|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
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. |
Menu
|