NAWIERZCHNIE DROGOWE

Transkrypt

1 NAWIERZCHNIE DROGOWE

2 Schemat warstwowej konstrukcji nawierzchni drogowej Warstwa ścieralna Warstwa wiążąca Podbudowa zasadnicza Warstwy nawierzchni Podbudowa pomocnicza Podłoże gruntowe Warstwa ścieralna - poddana bezpośrednio oddziaływaniu ruchu pojazdów i czynników klimatycznych Warstwa wiążąca - zapewnia odpowiednie rozłożenie naprężeń w nawierzchni Podbudowa - służy do przenoszenia obciążeń na podłoże gruntowe, może składać z dwóch warstw: podbudowy zasadniczej (górnej) i podbudowy pomocnicza (dolnej) Podłoże gruntowe - odpowiednio zagęszczony grunt rodzimy (podłoże naturalne) lub nasypowy (podłoże sztuczne) przejmujący obciążenia od nawierzchni. Przyjmuje się, że podłoże sięga na głębokość przemarzania, lecz nie mniej niż do głębokości, na której naprężenia pionowe od największych obciążeń użytkowych wynoszą 0,2 MPa.

3 Warstwy dodatkowe Warstwa wyrównawcza - jest to warstwa o zmiennej grubości, ułożona na istniejącej warstwie w celu uzyskania odpowiedniego profilu potrzebnego do ułożenia kolejnej warstwy. Stosowana przy remontach i przebudowach nawierzchni. Warstwa mrozochronna warstwa niewysadzinowa stanowiąca uzupełnienie grubości nawierzchni ze względu na przemarzanie. Warstwa odsączajaca umożliwia prawidłowy spław wód pod nawierzchnią. Warstwa odcinająca zapobiega mieszaniu się materiału podbudowy z podłożem gruntowym. Trzy powyższe funkcje może spełniać warstwa zagęszczonego piasku umieszczona pod podbudową.

4 Klasyfikacja nawierzchni drogowych Nawierzchnie drogowe możemy podzielić ze względu na: konstrukcję, odkształcalność, użyte materiały, technologię wykonania, zdolność przenoszenia obciążeń, cechy powierzchniowe (gładkie, szorstkie). Podział ze względu na konstrukcję twarde nieulepszone, twarde ulepszone, gruntowe ulepszone. Nawierzchnie twarde ulepszone są to nawierzchnie bezpylne, przystosowane do szybkiego i intensywnego ruchu samochodowego. Są to nawierzchnie bitumiczne, z betonu cementowego i, w przypadku utrzymania parametrów równości również kostkowe i klinkierowe. Nawierzchnie twarde nieulepszone są to nawierzchnie nieprzystosowane do szybkiego ruchu samochodowego, gdyż powstaje na nich kurz i szybko ulegają zniszczeniu (nawierzchnie tłuczniowe) lub są nierówne (nawierzchnie brukowcowe). Nawierzchnie gruntowe ulepszone mają zwykle grubość co najmniej 10 cm i wykonuje się je z gruntu o właściwościach poprawionych materiałami doziarniającymi lub środkami chemicznymi. Nawierzchnie te nie nadają się do szybkiego ruchu pojazdów mechanicznych.

5 Podział nawierzchni ze względu na odkształcalność sztywne - które odkształcają się sprężyście pod działaniem obciążeń, a ugięcie sprężyste ich górnej powierzchni pod naciskiem koła 50 kn jest mniejsze niż 0,5 mm; do tej grupy zalicza się betonowe konstrukcje jezdni podatne - które mogą się odkształcać plastycznie i wykazywać pod działaniem obciążeń odkształcenia trwałe; do podatnych konstrukcji zalicza się: tłuczniowe, brukowcowe i o nawierzchni bitumicznej na podbudowach tłuczniowych i brukowych półsztywne - mające bitumiczną warstwę nawierzchni na podbudowie sztywnej; do tej grupy zaliczane są m.in. nawierzchnie bitumiczne o podbudowie betonowej lub z gruntu stabilizowanego spoiwami

6 Warstwy jezdne nawierzchni twardych zależnie od rodzaju materiałów dzielą się na nawierzchnie: - bitumiczne (asfaltobetonowe), - z betonu cementowego, - kostkowe (kamienne lub betonowe), - klinkierowe, - tłuczniowe, - brukowcowe, - żwirowe, - z płyt betonowych.

7 Nawierzchnie drogowe dzieli się zależnie od technologii ich wykonania na: monolityczne z betonu cementowego, monolityczne z asfaltobetonu, prefabrykowane, makadamowe, brukowe. Nawierzchnia monolityczna z betonu cementowego jest wykonana na drodze i podzielona ewentualnie szczelinami ze względu na ruchy termiczne płyt (nawierzchnie z betonu cementowego). Nawierzchnia monolityczna z asfaltobetonu jest to nawierzchnia monolityczna, którą wykonuje się z mieszanki mineralno-asfaltowej (MMA). Nawierzchnia prefabrykowana - to nawierzchnia, której warstwa jezdna jest wykonana z gotowych płyt (np. betonowych). Nawierzchnia makadamowa jest nawierzchnią monolityczną, której wykonanie polega na układaniu i zagęszczaniu kruszywa poszczególnych frakcji tłucznia w odrębnych warstwach wzajemnie się klinujących. Uziarnienie kruszywa w warstwach zmniejsza się od dołu ku górze. Obecnie tym sposobem budowana jest w zasadzie tylko warstwa podbudowy z tłucznia. Nawierzchnia betonowa jest to nawierzchnia monolityczna, którą wykonuje się z mieszanki kruszywa ze spoiwem lub lepiszczami bitumicznymi o określonym składzie. Nawierzchnia brukowa jest układana sposobem brukarskim tj. ręcznie z elementów układanych szczelnie obok siebie (kostka kamienna i betonowa).

8 Nawierzchnia asfaltowa składa się z warstw mieszanki mineralno-asfaltowej. W takiej mieszance kruszywa jest ok. 95% a asfaltu tylko ok. 5%. Asfalt ma za zadanie skleić ziarna kruszywa. Asfalt czyli lepiszcze, jest produktem albo przerobu ropy naftowej w rafinerii (asfalt ponaftowy) albo kopaliną występującą w stanie naturalnym (asfalt skalny, asfalt jeziorny). Asfaltu, jako takiego, nigdy nie leje się na drogę, zawsze jest to mieszanka asfaltu z kruszywem. Tak więc możemy zobaczyć podstawową różnicę między pojęciem asfalt przez środowisko drogowe, a resztą społeczeństwa: asfalt to dla drogowców lepiszcze, składnik mieszanek mineralno-asfaltowych, asfalt to dla społeczeństwa nawierzchnia czyli mieszanka mineralnoasfaltowa. Jest ciekawe, że różnica ta pokrywa się z podziałem między polskim a europejskim drogownictwem. W Europie zachodniej asphalt to mieszanka mineralno-asfaltowa (tak jak w polskim społeczeństwie!!), a lepiszczem jest bitumen. Tak więc pojęcie asfalt=asphalt oznacza to samo dla Kowalskiego oraz drogowca zachodnioeuropejskiego. Nie dla polskiego drogowca... on myśli tak samo jak amerykański drogowiec, gdzie asfalt=asphalt cement. pl

9 Rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) wg PN-S-96025:1999 Uwaga norma straciła ważność w 2010 roku beton asfaltowy (BA) mastyks grysowy (SMA) - mieszanka o dużej zawartości grysów asfalt lany (AL) - mieszanka o dużej zawartości spoiwa, nie wymagająca zagęszczania w czasie wbudowywania asfalt piaskowy (AP) piasek otoczony asfaltem (PoA) Materiały stosowane w warstwowych konstrukcjach nawierzchni wg PN-S-96025:1999 Warstwa ścieralna wiążąca podbudowa Materiał BA, SMA, AL, AP BA grunt lub kruszywo stabilizowane wapnem, kruszywo naturalne lub łamane stabilizowane mechanicznie, tłuczeń, chudy beton, BA, PoA

10 Rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) wg Instrukcji WT-2 wydanej przez GDDKiA 2010 r. AC beton asfaltowy; BBTM beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw; SMA mieszanka mastyksowo-grysowa; MA asfalt lany; PA asfalt porowaty; AC WMS beton asfaltowy o wysokim module sztywności

11 Definicje wg Instrukcji WT-2 wydanej przez GDDKiA 2010 r Mieszanka mineralno-asfaltowa - jest to mieszanka kruszywa i lepiszcza asfaltowego. Beton asfaltowy - jest to mieszanka mineralno-asfaltowa, w której kruszywo o uziarnieniu ciągłym tworzy strukturę wzajemnie klinującą się. Beton asfaltowy o wysokim module sztywności (AC WMS) pozwala na zwiększenie trwałości nawierzchni lub zmniejszenie grubości konstrukcji nawierzchni. AC WMS może być stosowany do warstwy podbudowy i do warstwy wiążącej. Beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw (mieszanka BBTM) - jest to mieszanka mineralnoasfaltowa do warstw ścieralnych o grubości od 20 do 30 mm, w której kruszywo ma nieciągłe uziarnienie i tworzy połączenia ziarno do ziarna, co zapewnia uzyskanie otwartej tekstury. Mieszanka SMA - jest to mieszanka mineralno-asfaltowa składająca się z grubego łamanego kruszywa o nieciągłym uziarnieniu, związanego zaprawą mastyksową (ma lepsze właściwości od AC, ale jest droższa). Asfalt lany - jest to mieszanka mineralno-asfaltowa o bardzo małej zawartości wolnych przestrzeni, w której objętość wypełniacza i lepiszcza jest większa niż objętość wolnych przestrzeni w kruszywie (zawartość asfaltu dochodzi do kilkunastu procent, mieszanka ta nie wymaga zagęszczania walcami). Asfalt porowaty - jest to mieszanka mineralno-asfaltowa o bardzo dużej zawartość połączonych wolnych przestrzeni, które umożliwiają przepływ wody i powietrza, co zapewnia właściwości drenażowe i zmniejszające hałas. Oprócz wymienionych powyżej w powierzchniowych zabiegach remontowych stosowana jest mieszanka zwana powierzchniowym utrwaleniem (grys wtopiony w rozłożone lepiszcze).

12 Zalecane mieszanki mineralno-asfaltowe dla dróg wg Instrukcji WT-2 wydanej przez GDDKiA 2010 r. Warstwa KR1 KR2 Materiał zalecany dla kategorii ruchu KR3 KR6 ścieralna AC, MA AC, SMA, MA, PA, BBTM wiążąca AC AC, AC WMS, PA podbudowa AC AC, AC WMS Zalecane mieszanki mineralno-asfaltowe dla nawierzchni mostowych ścieralna ochronna Warstwa Zalecany materiał MA, SMA, BBTM, AC MA

13 Nawierzchnie cierpią od przenoszonego ruchu samochodowego. Jego efektem są zniszczenia nawierzchni. Dla nawierzchni najważniejsze są: Obciążenia osi pojazdów im większe tym gorzej. Tu działa tzw. prawo 4 potęgi. A więc jedno przejście osi 10 tonowej (samochód ciężarowy) jest równoważne prawie przejść osi 0,8 ton (samochód osobowy). A zatem to nie samochody osobowe niszczą nawierzchnie. Liczba pojazdów czyli natężenie ruchu na każdym odcinku drogi można zmierzyć liczbę pojazdów przejeżdżających w ciągu doby (im więcej tym gorzej). Żywotność czyli trwałość nawierzchni obliczana jest właśnie według natężenia ruchu pojazdów ciężarowych liczonych przez np. 20 lat. Według tej liczby osi projektuje się grubości poszczególnych warstw nawierzchni, tak, aby wytrzymała taki ruch przez tyle lat. Prędkość pojazdów ciężarowych im mniejsza tym gorzej. Każdy chyba widział koleiny na podjazdach pod górę. Tam samochody ciężarowe jadą najwolniej, co działa katastrofalnie na nawierzchnie asfaltowe. Obciążenia termiczne. Niskie temperatury, wielokrotne przejścia przez zero oraz upały powodują: pękanie i wykruszanie się nawierzchni w zimie, powstawanie kolein i deformacji w lecie, powstawanie przełomów na wiosnę.

14 Okresy eksploatacji nawierzchni Przy projektowaniu nowych i utrzymaniu istniejących nawierzchni przyjmuje się wymagane okresy eksploatacji określone w Rozporządzeniu Okresy eksploatacji są takie same dla wszystkich elementów jezdni, tj. zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, pasów awaryjnych, pasów włączania i wyłączania. Wymagane okresy eksploatacji nawierzchni Klasa drogi, elementy drogi Konstrukcje podatne i półsztywne nowe lub przebudowane Remontowane Konstrukcje z betonu cementowego nowe lub przebudowane remontowane A, S, GP, G i Z 20 lat 10 lat 30 lat 20 lat L i D 20 lat 10 lat 20 lat 10 lat Pasy ruchu i zatoki w rejonie przystanku autobusowego, miejsca przeznaczone do postoju pojazdów, ruchu pieszych i rowerów 20 lat 10 lat 20 lat 10 lat Remont (odnowa) drogi - wykonywanie robót remontowych przywracających pierwotny stan drogi, z wyłączeniem robót konserwacyjnych, porządkowych i innych zmierzających do zwiększenia bezpieczeństwa i wygody ruchu, w tym także odśnieżania i zwalczania śliskości zimowej. Przebudowa (modernizacja) drogi - wykonywanie robót, w wyniku których następuje podwyższenie parametrów technicznych i eksploatacyjnych istniejącej drogi.

15 Kategoria ruchu Do projektowania nowych nawierzchni i przebudowy nawierzchni istniejących przyjmuje się klasyfikację dróg - według kategorii ruchu. Podstawą klasyfikacji jest średni dobowy ruch pojazdów ciężkich prognozowany dla połowy okresu eksploatacji. Ruch pojazdów powinien być przeliczony na liczbę osi obliczeniowych 100 kn na dobę na obliczeniowy pas ruchu, za pomocą wzoru: L = ( N ) 1 r1 + N2 r2 + N3 r3 f1 Kategoria ruchu Liczba osi obliczeniowych L KR1 12 KR KR KR Suma iloczynów prognozowanego ruchu pojazdów: ciężarowych bez przyczep ciężarowych z przyczepami autobusów i odpowiednich współczynników przeliczeniowych KR KR Współczynnik zależny od liczby pasów drogi

16 Współczynniki przeliczeniowe grup pojazdów na osie obliczeniowe 100 kn Rodzaj pojazdu Współczynnik przeliczeniowy na osie 100kN Samochody ciężarowe bez przyczep (jedno- i dwuosiowe) r 1 = 0,109 Samochody ciężarowe z przyczepami (jedno- i dwuosiowe) oraz z naczepami (dwu- i trzyosiowymi) r 2 = 1,245 1 r 2 = 1,950 2 Autobusy (jedno- i dwuosiowe) r 3 = 0,594 1 gdy udział pojazdów o obciążeniu 115 kn w grupie pojazdów ciężkich z przyczepami wynosi do 8%, 2 gdy udział pojazdów o obciążeniu 115 kn w «rupie pojazdów ciężkich z przyczepami wynosi od 8% do 20%.

17 W artość współczynnika f 1 Liczba pasów w obu kierunkach droga jednojezdniowa droga dwujezdniowa f 1 2-0,50 3-0, ,45-6 0,35