Zimowe zniszczenia dróg. Które naprawy warto wykonać późną jesienią?

Wbrew powszechnie panującej opinii, długotrwała temperatura ujemna, oblodzenia oraz śnieg zalegający na drodze wcale nie stanowią największego zagrożenia dla nawierzchni dróg bitumicznych czy betonowych. Dużą część zniszczeń nawierzchni przypisuje się występowaniu zjawisk charakterystycznych dla cyklicznego rozmarzania i zamarzania wody znajdującej się na jezdni. Może ona przybierać stan ciekły przy wysokich temperaturach lub formę śniegu i lodu, gdy temperatura spada poniżej zera.

Jak powstają zimowe zniszczenia?

Nawierzchnie drogowe często ulegają zniszczeniom w momencie przejścia temperatury z dodatniej na ujemną, dochodzi wtedy bowiem do zamarzania wody i przekształcania jej w lód. To z kolei powoduje jednocześnie zwiększenie objętości wody, co może przyczynić się do wystąpienia pęknięć i wykruszeń. Ponowne ocieplenie i powrót do temperatur dodatnich nie stanowi problemu, o ile jest to zjawisko chwilowe. W przeciwnym razie roztopiony lód wnika coraz głębiej w konstrukcję nawierzchni i zamarza, rozsadzając coraz niższe warstwy konstrukcyjne.

W przypadku dróg bitumicznych, poza problemem zamarzającej wody, pojawia się również problem mniejszej elastyczności nawierzchni. Nie można bezpośrednio porównywać spoiwa cementowego w drogach betonowych do mastyksu (lepiszcze, kruszywo drobne, pyły, wypełniacz) w konstrukcjach podatnych. Z założenia drogi bitumiczne stanowią nawierzchnie podatne, czyli umożliwiające częściowe odkształcenie pod wpływem działania ruchu, co w warunkach zimowych jest utrudnione. Szczególnie narażone są na to drogi bitumiczne, na których występuje duża gęstość ruchu ciężarowego. Należy jednak zwrócić uwagę na to, że mówimy przede wszystkim o gęstości, czyli liczbie pojazdów na określonej długości drogi, a nie o całkowitym natężeniu ruchu ciężkiego w dobie. Duże zagęszczenie pojazdów ciężkich uniemożliwia efektywny powrót nawierzchni po jej ugięciu do stanu pierwotnego i powoduje dalsze zwiększanie odkształcenia nieodwracalnego. W rezultacie w okresie letnim powstają koleiny, natomiast w czasie mroźnych zim pojawiają się spękania powierzchniowe, które na skutek wnikającej w nie wody ulegają dalszej degradacji. W zimie mieszanki bitumiczne są dość sztywne i wykazują dużo mniejszą podatność na koleinowanie niż w okresach letnich i wiosennych.

Istnieje jeszcze jeden, rzadko uwzględniany czynnik powstawania zniszczeń nawierzchni, a mianowicie nieumiejętne i niekontrolowane stosowanie środków zimowego utrzymania dróg. Nie oznacza to jednak, by całkowicie zakazywać stosowania soli drogowej lub nakazywać użycia wyłącznie drogich solanek magnezowych itp. Zima w Polsce jest nieprzewidywalna i zarządcy dróg nie są w stanie prawidłowo ocenić, przez ile dni w roku będą musieli stosować środki odladzające, dlatego są zmuszeni kierować się głównie kryterium ceny, co pozwala zakupić możliwie najwięcej tanich środków, czyli soli drogowej. Warto jednak w pewnych wypadkach rozważyć stosowanie innych, mniej agresywnych środków, szczególnie na drogach o dużym ruchu miejskim, gdyż ich późniejsze remonty to nie tylko utrudnienia dla mieszkańców, lecz także konieczność zwiększenia ruchu na drogach lokalnych i osiedlowych w celu poprowadzenia tymczasowych objazdów. Należy zatem zawsze kompleksowo analizować koszty, uwzględniając w nich racjonalne gospodarowanie całym budżetem na remonty i utrzymanie sieci drogowej.

Praca asfaltów w nawierzchniach bitumicznych

Nawierzchnie bitumiczne są najbardziej narażone na uszkodzenia w okresach zimowych. Wynika to bezpośrednio z ich budowy i zmiennych właściwości reologicznych spoiwa, czyli lepiszcza (a dokładniej mastyksu).

Asfalty mają małą lepkość w temperaturach wysokich, a dużą przy temperaturach ujemnych. Oznacza to, że w okresach letnich ziarna grysowe stanowiące szkielet mineralny mieszanki łatwo mogą się przemieszczać, gdyż cienka błonka asfaltu nie jest zbyt sztywna. W przypadku dużych nacisków wywołanych ruchem ciężkim dochodzi wtedy do pojawiania się kolein, które są efektem przemieszczania się dużych ziaren rysowych w strukturze mieszanki. W przypadku kolein powierzchniowych grysy wypychane są na zewnątrz, ku krawędzi nawierzchni. Zjawisko to jest dobrze widoczne na drogach zamiejskich, gdzie dużym koleinom powierzchniowym towarzyszą również spływy krawędziowe.

Innym rodzajem kolein są deformacje strukturalne, które sięgają warstw podbudowy bitumicznej lub nawet podłoża gruntowego. Przyczyną powstawania kolein strukturalnych jest najczęściej zły dobór warstw konstrukcyjnych nawierzchni, niedostosowany do rzeczywistych warunków ruchowych. Z tego względu tak ważne jest wykonywanie analiz natężenia ruchu w stanie istniejącym (etap projektowania) wraz z prognozą wieloletnią (np. dziesięcio- lub dwudziestoletnią), czego niestety wielu projektantów w Polsce nie wykonuje.

Zjawisko powstawania kolein doskonale obrazuje zmienne warunki pracy nawierzchni w zależności od temperatury. Należy zauważyć, że w okresie zimowym nie dochodzi do powstawania lub znacznej propagacji już istniejących kolein. Zjawisko to jest charakterystyczne głównie dla okresów letnich i wiosennych, czyli wtedy, gdy mastyks odznacza się dużą elastycznością i odkształcalnością.

Pęknięcia niskotemperaturowe warstw bitumicznych

Problem kolein to jednak tylko jeden z wielu rodzajów zniszczeń, a dokładniej deformacji warstw bitumicznych lub – w przypadku deformacji strukturalnych – całej konstrukcji. Błonka lepiszcza wiążąca ziarna grysu jest bardzo cienka. Grysy łączy spoiwo będące mieszaniną asfaltu, drobnego kruszywa kamiennego, pyłów powstających w czasie ogrzewania i przemieszczania kruszywa oraz wypełniacza. W okresie zimowym lepiszcze staje się mało elastyczne, a w temperaturach ujemnych może nawet pękać. Wtedy też zniszczone zostaje wiązanie między grysami, co prowadzi do powstawania siatki mikropęknięć.

Jeśli pęknięcia te nie ulegną dalszej degradacji, to w okresie letnim nastąpi ich samoistna naprawa. W wysokich temperaturach letnich lepiszcze, a tym samym cały mastyks ponownie stanie się elastyczny i