1.KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI.
Nawierzchnia drogowa – wielowarstwowa konstrukcja jezdni drogowej, ułożona na podłożu gruntowym, której zadaniem jest zapewnienie szybkiego i bezpiecznego ruchu pojazdów, służy do przejmowania i przenoszenia na podłoże gruntowe obciążeń, pochodzących od pojazdów i innych wpływów zewnętrznych, w sposób zapewniający jej trwałość:
1- warstwa ścieralna (nawierzchnia) – bezpośrednio przejmuje działanie ruchu i wpływy atmosferyczne (opady)
2- warswa wiążąca – w-wa pośrednia, położona między warstwą ścieralną i podbudową
3- w-wa podbudowy, składającą się z zespołu warstw podbudowy górnej i dolnej, których głównym zadaniem jest rozkład na podłoże nacisków pochodzących od kół pojazdów
4- w-wa wyrównawcza (sztuczne podłoże) – w-wa materiału ułożona między gruntem i podbudową, ma ona za zadanie podniesienie niwelety ze względu na przemarzanie gruntu, odprowadzenie wody gruntowej (w-wa odsączająca)
Nawierzchnie drogowe mają następujące elementy konstrukcyjne:
- warstwa ścieralna, jezdna – najczęściej bitumiczna
- warstwa nośna (podbudowa) – betonowa, tłuczniowa, brukowa, gruntowa (stabilizowana), przeznaczona do przenoszenia i rozłożenia nacisku na podłoże gruntowe
- podsypka piaskowa i żwirowa lub warstwa gruntu stabilizowanego
Podłoże gruntowe – górna warstwa korpusu ziemnego drogi, leżąca bezpośrednio pod dnem koryta
Grubość poszczególnych warstw nawierzchni projektuje się w zależności od warunków pracy drogi, częstości i wartości obciążeń , warunków klimatycznych i jakości podłoża gruntowego
Najczęściej występują konstrukcje tradycyjne : z płyt betonowych grubości 18-22 cm ułożonych na gruncie z zastosowaniem podsypki piaskowej. W planie płyta jest pocięta szczelinami skurczowymi i dylatacyjnymi o różnych odstępach.
Aby pozbyć się szczelin skurczowych nacinamy płytę betonową i w tym samym miejscu nacinamy podbudowę co 4,5-5m., czasami w szczeliny kładzie się dyble.
2.PODZIAŁ NAWIERZCHNI
nawierzchnie drogowe dzieli się na sztywne i podatne. Do nawierzchni sztywnych zalicza się nawierzchnie odznaczające się dużą wytrzymałością na zginanie, są to naw betonowe lub bitumiczne na podbudowie betonowej. Do nawierzchni podatnych zaliczamy naw tłuczniową, brukowaną, lub stabilizowaną gruntową. Wytrzymałość nawierzchni podatnych na zginanie jest mała, a ich dopuszczalne obciążenie zależy w znacznej mierze od jakości współpracującego podłoża gruntowego
3. NAWIERZCHNIE BETONOWE
Bardzo istotną cechą jest duża sztywność, dlatego podłoże gruntowe pracuje pod nimi podobnie jak ośrodek sprężysty, nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach zawilgocenia, gdyż naciski przekazywane na podłoże przez płytę wskutek jej sztywności są stosunkowo małe, a więc małe są i odkształcenia gruntu
Równomierność odkształceń podłoża płyt można osiągnąć jedynie przez stosowanie podsypki piaskowej. Efektywność podsypki piaskowej polega na tym, że: - bezpośrednio pod płytą tworzy ona jednorodne podłoże, - w okresie mrozów zamarza równomiernie, co zwiększa masę podbudowy i skutecznie przeciwdziała ewentualnym wysadzinom gruntu, - zapewnia dłuższym płytom możliwość łatwiejszego skurczu przez zmniejszenie przyczepności pomiędzy spodem płyty a spoistym podłożem gruntowym
Za najlepsze rozwiązanie należy przyjąć stabilizowane podłoże gruntowe do odpowiedniej głębokości, co pozwala uniknąć zarówno wysadzin, jak i zbierania się wody.
4. NAWIERZCHNIE PODATNE
Istotną cechą nawierzchni podatnych jest ich stosunkowo mała wytrzymałość na zginanie i ścinanie, w związku z czym dopuszczalne obciążenie nawierzchni zależy w bardzo dużym stopniu od nośności podłoża gruntowego. W czasie działania obciążeń od kół pojazdów nawierzchnia przeciwstawia się deformacjom pionowym i poziomym. Naprężenia poziome dość szybko zanikają poniżej powierzchni warstwy ścieralnej i dlatego przy obliczaniu grubości poszczególnych warstw nawierzchni podatnych należy uwzględniać przede wszystkim wartość naprężeń i ugięć pionowych. Ugięcia pionowe nawierzchni występują wskutek: ściśliwości nawierzchni, podsypki i podłoża, - przemieszczeń, występujących w materiale poszczególnych warstw. Podsypka piaskowa pod warstwą nośną nawierzchni podatnych spełnia następujące zadania: - ułatwia odsączanie nadmiaru wody z podłoża gruntowego, co prowadzi do częściowego jego osuszenia i wzmocnienia, - zapewnia lepszy rozkład naprężeń, a więc im podsypka grubsza, tym mniejsze naprężenia s w podłożu, - przeciwdziała wypieraniu podłoża, im > grubość nawierzchni i podsypki tym > jest ich ciężar.
CEMENTY DROGOWE.
Cement Portlandzki C35 (B40,B45). Wymagania stawiane cementom: powierzchnia właściwa, wytrzymałość cementu, wytrzymałość betonu na ściskanie i rozciąganie, wskaźnik wodno- cementowy.
KRUSZYWO
Właściwości: - czystość (płukane), - wytrzymałość kruszywa (aby wytrz surowca, z którego jest kruszywo była dwukrotnie większa niż przewidywana wytrzymałość betonu), - kształt ziaren, - uziarnienie ( pole dobrego uziarnienia, krzywą tworzymy dobierając z kilku frakcji), - skład petrograficzny (zawartość w kruszywie związku glinu, krzemu, które w niekorzystnych warunkach powodują pęcznienia), - polerowalność kruszywa (na skutek tarcia opon powierzchnia ziarna się odkrywa i aby powierzchnia ziarna nie była śliska)
Rodzaj kruszywa : - łamane, - naturalne. Do betonów kruszywo F>2mm ma być łamane (większość skał magmowych : granit, bazalt, gabro, szarogłaz. Ścieralność na mokro daje lepsze efekty niż na sucho (ścieralność na mokro + ścieralność na sucho )/2 = miara ścieralności. Wytrzymałość betonu zależy od ścieralności kruszywa (w bębnie Dewala). Kruszywo drobne – frakcja piaskowa z kruszywa naturalnego (piaski łamane wymagają więcej ilości wody, ścieralność betonu na piasku naturalnym jest większa niż ścieralność betonu wykonywanego na piasku łamanym). Szorstkość dobór kruszywa w 2 etapach, w I etapie badamy frakcje do 8 mm, w II etapie 8-16 mm (25mm). Coraz częściej do budowy dróg używane jest kruszywo z recyclingu (wtórne pokruszenie z betonu cementowego), nie może być stosowane do warstw górnych. Warunki stosowania kruszywa z recyclingu : - nowe nawierzchnie betonowe jeżeli stara nawierzchnia (ta kruszona) ma wady konstrukcyjne np. jest spękana w wyniku oddziaływania obciążeń zewnętrznych, wtedy można zastosować kruszywo z przekruszenia o frakcji >2 mm, odpad 0-2mm może być stosowany do ulepszenia podbudowy, - stara nawierzchnia wykazuje zniszczenia spowodowane działaniem czynników atmosferycznych (sól, mróz, woda), to kruszywo z takiej nawierzchni może być stosowane jedynie do podbudowy, - nie wolno ponownie wykorzystywać kruszywa jeżeli stara nawierzchnia wykazuje zniszczenia spowodowane działaniem czynników chemicznych, np. pęcznienie wywołane reakcjami alkalicznymi
DODATKOWE ZALECENIA ODNOŚNIE UZIARNIENIA KRUSZYWA
-w celu łatwiejszego doboru uziarnienia i łatwiejszej kontroli kruszywo grube >8 mm powinno składać się z kilku wąskich frakcji o przedziale kilku mm, - w celu zwiększenia odporności na ścieranie nawierzchni oraz z uwagi na wodożądność kruszywa drobnego, kruszywo drobne < 4 mm powinno zawierać się w granicach 40 % składu, pozostałe kruszywo grube w granicach 60 %. – udział frakcji > 4 mm nie powinien nigdy przekraczać 62 % z uwagi na ryzyko deficytu zaprawy oraz kłopotów z uformowaniu betonu w trakcie układania.
DODATKI DO BETONU
BWW – betony wysokiej wytrzymałości B160
Włókna – stosowane jako przezbrojenie spękań skurczowych w betonie w początkowej fazie wiązania cementu (w warstwach dolnych), - wzrost 20% wytrzymałości na rozciąganie, - giną pęknięcia skurczowe w obszarach pomiędzy szczelinami. Włókna stalowe, drobne mikrozbrojenie. Zalety betonów z włóknami: - opóźnienie lub powstrzymanie spękań strukturalnych betonów, - zwiększenie lokalnej wytrzymałości na rozciąganie, - zwiększenie odporności na ścieranie i uderzenie
Domieszki chemiczne: 1- poprawiające urabialność mieszanki betonowej plastyfikatory, 2- regulujące czas wiązania cementu przyspieszacze, opóźniacze, 3- uszczelniające napowietrzacze, 4- zwiększające mrozoodporność, 5- zwiększające odporność na czynniki chemiczne (gł siarczany)
PLASTYFIKATORY
Pozwalają na zmianę konsystencji mieszanki betonowej i zmniejszenie ilości wody zarobowej 15-20%, nie wolno ich stosować do betonów na cemencie hutniczym i glinowym, jeżeli w swoim składzie zawierają popiół lotny (bo wchodzą w reakcje)
Dodatki uplastyczniające: - zmniejszenie ilości wody w betonie, - wzrost wytrzymałości betonu 5-20%, -dodatkami są najczęściej odpady przemysłu celulozowego , ilości- dodajemy w bardzo małych ilościach od 0.2-0.5% w stosunku do masy cementu
Dodatki upłynniające – stosowane przede wszystkim w el gdzie zależy nam na płynnej konsystencji betonu (beton jest pompowany), - pozwalają na zmniejszenie wody w granicach 18-30%. 4 grupy dodatków upłynniających: 1- związki na bazie melaminy, 2- żywic naftalenowych, 3- wapnia i sodu jako odpad z przeróbki celulozy, 4- kopalimery i zw kwasu mrówkowego. Wszystkie dodatki uplastyczniające i upłynniające mają opóźniony czas działania, zaczynają działać 30-60s i trwają 1h
OPÓŹNIACZE
Dodawane do cementu lub do betonu, najprostszy opóźniacz to cukier, max 5 dkg/100 kg cementu. Przyspieszacze – związki chlorku wapnia, dodatki podobne do gipsu, nie można stosować do betonów zbrojonych. Pod żadnym pozorem nie należy stosować dodatków na bazie chlorku wapnia do konstrukcji sprężonych, konstrukcji z obróbką termiczną, do konstrukcji w warunkach środowiska agresywnego i mokrego (filary mostów), el żelbetowych z wykorzystaniem cementu hutniczego i glinowego
DODATKI PRZYSPIESZAJĄCE WIĄZANIE CEMENTU
Naturalne zw mineralne skracające czas wiązania cementu: - domieszki wodorotlenku sodu i potasu, - chlorki. Dodatki przyspieszające twardnienie głównie elektrolity (gł sole, których działanie powoduje przyspieszenie hydratacji cementu- najczęściej to siarcza potasowy i glinowy
DOMIESZKI NAPOWIETRZAJĄCE
Zmiana kształtu i właściwości porów w betonie.model struktury betonu napowietrzonego 1- kapilary, 2- pęcherzyki powietrza
Pęcherzyki muszą być odpowiednio małe : średnica 20-150 mikronów, powinny być równomiernie rozłożone w betonie
Rodzaje; - związki powierzchniowo czynne posiadające zdolność wytwarzania pian o dużej twardości, są to sole kwasów, oleje roślinne i naturalne żywice drzewne. Te domieszki dodawane sa w bardzo małych ilościach 0.05-0.5% w stosunku do masy cementu, te dodatki dodawane są jako roztwór w wodzie i taki roztwór w ilości 1-2%. Efekt napowietrzenia zależy od uziarnienia kruszywa, frakcja <0.5 ilość dodatku ulega zwiększeniu. Zastosowanie betonów napowietrzanych: - gdzie beton narażony jest na działanie czynników atmosferycznych głównie wody i mrozu, - tam, gdzie beton narażony jest na działanie czynników chemicznych (chlorki i związki siarki)
DOMIESZKI USZCZELNIAJĄCE
Mają za zadanie wypełnić kapilary, które powstają przy wyparowaniu wody po związaniu betonu. Efekt działania uszczelniaczy zależy od powierzchni właściwej cementu. Im cement grubszy (mniejsza pow właściwa) woda zarobowa odparowując pozostawia po sobie grubszą sieć kanalików kapilarnych. Uszczelnienie polega na wytworzeniu mikropęcherzyków powietrznych przerywając w ten sposób kapilary. Nie ma sensu dodawać jakichkolwiek uszczelniaczy przy źle zaprojektowanym stosie betonu, jeśli nie jesteśmy w stanie betonu w porządny sposób wbudować (zagęszczenie tak, aby nie zostawić pustek powietrznych w betonie. Rodzaje : - proszki mineralne o dużym rozdrobnieniu (pył krzemionkowy, mączki kamienne, ), nie ożna przesadzać z dodatkami, bo powodują wzrost ilości wody zarobowej, - żywice silikonowe i ich pochodne, - emulsje bitumiczne
DODATKI ZWIĘKSZAJĄCE ODPORNOŚĆ CHEMICZNĄ BETONU
Są to wszystkie dodatki, które zmniejszają nasiąkliwość betonu: napowietrzacze, uszczelniacze i inne związki przerywające dopływ wody do wewnętrznych partii betonu. Korozja chemiczna betonu (korozja siarczanowa, chlorkowa). Siarkowe – powstawanie trudno rozpuszczalnych związków chemicznych i towarzyszących temu zjawisku wzroście objętości produktów reakcji. Chlorkowa – środki stosowane w zimowym utrzymaniu dróg, zniszczenie betonu w wyniku reakcji jonów chlorkowych. Węglanowa – osłabienie struktury zaczynu cementowego spowodowanej wymywaniem produktu hydratacji wodorotlenku wapniowego.
Odporność na korozję węglanową uzyskuje się przez: - wytworzenie szczelnego betonu, - użycie właściwego rodzaju cementu, dodatki uplastyczniające i uszczelniające.
DOMIESZKI – dodawane do betonu w małych ilościach <5% w stosunku do masy cementu
DODATKI – dodawane do betonu w większych ilościach >5%
NAWIERZCHNIE Z KOSTKI BRUKOWEJ
- naciski na podłoże, - odkształcenia (koleiny), - efekt rozdziału obciążenia, „efekt płyty”. Kostka nie wpływa na kryterium wytrzymałościowe tzn obliczając nawierzchnię liczymy podbudowę i podłoże bez kostki. Badając koleiny badamy wraz z kostką.
Upl=Ud*a*Nb , gdzie Upl – odkształcenia trwałe nawierzchni kostkowej, Ud – odkształcenia sprężyste nawierzchni tuż po wykończeniu,
N – przewidywana liczba obciążeń, a,b – wielkości stałe zależne od rodzaju i warunków pracy nawierzchni.
- 1.KOSTKA
Wytrzymałość na ściskanie >45 Mpa (pojedynczy wynik z badań nie powinien być <40Mpa), nie może mieć ostrych krawędzi (bo ściśle ułożone powodowałyby odłupywanie krawędzi) musi mieć sfazowane krawędzie boczne, musi być też rozwarcie pomiędzy kostkami, musi być duża mrozoodporność, na chodniki nie powinno się używać kostki wylewanej (są śliskie), odstępstwo w wymiarach 2mm (3mm jeśli chodzi o grubość) wymiary: 60-100 Polska
- 2.WARSTWA PODSYPKI
Łączna grubość 5 cm, jeżeli podbudowa nieregularna to najpierw w-wa podsypki ją zagęścić, a dopiero min 2.5 cm górnej i dogęszczenie górnej w-wy podsypki już przy dogęszczeniu kostki. Wilgotność piasku 6% ( max 8%), odporność na mróz (nie dolomity, nie wapienie), jeżeli piasek łamany to ze skał o dużej wytrzymałości
- 3.PODBUDOWA
wszystkie typy podbudów z nawierzchni drogowych, może być stara nawierzchnia bitumiczna – idealny sposób na remont naw drogowych na osiedlach mieszkaniowych, może być z chudego betonu, musi być podbudowa przepuszczalna, musi byś zapewniona mrozoodporność, max prędkość na naw z kostki 50 km/h. Kryteria projektowania: - podbudowa podatna- nacisk na podłoże gruntowe (w zależności od kąta tarcia), - podbudowy związane cementem (sztywne) , - podłoże gruntowe: dopuszczalne obciążenia, dopuszczalne odkształcenia.
ZADANIA PODBUDOWY
1- stworzenie twardej, nośnej w-wy na podłożu gruntowym, po której mogą się poruszać maszyny bez uszkodzenia podłoża, 2- stworzenie gładkiej i równej powierzchni, po której mogą się swobodnie przesuwać płyty betonowe, 3- stworzenie jednorodnego podparcia płyt betonowych, 4- zwiększenie nośności podłoża, 5- zabezpieczenie nawierzchni przed destrukcyjnym działaniem wody, mrozu.
ODWODNIENIE NAWIERZCHNI
Należy dążyć do niedopuszczenia wody opadowej do warstw leżących pod płytą betonową. Klasyczny schemat odwodnienia: na nieprzepuszczalnym podłożu jest ułożona warstwa odsączająca, która przechwytuje wodę z nawierzchni i odprowadza ją do rowów lub drenów podłużnych. Nowoczesna metoda – pod płytami betonowymi jest ułożona podbudowa nieprzepuszczalna, odporna na erozję wodną, po podbudowie spływa woda do drenów podłużnych wzdłuż nawierzchni.
Odprowadzanie wód powierzchniowych: - spadki podłużne i poprzeczne, - uformowanie specjalnych cieków np. krawędziowych, - wloty burzowe (kratki ściekowe), - studnie rewizyjne i zbiorcze, - kolektory, - zbiorniki wodne lub oczyszczalnie wód opadowych (jako odbiorniki)
Zadaniem odwodnienia jest szybkie i możliwie całkowite odprowadzenie wód z obrębu pasa drogowego, brak odwodnienia powoduje: - zawilgocenie powierzchni jezdni (nawierzchni) i pogorszenia warunków ruchu, - obniżenie nośności podłoża gruntowego i deformacji jezdni, - powstanie wysadzin, - naruszenie stateczności korony drogi, - usuwisk
Zawilgocenie powoduje: - zmniejszenie własności mechanicznych (kąt tarcia, spójność) , - zmniejszenie wskaźników nośności gruntów (CBR, E ), - uplastycznienie gruntów
ODWODNIENIE POWIERZCHNIOWE
Elementy odwodnienia powierzchniowego: - ukształtowanie poprzeczne korony drogi, - rowy przydrożne, rowy stokowe, - rowy odprowadzające, - ścieki – studnie chłonne i baseny odprowadzające, - urządzenia kanalizacyjne, - przepusty
Ukształtowanie poprzeczne korony drogi – umożliwia odprowadzenie wód opadowych w czasie robót, a następnie z powierzchni jezdni i poboczy.
Rowy przydrożne – są podstawowym elementem podłużnego odwodnienia drogi, służą do zbierania wody z korony drogi, skarp i przyległego terenu
Studnie chłonne i baseny odprowadzające – wody powierzchniowe wprowadza się w przepuszczalne warstwy gruntu, leżące pod powierzchnią terenu
ODWODNIENIE WGŁĘBNE
Odwodnienie wgłębne dzielimy na płytkie i głębokie. Płytkie – odprowadzenie wód ze strefy bezpośrednio położonej pod konstrukcją jezdni lub jej otoczenia : - warstwy odsączające, - sączki drogowe poprzeczne. Odwodnienie głębokie – ma odprowadzać wody gruntowe ze strefy poniżej granicy przemarzania oraz ze strefy w pobliżu warstw poślizgowych: - głębokie rowy otwarte, - sączki drenarskie podłużne, - drenaż skarpowy i ochronny. Warstwy odsączające – mają możliwie wcześnie przyjąć wytwarzające się pod konstrukcją jezdni wody i sprawnie je odprowadzić na zewnątrz korpusu drogowego. Przyjmujemy taką grubość warstwy, aby mogła ona przejąć wodę napływającą do niej od spodu. Materiał na warstwę musi cechować się dobrą przepuszczalnością, aby grunt podłoża nie przenikał do warstwy odsączającej musi ona także mieć odpowiednie uziarnienie. Na warstwę odsączającą nadają się : żwiry, pospółki, piaski gruboziarniste. 2 sposoby układania: - układanie jej na całej szerokości drogi, - ułożenie jej pod konstrukcją jezdni i zastosowanie poprzecznych sączków. Sączki drogowe poprzeczne – są urządzeniami podziemnymi, w kształcie rowków (pod poboczami) wypełnionych materiałem przepuszczalnym, służącymi do odprowadzania wody gromadzącej się w warstwie odsączającej pod konstrukcją jezdni. Sączki drenarskie podłużne – stosowane do obniżenia poziomu wody gruntowej w korpusie drogowym są zakładane jako ciągi drenarskie poza krawędziami konstrukcji jezdni
SZCZELINY DYLATACYJNE
Konieczne są aby zapobiec powstawaniu pęknięć w warstwie jezdnej nawierzchni. Ze względu na usytuowanie szczeliny w nawierzchni wyróżnia się szczeliny podłużne i poprzeczne. Szczeliny poprzeczne dzieli się na : - szczeliny rozszerzania (dylatacyjne) – służą do umożliwienia płytom nawierzchni swobodnego przesuwu, wywołanego zmianami temperatury, są niezbędne przy przejściu przez nawierzchnie mostów lub wiaduktów, - szczeliny skurczowe – służą do umożliwienia płytom skurczów od zjawisk chemicznych i fizycznych w czasie wiązania cementu i pod wpływem obniżenia się temperatury, umożliwiają one także rozszerzanie się płyt, ich rozstaw zależy od : grubości płyt, wsp rozszerzalności termicznej betonu, temperatury w czasie twardnienia betonu, tarcia betonu po podbudowie,
- szczeliny przeciwpaczeniowe – u nas nie stosowane, ale zapobiegają powstawaniu dużych naprężeń wskutek paczenia się płyt, - szczeliny konstrukcyjne – stosuje się w razie dłuższych przerw podczas betonowania nawierzchni
- szczeliny podłuzne - mają różne konstrukcje np. w postaci szczelin skurczowych pełnych z kotwiami, albo szczelin dylatacyjnych zazębionych
agentpl