające nie przekroczyły wartości dopuszczalnych dla danego rodzaju gruntu. Całkowita grubość nawierzchni jest zależna od obciążenia ruchem, wyrażonym liczbą samochodów porównawczych o obciążeniu na pojedynczą oś 80 kN.
Zniszczenie nawierzchni Z, wskutek obciążeń większych od porównawczych wzrasta wg. wzoru:
Z=(Pmax / Ppor)4 gdzie: Pmax- obciążenie maksymalne. P por=80 kN/oś
Oznacza to, że zwiększenie maksymalnego obciążenia z 80 do 130 kN/ oś. oddziałowuje na nawierzchnię około 7 razy bardziej niszcząco, co oznacza, że trwałość nawierzchni obniży się o około 85 %, zatem obliczona na 1 milion przejść tych samochodów, ulegnie zniszczeniu po 143 tysiącach przejść samochodów o obciążeniu 130 kN/oś.
1.2. Niszczące działanie zawilgocenia.
Niszczące działanie wody uwidacznia się najbardziej w dolnych warstwach konstrukcji jezdni, tj. w podłożu i podbudowie, powodując obniżenie ich nośności. Niewrażliwe na zawilgocenie podbudowy nieprzepuszczalne oraz zbudowane z piasku, żwiru lub czystego kruszywa. Podłoża zawierające cząstki drobne przy zawilgoceniu łatwo przechodzą w stan plastyczny i tracą nośność.
1.3. Wysadziny i przełomy.
Bezpośrednią przyczyną powstawania uszkodzeń nawierzchni w postaci wysadzin i przełomów jest woda zamarzająca w podłożu zawierającym grunty wysadzinowe( wg. polskich kryteriów są to grunty zawierające ponad % cząstek 0.02mm i kapilarność bierna pow. 1.0m. Przez wysadziny rozumie się miejscowe odkształcenia nawierzchni spowodowane tworzeniem się w gruncie lub w samej nawierzchni soczewek lodowych, które wywołują zwiększenie objętości i podnoszenie ( wysadzanie ) w górę nawierzchni. Przełomami nazywa się trwałe odkształcenia lub uszkodzenia nawierzchni i podbudowy lub podłoża w postaci sfalowania lub spękania , powstałe pod wpływem ruchu pojazdów po nawierzchni o niedostatecznej nośności na skutek nawodnienia podłoża lub samej nawierzchni. Przełomy powstają na wiosną, w okresie topnienia soczewek lodowych. ( tegoroczna zima - duża liczba cykli zamarzania i odmarzania ).
1.4. Niszczące działanie ruchu.
Samochód oddziałowuje na nawierzchnię nie tylko swoją masą. lecz również dynamiką ruchu. Najgroźniejsze dla nawierzchni są siły obwodowe, występujące przy obrocie napędzanych kół. Powodują one wyrywanie ziarn kruszywa oraz ścieranie ziarn słabych. W obrębie powierzchni styku opony samochodowej z nawierzchnią powstają siły ścinające, na obwodzie - przeciwne do kierunku ruchu pojazdu, wewnątrz - zgodne z tym kierunkiem. W środku powierzchni styku występują również siły ssące. Taki układ naprężeń pod opona powoduje wyrywanie ziarn grysu i wysysanie drobnych, niezwiązanych cząstek mineralnych z nawierzchni.
1.5. Starzenie się nawierzchni.
Proces starzenia może objawiać się poprzez:
przenikanie gruntu podłoża do konstrukcji nawierzchni;
rozpad minerałów kamiennych:
starzenie się lepiszczy bitumicznych;
odmywanie lepiszczy od ziarn kruszywa
1.6. Szkodliwe działanie czynników chemicznych.
Wśród czynników chemicznych powodujących zniszczenie nawierzchni największą rolę odgrywa działanie soli topiących , stosowanych do zwalczania gołoledzi. Sole te nie są szkodliwe dla nawierzchni ścisłych i szczelnych. Najbardziej wrażliwe są nawierzchnie posiadające liczne spoiny między drobnymi elementami, tj. nawierzchnie brukowe, klinkierowe, brukowcowe, z płyt kamienno-betonowych. Przez te spoiny roztwory soli przedostają się przez całą zimę w głąb - do podbudowy i do podłoża gruntowego, powodując obniżenie ich nośności. Warunkiem przetrwania tych nawierzchni jest uszczelnienie zaprawą asfaltową lub masami zalewowymi, względnie przekrycie szczelnym dywanikiem bitumicznym. Nawierzchnie z betonu cementowego ulegają uszkodzeniom, a nawet całkowitemu uszkodzeniu pod działaniem soli. Przyczyną tych uszkodzeń są procesy chemiczne i fizyczne.
Powstawanie pęknięć i złuszczeń nawierzchni betonowych tłumaczy się także naprężeniami termicznymi, występującymi na skutek różnicy temperatur górnej i dolnej powierzchni płyty. Ponadto sole rozmrażające utrzymują nawierzchnię w stanie ciągłego zawilgocenia, co powoduje niszczenie betonu.
Nie zawsze możliwe jest prowadzenie szerokiej „ profilaktyki” utrzymania nawierzchni w sposób całkowicie zabezpieczający ją przed występowaniem uszkodzeń.Pomocne przy rozpoznaniu przyczyn może być jednoznaczne określenie powstałych na danej nawierzchni uszkodzeń i ustalenie przypuszczalnych przyczyn ich powstawania.
Znaczną rolę odgrywają w procesie niszczenia czynniki trudne do przewidzenia na etapie projektowania (np. czynniki atmosferyczne ). Wzmożony ruch kołowy obserwowany w ostatnich latach i ciągle rosnący pozwala sądzić, że zużywanie i niszczenie nawierzchni będzie problemem znaczącym w zagadnieniach dotyczących utrzymania istniejącej sieci dróg.
Bardzo ważnym zagadnieniem, potrzebnym dla skutecznego i właściwego doboru metod i materiałów używanych do napraw nawierzchni oraz terminów ich wykonywania jest jednoznaczne opisanie powstających na nawierzchni uszkodzeń.
Mimo, iż precyzyjne udokumentowanie niektórych właściwości wymaga przeprowadzenia badań ( np. nośność, stan profilu, przepuszczalność itp.) nie neguje się celowości wykonywania. inspekcji wizualnej stanu nawierzchni.
To opracowanie ma na celu przybliżenie możliwości usystematyzowania uszkodzeń nawierzchni na podstawie obiektywnej wizualnej oceny stanu technicznego nawierzchni według „ Wytycznych zbierania danych o uszkodzeniach powierzchniowych nawierzchni bitumicznych” oraz ujednolicenie nazewnictwa uszkodzeń nawierzchni. Zakresem rozważań objęto jedynie nawierzchnie podatne i półsztywne.
RODZAJE USZKODZEŃ
2.1. Klasyfikacja uszkodzeń.
Powstające w nawierzchniach drogowych uszkodzenia można zebrać w cztery następujące grupy :
Spękania - linie pęknięć warstw konstrukcyjnych nawierzchni,
Odkształcenia - odkształcenia profilu nawierzchni,
Ubytki - ubytki części składowych masy,
Wypływy - przemieszczenia od dołu materiałów nie powodujące ( z wyjątkiem przełomu ciężkiego) odkształceń profilu nawierzchni.
Grupy i określenia uszkodzeń nawierzchni.
SPĘKANIA :
podłużne - proste lub krzywoliniowe pojedyncze pęknięcia, przebiegające w kierunku zbliżonym do osi drogi;
poprzeczne - proste lub krzywoliniowe pojedyncze pęknięcia przebiegające w kierunku prostopadłym do osi drogi;
nieregularne - pojedyncze pęknięcia łączące w sobie cechy pęknięć podłużnych i poprzecznych;
siatkowe o małych okach - wzajemnie przecinające się, nieregularnie rozmieszczone, poprzeczne, podłużne i ukośne pęknięcia warstwy bitumicznej, dzielące jej powierzchnię na wieloboki o wymiarze najkrótszych boków do 40 cm;
siatkowe o dużych okach - jw. lecz o wymiarze najkrótszych boków > 40 cm;
krawędziowe - pojedyncze lub siatkowe spękania nawierzchni, nierzadko połączone z odkształceniami i ubytkami, występujące w pasie szerokości do około 30 cm od jej krawędzi;
poślizgowe - U-kształtne lub esowate peknięcia występujące zazwyczaj tylko na śladach przejść kół poprzecznie do kierunku jazdy
ODKSZTAŁCENIA
Zapadnięcia - zagłębienie nawierzchni kształtu kolistego lub półkolistego, niekiedy połączone z pęknięciami dowolnego kształtu.Zagłębienie kształtu półkolistego występuje tylko w przypadku zapadnięcia się krawędzi nawierzchni;
Sfalowania - poprzeczne do osi drogi, bezpośrednio po sobie występujące zagłębienia i wzniesienia;
Koleiny - podłużne odkształcenia powstałe wzdłuż śladów kół pojazdów;
Fałdy - podłużne, najczęściej wzdłuż krawędzi lub poprzeczne zgrubienia nawierzchni;
Pęcherze - wypchnięcie ku górze wraz z oderwaniem od warstwy niżej leżącej - warstwy ścieralnej lub jezdnej. Rozróżnia się pęcherze małe ( o średnicy i wysokości 2 do 5 cm) i pęcherze duże ( o średnicy i wysokości > 5cm ) ;
Odciski i ślady - mniej lub bardziej widoczna na nawierzchni rzeźba bieżnika, przy czym odcisk dotyczy pojazdu stojącego, ślad - jadącego;
UBYTKI
Lepiszcza - powierzchnia ziarn kruszywa częściowo pozbawiona otoczki lepiszcza;
Ziaren - wypadanie ziarn kruszywa z warstwy ścieralnej;
Warstwy ścieralnej - ubytek masy bez naruszenia warstwy niżej leżącej;
Wybój - ubytek masy warstwy jezdnej na głębokość większą niż grubość warstwy ścieralnej.
WYPŁYWY ( na powierzchnię )
Lepiszcza lub zaprawy ( pocenie się nawierzchni ) - występowanie na powierzchnię nawierzchni nadmiaru lepiszcza lub zbyt plastycznej zaprawy ( lepiszcze + wypełniacz );
Wody - tworzenie się na powierzchni jezdni wilgotnych plam;
( Rysunek dotyczący lokalizacji uszkodzeń w przekroju poprzecznym )
Omówienie poszczególnych rodzajów uszkodzeń nawierzchni z podaniem przyczyn ich powstawania oraz ich prawdopodobnego rozwoju.
Spękania podłużne.
Zasadnicze przyczyny:
Pionowe lub poziome ruchy nawierzchni pod warstwą ścieralną.Źle wykonane spoiny podłużne. Uszkodzenia te występują najczęściej w nawierzchniach półsztywnych, rzadziej w nawierzchniach podatnych.
Prawdopodobny rozwój:
Pęknięcia poszerzają się, a krawędzie ich stopniowo wykruszają się. Wzdłuż poszerzonych pęknięć zaczynają powstawać pęknięcia siatkowe ( szczególnie na śladach kół ) i dalsze wykruszenia.
Spękania poprzeczne.
Zasadnicze przyczyny:
Pionowe lub poziome ruchy nawierzchni pod warstwą ścieralną.Źle wykonane poprzeczne spoiny robocze, skurcz podbudowy lub warstw bitumicznych.
Pęknięcia występujące w regularnych, dość dużych odstępach wskazują na skurcz podbudowy z gruntu stabilizowanego cementem. W przypadku małych i nieregularnych odstępów między pęknięciami, przyczyną jest skurcz warstw bitumicznych.
Pęknięcia poprzeczne występują najczęściej w nawierzchniach podatnych.
Prawdopodobny rozwój:
Wzdłuż pęknięć powstają poszerzające się i rozprzestrzeniające się ( szczególnie w podbudowach podatnych ) spękania siatkowe o małych okach i zapadnięcia. Na podbudowach sztywnych pęknięcia stopniowo poszerzają się. Następują wykruszenia wzdłuż pęknięć, szczególnie duże na śladach kół.
Spękania nieregularne
Zasadnicze przyczyny:
Pionowe lub poziome ruchy nawierzchni pod warstwą ścieralną, skurcz podbudowy lub warstw bitumicznych, źle wykonane spoiny.
Prawdopodobny rozwój:
Zazwyczaj proces ich rozwoju przebiega podobnie jak w rozwoju pęknięć podłużnych i poprzecznych.
Spękania siatkowe o małych okach
Zasadnicze przyczyny:
Niedostateczna nośność konstrukcji ( zbyt mała grubość warstw konstrukcyjnych nawierzchni lub ich zawilgocenie ). Występują przeważnie na nawierzchniach podatnych.
Prawdopodobny rozwój:
Pęknięcia poszerzają się. Wzdłuż nich powstają niewielkie ubytki, zwiększa się obszar spękań. Woda przedostająca się w głąb konstrukcji powoduje dalsze jej osłabienie, co w efekcie prowadzi do rozluźnienia nawierzchni. Powstają nierówności, znaczne wykruszenia, wyboje.
Spękania siatkowe o dużych okach
Zasadnicze przyczyny:
Skurcz mas mineralno-asfaltowych, zawilgocenie konstrukcji, skurcz podbudowy stabilizowanej nadmierną ilością cementu.
Uszkodzenie to występuje zasadniczo na nawierzchniach starych lub mało eksploatowanych.
Prawdopodobny rozwój:
Pęknięcia poszerzają się, a krawędzie ich mogą się wykruszać. Woda przedostająca się w głąb konstrukcji powoduje jej osłabienie i powstawanie pęknięć siatkowych o małych okach.
Spękania krawędziowe
Zasadnicze przyczyny:
Brak oporu ze strony pobocza, brak odwodnienia. Skurcz i osiadanie warstw niżej leżących lub osiadanie podłoża.
Najczęściej uszkodzenia te spotykane są na nawierzchniach dróg, budowanych na niestabilnych nasypach.
Prawdopodobny rozwój:
Początkowo najczęściej pojedyncze pęknięcia, równoległe do krawędzi jezdni. W następnej kolejności pojawiają się pęknięcia poprzeczne, łączące pęknięcia podłużne z krawędzią jezdni. Z upływem czasu pęknięcia poszerzają się prowadząc do rozluźnienia warstwy bitumicznej i powstawania ubytków. Mogą również występować znaczne obniżenia krawędzi.
Spękania poślizgowe
Zasadnicze przyczyny:
Brak powiązania warstwy ścieralnej z warstwą, na której została ułożona oraz zbyt mała odporność warstwy ścieralnej na działanie sił poziomych od kół hamujących lub skręcających pojazdów.
Prawdopodobny rozwój:
Szerokość rozwarcia pęknięć stosunkowo szybko powiększa się na skutek powstawania wzdłuż nich znacznych ubytków warstwy ścieralnej. Prowadzi to do usunięcia, pod wpływem ruchu, warstwy ścieralnej z całego obszaru objętego pęknięciami poślizgowymi. Obszar uszkodzeń ,może powiększać się.
Zapadnięcia
Zasadnicze przyczyny:
Nierównomierne osiadanie gruntu podłoża, nieodpowiedni sposób budowy, brak nośności oraz wykopy pod wszelkiego rodzaju instalacje.
Prawdopodobny rozwój:
Pod wpływem ruchu pojazdów ciężkich powiększa się zarówno głębokość jak i obszar zapadnięcia. Nadmierne ugięcie prowadzi do powstania i rozwoju spękań siatkowych warstw bitumicznych.
Sfalowania
Zasadnicze przyczyny:
Za mała stabilność masy w stosunku do działających sił poziomych. Zwiększające się dynamiczne oddziaływanie pojazdów.
Prawdopodobny rozwój:
Początkowo sfalowania tworzą się jedynie na śladach kół. W miarę upływu czasu obejmują całą szerokość pasa ruchu, a amplituda powiększa się.
Koleiny
Zasadnicze przyczyny:
Niedostateczna stabilność masy bitumicznej, niedostateczna nośność podbudowy lub podłoża.
Prawdopodobny rozwój:
W przypadku niedostatecznej stabilności masy bitumicznej, głębokość koleiny powiększa się głównie w miesiącach letnich - kolein o małym promieniu.
W przypadku niedostatecznej nośności podbudowy lub podłoża głębokość koleiny powiększa się w okresach dużego zawilgocenia konstrukcji - koleina o dużym promieniu. Nadmierne ugięcia powodują powstanie w koleinie spękań siatkowych o małych okach.
Fałdy
Zasadnicze przyczyny:
Za mała stabilność masy w stosunku do działających sił poziomych. Niedostateczne powiązanie warstw bitumicznych między sobą lub warstwy wiążącej z podbudową.
Prawdopodobny rozwój:
Wraz z upływem czasu może zmieniać się wysokość fałdu, powodując zwiększenie dynamicznego oddziaływania pojazdów na nawierzchnię.
Pęcherze
Zasadnicze przyczyny:
Intensywne wyparowywanie wody z konstrukcji nawierzchni o szczelnej warstwie ścieralnej.
Występuje szczególnie w nawierzchniach o podbudowie z chudego betonu, betonu, rzadziej z gruntu stabilizowanego cementem.
Prawdopodobny rozwój:
Nadmierne odkształcenie warstwy bitumicznej prowadzić może do jej przebicia w najwyższym punkcie powstałego pęcherza oraz powstania koncentrycznych pęknięć. Pęknięcia takie mogą spowodować powstanie wyboju.
Odciski i ślady
Zasadnicze przyczyny:
Brak stabilności masy, brak odporności masy na działanie podwyższonej temperatury.
Prawdopodobny rozwój:
Odciski i ślady nie są trwałymi uszkodzeniami nawierzchni i w przeciwieństwie od innych uszkodzeń - znikają pod wpływem ruchu pojazdów.
Ubytki lepiszcza
Zasadnicze przyczyny:
Niedostateczna przyczepność lepiszcza do materiału kamiennego.
Prawdopodobny rozwój:
Początkowo występują niewielkie ogniska, które następnie powiększają się. Jednocześnie następują dalsze ubytki lepiszcza w głąb warstwy ścieralnej, a następnie całej warstwy ścieralnej.
Ubytki ziaren
Zasadnicze przyczyny:
Niedostateczna przyczepność lepiszcza do materiału kamiennego. Nie usunięty w procesie suszenia pył z powierzchni ziaren. Nieodpowiednie zagęszczenie. Zbyt szybki ruch pojazdów w pierwszych godzinach po wykonaniu warstwy ścieralnej ( dotyczy to przede wszystkim powierzchniowego utrwalenia ).
Prawdopodobny rozwój:
Początkowo następuje ubytek pojedynczych, przeważnie największych ziaren kruszywa na śladach kół. Wyłuskane, luźne ziarna leżące na nawierzchni przyśpieszają ten proces, który w efekcie prowadzi do całkowitego usunięcia kruszywa ze śladów przejść kół oraz częściowo z pozostałych obszarów nawierzchni.
Ubytki warstwy ścieralnej
Zasadnicze przyczyny:
Zbyt mała grubość warstwy ścieralnej lub nieodpowiednie jej zagęszczenie. Nieodpowiedni skład mieszanki mineralno-bitumicznej. Brak związania z warstwą niżej leżącą lub jej rozluźnienie.
Prawdopodobny rozwój:
W pierwszym etapie tworzą się małe ogniska, które w miarę upływu czasu łączą się ze sobą prowadząc do całkowitego odsłonięcia niższej warstwy szczególnie na śladach kół, a niekiedy na całej szerokości jezdni.
Wyboje
Zasadnicze przyczyny:
Niedomiar lepiszcza, zbyt mała grubość warstwy ścieralnej, spękania nawierzchni, nadmierna nasiąkliwość.
Prawdopodobny rozwój:
W miarę upływu czasu powiększa się zarówno powierzchnia jak i głębokość wyboju. W sąsiedztwie powstają następne wyboje.
WYPŁYWY lepiszcza lub zaprawy
Zasadnicze przyczyny:
Nadmiar lepiszcza, zła proporcja lepiszcza do wypełniacza, przewałowanie masy bitumiczne.
Prawdopodobny rozwój:
Na śladach przejść kół pojawiają się wąskie, podłużne pasy wyciśniętego lepiszcza lub zaprawy, które stopniowo poszerzają się. Następuje pokrywanie ziarn kruszywa lepiszczem ( zaprawą ) prowadzące do śliskości nawierzchni.
Wypływy wody
Zasadnicze przyczyny:
Niedostateczne zagęszczenie warstw oraz nasączenie konstrukcji wodą przedostającą się od strony pobocza w miejscach źle wykonanych szwów roboczych i pęknięć konstrukcji.
Prawdopodobny rozwój:
Woda wydobywająca się z konstrukcji może doprowadzić do wynoszenia na nawierzchnię drobnych cząstek z podbudowy, osłabienie przyczepności lepiszcza do kruszywa i powstawanie ubytków masy. Proces ten prowadzić może do powstawania zapadnięć nawierzchni.
Wypływy szlamu
Zasadnicze przyczyny:
Nadmierne zawilgocenie gruntu podłoża powodujące jego uplastycznienie i utratę nośności.
Występuje najczęściej w nawierzchniach podatnych.
Prawdopodobny rozwój:
Ruch pojazdów ciężkich może być w tych warunkach przyczyną całkowitego załamania się konstrukcji i przemieszczania warstw nawierzchni z gruntem podłoża.