Artykuły

Dlaczego pęka beton asfaltowy o wysokim module sztywności (WMS)? Na tak postawione pytanie można odpowiedzieć albo bardzo krótko: bo charakteryzuje się taką właściwością materiałową, że jak jest zimno to pęka, albo poprzez dłuższą wypowiedź. Niemniej, ta najkrótsza odpowiedź, której już udzieliłem, będzie stanowiła punkt wyjścia do głębszych przemyśleń.*

Nawierzchnie drogowe wykonane z mieszanek mineralno-asfaltowych poddawane są działaniu wielu czynników, w tym środowiskowych (klimatycznych – charakterystycznych dla danego regionu) i pochodzących od ruchu pojazdów. Działanie tych czynników powoduje degradację nawierzchni, możliwą do zaobserwowania przez każdego uczestnika ruchu. Najbardziej charakterystycznymi objawami postępującej degradacji są spękania i koleiny. Oczywiście koleiny powstają pod obciążeniem od kół pojazdów wtedy, gdy temperatura jest wysoka, a spękania wręcz przeciwnie – w wyniku gwałtownego obniżenia się temperatury. Związane to jest z cechą charakterystyczną asfaltu, który zmienia swoje właściwości w zależności od temperatury – w wysokich staje się miękki i rozciągliwy, w niskich twardy i kruchy. Jednak to jak bardzo jest podatny na działanie temperatury zależy od rodzaju asfaltu – najprościej mówiąc od jego „twardości”. Jeżeli do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych zastosujemy twardy asfalt, to nawierzchnia wykonana z takich mieszanek będzie bardziej odporna na koleinowanie, ale mniej odporna na spękania niskotemperaturowe. Natomiast zastosowanie asfaltów „miękkich” spowoduje większą odporność na spękania, ale zwiększoną podatność na koleinowanie [1]. Wniosek z tego jest taki, że odporność na odkształcenia w postaci kolein można osiągnąć kosztem zmniejszenia odporności na spękania, poprzez zaprojektowanie sztywniejszych konstrukcji nawierzchni.

To oczywiście uproszczenie. W rzeczywistości sprawa jest bardziej skomplikowana – sam twardy asfalt tylko w niewielkim stopniu zwiększa odporność nawierzchni na koleinowanie. Taką odporność prawidłowo osiąga się poprzez odpowiednio zaprojektowany „szkielet mineralny”, uzyskany ze wzajemnie klinujących się ziaren kruszywa. Niemniej,  taki był zamysł i główny powód wymyślenia betonów asfaltowych o wysokim module sztywności – uzyskanie wysokiej odporności na koleinowanie i zwiększona odporność na zmęczenie. Taka idea w żaden sposób nie wymusza stosowania twardych asfaltów. Cel powinien być realizowany poprzez odpowiednie uziarnienie mieszanki mineralno-asfaltowej („szkielet mineralny” nadający odporność na koleinowanie) i zwiększoną zawartość asfaltu, ale odpowiednio dobranego do warunków klimatycznych, w których przyjdzie pracować nawierzchni. Tak jak guma do opon jest dobierana pod względem klimatu, w którym mają być używane, tak samo musi być dobierany asfalt w nawierzchni. Idea mieszanek odpornych na koleinowanie i zmęczenie jest znana i praktykowana w Stanach Zjednoczonych pod nazwą perpetual pavement. W USA obowiązuje jednak dobór asfaltów do mieszanek mineralno-asfaltowych z uwzględnieniem stref klimatycznych poszczególnych stanów.

Wracając do naszych WMS-ów - generalnie cel w postaci nawierzchni odpornych na koleinowanie został osiągnięty, tylko – niestety jak się okazało przy okazji – w naszym klimacie pojawił się inny problem – niskotemperaturowych spękań poprzecznych. Czy zatem stoimy przed dylematem – spękania czy koleiny, ze wskazaniem na spękania? Dzisiaj, gdy obowiązujące są Wytyczne Techniczne WT-1 i WT-2 tak właśnie jest i będzie tak długo, dopóki nie odejdziemy od dyktatu tych wytycznych lub ich nie zmienimy, a na pewno do momentu, gdy nie wprowadzimy możliwości swobodnego projektowania funkcjonalnego. Przy czym główny nacisk położyłbym na swobodę w zakresie doboru materiałów składowych, dokonywanego przez projektanta mieszanki mineralno-asfaltowej.

Co się zaś tyczy samego problemu spękań – nie pojawił się dzisiaj tak nagle i nie wiadomo skąd. Badania terenowe dotyczące spękań niskotemperaturowych były prowadzone między innymi przez Zakład Budowy Dróg Politechniki Gdańskiej już w 1999 r., a w branżowej prasie od wielu lat były publikowane artykuły na ten temat [2] [3]. O możliwości wystąpienia bardzo poważnego ryzyka i zagrożeń ekonomicznych, spowodowanych obligatoryjnym wbudowaniem w nawierzchnie drogowe mieszanek mineralno-asfaltowych nieodpornych na spękania, informowała w ubiegłym roku również Eurovia – drogowa firma z francuskimi korzeniami – przesyłając do Ministra Infrastruktury i szeregu osób z GDDKiA oraz innych instytucji odpowiedzialnych za Program Budowy Dróg list, w którym wskazywała, że należy zmienić metodykę projektowania nawierzchni.

Czy zatem można dzisiaj tak bezkrytycznie obarczać wykonawców winą za powstałe w lutym spękania nawierzchni? Byłbym bardzo ostrożny w stawianiu takiej tezy... Zwróciłbym także uwagę na używane przy okazji wskazywania winnych słowa – niechlujstwo, zarzucane wszystkim firmom aktualnie budującym drogi krajowe i autostrady, to poważny zarzut. Ponadto, medialne zaklinanie rzeczywistości i odwracanie uwagi od faktycznych powodów powstania spękań nie służy wypracowaniu przez szerokie środowisko ekspertów recepty na możliwą utratę znacznych środków z unijnego dofinansowania aktualnie realizowanego Programu. A także konieczność obciążenia przyszłych budżetów wydatkami na niezbędne naprawy dopiero co zbudowanych dróg. Bo zamiast trwałości 40-letniej, o której mówi prof. dr hab. inż. Dariusz Sybilski, budowane zgodnie z wymaganiami GDDKiA drogi rozsypią się po dziesięciu latach, albo i szybciej.

Skala zjawiska, intensywność występowania i jednoczesny moment ujawnienia się spękań wskazują moim zdaniem na to, że są to bezsprzecznie spękania niskotemperaturowe, a główną przyczyną ich powstania jest stosowanie zbyt twardych lepiszczy. Może moje stwierdzenie jest uproszczeniem, ale fakty poparte licznymi dowodami, w postaci badań wcześniej publikowanych oraz tych wykonanych w lutym, marcu i kwietniu, pozwalają na zajęcie właśnie takiego stanowiska. Najbardziej oczywistym jednak dowodem jest przedział czasu powstania spękań – ok. dwutygodniowy okres gwałtownego ochłodzenia w lutym 2012 roku oraz ich powszechne wystąpienie na budowanych przez różnych wykonawców i oddanych do użytkowania drogach, gdzie zastosowano WMS. I to niezależnie od tego czy projekt dostarczał inwestor – GDDKiA – czy wykonawca. Spękania nie powstawały ani wcześniej, ani później.

Tweet