Podłoża i materiały dla nawierzchni drogowych

Dodano: piątek, 05 stycznia 2018 11:12

Budowa dróg o wysokiej trwałości wymaga użycia odpowiednich surowców zapewniających wymaganą nośność, odporność na wysokie temperatury, zminimalizowanie uszkodzeń spowodowanych mrozem i stosowaniem środków odladzających. Znaczący wpływ na trwałość nawierzchni drogowych ma również odpowiednie przygotowanie podłoża.

Konstrukcje nawierzchni drogowych

W Polsce występuje siedem kategorii dróg komunikacyjnych klasyfikowanych w zależności od intensywności obciążenia ruchem, oznaczanych symbolem KR1 - KR7 i określanych na podstawie przemieszczania się pojazdów w liczbie uwzględniającej obliczeniowe obciążenie 100kN/oś/dobę.

Nawierzchnie te tworzone są z kilku zasadniczych warstw dostosowanych do warunków eksploatacyjnych i wymagań związanych z lokalizacją drogi w konkretnych warunkach gruntowych.

Podłoże drogowe - to grunt rodzimy pozostający po korytowaniu (usunięcie warstwy roślinnej i profilowanie), nasypowy - tworzący nasypy drogowe lub podłoże po wymianie gruntu. Podłoża zależnie od wyników określonych badaniami klasyfikowane są do odpowiedniej grupy nośności G1 - G4.

Podbudowa - stanowi najgrubszą warstwę drogową (przynajmniej 20 cm) i pełni funkcję fundamentu stabilizującego podłoże. Do jej budowy wykorzystuje się frakcjonowane kruszywa o wielkości ziaren do 63 mm zagęszczane mechanicznie.

Warstwa wiążąca - układana z mieszanki mineralno-asfaltowej (MMA) pełni rolę łącznika między warstwą ścieralną, a podbudową lub warstwą wzmacniającą. Produkowana z użyciem kruszywa frakcji 0 - 20 mm oraz asfaltu w ilości ok. 5%. Grubość tej warstwy zawiera się najczęściej w przedziale 4 - 8 cm.

Warstwa ścieralna - to wierzchnia warstwa drogi, a jej własności w znacznym stopniu wpływają na bezpieczeństwo ruchu, hałas wywołany przez koła pojazdów, odporność na uszkodzenia. Wytwarzana jest z udziałem kruszywa o wysokiej odporności na ścieranie o granulacji 0 - 8 mm oraz modyfikowanych asfaltów.

Pełna konstrukcja drogi
Pełna konstrukcja drogi (fot. GDDKiA)


Badania i modyfikacja podłoży nawierzchni drogowych

Stabilność i trwałość nawierzchni drogowej uzależniona jest w znacznym stopniu od nośności podłoża w zmiennych warunkach nawodnienia i temperatury. Własności te zależą od rodzaju gruntu (składu granulometrycznego, zawartości cząstek organicznych, nasycenia wodą) oraz stopnia jego zagęszczenia.

Grunty rodzime mogą charakteryzować się własnościami sprzyjającymi tworzeniu się wysadzin mrozowych, co przy nawierzchniach niższych kategorii intensywności obciążenia ruchem (cieńsze warstwy podbudowy) powoduje deformacje pokrycia.

Stopień zagęszczenia gruntu rodzimego powinien być określony na głębokość co najmniej 1 m (pod grunt nasypowy 0,5 m) i w przypadku stwierdzenia zbyt małej spoistości dogęszczony przy użyciu walców bądź wibratorów.

W przypadku wykorzystywania gruntów pozyskiwanych z ukopu do tworzenia nasypu, jego własności muszą być dostosowane m. in. do jego wysokości, zdolności do zagęszczenia i zakwalifikowane jako grunty niewysadzinowe.

Podłoża nasypowe wymagają zagęszczenia warstwami o grubości dostosowanej do wykorzystywanego sprzętu (od 0,1 - 0,5 m) przemieszczającego się wielokrotnie, aż do uzyskania zaniku osiadania gruntu. W ocenie efektywności zagęszczania pomagają urządzenia pomiarowe montowane np. na walcach.

Do zakwalifikowania gruntu do odpowiedniej grupy nośności G1 - G4 wykorzystuje się najczęściej pomiary służące do określenia tzw. kalifornijskiego wskaźnika nośności CBR. Wykonywane są w laboratorium lub w warunkach terenowych przy użyciu sond dynamicznych np. sondy Clegga czy Panda, bądź statycznie - pomiar odkształcalności gruntu pod obciążeniem (metoda VSS).

W szczególnie niekorzystnych warunkach gruntowych przeprowadza się dodatkowe wzmocnienie podłoża z wykorzystaniem cementu, wapna, popiołów czy żużli lub geotekstyliów (włókniny, siatki).

Kruszywa do budowy dróg

Kruszywa stanowią podstawowy materiał do budowy dróg, przy czym ogromna masa potrzebnego surowca wymaga zapewnienia wydajnego transportu. W Polsce surowce skalne szczególnie przydatne w budownictwie drogowym są zlokalizowane głównie w południowej części kraju. O wiele łatwiejszy dostęp jest do złóż żwiru, jednak surowiec ten ma ograniczone zastosowanie w drogownictwie.

Kruszywa drogowe muszą przede wszystkim charakteryzować się wysoką wytrzymałością mechaniczną, niską nasiąkliwością i mrozoodpornością. Szczegółowe wymagania odnośnie własności kruszyw drogowych określają normy PN-EN 13043 oraz PN-EN 13242.

Ogólny podział kruszyw uwzględnia ich pochodzenie i obejmuje kruszywa:

  • naturalne - kruszywo pochodzenia mineralnego, które poza obróbką mechaniczną nie zostało poddane żadnym innym zabiegom;
  • sztuczne - kruszywo pochodzenia mineralnego, uzyskane w wyniku procesu przemysłowego z modyfikacją termiczną;
  • z recyklingu - kruszywo powstające w wyniku przeróbki materiału zastosowanego uprzednio w budownictwie - głównie betonu rozbiórkowego.

Surowiec pierwotny niezależnie od pochodzenia trzeba z reguły poddać segregacji na wymagane frakcje. Materiał pochodzący z kamieniołomów oraz ten poddawany recyklingowi wymaga uprzedniego rozkruszenia w kruszarkach szczękowych bądź udarowych.

Skład frakcji kruszywa dobiera się w zależności od podłoża gruntowego i obciążenia drogi przy czym obecnie wykorzystywane są głownie mieszanki kruszyw o uziarnieniu ciągłym w przedziale 0 - 63 mm. Zestawianie materiału frakcjonowanego następuje według ustalonej krzywej uziarnienia.

W zależności od przewidywanego obciążenia ruchem katalogi przewidują stosowanie podbudów z kruszyw o ciągłym uziarnieniu na różnych poziomach konstrukcji. Z kolei kruszywa niełamane (otoczaki, żwir) jak i sztuczne lub z recyklingu wykorzystywane są głównie jako warstwy pomocnicze (mrozochronne, wzmacniające) lub do podbudowy dla konstrukcji nawierzchni o niewielkim obciążeniu ruchem.

Betony asfaltowe AC

Z betonów asfaltowych układane są warstwy wzmacniające, wiążące, wyrównujące oraz ścieralne. Zależnie od funkcji jaką pełnią w konstrukcji drogi zawierają kruszywo o różnym uziarnieniu oraz wybrany gatunek asfaltu zwykłego lub modyfikowanego, którego udział w MMA wynosi przeciętnie 4 - 6 %.

Utworzenie z nich warstwy drogowej wymaga zagęszczenia przy użyciu walców. Mieszanki mineralno-asfaltowe, zwłaszcza na górne warstwy drogowe, mogą być modyfikowane dodatkami poprawiającymi ich własności takie jak przyczepność, odporność na wysoką temperaturę, elastyczność, szczelność.

Jako dodatki modyfikujące stosuje się elastomery (np. SBS, SBR, SIS), plastomery (np. EVA, EMA, PE, PP ), żywice syntetyczne, destrukt gumowy z utylizacji opon, związki metaloorganiczne, siarkę czy asfalty naturalne.

autor: Cezary Jankowski
oprac.: Maja Wychowaniec
zdjęcia: ADD ASFALT, GDDKiA