12
BK 8 Uszkodzenia nawierzchni drogowej i naprawa
(Konspekt na podstawie książki J. Piłata i P. Radziszewskiego Nawierzchnie asfaltowe WKŁ)
Rodzaje uszkodzeń
Uszkodzenia powstają od ruchu pojazdów i od czynników atmosferycznych.
Obciążenia są statyczne długotrwałe i powtarzające się krótkotrwałe dynamiczne od kół. Wartość zróżnicowana zależnie od pojazdów. Największe pochodzi od pojazdów ciężarowych i autobusów; inne mało istotne.
Poniżej pokazano jak siła obciążenia od koła G jest przekazywana na nawierzchnię. Tam działa siła pionowa P i pozioma (równoległa do nawierzchni) U. Nacisk rozkłada się poniżej na nawierzchnie i podłoże w sposób zależny od konstrukcji, np. od sztywności jej.
Układ sił działających na powierzchnię od obciążeń kołem
Wykres rozkładu nacisku od obciążenia kołem pojazdu na konstrukcję nawierzchni i na podłoże gruntowe
Naprężenia w podłożu gruntowym od obciążenia ruchem samochodowym przekazywanym na nawierzchnię o różnej sztywności
Jak wynika z rysunku powyżej, nawierzchnia podlega cyklicznym naprężeniom zmiennym ściskającym i rozciągającym. Najbardziej niebezpieczne śa naprężenia rozciągające w dolnej części warstw asfaltowych, co decyduje o zmęczeniu konstrukcji.
Wpływ środowiska polega zaś na działaniu energii cieplnej (zmienna temperatura) i tlenu z powietrza oraz zanieczyszczonej wody.
Wyróżnia się 5 form zniszczeń:
- deformacje (sfalowania i koleiny),
- spękania zmęczeniowe,
- spękania odbite,
- spękania indukowane termicznie,
- spękania powierzchniowe.
Rysunek poniżej ukazuje miejsca poszczególnych zniszczeń:
Typowe zniszczenia w konstrukcji nawierzchni drogowej
Odkształcenia nawierzchni podatnej pod obciążeniem koła samochodu
Odkształcenia trwałe
Są to: odciski (bieżnika podczas postoju), ślady, sfalowania ( w miejscach gdzie są częste zmienne prędkości), fałdy (przeważnie podłużne wzdłuż krawędzi jezdni, zgrubienia nawierzchni przez przepchnięcie mieszanki w warstwie ścieralnej i wiążącej) i koleiny ( z akumulacji trwałych od obciążeń).
Jest szereg czynników zmęczeniowych, które szczegółowiej są podane w literaturze w tabelach.
Spękania zmęczeniowe
Powstają od zmęczenia powtarzającym się obciążeniem. W dolnej strefie warstw są cykliczne naprężenia rozciągające, wyczerpujące trwałość zmęczeniową. Spękania powstają także na powierzchni na krawędzi śladu koła i postępują w głąb. Tak jest szczególnie przy konstrukcjach sztywnych i odpornych na okleinowanie.
Spękania zmęczeniowe mają formę spękań siatkowych o małych oczkach. Przy braku oporu pobocza mogą powstać spękania krawędziowe, najpierw zwykle równoległe do krawędzi.
Podatność na spękania zależy od doboru mieszanki mineralno – asfaltowej.
Badania wykazały, że nawierzchnie z grubymi warstwami asfaltowymi, a więc dla ruchu ciężkiego, muzą być budowane z mieszanek mineralno – asfaltowych o dużej sztywności, z zastosowaniem lepiszczy modyfikowanych o polepszonych właściwościach lepko – sprężystych. Zaś nawierzchnie cienkie z mieszanek bardziej podatnych.
Spękanie zmęczeniowe
Spękania termiczne
Pod wpływem temperatury mieszanki kurczą się lub rozszerzają. Przy oziębianiu górna nawierzchnia szybko kurczy się i gdy naprężenia od tego przekrocza pewną wartość powstają pęknięcia na powierzchni. Układ tych pęknięć i odległości miedzy nimi zależą od wielu czynników, jak: warunki atmosferyczne, okres eksploatacji, rodzaj i grubość nawierzchni bitumicznej, rodzaj podłoża…
Innym rodzajem są spękania termiczne zmęczeniowe, spowodowanych dziennymi zmianami temperatury w długim okresie.
Inne spękania to te, które powoduje ułożenie warstwy na podbudowie związanym spoiwem hydraulicznym, np. cementem, które ulegają większemu skurczowi. Występują też w tym przypadku pionowe osiadania (ugięcia) sąsiednich płyt. W tym przypadku pęknięcie następuje w dole warstw asfaltowych.
W warstwie ścieralnej następuje również pękanie spowodowane zamarzaniem wody w drobnych rysach powierzchniowych.
Naprężenia termiczne rozciągające w asfalcie przekraczające dopuszczalne
Spękania odbite
Spękania odbite powodowane wpływami termicznymi i obciążeniem ruchem samochodowym
Równość podłużna
Równość podłużna ma bezpośrednie odniesienie do komfortu jazdy. Nierówności powodują drgania pojazdu, powodują też przyśpieszoną degradację jezdni. Pomiar tych nierówności może odbywać się automatycznie sprzętem, który rejestruje nierówności, który wyznacza tak zwany wskaźnik IRI (Internationmal Roughness Index), określany w mm/m., lub w m/km pracy zawieszenia przy określonej stałej prędkości.
Głębokość kolein
Koleiny ograniczają bezpieczeństwo ruchu drogowego, szczególnie przy wyprzedzaniu, ograniczają też możliwość odprowadzania wód, co też jest bardzo niebezpieczne. Wielkość kolein można ocenić łatą i klinem. Można też sprawdzić niwelatorem, co jest jednak zbyt pracochłonne. Istnieją też pojazdy pomiarowe.
Właściwości przeciwpoślizgowe
Właściwości te określa się współczynnikiem tarcia μ (mi)
Pomiary wykonuje się przy niekorzystnych warunkach na drodze, które mogą mieć miejsce.
Na podstawie pomiaru wszystkich wad ustala się sposób i zakres remontu. Metodyka ustalania podana jest w literaturze.
Naprawy i utrzymanie nawierzchni
Naprawy zależą od rodzaju i wielkości uszkodzeń. Także od przewidywanego obciążenia – w zależności czy tylko należy zachować stan poprzedni czy wzmocnić.
W zależności od powyższego naprawa może być wykonywana jako remont lub przebudowa.
Remonty nawierzchni mogą być:
- w celu usunięcia powierzchniowych uszkodzeń,
- w celu naprawy trwałych odkształceń *kolein(,
- w celu naprawy spękań.
Przebudowa polega zaś na wymianie warstw nawierzchni, lub wykonania nakładki. Zalecane grubości warstw w tabeli:
Naprawa zniszczeń powierzchniowych
Naprawa cząstkowa , to usuwanie na bieżąco cząstkowych wybojów, obłamanych krawędzi, pojedynczych pęknięć itd.
Utrwalanie powierzchniowe odbywa się makadamową mieszanką o stopniowo malejącym uziarnieniem. Wykonuje się to dla uszczelnienia nawierzchni, uszortnienia jej, zapobieżenia dalszemu uszkadzaniu… Rodzaje utrwaleń opisano w literaturze. Konieczny jest odpowiedni dobór kruszywa i lepiszcza. Utrwalenia mogą być powierzchniowe pojedyncze lub podwójne itd. Poniżej rysunek przedstawia zasadę tych metod:
Niżej naprawa cienką warstwą
Naprawa kolein przez frezowanie i pokrycie powierzchniowym utrwalaniem (na zimno lub gorąco), wyrównanie cienką warstwą, robienie jej szorstką. Także przez wymianę warstw nawierzchni. Poniżej kilka rysunków do niektórych technologii.
Recykling
Recykling oznacza powtórne wykorzystanie materiałów znajdujących się w zużytej nawierzchni asfaltowej. Powoduje to oszczędność w użyciu nowych materiałów i ogranicza koszty związane z usuwaniem i składowaniem nawierzchni zużytej.
Technologia powstała w USA jest różnego rodzaju: na zimno, na gorąco, płytko, głęboko itd.
Na zimno to: - frezowanie istniejącej nawierzchni
- dodanie nowej mieszanki mineralnej oraz emulsji, ewentualnie dodatków,
- rozłożenie nowej mieszanki MA,
- zagęszczenie.
Wykonana warstwę można ewentualnie pokryć powierzchniowym utrwaleniem lub cienką warstwą na zimno lub gorąco.
W procesie tym stara nawierzchnię traktuje się niejako jak złoże materiałów, szczególnie kruszywa.
Nowe kruszywo dodaje się dla poprawy starego, zaś materiałami wiążącymi mogą być: emulsja asfaltowa, asfalt spieniony, spoiwa hydrauliczne (cement) i mieszanka asfaltu i cementu.
Recykling powinno poprzedzać rozpoznanie starej nawierzchni (oględziny, sondowanie) i badanie (diagnostyka). Czasem recykling może być nieskuteczny, np. w razie gdy jest niewłaściwa podbudowa.
Recykling na gorąco może być wykonywany na drodze lub w wytwórni. Ten pierwszy jest płytki, zaś w wytwórni płytki i głęboki. Na drodze trudno też kontrolować skład MMA.
sawinn