edroga.pl - portal drogowy

Wykonanie nawierzchni drogowych stanowi często nawet 70% kosztów całej inwestycji. W związku z tym projekt wzmocnienia lub budowy nawierzchni jest bardzo ważnym elementem dokumentacji projektowej. Projektant obarczony jest ogromną odpowiedzialnością przyjmując rozwiązania uzasadnione pod względem ekonomicznym, jak i technologii wykonania, przy zachowaniu zakładanej trwałości i nośności.

Każdy kto zajmuje się technologią materiałów i nawierzchni drogowych, spotyka się często z problemami techniczno–formalnymi. Szczególnie obecnie,  ponieważ powszechnie stosowana norma PN-S-96025  Drogi samochodowe i lotniskowe. Nawierzchnie asfaltowe.

Wymagania. została wycofana decyzją Polskiego Komitetu Normalizacyjnego z dniem 30 maja 2008 r. Niestety Polskie Normy przenoszące europejskie normy zharmonizowane z serii PN-EN 13108-x wciąż nie doczekały się dokumentu aplikacyjnego dostosowującego wymagania do warunków krajowych. Jednak wciąż do projektowania konstrukcji nawierzchni pozostają nam takie dokumenty jak: Warunki Techniczne [1], katalogi [2], [3], [4] oraz liczne zeszyty wydawane przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Ogólne Specyfikacje Techniczne, a także inne podręczniki i artykuły w prasie fachowej. Jednak i te opracowania bywają niewystarczające do indywidualnego zaprojektowania nawierzchni wg technologii i materiałów nieprzewidzianych w powyższych dokumentach.

Artykuł ten prezentuje wnioski autora z analizy typowej konstrukcji dla kategorii obciążenia ruchem KR3, w układzie warstw jak na rysunku 1. W tym celu wykorzystano możliwości programów komputerowych do projektowania nawierzchni metodą mechanistyczno-empiryczną, jakie opracowała firma Shell, o nazwie: BISAR 3.0 oraz BANDS 2.0. Metoda ta umożliwia analizę naprężeń i odkształceń w poszczególnych warstwach, w celeu określenia trwałości i nośności nawierzchni (rys. 1).

W pierwszej kolejności wyznaczono moduły sztywności asfaltu za pomocą programu BANDS 2.0, który opiera się na nomogramie Van der Poel’a. Niestety stosowanie nomogramu jest ograniczonie tylko dla asfaltów zwykłych (typ S wg BTDC), nie ma możliwości oceny asfaltów modyfikowanych i parafinowych.  Przeanalizowano dwa rodzaje asfaltów 35/50 do warstwy wiążącej i podbudowy oraz 50/70 do warstwy ścieralnej. Wartości modułów sztywności asfaltu przedstawiają tabele 1 i 2. Warto zwrócić uwagę jak zmienia się wartość modułu przyróżnej wartości penetracji oraz temperatury mięknienia. Na przykład asfalt oznaczony symbolem 35/50 może mieć zmienną sztywność w zakresie od 65,8 MPa do 509 MPa. Do dalszych obliczeń przyjęto wartość modułów stanowiącą kwantyl 85%, to jest 15%wyników ma moduł mniejszy od przyjętego, i tak: dla asfaltu 35/50 – 101,9 MPa, a dla asfaltu 50/70 – 67,2 MPa (tab. 1 i tab. 2).

 Kolejnym krokiem jest wyznaczenie modułu sztywności mieszanki mineralno–asfaltowej. W tym celu do programu BANDS wprowadzamy następujące dane: moduł sztywności asfaltu, zawartość objętościowa asfaltu oraz wolnych przestrzeni w MMA. W tym celu posłużyły ramowe wartości zalecane przez nieobowiązującą już normę PN-S-96025. W warstwie ścieralnej rozpatrywano zawartość asfaltu od 11,8% (v/v)do 13,6% (v/v) oraz zawartość próżni 3, 4 i 5%. Warstwa wiążąca była analizowana przy zawartości asfaltu od 9,8% (v/v) do 13,4% (v/v) przy zawartości próżni 4–9%. W  warstwie podbudowy rozważane były mieszanki o zawartości asfaltu 7,4–11,2% (v/v) przy zawartości próżni 5–9%. Nie podano wszystkich wartości ze względu na bardzo dużą ilość wyników. W dalszej analizie wykorzystano maksymalne i minimalne wartości ze wszystkich modułów wyznaczonych dla poszczególnych mieszanek MMA zestawionych w tablicy 3.

Analizując wartości modułów sztywności zauważono zależność: zmniejszając zawartość asfaltu w MMA i/lub wolnych przestrzeni w mieszance mineralnej uzyskujemy wyższy moduł sztywności MMA. Na przykład zmniejszenie wolnych przestrzeni w warstwie podbudowy z 9 do 5% spowoduje zwiększenie modułu sztywności co najmniej o 45%. Moduł sztywności może być bardzo różny w zależności od tego jaką mieszankę mineralno–asfaltową wyprodukowano stosując konkretną mieszankę mineralną oraz konkretny asfalt.