uszkodznia nawierzchni asfaltowych, Wat Budownictwo, ROK III, Remont i utrzymanie dróg i ulic [ Pobierz całość w formacie PDF ]
Judycki Józef, Dołżycki Bohdan, Jaskuła Piotr
Politechnika Gdańska
Przedwczesne uszkodzenia nawierzchni asfaltowych
Premature failures of asphalt pavements
Streszczenie
Artykuł przedstawia kilka przypadków przedwczesnych uszkodzeń nawierzchni asfaltowych
w Polsce, jakie pojawiły się wkrótce po ich wykonaniu i oddaniu do eksploatacji.
Przedstawiono doświadczenia Politechniki Gdańskiej w badaniach uszkodzonych
nawierzchni. Podano opis uszkodzeń i ich prawdopodobne przyczyny. Przedstawiono
również wnioski z poczynionych obserwacji oraz kilka praktycznych zaleceń dotyczących
projektowania mieszanek mineralno-asfaltowych, których celem jest przeciwdziałanie takim
uszkodzeniom w przyszłości.
Summary
The paper presents a few case studies of premature failures of asphalt pavements in Poland
which occurred soon after construction and opening to traffic. Experience of Gdansk
University of Technology gathered in investigating of damaged pavements was presented.
Description of failures and their probably causes were given. Conclusions from observations
and some practical advices concerning design of asphalt mixes, aiming at prevention of such
failures in future were presented.
1. Wstęp
Potrzeby w zakresie remontów i budowy nowych dróg i autostrad w Polsce są
ogromne. Stan dróg jest w znacznej części niezadowalający. Tym niemniej należy
obiektywnie stwierdzić, że w ostatnich 10 latach nastąpił znaczny rozwój
budownictwa drogowego w Polsce. Wprowadzono nowe technologie, takie jak
recykling, mastyks grysowy, beton asfaltowy odporny na deformacje, mieszanki
cementowo-emulsyjne, podbudowy z kruszyw łamanych. Nastąpił postęp
technologiczny, organizacyjny i normalizacyjny. Wprowadzono nowe zasady
zapewnienia jakości robót i nadzoru nad robotami. Ogólnie biorąc jakość robót
drogowych w okresie ostatnich 10 lat bardzo wyraźnie wzrosła w stosunku do okresu
poprzedniego. Chociaż postęp techniczny w drogownictwie jest widoczny to zdarzają
się, na szczęście nieliczne przypadki, gdy nawierzchnie asfaltowe wkrótce po
wykonaniu ulegają wyraźnym uszkodzeniom. Roboty naprawcze są stosunkowo
kosztowne i wywołują zrozumiałe oburzenie społeczne, że nawierzchnia
bezpośrednio po wybudowaniu musi być naprawiana. Przyczyny takich uszkodzeń są
różnorodne, najczęściej złożone, wieloczynnikowe i niekiedy trudne do
jednoznacznego zdefiniowania. Autorzy tego referatu wielokrotnie wykonywali
ekspertyzy techniczne dotyczące uszkodzeń nawierzchni asfaltowych wraz ze
szczegółowymi badaniami laboratoryjnymi i terenowymi. W tym referacie
przedstawiają swoje doświadczenia i uwagi z nadzieją, że pomogą one uniknąć
podobnych niepowodzeń w przyszłości. Podane poniżej przypadki uszkodzeń
pochodzą z obserwacji, ale w opisach celowo pominięto szczegółowe dane.
2. Przypadek 1
Po dwóch latach eksploatacji nowowybudowanej drogi dla ruchu średniego wystąpiły
intensywne uszkodzenia nawierzchni asfaltowej. Były to przede wszystkim
wykruszenia ziaren, spękania podłużne w śladach kół i spękania siatkowe. Typowy
wygląd nawierzchni przedstawia fotografia 1.
Fotografia 1. Spękania podłużne w śladach kół i wyrwane ziarna
Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy stwierdzono, że podstawowe
przyczyny uszkodzeń nawierzchni na tym odcinku to:
1. Zaprojektowano i wykonano beton asfaltowy kruchy i sztywny. Taki beton
asfaltowy, choć odporny na deformacje plastyczne, łatwo pęka przy nawet
niewielkich odkształceniach podłoża. Dodatkowo beton asfaltowy na
rozpatrywanym odcinku był nasiąkliwy, wodoprzepuszczalny i nie odporny na
działanie wody i mrozu, co ułatwiło proces destrukcji nawierzchni.
2. Wodoprzepuszczalność i duża nasiąkliwość betonu asfaltowego umożliwiła
nasycenie wodą podbudowy z kruszywa łamanego i w efekcie spowodowała
obniżenie nośności tej podbudowy, zwiększenie odkształceń pod ruchem i
przyśpieszenie postępu spękań warstw asfaltowych.
3. Stwierdzono brak sczepności międzywarstwowej, który spowodował znaczny
wzrost odkształceń w warstwach nawierzchni i w rezultacie przyśpieszenie
postępu spękań nawierzchni.
Zaprojektowane i wykonane warstwy asfaltowe charakteryzowały się się małą
adhezją asfaltu do kruszywa. Stwierdzono odmywanie asfaltu z ziaren kruszywa,
wyrywanie ziaren przez koła pojazdów oraz złuszczenia powierzchniowe wywołane
zarówno ruchem jak i czynnikami atmosferycznymi. Stwierdzono, że były dwie
podstawowe wady betonu asfaltowego: nadmierna ilość miału kamiennego w
mieszance mineralnej i za mała zawartości asfaltu. Do betonu asfaltowego użyto
zapylonego miału kamiennego, a proces produkcji odbywał się w otaczarce
bębnowej, gdzie odpylanie jest ograniczone.
W trakcie budowy stwierdzono zawyżoną zawartość wolnych przestrzeni w warstwie
ścieralnej i przypadki niewielkiego niedogęszczenia, co mogło być rezultatem
wbudowywania przesztywnionej mieszanki. Miało to niekorzystny wpływ na
późniejsze zachowanie się nawierzchni. Badania próbek betonu asfaltowego
pobranych z nawierzchni, po stwierdzeniu zniszczeń, wykazały znaczne odstępstwa
od wymagań i od wyników badań powykonawczych, co wynikało z daleko
posuniętego procesu destrukcji materiału.
Kruszywo łamane użyte do podbudowy stabilizowanej mechanicznie miało za niski
wskaźnik piaskowy, co wskazuje na plastyczność części drobnych, było
niejednorodne oraz było nadmiernie zapylone. Kruszywo uległo nadmiernemu
nasyceniu wodą, ponieważ warstwy asfaltowe nie były szczelne. W wyniku dużego
nasycenia wodą warstwy podbudowy w okresie roztopów wystąpił znaczny spadek
nośności warstwy kruszywa łamanego.
Nałożenie się wymienionych przyczyn spowodowało przedwczesne zniszczenie
nawierzchni. Po dwóch latach eksploatacji trzeba było pomyśleć o remoncie i
odtworzeniu nawierzchni, co już wykonano.
3. Przypadek 2
Intensywne uszkodzenia nawierzchni nowowybudowanej drogi o bardzo dużym
obciążeniu ruchem wystąpiły po 4 latach eksploatacji. Były to spękania w postaci
nieregularnej siatki występujące zarówno na prawym, jak i na lewym pasie ruchu.
Spękania wystąpiły również w miejscach mniej obciążonych ruchem (pobocza).
Intensywność występowania spękań była większa na najbardziej obciążonym pasie
ruchu. Wygląd nawierzchni z typowymi spękaniami przedstawiono na fotografiach od
3 do 4. Na fotografii 5 przedstawiono destrukcje nawierzchni w miejscu wystąpienia
spękań.
Fotografia 3. Typowe spękania nawierzchni
(przypadek 2)
Fotografia 4. Intensywne spękania na
prawym pasie ruchu
Na podstawie badań i analizy stwierdzono, że główną przyczyną uszkodzeń
nawierzchni było odmycie asfaltu z kruszywa w warstwie wiążącej, a także, ale w
mniejszym stopniu w warstwie podbudowy z betonu asfaltowego. Odmycie to było
spowodowane niewystarczającą przyczepnością asfaltu do kruszywa. W warstwie
ścieralnej zjawisko odmycia asfaltu nie wystąpiło.
warstwa ścieralna
– miejscami bardzo
intensywnie spękana
brak sczepności
pomiedzy warstwą
ścieralną i wiążącą
warstwa wiążąca
w większości
przypadków pokruszona,
luźna z wyraźnie
odmytymi z asfaltu
ziarnami kruszywa
brak sczepności
pomiędzy warstwą
wiążącą i
podbudową
Fotografia 5. Destrukcja nawierzchni asfaltowej – widok rozpadającej się próbki z
odwierconej z nawierzchni
warstwa podbudowy
w mniejszym stopniu
pokruszona niż warstwa
wiążąca, lecz również z
wyraźnym odmyciem
asfaltu z ziaren
kruszywa
Niewystarczająca przyczepność mogła być spowodowana następującymi
czynnikami:
1. Zastosowaniem kruszywa kwarcytowego, które ma najgorsze powinowactwo z
asfaltem.
2. Zastosowanie nieodpowiedniego środka adhezyjnego lub zbyt małej jego ilości,
który nie poprawił przyczepności asfaltu do kruszywa kwarcytowego.
3. Zastosowanie zbyt małej ilości asfaltu, który zbyt cienką błonką otoczył kruszywo.
Nałożenie się wymienionych czynników lub każdy czynnik z osobna spowodowały, że
w betonie asfaltowym, w wyniku działania wody i mrozu asfalt został odmyty z ziaren
kruszywa i są one w tej chwili nieotoczone. Asfalt odmyty z grubego kruszywa, wraz
z drobnymi cząstkami, został wypłukany z betonu asfaltowego. Kruszywo grube
pozbawione otoczki asfaltowej było podatne na przemieszczenia i ruchy wywołane
poprzez pojazdy samochodowe oraz działanie wody i mrozu. W wyniku tych
przemieszczeń warstwa ścieralna leżąca na słabej warstwie niezwiązanego
kruszywa uległa spękaniom.
Dodatkowymi przyczynami, które przyspieszyły proces degradacji były:
1. Zbyt duża sztywność warstw asfaltowych (duży moduł sztywności, mała
wytrzymałość na rozciąganie).
2. Zbyt mało asfaltu w warstwie wiążącej i w warstwie podbudowy z betonu
asfaltowego.
3. Brak wystarczającej sczepności pomiędzy warstwami asfaltowymi.
Omawiany odcinek ma być wkrótce remontowany.
4. Przypadek 3
Nawierzchnia została naprawiona jesienią przez ułożenie geowłókniny i wbudowanie
na niej 4 cm warstwy ścieralnej z SMA. Pierwsze oznaki uszkodzeń wystąpiły na
wiosnę następnego roku. Latem, kiedy temperatura nawierzchni dochodziła do 50°C
warstwa ścieralna z SMA zaczęła się deformować i pękać, tworząc silne sfalowania
nawierzchni. W miejscach najbardziej narażonych na obciążenia poziome tzn. w
okolicach przystanków autobusowych zaczęła się przesuwać. Przesunięcia, ślizganie
się nawierzchni następowały na warstwie z włókniny, tworząc silne sfałdowania i
wysuwanie się nawierzchni poza krawężnik na chodnik dla pieszych, które
dochodziły nawet do 0,5 m. Proces degradacji nawierzchni postępował szybko w
czasie. Podczas wizji lokalnej przeprowadzonej przez autorów zanotowano
następujące uszkodzenia:
•
uszkodzenia powierzchniowe warstwy ścieralnej z SMA spowodowane
poślizgiem tej warstwy na warstwie geowłókniny (wyboje, wykruszenia
warstwy),
•
zachodzenie warstwy SMA wraz z geowłókniną na pobocze jezdni i
krawężnik,
•
znaczne przemieszczenia warstwy SMA zwłaszcza na odcinkach przed
przystankami autobusowymi dochodzące w krytycznym miejscu do około
dwóch metrów!!!,
•
rozchodzeniesię warstwy na środku jezdni (poszerzający się szef roboczy),
•
wychodzeniegeowłókniny na zewnątrz przy krawędziach jezdni,
Fotografia 5. Ogólny wygląd uszkodzeń przed przystankiem autobusowym
Przeprowadzone badania terenowe i laboratoryjne oraz analizy obliczeniowe
pozwoliły na sformułowanie następujących wniosków dotyczących przyczyn
uszkodzeń i zniszczeń nawierzchni:
•
zniszczenie nawierzchni zostało spowodowane poślizgiem w warstwie
geowłókniny nasyconej asfaltem,
•
cechy materiału warstwy ścieralnej z SMA wbudowanej w jezdnie były
prawidłowe.
Wygląd odcinka przedstawiono szczegółowo na załączonych fotografiach.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]