49157 Strona4

Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego

ODMARZANIE

WIOSNA

,-30 MPa

'woda

Ep-45 MPa

Rys 3.8. Tworzenie się soczewek lodowych

Na rys. 3.8 przedstawiono zjawisko tworzenia się soczewek lodowych w okresie zimy. Jeżeli w podłożu znajdują się grunty niewrażliwe na przemarzanie, a poziom wody gruntowej jest głęboki, to warunki gruntowo-wodne w zimie nie zmieniają się. Zarówno gęstość gruntu, jak i wilgotność nic ulegają zmianie w stosunku do tych, jakie zostały wbudowane.

W przypadku gruntów wrażliwych na przemarzanie dochodzi do zmian wilgotności oraz gęstości gruntu. Zamarznięty grunt ma większą wilgotność oraz mniejszą gęstość niż z okresu budowy. Dzieje się tak, ponieważ w okresie odma-rzania woda z soczewek lodowych przemieszcza się do dolnych warstw gruntu. Po od ma rznięciu wilgotność gruntu oraz jego gęstość nie wrócą do stanu sprzed zamarznięcia. Doświadczenia wykazały, że stan równowagi zostanie osiągnięty po okresie trzech-czterech lat. Wilgotność gruntu ustali się na poziomie wilgotności obliczeniowej, która jest wyższa od wilgotności optymalnej. Zwiększenie wilgotności zależy od rodzaju gruntu.

Zmiana wilgotności podłoża występuje również w przekroju poprzecznym drogi. Na rys. 3.9 pokazano przebieg izotermy zerowej w przekroju poprzecznym drogi w zależności od sposobu wykonania warstwy mrozoochronnej (z materiału nie-związanego lub z gruntu stabilizowanego). Jak widać, w okolicach pobocza izoterma zerowa jest bardzo wysoko, natomiast pod konstrukcją nawierzchni głęboko i jej zasięg zależy od rodzaju warstw konstrukcji, czasu trwania niskich temperatur, rodzaju gruntu pod konstrukcją nawierzchni. W przypadku braku ocieplenia pobocza różnica pomiędzy izotermą zerową w poboczu i pod konstrukcją nawierzchni jest duża, natomiast w przypadku zastosowania w poboczu warstwy mrozoochronnej różnica zmniejsza się i sama izoterma zerowa nie ma tak dużego zasięgu pod konstrukcją nawierzchni (33, 35]. W okresie wiosennej odwilży prędkość od-marzania podłoża w konstrukcji nawierzchni nie jest jednakowa w przekroju

a)

izoterma zerowa

I

b)

i

Rys. 3.9. Zmiana izotermy zerowe) w przekro|u poprzecznym drogi [33): a) bez warstwy mrozoochronne) w poboczu, b) z warstwą mrozoochronną w poboczu

poprzecznym. Konstrukcja i podłoże odmarzają zarówno od góry, jak i spodu. Prędkość od marża ni a w osi drogi wynosi ok. 9 do 13 cm na dzień, na krawędzi od 4 do 5 cm, a pod poboczem ok. 3 cm na dzień. Ta nierównomierna prędkość odmarzania powoduje, że pod konstrukcją gromadzi się znaczna ilość wody (topniejące soczewki lodowe), która nie ma ujścia z powodu nierozmarzniętego pobocza gruntowego. Dlatego tak ważne jest przy konstruowaniu warstw nawierzchni wyprowadzenie warstw mrozoochronych pod pobocze.

Głębokość zasięgu izotermy zerowej w głąb podłoża pod konstrukcją nawierzchni, jak wspomniano, zależy od wielu czynników. Jednym z nich, jak się wydaje najważniejszym, jest ostrość zimy. W wielu metodach wymiarowania w światowej technice drogowej [33, 3.S] wprowadza się pojęcie tzw. wskaźnika mrozowego. Jest to suma średnich dziennych ujemnych temperatur w okresie zimy. Wskaźnik ten wiązany jest najczęściej z głębokością przemarzania gruntu pod konstrukcją nawierzchni. W Polsce warunek mrozoodporności konstrukcji nawierzchni [3.2] wiązany jest z rodzajem gruntu podłoża, głębokością przemarzania oraz kategorią ruchu. Podobnie jest w katalogu niemieckim [3.6]. Grubość konstrukcji nawierzchni w Polsce ze względu na przemarzanie waha się w przedziale od 0,4 do 035 głębokości przemarzania w zależności od rodzaju kategorii ruchu i gruntu podłoża. Warunek ten dopuszcza możliwość częściowego zamarznięcia gruntu pod konstrukcją nawierzchni. Podobnie jest w metodach, które uwzględniają wskaźnik mrozowy [35], dopuszcza się częściowe zamarznięcie gruntu podłoża pod konstrukcją nawierzchni.

Na rys. 3.10 pokazano przykładowy wykres zmian modułów podłoża w ciągu roku. Analizując zmianę modułu gruntu w ciągu roku widać, że najniższe moduły występują w okresie wiosennego odmarzania, jak również podczas jesiennych opadów, a najwyższe w czasie, gdy podłoże jest zamarznięte.

65