Jerzy Kukiełka - bc.pollub.plbc.pollub.pl/Content/6043/PDF/nawierzchnie.pdf · 6.1 Charakterystyka...

Lublin 2013

Nawierzchnie asfaltowe drg samorzdowych

Jerzy KukiekaJ. Ku

kieka N

awierzch

nie asfalto

we d

rg

samo

rzdo

wych

Skadam serdeczne podzikowania mojemu Tacie za pomoc w pisaniu monografii, cenne wskazwki i nieustajc motywacj

Monografie Politechnika Lubelska

Politechnika Lubelska Wydzia Budownictwa i Architektury ul. Nadbystrzycka 40 20-618 Lublin

Jerzy Kukieka

Nawierzchnie asfaltowe drg samorzdowych

Politechnika Lubelska Lublin 2013

Elektroniczna wersja ksiki dostpna w Bibliotece Cyfrowej PL www.bc.pollub.pl

Nakad: 100 egz.

Recenzent: dr hab. in. Marek Iwaski, prof. Politechniki witokrzyskiej Redakcja i skad: Jerzy Kukieka Publikacja wydana za zgod Rektora Politechniki Lubelskiej Copyright by Politechnika Lubelska 2013 ISBN: 978-83-63569-81-5 Wydawca: Politechnika Lubelska ul. Nadbystrzycka 38D, 20-618 Lublin Realizacja: Biblioteka Politechniki Lubelskiej Orodek ds. Wydawnictw i Biblioteki Cyfrowej ul. Nadbystrzycka 36A, 20-618 Lublin tel. (81) 538-46-59, email: [email protected] www.biblioteka.pollub.pl Druk: TOP Agencja Reklamowa Agnieszka uczak www.agencjatop.pl

5

SPIS TRECI

1. WSTP ........................................................................................................ 7

2. ULEPSZONE PODOE NAWIERZCHNI DROGOWYCH ................. 18

2.1 Definicje i uwagi oglne ............................................................................ 18

2.2 Sposoby oceny nonoci podoa ............................................................... 19

2.3 Kryteria oceny nonoci podoa ............................................................... 25

2.4 Mrozoodporno ........................................................................................ 28

2.5 Sposoby ulepszania podoa ...................................................................... 32

3. PODBUDOWY .......................................................................................... 41

3.1 Podbudowy z mieszanek niezwizanych .................................................. 42

3.2 Podbudowy z mieszanek zwizanych spoiwem hydraulicznym............... 47

3.2.1 Podbudowy z mieszanek zwizanych z cementem (CBGM) ................... 48

3.2.2 Podbudowy z mieszanek zwizanych ulem .......................................... 51

3.2.3 Podbudowy z mieszanek zwizanych popioem lotnym ........................... 53

3.2.4 Podbudowy z mieszanek zwizanych spoiwem drogowym ..................... 56

3.3 Podbudowy z gruntw stabilizowanych cementem .................................. 56

3.4 Podbudowy z mieszanek mineralno-asfaltowych (AC) ............................ 62

3.5 Recykling nawierzchni asfaltowych uwagi oglne................................ 65

3.6 Podbudowy z betonu asfaltowo-cementowego (BAC) ............................. 67

3.6.1 Oglna charakterystyka destruktu z warstw asfaltowych ......................... 68

3.6.2 Charakterystyka mieszanek i prbek z BAC ............................................ 70

3.6.3 Wytrzymao i odksztacalno prbek z BAC ....................................... 74

3.6.4 Przykady badania prbek z zapraw cementowo-piaskowo-grysow ..... 81

3.6.5 Badania na odcinkach dowiadczalnych ................................................... 83

3.6.6 Ocena stanu nawierzchni o podbudowie z BAC ....................................... 87

3.6.7 Projektowanie skadu BAC ....................................................................... 88

3.7 Podbudowy z mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej (MMCE) .... 91

3.7.1 Recykling na zimno na miejscu budowy .................................................. 97

3.7.2 Recykling na zimno w urzdzeniach stacjonarnych ................................. 99

3.7.3 Materiay, skad mieszanki, czynnoci technologiczne ............................ 99

3.8 Podbudowy z mieszanek mineralnych z asfaltem spienionym

(MMCAsp)...............................................110

4. WARSTWY CIERALNE I WICE ................................................ 125

4.1 Warstwy wice i wyrwnawcze z betonu asfaltowego (AC) ............... 131

4.2 Warstwy cieralne z betonu asfaltowego (AC) ........................................ 133

6

4.3 Warstwy cieralne z mieszanki grysowo-mastyksowej (SMA) ............... 136

4.4 Warstwy cieralne z mieszanki do bardzo cienkich warstw (BBTM) .....139

4.5 Warstwy cieralne i wice z asfaltu lanego (MA) ................................ 140

4.6 Waciwoci warstw asfaltowych ich odbir i reklamacja ....................... 142

5. NOWE MATERIAY I ROZWOJOWE TECHNOLOGIE .................... 150

5.1 Materiay kompozytowe ........................................................................... 150

5.2 Rozwojowe technologie i wybrane badania ............................................. 155

5.3 Materiay odpadowe z przemysu i z recyklingu...................................... 161

5.4 Rozwj zastosowa geosyntetykw w nawierzchniach drogowych ........ 165

5.5 Nawierzchnie specjalne ............................................................................ 172

6. NAWIERZCHNIE WYKONYWANE W POLSCE

PRZED ROKIEM 1997 .......................................................................... 177

6.1 Charakterystyka istniejcych w Polsce nawierzchni drogowych ............ 179

6.1.1 Nawierzchnie brukowe ........................................................................... 180

6.1.2 Nawierzchnie tuczniowe ........................................................................ 182

6.1.3 Nawierzchnie i podbudowy wirowe ...................................................... 184

6.2 Pierwsze nawierzchnie smoowe i asfaltowe w Polsce ........................... 185

6.2.1 Nawierzchnie typu makadamowego ....................................................... 186

6.2.2 Nawierzchnie z betonu smoowego ........................................................ 188

6.2.3 Nawierzchnie z asfaltu lanego ................................................................ 194

6.2.4 Rys historyczny nawierzchni z betonu asfaltowego ............................... 195

6.2.5 Sposoby poszerzania nawierzchni .......................................................... 203

6.2.6 Pobocza asfaltowe ................................................................................... 205

7

1. WSTP

Ustawa o drogach publicznych wprowadzia ich podzia na cztery

kategorie: krajowe, wojewdzkie, powiatowe i gminne [9]. Nowelizacja uchwa

dotyczcych przynalenoci drg do odpowiedniej kategorii spowodowaa np.

wzrost cznej dugoci drg gminnych i malejcy udzia drg krajowych w sieci

drg publicznych. Udzia procentowy poszczeglnych kategorii drg w 2011

roku wynosi [6];

Krajowe 4,8 %;

Wojewdzkie 7,8 %;

Powiatowe 32,9 %;

Gminne 54,9 %. Do sieci drg publicznych o cznej dugoci 384 103,7 km zaliczono cz

drg gminnych i powiatowych o gruntowych nawierzchniach, ktre s

stopniowo utwardzane.

W 2009 r. byo jeszcze okoo 30 % nawierzchni gruntowych na drogach

publicznych, jak wynika z rocznika statystycznego, a nawierzchnie twarde

w stanie dobrym s tylko na wikszoci drg krajowych [6].

Budowa nowych i przebudowa drg samorzdowych, w warunkach

malejcego dostpu do rodkw unijnych, bdzie w przyszoci gwnym

zadaniem drogownictwa.

Szczegowe przepisy i wymagania, jak w przypadku realizowanych

obecnie wielu robt na drogach krajowych, s czsto powielane przez zarzdy

i projektantw innych drg publicznych, nawet w przypadku, gdy ich

nowelizacja nie nada za potrzebami nowych technik i technologii, czsto

zagranicznych.

Adekwatne do obcienia ruchem nawierzchnie drg samorzdowych

powinny spenia warunek trwaoci przy moliwie duym wykorzystaniu

lokalnych zasobw materiaowych i materiaw odpadowych. Zamiarem tej

pracy jest prezentacja moliwoci stosowania kruszyw naturalnych i sztucznych,

pochodzcych z recyklingu (np. betonu), niekiedy przetwarzanych i ulepszanych

dodatkami w celu spenienia wymaga technicznych, technologie klasyczne

i niekonwencjonalne do ulepszania podoa i wykonania podbudw oraz

recykling nawierzchni przebudowywanych drg, znany dotychczas w Polsce

gwnie z praktyki na drogach krajowych.

Znane s ju wady i zalety recyklingu gbokiego, ktrego wykorzystanie

na drogach samorzdowych bdzie niezbdne, gdy cakowita rozbirka

nawierzchni (wymiana konstrukcji nawierzchni) jest rzadko stosowana,

a w Polsce mao prawdopodobna ze wzgldu na wysokie koszty.

Ograniczenia formalne wynikaj z ustaw i rozporzdze. Dawniej

obowizkowe stosowanie norm jest obecnie rekomendacj, podobnie jak

8

w przypadku wymaga technicznych. Zauwaalna jest te tendencja do

wprowadzenia ogranicze zarzdzeniami wewntrznymi.

Przepisy prawne, wymagania techniczne, normy i specyfikacje techniczne

Obowizkowe do stosowania przepisy prawne zawarte s w ustawach

i rozporzdzeniach. W rozporzdzeniu Ministra Transportu i Gospodarki

Morskiej z 20.03.1999 r. [7] podane s wymagania dotyczce nonoci,

trwaoci i bezpieczestwa oraz ograniczajce niekiedy postp wymagania

technologiczne i materiaowe, ktre powinny by wyczone po nowelizacji

rozporzdzenia, przygotowywanej od kilku lat. Wspczynniki przeliczeniowe

autobusw i samochodw ciarowych na osie obliczeniowe, przyjte w Dz.U.

nr 43 [7] rni si od rzeczywistych wielkoci, co moe by powodem

niedoszacowania obcie nawierzchni ruchem drogowym, oprcz przyczyn

wynikajcych z przecie pojazdw.

Naley rwnie zwrci uwag na prawo ochrony rodowiska Dz. U. nr

25 poz. 150 z 2009 r. [8], w ktrym zamieszczono wymagania dotyczce

ochrony: powierzchni ziemi, wd, powietrza, kopalin, zwierzt oraz rolin,

a take przed haasem i polami elektromagnetycznymi. Szczeglnie wany jest

dzia III - Drogi, linie kolejowe, linie tramwajowe, lotniska oraz porty, w ktrym

art. 174. ust. 13 stanowi, e [8];

1. Eksploatacja drg, linii kolejowych, linii tramwajowych, lotnisk oraz portw

nie moe powodowa przekroczenia standardw jakoci rodowiska.

2. Emisje polegajce na:

1) wprowadzaniu gazw lub pyw do powietrza,

2) wprowadzaniu ciekw do wd lub ziemi,

3) wytwarzaniu odpadw,

4) powodowaniu haasu, powstajce w zwizku z eksploatacj drogi, linii

kolejowej, linii tramwajowej, lotniska oraz portu, nie mog, z zastrzeeniem

ust. 3, spowodowa przekroczenia standardw ochrony rodowiska poza

terenem, do ktrego zarzdzajcy tym obiektem ma tytu prawny.

3. Jeeli w zwizku z eksploatacj drogi, linii kolejowej, linii tramwajowej lub

lotniska utworzono obszar ograniczonego uytkowania, eksploatacja nie moe

spowodowa przekroczenia standardw jakoci rodowiska poza tym obszarem.

Obligatoryjne, na podstawie zarzdzenia Generalnego Dyrektora Drg

Publicznych, byo te stosowanie nastpujcych katalogw;

Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i psztywnych z 1997 r.

Katalog typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych z 2001 r.

Katalog wzmocnie i remontw nawierzchni podatnych i psztywnych z 2001 r. [4]. Jego nowelizacj opracowano w 2012 r.

Rekomendowane do stosowania przez Ministra Infrastruktury s

wymagania techniczne:

9

WT-1 Kruszywa z 2008 roku,

WT-2 Nawierzchnie asfaltowe z 2008 roku. Zalet WT-2 [10] s rekomendacje Ministra Infrastruktury, zwaszcza

w rozdziale dziewitym, dotyczce odbioru i reklamacji, ktre nie byy

ponownie opracowywane np. dla potrzeb drg krajowych.

W roku 2010 zalecone zostay do stosowania na drogach krajowych nowe

wymagania techniczne: WT-1, WT-2, WT-4 i WT-5 [11, 12, 13, 14] a w roku

2011 wprowadzono mae korekty do WT-2. Wymagania z 2010 r. uwzgldniay

gwnie drogi krajowe, ale mog by zalecane do stosowania take przez

zarzdy drg wojewdzkich, powiatowych i gminnych, gdy dotycz take

nawierzchni dla obcienia ruchem KR 12 i KR 34 i opracowane zostay na

podstawie norm PN-EN.

Dobrowolno stosowania dotyczy Polskich Norm (PN) i europejskich

(EN), ktre Polska zobowizaa si wprowadza jako PN-EN. Decydujc si na

przyjcie okrelonych wymaga technicznych (WT-1 WT-5) naley jednak

uwzgldni przywoane w nich normy (PN-EN).

Normy europejskie (EN) opracowywane przez CEN (Europejski Komitet

Normalizacyjny) s od 2010 r. polskimi normami (PN). Normy krajowe

sprzeczne z europejskimi powinny by wycofane. Normy dla wyrobw

nazywane s normami zharmonizowanymi (hEN). Normy wdraajce Eurokody

skadaj si z trzech czci: krajowej strony tytuowej i przedmowy,

przetumaczonego tekstu Eurokodu wraz zacznikami, zacznik krajowy jako

dodatkowy (moe by pominity). Normy EN s wydawane w trzech jzykach:

angielskim, francuskim i niemieckim. Normy PN-EN, za ktrych tumaczenie

odpowiedzialny jest Polski Komitet Normalizacyjny (PKN) notyfikowane s

przez CEN jako wersja oficjalna. Przy zawieraniu umw mog by one (PN-EN)

dokumentami odniesienia co oznacza, e strony bd je stosowa (dotyczy to

moe zwaszcza robt finansowanych z budetu i UE). Dobrowolno

stosowania norm powoduje, e nie s one uniewaniane, lecz tylko wycofywane.

Nie ma wic zakazu stosowania normy wycofanej. Obok norm PN-EN

funkcjonuj zatem nadal normy PN wycofane, zwaszcza gdy projekty

i specyfikacje techniczne opracowywano przed 2009 rokiem.

W normalizacji nie obowizuje zasada znana z ustawodawstwa, gdzie nowy

przepis zastpuje poprzedni. Norma wycofana powinna by dostpna co

najmniej tak dugo, dopki istnieje jakiekolwiek powoanie na ni. Polskie

normy wycofane mog by stosowane na rwni z normami aktualnymi wedug

decyzji projektanta, ale w przypadku drg byoby to czsto niemoliwe, gdy

kamienioomy, wirownie, wytwrnie mieszanek dostosoway swoj produkcj

do PN-EN. czenie dwch porzdkw (PN-EN i PN) nie jest wskazane.

Wycofane normy, ktre suyy dawniej np. do budowy nawierzchni

drogowych, mog by przydatne projektantowi do analizy stanu istniejcego

przy projektowaniu ich przebudowy. Charakteryzujc warstwy istniejce mona

10

spodziewa si ich cech nie lepszych ni jak stanowiy normy w czasie ich

wykonania. Uwzgldniajc take wpyw obcienia ruchem, starzenia i warunki

atmosferyczne mona wstpnie oceni ich stan, ktry powinny potwierdzi take

wyniki bada przedprojektowych.

W PN-EN rozrnia si zasady oglne, zawierajce wymagania i modele,

oznaczone liter P po akapicie, oraz reguy stosowania. Stosowanie norm nie

zwalnia od odpowiedzialnoci, ale wprowadzenie norm do niektrych przepisw

prawa zobowizuje do ich przestrzegania.

W obowizujcym jeszcze Dz.U. nr 43 z 1999 roku s powoania na PN

(wwczas byy jedynymi). W ustawie, ktra upowania ministra do wydania

rozporzdzenia w sprawie warunkw technicznych nie byo upowanienia do

powoywania na PN.

Aprobaty techniczne udzielane s wyrobom, ktre nie s objte normami.

S wic w pewnym stopniu uzupenieniem norm i su do przyznania znaku

CE, dotyczcego wpywu na zdrowie i bezpieczestwo. Warunkiem

dopuszczajcym wyrb do stosowania jest deklaracja zgodnoci z aprobat lub

norm, skadana przez producenta.

Specyfikacje techniczne (ST) opracowywane najczciej przez

projektantw drg, wczeniej jako szczegowe specyfikacje techniczne (SST)

na podstawie oglnych specyfikacji technicznych (OST), zatwierdzonych przez

Generalnego Dyrektora Drg Publicznych, s czci projektw techniczno-

wykonawczych. Powszechn praktyk byo projektowanie tylko tych

technologii, ktre byy w zestawie OST tym bardziej, e podstawowym

warunkiem wygrania przetargu jest jeszcze obecnie tylko cena wykonania

projektu.

Laboratoria okrgowe GDDKiA byy np. zobowizane do sprawdzania

zgodnoci szczegowych specyfikacji technicznych (SST) z zatwierdzonymi

oglnymi specyfikacjami technicznymi (OST), co ograniczao moliwo

projektowania nowszych technologii, nieuwzgldnionych w OST.

Normy, specyfikacje i aprobaty techniczne s take uywane do opisu

przedmiotu zamwie publicznych. Prawo zamwie publicznych, wedug

ujednoliconego tekstu ustawy z 5 listopada 2009 r. w art. 30 ust. 13 stanowi, e

Zamawiajcy opisuje przedmiot zamwienia za pomoc cech technicznych

i jakociowych, z zachowaniem Polskich Norm przenoszcych normy

europejskie lub norm innych pastw czonkowskich Europejskiego Obszaru

Gospodarczego przenoszcych te normy.

Brak norm PN-EN powinien uwzgldni w kolejnoci;

1. Europejskie aprobaty techniczne 2. Wsplne specyfikacje techniczne 3. Normy midzynarodowe 4. Inne techniczne systemy odniesienia ustanowione przez europejskie

organy normalizacyjne.

11

W przypadku braku wszystkich wymienionych wczeniej norm, PN-EN

i europejskich ustanowie normalizacyjnych, mona uwzgldni w kolejnoci;

1. Polskie Normy (PN) 2. Polskie aprobaty techniczne 3. Polskie specyfikacje techniczne. W art.30 ust. 4 stwierdza si, e zamawiajcy jest obowizany wykaza, e

dopuszcza rozwizania rwnowane opisanym w ust. 13, a w dalszym cigu

ustawa stanowi, e na wykonawcy spoczywa obowizek udowodnienia

rwnowanoci, a zamawiajcy moe zaakceptowa lub uzasadni odmown

decyzj.

Rozwizania rwnowane, wynikajce zwaszcza z postpu techniki

i technologii wymagaj inwencji i dodatkowych czynnoci projektantw lub

wykonawcw robt, gdy umoliwiaj to warunki umowy z inwestorem, w ktrej

powinien by uwzgldniony Art. 30 ust. 4 Ustawy.

Patenty, ktrych cech wyrniajc, jest nieoczywisto sposobw

rozwizania, przyznawane s czsto po wielu latach od zoenia wniosku.

Przedmiot wynalazku poprzedzony jest zwizym opisem istniejcego stanu

techniki, istot wynalazku i korzystnymi skutkami, zawiera przykady

stosowania i cz najwaniejsz, ktr s zastrzeenia patentowe [5].

W Poradniku wynalazcy [5] zawarte s: ochrona wynalazkw i wzorw

uytkowych, dokumentacja zgoszeniowa, opis wynalazku, zastrzeenia

patentowe i m.in. przykady dokumentacji zgoszeniowej. Jeli przedmiotem

wynalazku jest sposb wytwarzania wytworu lub proces technologiczny, to

w przykadzie realizacji wynalazku naley szczegowo opisa w porzdku

chronologicznym nastpujce po sobie czynnoci, operacje lub procesy

jednostkowe, podajc przy tym warunki, w jakich si one odbywaj....

W przypadku nowego zastosowania znanej substancji, nowym elementem

wnoszonym do stanu techniki jest wskazany nowy skutek techniczny....

Korzystne jest zapoznanie si z udzielonymi patentami dla wytworw lub

sposobw przed zoeniem wniosku patentowego.

Ilo patentw dotyczcych nawierzchni drogowych jest w Polsce maa,

a jeszcze mniej jest wdroonych. Znane s przykady sprzeday patentu, rzadko

natomiast zawierane s umowy licencyjne. Korzystne, praktyczne efekty

patentw w drogownictwie polegaj czsto na zwikszeniu trwaoci

nawierzchni, niewymiernych efektach ekologicznych i innych wanych dla

budetu oraz inwestorw.

Korzystanie z patentw moe by take przesank do uzyskania wsparcia

finansowego przedsibiorstw np. na podstawie zgosze do konkursw

w programie Innowacyjna gospodarka, ktrego praktyczna realizacja tylko

w szczeglnych przypadkach jest niezalena od inwestorw i projektantw.

Ustawa o drogach publicznych okrela zadania zarzdw drg:

wojewdzkich, powiatowych (w powiatach ziemskich) niekiedy zarzdzajcych

12

drogami kilku powiatw i gminnych. Tworzone s te konwenty drg

wojewdzkich i powiatowych oraz porozumienia dotyczce drg gminnych.

Zarzdy drogowe (o rnych nazwach) s take w miastach na prawach powiatu

(w dawniejszych, przed reform administracyjn, miastach wojewdzkich),

ktre zarzdzaj drogami rnych kategorii.

Ocena stanu nawierzchni i projektowanie wzmocnie lub remontw

Przydatno eksploatacyjna nawierzchni oceniana jest niekiedy tylko na

podstawie wizualizacji elementarnych cech powierzchniowych i uszkodze

nawierzchni, ktrymi s:

spkania siatkowe,

wyboje,

aty,

przebitumowania,

rysy i pknicia oraz inne. Systematyczna ocena stanu nawierzchni, zapocztkowana w 1990 r. na

drogach krajowych i czci drg wojewdzkich, przy wdraaniu systemu

utrzymania nawierzchni (SUN) i systemu oceny stanu nawierzchni (SOSN)

obejmuje ocen wizualn i pomiary.

Klasy A, B, C, D przyporzdkowane s stanowi nawierzchni pod wzgldem

nonoci, rwnoci, kolein, stanu powierzchni i szorstkoci. Stan dobry (klasa

A) i zadowalajcy (klasa B) dotyczy nawierzchni nowych lub po przebudowie,

nie wymagajcych remontw. Stan niezadowalajcy (klasa C) wymaga

planowania przebudowy lub remontw. Stan zy (klasa D) uzasadnia

konieczno natychmiastowej przebudowy lub remontu.

Stan odwodnienia w pasie drogi, w tym stan odwodnienia

powierzchniowego i wgbnego (podoa nawierzchni i podbudowy) oceniany

jest w ramach systemu SOPO [6]. Stan poboczy, roww przydronych

i kanalizacji deszczowej moe mie due znaczenie dla nonoci nawierzchni

drogowej, a stan poboczy take dla bezpieczestwa ruchu.

Zastpienie subiektywnej, opartej na dowiadczeniu oceny inynierskiej,

przez obiektywny system oceny uatwia prognozowanie zmian stanu

nawierzchni i planowanie robt utrzymaniowych. Wikszo drg krajowych

jest w stanie dobrym. Stopniowo polepsza si stan drg wojewdzkich, ale stan

zy i krytyczny charakteryzuje du ilo odcinkw nawierzchni drg

samorzdowych, w tym zwaszcza drg powiatowych.

Liczne przykady wizualizacji danych stanw nawierzchni i profilw

tematycznych podano w pracy [6]. Za porednictwem internetu mona rwnie

zapozna si z materiaami, dotyczcymi utrzymania nawierzchni drg,

udostpnianymi przez GDDKiA i IBDiM, co w znaczcym stopniu uatwi

zarzdom podejmowanie waciwych decyzji w odpowiednim czasie.

13

Ocena globalnego stanu nawierzchni uwzgldnia wagi poszczeglnych

parametrw (nonoci, rwnoci, kolein, stanu powierzchni, szorstkoci) i zaley

od podjtej strategii utrzymania [3]. W zaczniku nr 2 pracy [3] podane s

typowe uszkodzenia nawierzchni, ilustrowane licznymi zdjciami,

a w zaczniku 1 skadniki punktowej oceny stanu z uwzgldnieniem poziomu

wymaganego, ostrzegawczego i krytycznego. Zakwalifikowanie odcinka drogi

do wzmocnienia oznacza potrzeb wykonania indywidualnych bada i oceny

istniejcej nawierzchni.

Ocena istniejcej konstrukcji nawierzchni uwzgldnia powinna analiz

materiaw rdowych, dotyczcych jej budowy, przebudowy i remontw (vide

rozdz. 6), wykonania dow prbnych i odwiertw lub wcinek przy krawdzi

jezdni i pobocza drogi.

Badania ugi sprystych korzystnie jest wykona po okresie wiosennego

odmarzania podoa, uwzgldniajc przy tym wpyw przebiegu poprzedniej

zimy na nawierzchni drogow oraz rodzaj gruntu naturalnego i ulepszonego

podoa. Rozpoznanie konstrukcji nawierzchni za pomoc odwiertw jest

obecnie zastpowane technik radarow, suc do okrelenia ukadu warstw

w profilu podunym i poprzecznym.

Nowelizacja PN-EN powoduje potrzeb zmian w zakresie wymaga

technicznych a zwaszcza specyfikacji technicznych. Szczeglne znaczenie dla

praktyki i upowszechnienia terminologii miay, zdaniem autora, dwa

dokumenty: OST D-M 00.00.00 Wymagania oglne z 2002 r. i Wymagania

Techniczne (WT-1, WT-2, WT-4 i WT-5 z 2010 r.) bdce aplikacj norm

europejskich.

Wczeniej cytowano okrelenia wedug PN-87 S-02201 Drogi

samochodowe. Nawierzchnie drogowe. Podzia, nazwy, okrelenia i Dz. U.

nr 43 poz. 430 Rozporzdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej

z 02.03.1999 r. w spawie warunkw technicznych jakim powinny odpowiada

drogi publiczne i ich usytuowanie.

Zakadano, e zaczniki do Dz. U. nr 43 z 1999 r. bd wymieniane ale nie

stosowano tej zasady. Mona wic mie wtpliwoci czy zaczniki stanowi

dokument nadrzdny np. dla wytycznych i katalogw, a zwaszcza dla wymaga

technicznych (WT).

Terminologia przyjta w WT-1, WT-2, WT-4 i WT-5 z 2010 r. moe by

nadrzdn w przypadku notyfikacji wymaga przez organ Komisji Europejskiej.

Rozporzdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 2 marca

1999 r. zakoczone jest przepisami przejciowymi i kocowymi. W ostatnim

paragrafie Rozporzdzenia (196) zawarte jest stwierdzenie, e:

Rozporzdzenie wchodzi w ycie po upywie 14 dni od dnia ogoszenia

z wyjtkiem ust.4 w zaczniku nr 6, ktry wchodzi w ycie po upywie 5 lat od

dnia ogoszenia. Zaczniki nr 4 i 5 wedug rozporzdzenia pozostaj w cisym

zwizku z Katalogiem typowych konstrukcji nawierzchni podatnych

14

i psztywnych - dotychczasowym z 1997 r. i proponowanym w 2012 roku.

Rwnoczesna nowelizacja Katalogu i co najmniej dwch zacznikw w Dz. U.

nr 43 z 1999 r. przyspieszyaby procedury formalno-prawne.

W przedmowie do wersji roboczej "Katalogu typowych konstrukcji

nawierzchni podatnych i psztywnych", opracowanym w Katedrze Inynierii

Drogowej Politechniki Gdaskiej w 2012 r. podano, e typowe konstrukcje

zaproponowano w oparciu o kryteria zmczeniowe nowych metod

mechanistyczno-empirycznych (AASHTO 2004 tzw. MEPDG i metody

francuskiej). Obliczenia porwnano z typowymi nawierzchniami w Austrii,

Francji, Niemiec i z metod wymiarowania w Wielkiej Brytanii.

Do nowelizowanego Katalogu wprowadzono nowe normy i wymagania

techniczne. Zwikszony zosta dopuszczalny ciar osi pojedynczych

i wielokrotnych oraz wspczynniki przeliczeniowe pojazdw cikich,

zmieniono wymagania dotyczce materiaw drogowych, wprowadzone zostay

nowe materiay oraz zalecenie stosowania materiaw lokalnych i z recyklingu.

Katalog zawiera take propozycje metod przeciwdziaania spkaniom odbitym

w nawierzchniach psztywnych.

Okrelone zostay ponadto podstawowe zmiany w stosunku do Katalogu

z 1997 r., zakres stosowania Katalogu i ograniczenia oraz definicje, schematy

i terminologie warstw konstrukcji nawierzchni. W zakoczeniu podano przepisy

i normy zwizane, instrukcje, wytyczne, katalogi krajowe i zagraniczne,

powoane zostay WT-1, WT-2, WT-4 i WT-5 z 2010 r.

Naley jednak zauway, e w WT-4 i WT-5 podany jest schemat

konstrukcji nawierzchni, ktry rni si od proponowanego przez autorw

nowelizacji Katalogu [2].

Wykonawcy nawierzchni drg samorzdowych stosuj si do Wymaga

Technicznych WT-2 z 2008 r. Nawierzchnie asfaltowe na drogach

publicznych rekomendowanych przez Ministra Infrastruktury po uzyskaniu

pozytywnej opinii Staej Komisji Rekomendacji. W wymaganiach tych

podano midzy innymi nowe okrelenia (str. 1517) skrty i symbole

(str. 1718) oraz schematy i terminologi stosowan w konstrukcji nawierzchni

w wykopie i nasypie (na rysunkach 1 i 2). Niezbdne s w zwizku

z wprowadzeniem nowych norm PN-EN, dalsze nowelizacje WT. Nie powinny

one powodowa, zdaniem autora, zmian terminologii, ktra pocztkowo bya

konieczna.

W kwietniu 2013 r. zamieszczone zostay na stronie GDDKiA propozycje

kolejnej nowelizacji WT-1 i WT-2, ktrych rekomendacja planowana jest przez

Generalnego Dyrektora.

Nastpne nowelizacje (WT-1 i WT-2) powinny zachowa schematy

i technologi warstw konstrukcji nawierzchni z uwzgldnieniem spjnoci

z nazwami w proponowanym Katalogu lub korekt terminologii przed jego

zatwierdzeniem.

15

Niead i brak spjnoci oraz propozycje zmian terminologii, wynikajce

take z odrbnoci podporzdkowania drg krajowych i samorzdowych

w Polsce s powszechnie krytykowane [1, 2]. O potrzebie notyfikacji WT pisz

take niektrzy autorzy publikacji na temat obowizkw i dobrowolnoci

stosowania norm.

Zmiany EN wprowadzane do PN-EN nie powinny jednak ogranicza

spjnoci w przyszej polskiej terminologii.

Projektowanie konstrukcji nawierzchni nowych i przebudowywanych

drg jest czsto realizowane szablonowo, podczas gdy ma ono znaczcy wpyw,

poza trwaoci nawierzchni, take na efekty ekonomiczne takie jak: koszty

budowy i eksploatacji drogi. Okrelenie liczby rwnowanych osi

standardowych (obliczeniowych) i wspczynnikw przeliczeniowych pojazdw

rzeczywistych zawarte w Katalogu z 1997 r. s ju nieaktualne. Zmieniy si

materiay i wymagania, take technologiczne. S warunki do powszechniejszego

stosowania recyklingu na przebudowywanych odcinkach drg samorzdowych

jak rwnie wzgldy techniczno-ekonomiczne dla indywidualnego

projektowania nawierzchni w okresie poprzedzajcym zatwierdzenie (po

uzgodnieniach), przygotowywanej wersji roboczej Katalogu z 2012 r.

Nie mona jednak oczekiwa, e w czasie wzrastajcej konkurencji

i wzgldnie niskich kosztw prac projektowych, moliwe bdzie obnienie

kosztw budowy wycznie dziki inwencji projektantw. Jednym z moliwych

sposobw moe by, zdaniem autora, przygotowanie specyfikacji przetargowych

na opracowanie projektu z wykorzystaniem zleconych wczeniej bada i prac

przedprojektowych. Ocena stanu istniejcej nawierzchni w przypadku

projektowania przebudowy drg powinna uwzgldni potrzeb wykonania

bada terenowych i laboratoryjnych. Badania ugi sprystych za pomoc belki

Benkelmana, wykonanie wcinki przy krawdzi lub odwierty wraz

z prawidowym opisem istniejcej konstrukcji nawierzchni i podoa

gruntowego w aspekcie potrzeb projektowania jej wzmocnienia oraz

opracowanie koncepcji wykonania (z uwzgldnieniem kosztw budowy),

powinno przynie korzystne efekty inwestorom. Skutki uproszcze i bdw

w projektowaniu ponosz w pierwszej kolejnoci wykonawcy robt. Wymierne

straty dla inwestorw mog wystpi w trakcie eksploatacji wykonanych

nawierzchni drg, zwaszcza w przypadku korzystania z funduszy unijnych.

Autor zrezygnowa z opracowania rozdziau dotyczcego projektowania

budowy i przebudowy nawierzchni ze wzgldu na brak zatwierdzonych nowych

wymaga. Po nowelizacji Katalogu i rozporzdze oraz uporzdkowaniu

niespjnej obecnie terminologii bd warunki speniajce oczekiwania

projektantw i inwestorw. Projektowaniu bdzie mona wwczas powici

wicej uwagi. Mona te mie nadziej, e okres przejciowy, w tym

dostosowanie si do przepisw unijnych, zakoczy si opracowaniem

nowoczesnych na miar XXI w. standardw projektowania drg w Polsce.

16

Monografia przeznaczona jest gwnie dla pracownikw zarzdw

drogowych oraz czciowo projektantw i studentw na kierunku budownictwo

(jako literatura pomocnicza). Kolejne jej rozdziay dotycz podoa, podbudw

i nawierzchni drogowych oraz niekonwencjonalnych materiaw i technologii.

W ostatnim rozdziale 6 dokonano przegldu nawierzchni wykonywanych

w XX w., wzmacnianych i poszerzanych obecnie.

Ograniczony zakres pracy, dotyczcej nawierzchni asfaltowych,

przeznaczonej dla wybranej grupy potencjalnych czytelnikw spowodowany jest

wzrastajc iloci wiedzy technicznej, specjalizacj i decentralizacj orodkw

decyzyjnych.

Bibliografia rozdzia 1.

1. Judycki J., Alenowicz J., Doycki B., Jaskua P., Pszczoa M.: Niead i bark spjnoci w polskiej terminologii nawierzchni podatnych

i psztywnych. Drogownictwo nr 11/2012

2. Judycki J., Alenowicz J., Doycki B., Jaskua P., Pszczoa M.: Propozycja zmian terminologii drogowych konstrukcji nawierzchni podatnych

i psztywnych i jej zastosowanie w nowym katalogu. Drogownictwo

nr 12/2012

3. Leko M.: Wybrane zagadnienia diagnostyki nawierzchni drogowych. Wydawnictwo Politechniki lskiej. Gliwice 1997 r.

4. Praca zbiorowa: Katalog wzmocnie i remontw nawierzchni podatnych i psztywnych. IBDiM. Warszawa 2001 r.

5. Para A. redakcja: Poradnik wynalazcy. Wydawca Urzd Patentowy Rzeczpospolitej Polskiej i Krajowa Izba Gospodarcza. Warszawa 2009 r.

6. Rafalski L. i zesp autorw: Eksploatacja drg. Studia i materiay, zeszyt 65. Wydawnictwo Instytutu Badawczego Drg i Mostw. Warszawa

2011 r.

7. Rozporzdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 2 marca 1999 r. w sprawie warunkw technicznych, jakim powinny odpowiada

drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz. U. nr 43/1999 r. poz. 430

8. Ustawa z dn. 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony rodowiska. Dz. U. nr 25 poz. 150 z 2009 r. (tekst jednolity).

9. Ustawa z dn. 21 marca 1985 r. o drogach publicznych. Dz. U. nr 19 poz. 115 z 2007 r. (tekst jednolity).

10. Wymagania techniczne WT-2. Nawierzchnie asfaltowe. Wydanie Instytutu Badawczego Drg i Mostw. Warszawa 2008 r.

11. Wymagania techniczne WT-1. Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwale na drogach krajowych.

Opracowane w IBDiM pod kierunkiem Sybilskiego D. do zarzdzenia

17

nr 102 Generalnego Dyrektora Drg Krajowych i Autostrad z 19 listopada

2010 r.

12. Wymagania techniczne WT-2. Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych Mieszanki mineralno-asfaltowe. Opracowane w IBDiM pod

kierunkiem Sybilskiego D. do zarzdzenia nr 102 Generalnego Dyrektora

Drg Krajowych i Autostrad z 19 listopada 2010 r.

13. Wymagania techniczne WT-4. Mieszanki niezwizane dla drg krajowych. Opracowane w IBDiM pod kierunkiem Kraszewskiego C. do zarzdzenia


2010 r.

14. Wymagania techniczne WT-5. Mieszanki zwizane spoiwem hydraulicznym dla drg krajowych. Opracowanie w IBDiM pod kierunkiem

Kraszewskiego C. do zarzdzenia nr 102 Generalnego Dyrektora Drg

Krajowych i Autostrad z 19 listopada 2010 r.

18

2. ULEPSZONE PODOE NAWIERZCHNI DROGOWYCH

2.1 Definicje i uwagi oglne

Podoem wg PN-87/S-02201 [9], jest grunt rodzimy lub nasypowy lecy

pod nawierzchni do gbokoci przemarzania, nie mniej jednak ni do

gbokoci, na ktrej naprenia pionowe od najwikszych obcie

uytkowych wynosz 0,02 MPa.

W Rozporzdzeniu [11] MTiGM z 2.03.1999 r. (Dz. U. nr 43 poz. 430)

okrelone zostay warunki oglne i dodatkowe dla podoa nawierzchni drogi,

sposoby jego wzmacniania (zakwalifikowanego do grupy nonoci), warunki

dotyczce odwodnienia i mrozoodpornoci podoa nawierzchni.

Podoe ulepszone jest warstw lub zespoem warstw lecych

bezporednio pod konstrukcj nawierzchni, gdy grunt rodzimy bd nasypowy

nie spenia warunku nonoci i/lub mrozoodpornoci [13] oraz umo1iwia

przejcie ruchu technologicznego i waciwe wykonanie nawierzchni [14].

Podoe ulepszone wg normy i WT [13, 14] zawiera moe warstw

odcinajc, warstw odsczajc i warstw wzmacniajc. Warstwy

odsczajca i wzmacniajca speniaj najczciej rwnie funkcj warstwy

mrozoochronnej, ktrej gwnym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed

skutkami wysadzin mrozowych.

Warstwa ulepszonego podoa wedug propozycji Katalogu Typowych

Nawierzchni Podatnych i Psztywnych z 2012 r. znajduje si pod konstrukcj

nawierzchni drogowej tj. pod jej warstw mrozoochronn. Definicja ta jest

zatem wsza od podanej w WT [13, 14], ktr przyjto jako podstaw dalszych

analiz w tej pracy.

Warstwa odcinajca o stosunkowo maej gruboci stosowana jest w celu

uniemoliwienia przenikania czsteczek podoa gruntowego do warstwy lecej

wyej, wykonanej z materiau rozdrobnionego. Brak warstwy odcinajcej jest

czsto przyczyn zanieczyszczenia czsteczkami podoa gruntowego na

spodzie dawniej wykonywanych warstw odsczajcych. Zanieczyszczona cz

warstwy nie powinna by zaliczana do warstwy mrozoochronnej.

Grubo warstwy ulepszajcej podoe gruntowe zaley gwnie od:

nonoci rodzimego lub nasypowego podoa gruntowego (G1, G2, G3, G4),

gbokoci przemarzania,

wskanika nonoci (CBR) warstwy ulepszajcej,

kategorii obcienia ruchem (KR),

rodzaju i gruboci konstrukcji nawierzchni.

19

Zwikszenie gruboci tej warstwy ponad wynikajc z warunku nonoci

moe by spowodowane potrzeb zapewnienia warunku mrozoodpornoci.

Ukad warstw nawierzchni podatnych i psztywnych podano w tabl. 2.1

Tabl. 2.1. Oglny schemat konstrukcji nawierzchni drogowej podatnej

i psztywnej wg WT-4 [13, 14]

Warstwa cieralna

Nawierzchnia Warstwa wica

Podbudowa zasadnicza Podbudowa

Podbudowa pomocnicza

Ulepszone podoe (warstwa odsczajca, odcinajca, wzmacniajca, mrozoochronna) Podoe

Podoe gruntowe

Czynna strefa podoa ulepszonego i naturalnego znajduje si pomidzy

spgiem podbudowy (pomocniczej) a w przyblieniu gbokoci przemarzania

(okoo 1,0 m od powierzchni jezdni w Polsce). Ulepszone podoe gruntowe

nawierzchni powinno mie odpowiedni nono a ponadto zapewnia funkcj

warstwy odcinajcej i mrozoochronnej.

Analizujc nono warstwy ulepszonego podoa uwzgldni trzeba

nono podoa naturalnego do gbokoci zamarzania, znajdujcego si

gbiej. Nono ta zmienia si wraz ze zmianami wilgotnoci gruntu

rodzimego, take z powodu rnicy temperatur, dziaania mrozu i odmarzania

gruntu.

W Szwajcarii przyjmowano np., e co czwarta zima powoduje zamarzanie

podoa naturalnego, a w RFN tylko co dziesita w przypadku nawierzchni dla

bardzo cikiego ruchu.

Podoe naturalne w Polsce zamarza czciej, powodujc wzrost

wilgotnoci, zwaszcza w czasie wiosennego odmarzania.

2.2 Sposoby oceny nonoci podoa

Ulepszone podoe powinno zapewni wymagan nono, ktra wedug

Dz. U. nr 43/1999 wynosi: E2=100 MPa dla obcienia ruchem KR1 i KR2 oraz

E2=120 MPa dla obcienia ruchem KR3 do KR6, gdzie E2 jest wtrnym

moduem odksztacenia (moduem sprystoci) wyznaczonym przez obcienie

pyt o rednicy D=300 mm. Sposb badania wtrnego moduu odksztacenia

(E2) nie budzi zastrzee w przypadku oceny nonoci naturalnego podoa lub

ulepszonego mieszankami niezwizanymi.

Pomidzy ugiciem sprystym wyznaczonym za pomoc belki

Benkelmanna a moduem sprystoci (E2) wystpuje odwrotna korelacja.

Naley przy tym zauway, e na ugicie spryste wpywa w wikszym stopniu

20

nono naturalnego podoa pod warstw wzmocnionego podoa ni na E2

(wedug wzoru i sposobu badania w Dz. U. nr 43/1999). Brak formalnych

podstaw i procedur do zastosowania ugiciomierza Benkelmanna lub np. pyty

dynamicznej FWD (z wykorzystaniem metody odwrotnych oblicze) dla

wyznaczenia E2 na powierzchni warstwy ulepszonego podoa, jest powodem

praktycznego stosowania innych, czstkowych ocen wykonanej warstwy

(grubo, wytrzymao i inne).

Charakterystyki dynamiczne nawierzchni drogowej i jej warstw (np. na

podstawie bada FWD) rni si od statycznie wyznaczanych dotychczas cech

ulepszonego podoa gruntowego.

CBR (California Bearing Ratio) kalifornijski wskanik nonoci jest

jednym z najduej stosowanych sposobw oceny nonoci. Wprowadzony

w okresie midzywojennym, sprawdzony take w czasie wojny przy budowie

lotnisk wojskowych, by modyfikowany w wielu krajach i jest rwnie obecnie

wanym kryterium dla ustalenia grupy nonoci podoa w Polsce.

Ocena tylko na podstawie konwencjonalnie wykonanych bada CBR moe

by w pewnych przypadkach zbyt korzystna. Wyniki naley wic porwna

z grup nonoci wg tabeli 2.3., w ktrej opisano rodzaj oraz stan gruntu podoa

i przyj wynik najmniej korzystny.

Przed oznaczeniem CBR naley wyznaczy granic pynnoci

i plastycznoci gruntu, wskanik piaskowy gruntw niespoistych, skad

ziarnowy, wilgotno optymaln i gsto objtociow szkieletu gruntowego

oraz kapilarno biern.

Przyczyn uzyskiwania zawyonych niekiedy wynikw CBR moe by

zbyt maa nasikliwo prbek zagszczonych przy wilgotnoci optymalnej

i nastpnie nawilanych. Z dowiadcze wiadomo, e np. grunty lessopodobne

w maym stopniu wchaniaj wod i mao pczniej, jeeli poddawane s

nasczaniu w wodzie natychmiast po zagszczeniu. Nasikliwo prbek

wczeniej czciowo wysuszonych lub np. z suchym lodem na ich grnej

powierzchni jest znacznie wiksza. Tylko w przypadku niekonwencjonalnych

bada mona uzyskiwa wilgotno w=2021%, ktr stwierdza si na wiosn

w podou z gruntw lessopodobnych.

Tablica 2.2. Grupa nonoci podoa w zalenoci od wskanika CBR gruntu [11]

Wskanik nonoci CBR*) [%] Grupa nonoci podoa nawierzchni

10 CBR G1

5 CBR < 10 G2

3 CBR < 5 G3

CBR< 3 G4

*) Badanie wskanika nonoci CBR zgodnie z Polsk Norm, lecz po czterech dobach nasycania wod.

21

Tablica 2.3. Grupy nonoci podoa w zalenoci od rodzaju gruntu gruntw warunkw

wodnych [11]

Rodzaj gruntw podoa

Grupa nonoci podoa dla

warunkw wodnych

dobrych przecitnych zych

Grunty niewysadzinowe: rumosze (niegliniaste),

wiry i pospki, piaski grubo-, rednio-

i drobnoziarniste, ule nierozpadowe.

G1 G1 G1

Grunty wtpliwe: piaski pylaste. G1 G2 G2

Grunty wtpliwe: zwietrzeliny gliniaste

i rumosze gliniaste, wiry i pospki gliniaste. G1 G2 G3

Grunty mao wysadzinowe*): gliny zwize, gliny

piaszczyste i pylaste zwize, iy, iy piaszczyste i pylaste.

G2 G3 G4

Grunty bardzo wysadzinowe1): piaski gliniaste, pyy

piaszczyste, pyy, gliny, gliny piaszczyste i pylaste,

iy warwowe.

G3 G4 G4

*) W stanie zwartym, pzwartym lub twardoplastycznym (IL 0,25).

Modu odksztacenia pprzestrzeni obcionej pyt sztywn mona

wyznaczy ze wzoru:

s

pDE

2

0

1 (2.1)

gdzie:

v wspczynnik Poissona (v=0,200,35),

wspczynnik ksztatu pyty (=0,79 dla pyty koowej),

D rednica pyty obciajcej,

p przyrost obcienia,

s przyrost przemieszcze (osiada) pyty.

Modu odksztacenia wg PN-S-02205 z 1998 r. ( roboty ziemne) oraz DIN

18134, obliczano ze wzoru:

s

pDE

4

30 (2.2)

W normie z 1984 r. dotyczcej podbudowy z tucznia oraz w normie

dotyczcej kruszywa stabilizowanego mechanicznie z 1997 r., wyznaczano

moduy ze wzoru (przyjmujc zakres obcienia 0,250,35 MPa):

22

s

pDE

0 (2.3)

Zakres obcie (p) w przypadku wtrnego obcienia podoa koow

pyt sztywn D=300 mm wynoszcy od 0,05 do 0,15 MPa moe by waciwy

dla naturalnego i ulepszonego podoa, gdy wzmacniajca warstwa

charakteryzuje si wskanikiem nonoci CBR25%. Stopie obcienia

powinien by wikszy, wynoszcy co najmniej 0,250,35 MPa, gdy warstwa

wzmacniajca podoa wykonana jest z kruszywa amanego, stabilizowanego

mechanicznie.

Gdy warstw wzmacniajc podoe jest grunt stabilizowany cementem

o gruboci h15 cm, zbdne jest badanie moduu odksztacenia za pomoc pyty

D=300 mm, gdy w pierwszej fazie pracy warstwy tj. przed jej spkaniami,

wyniki zawsze bd korzystne (E0>120 MPa) pomimo, e sztywna pyta moe

przemieszcza si czciowo wzgldem warstwy.

Ocena nonoci ulepszonego podoa za pomoc wtrnego obcienia pyt

D=300 mm wykonywana jest przed uoeniem kolejnej warstwy tj. w celu

odbioru robt zanikajcych.

Korzystne wyniki badania nonoci mog by spowodowane take dobrymi

warunkami wodnymi pod ulepszonym podoem.

Ocena zagszczenia, polegajca na obliczeniu ilorazu z wtrnego

i pierwszego obcienia:

0,22,21

2 E

E (2.4)

Stosowana jest od dawna i nie budzi wikszych wtpliwoci w przypadku

gruntw.

Wskanik odksztacenia podoa gruntowego: I0= E2/El w zalenoci od

rodzaju gruntu powinien wynosi:

I0 < 2,2 dla piaskw, pospek, kruszyw amanych,

I0 < 2,0 dla gruntw spoistych,

I0 < 4,0 dla gruntw kamienistych i rumoszy.

Do oceny nonoci i zagszczenia podoa stosuje si take lekk pyt

dynamiczn (ugiciomierz udarowy). Mae wymiary i ciar przyrzdu oraz

krtki czas wykonania badania s jego zaletami. Sprzt mona atwo

wykorzysta m.in. w celu oceny jednorodnoci podoa pod wzgldem nonoci

23

i zagszczenia, do oceny zasypki w przekopach, nonoci podoa gruntowego

w otworach badawczych itp.

Badanie polega na krtkotrwaym impulsie poprzez uderzenie obcinikiem

opadajcym z wysokoci h na pyt naciskow ustawion na powierzchni gruntu.

Dynamiczny modu odksztacenia gruntu oblicza si ze wzoru:

DD

DD

uu

rE

5,225,1

(2.5)

gdzie:

r rednica pyty naciskowej cm,

D= 0,1 MPa maksymalne naprenie pod pyt,

uD rednie osiadanie pyty naciskowej obliczone z 3 uderze

badawczych wykonywanych po 3 uderzeniach wstpnych

(bez pomiaru uD) mm.

Grubo jednorodnej warstwy gruntu powinna wynosi 0,30,5 m.

Urzdzenie pomiarowe jest w peni zautomatyzowane i moe by ustawione

np. w maej odlegoci od krawdzi pyty.

Zastosowanie lekkiej pyty dynamicznej do oceny zagszczenia wymaga

jednak przeprowadzenia cechowania przyrzdu (np. przez Federalny Urzd

ds. Drogownictwa BASt) .

Dynamiczne moduy sprystoci gruntw mog by znacznie wiksze od

moduw odksztacenia wyznaczonych w warunkach doranych, krtkotrwaych

obcie, zwaszcza w przypadku duej wilgotnoci gruntw spoistych:

glin ED= ( 1,5 2,0) Es ,

piaskw gliniastych ED= ( 1,3 1,7) Es ,

piaskw i wirw ED= ( 1,1 1,4) Es .

Dynamiczny sposb obcie w badaniach FWD umoliwia

wyznaczenie metod odwrotnych oblicze moduw sprystoci wszystkich

warstw, w tym take podoa gruntowego (wg procedur odwrotnych do

projektowania). W przypadku analizy modelu dwuwarstwowego, w ktrym

warstw doln jest pprzestrze sprysta o module E1, a grn konstrukcja

nawierzchni o module E2, dokadno oblicze wzrasta wraz ze wzrostem

moduw podoa E1 [1, 2].

Analiza modelu 3-warstwowej pprzestrzeni sprystej wykonana przez A.

Szyd [12] w celu identyfikacji moduw podoa umoliwia ustalenie

nastpujcych wnioskw:

w przypadku konstrukcji nawierzchni z warstwami o maych moduach (np. nawierzchnie asfaltowe na podbudowach tuczniowych) obliczony

24

modu podoa stabilizuje si, dla przemieszcze zarejestrowanych

w odlegoci ok. 1,0 m od osi obcienia,

w przypadku warstw o duych moduach (np. nawierzchnie betonowe na podbudowach z chudego betonu) modu podoa stabilizuje si dla

przemieszcze zarejestrowanych w odlegoci ok. 2,5 m od osi

obcienia.

Na nono strefy czynnej podoa (w przyblieniu do gbokoci

zamarzania), obliczon z bada FWD, mog mie wpyw gbiej pooone

warstwy gruntu a take zmieniajce si warunki wodne. Wpyw zawartoci

wody w gruncie jest zasadniczo rny w przypadku obcie dynamicznych

FWD i doranych obcie pyt D=300 mm w celu wyznaczenia pierwotnego

i wtrnego moduu odksztacenia.

Rnice pomidzy dynamicznym i statycznym moduem odksztacenia s

mae tylko w przypadku podoa z gruntw ziarnistych (piaskw lub wirw).

Pod warstw wzmocnionego podoa, np. pod dawniej wykonywan

warstw odsczajc z piasku, znajduj si stosunkowo czsto grunty spoiste

o zmieniajcej si wilgotnoci w rnych porach roku. W tym przypadku

naleaoby przyporzdkowa rne wartoci moduw odksztacenia wtrnego

lub moduw obliczonych z bada FWD dla rnych wilgotnoci.

Modu odksztacenia (podatnoci), wyznaczany jest ze wzoru:

s

pDM

(2.6)

gdzie:

p przyrost napre (najczciej od 0,05 MPa do 0,15 MPa)

s przyrost osiada [mm]

D rednica pyty [mm].

Modu odksztacenia wyznaczony na podstawie siecznej (krzywej

obcienia o zmiennej krzywinie) zaley m.in. od rodzaju gruntu, jego

zagszczenia i wilgotnoci, a take przyjtej pocztkowej wartoci napre

(0,05 MPa) i p.

Zakadajc, e M=const dla zaoonych umownie p, mona byoby wzr

przeksztaci nastpujco:

D p

sconst

gdzie:

p

s=k dla zaoonej s = 127 mm, oraz D k const i k76=0,4k30

25

Wspczynnik reakcji podoa k [MN/m3] zaley wic od rednicy (D)

pyty obciajcej i charakteryzuje podoe pod nawierzchniami sztywnymi.

Modu sprystoci (Es) wyznaczany by wczeniej w Polsce z krzywych

odprenia ze wzoru:

s

pDE

2

0

1

4

(2.7)

Stosowano kilka cykli wzrastajcych stopniowo obcie i odcie,

a modu sprystoci wyznaczano na podstawie prostej aproksymowanej metod

najmniejszych kwadratw.

Modu sprystoci zastpuje si obecnie wtrnym moduem odksztacenia,

ktry oznacza si przy drugim obcieniu pyt o rednicy D300 mm. Badanie

wykonuje si w zakresie 00,25 MPa dla pierwszego obcienia co 0,05 MPa.

Wartoci moduu powinny by wyznaczone dla przyrostu obcienia od 0,05

MPa do 0,15 MPa po drugim obcieniu.

2.3 Kryteria oceny nonoci podoa

Podatne i psztywne konstrukcje nawierzchni, pracujce w fazie

sprystych odksztace speniaj warunek, e w adnej z warstw w tym

rwnie w podou nie wystpuje stan graniczny tj. taki, gdy koo graniczne

Mohra jest styczne do prostej Coulomba.

Rwnanie stanu granicznego, wyprowadzone z wymienionego warunku

wyraa wzr:

tgn

maxsincos2

13131

(2.8)

gdzie:

1 i 3 maksymalne i minimalne naprenia gwne,

n efektywne naprenie normalne,

kt tarcia wewntrznego,

c kohezja,

naprenie cinajce.

Stan graniczny w przypadku statycznych obcie zewntrznych i ciaru

nawierzchni moe by sprawdzony w oparciu o wyniki bada oraz

c wykonanych z uwzgldnieniem warunkw pracy podoa. Skonsolidowane

grunty przed cinaniem charakteryzuj si wikszym oporem ni grunty

nieskonsolidowane. cinanie w laboratorium, bez wstpnej konsolidacji

dotyczy powinno gruntw w podou nawierzchni drogowych. Stan graniczny

26

moe wystpi zwaszcza w przypadku istniejcych nawierzchni podatnych

o maej nonoci, ktre chronione s niekiedy administracyjnie w czasie

wiosennego odmarzania podoa poprzez ograniczanie ruchu pojazdw

ciarowych .

Sprawdzenie stanu granicznego zastpiono w przypadku nawierzchni

przeznaczonych dla lekkiego ruchu poprzez porwnanie maksymalnych

napre ciskajcych w podou (z) z wartociami dopuszczalnymi, ktre

w katalogu opracowanym w Bratysawie w 1981 roku obliczano ze wzoru:

N

Ezdop

log7,01

10346,03,1

2

(2.9)

gdzie:

E modu sprystoci podoa,

N liczba pojazdw porwnawczych na pas w okresie eksploatacji.

W przypadku nawierzchni pozostaych drg stosowano wzr jak wyej,

lecz bez wspczynnika zwikszajcego 1,3. Naprenia dopuszczalne s

mniejsze, gdy obliczane s ze wzoru Klompa:

N

Edzdop

log7,01

106,0 2

(2.10)

gdzie:

Ed modu sprystoci podoa w warunkach obcie dynamicznych,

N cakowita liczba obcie w okresie eksploatacji.

Odksztacenia z w podou gruntowym nie powinny przekracza wg

wytycznych RFN przyjtych w 70-tych latach [8]:

z 4,110-4

w przypadku ruchu b. cikiego i cikiego,

z 4,710-4

dla ruchu redniego,

z 6,510-4

dla ruchu lekkiego i b. lekkiego

Po obliczeniu napre z , x , y w podou, odksztacenie wyznacza si

ze wzoru:

yxzd

zE

1

(2.11)

27

W przypadku gruntw ziarnistych pod warstw stabilizowan spoiwem lub

lepiszczem mona oblicza z1 ze wzoru:

d

zz

E

11

2

(2.12)

W przypadku gruntu bezporednio pod warstw oraz na wikszych

gbokociach, gdy x i y 0

d

zz

E

2 (2.13)

Dopuszczalne odksztacenie wg metody Shella zapocztkowanej w 70-tych

latach oblicza si ze wzoru:

24,02108,2 Ndopz (2.14)

gdzie:

N liczba osi porwnawczych 80 kN/o/pas w okresie eksploatacji

nawierzchni.

Modu sprystoci podoa w metodzie Shella mona wyznaczy na

podstawie bada CBR ze wzoru:

CBREs 10 (2.15)

gdzie:

Es modu sprystoci [MPa],

CBR kalifornijski wskanik nonoci [%].

Kryterium odksztacenia strukturalnego nawierzchni, stosowane

w metodach mechanistycznych, opiera si na zaoeniu, e pomidzy

dopuszczaln liczb powtarzalnych obcie N ( do powstania faktycznej

deformacji 12,5 mm) a odksztaceniem grnej powierzchni podoa wystpuje

zaleno [4, 7]:

m

pn

k

1 (2.16)

gdzie:

Nf liczba obcie w okresie eksploatacji, powodujca krytyczn

deformacj strukturaln nawierzchni,

k=1,0510-2

, m=0,223 wspczynniki dowiadczalne.

28

Do wyznaczenia moduu sprystoci podoa gruntowego przy

wymiarowaniu nawierzchni metod mechanistyczn mona stosowa wzr

TRRL:

64,06,17 CBREsub (2.17)

gdzie:

Esub modu sprystoci podoa gruntowego [MPa],

CBR kalifornijski wskanik nonoci [%].

Mechanistyczne metody wymiarowania nawierzchni drg samorzdowych

mog by stosowane tylko w szczeglnych przypadkach.

2.4 Mrozoodporno

Ocena mrozoodpornoci moe dotyczy materiau, w tym gruntu podoa

oraz konstrukcji nawierzchni. Mrozoodporno konstrukcji nawierzchni, czyli

jej stopie wraliwoci na nierwnomierne wysadziny, ktre powstawa mog

w podou, zaley nie tylko od cech podoa, ale take m.in. od sztywnoci

warstw konstrukcji nawierzchni.

W katalogach konstrukcji nawierzchni podatnych i psztywnych oraz

w Dz. U. nr 43 z 1999r. zastpiono dawniejsze okrelenie i stosowane take

obecnie np. w RFN terminem mrozoodporno podoa", ktry jest wg autora

zaweniem problemu.

W katalogu RStO86, uzupenionym w 1989 r. w RFN [10] stosowana jest

nazwa warstwy mrozoochronnej, ktrej w Polsce odpowiada nazwa podoe

ulepszone.

Szkody mrozowe powodowane odksztaceniami wystpujcymi w czasie

powstawania wysadzin, a nastpnie odmarzaniem i powrotem do stanu z lata, s

wynikiem dziaania wielu czynnikw klimatycznych, gruntowo-wodnych

(w tym zmian wilgotnoci w czasie jesieni), obcienia ruchem, gruboci

i szybkoci zamarzania warstwy wysadzinowego podoa. Powolny spadek

temperatury i dua wilgotno zamarzajcego podoa sprzyja intensywnemu

przepywowi wody. W temperaturze niszej od -3C zamarza znaczna cz

wody bonkowej i jej przepyw przez grunt zamarznity praktycznie ustaje.

Nierwnomierny rozkad soczewek lodowych w zamarzajcym podou

i zrnicowana gboko zamarzania powoduj, rwnoczenie ze zmian

rzdnych jezdni, wystpowanie lokalnych deformacji.

Rwno nawierzchni w czasie zimy moe wic rni si zasadniczo od

jej rwnoci w czasie lata. Zwaszcza pomiary rwnoci wykonywane wiosn,

29

gdy rzdne nawierzchni zmieniaj si w wyniku ponownej konsolidacji

zamarznitej w czasie zimy warstwy wysadzinowego podoa, mog rni si

od uzyskiwanych latem i w jesieni. Nie nale do wyjtkowych przypadki bada

wykonywanych w ramach SOSN, e rwno nawierzchni bya korzystniejsza

od wczeniej pomierzonej na tej samej warstwie cieralnej.

Pomiary gruboci konstrukcji nawierzchni np. na podstawie odwiertw,

powinny umoliwia take ocen ich stopnia mrozoodpornoci.

Warunek mrozoodpornoci konstrukcji nawierzchni tylko porednio by

uwzgldniany przy projektowaniu nowych nawierzchni w Polsce do poowy lat

70-tych XX wieku i w bardzo maym stopniu dotyczy projektowanych take

obecnie wzmocnie, gdy projektanci koncentruj si czsto tylko na

zapewnieniu warunku nonoci.

Miarodajn warto wskanika mrozowego, skorelowanego z gbokoci

zamarzania, wg propozycji szwajcarskich ustala si jako redni warto z trzech

najciszych zim w cigu 30 lat. W byej CSRS opracowano i umieszczono

w katalogu map wartoci Wm(01), ktrej podstaw byy obserwacje

meteorologiczne w latach 19501970. Wskanik mrozowy najniekorzystniejszy

co 10 lat zmienia si na terenie Czech i Sowacji w przedziale Wm(01) =

4001000 [0Cdni]. W przypadku lekkiego ruchu przyjmuje si jako miarodajn

co 4 zim.

W Niemczech wyrnia si trzy strefy oddziaywania mrozu:

I-sza strefa obejmuje pnocno-zachodnie Niemcy (Roztok, Hamburg, Aachen),

II-ga strefa obejmuje pnocno-wschodnie Niemcy (Berlin),

III-cia strefa obejmuje poudniowo-wschodnie Niemcy (Erfurt, Drezno,

Monachium).

W zalenoci od warunkw lokalnych, wynikajcych z otoczenia drogi, jej

pooenia i sposobu projektowania (wykop, nasyp, przekrj odcinkowy) zaleca

si zwikszenia lub zmniejszenia gruboci konstrukcji nawierzchni, jak

w tablicy 2.4.

W Polsce przyjto minimaln grubo konstrukcji nawierzchni (wraz

z ulepszonym podoem) w zalenoci od gbokoci przemarzania (Hz)

przyjmowanej na podstawie strefy klimatycznej (rys. 2.1.), kategorii obcienia

ruchem (KR) i grupy nonoci podoa naturalnego (G) wedug tabl. 2.5.

Pooenie drogi i warunki wodne powinny by uwzgldniane w przyjtej do

oblicze grupie nonoci podoa (G1G4).

30

Tablica 2.4. Zwikszenie lub zmniejszenie gruboci [cm] warstwy mrozoochronnej

w zalenoci od warunkw lokalnych [5]

Lp. Warunki lokalne (miejscowe) A B C D E

1.1

1.2

1.3

Wpyw

oddziaywania mrozu

Strefa I 0

Strefa II +5

Strefa III +15

2.1

2.2

2.3

Pooenia nad

lub pod terenem

Wykop, przekrj odcinkowy, nasyp < 2 m

+5

Na wzniesieniu lokalnym 0

Nasyp > 2 m -5

3.1

3.2

Pooenie drogi

Na pnocnym stoku w cieniu

+5

Pozostae (zwyczajne) 0

4.1

4.2

Warunki

wodne

Niekorzystne +5

Korzystne 0

5.1

5.2

5.3

Teren (jego

uzbrojenie) obok krawdzi

jezdni (cieki

rowerowe, chodniki itp.)

W terenie niezabudowanym,

w zabudowie bez urzdze

odwadniajcych

0

W zabudowie z czciowym

odwodnieniem -5

W zabudowie

z urzdzeniami odwadniajcymi

-10

Tablica 2.5. Najmniejsza grubo warstw konstrukcji nawierzchni i ulepszonego

podoa [11]

Kategoria obcienia ruchem

Grupa nonoci podoa z gruntw wtpliwych i wysadzinowych

G1 i G2 G3 G4

KR1 0,40 Hz *) 0,50 Hz 0,60 Hz

KR2 0,45 Hz 0,55 Hz 0,65 Hz

KR3 0,50 Hz 0,60 Hz 0,70 Hz

KR4 0,55 Hz 0,65 Hz 0,75 Hz

KR5 0,60 Hz 0,70 Hz 0,80 Hz

KR6 0,65 Hz 0,75 Hz 0,85 Hz *) Hz oznacza gboko przemarzania gruntw, przyjmowan zgodnie z Polsk Norm

31

Rys. 2.1. Gboko przemarzania gruntu w zalenoci od strefy klimatycznej

w Polsce [3]

Warunki wodne zale od pooenia ZGW, wysokoci nasypw

i gbokoci wykopw (tabl. 2.6).

Tablica 2.6. Opis warunkw wodnych w zalenoci od wystpowania ZWG [11]

Charakterystyka

Warunki wodne w wypadku wystpowania swobodnego zwierciada wody

< 1 m od 1 m do 2 m > 2 m

Wykopy 1 m a) ze przecitne przecitne

b) ze przecitne dobre

Nasypy 1 m a) ze przecitne przecitne

b) przecitne przecitne dobre

Wykopy >1 m a) ze przecitne dobre

b) przecitne przecitne dobre

Nasypy >1 m a) ze przecitne dobre

b) przecitne dobre dobre

Oznaczenia:

a) nie utwardzone pobocza b)utwardzone i szczelne pobocza oraz dobre odprowadzenia wd powierzchniowych

32

2.5 Sposoby ulepszania podoa

Wymiana warstwy gruntu podoa na materia niewysadzinowy o wskaniku nonoci CBR25% umoliwia jednoczenie spenienie warunku

mrozoodpornoci, gdy gruboci warstw powinny wynosi [11]:

25 cm na podou G2,

40 cm na podou G3,

60 cm na podou G4. Jeeli wystpuje konieczno odwodnienia podoa nawierzchni, naley

wykona warstw odsczajc z materiaw mrozoodpornych o wspczynniku

filtracji K8 m/dob, speniajc warunek:

585

15 d

D (2.18)

gdzie:

D15 wymiar boku oczka sita w mm, przez ktre przechodzi 15% ziaren

warstwy odcinajcej,

d85 wymiar boku oczka sita w mm, przez ktre przechodzi 85% czstek

gruntu podoa,

Wymieniana warstwa spenia take zadanie warstwy odcinajcej i powinna

by wykonywana na caej szerokoci korony drogi.

Moliwe jest zmniejszenie gruboci warstwy w przypadku wzmocnienia jej

geosyntetykiem (geowknin lub geotkanin), speniajc warunek:

2,190

50 O

d (2.19)

gdzie:

d50 wymiar boku oczka sita w mm, przez ktre przechodzi 50% ziaren

gruntu podoa,

O90 umowna rednica porw geowkniny odpowiadajca wymiarom

frakcji gruntu podoa zatrzymujcego si geowkninie w iloci 90%;

warto parametru O90 powinna by podawana przez producenta

geowkniny.

W przypadku zastosowania materiau o wysokim wskaniku nonoci

mona odpowiednio zmniejszy grubo warstwy. Zwikszenie gruboci

wymagane jest, gdy 25%>CBR 20%.

Mieszanki niezwizane do ulepszania podoa wg WT-4 s materiaem

ziarnistym, zazwyczaj o okrelonym skadzie ziarnowym (od d=0 do D),

33

wytworzonym z kruszyw naturalnych, sztucznych, z recyklingu lub mieszanki

tych kruszyw. Wymagania wobec kruszywa oparte s na PN-EN 13 242.

Zawarto pyw w mieszance w przypadku sabych kruszyw (np. z recyklingu)

wyznacza si po 5-krotnym zagszczeniu sposobem Proctora.

Mieszanki kruszyw do ulepszenia podoa wg WT-4 powinny

charakteryzowa si wskanikiem nonoci po nasczaniu w wodzie min. 96

godz. CBR35%, a gdy speniaj funkcj wzmocnienia podoa CBR40%.

W celu obliczenia gruboci warstwy, niezbdnej dla uzyskania wtrnego

moduu odksztacenia na jej powierzchni Ez=100 MPa lub Ez=120 MPa mona

wykorzysta nomogramy wg [2, 6], przyjmujc moduy sprystoci podoa

i warstw wzmacniajcych np. ze wzoru (2.15), gdy znane s wielkoci CBR.

Sposoby wzmacniania podoa gruntowego zalecaj take Wytyczne

z 2002 r. [15].

Granice uziarnienia wedug WT-4 podano na rys. 2.22.8.

Indywidualny dotychczas sposb projektowania ulepszonego podoa

bdzie zastpiony wyborem typowych rozwiza wedug projektu nowego

Katalogu.

Rys. 2.2. Mieszanka kruszyw 0/8 do grnej warstwy podoa ulepszonego [13]

0

15

47

90

100

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]

Wymiar oczek sita # [mm]

34

Rys. 2.3. Mieszanka kruszyw 0/11,2 do grnej warstwy podoa ulepszonego [13]


0

15

47

90

100

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


0

15

47

90

100

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


35



0

15

47

90

100

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


0

15

47

90

100

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


36



Zauwaalne s wskie granice uziarnienia mieszanek na sicie 0,063 mm od

0 do 15% oraz przedzia od 15% do 75% w czci rodkowej na sitach 1 mm,

2 mm, 4 mm.

0

15

47

90

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


0

15

47

90

15

75

87

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


37

W warstwie ulepszonego podoa wg WT-5 mog by stosowane

nastpujce mieszanki zwizane spoiwem hydraulicznym:

mieszanki zwizane cementem PN-EN 14227-1,

mieszanki zwizane ulem granulowanym PN-EN 14227-2,

mieszanki zwizane popioem lotnym PN-EN 14227-3(4),

mieszanki zwizane spoiwem drogowym PN-EN 14227-5. Normy PN-EN 14227-15 odnosz si do budowy i utrzymania drg

publicznych (w tytule WT-4 i WT-5 znajduje si odwoanie tylko do drg

krajowych ze wzgldu na organ wprowadzajcy do stosowania).

Mieszanki zwizane 0/31,5, 0/22,5, 0/16, 0/11,2 stosowane s gwnie do

podbudw i wyjtkowo do ulepszania podoa. Mieszanka zwizana cementem

0/8 mm zalecana jest do stosowania tylko dla kategorii ruchu KR1 i KR2.

Rys. 2.9 Uziarnienie mieszanki CBGM 0/8 [14]

Minimalna zawarto cementu w mieszance 0/2 mm, odpowiadajcej

grnej granicy uziarnienia powinna wynosi 5%, a w mieszance 0/8 mm co

najmniej 4% wg PN-EN 14227-1. Prbki walcowe, zagszczane ubijakiem

Proctora, powinny by przygotowane zgodnie z PN-EN 13286-50 i po 14 dniach

pielgnacji np. w wilgotnym piasku zanurzone w wodzie. Oprcz wytrzymaoci

na ciskanie, odpowiadajcej klasie C1,5/2 po 28 dniach twardnienia, prbki

powinny spenia warunek mrozoodpornoci, badanej po 14 cyklach

zamarzania. Klasa wytrzymaoci na ciskanie mieszanek zwizanych cementem

C1,5/2 do warstwy ulepszonego podoa nie moe by powodem duego wzrostu

6,5 12 14 15

28

45

85

100

15

75

88

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


38

CBR i moduu sprystoci w porwnaniu z ich wielkoci mieszanek

niezwizanych. Dotyczy to zwaszcza przypadku ulepszania podoa o grupie

nonoci G3 i G4.

Prezentowane wczeniej sposoby ulepszenia podoa nawierzchni wg WT-4

i WT-5 byy dotychczas stosowane tylko w regionach wystpowania

miejscowych kruszyw kamiennych. Dobre efekty uzyskuje si, gdy nono

naturalnego podoa jest do dobra. Modu sprystoci na powierzchni

ulepszonego podoa (E=100 lub 120 MPa) jest 24-krotnie wikszy od moduu

sprystoci gruntu, na ktrym wykonywana jest warstwa z kruszywa

niezwizanego. Zwikszenie gruboci warstwy powyej 30 cm moe by

niewystarczajce dla uzyskania wymaganej nonoci ulepszonego podoa, gdy

grunt podoa odpowiada grupie G4.

Zalety i wady stosowanych dotychczas sposobw ulepszania podoa

wg zalece Rozporzdzenia [11] s znane i nie budz wtpliwoci, gdy dotycz

budowy nawierzchni dla kategorii ruchu KR1 i KR2. Stabilizacja gruntw

cementem moe by nadal dobrym sposobem ulepszania podoa, zwaszcza

w warstwach o gruboci 25 cm, wykorzystywanych take do ruchu

technologicznego cikich pojazdw.

Indywidualne projektowanie ulepszonego podoa, z uwzgldnieniem

lokalnych warunkw i wczeniejszych dowiadcze, umoliwia inwestorom

i projektantom stosowanie optymalnych rozwiza take w zakresie kosztu

budowy.

Typizacja i standaryzacja podbudw implikuje np. szczegow

charakterystyk rnych mieszanek zwizanych, zamieszczonych w nastpnym

rozdziale, gdy jest to ich gwne przeznaczenie. Zaletami wykorzystania

mieszanek zwizanych do ulepszania podoa s ich rwnoczenie speniane

funkcje warstwy odcinajcej, wzmacniajcej i mrozoochronnej.

Mieszanki zwizane ulem granulowanym s w Polsce dotychczas

rzadko stosowane i tylko wyjtkowo do ulepszenia podoa. Wymagania

techniczne podaj 5 typw mieszanek A (A1, A2, A3, A4 i A5) oraz 9 typw

mieszanek B (B1-1, B1-2, B1-3, B1-4, B2 0/11,2, B2 0/16, B2 0/22,4, B3

i B4), w tym podaj ich krzywe uziarnienia. Wymagana jest od mieszanek klasa

nonoci CBR 50/25 lub CBR 30/25.

W WT-5 wymienia si i okrela wymagania dla 5 typw mieszanek

zwizanych popioami lotnymi. Wszystkie typy mieszanek posiadaj oddzielne

krzywe graniczne w zalenoci od rodzaju popiou lotnego krzemionkowego

i wapiennego. Typ 1 mieszanki posiada uziarnienie 0/31, 5; typ 2 0/11, 2, 0/16,

0/22,4; typ 3 0/11,2; typ uziarnienie deklarowane przez producenta, typ 5

w caoci skada si z popiou krzemionkowego i spoiwa.

Spoiwo drogowe, odpowiadajce aprobacie technicznej IBDiM, moe by

stosowane do zwizania mieszanek 4 typw wg WT-5, zwaszcza w warstwach

ulepszonego podoa.

39

Minimalna grubo warstwy ulepszonego podoa mieszank zwizan

wynosi [11]:

10 cm dla podoa G2,

15 cm dla podoa G3,

25 cm dla podoa G4. Ulepszone podoe z zastosowaniem wymiennych rodzajw rodkw

wicych, poza cementem, powinno posiada klas wytrzymaoci C0,4/0,5 po 42

dniach dojrzewania prbek.

Korzystne jest wykonywanie w/w warstwy na caej szerokoci korony

drogi. W przypadku, gdy ulepszenie jest wykonywane tylko na szerokoci jezdni

wymaga ono zwikszenia gruboci dla zapewnienia warunku mrozoodpornoci,

a take w celu jej udostpnienia dla ruchu w czasie budowy drogi.

Bibliografia rozdzia 2.

1. Firlej S.: Podoe drogowe wedug Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i psztywnych. Drogownictwo 7/1998

2. Firlej S.: Mechanika nawierzchni drogowej. Wydawnictwa Uczelniane Politechniki Lubelskiej. Lublin 2007 r.

3. Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i psztywnych. IBDiM, Warszawa 1997 r.

4. Katalog wzmocnie i remontw nawierzchni podatnych i psztywnych. IBDiM, Warszawa 2001 r.

5. Kukieka Jan, Kukieka Jerzy: Mrozoodporno konstrukcji nawierzchni. Konferencja naukowo-techniczna Utrzymanie i modernizacja drg i ulic.

Polanica Zdrj, 22-24 wrzenia 1999 r.

6. Kukieka Jan: Konstrukcje jezdni drogowych. Wydawnictwa Uczelniane. Lublin 1983 r.

7. Piat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. WK Warszawa 2002 r.

8. Praca zbiorowa. Handbuch des Straenbaus. Band 3. Springer-Verlag. Berlin 1997

9. PN/87/S 02201 Nawierzchnie drogowe. Podzia nazwy i okrelenia. 10. Richtlinien fr die Standardisierung des Oberbaus von Verkehrsflachen

RStO86. Ergnzte Fassung 1989

11. Rozporzdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 2 marca 1999 r. w sprawie warunkw technicznych, jakim powinny odpowiada

drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz. U. nr 43/1999 r. poz. 430

12. Szydo A.: Statyczna identyfikacja parametrw modeli nawierzchni lotniskowych. Prace Naukowe Instytutu Inynierii Ldowej Politechniki

Wrocawskiej. 1995 r.

40

13. Wymagania techniczne WT-4. Mieszanki niezwizane dla drg krajowych. Opracowanie w IBDiM pod kierunkiem Kraszewskiego C. do zarzdzenia


2010 r.

14. Wymagania techniczne WT-5 2010 r. Mieszanki zwizane spoiwem hydraulicznym dla drg krajowych. Opracowanie w IBDiM pod kierunkiem

Kraszewskiego C. do zarzdzenia nr 102 Generalnego Dyrektora Drg

Krajowych i Autostrad z 19 listopada 2010 r.

15. Wytyczne wzmacniania podoa gruntowego w budownictwie drogowym. IBDiM, Warszawa 2002 r.

41

3. PODBUDOWY

Podstawowe definicje wg [54, 55];

Podbudowa dolna cz konstrukcji nawierzchni drg suca do

przenoszenia obcie z ruchu na podoe. Podbudowa moe skada si

z podbudowy zasadniczej i pomocniczej. Obydwie warstwy mog by

wykonane w kilku warstwach technologicznych. W przypadku wzmacniania,

konstrukcj istniejcej nawierzchni drg uwaa si za podbudow.

Podbudowa zasadnicza warstwa zapewniajca przenoszenie obcie

z warstw wyej lecych na warstw podbudowy pomocniczej lub podoe.

Podbudowa pomocnicza warstwa, zapewniajca przenoszenie obcie

z warstwy podbudowy zasadniczej na warstw podoa. Podbudowa

pomocnicza moe skada si z kilku warstw o rnych waciwociach.

Wyrni mona w zalenoci od materiaw i technologii wspczenie

wykonywane podbudowy oraz wystpujce w istniejcych konstrukcjach

nawierzchni. Podbudowami przebudowywanych nawierzchni s te warstwy

nawierzchni nieulepszonych (tuczniowe, brukowe, wirowe) lub ulepszonych

(klinkierowe, z kostki kamiennej, z betonu cementowego).

Wymagania techniczne zawieraj opisy rnych mieszanek zalecanych do

podbudw, a w szczeglnoci:

mieszanek niezwizanych wg WT-4 z 2010 r.[54],

mieszanek zwizanych spoiwem hydraulicznym wg WT-5 z 2010 r.[55],

mieszanek mineralno-asfaltowych wg WT-2 [53] oraz kruszyw do tych mieszanek wg WT -1 z 2010 r. [52].

Wykorzystanie destruktu starych nawierzchni asfaltowych i niekiedy ich

podbudw z kruszyw, moliwe jest poprzez wykonanie recyklingu gbokiego.

Do podbudw z zastosowaniem odzyskanego materiau z nawierzchni zaliczane

s:

podbudowy z mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjne (MMCE),

podbudowy z mieszanek mineralnych z asfaltem spienionym (MMAsp),

podbudowy z betonu asfaltowo-cementowego (BAC).

W Polsce stosowano dotychczas [26]:

podbudowy pomocnicze z kruszywa amanego stabilizowanego mechanicznie ub tucznia kamiennego,

podbudowy pomocnicze z kruszywa naturalnego stabilizowanego mechanicznie,

podbudowy pomocnicze z gruntu lub kruszywa stabilizowanego spoiwem hydraulicznym,

podbudowy z ula wielkopiecowego,

podbudowy z chudego betonu,

42

podbudowy zasadnicze z betonu asfaltowego,

podbudowy z piasku otoczonego asfaltem. Recykling gboki na zimno z uyciem cementu, emulsji asfaltowej lub

asfaltu spienionego wykonywano najczciej na odcinkach drg krajowych.

Wykorzystywano czsto do podbudw lub ulepszenia podoa grunty

stabilizowane cementem w regionach ubogich w surowce do produkcji kruszyw

i kruszywa miejscowe.

Ogln charakterystyk nawierzchni i podbudw wykonywanych przed

1997 r. tj. do czasu opracowania Katalogu [25] podano w rozdziale 6.

Nowelizacja Katalogu sprzyja bdzie stosowaniu niektrych rodzajw

podbudw i materiaw do warstw wzmacniajcych, po opracowaniu nowego

Katalogu Wzmocnie [26].

Wymagania techniczne, dotychczasowe i nowelizowane katalogi s

zaleceniami, ktre nie wykluczaj moliwoci projektowania innych rozwiza.

Naley jednak uwzgldni to, e producenci kruszyw i innych materiaw

drogowych dostosowali si najczciej do wymaga PN-EN i dlatego

prezentowane bd w dalszej czci gwnie podbudowy speniajce zalecenia

wymienionych norm. Stabilizacja gruntw cementem w kilku regionach Polski

bdzie zapewne nadal stosowana.

Spord wielu wymaga dotyczcych podbudw szczeglne znaczenie ma

koszt budowy, trwao i nono w dugim czasie eksploatacji, moliwie maa

wraliwo na sporadyczne przecienia, jednorodno cech, odporno na

dziaanie wody i mrozu, zmiany temperatury i starzenie materiau.

Rwno poduna i poprzeczna podbudowy powinna speni wymagania

zblione do warstwy wicej, ktrej zespolenie z podbudow jest niezbdne,

podobnie jak wszystkich warstw nawierzchni. Dobra rwno kolejno

wykonywanych warstw jest warunkiem dla uzyskania rwnej powierzchni jedni.

Minimalna grubo warstw asfaltowych wzmacniajcych istniejc

konstrukcj nawierzchni wynosi 12 cm wg [26].

Typ konstrukcji nawierzchni zaley od materiau podbudowy, ktrej

grubo z podziaem na podbudow pomocnicz i zasadnicz jest zalena od

kategorii obcienia ruchem (KR). Ilo typowych konstrukcji jest w Polsce

wzgldnie maa i nie obejmuje warstw mrozoochronnych, zaliczanych do

ulepszonego podoa. Omwienie katalogw pominito w tym opracowaniu ze

wzgldu na niezbdn, planowan ich nowelizacj.

3.1 Podbudowy z mieszanek niezwizanych

Norma PN-EN 13285:2004 wprowadzia jednolit klasyfikacj wymaga

wobec mieszanek niezwizanych. Aplikacj normy do przepisw krajowych s

wymagania techniczne dla mieszanek niezwizanych, ktre dotycz dostaw

kruszyw naturalnych, sztucznych i z recyklingu, przeznaczonych do nawierzchni

43

drogowych. Powoania normatywne zawarte w WT-4 z 2010 r. dotycz

podbudw pomocniczych i zasadniczych.

W warstwach podbudowy pomocniczej mog by stosowane mieszanki:

0/31,5, 0/45 i 0/63. Graniczne krzywe uziarnienia mieszanek podano na rys. 3.1.

3.3., gdzie przez SDV okrela si obszar uziarnienia, w ktrym powinna si

mieci krzywa uziarnienia mieszanki (S) deklarowana przez dostawc

(producenta). Mona zauway, e dolna granica uziarnienia rozpoczyna si od

zera, co oznacza brak wymaga dotyczcych najmniejszej zawartoci pyw

w mieszance.

Gruboci podbudw zasadniczych z kruszywa amanego wedug wymaga

dotychczasowego Katalogu z 1997 r. s wiksze ni np. w Austrii, Francji

i Niemczech niezalenie od kategorii ruchu [21].

Rys. 3.1. Mieszanka niezwizana 0/31,5 mm do warstw podbudowy pomocniczej [54]

5 9

16 22

35

55

90

100

12

35 40

47

60

68

85

100

0 10

14

23

30

43

63

30 35

40

52

60

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]

Wymiar oczek sita # [mm] Wymiar oczek sita # [mm] - - - SDV

44

Rys. 3.2. Mieszanka niezwizana 0/45 mm do warstw podbudowy pomocniczej [54]

Rys. 3.3. Mieszanka niezwizana 0/63 mm do warstw podbudowy pomocniczej [54]

5 9 16

22

35

55

90

100

12

35 40

47

60

68

85

100

0 10

14

23

30

43

63

30 35

40

52

60

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


5 9 16

22

35

55

12

35 40

47

60

68

85

100

0

10 14

23

30

43

63

90

30 35

40

52

60

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


45

Wskanik piaskowy (SE) mieszanki powinien by wikszy od 40%

w przypadku podbudowy pomocniczej i wikszy od 45% dla podbudowy

zasadniczej, a deklarowana warto CBR 60% dla podbudowy pomocniczej

i CBR 80% dla podbudowy zasadniczej.

Mieszanki powinny mie wilgotno blisk optymalnej w czasie

zagszczania. Wykonawcy oczekuj niekiedy na opady deszczu przed

zagszczeniem, ktre w przypadku maej wilgotnoci mieszanki powoduj

widoczn na powierzchni nierwnomiern zawarto pyw, spowodowan

cieralnoci kruszywa w czasie waowania.

Do wykonania podbudowy zasadniczej stosowane s najczciej mieszanki

0/31,5. Uziarnienie mieszanki jak na rysunkach 3.4. 3.6. bada naley take po

piciokrotnym zagszczeniu metod Proctora, powodujcym zwikszenie

zawartoci pyw w mieszance w przypadku wystpowania sabych kruszyw.

Rys. 3.4. Mieszanka niezwizana 0/31,5 mm do warstw podbudowy zasadniczej [54]

5 9

16 22

35

55

90

12

35 40

47

60

68

85

100

0

10 14

23

30

43

63

30 35

40

52

60

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

zi p

rze

z si

to [

%]


46

Rys. 3.5. Mieszanka niezwizana 0/45 mm do warstw podbudowy zasadniczej [54]

Rys. 3.6. Mieszanka niezwizana 0/63 mm do warstw podbudowy zasadniczej [54]

Kruszywa z recyklingu tj. z przekruszonego betonu, muru, mieszanki

betonu, destruktu asfaltowego stanowi powinny tylko cz mieszanki.

W zaczniku A do WT-4 przyjto na przykad, e dodatek destruktu

asfaltowego do mieszanki powinien by 30% jej skadu.

5 9 16

22

35

55

90

12

35 40

47

60

68

85

100

0 10

14

23

30

43

63

30 35

40

52

60

77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0,0

63

0,1

25

0,2

5

0,5

1

2

4

5,6

8

11

,2

16

22

,4

31

,5

45

63

Po

zost

aje

na

sici

e [

%]

Prz

ech

od

Jerzy Kukiełka - bc.pollub.plbc.pollub.pl/Content/6043/PDF/nawierzchnie.pdf · 6.1 Charakterystyka...

Documents

Transcript of Jerzy Kukiełka - bc.pollub.plbc.pollub.pl/Content/6043/PDF/nawierzchnie.pdf · 6.1 Charakterystyka...