Podbudowy drogowe

W większości przypadków inwestorzy i zarządcy dróg decydują się na wykonanie napraw wyłącznie powierzchniowych, poprzez wbudowanie nowego dywanika asfaltowego, budowę cienkich warstw ścieralnych na istniejącej nawierzchni czy stosowanie różnego rodzaju metod powierzchniowego utrwalenia. Technologie te są skuteczne wyłącznie w przypadku istnienia odpowiednio nośnej i stabilnej podbudowy oraz dobrego podłoża gruntowego. W przeciwnym razie oraz w sytuacji znaczącego zwiększenia w ciągu lat natężenia ruchu obsługiwanego przez dany odcinek drogi taki remont szybko okaże się całkowicie nieskuteczny.

Z tego względu już na etapie budowy nowej drogi czy ulicy należy zdawać sobie sprawę z przyszłych problemów remontowych i odpowiednio dobierać wszystkie warstwy konstrukcyjne. W artykule opisano najczęściej stosowane przez projektantów podbudowy na drogach lokalnych KR1–KR4.

Rodzaje i rola podbudowy drogowej

Podbudowa stanowi jeden z najważniejszych elementów konstrukcji nawierzchni drogowej. To właśnie ta warstwa jest odpowiedzialna za przenoszenie obciążeń od ruchu pojazdów, szczególnie ciężarowych, których z roku na rok przybywa na polskich drogach. Podbudowa pełni funkcję fundamentu dla wyższych warstw wykonywanych z mieszanek mineralno-asfaltowych lub z betonu cementowego. Musi ona być wystarczająco nośna i trwała, aby skutecznie przenosić obciążenia w założonym okresie użytkowania.

Niestety, jak pokazuje praktyka, nie zawsze projektanci oraz wykonawcy należycie przykładają się do projektu i wykonania konstrukcji nawierzchni, która nie dość, że nie wytrzymuje zakładanych 20 lat użytkowania, to nierzadko wymaga praktycznie całkowitej przebudowy już po kilku latach od powstania. Czasami zdarza się, że spowodowane jest to nawet nie tyle ograniczeniami finansowymi inwestora, co po prostu brakiem odpowiedniej dokładności i kontroli ze strony wykonawcy lub błędami projektowymi.

Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. podaje konkretne rodzaje warstw konstrukcyjnych nawierzchni wraz z ich grubościami, w zależności od kategorii ruchu przyjętej dla danego odcinka drogi. Niestety przytoczone w rozporządzeniu konstrukcje nie zawsze uwzględniają stale rosnące natężenie ruchu, szczególnie pojazdów ciężkich. Dodatkowym problemem jest nierzadko zbyt duże obciążenie nawierzchni przez samochody ciężarowe (przekraczające 115 kN/oś mimo ograniczeń administracyjnych zawartych w kodeksie drogowym).

Rozporządzenie oraz katalog nawierzchni podatnych i półsztywnych zakładają stosowanie jako podbudowy dla nawierzchni podatnych warstw z kruszyw stabilizowanych mechanicznie oraz z mieszanek mineralno- asfaltowych. W przypadku nawierzchni półsztywnych i sztywnych stosowane są grunty lub kruszywa ze spoiwem hydraulicznym oraz warstwy z chudego betonu i betonu cementowego.

Wszystkie konstrukcje opisywane w katalogu, jak również w niniejszym artykule, dotyczą sytuacji posadowienia podbudowy na odpowiednio nośnym podłożu gruntowym o grupie nośności G1.

Kruszywo stabilizowane mechanicznie

Podbudowy wykonywane z kruszyw stabilizowanych mechanicznie są najbardziej powszechne, szczególnie w przypadku nawierzchni podatnych. Warstwa ta stanowi najczęściej tzw. podbudowę pomocniczą, na której układana jest podbudowa zasadnicza oraz warstwa ścieralna. Duża popularność podbudów z kruszyw wynika ze stosowania ich na bardzo szeroką skalę w okresie powojennym, gdy w kraju priorytetem była budowa mieszkań oraz odbudowa infrastruktury drogowej, bez której rozwój kraju był niemożliwy.

Pierwsze tego typu konstrukcje opisane zostały w normie z 1960 r. (PN-60/S-96023). Norma podawała m.in. sposób, w jaki ma zostać wykonana warstwa nośna nawierzchni (tzw. tłuczniówka). Pierwotnie zakładano budowę podbudowy wielowarstwowej, co wymagało dużych nakładów finansowych i czasowych (procesy zagęszczania). Nowelizacja z 1984 r. wprowadzała dokładniejsze wymagania dla uziarnienia kruszyw oraz zwiększyła zakres wymaganych badań jak sprawdzenie nośności modułem odkształcenia czy wyznaczanie ugięć sprężystych. Główną wadą normy było stosowanie kruszyw o uziarnieniu nieciągłym, co powodowało problemy w zagęszczaniu i występowanie zbyt dużej zawartości wolnych przestrzeni w warstwie.

W latach 90. ubiegłego wieku zaczęto stosować nową normę PN-S-06102:1997, która zakładała budowę podbudowy z kruszywa o harmonijnej krzywej uziarnienia. Tak zaprojektowana i wykonana warstwa kruszywa stanowiła znacznie wytrzymalszy i stabilniejszy fundament dla górnych warstw nawierzchni.

Obecnie projektant dysponuje dwoma dokumentami, na podstawie których może określić wymagania dla warstwy podbudowy z kruszyw stabilizowanych mechanicznie. Pierwszy z nich to wspomniana już norma z 1997 r., podająca wymagania dla kruszyw, krzywą uziarnienia oraz zakres niezbędnych badań.

Od kilku lat istnieje również drugi dokument związany z podbudowami z kruszyw. Mowa tutaj o normie sharmonizowanej PN-EN13242, którą do warunków krajowych wdraża dokument WT-4 2010 (Mieszanki niezwiązane do dróg krajowych). Wymagania WT-4 podają wymagania dla kruszywa w zależności od warstwy (podbudowa zasadnicza lub pomocnicza) oraz przyjętej kategorii ruchu. Dodatkowo określone są właściwości, jakimi musi charakteryzować się wytworzona mieszanka przed wbudowaniem w nawierzchnię. Podobnie jak norma polska, dokument WT i norma sharmonizowana dotyczą kruszyw o uziarnieniu ciągłym, przy czym WT-4 precyzyjniej definiuje poszczególne krzywe uziarnienia w zależności od przyjętego maksymalnego wymiaru ziarna.

Wymagania WT-4 nie narzucają rodzaju materiału skalnego, z którego ma zostać wykonane kruszywo, podając jedynie jego właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Oznacza to, że wykonawca może zastosować zarówno bardzo wytrzymałe i drogie kruszywa bazaltowe, jak i dużo tańsze wapienne, które przy odpowiednim procesie produkcji z powodzeniem mogą spełnić wymagania stawiane podbudowie. Dla wykonawcy i inwestora rozwiązanie takie może przynieść wymierne korzyści finansowe, co jednocześnie pozwala na wykorzystanie surowców lokalnych, bez konieczności sprowadzania innych materiałów. W razie potrzeby dopuszcza się również mieszankę różnych kruszyw, co pozwala na wykorzystanie chociaż w niewielkim stopniu kruszyw dużo słabszych.

Budowa podbudowy z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie (KŁSM) nie stwarza problemów w zakresie parku maszynowego. Należy jednak pamiętać o odpowiednim zagęszczeniu oraz – co jest bardzo istotne z uwagi na trwałość nawierzchni – o skropieniu emulsją przed ułożeniem warstw bitumicznych.

W większości przypadków zaleca się, aby minimalny wtórny moduł odkształcenia warstwy podbudowy z KŁSM wynosił 140 lub 180 MPa, w zależności od wymaganego w projekcie wskaźnika zagęszczenia (Is = 1,00 lub 1,03).

Beton asfaltowy AC

Podbudowy z betonu asfaltowego są w Polsce najpopularniejszym rodzajem podbudowy zasadniczej. Wraz z warstwą z KŁSM stanowi nośną część nawierzchni podatnych. W ciągu ostatnich lat nastąpiły duże zmiany w zakresie normalizacji dotyczącej mieszanek mineralno-asfaltowych. Aktualnie takie warstwy należy projektować zgodnie z normami oraz wymaganiami przytoczonymi w dokumencie WT-2 2010 (Nawierzchnie asfaltowe do dróg krajowych). Zmiany te związane są z wejściem Polski do Unii Europejskiej i koniecznością ujednolicenia