WPŁYW TEMPERATURY NA NAWIERZCHNIE BETONOWE

Na nawierzchnię drogową oprócz sił zewnętrznych, powodowa­nych odbywającym się ruchem, działają również siły wewnętrzne, powstające w samej nawierzchni na skutek zmian temperatury atmosferycznej, zwane siłami termicznymi. Wpływ termiczny na konstrukcje jezdni charakteryzuje się temperaturą jej warstw, zarówno w ciągu dnia jak i w poszczególnych porach roku. Niebezpieczna jest zarówno temperatura niska, jak i specjalnie wysoka. Mróz, zwłaszcza nieprzewidziany, szkodzi nie zabezpieczonemu betonowi. Za wysoka temperatura może przyspieszyć wiązanie cementu na tyle, że prawidłowe rozściele­nie mieszanki i jej zagęszczenie staje się niemożliwe. Bardzo wy­soka temperatura jest również szkodliwa dla betonu prawidłowo ułożonego, jeżeli nagrzeje się i wyschnie tak bardzo, że nastąpi duże rozszerzanie i rozluźnienie jego struktury wewnętrznej. Zmiany temperatury powodują wystąpienie w płycie betonowej dodatkowych, znacznych co do wielkości naprężeń, co wywołuje w płycie rozciąganie lub ściskanie, a w związku z istniejącą różnicą temperatury między powierzchnią a spodem płyt występuje również zginanie, uze­wnętrzniające się w wybrzuszaniu i pękaniu płyt. Duże nasłonecznienie i odpowiednio do tego wzrastająca tem­peratura potęgują działające siły czasami aż do granic zagrażają­cych betonowi. Proces zamarzania może prowadzić — w razie gdy beton jest nasycony, wodą — do rozluźnienia szkieletu betonu i odprysków. Zmiany wilgotności powodują zmiany objętości betonu i w konsekwencji zwiększają lub zmniejszają siły działające w beto­nie. Ujemnym efektem wpływu temp. mogą być pęknięcia płyty, uszkodzenia przy szczelinach (woda przenika przez szczeliny i osłabia podbudowę lub podłoże, najpierw cykliczne działanie zamarzania i tajania oraz woda przenikająca przez szczelinę, osłabiają podbudowę pod szczeliną i beton a ruchy płyt, powodowane wysokimi temperaturami, powodują odciski płyt i stopniowe odłamywanie się pryzm betonu. Proces zaczyna się od dołu, a kończy na powierzchni płyty), wysadziny i osiadanie płyt (skutek wysadzin mrozowych i osłabiania podłoża w okresie wiosennym)Mechanizm powstawania sił termicznych w nawierzchni betonowej:

Gdy temperatura powietrza, a z nią temperatura betonu wzra­sta ponad tę, w jakiej wbudowana została mieszanka betonowa, beton stara się rozszerzyć i zwiększyć swoją objętość. W przy­padku nawierzchni betonowej o zwykłej szerokości nie ma prze­szkód rozszerzania warstwy betonu w górę i w kierunku po­przecznym, zmienia się grubość i szerokość, choć nie jest to zauważalne, bo współczynnik rozszerzalności cieplnej betonu jest bardzo niewielki. Natomiast w kierunku podłużnym, a w przy­padku szerokich nawierzchni - na przykład na lotniskach- rów­nież w kierunku poprzecznym, warstwa betonu nie ma możli­wości wydłużania i poszerzania i dlatego powstają w niej siły ściskające, które beton jednak dość dobrze wytrzymuje. Odwrotnie dzieje się przy obniżaniu temperatury. Warstwa betonu się skurczy, powstają w niej siły rozciągające, które zmniejszają poprzednio powstałe siły ściskające, a w razie dal­szego ochładzania poniżej temperatury wbudowania, pozostają już tylko same siły rozciągające. W przypadku gdy zostaje prze­kroczona granica wytrzymałości na rozciąganie, następuje pęknięcie betonu. Obliczenia wartości naprężeń od temperatury:

dla środka płyty

dla krawędzi płyty

promień względnej sztywności płyty

E_B- moduł sprężystości betonu

h- grubość płyty

- moduł poissona

k- wsp. reakcji podłoża

- wsp. rozszerzalności cieplnej betonu

- różnica temp. między spodem a górą płyty

---