Infrastruktura transportu

drogowego

wykład 7

Konstrukcja nawierzchni

drogowych

Od drogi niezależnie od warunków klimatycznych wymaga

się przejezdności i zapewnienia bezpieczeństwa oraz

komfortu jazdy.

Technicznymi parametrami określającymi przejezdność drogi

jest jej nośność oraz stan powierzchni jezdni. Uszkodzenia

powierzchniowe mają wpływ na przydatność eksploatacyjną

drogi i bezpieczeństwo oraz komfort jazdy.

Nośnością konstrukcji jezdni drogowych nazywa się jej

zdolność do przenoszenia obciążeń bez powstawania

nadmiernych uszkodzeń utrudniających normalną

eksploatację.

Cechami warstwy jezdnej drogi związanymi z

bezpieczeństwem ruchu są: szorstkość, tekstura i równość w

kierunku podłużnym i poprzecznym.

Komfort określają takie zjawiska jak: drgania

pionowe i poziome, warunki klimatyzacji

(temperatura, ciśnienie, zapylenie, wilgotność), hałas

i inne czynniki wywołujące stres u użytkowników

pojazdów drogowych (natężenie ruchu, prędkość

jazdy, układ geometryczny drogi).

Nawierzchnią drogową nazywamy konstrukcję składająca się

z warstwy jezdnej i podbudowy. W skład warstwy jezdnej

może wchodzić warstwa ścieralna, wiążąca i wyrównawcza

Podbudowa jest dolną częścią nawierzchni służącą do

przeniesienia obciążeń na podłoże gruntowe. Może być

jedno- lub wielowarstwowa. Służy do przyjmowania i

przenoszenia na podłoże gruntowe obciążeń od kół pojazdów

oraz innych oddziaływań zewnętrznych

Podłoże gruntowe jest to grunt rodzimy lub nasypowy

tworzący tzw. strefę czynną korpusu ziemnego, którego

odkształcalność decyduje o potrzebnej grubości warstw

konstrukcji nawierzchni.

Rodzaje nawierzchni drogowych

Ze względu na odkształcalność nawierzchnie można

podzielić na:

- nawierzchnie sztywne (np. z betonu cementowego),

które odkształcają się sprężyście pod naciskiem koła

równym 50 kN nie więcej niż 0,5 mm,

- nawierzchnie podatne, które mogą odkształcać się

plastycznie i wykazywać odkształcenia trwałe (np.

bitumiczne o podbudowach podatnych, tłuczniowe,

brukowe).

Ze względu na materiał warstwy jezdnej

rozróżnia się nawierzchnie:

- z betonu cementowego,

- z kostek kamiennych,

- z klinkieru drogowego,

- bitumiczne (asfaltowe lub smołowe),

- tłuczniowe i żwirowe,

- z płyt betonowych.

Ze względu na sposób wykonania stosuje się

następujący podział nawierzchni:

- monolityczne, wykonane na miejscu ze szczelinami

dylatacyjnymi,

- prefabrykowane, wykonane z gotowych elementów

oraz złożone (mieszane),

- makadamowe, układane z warstw kruszywa o

różnym uziarnieniu zmniejszającym się od dołu ku

górze,

- betonowe, wykonywane z kruszywa ze spoiwa o

różnym uziarnieniu cementowym lub bitumicznym.

Przy wyborze technologii wykonania nawierzchni

drogowych należy przede wszystkim wykorzystywać

materiały miejscowe - żwiry, pospółki, piaski, iły

oraz dostępne w pobliżu kruszywa łamane i żużle

hutnicze.

W Polsce dokonano typizacji konstrukcji

nawierzchni drogowych podatnych i półsztywnych

uwzględniając typowe warunki gruntowo – wodne i

materiałowe

Typowe nawierzchnie podatne podzielono na

następujące typy, zależnie od rodzaju podbudowy:

-

typ A – z podbudową z kruszywa łamanego

stabilizowanego mechanicznie lub wykonanego z

tłucznia kamiennego;

-

typ B – z podbudową z kruszywa naturalnego

stabilizowanego mechanicznie;

-

typ C – z podbudową z betonu asfaltowego;

-

typ D – z podbudową z piasku otoczonego

asfaltem.

Dla nawierzchni półsztywnych rozróżniono:

typ E – z podbudową z gruntu lub kruszywa

stabilizowanego spoiwem hydraulicznym;

typ F – z podbudowa z chudego betonu.

Przystępując do projektowania konstrukcji

nawierzchni drogowej należy:

- określić obciążenie drogi ruchem,

- wyznaczyć jego kategorię,

- zbadać warunki gruntowo – wodne w celu

zapewnienia właściwego odwodnienia konstrukcji

oraz zapewnienia odpowiedniej nośności podłoża

drogi (ze wskazaniem w razie potrzeby jego

ulepszenia),

- sprawdzić warunek mrozoodporności.

Klasyfikacja ruchu i wyznaczenie

jego kategorii dla potrzeb projektowania

nawierzchni drogowej

Liczba osi obliczeniow ych na dob ę na pas obliczeniow y L

Obciążenie osi [kN]

Kategoria ruchu

100

115

KR1



12



7

KR2

13



70

8



40

KR3

71



335

41



192

KR4

336



1000

193



572

KR5

1001



2000

573



1144

KR6



2001



1145

Podział ruchu na kategorie

Trwałość zmęczeniową konstrukcji nawierzchni

drogowej można wyrazić liczbę obciążeń osiami

obliczeniowymi przeniesionych aż do wystąpienia

stanu granicznego nośności konstrukcyjnej.

Stan graniczny nośności uważa się za przekroczony,

jeśli wystąpią spękania zmęczeniowe nawierzchni

obejmujące 20% jej powierzchni lub trwałe

odkształcenia strukturalne o głębokości nie mniejszej

od 12,5 mm.

W projektowaniu przyjmuje się następujące okresy

eksploatacyjne nawierzchni:

- dla nawierzchni podatnych i półsztywnych wszystkich

klas technicznych klas technicznych – 20 lat;

- dla nawierzchni z betonu cementowego – dla klas A, S,

GP, G i Z – 30 lat, oraz L i D – 20 lat.

Ocena warunków gruntowo – wodnych oraz

własności podłoża nawierzchni drogowej

Ogólnie grunty budowlane dzieli się na grunty naturalne - powstałe w wyniku procesów

geologicznych oraz grunty antropogeniczne tj. grunty nasypowe utworzone w wyniku

gospodarczej lub przemysłowej działalności człowieka (np. odpady komunalne, pyły

dymnicowe itp.).

Grunty naturalne, z którymi w praktyce budowlanej spotykamy się najczęściej, dzielone

są na:

rodzime (powstałe w miejscu zalegania w wyniku naturalnych procesów wie trzenia i

osadzania),

nasypowe (powstałe w wyniku działalności człowieka, np. budowle ziemne, zwałowiska).

Grunty rodzime mogą być gruntami mineralnymi (skalistymi lub nieskalistymi) oraz

gruntami organicznymi. Powszechnie w budownictwie komunikacyjnym mamy do

czynienia z gruntami nieskalistymi (kamienistymi, grubo- i drobnoziarnistymi.

.

Ocena mechanicznych własności gruntów obejmuje

następujące cechy:

odkształcalność (osiadanie) gruntu pod wpływem obciążeń

występującą w wyniku wzajemnego przemieszczania się

ziarn gruntu i wypierania wody z porów, Proces osiadań

gruntów niespoistych przebiega szybko, spoistych trwa na

ogół bardzo długo,

ściśliwość gruntu oznacza zmniejszenie jego objętości pod

wpływem obciążenia. Miarą ściśliwości są edometryczne

moduły ściśliwości,

wytrzymałość na ścinanie jest oporem tarcia, jaki stawia grunt

naprężeniom ścinającym w rozpatrywanym punkcie ośrodka

gruntowego, Wynikiem ścinania jest przesunięcie jednej

części ośrodka gruntowego w stosunku do pozostałej.

Przykłady typowych konstrukcji nawierzchni drogowych

podatnych (typ A)

Przykłady typowych konstrukcji nawierzchni drogowych

półsztywnych (typ B)

Uszkodzenia i odkształcenia

nawierzchni drogowej

Uszkodzenia są zewnętrznym

objawem zużycia konstrukcji

jezdni lub skutkiem jej

wadliwego wykonania.

Uszkodzenia powierzchniowe można podzielić na

następujące grupy:

- odkształcenia (zapadnięcia, koleiny, fałdy, sfalowania,

obniżenie krawędzi),

- spękania (pęknięcia poprzeczne skurczowe, zmęczeniowe i

złączeniowe, pęknięcia podłużne zmęczeniowe i złączeniowe,

pęknięcia siatkowe, blokowe, krawędziowe i poślizgowe),

- zniszczenie warstwy powierzchniowej występujące

miejscowo (ubytki ziarn i lepiszcza, zdarcie warstwy

ścieralnej),

-

wypływy materiału (wskutek wypływu wody i szlamu

oraz pocenia się nawierzchni),

- łaty i wyboje stanowiące miejsca nawierzchni, w których

nastąpił ubytek materiału na głębokość większą niż grubość

warstwy ścieralnej lub gdzie wymieniono lub uzupełniono

ubytki.

W przypadku nawierzchni betonowych występować mogą

uszkodzenia konstrukcyjne w postaci pęknięć płyt, odłamań

narożników lub krawędzi, uszkodzeń przy szczelinach,

wysadziny i osiadania płyt.

Przyczynami uszkodzeń mogą być: niewłaściwa technologia

wykonania konstrukcji (np. niewłaściwa podbudowa,

wadliwe wykonanie szczelin, zbyt późne uformowanie

szczelin skurczowych), błędy projektowania (np.

nieodpowiednia długość płyty, niewystarczająca nośność

podbudowy lub też zmiany warunków klimatycznych i

środowiskowych), osłabienie lub osiadanie podłoża w okresie

wiosennym oraz szkody górnicze.

Częstą przyczyną powierzchniowych uszkodzeń nawierzchni

betonowych jest niewłaściwe wykonawstwo robót i zła jakość

materiałów (np. złuszczenia nawierzchni wskutek złej pracy

wykończarki, ubytki w płytach w następstwie

zanieczyszczenia betonu lub stosowanie zwietrzałego

cementu, zbyt szybkie oziębienie nawierzchni podczas robót

powodujące pęknięcia włoskowate lub zastosowania

niewłaściwego cementu itp.).

Charakterystycznymi uszkodzeniami nawierzchni z betonu

cementowego są: pęknięcia poprzeczne, podłużne i ukośne

spowodowane zmianami temperatury, niejednorodnym

zagęszczeniem gruntu podłoża, jego osiadaniami lub

niewystarczającą nośnością.

Rodzaje napraw

Utrzymanie drogi samochodowej wymaga

wykonywania robót zapewniających normalną

eksploatację drogi. Rozróżnia się roboty utrzymania

bieżącego, naprawy bieżące oraz naprawy kapitalne.

.

Bieżące utrzymanie:

- usuwania śniegu z poboczy i rowów

- usuwanie zamulenia rowów i wylotów sączków

udrażniając istniejący system odwodnienia

- usuwanie błota z jezdni, profilowaniu dróg

gruntowych, a w przypadku nawierzchni

betonowych uzupełnianiu masy zalewowej w

szczelinach dylatacyjnych oraz naprawie p ęknięć

- naprawa przełomów oraz uzupełnienie i wymiana

części oznakowania pionowego i poziomego

- pielęgnacją roślinności

- utrzymanie roślinności na poboczach i skarpach,

koszenia traw .

Walka ze skutkami zimy

Zimowe roboty utrzymaniowe

mają na celu zapobieganie

skutkom opadów śnieżnych oraz

zwalczaniu śliskości zimowej

W Polsce opady śnieżne występują w okresie od

grudnia do końca marca, największe w styczniu i

lutym. Warstwa śniegu o grubości około 100 mm

ogranicza już prędkość pojazdów drogowych do

40÷60 km/h, a przy grubości warstwy śniegu

200÷300 mm i więcej praktycznie ruch ulega

wstrzymaniu.

Tworzenie się na jezdni warstwy lodu lub

zlodowaciałego i zbitego śniegu określane jako

śliskość zimowa i może występować pod postacią

gołoledzi, lodowicy (warstwy lodu tworzącej się w

skutek raptownego obniżenia się temperatury po

okresie odwilży lub opadach deszczu) oraz tzw.

śliskości pośniegowej (wskutek ubicia i

zlodowacenia warstwy śniegu na powierzchni jezdni

po wpływem ruchu lub zmian warunków

atmosferycznych).

Zwalczanie śliskości zimowej polega na stosowaniu

środków chemicznych (NaCl; CaCl

2

; MgCl

2

) oraz

piasku lub żużla z domieszkami soli, którymi

pokrywa się jezdnię powodując obniżenie

temperatury zamarzania wody oraz zwi ększenie

przyczepności. Należy jednak pamiętać, że

stosowanie środków chemicznych szkodliwie

oddziałuje, zarówno na pojazdy, jak i na otoczenie

drogi.

Ochrona bierna przed zaśnieżeniem polega na

ustawieniu zasłon przeciwśnieżnych (trwałych lub

sezonowych) przede wszystkim wzdłuż odcinków o

intensywnym ruchu. Zasłony sezonowe wykonywane

są z tworzyw sztucznych (siatek z polietylenu) lub

płotków drewnianych, zasłonami trwałymi będą

żywopłoty, pasy zieleni oraz stałe płoty (pełniące

również funkcję ogrodzenia). Zasłony przeciwśnieżne

ustawia się równolegle do zewnętrznej krawędzi

nasypu lub wykopu, w odległości od niej nie mniejszej

niż 10,00 m, najczęściej w granicach 8



12 wysokości

zasłony (1,60÷1,80 m).