Uzasadnienie doboru właściwej technologii przebudowy nawierzchni betonowej
Główną zaletą zaproponowanej technologii przebudowy nawierzchni z betonu cementowego jest prawie 100% wyeliminowanie spękań odbitych, które mogą wystąpić w innych technologiach.
Brak jest w Polsce kryteriów wyboru właściwej technologii naprawy nawierzchni z betonu cementowego. Dlatego przy wyborze technologii naprawy autorzy wspomagali się amerykańskimi przepisami i zaleceniami doboru właściwej technologii.
Na podstawie wymagań Departamentu Transportu Stanu Wisconsin DOT oraz Amerykańskiego Stowarzyszenia Nawierzchni Betonowych (ACPA) potwierdzono zasadność wyboru technologii rozkruszania – rubblizing.
Według wymagań z Wisconsin można stosować rubblizing, gdy:
- >20% szczelin wymaga naprawy,
- >20% łat na powierzchni,
- >20% płyt przełamanych,
- >20% długości odcinka wykazuje uszkodzenie szczeliny podłużnej - szerokość >10 cm
Według wymagań ACPA (American Concrete Pavement Association) można stosować rubblizing, gdy:
- >8% narożników przełamanych,
- >15% szczelin wymaga naprawy,
- >12 mm nierówności sąsiednich płyt,
- >2,5 mm IRI
Zalecany sposób naprawy potwierdza także Instytut Asfaltowy z USA na podstawie wskaźnika przenoszenia obciążeń sąsiednich płyt betonowych. Kryteria wskaźnika LTE, jak i zalecany sposób naprawy nawierzchni pokazano w tablicy 1.
Omawiana nawierzchnia drogi nr 22 spełnia wszystkie wymienione kryteria.
Obliczenia grubości nakładki asfaltowej na pokruszonej nawierzchni (po rubblizingu)
Obecnie jest kilka metod umożliwiających projektowanie konstrukcji nawierzchni z uwzględnieniem „rubblizingu”. Jedną z nich jest metoda AASHTO – znana i sprawdzona w USA, ale praktycznie niestosowana w Europie i w Polsce. Inną jest metoda mechanistyczno – empiryczna, która posiada możliwości adaptacji do różnorodnych warunków konstrukcyjnych i technologicznych. Obliczenie wzmocnienia nawierzchni w omawianym przypadku wykonano według metody mechanistyczno - empirycznej, zgodnie z (rozporządzeniem 1999).
Procedura postępowania podczas obliczeń była następująca:
a) obliczenie ruchu projektowego,
b) przyjęcie grubości warstw konstrukcji nawierzchni,
c) określenie stałych materiałowych warstw, modułów E i współczynników Poissona ?,
d) obliczenie naprężenia i odkształcenia w konstrukcji nawierzchni,
e) obliczenie trwałości zmęczeniowej nawierzchni (ilości obciążeń do osiągnięcia stanu krytycznego).
Obciążenie ruchem w okresie obliczeniowym 20 lat eksploatacji nawierzchni, wynoszące 7,8 mln osi 115 kN/pas klasyfikuje ten ruch do górnego przedziału kategorii KR5 (4,17 - 8,3 mln osi 115 kN/pas).
Zgodnie z (rozporządzeniem 1999) i (Katalogiem 1997) przyjęto do projektowania nawierzchni temperatury odpowiadające 4 porom roku.
Obliczenia wykonano przy założeniu, że modelem konstrukcji nawierzchni jest wielowarstwowa półprzestrzeń sprężysta. Parametry wyjściowe do obliczeń konstrukcji nawierzchni przyjęto ma podstawie analizy wyników badań FWD oraz na podstawie przeprowadzonych studiów literatury dotyczących warstwy kruszonego betonu po rubblizingu, a także po uzyskaniu informacji od firm zajmujących się tą technologią w USA.
W tablicy 2 podano projektowaną konstrukcję nawierzchni.
Wyniki obliczeń trwałości zmęczeniowej dla projektowanej konstrukcji nawierzchni z tablicy 2 wykazały, że przyjęta konstrukcja nawierzchni przeniesie 8,15 mln osi 115 kN/pas obliczeniowy, co stanowi wartość większą od wymaganej, równej 7,82 mln osi 115 kN/pas w okresie 20 lat eksploatacji drogi krajowej nr 22.
Odwodnienie
W ramach wybranej metody przebudowy nawierzchni drogi nr 22 z wykorzystaniem metody kruszenia istniejących płyt betonowych (rubblizingu) konieczne jest właściwe odwodnienie podłoża gruntowego. Wymagana instalacja odwodnienia krawędziowego, np. drenu kompozytowego powinna zostać przeprowadzona na minimum 14 dni przed rozpoczęciem procesu rozkruszania.
Zagłębienie drenu kompozytowego mierzona od góry rury drenarskiej do powierzchni płyty betonowej Należy dobrać, aby odprowadzić wodę z wasrwty odsączającej (lub mrozoochronnej). Po ułożeniu drenu zasypanie wykopu powinno odbywać się przy użyciu materiału przepuszczalnego np. piasku, który podczas zasypywania jest odpowiednio zagęszczony. Dopuszcza się zasypanie wykopu materiałem z urobku, jeżeli materiał ten jest odpowiednio przepuszczalny. Sposób zagęszczenia powinien być tak prowadzony, aby nie spowodował uszkodzenia rury drenarskiej lub całego drenu.
Woda z drenażu powinna być wyprowadzana do rowu przydrożnego lub osobnego systemu drenażowego w miejscu dna rowu i powinna być wyprowadzona do odbiornika naturalnego. W zależności od stanu istniejącego odwodnienia powinien zostać opracowywany szczegółowy projekt odwodnienia ze wskazaniem możliwości odprowadzenia wody do odbiorników naturalnych.
Wnioski
Zaproponowana technologia przebudowy zdegradowanej nawierzchni z betonu cementowego z wykorzystaniem przetworzenia na miejscu betonu cementowego poprzez rozkruszenie (ang. rubblizing) wydaje się być ekonomiczną, przyjazną środowisku i co najważniejsze szybką technologią przebudowy betonowych nawierzchni. Najważniejsze zalety wybranej technologii rubblizingu do przebudowy drogi krajowej nr 22 to: eliminacja spękań odbitych, poprawa równości dzięki nakładce asfaltowej, krótki czas realizacji przebudowy, możliwość realizacji technologii podczas ruchu. Technologia nadaje się do zastosowania na innych istniejących i zdegradowanych drogach z betonu cementowego w Polsce.
Piotr Jaskuła
Józef Judycki
Politechnika Gdańska
Artykuł jest publikacją z nr 12/2009 „Drogownictwa”, był też referatem na Międzynarodową Konferencję ENVIROAD 2009.
Summary
The paper presents design and technology of reconstruction of old concrete pavement on state road No. 22 on the section Chojnice – Tczew with use of rubblizing of old concrete slabs and overlay with asphalt courses. Rubblizing technology has been designed for the first time in Poland. The paper presents advantages and disadvantages of rubblizing, capacity of work, as well as, approximate unit cost. The process of calculation of asphalt overlay to meet requirements of forecast traffic was presented.
- «« poprz.
- nast.
