Rodzaje nawierzchni betonowych

Przebieg budowy autostrady betonowej o ciągłym zbrojeniu
Fot.  Józef Jasiczak, Instytut Konstrukcji Budowlanych

Nawierzchnie niezbrojone i niedyblowane
Ten rodzaj nawierzchni jest najczęściej stosowanym rodzajem nawierzchni betonowych. Układane początkowo na podłożu gruntowym nie sprawdzały się przy dużym obciążeniu ruchem samochodowym, bowiem następowała degradacja szczelin dylatacyjnych wywołana erozją podłoża. Dlatego współcześnie ten rodzaj nawierzchni wykonywany jest na podłożu ulepszonym, tj. odpornym na erozję. W nawierzchni wykonywane są nacięcia szczelin dylatacyjnych, jako podłużne i poprzeczne cięte na 1/3 grubości płyty.

Zgodnie z ”Warunkami technicznymi jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie”. Dziennik Ustaw nr 43 z 14 maja 1999 r. największa szerokość pasa ruchu wynosi 3,75 m. Do tego dochodzi szerokość opaski prowadzącej (0,5 do 0,75 m), na której maluje się linie boczne. Wymiary płyt pokrywają się mniej więcej z szerokościami pasów ruchu. Poszerzenia te służą do odsunięcia toru ruchu pojazdów od krawędzi płyt przez malowanie na nich pasów ruchu. W ten sposób zapobiega się uszkadzaniu krawędzi jezdni.

Przyjmuje się, że długość płyt wynosi 25-krotność grubości płyty, w rzeczywistości jest to 4 do 6 m. Długości płyt są powiązane z ich grubością, ponieważ ma to związek z powstawaniem naprężeń termicznych. Przeprowadzone doświadczenia wykazały, że koszty poniesione na wykonanie poszerzonego pasa ruchu są opłacalne w procesie eksploatacji. Układając płyty zachowuje się szczeliny dylatacyjne, które najczęściej są prostopadłe do osi jezdni,  ale mogą być również ukośne. Maksymalny kąt odchylenia szczelny wynosi 15°.

Nawierzchnie dyblowane i kotwione
Z obserwacji drogowych nawierzchni betonowych wynika, że dyblowanie płyt w znaczący sposób polepsza ich współpracę na szczelinach dylatacyjnych. Dzięki temu dyblowane płyty mniej klawiszują a szczeliny dylatacji w mniejszym stopniu się rozszerzają. Ponadto należy tu podkreślić, że klawiszowanie poprzecznych połączeń między płytami nawierzchni ma znaczący wpływ na komfort jazdy.

Przez klawiszowanie należy rozumieć różnicę wysokości pomiędzy przylegającymi czołami płyt. Zjawisko to powstaje zwykle w wyniku kombinacji kilku czynników, a mianowicie:

1. nadmiernego obciążenia na oś pojazdów,
2. niedostatecznego przenoszenia obciążeń przez połączenia (dyble),
3. nadmiaru wody w warstwie podbudowy.

Następstwami klawiszowania płyt są pęknięcia naroży oraz ukośne i poprzeczne zarysowania.
Dybel to inaczej pręt stalowy bez haków ułożony prostopadle do płaszczyzny szczeliny. Zapewnia on częściowo przenoszenie obciążenia zewnętrznego na sąsiednią płytę i umożliwia równocześnie niezależne poziome ruchy obu sąsiadujących ze sobą płyt.

Kotew to również pręt stalowy ale zakończony obustronnie hakami. Jest on ułożony prostopadle do płaszczyzny szczeliny i zapewnia przenoszenie obciążenia zewnętrznego na sąsiednią płytę. Ponadto umożliwia rozszerzanie się szczeliny.

Dyblowanie płyt jest zalecane, gdy istnieje możliwość, że podłoże jest nieodporne na erozję. Niewłaściwe stosowanie dybli może jednak prowadzić do niszczenia połączonych płyt. Przykładem takiego niekorzystnego zjawiska, wynikającym z niewłaściwego stosowania dybli jest tzw. owalizacja, która polega na wykruszaniu betonu wokół dybla. Następstwem jest to, że dyble tracą swoje właściwości i nie zapewniają współpracy płyt na krawędziach. Innym zjawiskiem szkodliwym dla dybli jest ich korozja. Podstawowym i zarazem głównym czynnikiem wywołującym korodowanie dybli są środki zimowego utrzymania nawierzchni dróg. Zatem zgodnie z wymogami dyble muszą mieć zabezpieczenia antykorozyjne.

Nawierzchnie złożone
Nawierzchnie złożone to połączenie nawierzchni z betonu cementowego z nawierzchnią wykonaną z mieszanki mineralno-asfaltowej. Wyróżnia się następujące rodzaje takich połączeń:

1. nawierzchnie z betonu cementowego zbrojone i niezbrojone układane na już istniejących nawierzchniach asfaltowych, tzw. whitetopping,
2. nawierzchnie z betonu cementowego o ciągłym zbrojeniu przykryte warstwą asfaltową,
3. nawierzchnie z betonu cementowego między istniejącymi w planie nawierzchniami asfaltowymi lub betonowymi.

Nawierzchnie zbrojone
Zgodnie z kryteriami normowymi, dla nawierzchni z betonu cementowego, płyty należy zbroić w przypadku spodziewanych nierównomiernych osiadań podłoża. Ma to miejsce np. przy mostach i wiaduktach, nad przepustami i wykopami kanalizacyjnymi oraz na nasypach. Zbrojenie powinno się wykonywać siatką z prętów o średnicy od 6 do 8 mm. Dla płyt o długości ponad 10 m zbrojone powinno być w ilości co najmniej 5 kg/m²,  a płyty o długości w przedziale od 6 do 10 m  w ilości 2 kg/m². Siatka zbrojenia z prętów powinna być umieszczana 7 cm poniżej górnej powierzchni płyty. Ponadto 70% całego zbrojenia płyty powinny stanowić pręty podłużne, bowiem to one mają zapobiegać powstawaniu pęknięć poprzecznych. Rola prętów poprzecznych jest podobna jak strzemion w żelbecie. Z reguły szerokość płyt drogowych jest na tyle niewielka, że nie powstają pęknięcia podłużne.

Z obserwacji drogowych nawierzchni betonowych wynika, że zbrojenie płyt ma istotny wpływ na:

1. zmniejszenie liczby pęknięć i rys.
2. utrzymanie w całości pękniętych płyt oraz zapobieganie dalszemu pogłębianiu i rozszerzaniu się pęknięć,
3. zredukowanie koniecznej liczby szczelin skurczowych.

W przypadku konieczności wykonania szerszych płyt zbrojonych, np. przy budowie trójpasmowej jezdni tylko z jedną podłużna szczeliną, wtedy dodaje się zbrojenie poprzeczne z prętów w środku płyty. W tym przypadku może również zachodzić potrzeba lokalnego wzmocnienia płyt, (głównie na narożach płyty).

Nawierzchnie o ciągłym zbrojeniu
Z obserwacji drogowych nawierzchni betonowych wynika, że nawierzchnie o ciągłym zbrojeniu charakteryzują się następującymi zaletami:

1. podnoszą znacznie komfort jazdy, tzn. brak dylatacji sprawia, że nie występuje zjawisko klawiszowania,
2. ponieważ nie posiadają szczelin dylatacyjnych mają niższe koszty utrzymania,
3. są wolne od tzw. zjawiska pompowania w szczelinach (nie występuje przenikanie wody do podłoża),
4. posiadają długi okres eksploatacji.

Jest to bez wątpienia najpopularniejszy typ nawierzchni betonowych zarówno w Stanach Zjednoczonych oraz w krajach EU a dokładnie: Anglii, Belgii i Francji. Ich podstawową wadą jest wyższy koszt budowy.

Zbrojenie podłużne powinno być rozmieszczone w rozstawie od 0,1 do 0,23 m i układane w połowie grubości płyt. Pręty zbrojenia rozkładanie są na podpórkach lub za pomocą zaprojektowanych do tego maszyn. W nawierzchni tego typu powstają pęknięcia skurczowe zwykle w odległościach od 3 do 5 m. Opierając się na opracowaniach oraz doświadczeniach belgijskich można stwierdzić, że pęknięcia te nie są głębokie i nie powodują korozji zbrojenia.
 
Nawierzchnie z betonu wałowanego
Ten rodzaj nawierzchni, jego technologia oraz sama technika budowy jest stosunkowo nowa. Podstawową zaletą tej technologii jest krótszy czas realizacji niż w przypadku budowy ze zwykłego betonu cementowego.

W betonie wałowanym zawartość cementu jest mniejsza niż w betonie zwykłym. Do produkcji betonu wałowanego oprócz cementu wykorzystywane są także popioły lotne oraz żużel mielony w połączeniu z katalizatorami lub aktywatorami. Zwykle ilość spoiwa używanego do produkcji betonu wałowanego wynosi ok. 10%, ilość wody 3,5–8% masy mieszanki mineralnej przy stosowaniu dodatków. W przypadku niestosowania dodatków ilość spoiwa wzrasta do ok. 15% a ilość wody do ok. 10% masy mieszanki mineralnej. Do układania mieszanki stosowane są zmodyfikowane rozkładarki do mieszanek mineralno-asfaltowych. Maszyny te również wstępnie zagęszczają mieszankę, jednak właściwe zagęszczanie wykonywane jest za pomocą walców. 
 
inż. Maciej Major
BudownictwoPolskie.pl