spis treści

Transkrypt

spis treści

WYBRANE ZAGADNIENIA BUDOWNICTWA KOMUNIKACYJNEGO
SPIS TREŚCI
OD AUTORA ........................................................................................................................ 9
1. BUDOWA DRÓG KOŁOWYCH .............................................................................11
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
Droga ......................................................................................................................17
Drogi wewnętrzne .................................................................................................22
Podstawowe technologie budowy dróg .............................................................27
Projektowanie elementów dróg ..........................................................................27
1.4.1. Nawierzchnie ..................................................................................... 43
1.4.2. Odwodnienia dróg ............................................................................. 60
1.5. Bibliografia do rozdziału 1 ..................................................................................62
2. OGÓLNE WARUNKI PROJEKTOWANIA DRÓG ...........................................65
2.1. Uwagi ogólne .........................................................................................................65
2.2. Podstawowe warunki techniczne projektowania dróg...................................66
2.2.1. Parametry techniczne......................................................................... 66
2.2.2. Parametry techniczne......................................................................... 69
2.2.3. Droga i połączenia dróg..................................................................... 69
2.2.4. Droga i połączenia dróg ..................................................................... 75
2.2.5. Nośność i stateczność drogowych budowli ziemnych ....................... 76
2.2.6. Warunki techniczne dotyczące bezpieczeństwa użytkowania ........... 78
2.2.7. Ochrona środowiska .......................................................................... 83
2.2.8. Warunki gruntowo - wodne podłoża ................................................. 84
2.3. Przykład obliczeniowy ..........................................................................................86
2.3.1. Dane do przykładu ............................................................................. 86
2.3.2. Obciążenie ruchem i wyznaczenie kategorii ruchu ........................... 88
2.3.3. Warunki gruntowo – wodne i głębokość przemarzania ..................... 92
2.3.4. Odwodnienie podłoża ........................................................................ 96
2.3.5. Wybór typowej nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu ......... 96
2.3.6. Mrozoodporność podłoża .................................................................. 97
2.4. Bibliografia do rozdziału 2 ..................................................................................99
5
6
3. BUDOWA DRÓG KOŁOWYCH .......................................................................... 101
3.1. Przejazdy drogowo - kolejowe i przejścia ...................................................... 101
3.1.1. Warunki techniczne projektowania i budowy skrzyżowa
drogowo - kolejowych ..................................................................... 105
3.2. Przykłady rozwiązań konstrukcyjnych na przejazdach .............................. 111
3.2.1. Uwagi ogólne ................................................................................... 112
3.2.2. Nawierzchnia klasyczna................................................................... 112
3.2.3. Nawierzchnie nowoczesne ............................................................... 117
3.3. Odwodnienie przejazdów kolejowych ............................................................. 132
3.3.1. Odwodnienie powierzchniowe przejazdów kolejowych.................. 132
3.3.2. Odwodnienie wgłębne przejazdów kolejowych .............................. 133
3.3.3. Specyfika odwodnienia przejazdów................................................. 134
3.3.4. Rodzaje przepustów ......................................................................... 135
3.4 Bibliografia do rozdziału 3 ............................................................................... 137
4. LOTNISKA I LĄDOWISKA .................................................................................. 139
4.1. Ogólne informacje o lotniskach ....................................................................... 139
4.1.1. Określenie długości drogi startowej.............................................. 146
4.1.2. Określenie szerokości drogi startowej ..................................................... 148
4.2. Lotniska śmigłowcowe........................................................................................ 150
4.2.1. Klasyfikacja lotnisk śmigłowcowych .............................................. 150
4.2.2. Strefy lotnisk śmigłowcowych i ich wymiary.................................. 151
4.2.3. Strefa osiadania i startu .................................................................... 155
4.2.4. Nawierzchnie lądowiska śmigłowcowego ....................................... 156
4.2.5. Tory (strefy) kołowania i drogi kołowania ...................................... 157
4.2.6. Parkowanie śmigłowca .................................................................... 159
4.3. Nawierzchnie lotnisk i lądowisk ....................................................................... 160
4.3.1. Uwagi ogólne ................................................................................... 160
4.3.2. Warunki gruntowo - wodne i ich znaczenie w procesie budowy
i utrzymania nawierzchni................................................................. 160
4.3.3. Podłoża nawierzchni lotniskowych.................................................. 161
4.3.4. Podbudowy nawierzchni lotniskowych ........................................... 162
4.3.5. Podbudowy z gruntów stabilizowanych cementem ......................... 163
4.3.6. Podbudowy z kruszywa ................................................................... 164
4.3.7. Podbudowy z kruszywa ulepszonego cementem ............................. 165
4.3.8. Podbudowy z chudego betonu ......................................................... 165
4.3.9. Podbudowy z tworzyw sztucznych .................................................. 167
4.3.10. Betonowe nawierzchnie lotnisk ..................................................... 167
4.3.11. Betonowe nawierzchnie lotniskowe układane w szalunkach......... 168
4.3.12. Przygotowanie mieszanki betonowej ............................................. 170
4.3.13. Układanie i zagęszczanie mieszanki betonowej ............................ 170
4.3.14. Współczesne metody budowy nawierzchni betonowych
– metodą ślizgową ......................................................................... 171
4.3.15. Cement do budowy nawierzchni.................................................... 172
4.3.16. Kruszywo grube – grysy ................................................................ 173
4.3.17. Kruszywa drobne – piasek ............................................................. 175
4.3.18. Woda do betonów .......................................................................... 176
4.3.19. Dodatki i domieszki do betonu ...................................................... 177
4.3.20. Beton z domieszkami lub dodatkami ............................................. 179
4.3.21. Powłokowe środki do pielęgnacji betonu ...................................... 180
4.3.22. Emulsje żywicowe ......................................................................... 180
4.3.23. Emulsje parafinowe ....................................................................... 180
4.3.24. Wodne roztwory krzemianów ........................................................ 181
4.3.25. Środki do impregnacji nawierzchni ............................................... 182
4.3.26. Materiały do wypełniania szczelin................................................. 183
4.3.27. Masy stosowane na gorąco ............................................................ 183
4.3.28. Masy stosowane na zimno ............................................................. 184
4.3.29. Wkładki elastyczne ........................................................................ 184
4.3.30. Szczeliny w lotniskowych nawierzchniach betonowych ............... 185
4.3.31. Rozstaw szczelin ............................................................................ 186
4.3.32. Wykonywanie i konstrukcja szczelin............................................. 187
4.3.33. Wykonywanie szczelin przez instalowanie w świeżej
mieszanki wkładek szczelinowych ................................................ 189
4.3.34. Mechaniczne nacinanie szczelin .................................................... 189
4.3.35. Proces wypełniania szczelin .......................................................... 191
4.3.36. Żelbetowe nawierzchnie lotnisk .................................................... 192
4.3.37. Wykonanie nawierzchni żelbetowych w szalunkach ..................... 194
4.3.38. Wykonanie nawierzchni o zbrojeniu ciągłym................................ 194
4.3.39. Wykonanie szczelin w nawierzchniach zbrojonych ...................... 197
4.3.40. Nawierzchnie dyblowane ............................................................... 197
4.3.41. Lotniskowe nawierzchnie betonowe zbrojone stalowym
włóknem rozproszonym ................................................................ 198
4.3.42. Cement do betonów ze zbrojeniem rozproszonym ........................ 201
4.3.43. Własności techniczne fibrobetonów .............................................. 202
4.3.44. Nawierzchnie lotniskowe z betonu sprężonego ............................. 203
4.3.45. Metody sprężania ........................................................................... 204
4.3.46. Metoda płyt ruchomych ................................................................. 204
4.3.47. Metoda płyt nieruchomych ............................................................ 206
4.3.48. Budowa nawierzchni lotnisk z płyt wstępnie sprężonych ............. 208
4.3.49. Obciążenia nawierzchni z płyt sprężonych .................................... 210
4.3.50. Charakterystyka termicznych obciążeń wymuszonych ................. 214
4.3.51. Obciążenia termiczne spowodowane warunkami klimatycznymi . 215
4.3.52. Technologia produkcji płyt wstępnie sprężonych.......................... 215
4.3.53. Beton .............................................................................................. 216
7
8
4.3.54. Zbrojenie płyt wstępnie sprężonych .............................................. 216
4.3.55. Formy do wykonania płyt sprężonych ........................................... 217
4.3.56. Składowanie płyt............................................................................ 217
4.3.57. Nawierzchnie z prefabrykowanych płyt wstępnie sprężonych ...... 218
4.3.58. Podbudowy istniejące pod nawierzchnie modernizowane
płytami wstępnie sprężonymi ........................................................ 218
4.3.59. Proces budowy ............................................................................... 219
4.4. Przykład przebudowy lotniska Żagań - Tomaszowo ................................... 221
4.5. Bibliografia do rozdziału 4 ............................................................................... 224
9
OD AUTORA
Tematem monografii są wybrane zagadnienia budownictwa komunikacyjnego,
a dokładnie drogi kołowe, skrzyżowania jednopoziomowe, drogowo - kolejowe oraz
lotniska cywilne.
Rosnący postęp cywilizacyjny powoduje bardzo szybki wzrost ruchu drogowego na
drogach i ulicach. Mimo, że z roku na rok powiększa się sieć dróg ich obciążenie
ruchem stale rośnie. Wiąże się to z coraz większą liczbą poruszających się po naszych
ulicach pojazdów samochodowych. Przeciętna rodzina 4 osobowa posiada do użytku
2 samochody. Wzrost liczby pojazdów ma „dwie strony medalu”, tzn. z jednej strony
zwiększa komfort podróżowania mieszkańców, a z drugiej powoduje nieodwracalne
skutki dla naszych dróg, ulic oraz środowiska naturalnego.
Każda nawierzchnia drogowa pod wpływem obciążenia ruchem i działaniem
czynników klimatycznych ulega uszkodzeniom, właściwym typowi nawierzchni
i materiałom użytym do jej budowy. Niszczący w skutkach wpływ na nawierzchnię
mają ruch pojazdów oraz zmienne warunki atmosferyczne. Najbardziej niszczy
nawierzchnię ruch samochodów ciężarowych, dlatego konstrukcja drogi powinna być
dostosowana do wielkości nacisków kół tych pojazdów oraz intensywności ruchu
w projektowanym okresie trwałości po najbardziej obciążonym pasie ruchu.
Samochody ciężarowe bardzo negatywnie oddziaływają na nasze drogi. Przeciążone
pojazdy przekraczające dopuszczalne naciski na osie powodują główne zniszczenia
w naszych drogach. Kierowcy powyżej norm dociążają swoje samochody ciężarowe.
Z ich punktu widzenia jest to zrozumiałe, ciągle rosnące ceny paliwa, systemy poborów
opłat (Viatol) oraz inne znaczne koszty, nakłaniają do łamania przepisów. Firmy
transportowe ryzykują, przewożąc towary ponad normę wagową. Z drugiej strony
znajdują się specjalne służby np. Inspekcja Transportowa, wyszkolona i uprawniona do
sprawdzania ładunków w zestawach drogowych. Pomimo ciągłych kontroli nadal
występują tendencje przekraczania dozwolonych tonaży. Samochody osobowe nie
oddziaływują w dużym stopniu na nawierzchnię, ponieważ naciski ich kół są
niewielkie. Jeden przejeżdzający „tir” o dopuszczalnym obciążeniu osi powoduje taki
nacisk jak przejazd 160 000 samochodów osobowych. Czynniki atmosferyczne mają
destrukcyjne oddziaływanie na nasze drogi. Najbardziej temperatura i opady
atmosferyczne. Wpływ wysokich temperatur na nawierzchnie z górnymi warstwami
10
związanymi lepiszczem asfaltowym jest znaczący, co wynika z właściwości asfaltu,
który mięknie w wysokiej temperaturze. Prawidłowo zaprojektowana i wykonana
nawierzchnia jest odporna na odkształcenia. W Polsce bardzo duży odsetek dróg
zajmują te, które zostały wykonane w latach 70’ i 80’. Posiadają one nawierzchnie
wykonanane w przestarzałych technologiach, niedostosowane do wielokrotnie
większych obciążeń ruchem niż przewidywano w czasie ich projektowania i budowy.
Takie nawierzchnie wykonane z mieszanek mineralno asfaltowych są najbardziej
narażonena deformacje i odkształcenia w okresach długotrwałych upałów. W naszym
klimacie występują duże amplitudy temeratur, latem temperatury nasłonecznionej
nawierzchni sięgają 70 stopni Celsjusza, a zimą nawet -30 stopni Celsjusza. W okresie
letnim asfalt mięknie i mogą tworzyć się koleiny, a zimą sztywnieje i wzrasta ryzyko
powstania spękań niskotemperaturowych. Inną niedogodnością dla drogi jest opad
deszczu lub woda gruntowa, która po przeniknięciu pod nawierzchnię, obniża
odporność nawierzchni na niszczące działanie ruchu pojazdów. Woda gruntowa może
zostać pociągnięta kapilarnie przez grunt słabo przepuszczalny podłoża np. gliny
piaszczyste, piaski gliniaste, pyły.
W Polsce około 90% wszystkich dróg o nawierzchni ulepszonej stanowią drogi
wykonane w technologii asfaltowej, są to drogi o konstrukcji podatnej lub półsztywnej
(wg terminologii katalogów drogowych).
Problematykę zawartą w pracy przedstawiono następująco. W rozdziale pierwszym
przedstawiono budowę dróg kołowych. Ogólne warunki projektowania dróg zawarto
w rozdziale drugim. Również w tym rozdziale znajduje się przykład obliczeniowy
- projekt konstrukcji nawierzchni Drogi Wojewódzkiej nr 911 między Bytomiem
a Piekarami Śląskimi.
Przejazdy kolejowo-drogowe omówiono w rozdziale 3.W rozdziale czwartym opisano
budowę lotnisk i lądowisk cywilnych.
Monografia może stanowić w pewnym stopniu uzupełnienie aktualnego stanu badań
i analiz teoretycznych dotyczących dróg kołowych, skrzyżowań dróg kołowych
i żelaznych oraz lotnisk cywilnych. Książka może być adresowana do pracowników
naukowo - badawczych, projektantów, specjalistów wykonawstwa budownictwa
komunikacyjnego oraz studentów wyższych uczelni technicznych, specjalizujących się
w mechanice gruntów i przedmiotach komunikacyjnych.
Autor składa serdeczne podziękowania Recenzentowi Panu dr hab. inż. Andrzejowi
Surowieckiemu, prof. WSOWL we Wrocławiu za cenne rady i uwagi merytoryczne.
Wojciech Kozłowski
Wrocław, 27.11.2014
11
1. BUDOWA DRÓG KOŁOWYCH
Pierwszymi drogami, które były wykorzystywane przez człowieka do przemieszczania
się były wydeptane przez migrujące zwierzęta ścieżki. Tereny, przez które owe ścieżki
przebiegały, obfitowały w znaczą ilość pożywienia i wody, co dla człowieka żyjącego
w trybie koczowniczym było istotnym bodźcem zachęcającym ludzi do korzystania
z tych szlaków. Towary i zapasy żywności były transportowane z wykorzystaniem
zwierząt jucznych.
Rozwój budownictwa drogowego był związany z przejściem człowieka w tryb życia
osiadłego, co spowodowało powstanie wielu osad oraz z wynalezieniem koła, które
miało miejsce w IV tysiącleciu p. n. e. Na ten okres są również datowane najstarsze
odkryte kamienne drogi, których ślady możemy znaleźć na terenie dzisiejszego Iraku.
W Europie w tym okresie ścieżki były wykonywane głównie z dyli drewnianych.
Najstarsza odkryta tego typu droga znajduje się w okolicy miejscowości Glastonbury
w Wielkiej Brytanii [29].
W starożytnym Egipcie, ze względu na to iż osady były zakładane w okolicy Nilu,
drogi lądowe stanowiły uzupełnienie sieci dróg wodnych. Pierwsze drogi lądowe były
budowane pomiędzy Nilem i osadami oraz miejscami budowy świątyń, grobowców
i piramid. Były one wykorzystywane do przemieszczania się okolicznej ludności oraz
do transportu towarów i dużych bloków skalnych, wykorzystywanych do budowy
piramid, które były transportowane z wykorzystaniem bali drewnianych.
Imponujący rozwój budownictwa transportowego i drogowego nastąpił w Persji
podczas panowania Dariusza I Wielkiego w latach 521-485 p. n. e. Wówczas powstała
droga królewska, która łączyła Suzę z Sardes. Był to trakt handlowy, którego długość
mierzyła 2575 km [29].
12
Rys. 1.1. Droga Królewska w Persji [4]
W Polsce najstarsze odkryte drogi znajdowały się w okolicy Biskupina. Były
to drogi wykonane z dyli, które są datowane na V w. p. n. e. Nawierzchnie dróg
w Polsce były w tamtym okresie wzmacniane za pomocą dyli głównie na terenach
podmokłych [29].
Rys. 1.2. Rekonstrukcja fragmentu ulicy w Biskupinie [29]
13
Największy rozwój drogownictwa nastąpił w okresie panowania i ekspansji cywilizacji
starożytnego Rzymu, które rozpoczęło się wraz z upadkiem królestwa rzymskiego
i powstaniem Republiki rzymskiej w 509 r p. n. e. Jako koniec panowania Imperium
rzymskiego przyjmuje się 476 r n. e., w którym nastąpił upadek Cesarstwa
zachodniorzymskiego. W okresie tym Rzym zajmował obszary Europy zachodniej
i środkowej oraz tereny Azji Mniejszej i północnych wybrzeży Afryki, co w apogeum
jego istnienia dawało łączną powierzchnię 4600000
. Tak rozległy teren wymuszał
stworzenie systemu szlaków komunikacyjnych, który umożliwiałby sprawne
poruszanie się podróżnych i transport towarów z najodleglejszych zakątków imperium.
W latach 98-117 n. e. w Rzymie użytkowano blisko 80 000 [km] dróg głównych
wykonanych z kamienia, oraz około 300 000 km dróg drugorzędnych o nawierzchni
wzmacnianej najczęściej żwirem [29].
Rys. 1.3. Sieć rzymskich dróg głównych [29]
Rzymska technologia budowy dróg była na bardzo zaawansowanym poziomie.
Do konstruowania nawierzchni wykorzystywano kamienie, które były ze sobą spajane
za pomocą zapraw wapienno-piaskowych oraz pucolan. Rzymskie obiekty budowlane
cechowały się dużą niezawodnością i trwałością, co pozwoliło większości z nich
przetrwać aż do dzisiaj. W budownictwie drogowym osiągnięto to poprzez
zastosowanie konstrukcji składającej się z kilku warstw. Rzymskie drogi były
odwadniane poprzez zastosowanie spadku poprzecznego, umożliwiając w ten sposób
korzystanie z niej przez cały rok [29].
14
Rys. 1.4. Typowe przekroje dróg rzymskich [4]
Najstarszą oraz najbardziej znaną drogą tego typu jest Via Appia, która łączyła Rzym
z Capuą. Jej długość wynosiła około 198 km, a jej szerokość miejscami przekraczała
8 m. Została ona wybudowana w 312 r. p. n. e. prze ówczesnego cenzora Appiusza
Claudiusza. W następnych latach, droga ta została przedłużona do długości około
550 km, co pozwoliło doprowadzić ją aż do miejscowości Brundisum. Konstrukcja
drogi była w pewnym stopniu pierwowzorem do wykonywanych w późniejszych
okresach innych dróg rzymskich [29].
Rys. 1.5. Widok drogi Via Appia [4]
15
W Polsce budownictwo drogowe w okresie średniowiecza stało na niskim poziomie.
Większość szlaków w tym okresie była drogami gruntowymi, a rzeki najczęściej były
przekraczane z wykorzystaniem brodów, ponieważ mosty znajdujące się na szlakach
biegnących poza terenami miejskimi należały do rzadkości. Dopiero w XIV w.
w Krakowie wybudowano jedną z pierwszych dróg o nawierzchni brukowanej. Brak
zainteresowania rozwojem drogownictwa trwał aż do XVIII w., kiedy to we Francji
w 1716 r. został utworzony Korpus Inżynierów Dróg i Mostów, a 31 lat później
w Paryżu została otwarta Szkoła Dróg i Mostów. W 1698 r. został opublikowany przez
Henryka Gautiera, pełniącego wówczas obowiązki królewskiego inżyniera i inspektora
dróg, Traktat o budowie dróg, a osiemnaście lat później - Traktat o budowie mostów
[29].
Założyciel Korpusu Inżynierów oraz Szkoły Dróg i Mostów – Trésaguet był
prekursorem stosowania nawierzchni tłuczniowych. Nawierzchnie te składały się
z trzech warstw. Najniższą z nich był podkład wykonany z kamienia. Na nim była
układana warstwa tłucznia o grubych ziarnach. Górną warstwę stanowił tłuczeń
o ziarnach drobnych. Tłuczeń jak i kamienny podkład były zagęszczane ręcznie.
Drogi typu Tresagueta były wówczas stosowane prawie w całej Europie,
z wyjątkiem Wielkiej Brytanii, gdzie faworyzowane były nawierzchnie typu
makadamowego [14]. Rodzaj takiego rozwiązania konstrukcyjnego nawierzchni
drogowej został zaprojektowany przez szkockiego inżyniera Mac Adama. Zastąpił on
kamienny podkład warstwą grubego tłucznia, na którą układana była warstwa tłucznia
drobnego. Obie warstwy zagęszczano oddzielnie, za pomocą specjalnego walca
drogowego. Typ makadamowy wymagał wykorzystania większej ilości tłucznia niż
w typ Trésagueta, lecz pozwalał na większe zmechanizowanie robót, co znacznie
przyspieszało tempo wykonywania prac [29].
Rys. 1.6. Nawierzchnie tłuczniowe: a) wg Trésagueta; b) wg Mac Adama [4]
16
W 1819 r. w Królestwie Polskim został powołany Korpus Inżynierów Dróg
i Mostów oraz została utworzona Dyrekcja Jeneralna Dróg i Mostów. Przyczyniło to na
polepszenie jakości i tempa budowy dróg, co pozwoliło na wybudowanie w ciągu
kolejnych 30 lat dróg o nawierzchni twardej, brukowanej lub tłuczniowej. Łączna
długość tych nowo wybudowanych tras przekraczała 2300 km, a ich wysoka jakość
wykonania spowodowała, że wiele z nich przetrwało do dnia dzisiejszego.
Na przełomie XIX i XX w. zostały wprowadzone do ruchu drogowego pierwsze
samochody wyposażone w opony pneumatyczne, których prędkość jazdy była większa
niż pojazdów bezsilnikowych poruszających się w tamtym czasie. Spowodowało
to wysysanie drobnych frakcji kruszywa z nawierzchni tłuczniowych, co wywoływało
szybką degradację jakości drogi. Konieczna okazała się zmiana materiałów
stosowanych do budowy górnej warstwy nawierzchni, dlatego w 1854 r. w Paryżu
została zbudowana pierwsza ulica wykonana z ubijanego naturalnego asfaltu. W 1901 r.
lekarz Guglieminetti do spajania drobnych frakcji kruszywa zastosował smołę,
co umożliwiło wdrożenie nowoczesnych nawierzchni bitumicznych. Siedem lat
później, w Berlinie została zbudowana pierwsza droga o nawierzchni wykonanej
z asfaltu lanego. Kolejnym materiałem stosowanym do budowy dróg był beton
cementowy, który zastosowano do budowy ulicy w Detroit w 1909 r., a w Polsce
pierwszą tego rodzaju nawierzchnię zastosowano trzy lata później w Krakowie [29].
W Polsce w okresie międzywojennym wykonano ponad 20 tysięcy km dróg
o nawierzchni twardej. 6,5 tysiąca km dróg o nawierzchniach kostkowych
i betonowych zostało zmodernizowanych, zbudowano mosty trwałe o łącznej długości
35 km. W okresie powojennym, w latach 1945-1995 w Polsce nastąpiło zwiększenie
nakładów na budownictwo drogowe, co umożliwiło wykonanie nowych dróg
zamiejskich o łącznej długości wynoszącej ponad 110 tysięcy km, a blisko 140 tysięcy
km dróg zamiejskich zostało zmodernizowanych. Dodatkowo zostało wzniesionych
około 400 km nowych mostów.
Pierwsza autostrada została wybudowana w 1926 r. Była to droga o długości około
60 km, łącząca Mediolan z Varese, która była przeznaczona tylko dla pojazdów
silnikowych. Pod II wojnie światowej, w krajach uprzemysłowionych nastąpił
gwałtowny rozwój motoryzacji, co spowodowało wzrost natężenia ruchu. Dlatego też
z powodu nie przepustowości ówczesnego systemu dróg, została wymuszona zmiana
koncepcji sieci dróg, w której zaczęto kłaść większy nacisk na budowę dróg
ekspresowych i autostrad.
17
1.1. DROGA
W prawodawstwie polskim jako drogę definiuje się budowlę liniową
wraz z drogowymi obiektami inżynierskimi, urządzeniami oraz instalacjami,
stanowiącą całość techniczno-użytkową, przeznaczoną do prowadzenia ruchu
drogowego, zlokalizowaną w pasie drogowym. Pas drogowy stanowi wydzielony
liniami granicznymi grunt wraz z przestrzenią nad i pod jego powierzchnią,
w którym są zlokalizowane droga oraz obiekty budowlane i urządzenia techniczne
związane z prowadzeniem, zabezpieczeniem i obsługą ruchu, a także urządzenia
związane z potrzebami zarządzania drogą [21]. Bardziej szczegółowy opis zawiera
Kodeks drogowy, określający drogę jako wydzielony pas terenu składający się
z jezdni, pobocza, chodnika, drogi dla pieszych lub drogi dla rowerów, łącznie
z torowiskiem pojazdów szynowych znajdującym się w obrębie tego pasa. Droga
przeznaczona jest do ruchu pojazdów, ruchu pieszych, jazdy wierzchem lub pędzenia
zwierząt [18].
Należy w tym miejscu zwrócić uwagę na pewną niespójność pomiędzy obiema
przytoczonymi powyżej definicjami pochodzącymi z Ustawy o drogach publicznych
i Ustawie Prawo o ruchu drogowym. Dosłowna interpretacja przytoczonych przepisów
może prowadzić do wniosku, że wydzielony w przestrzeni pas terenu przeznaczony dla
ruchu pojazdów i na którym ruch ten faktycznie się odbywa nieposiadający specjalnej
nawierzchni (ruch pojazdów i pieszych bezpośrednio po gruncie) byłby drogą
w rozumieniu prawa o ruchu drogowym, ale nie mógłby być tak traktowany w świetle
ustawy o drogach publicznych. Aby unikać nieporozumień i paradoksów powszechnie
przyjmuje się, że do uznania danego gruntu (terenu) za drogę wystarczające jest by był
przeznaczony na cele ruchu drogowego, co jest potwierdzane odpowiednim
oznaczeniem w ewidencji gruntów i budynków [29].
Rys. 1.7. Przekrój poprzeczny drogi [21]
18
Pas drogowy –
jest to pas terenu znajdujący się na wydzielonym liniami
rozgraniczającymi gruncie, który zawiera obszar terenu
przeznaczony pod budowę oraz przyszłą rozbudowę drogi
i jej urządzenia,
Torowisko ziemne – stanowi pas terenu obejmujący drogę zamiejską wraz z jej
urządzeniami odwadniającymi,
Korpus drogi –
jest to część torowiska w obrębie której znajdują się skarpy oraz
korona drogi,
Korona drogi –
jest to część drogi, w skład której wchodzą jezdnie, pobocza,
opaski, zatoki postojowe i autobusowe oraz pasy dzielące,
Jezdnia –
stanowi główną część drogi składającą się ze sztucznie
utworzonych warstw, która jest przeznaczona do ruchu
pojazdów,
Pas ruchu –
jest to każdy z pasów jezdni wystarczających do ruchu pojazdów,
Pobocze –
jest to część korony drogi przeznaczona do ruchu pieszego oraz
do awaryjnego postoju pojazdów; w przypadku dróg miejskich
(ulic) na poboczach wykonywane są chodniki oddzielone od
jezdni krawężnikami,
Nawierzchnia –
jest to część jezdni składająca się z warstwy ścieralnej, która jest
bezpośrednio
poddawana
wpływom
atmosferycznym
i działaniu obciążeń pojazdów oraz warstwy nośnej, przenoszącej
obciążenia na grunt i zapewniającej połączenie nawierzchni
z podbudową,
Podłoże gruntowe – jest to zagęszczona warstwa gruntu znajdująca się pod korytem
jezdni; może być gruntem rodzimym lub nasypowym,
Skrajnia drogi –
jest to przestrzeń, w której odbywa się ruch pieszych
i pojazdów oraz ich postój, w której nie może znajdować się
żaden element budowli, słupy czy też drzewa [21].
Rys. 1.8. Schemat drogi dwujezdniowej [29]
19
Każdy z elementów drogi pełni określone funkcje:
- jezdnia – jest częścią przeznaczoną do ruchu pojazdów (określenie to nie dotyczy
torowisk wydzielonych z jezdni),
- pas ruchu – w ramach jezdni wydziela się podłużne pasy ruchu wystarczające
do przemieszczania się jednego rzędu pojazdów,
- pobocze – część drogi przyległa do jezdni, która może być przeznaczona
do ruchu pieszych lub niektórych pojazdów lub postoju,
- chodnik – część przeznaczona wyłącznie dla ruchu pieszego,
- droga dla rowerów – część przeznaczona wyłącznie dla ruchu rowerów,
- rów odwadniający – element systemu odwodnienia drogi, odbierający wody
opadowe,
- pas zieleni – pas rozdzielający jezdnie o przeciwnych kierunkach ruchu.
Ze względu na dostępność, drogi można podzielić na publiczne i wewnętrzne. Drogą
publiczną jest droga zaliczona na podstawie ustawy o drogach publicznych
do jednej z kategorii dróg, z której może korzystać każdy, zgodnie z jej
przeznaczeniem, z ograniczeniami i wyjątkami określonymi w ustawie lub innych
przepisach szczegółowych. Ze względu na funkcje w sieci drogi dzielą się na
następujące kategorie [14]:
-
krajowe;
wojewódzkie;
powiatowe;
gminne.
Do dróg krajowych zalicza się [14]:
- autostrady i drogi ekspresowe oraz drogi leżące w ich ciągach do czasu
wybudowania autostrad i dróg ekspresowych,
- drogi międzynarodowe,
- drogi stanowiące inne połączenia zapewniające spójność sieci dróg krajowych,
- drogi dojazdowe do ogólnodostępnych przejść granicznych obsługujących ruch
osobowy i towarowy bez ograniczeń ciężaru całkowitego pojazdów lub
wyłącznie ruch towarowy bez ograniczeń ciężaru całkowitego pojazdów,
- drogi alternatywne dla autostrad płatnych,
- drogi stanowiące ciągi obwodnicowe dużych aglomeracji miejskich,
- drogi o znaczeniu obronnym.
Do dróg wojewódzkich zalicza się drogi inne niż określone w art. 5 ust. 1 [5],
stanowiące połączenia między miastami, mające znaczenie dla województwa i drogi
o znaczeniu obronnym niezaliczone do dróg krajowych. Zaliczenie do kategorii dróg
wojewódzkich następuje w drodze uchwały sejmiku województwa w porozumieniu
z ministrami właściwymi do spraw transportu oraz obrony narodowej. Ustalenie
20
przebiegu istniejących dróg wojewódzkich następuje w drodze uchwały sejmiku
województwa, po zasięgnięciu opinii zarządów powiatów, na obszarze których
przebiega droga, a w miastach na prawach powiatu – opinii prezydentów miast [14].
W tabeli 1.1. przedstawiono zestawienie podstawowych cech i funkcji poszczególnych
typów dróg.
Tabela 1.1. Zestawienie podstawowych cech i funkcji poszczególnych typów dróg [17]
Klasyfikacja
techniczna
Podstawowe cechy
Przeznaczenie
Podstawowe
funkcje
Prędkość
projektowa Dostępność
[km/h]
Typowy
przekrój
poprzeczny
Połączenie głównych
ośrodków
gospodarczych
i administracyjnych
kraju, obsługa ruchu
międzynarodowego
w europejskiej sieci
autostrad
120
100
80
S
Połączenie głównych
ośrodków
gospodarczych,
administracyjnych
i regionów
turystycznych kraju,
obsługa ruchu
międzynarodowego,
ich przedłużeniem
mogą być miejskie
drogi ekspresowe
120
100
80
Całkowicie
ograniczona
lub
wyjątkowo
częściowo
ograniczona
DwuJezdniowy lub
wyjątkowo
jednojezdniowy
GP
Połączenie
regionalnych
ośrodków
gospodarczych,
administracyjnych
i turystycznych kraju,
obsługa ruchu
międzynarodowego,
ich przedłużeniem
mogą być ulice klasy
GP lub G
100
80
70
60
częściowo
ograniczona
lub
wyjątkowo
nieograniczona
Jednojezdniowy lub
dwuJezdniowy
Połączenie
regionalnych
ośrodków
gospodarczych,
administracyjnych
kraju. Ich
przedłużeniem mogą
być ulice klasy G
70
60
50
Połączenie
regionalnych
ośrodków
gospodarczych
z siedzibami gmin,
60
50
40
A
Wyłącznie dla
pojazdów
samochodowych
Dla wszystkich
użytkowników
G
Dla wszystkich
użytkowników
Z
Całkowicie
ograniczona
nieograniczona
Obowiązujące
wytyczne
Dwujezdniowy
Wytyczne
Projektowania
Dróg I i II klasy
technicznej
(WPD-1)
Wytyczne
Projektowania
Dróg III-V klasy
technicznej
Jednojezdniowy lub (WPD-2)
wyjątkowo
dwuJezdniowy
Jednojezdniowy
21
ich przedłużeniem
mogą być ulice klasy
Z
L
Dla wszystkich
użytkowników
D
Połączenia
zewnętrzne
i wewnętrzne wsi
o małym natężeniu
ruchu, ich
przedłużeniem mogą
być ulice klasy Z
50
40
Pozostałe połączenia
zewnętrzne
i wewnętrzne
o bardzo małym
natężeniu ruchu
40
30
Jednojezdniowy
nieograniczona
Wytyczne
Projektowania
Dróg VI i VII
klasy
technicznej
Jednopasowy (WPD-3)
dwukierunkowy
Do dróg powiatowych zalicza się drogi inne niż określone w art. 5 ust. 1 i art. 6 ust. 1,
stanowiące połączenia miast będących siedzibami powiatów z siedzibami gmin
i siedzib gmin między sobą. Zaliczenie drogi do kategorii dróg powiatowych następuje
w drodze uchwały rady powiatu w porozumieniu z zarządem województwa, po
zasięgnięciu opinii wójtów (burmistrzów, prezydentów miast) gmin, na obszarze
których przebiega droga, oraz zarządów sąsiednich powiatów, a w miastach na prawach
powiatu – opinii prezydentów miast. Ustalenie przebiegu istniejących dróg
powiatowych następuje w drodze uchwały rady powiatu, po zasięgnięciu opinii wójtów
(burmistrzów, prezydentów miast) gmin, na obszarze których przebiega droga.
Do dróg gminnych zalicza się drogi o znaczeniu lokalnym niezaliczone do innych
kategorii, stanowiące uzupełniającą sieć dróg służących miejscowym potrzebom,
z wyłączeniem dróg wewnętrznych. Zaliczenie do kategorii dróg gminnych następuje
w drodze uchwały rady gminy po zasięgnięciu opinii właściwego zarządu powiatu.
Ustalenie przebiegu istniejących dróg gminnych następuje w drodze uchwały rady
gminy [14]. Tabela 1.2. zawiera zestawienie długości dróg publicznych w Polsce
wg Głównego Urządu Statystycznego (GUS).
Tabela 1.2. Zestawienie długości dróg publicznych w Polsce wg GUS
Kategorie dróg publicznych – stan na sierpień 2013
Kategoria drogi
km
Udział %
Drogi krajowe
19 182
4,7
Drogi wojewódzkie
28 423
6,9
Drogi powiatowe
125 779
30,5
Drogi gminne
238 651
57,9
Ogółem
412 035
100
22
Na rysunku 1.9 pokazano procentowe zestawienie długości dróg publicznych
w Polsce wg GUS
Rys. 1.9. Procentowe zestawienie długości dróg publicznych w Polsce wg GUS
1.2. DROGI WEWNĘTRZNE
Definicję drogi wewnętrznej zawiera w art. 8 ust. 1 ustawy o drogach publicznych,
zgodnie z którym drogą wewnętrzną jest każda droga niezaliczona do żadnej kategorii
dróg publicznych [5]. W związku z tym, pojęcie drogi wewnętrznej jest wymiennie
używane z pojęciem drogi niepublicznej. Jeśli zatem określona droga nie została
w formalny sposób zaliczona do kategorii dróg krajowych, wojewódzkich,
powiatowych lub gminnych, będzie ona drogą wewnętrzną – nawet wówczas, gdy jest
ogólnodostępna, a nawet wtedy, gdy w terenie nie różni się niczym od pobliskiej drogi
publicznej. Jest to więc wydzielony grunt oznaczony w ewidencji gruntów
i budynków jako droga, o ile nie został on uznany za część drogi publicznej. Jako
przykładowe, Ustawa o drogach publicznych wymienia następujące kategorie dróg
wewnętrznych:
-
drogi w osiedlach mieszkaniowych,
drogi dojazdowe do gruntów rolnych i leśnych,
drogi dojazdowe do obiektów użytkowanych przez przedsiębiorców,
place przed dworcami kolejowymi, autobusowymi i portami,
pętle autobusowe.
23
Drogami wewnętrznymi nie będą grunty zajęte pod wewnętrzną komunikację
gospodarstw rolnych, leśnych oraz poszczególnych nieruchomości. Zgodnie
z przepisami rozporządzenia Ministra Rozwoju Regionalnego i Budownictwa sprawie
ewidencji gruntów i budynków, grunty te wlicza się do przyległego do nich użytku
gruntowego [21]. W związku z czym nie spełniają one wymogu wyodrębnienia.
Podjęcie przez radę gminy uchwały w sprawie nadania nazwy drodze wewnętrznej
wymaga uzyskania pisemnej zgody właścicieli terenów, na których jest ona
zlokalizowana. Budowa, przebudowa, remont, utrzymanie, ochrona i oznakowanie dróg
wewnętrznych oraz zarządzanie nimi należy do zarządcy terenu, na którym jest
zlokalizowana droga, a w przypadku jego braku – do właściciela tego terenu.
Finansowanie zadań, związanych z utrzymaniem drogi wewnętrznych, należy
do zarządcy terenu, na którym jest zlokalizowana droga, a w przypadku jego braku
– do właściciela tego terenu. Oznakowanie połączeń dróg wewnętrznych z drogami
publicznymi oraz utrzymanie urządzeń bezpieczeństwa i organizacji ruchu, związanych
z funkcjonowaniem tych połączeń, należy do zarządcy drogi publicznej. Na tym
zarządcy ciąży też obowiązek oznaczenia początku drogi wewnętrznej znakiem
drogowym D-46 Droga wewnętrzna i jej końca – znakiem D-47Koniec drogi
wewnętrznej (rys. 1.10.).
Rys. 1.10. Znaki oznaczające początek i koniec drogi wewnętrznej [27]
Właścicielem drogi wewnętrznej może być zarówno podmiot publiczny
(np. jednostka samorządu terytorialnego), jak i prywatny. Droga wewnętrzna, nie musi
być powszechnie dostępna. Może być ona przeznaczona wyłącznie dla wybranej
kategorii podmiotów. Jest to szczególnie istotne w przypadku dróg będących
własnością podmiotów prywatnych. Można wśród nich wyodrębnić trzy grupy [26]:
- właściciele i współwłaściciele drogi wewnętrznej – każdy ze współwłaścicieli
może przechodzić i przejeżdżać przez drogę wewnętrzną stanowiącą przedmiot
współwłasności i żaden z pozostałych współwłaścicieli nie może temu
przeszkodzić,
- beneficjenci służebności przejazdu i przechodu przez drogę wewnętrzną –
służebność polega na tym, że określony podmiot może korzystać
w oznaczonym zakresie z nieruchomości nią obciążonej. Jej właściciel nie będzie
mógł się sprzeciwiać takiemu korzystaniu, mimo że posiada prawo do
zamknięcia swojej nieruchomości na dostęp publiczny,
24
- osoby korzystające z drogi na podstawie umów – do tej kategorii zaliczyć należy
przykładowo wszystkich tych, którzy każdorazowo uiszczają opłatę za przejazd
przez daną drogę wewnętrzną.
Kwestię dostępności nieruchomości reguluje ustawa o gospodarce nieruchomościami,
która przewiduje, że podział nieruchomości musi gwarantować dostęp do drogi
publicznej, przy czym za taki dostęp uznawane jest również wydzielenie drogi
wewnętrznej wraz z ustanowieniem na tej drodze odpowiednich służebności dla
wydzielonych działek lub sprzedaż wydzielonych działek gruntu wraz ze sprzedażą
udziału w prawie do działki gruntu stanowiącego drogę wewnętrzną [23]. Wszystkie
nowo wytyczane działki budowlane mają zatem zagwarantowaną prawnie możliwość
korzystania z niezbędnych dróg wewnętrznych i dostępu do dróg publicznych. Zdarzają
się sytuacje, że działki wyznaczone przed laty (osobliwie w okresie PRL) nie posiadają
uregulowanego prawa do korzystania z dróg wewnętrznych. W takiej sytuacji
właściciele działek sąsiednich mogą ograniczać dostęp lub wręcz zamykać drogi dla
osób korzystających z danej drogi wewnętrznej od lat. Ci z kolei, aby temu zapobiec
mogą uzyskać sądowe postanowienie na ustanowienie służebności przejazdu
i przechodu. Można ja uzyskać w dwojaki sposób [25]:
- poprzez zasiedzenie służebności - do tego niezbędny jest upływ minimum lat 20.
Czas ów jest liczony od chwili przystosowania gruntu do używania jako szlaku
drogowego – staraniem osób korzystających,
- sądowe ustanowienie służebności drogi koniecznej – jeżeli nieruchomość nie ma
odpowiedniego dostępu do drogi publicznej lub do należących do tej
nieruchomości budynków gospodarskich, właściciel może żądać od właścicieli
gruntów sąsiednich ustanowienia za wynagrodzeniem potrzebnej służebności
drogowej (droga konieczna). W sytuacji, gdy do danej nieruchomości już
prowadzi droga wewnętrzna, do której właściciel nieruchomości nie ma
uregulowanych praw, sąd wyznacza służebność po tej drodze wewnętrznej.
Prawnie najprostszą metodą jest uzyskanie zgody właściciela drogi wewnętrznej
w drodze umowy lub porozumienia, co niestety często bywa niemożliwe ze względu na
cechy osobowościowe właścicieli gruntów.
Zasady organizacji ruchu na drogach wewnętrznych reguluje Kodeks drogowy
określający zakres stosowania zawartych w nim przepisów następująco [26]: Ustawa
reguluje zasady ruchu na drogach publicznych oraz w strefach zamieszkania, warunki
dopuszczenia pojazdów do tego ruchu, wymagania w stosunku do osób kierujących
pojazdami i innych uczestników ruchu oraz zasady kontroli ruchu drogowego.
Przepisy ustawy stosuje się również do ruchu odbywającego się poza drogami
publicznymi, jeżeli jest to konieczne dla uniknięcia zagrożenia bezpieczeństwa
uczestników tego ruchu. Oznacza to, że przepisy Kodeksu drogowego stosuje się
w odniesieniu do dróg wewnętrznych w ramach dwóch sytuacji [31]:
25
- wszystkie drogi wewnętrzne w strefach zamieszkania – w obszarach
obejmujących drogi publiczne lub inne drogi (a zatem drogi wewnętrzne), na
którym obowiązują szczególne zasady ruchu drogowego, a wjazdy i wyjazdy
oznaczone są odpowiednimi znakami drogowymi,
- wszystkie pozostałe drogi wewnętrzne, ale jedynie w zakresie koniecznym
dla uniknięcia zagrożenia bezpieczeństwa uczestników ruchu drogowego.
Sytuacja ta ogranicza się jedynie do przepisów, które regulują bezpieczeństwo
uczestników ruchu (a zatem nie obejmuje przepisów porządkowych).
Zastosowanie będą miały przepisy regulujące relacje pomiędzy uczestnikami
ruchu, np. dotyczące pierwszeństwa przejazdu, prędkości bezpiecznej lub
zakazujące wchodzenia bezpośrednio przed nadjeżdżający pojazd. Nie będą
natomiast miały zastosowania takie przepisy jak nakazujące posiadanie
odpowiednich dokumentów (a nawet obowiązek posiadania uprawnień
w ogóle), przepisy o zatrzymaniu i postoju pojazdów (chyba, że pojazd,
ze względu na miejsce i sposób unieruchomienia, powoduje bezpośrednie
zagrożenie bezpieczeństwa), czy też przepisy o dopuszczalnej prędkości
(rys. 1.11.).
Rys. 1.11. Droga wewnętrzna
26
Dopuszczalność posługiwania się znakami drogowymi została zastrzeżona dla działań
konkretyzujących przepisy prawa o ruchu drogowym. Działania te mogą być
podejmowane jedynie przez zarządców ruchu. Zarządzanie ruchem na drogach
w strefie zamieszkania należy do podmiotów zarządzających tymi drogami. Jedynie
zatem dla tej kategorii dróg wewnętrznych zarządzający drogami są jednocześnie
zarządzającymi ruchem i jako tacy mogą posługiwać się znakami drogowymi.
Ustawa Prawo o ruchu drogowym, reguluje zasady poruszania się kierowców jedynie
na drogach publicznych oraz w strefach zamieszkania. Na drogach wewnętrznych
stosuje się je tylko w ramach wyjątku, jeżeli są niezbędne do uniknięcia zagrożenia
bezpieczeństwa uczestników ruchu, jednak od i od 4 września 2010 r. przepisy ruchu
drogowego obowiązują także na drogach niepublicznych. Uchwalona w czerwcu 2010
r. nowelizacja [24] rozszerza zakres obowiązywania przepisów ustawy Prawo o ruchu
drogowym na drogi wewnętrzne, w ramach których tworzone będą strefy ruchu.
Zgodnie z ustawą strefa ruchu oznacza obszar obejmujący co najmniej jedną drogę
wewnętrzną, z odpowiednio oznaczonymi wjazdami i wyjazdami. Decyzję
o ustanowieniu strefy ruchu podejmie zarządca drogi wewnętrznej lub jej właściciel,
który tym samym będzie zobowiązany do prawidłowego oznakowania, na własny
koszt, wytyczonego terenu. Za wadliwe dokonanie tej czynności, niezgodne ze wzorami
określonymi w rozporządzeniu, w kodeksie wykroczeń pojawią się przepisy
przewidujące karę do 5 tys. zł grzywny. W strefie ruchu przepisy ustawy będą miały
zastosowanie w takim zakresie jak na drodze publicznej. Natomiast nadal ich
zastosowanie będzie ograniczone na tych drogach wewnętrznych, które będą
usytuowane poza specjalnie oznakowanymi strefami ruchu i strefami zamieszkania.
Przepisy ustawy nie są w pełni stosowane ze względu na brak aktów wykonawczych.
Obecny brak rozporządzeń w sprawie znaków drogowych oznacza tylko tyle, że nie można
fizycznie wprowadzić strefy ruchu, bo nie ma wzoru znaku drogowego oznaczającego
początek i koniec strefy. Projekt stosownych rozporządzeń przygotowany był przez
Ministerstwo Infrastruktury w roku 2013, jednak procedury uzgodnieniowo-notyfikacyjne
wydłużyły proces ich wprowadzenia. Ustawa weszła w życie i każdy znak drogowy, bez
względu na miejsce jego ustawienia, już jest sankcjonowany przymusem państwowym.
W związku z czym, jeżeli kierujący np. zaparkuje pojazd przed hipermarketem w miejscu
obowiązywania znaku zakaz zatrzymywania, może być ukarany mandatem. Za parkowanie
na parkingu sklepowym (a więc na drodze wewnętrznej, nie leżącej w strefie ruchu),
w miejscu przeznaczonym dla niepełnosprawnych kwota mandatu, jaką dziś można
nałożyć, wynosi 500 zł. Chwilowa niemożliwość wprowadzenia strefy ruchu oznacza, że na
drogach wewnętrznych ustawa działa tylko w zakresie koniecznym dla uniknięcia
zagrożenia bezpieczeństwa osób oraz wynikającym ze znaków i sygnałów drogowych.
Do chwili wprowadzenia strefy nie obowiązują tam inne (poza wynikającymi ze znaków)
przepisy porządkowe.
27
1.3. PODSTAWOWE TECHNOLOGIE BUDOWY DRÓG
Zadaniem dróg jest umożliwienie ruchu pojazdów w sposób bezpieczny, łatwy
i wygodny. Jezdnie przeznaczone są dla pojazdów wszelkich typów dopuszczonych do
ruchu po drogach. Jednakże niektóre drogi przeznaczone są tylko dla pewnych
rodzajów ruchu, jak np. autostrady, po których nie wolno poruszać się pieszym
i pojazdom konnym. Konstrukcja drogi uzależniona jest od jej przeznaczenia,
od rodzaju pojazdów, które będą się po niej poruszały. Odpowiednie rodzaje
podbudowy i nawierzchni stosuje się na autostradach, gdzie natężenie ruchu i udział
pojazdów ciężkich są duże. Inne na drogach powiatowych, a jeszcze inne na
osiedlowych ulicach.
1.4. PROJEKTOWANIE ELEMENTÓW DRÓG
Przebieg trasy drogi powinien pozostawać w zgodzie z wytycznymi miejscowego planu
zagospodarowania przestrzennego dla danego terenu. W trakcie ustalania przebiegu
należy uwzględnić warunki techniczne i ruchowe, ekonomiczne, środowiskowe,
estetyki, związane z utrzymaniem drogi oraz wynikające z porozumień
międzynarodowych [19]. Standard techniczny oraz wyposażenie drogi w urządzenia
obsługi, usprawnienia, organizacji i zabezpieczenia ruchu powinny:
- gwarantować wymagany poziom bezpieczeństwa ruchu,
- umożliwiać realizację przypisanych drodze funkcji,
- zapewniać wymagany poziom swobody ruchu przy
przewidywanego natężenia ruchu i jego rodzajowej struktury.
uwzględnieniu
Przy projektowaniu nowej drogi należy stosować parametry techniczne
o wartościach równych co najmniej najmniejszym zalecanym, zachowując
jednorodność ciągu drogowego. Droga powinna zachować jednorodność geometryczną
na możliwie drugich odcinkach. Konieczne zmiany w ukształtowaniu drogi należy
wprowadzać w miejscach charakterystycznych, np.: na obszarach skrzyżowań
i węzłów, na odcinkach przejścia z terenów niezurbanizowanych w zurbanizowane
i odwrotnie lub na odcinkach widocznych zmian ukształtowania terenu. Jeżeli nie ma
takich miejsc, zmianę parametrów geometrycznych drogi należy wprowadzać
stopniowo.
Na etapie planowania przebiegu nowych dróg należy uwzględniać także warunki
ekonomiczne. Analiza ekonomiczna i ocena finansowa mają na celu wykazanie
wykonalności przedsięwzięcia z punktu widzenia spodziewanych wyników
ekonomicznych, finansowych oraz możliwości i warunków pozyskania kapitału.
Analiza taka dotyczy interesów gospodarki narodowej i regionalnej oraz społeczeństwa,
28
a bezpośrednio interesów transportu samochodowego i drogownictwa. Zawiera
porównanie
kosztów
inwestycyjnych,
utrzymaniowych,
eksploatacyjnych
i środowiskowych z korzyściami użytkowników i gospodarki, w czasie obejmującym
okres przygotowań, budowy i eksploatacji drogi. Każdy projekt powinien zawierać
ocenę analizę ekonomiczną skonstruowaną w sposób pozwalający porównać między
sobą poszczególne warianty przebiegu i wykonania trasy. Skutecznym sposobem do
podwyższenia efektywności ekonomicznej przedsięwzięcia jest obniżenie jego kosztów
budowy. W tym celu należy:
- dostosować parametry techniczne drogi do przewidywanego ruchu,
- wykorzystać w maksymalnym stopniu istniejący pas drogowy, granice podziału
lub użytkowania gruntów,
- dostosować ukształtowanie drogi w planie i przekroju podłużnym do konfiguracji
terenu z uwzględnieniem podstawowych parametrów wymaganych dla danej
klasy drogi,
- dla bardzo małego natężenia ruchu lub ruchu okresowego projektować
nawierzchnie nieulepszone, np.: z kruszywa stabilizowanego mechanicznie albo
z dodatkami spoiw lub lepiszcz,
- przy projektowaniu nawierzchni w możliwie największym stopniu stosować
dostępne materiały miejscowe [20].
Do oceny porównawczej przedsięwzięć niezbędne jest zachowanie pełnej
porównywalności między nimi. Określa się w tym celu dane stałe i zmienne inwestycji
stosowane w każdej indywidualnej ocenie [7]. Do danych stałych zalicza się:
- okres analizy – 25 lat od rozpoczęcia realizacji inwestycji. W przypadku
inwestycji zaplanowanych do realizacji w późniejszym okresie niniejsza
instrukcja może być stosowana wyjątkowo po przeliczeniu kosztów drogowych
i kosztów użytkowników w dłuższym horyzoncie czasowym,
- jednostkowe koszty eksploatacji: samochodów osobowych, samochodów
dostawczych, samochodów ciężarowych bez przyczep, samochodów
ciężarowych z przyczepami i autobusów, zależnie od prędkości podróży,
- jednostkowe koszty czasu w przewozach pasażerskich,
- jednostkowe koszty czasu w przewozach towarowych,
- jednostkowe koszty wypadków,
- wskaźniki ryzyka wypadków na drogach o różnych cechach,
- jednostkowe koszty emisji toksycznych składników spalin,
- tabele czynników dyskontujących.
Dane zmienne stanowią:
- koszty drogowe, w tym: koszty budowy, koszty przebudowy, koszty remontów
okresowych, koszty remontów cząstkowych i utrzymania bieżącego,
29
- prognozy ruchu, w tym: ruch istniejący, tempo wzrostu ruchu, prognoza (według
składu ruchu obejmującego samochody osobowe, samochody dostawcze,
samochody ciężarowe bez przyczep, samochody ciężarowe z przyczepami
i autobusy),
- wskaźniki ryzyka wypadków lub wskaźniki wypadkowości obliczone na
podstawie zarejestrowanej liczby wypadków, występujące na odcinku lub
skrzyżowaniu proponowanym do budowy lub przebudowy,
- lata realizacji inwestycji.
Punkt wyjścia dla analizy ekonomicznej stanowi identyfikacja dwóch wariantów robót
drogowych: wariant bezinwestycyjny W0 i wariant inwestycyjny WI. Wariant W0, jest to
wariant nieobejmujący robót inwestycyjnych lub modernizacyjnych, w których muszą być
przewidziane koszty remontów okresowych, remontów cząstkowych i utrzymania
bieżącego drogi lub mostu. Przy wzrastających obciążeniach ruchem, według prognozy
częstotliwość zabiegów wzrasta i okresy międzyremontowe są coraz krótsze. Wariant WI
jest tzw. inwestycyjnym, w którym określa się nakłady inwestycyjne do poniesienia
w pierwszym i ewentualnie w następnych latach oraz koszty utrzymania odcinka nowego
lub przebudowanego. W przypadku przejęcia ruchu z innego odcinka (np. miejskiego, gdy
projektuje się budowę nowego mostu) uwzględnia się również koszty utrzymania
i remontów drogi istniejącej odciążonej. Analizę ekonomiczną na sieci dróg przeprowadza
się obliczając koszty oddzielnie dla każdego elementu sieci, a następnie wykonuje się
obliczenia zbiorcze (rys. 1.12.).
30
Rys. 1.12. Analiza efektywności ekonomicznej inwestycji drogowych i mostowych [7]
Każda droga winna współgrać z otoczeniem, w którym będzie się znajdować.
W celu zapewnienia odpowiedniego funkcjonowania drogi w danym terenie
w trakcie jej projektowania należy wziąć pod uwagę warunki środowiskowe
obejmujące: warunki gruntowo - wodne, klimatyczne, ukształtowania terenu,
krajobrazowe, przyrodnicze, warunki życia człowieka oraz możliwą degradację tych
warunków [18].
31
Przy kształtowaniu drogi należy dążyć do:
- ograniczenia negatywnego wpływu drogi i ruchu na środowisko naturalne oraz
tereny zamieszkałe i wypoczynkowe,
- ograniczenia negatywnego wpływu otoczenia na warunki i bezpieczeństwo ruchu
drogowego,
- ochrony gruntów rolnych i leśnych,
- ochrony zabytków, parków narodowych oraz innych cennych obiektów
zagospodarowania terenu,
- zapewnienia dostępności urządzeń obsługi ruchu dla osób niepełnosprawnych.
Warunki gruntowo - wodne i klimatyczne mają wpływ na koszty budowy
i utrzymania drogi. Projektowana droga powinna być tak trasowana, aby omijać
obszary o niekorzystnych warunkach gruntowo-wodnych, takie jak tereny zalewowe,
bagna, torfy, namuły, osuwiska szkód górniczych. Przejścia przez te tereny wymagają
zwykle stosowania kosztownych rozwiązań technicznych. Jeśli jest to niemożliwe,
należy stosować szczególne rozwiązania techniczne, jak np.: wymianę gruntów, wały
ochronne, pale piaskowe, geowłókniny itp. Droga powinna być kształtowana tak, aby:
- omijała obszary chronione i obiekty przyrodnicze, chyba, że jest drogą
obsługującą te obszary,
- zajmowała jak najmniej gruntów rolnych i leśnych, i w miarę możliwości nie
dzieliła działek na części,
- woda odprowadzona z korpusu drogi nie powodowała zalewania posesji
i budynków,
- ruch na niej nie generował nadmiernego hałasu w miejscach wypoczynku
i rekonwalescencji.
Przy projektowaniu drogi zaleca się w miarę możliwości omijanie terenów
o niekorzystnych warunkach gruntowo-wodnych, takich jak: bagna, tereny zalewowe,
Każdorazowo projekt drogi powinien być poprzedzony badaniem podłoża gruntowego.
Badanie takie zawiera przede wszystkim:
- makroskopową ocenę próbek gruntu, pobranych z głębokości do 2 m,
a na odcinkach przewidywanych wykopów do 2m poniżej niwelety drogi,
głównie pod kątem uziarnienia, przepuszczalności oraz przydatności do budowy
korpusu drogowego,
- ustalenie lub pomiar najwyższego poziomu wody gruntowej, jeśli występuje
do głębokości m od poziomu terenu, a w wykopach do 2m od niwelety drogi.
Badania geologiczno-inżynierskie podłoża wykonywane są w sytuacjach, gdy budowa
mogłaby stworzyć zagrożenie dla bezpieczeństwa i środowiska lub w przypadku
prowadzenia prac geologicznych (wiercenia, sztolnie, wysadzenia, itp.) Przede
wszystkim badania takie należy wykonywać dla dróg klasy technicznej A obiektów
32
kategorii geotechnicznej 3 oraz w bardziej skomplikowanych kategorii 2, jak nowe
odcinki dróg klasy S i GP. Badania geotechniczne podłoża mogą być stosowane w celu
ustalenia przydatności podłoża, gdy przepisy nie wymagają przeprowadzania badań
geologiczno-inżynierskich oraz jeśli nie zachodzi potrzeba określenia wpływu obiektu
na środowisko. W szczególności badania takie wykonuje się obiektów 1 kategorii
geotechnicznej i prostszych przypadków kategorii 2 (odcinki dróg klasy S-Z w prostych
warunkach podłoża, drogi klas G i Z również w złożonych warunkach).
Wyróżnia się trzy etapy badań podłoża [5]:
- rozpoznawczy – fazy studiów,
- podstawowy – zwykle w fazach dokumentacji potrzebnych do uzyskania
wskazania lokalizacyjnego oraz na potrzeby koncepcji lub projektu
budowlanego,
- badania uzupełniające lub kontrolne.
Celem badań na etapie rozpoznawczym jest dostarczenie informacji o podłożu
gruntowym, umożliwiających wybór najkorzystniejszego wariantu trasy i przyjęcie
koncepcji rozwiązania technicznego, a także oszacowanie kosztów. Na tym etapie
badanie ma dostarczyć informacji o [21]:
- ogólnej budowie geologicznej i warunkach hydrogeologicznych,
- obszarach szczególnie niekorzystnych, na których mogą występować
skomplikowane warunki geologiczno-inżynierskie,
- możliwości uzyskania materiału do budowli ziemnych,
- ogólnym wpływie inwestycji na środowisko (ze szczególnym uwzględnieniem
wód gruntowych),
- wstępnym ustaleniu kategorii geotechnicznej.
Z kolei badania etapu podstawowego mają umożliwić dokonanie ostatecznego wyboru
trasy, pomóc w wyborze wstępnych rozwiązań technicznych budowli, sporządzenie
kalkulacji kosztów realizacji. Wyniki powinny określać parametry geotechniczne
gruntów na całym odcinku drogi objętym projektem, a w szczególności zawierać
powinny rozpoznanie podłoża na odcinkach wykopów i nasypów, możliwości
wykorzystania gruntów wykopów budowli ziemnych, wskazywać miejsca
potencjalnych osuwisk oraz rozpoznać grunty w strefie bezpośredniego oddziaływania
obciążeń nawierzchni drogowej.
Badania we wszystkich trzech etapach wykonuje się jedynie na potrzeby dużych
obiektów w skomplikowanych warunkach podłoża. W przypadku typowych obiektów
przeprowadza się badania dwuetapowe, a przy niewielkich i prostych realizacjach
wystarcza jeden etap. O liczbie etapów decyduje inwestor w porozumieniu
z projektantem.
33
Integralną częścią projektu drogowego są wyniki badań podłoża i ocena geotechniczna
warunków posadowienia. Ocena obejmuje zespół czynności kameralnych,
uzupełnianych w razie potrzeby badaniami w terenie i laboratorium. Powinna zawierać
zestawienie informacji i danych o budowie i właściwościach gruntu oraz wartości
charakterystycznych i obliczeniowych parametrów geotechnicznych gruntów
w podłożu i bezpośrednim otoczeniu obiektu, które wywierają wpływ na jego
zachowanie [5]. Ocena zawiera również zalecenia techniczne konstrukcyjne dla
wykonania obiektu i może zostać wykonana w jednej z trzech form:
- opinii geotechnicznej, gdy jest dostępne wystarczające rozpoznanie podłoża,
- opinii geotechnicznej z badaniami uzupełniającymi (bez robót geologicznych),
jeśli rozpoznanie podłoża jest nie wystarczające,
- projektu geotechniczno-konstrukcyjnego stanowiącego część projektu
budowlanego.
Opracowanie takie zawierać powinno przede wszystkim ocenę wyników rozpoznania
podłoża, wytyczne dotyczące konstrukcji, wykonania fundamentów, robót ziemnych
itp., analizę współdziałania konstrukcji z podłożem oraz geotechniczną prognozę
procesów w podłożu. Prognoza dotyczy zachowania się posadowienia projektowanej
budowli oraz wpływu prowadzonych robót na podłoże i przyległe budowle. Ponadto
dokumentacja geotechniczna określa wartości parametrów geotechnicznych warstw
podłoża wraz z oceną potrzeby ich redukcji bądź modyfikacji w dostosowaniu do danej
konstrukcji. Określa ona również środki niezbędne do wyeliminowania zagrożeń
środowiska związanych z wykonywaniem planowych prac.
Zakres badań gruntowo - wodnych powinien być dostosowany do stopnia złożoności
sytuacji i warunków geologiczno-inżynierskich. Określenie stopnia złożoności
warunków geologiczno - inżynierskich służy ustaleniu kategorii geotechnicznej oraz
określeniu potrzebnego zakresu badań podłoża. Wyróżnia się trzy kategorie
geotechniczne [17].
Kategoria geotechniczna 1 jest przyjmowana dla małych i prostych konstrukcji,
dla których można zapewnić spełnienie wymagań bezpieczeństwa na podstawie
porównywalnych doświadczeń i jakościowych badań geotechnicznych, z pomijalnym
zagrożeniem życia i mienia. Kategorię 1 można przyjmować przy warunkach
gruntowych znanych z wcześniejszego rozpoznania i w przypadku stosowania
typowych, prostych metod projektowania fundamentów i konstrukcji obiektu.
Kategorię geotechniczną 1 przyjmuje się do następujących konstrukcji lub ich części:
- wykopów powyżej zwierciadła wody lub poniżej, gdy doświadczenia miejscowe
wskazują, że ich wykonanie będzie łatwe,
- posadowień bezpośrednich obiektów mostowych ze swobodnie podpartymi
przęsłami rozpiętości do 15m w prostych warunkach podłoża,
34
- nasypów wysokości do 3m oraz ścian oporowych i zabezpieczeń wykopów,
gdy różnica poziomów nie przekracza 2m,
- płytkich wykopów przy układaniu przepustów lub przewodów, rowów
odwadniających itp.,
- budynków jednolub dwukondygnacyjnych o prostej konstrukcji,
posadowionych na typowych fundamentach bezpośrednich lub na palach.
Kategoria geotechniczna 2 obejmuje rodzaje konstrukcji i fundamentów nie
podlegających szczególnemu zagrożeniu, gdy nie występują skomplikowane warunki
podłoża lub szczególne obciążenia. Konstrukcje kategorii 2 wymagają określenia
wartości liczbowych parametrów geotechnicznych oraz analizy stwierdzającej
spełnienie wymagań obliczeniowych. Dopuszcza się stosowanie typowych badań
polowych i laboratoryjnych, jak również metod projektowania fundamentów
i budowy obiektu.
Kategorię geotechniczną 2 można przyjmować do następujących konstrukcji lub ich
części:
- typowych posadowień bezpośrednich i planowych podpór mostowych
i budynków o złożonej konstrukcji,
- ścian oporowych lub innych konstrukcji oporowych, utrzymujących grunt
i wodę oraz zabezpieczeń wykopów, gdy różnica poziomów jest większa
od 2m,
- nasypów budowli ziemnych wysokości ponad 3m.,
- kotew gruntowych i podobnych systemów,
- wykopów i przekopów na zboczach w złożonych warunkach podłoża,
- tuneli w twardych i nie spękanych skałach, nie obciążonych wodami
naporowymi i nie wymagających szczególnej szczelności, tuneli odkrywkowych
itp.
Kategoria geotechniczna 3 powinna być przyjmowana do następujących konstrukcji lub
ich części:
- autostrad i dróg ekspresowych,
- mostów przez rzeki o świetle ponad 100 m lub rozpiętości przęseł powyżej
100 m,
- głębokich wykopów poniżej zwierciadła wody,
- nietypowych fundamentów głębokich i specjalnych,
- urządzeń służących do czasowego lub trwałego obniżania poziomu wody
gruntowej wywołujących ryzyko dużych przemieszczeń mas gruntu
i zniszczenia konstrukcji,
- przekopów i przejść pod terenami o dużym natężeniu ruchu drogowego,
- konstrukcji nadbrzeży,
35
- konstrukcji narażonych na wstrząsy sejsmiczne lub położonych na terenach
górniczych,
- konstrukcji posadowionych na gruntach pęczniejących i zapadowych,
- wykopów prowadzonych w trudnych warunkach, zwłaszcza wśród zabudowy,
- tuneli w skałach miękkich i spękanych, obciążonych wodami naporowymi,
wymagających szczelności.
Wymagania norm stosuje się do obiektów należących do kategorii 1 i2. Dla kategorii 3
można stosować rozwiązania indywidualne, nie występujące w normach. Kategorię
ustala projektant badań w porozumieniu z projektantem budowli na podstawie
rozpoznania przed rozpoczęciem badań.
Zachowanie się i praca gruntu w korpusie drogowym, w podłożu
lub nawierzchni zależą zarówno od technicznych właściwości pojedynczej warstwy,
jak i od układu warstw, ich przeszłości, aktualnych warunków wodnych
i klimatycznych, od warunków ruchu oraz wymiarów geometrycznych samej
nawierzchni lub korpusu. Na potrzeby budowy dróg wykorzystuje się różnego rodzaju
grunty o różnym pochodzeniu. Z tego względu niezbędna jest klasyfikacja
umożliwiająca określenie cech gruntu przydatnych w budownictwie drogowym.
Systematyzacja powinna zawierać oprócz podstawowych danych, jak uziarnienie
i stan, również cechy istotne dla budowy nasypów i nawierzchni, jak np.
wodoprzepuszczalność, wysadzinowość, nasiąkliwość, zagęszczalność czy przydatność
do budowy nasypów i stabilizacji. W tabeli 1.3. podano klasyfikacje gruntów i ich
przydatności do budowy dróg wg [17].
Tabela 1.3. Klasyfikacja gruntów i ich przydatności do budowy dróg [17]
Uziarnienie
Frakcje [mm]
Klasa
Grupy
Nazwy
>2
20,05
1
2
3
4
5
0,050,002
%
twarde
I skały lite
miękkie
II grunty
mineralne
rodzime
grunty
kamieniste
grunty żwirowe
6
Przydatność do
budowy nasypów
<0,002 h>6m bez stabilizacji
spoiwami
7
Przydatność
gruntu jako
podłoża
8
9
doskonała
doskonała
ogniowe
i przeobrażone
osadowe:
wapienne
i piaskowce
margle kredowe,
iłołupki, słabo
spojone piaskowce
zwały kamienne
rumosze
i wietrzeliny
nie oznacza się: podział
przeprowadza się według
stopnia spękania
i wytrzymałości na ściskanie
więcej niż 50% kamieni o
wym. >80mm
więcej niż 25% ziarn o wym.
>40mm
doskonała
doskonała do dobrej
dobra do
dostatecznej
a) sypkie
żwiry
>50
<50
doskonała
doskonała
36
1050
50-90
żwiry gliniaste
>50
<50
pospółki gliniaste
1050
50-90
pospółki
b) spoiste
dobra do
dostatecznej
a) sypkie
piaski grube
88100
0-10
0-2
piaski średnie
88100
0-10
0-2
piaski drobne
88100
0-10
0-2
piaski pylaste
68-90
10-30
0-2
doskonała
dobra do
dostatecznej
b) mało spoiste
piaski pylaste
60-98
0-30
2-10
doskonała
pyły piaszczyste
30-70
30-70
0-10
dobra
pyły
0-30
60-100
0-10
dostateczna
c) średnio spoiste
grunty
drobnoziarniste gliny piaszczyste
50-90
0-30
10-20
gliny
30-60
30-60
10-20
gliny pylaste
0-30
50-90
10-20
zła
gliny piaszczyste
zwięzłe
50-80
0-30
20-30
dobra
gliny piaszczyste
20-50
20-50
20-30
dobra
dość dobra do
złej
dostateczna do
złej
d) spoiste zwięzłe
gliny pylaste
zwięzłe
0-30
50-80
20-30
dostateczna
dostateczna do
złej
e) bardzo spoiste
iły piaszczyste
50-70
0-20
30-50
iły
0-50
20-80
30-100
iły pylaste
0-20
50-70
30-50
lessy
grunty
makroporowate lessy ilaste
muły
III grunty
organiczne
rodzime
IV grunty
nasypowe
próchnicze
organiczne
torfiaste
muły
piaski próchnicze
pyły próchnicze
namuły organiczne
jak pyły
jak gliny pylaste
jak grunty spoiste
jak piaski
jak pyły
zła, wymagająca
stabilizacji
dostateczna do
złej
dostateczna do złej
dostateczna do
złej
bardzo zła
bardzo zła
dostateczna do złej
dostateczna do
złej
jak gliny i iły
bardzo zła
bardzo zła
torfy i grunty
torfiaste
-
bardzo zła
bardzo zła
piaszczyste
jak piaski
jak piaski rodzime
jak grunty spoiste rodzime
jak piaski rodzime
jak grunty organiczne rodzime
bardzo zła
spoiste
organiczne
Przy ustalaniu kształtu geometrycznego drogi oraz jej lokalizacji w terenie należy
uwzględnić wpływ tych cech drogi na spodziewane koszty jej utrzymania,
a także na uciążliwość prac utrzymaniowych.
37
Ze względu na utrzymanie drogi zaleca się:
- wyniesienie niwelety drogi w nasypach ponad grubość pokrywy śnieżnej,
charakterystycznej dla danego regionu,
- przekraczanie wąskich dolin, prostopadłych do przebiegu trasy, estakadami,
w celu umożliwienia szybkiego spływu mgieł,
- prowadzenie trasy z wykorzystaniem istniejących cech terenu w zakresie
ukształtowania i zagospodarowania-w celu uzyskania efektu zmniejszenia
zawiewania drogi śniegiem (np. naturalne nierówności terenu, lasy, krzewy),
- kształtowanie przestrzenne drogi, ograniczające stosowanie urządzeń
zabezpieczenia ruchu i ochrony środowiska (bariery ochronne, ekrany
przeciwhałasowe),
- wykorzystanie przy ustalaniu jej przebiegu naturalnych cech terenu w celu
zmniejszenia kosztów odśnieżania i zwalczania śliskości zimowej, a także
ograniczenie ingerencji w naturalny system odwodnienia i układ wód
podziemnych,
- unikanie prowadzenia drogi po terenie, którego cechy geotechniczne mogą być
przyczyną niespodziewanego wzrostu kosztów utrzymania (tereny osuwiskowe,
słabonośne, o intensywnej erozji),
- stosowanie rozwiązań zapewniających dostępność sprzętu utrzymaniowego do
drogi oraz do obiektów i urządzeń znajdujących się w pasie drogowym.
Ponadto należy zapewnić odcięcie dopływu wody gruntowej do korpusu drogi.
Trasa drogowa jest torem, po którym poruszają się pojazdy. Jej kształt geometryczny,
wzajemny stosunek poszczególnych elementów, właściwe ukształtowanie pod
względem ruchowym mają duże znaczenie dla prowadzenia i bezpieczeństwa
pojazdów. Równie ważne jest ukształtowanie trasy w terenie [3]. Droga wraz
z otoczeniem tworzy kompozycję przestrzenną, która powinna spełniać określone
warunki geometryczne, bezpieczeństwa i wygody ruchu oraz estetyki. Prawidłową
kompozycję przestrzenną drogi uzyskuje się przez koordynację elementów
geometrycznych drogi w planie i w przekroju podłużnym. Elementy te wspomagają się
wzajemnie, zatem ich projektowanie powinno odbywać się jednocześnie.
Przy kształtowaniu drogi w planie należy dążyć do uzyskania najkrótszego połączenia
źródeł i celów ruchu, wynikających z funkcji drogi w sieci, przy jednoczesnym
dostosowaniu jej przebiegu do ukształtowania terenu oraz zagospodarowania otoczenia.
Przy trasowaniu drogi zaleca się [3]:
- możliwie największe zachowanie pasa terenu wydzielonego w miejscowym
planie zagospodarowania przestrzennego pod drogę oraz granic podziału
gruntów,
38
- możliwie największe wykorzystanie układu istniejących dróg. Na
skrzyżowaniach dróg można nie poprawiać płynności projektowanej drogi przez
wpisywanie normatywnych łuków w planie, ale pozostawiać załamania trasy,
- preferowanie krótkich łuków w planie z odcinkami prostych między nimi
o długości umożliwiającej wyprzedzanie. Drogi jednopasowe powinny
charakteryzować się widocznością na łukach w planie umożliwiającą bezpieczne
wymijanie,
- stosowanie odcinków prostych w obrębie przejazdów kolejowych
i skrzyżowań, a szczególnie na wlotach z pierwszeństwem przejazdu,
- przewidywanie odcinka prostego między odwrotnymi łukami w planie
dla wprowadzenia krzywych (prostych) przejściowych i ukształtowania rampy
drogowej,
- łagodzenie wrażenia załamania trasy i po długiej prostej (powyżej 500m)
stosowanie promienia łuku nie mniejszego od najmniejszego zalecanego. Na łuku
tym należy zapewnić co najmniej odległość widoczności na zatrzymanie.
Planem sytuacyjnym trasy drogowej nazywa się jej rzut na płaszczyznę poziomą. Jego
zasadniczym elementem jest oś, będąca obrazem przebiegu drogi w terenie. Droga
w planie składa się z odcinków prostych i krzywoliniowych. Odcinki krzywoliniowe
mogą zawierać łuki kołowe lub kombinacje łuków kołowych i krzywych
przejściowych. Można także stosować inne rodzaje krzywych, jednak przy zachowaniu
ekstremalnych parametrów krzywizn jak dla łuków kołowych.
Stosowanie odcinków prostych jest zalecane [14]:
- w obrębie skrzyżowań i węzłów,
- w obrębie obiektów mostowych,
- dla zapewnienia możliwości wyprzedzania na jednojezdniowych drogach
ekspresowych,
- gdy droga jest trasowana równolegle do prostoliniowego elementu
zagospodarowania przestrzennego, jak np.: linii kolejowej, kanału, granicy lasu,
- w terenie płaskim lub w rozległych płaskich dolinach, jeżeli jest to zgodne
z zasadami wkomponowania drogi w teren, przy jednoczesnym ograniczeniu
długości prostych.
Zaleca się, aby odcinki krzywoliniowe były możliwie łagodne - na ile pozwala na to
ukształtowanie terenu, zagospodarowanie otoczenia drogi, warunki koordynacji
elementów planu i przekroju podłużnego oraz kompozycji drogi z otoczeniem. Dwa
elementy trasy o stałej krzywiźnie (prosta, łuk kołowy) należy łączyć krzywą
przejściową. Krzywą lub prostą przejściową stosuje się przy łuku kołowym
wymagającym przechyłki, w celu łagodnego przejścia z pochylenia poprzecznego
na prostej do jednostronnego pochylenia na łuku. Krzywa przejściowa jest usytuowana
w części na prostej i na łuku kołowym, a prosta przejściowa w całości na odcinku
prostej przyległej do łuku. Zalecaną krzywą przejściową jest odcinek klotoidy.
39
Dopuszcza się stosowanie innej krzywej pod warunkiem spełnienia przez nią wymagań
technicznych stawianych klotoidzie.
Przekrój podłużny drogi jest odwzorowaniem jej ukształtowania wysokościowego.
Podstawowym elementem przekroju podłużnego drogi jest niweleta. Składa się ona
z odcinków o stałym pochyleniu oraz krzywych wklęsłych i wypukłych. Zaleca się
projektowanie niwelety wzdłuż krawędzi jezdni przy pasie dzielącym drogi
dwujezdniowej lub wzdłuż osi jezdni drogi dwu- i jednojezdniowej. Dla drogi
dwujezdniowej zaleca się projektowanie niwelety dla każdej jezdni oddzielnie. Przyjęta
lokalizacja niweletyw przekroju poprzecznym drogi dwujezdniowej powinna być
jednoznacznie określona w dokumentacji projektowej. Niweleta drogi składa się
z odcinków o stałym pochyleniu oraz łuków wklęsłych i wypukłych. Niweletę należy
projektować w powiązaniu z ukształtowaniem drogi w planie i rodzajem przekroju
poprzecznego (drogowy, uliczny) [21].
Przy projektowaniu należy [21]:
- dostosować niweletę do ukształtowania terenu tak, aby roboty ziemne były
możliwie najmniejsze, a ich bilans zbliżony do zera,
- zapewnić wyniesienie niwelety ponad poziom wody gruntowej przynajmniej
o 1m, a zaleca się o 1,5m,
- wynieść niweletę nad poziom terenu w miejscach narażonych na zaśnieżanie
(powstawanie zasp) przynajmniej o 0,5m,
- powiązać niweletę z punktami o ustalonej wysokości na skrzyżowaniach,
przejazdach kolejowych, przepustach, mostach itp.,
- na obszarze zabudowanym dostosować niweletę do poziomu budynków, bram,
urządzeń podziemnych i naziemnych, np.: głębokości wodociągu, skrajni pod
przewodami elektrycznymi,
- stosować bezpieczne pochylenie na skrzyżowaniu,
- zapewnić odwodnienie drogi,
- stosować pochylenie podłużne nie większe od dopuszczalnego.
Zaleca się też zapewnienie koordynacji niwelety z planem drogi w miarę możliwości
na wszystkich drogach. Wymagania koordynacji elementów geometrycznych nowej
drogi należy uwzględniać na etapie jej trasowania oraz przy ustalaniu kompozycji drogi
z otoczeniem. Zaś przy projektowaniu modernizacji drogi należy dążyć do koordynacji
elementów geometrycznych, gdy nie ograniczy to możliwości wykorzystania
istniejącego pasa drogowego oraz nie spowoduje nadmiernego wzrostu kosztów
modernizacji i utrzymania drogi. Koordynację niwelety z planem drogi osiąga się przez
[14]:
40
- takie powiązanie niwelety z planem drogi, by udział odcinków drogi na których
jest możliwe wyprzedzanie był jak największy. W tym celu zaleca się łączyć łuk
wypukły ograniczający widoczność z łukiem w planie, a na odcinku prostym
w planie unikać łuków wypukłych ograniczających widoczność,
- łączenie łuku wklęsłego z prostym w planie odcinkiem drogi. Umieszczenie na
łuku wklęsłym, poprzedzonym dużym spadkiem, ostrego i nie w pełni
widocznego łuku w planie powoduje złudzenie optyczne ostrego załamania trasy
i zwiększa zagrożenie bezpieczeństwa ruchu,
- unikanie łączenia elementu niwelety o granicznej wartości parametru
z granicznym elementem planu drogi. Niewłaściwe jest umieszczenie łuku
w planie o małym promieniu na dużym spadku lub zastosowanie za łukiem
wypukłym ostrego łuku w planie o małym promieniu.
Przy trudnościach z zapewnieniem koordynacji niwelety z planem drogi należy
preferować rozwiązania podnoszące bezpieczeństwo ruchu. W pierwszej kolejności
trzeba wówczas zapewnić właściwe postrzeganie zmian kierunków trasy oraz
fragmentów drogi na których występują skrzyżowania, obiekty mostowe, zjazdy
publiczne itp.
Wybór przekroju poprzecznego drogi wynika z funkcji i klasy drogi, natężenia
i rodzajowej struktury przewidywanego ruchu, przyjętego poziomu swobody ruchu,
etapowego dochodzenia do przekroju docelowego oraz ukształtowania
i zagospodarowania terenu. Podstawowymi elementami przekroju poprzecznego drogi
są: jezdnie (jezdnia), opaski, pasy dzielące, pobocza, skarpy nasypów
i wykopów, rowy drogowe. W przekroju poprzecznym drogi mogą wystąpić także:
zatoki autobusowe, pasy zieleni, drogi zbiorcze, pasy terenu przeznaczone na inne
urządzenia dla obsługi ruchu drogowego. Przy ustalaniu przekroju poprzecznego należy
dostosować szerokość jezdni i korony drogi do klasy drogi i prędkości projektowej.
Ponadto zaleca się [21]:
- na drodze jednopasowej stosowanie korony drogi o szerokości umożliwiającej
wymijanie bez potrzeby stosowania mijanek, projektowanie mijanek
przy niewystarczająco szerokiej koronie drogi, przy intensywnym ruchu pieszych
wzdłuż drogi preferowanie lokalizacji chodników poza koroną drogi, a przy
braku miejsca stosowanie przekroju półulicznego lub ulicznego,
- projektowanie przekroju ulicznego w przypadku wyjątkowo uzasadnionym
i możliwie na krótkim odcinku,
- stosowanie w przekroju półulicznym jednostronnego pochylenia poprzecznego
jezdni,
- jednopasowej jezdni nadawać pochylenie jednostronne.
41
Dopuszcza się także stosowanie przekrojów poprzecznych należących do klasy
wyższej, jeżeli przekrój przypisany klasie projektowanej drogi nie zapewnia
wymaganego poziomu swobody ruchu. Dopuszcza się stosowanie przekrojów
poprzecznych należących do klasy niższej niż klasa projektowanej drogi, jeżeli
jednocześnie spełnione są następujące warunki [21]:
-
droga nie jest zaliczona do sieci dróg międzynarodowych,
przekrój zapewnia wymagany poziom swobody ruchu,
przekrój jest ekonomicznie uzasadniony,
wymiary przekroju nie są mniejsze od wymiarów przekroju drogi istniejącej.
Szerokość pasa drogowego jest zwykle zmienna i wyznacza się ją jako sumę szerokości
korony drogi, urządzeń związanych z drogą (takich jak rowy przydrożne, chodniki,
ścieżki rowerowe, zatoki postojowe, mijanki, miejsca parkingowe, pasy zieleni itp.)
oraz pasów ochronnych po 1m z każdej strony. W wyjątkowych przypadkach szerokość
pasów ochronnych można zmniejszyć do 0,75m. Szerokość pasa drogowego może być
zwiększana, jeśli przewiduje się etapową rozbudowę drogi.
Skrajnia drogowa (jak wspominano na str. 10.)jest to obrys koniecznej, nie
zabudowanej przestrzeni, przeznaczone dla użytkowników drogi. Wewnątrz skrajni nie
powinny znajdować się
żadne elementy budowli i słupów oświetleniowych.
W jej obrębie można natomiast umieszczać bariery ochronne oraz znaki drogowe.
Przedsięwzięcia drogowe ze względu na odmienny sposób
i system realizacji można podzielić na dwa zasadnicze rodzaje [12]:
organizacji
- przedsięwzięcia typu kompleks operacji,
- przedsięwzięcia organizowane zgodnie z zadami pracy równomierniej –
potokowe metody organizacji budowy.
Na przedsięwzięcia pierwszej grupy składają się procesy budowlane o różnym
charakterze i zakresie. Zrealizowanie ich całości jest niezbędnym warunkiem
osiągnięcia celu, jednak ich zharmonizowanie jest utrudnione ze względu na złożoność
i niejednorodność procesu pod względem technologicznym i rodzajowym. Przy
opracowywaniu planu realizacji dąży się, aby przy zadanych wielkościach zatrudnienia
i środków produkcji wykonać zadanie w sposób optymalny według przyjętych
kryteriów, np. czasowych, kosztowych (tab. 1.4.) [1]. Budowy tego rodzaju realizuje się
głównie metodą kolejnego wykonania oraz metodą równoległego wykonania.
Wykonanie równoległe polega na jednoczesnym rozpoczęciu robót na wszystkich
odcinkach i równoległej kontynuacji. Wadą tej metody jest brak ciągłości pracy
poszczególnych specjalistycznych brygad – po wykonaniu swojego zakresu prac muszą
one zostać przeniesione na inny obiekt lub pozostać bezczynne. Niewątpliwą zaletą
tego sposobu budowania – w porównaniu z innymi metodami – jest najkrótszy czas
realizacji zadnia. Wiąże się to jednak ze zwiększonym zapotrzebowaniem na środki
produkcji i zatrudnienie oraz nierównomiernym przyrostem produkcji, pracy sprzętu,
zużycia materiałów itp.
Z kolei metoda kolejnego wykonania polega na wykonywaniu poszczególnych
obiektów budowlanych jeden po drugim – następny etap rozpoczyna się po
zakończeniu poprzedniego. Powoduje to, podobnie jak w poprzednim przypadku, brak
ciągłości pracy zespołów, sprzętu, zużycia materiałów. Cykl realizacji jest najdłuższy
w porównaniu z pozostałymi metodami, dzięki czemu zapotrzebowanie na zatrudnienie
i środki produkcji jest najmniejsze.
lp. obiektu
Tabela 1.4. Interpretacja graficzna przebiegu realizacji budowy różnymi metodami [1]
metoda równoległego wykonania
metoda kolejnego wykonania
metoda pracy równomiernej
dni robocze
1
t
2
3
ti
ti
…
42
5
Ts
Ts
Ts
Niektóre budowy realizuje się zgodnie z metodą pracy równomiernej, będącej adaptacją
wykorzystywanej w przemyśle metody produkcji taśmowej. Polega ona na podziale
obiektu na pewną liczbę części o jednakowych lub zbliżonych ilościach robót,
nazywanych działkami roboczymi, powierzanych do wykonania stałym zespołom.
Przechodzą one z jednej działki na kolejną, za każdym razem wykonując tę samą pracę.
Taki sposób wykonania charakteryzuje się szczególnie korzystnymi właściwościami
organizacyjnymi w odniesieniu do pozostałych metod. Zapewnia ciągłość
i równomierność zatrudnienia brygad roboczych, wykorzystania sprzętów
i urządzeń, równomierny przyrost produkcji budowlanej i zużycie materiałów. Jednak
najważniejszą zaletą równomiernej pracy jest znaczne podniesienie wydajności pracy,
za sprawą powtarzalności wykonywanych przez pracowników czynności i specjalizacji
w danym zakresie robót. Zastosowanie poszczególnych rodzajów sprzętu i składów
zespołów roboczych odbywa się w kolejności technologicznej, a jedynym elementem
43
zmiennym jest kolejność przechodzenia na kolejne odcinki (działki). Jeżeli
poszczególne obiekty są stosunkowo niewielkich rozmiarów, to same mogą odgrywać
rolę działek roboczych, bez konieczności wyodrębniania z nich mniejszych części
1.4.1. NAWIERZCHNIE
Nawierzchnia jest to warstwa lub zespół warstw, służących do przejmowania
i rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże i zapewniających dogodne warunku ruchu.
Zadaniem nawierzchni jest zapewnienie pojazdom odpowiedniej prędkości,
bezpieczeństwa i komfortu ruchu. Funkcja ta będzie spełniona, jeśli nawierzchnia
pozostanie równa oraz odporna na działanie czynników atmosferycznych przez okres
swojej eksploatacji. Konstrukcja nawierzchni musi być taka, aby rozkładała
i przekazywała naciski od kół na podłoże. Jezdnia drogowa narażona jest bezpośrednio
na działanie zarówno zmiennych obciążeń dynamicznych, drgań, uderzeń i czynników
atmosferycznych. Podłoże nawierzchni podlega ciągłym zmianom wilgotności
i znajduje się w strefie przemarzania. Nawierzchnia jest najbardziej kosztowną częścią
drogi.
Ze względu na odkształcalność pod wpływem obciążeń nawierzchnie drogowe dzieli
się na [8, 10]:
- sztywne – odkształcają się sprężyście (np. nawierzchnie z betonu cementowego),
- podatne – mogą odkształcać się plastycznie i wykazywać odkształcenia trwałe
pod wpływem obciążenia (np. nawierzchnie tłuczniowe, bitumiczne
o podbudowach podatnych),
- półsztywne – z warstwą ścieralną bitumiczną na podbudowie sztywnej
(betonowej lub z gruntu stabilizowanego).
Na konstrukcję nawierzchni składa się układ warstw wraz ze sposobem ich połączenia
[8, 10]. Przy projektowaniu nawierzchni drogowej należy brać pod uwagę możliwości
materiałowe i techniczne występujące w danym regionie oraz dostępne środki
finansowe. Rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne powinny być ściśle związane
z natężeniem i strukturą ruchu oraz warunkami gruntowo-wodnymi i klimatycznymi.
Wskazane jest szerokie i racjonalne wykorzystanie materiałów miejscowych pod
warunkiem odpowiedniego ich uszlachetnienia. Wymagania jakościowe materiałów
określają poszczególne technologie robót. W tabeli 1.5. przedstawiono okresy
eksploatacji nawierzchni wg [21].
44
Tabela 1.5. Okresy eksploatacji nawierzchni [21]
Klasa drogi, elementy drogi
Konstrukcje podatne
i półsztywne
Konstrukcje z betonu
cementowego
Nowe lub
Nowe lub
Remontowane
Remontowane
przebudowane
przebudowane
A, S, GP, G, Z
20 lat
10 lat
30 lat
20 lat
L, D
20 lat
10 lat
20 lat
10 lat
Pasy ruchu i zatoki w rejonie
przystanku autobusowego, miejsca
przeznaczenia do postoju pojazdów,
ruchu pieszych
i rowerów
20 lat
10 lat
20 lat
10 lat
Okresy eksploatacji są takie same dla wszystkich elementów jezdni, tj. zasadniczych
i dodatkowych pasów ruchu, pasów awaryjnych, pasów włączania i wyłączania.
Nawierzchnia drogi powinna charakteryzować się szczególną odpornością na [21]:
- deformacje i spękania (w tym koleinowanie), powodowane zmęczeniem
materiałów oraz niewłaściwą współpracą warstw konstrukcyjnych i podłoża
gruntowego,
- zmiany równości i szorstkości warstwy ścieralnej pod wpływem bezpośredniego
działania obciążeń ruchomych na tę warstwę,
- niszczące działanie kół pojazdów na szczeliny dylatacyjne nawierzchni
sztywnych,
- destrukcyjne działanie wody powierzchniowej na poszczególne warstwy
nawierzchni oraz konstrukcje obiektów mostowych.
W trakcie projektowania nawierzchni drogi należy uwzględniać [21]:
-
warunki klimatyczne i gruntowo-wodne,
natężenie i rodzajową strukturę ruchu w całym okresie eksploatacji nawierzchni,
wartości dopuszczalnych obciążeń od pojazdów,
funkcje i przeznaczenie nawierzchni.
Konstrukcja nawierzchni drogi powinna charakteryzować się wymaganą nośnością,
trwałością, równością podłużną i poprzeczną, odpornością na powstawanie kolein,
właściwościami
przeciwpoślizgowymi
oraz
cechami
powierzchniowymi
zapewniającymi jej dobrą widzialność w dzień i w nocy.
Podstawowym czynnikiem wpływającym na konstrukcje nawierzchni jest ruch
samochodowy, ponieważ generuje największe siły skupione powodujące zużycie
nawierzchni. Wraz ze wzrostem obciążenia osi pojazdu wzrastają odkształcenia
i zniszczenia nawierzchni. Ciężar skupiony na osi przenosi się za pośrednictwem kół na
45
nawierzchnię. Powierzchnia styku z nawierzchnią F jest zbliżona do elipsy
i wynosi [7, 8, 9, 10]:
F=
P
,
p ⋅ 1,1
(1.1)
gdzie:
P – obciążenie przypadające na jedno koło,
p – ciśnienie wewnątrz dętki lub opony typu tubless.
Działanie koła pojazdu na nawierzchnię można scharakteryzować iloczynem p ⋅ D ,
gdzie
D=
4F
π
(obliczeniowa średnica koła).
(1.2)
Za punkt wyjścia do przyjęcia konstrukcji nawierzchni przyjmuje się prognozowany,
Średni Dobowy Ruch w roku (SDR) pojazdów ciężkich i autobusów
w przekroju drogi, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji, w podziale na
trzy grupy pojazdów [14, 21]:
- samochody ciężarowe bez przyczep (dwu i trzy osiowe),
- samochody ciężarowe z przyczepami (trzy do pięciu osi),
- autobusy (dwie do trzech osi).
Pojazdy te przelicza się na osie obliczeniowe o wartościach 100 i 115 kN. Katalog
Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych rozróżnia następujące wartości
obciążeń osi obliczeniowych [9, 10]:
• 100 kN na oś, w przypadku, gdy w strukturze ruchu występują grupy pojazdów
o obciążeniach osi 100 kN lub udział pojazdów o obciążeniu 115 kN nie
przekracza 8%,
• 115 kN na oś, w przypadku, gdy w strukturze ruchu występują grupy pojazdów
o obciążeniach osi 115kN, których udział jest równy lub przekracza 8%,
Przeliczając różne pojazdy rzeczywiste na pojazdy porównawcze (przeliczeniowe)
korzysta się z ogólnego wzoru [7, 9]:
n
P
K i =  i  ,
 Ps 
(1.3)
46
gdzie:
Ki – współczynnik równoważności osi,
Pi – obciążenie osi samochodu rzeczywistego [kN],
Ps – obciążenie osi standardowej (porównawczej) [kN],
n – współczynnik, zwykle 4.
Natężenie ruchu wywiera duży wpływ na powstawanie odkształceń – często
powtarzające się obciążenia szybkie narastanie odkształceń, a w konsekwencji
uszkodzeń. Tabela 1.6.prezentuje kategorię ruchu (KR) wg [7, 9]. Wg [8, 10] występuje
jeszcze KR7 – kategoria ruchu super ciężka.
Tabela 1.6. Klasyfikacja ruchu ze względu na liczbę osi obliczeniowych [7, 9]
kategoria ruchu
liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy L
obciążenie osi 100kN
obciążenie osi 115 kN
KR1
<12
<7
KR2
13-70
8-40
KR3
71-335
41-192
KR4
336-1000
193-572
KR5
1001-2000
573-1144
KR6
2001 i więcej
1145 i więcej
Kategorię ruchu wyznacza się na podstawie liczby osi obliczeniowych na dobę na pas
obliczeniowy, w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji lub na podstawie
przewidywanej liczby osi obliczeniowych w obliczeniowym okresie eksploatacji, który
przyjęto na 30 lat. Liczbę osi obliczeniowych określa się według zależności [7, 9]:
L = (N1 r1 + N2 r2 + N3r3) f1
(1.4)
gdzie:
L – liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy w piętnastym roku
po oddaniu drogi do eksploatacji,
f1 – współczynnik obliczeniowego pasa ruchu wg tablicy 8,
N1 – średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi,
w piętnastym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
N2 – jw., lecz samochodów ciężarowych z przyczepami,
N3 – jw., lecz autobusów,
r1, r2, r3 – współczynniki przeliczeniowe samochodów ciężarowych i autobusów na osie
obliczeniowe.
47
W tabeli 1.7. przedstawiono liczbę osi obliczeniowych w założonym okresie
obliczeniowym [7, 9]. Natomiast tabela 1.8. zawiera wartości współczynnika
f1 [7, 8, 9, 10]. W tabeli 1.9. podano współczynniki przeliczeniowe pojazdów na osie
obliczeniowe 100 kN i 115 kN [7, 9]
Tabela 1.7. Liczba osi obliczeniowych w założonym okresie obliczeniowym [7, 9]
Kategoria ruchu
Liczba osi obliczeniowych 100 kN
w założonym okresie obliczeniowym 30 lat
Liczba osi obliczeniowych 115 kN
w założonym okresie obliczeniowym 30 lat
KR1
≤ 131 400
≤ 75 600
KR2
131 401 – 770 000
75 001 – 440 000
KR3
770 001 – 3 700 000
440 001 – 2 100 000
KR4
3 700 001 – 10 950 000
2 100 001 – 6 250 000
KR5
10 950 001 – 21 900 000
6 250 001 – 12 500 000
KR6
21 900 001 i więcej
12 500 001 i więcej
Powyżej sumarycznej liczby 43 800 000 osi 100 kN lub 25 000 000 osi 115 kN należy konstrukcję
nawierzchni projektować indywidualnie
Tabela 1.8. Wartości współczynnika f1[7, 8, 9, 10]
Lp.
Liczba pasów ruchu w obu kierunkach
Współczynnik f1
Dwa kierunki ruchu
Jeden kierunek ruchu
1.
1
1,00
1,00
2.
2
0,50
0,90
3.
3
0,50
0,70
4.
4
0,45
0,70
5.
5
0,45
0,70
6.
6 i więcej
0,35
0,70
Tabela 1.9. Współczynniki przeliczeniowe pojazdów na osie obliczeniowe 100 kN i 115 kN [7, 9,]
Rodzaj pojazdu
Samochody ciężarowe bez
przyczep
Współczynniki przeliczeniowe pojazdów Współczynniki przeliczeniowe pojazdów
na osie 100 kN
na osie 115kN
r1 = 0,347
Samochody ciężarowe
z przyczepami
r2 = 3,946
Autobusy
r3 = 0,530
r1 = 0,130
r2 = 1,483
r3 = 0,199
Kolejnym ważnym czynnikiem jest podłoże, którego najistotniejszą cechą jest
wysadzinowość. Na podłożach wysadzinowych nawierzchnie wymiaruje się pod kątem
48
ich odporności na działanie wysadzin. Na gruntach niewysadzinowych wymiaruje się
ze względu na nośność.
Nośność podłoża można wyrażać kilkoma wskaźnikami [29]:
-
wskaźnikiem CBR,
modułem sprężystości,
współczynnikiem podatności podłoża k,
modułem odkształcenia.
CBR jest wskaźnikiem nośności podłoża oznaczanym w laboratorium po czterech
dobach nasycania wodą i podawany jest w % [29]. Przy podłożu innym niż G1 należy
stosować warstwę odsączającą (z odprowadzeniem wody) o grubości [29]:
- 15 - 20 cm przy podłożu G2,
- 20-25 cm przy podłożu G3,
- 30 cm przy podłożu G4.
Grupę nośności podłoża ustala się w zależności od rodzaju gruntu i warunków wodnych
lub na podstawie wskaźnika CBR (tabela 1.10.) [7, 8, 9, 10].
Tabela 1.10. Grupy nośności podłoża [7, 8, 9, 10]
Rodzaj gruntu podłoża
Grunt niewysadzinowy (WP>35): żwir, pospółka, piasek
(z wyjątkiem pylastego).
Grunt wątpliwy (WP=25-35):
- piasek pylasty,
- żwir i pospółka gliniasta.
Grunt wysadzinowy (WP<25):
- piasek gliniasty, glina, ił twardoplastyczny (Sp ≤ 0,25),
- piasek gliniasty, glina, ił miękkoplastyczny (Sp>0,25)
Objaśnienia:
- WP – wskaźnik piaskowy
- Sp – stopień plastyczności
Grupa nośności podłoża,
gdy warunki wodne są:
dobre
przeciętne
złe
G1
G1
G1
G1
G1
G2
G2
G2
G3
G2
G3
G3
G4
G4
G4
Poszczególnym grupom nośności podłoża odpowiadają następujące wartości wskaźnika
CBR [7, 8, 9, 10]:
-
10 ≤ CBR dla G1,
5 ≤ CBR < 10 dla G2,
3 ≤ CBR < 5 dla G3,
CBR < 3 dla G4.
49
Warunki wodne ustala się w zależności od głębokości wody gruntowej (h) od spodu
konstrukcji nawierzchni jako:
- złe, gdy h <1 m,
- przeciętne, gdy 1 m< h <2 m,
- dobre, gdy h >2 m.
Moduł sprężystości podłoża E oznacza się za pomoczą obciążeń płytą stalową
i oblicza się ze wzoru [7, 8, 9, 10]:
E=
π ⋅ p ⋅ D(1 − v)
[Pa],
4s
(1.5)
gdzie:
p – nacisk jednostkowy [Pa],
D – średnica płyty naciskowej,
v – współczynnik Poissona, w odniesieniu do gruntów przyjmuje się v=0,35,
s – osiadanie sprężyste płyty [cm].
Współczynnik podatności podłoża kruszywa k, to charakterystyka sprężystości podłoża
pod płytami sztywnymi. Wykorzystywany głównie przy projektowaniu nawierzchni
betonowych. W praktyce oznacza nacisk p wywierany przez płytę o średnicy 76cm,
wywoływany osiadaniem płyty równym 1,27 mm. Wartość współczynnika k obliczona
jest wg wzoru [7, 8, 9, 10].
k=
p
[Pa/cm]
0,127
(1.6)
Wartości k zawierają się w przedziale od 270 kPa/cm (iły plastyczne) do
2,2 MPa/cm (żwiry zagęszczone) [7, 8, 9, 10].
Moduł odkształcenia podłoża Mo wyraża stosunek naprężeń do odkształceń
w pewnym zakresie. Oznaczenia dokonuje się płytą naciskową o średnicy 15-30 cm.
Wartość modułu Mo można obliczyć ze wzoru [7, 8, 9, 10].
Mo =
∆p
[MPa],
∆s
gdzie:
∆p - przyrost obciążeń jednostkowych w zakresie 0,05-0,15 MPa,
∆s - przyrost odkształceń w zakresie tych obciążeń [cm],
D - średnica płyty naciskowej [cm].
(1.7)
50
Rozróżnia się moduł pierwotny (przy pierwszym obciążeniu) i wtórny (przy drugim).
Wartości modłów odkształcenia wynoszą [29]:
- 100-280 MPa dla żwirów i pospółek,
- 30-200 MPa dla piasków,
- 5-70 MPa dla gruntów spoistych.
W literaturze i praktyce funkcjonuje kilka metod projektowania nawierzchni
drogowych opartych na doświadczeniach pochodzących z różnych krajów [29].
Za najpopularniejsze uznać można: dla nawierzchni sztywnych - teoria Westergaarda,
metoda brytyjska, katalog nawierzchni sztywnych. Dla nawierzchni podatnych
– metoda CBR, metoda PJ-IBD, katalog nawierzchni podatnych i półsztywnych [29].
Zgodnie z teorią Westergaarda projektowanie polega na kolejnym zakładaniu grubości
płyty i obliczaniu naprężeń rozciągających w betonie. Naprężenia nie powinny
przekraczać połowy naprężeń krytycznych betonu. Zakłada się, że płyta betonowa
pracuje jako jednorodne ciało o jednakowej grubości, reakcje podłoża maja tylko
kierunek pionowy i są proporcjonalne do ugięć, płyta jest obciążona
w trzech miejscach.
Względną sztywność podłoża i płyty wyznacza się ze wzoru [29]:
l=4
E ⋅ h3
,
12(l − v)k
(1.8)
gdzie:
l – promień względnej sztywności [cm],
E – moduł sztywności betonu [Pa],
h – grubość płyty [cm],
k – współczynnik podatności podłoża [Pa/cm].
Maksymalne naprężenie rozciągające wyznacza się wg wzorów:
- obciążenie naroża
a
[1 − ( ) 0,6 ]
1
h
(1.9)
0,316 F
l
(4 lg + 1,069)
2
b
h
(1.10)
σ=
3F
2
- obciążenie środka płyty
σ=
51
- obciążenie krawędzi
σ=
0,572 F
l
(4 lg + 0,359)
2
b
h
(1.11)
Rys. 1.13. Nomogram brytyjski do wyznaczania grubości nawierzchni betonowej [14]
Metoda brytyjska jest doświadczalną metodą projektowania [14]. Rozróżnia trzy typy
podłoża i przewiduje podbudowę, jeśli nośność wyrażona w CBR jest mniejsza niż
15%. Ruch wyraża się liczbą przejść osi porównawczych po pasie ruchu,
w okresie trwałości nawierzchni, przyjmowanym na 20 do 40 lat. Grubość płyty
betonowej przyjmuje się z nomogramu.
W katalogu nawierzchni sztywnych procedura projektowania konstrukcji nawierzchni
według katalogu jest następująca [10]:
- ustalenie prognozowanego obciążenia drogi ruchem, obliczeniowej osi
i wyznaczenie kategorii ruchu KR1 – KR7,
- określenie warunków gruntowo-wodnych (G1-G4) oraz wybór metody
wzmocnienia i odwodnienia podłoża,
- wybór typowej konstrukcji nawierzchni dla wyznaczonej kategorii ruchu KR1-7,
- sprawdzenie warunku mrozoodporności.
52
W katalogu zamieszczono przykłady ilustrujące sposób projektowania. Typowe
konstrukcje nawierzchni zaprojektowano z zastosowaniem mechanistycznych metod
projektowania. Wykorzystano model płyty o skończonych wymiarach w planie
ułożonej na wielowarstwowej półprzestrzeni sprężystej (podbudowa + podłoże)
obciążonej kołem samochodu o nacisku 50 lub 57,5 kN (na krawędzi, w środku
i narożu płyty). Ponadto uwzględniono powtarzalność obciążeń, występowanie dybli
oraz wpływ temperatury (gradient temperatury przyjęto 0,80 C/cm). W celu określenia
naprężeń w płycie, podbudowie lub podłożu wykorzystano Metodę Elementów
Skończonych (MES) [10].
Metoda CBR (California Bearing Ratio Method) została opracowana w USA
w latach 20. XX wieku. Na podstawie badań gruntów podłoża pod nawierzchniami
trwałymi i uszkodzonymi sporządzono krzywe zależności grubości nawierzchni od
nośności podłoża wyrażonego za pomocą wskaźnika CBR. Równanie tych krzywych
przedstawia się następująco[14]:
h=
100 + 150 P
,
CBR + 5
(1.12)
gdzie:
h – grubość nawierzchni,
P – obciążenie koła [kNx10-1],
Wartość CBR wynosi:
-
iły i gliny 2-6%,
lessy 4-10%,
piaski gliniaste 10-15%,
piaski 10-30%,
pospółki i żwiry 20-80%,
Wzór można rozwinąć wprowadzając do niego natężenie ruchu N [14]:
h=
100 + P (75 + 5 ⋅
CBR + 5
N
)
10 [cm].
(1.13)
Metoda PJ-IBD została opracowana przez Jana Pachowskiego w Instytucie Badawczym
Dróg i Mostów w latach 60. XX wieku (rysunek 1.14) [10].
53
Rys. 1.14. Schemat konstrukcyjny nawierzchni w metodzie PJ-IBD [10]
Całkowitą grubość nawierzchni ustala się ze wzoru [10]:
h = h1 + h2 + h3 + h4 = 3ab1 + 15ab2 cd1 + 10ab3 d 2 e + 5b4 d 2 ,
(1. 14)
gdzie:
h1, h2, h3, h4 – grubości poszczególnych warstw,
3, 15, 10, 5 – grubości poszczególnych warstw nawierzchni stosowane
w odniesieniu do ruchu lekkiego i dobrych warunków wodno-gruntowych podłoża,
a – współczynnik zależny od natężenia ruchu,
b1 – współczynnik zależny od rodzaju mieszanki mineralno-bitumicznej,
b2 – współczynnik zależny od rodzaju materiału górnej warstwy podbudowy,
b3 – współczynnik zależny od rodzaju materiału dolnej warstwy podbudowy,
b4 – współczynnik zależny od materiału warstwy odcinającej,
d1 – współczynnik zależny od rodzaju gruntów podłoża,
d2 – współczynnik zależny od rodzaju i stanu zawilgocenia gruntów podłoża,
e – współczynnik zależny od głębokości przemarzania gruntów,
c – współczynnik zależny od maksymalnego obciążenia koła samochodu
dopuszczalnego do ruchu:
c=
1
P
2
(1. 15)
P – nacisk koła [kNx10-1],
W Katalogu typowych nawierzchni podatnych i półsztywnych podane zostały typowe
konstrukcje nawierzchni drogowych podatnych i półsztywnych. Uwzględnia typowe
warunki gruntowo-wodne i materiałowe oraz ujednolicenie warstw nawierzchni oraz
rozwiązań konstrukcyjnych i technologicznych. Katalog został opracowany
z założeniem dopuszczalnego obciążenia osi pojazdów 100 kN oraz przyjmuje typowy
schemat konstrukcji drogi i układ warstw [10]:
54
-
warstwa ścieralna,
warstwa wiążąca,
podbudowa,
podłoże.
Warstwy ścieralna i wiążąca są warstwami asfaltowymi. Podbudowa może składać się
z jednej, bądź kilku warstw.
Nawierzchnie podatne i półsztywne wykonuje się z mieszanek mineralno-asfaltowych,
czyli z mieszanki mineralnej połączonej z asfaltem. Mieszanka mineralna jest zbiorem
dobranych w odpowiednich proporcjach składników kamiennych (grysy, miały,
wypełniacze). Na rysunku 1.15. pokazano schematyczne obrazy mieszanek
poszczególnych typów [2].
Rys. 1.15. Schematyczne obrazy mieszanek poszczególnych typów [2]
Mieszanki wykorzystywane do celów drogowych dzieli się na trzy podstawowe
grupy [2]:
- typu makadamowego – cechą charakterystyczną jest sposób wbudowania
i dobór materiałów, składają się z jednofrakcyjnych warstw kruszywa
układanych na sobie w kolejności od największej do najmniejszej, klinujących
się nawzajem,
- typu betonowego – mieszanka różnych frakcji kruszywa o różnorodnym
uziarnieniu, równomiernie stopniowanym – ziarna mniejsze wypełniają wolne
przestrzenie pomiędzy większymi, powszechnie tego rodzaju mieszanki nazywa
się mieszankami o ciągłym uziarnieniu,
- typu pośredniego – mieszanki o uziarnieniu nieciągłym – pomiędzy ziarnami
o największym rozmiarze mieszczą się ziarna mniejsze, w taki sposób, aby
przestrzeni między nimi uzupełnić, ale nie rozepchnąć. Schemat blokowy na
rysunku 1.16. ilustruje podział mieszanek mineralnych wg [2].
55
Mieszanki mineralne
Typ makadamowy
Beton asfaltowy o
nieciągłym uziarnieniu
Mieszanki do cienkich
warstw na gorąco
Typ pośredni
(o uziarnieniu nieciągłym)
Mastyks grysowy SMA
Powierzchniowe utrwalanie
Asfalt piaskowy
Asfalt lany
Beton asfaltowy
Typ betonowy
(o uziarnieniu ciągłym)
Rys. 1.16. Mieszanki mineralne podział [2]
Asfalt stanowi mieszaninę wielkocząsteczkowych węglowodorów łańcuchowych,
cyklicznych oraz związków heterocyklicznych. Jest materiałem
pochodzenia
naturalnego (w postaci lepkiej cieczy lub skały) lub może otrzymywany jako jedna
z frakcji przerobu ropy naftowej o konsystencji stałej lub półstałej o barwie od
ciemnobrązowej do czarnej. Jest on układem koloidalnym o dużej trwałości,
składającym się z dwóch faz: rozproszonej (asfalteny) i rozpraszającej (oleje). Oprócz
zastosowań przy budowie nawierzchni dróg, wykorzystywany jest również do
produkcji papy oraz jako materiał izolacyjny (lepik asfaltowy). O jakości asfaltu
decyduje jego temperatura mięknienia, ciągliwość, stopień penetracji, łamliwość. Na
rysunku 1.17. przedstawiono rodzaje asfaltów wg [2].
56
Rys. 1.17. Rodzaje asfaltów [2]
Po dodaniu asfaltu do opisywanych wcześniej mieszanek mineralnych, otrzymujemy
mieszanki mineralno-asfaltowe. Mieszanki mineralno-asfaltowe można dzielić ze
względu na:
- uziarnienie mieszanki mineralnej (typ makadamowy, betonowy, pośredni)
- konieczność zagęszczania (w procesie wbudowywania niektóre mieszanki
wymagają użycia walców, czyli zagęszczania, zaś inne, ze względu na swoją
konsystencję zagęszczają się same),
- zawartość wolnej przestrzeni (struktura mieszanki) (rozróżnia się 2 struktury
MMA: zamkniętą (zawartość wolnych przestrzeni 1,5÷4%) oraz częściowo
zamkniętą (4,5÷8%)),
- miejsce w nawierzchni.
- (warstwa ścieralna, wiążąca oraz warstwa podbudowy zasadniczej).
Nawierzchnię mineralno-asfaltową układa się warstwami, każda z nich pełni określone
funkcje. Zadaniem warstwy ścieralnej jest nadanie nawierzchni drogowej cech
powierzchniowych(szorstkość, równość, komfort jazdy), jak również zabezpieczenie jej
przed czynnikami atmosferycznymi. Stosuje się wyłącznie mieszanki o strukturze
zamkniętej, szczelne (beton asfaltowy o strukturze zamkniętej oraz szczelne mieszanki
o nieciągłym uziarnieniu) jednocześnie gwarantujące uzyskanie wszystkich pozostałych
wymienionych cech umożliwiających dobrą pracę warstwy ścieralnej. Zadaniem
warstwy wiążącej jest przeniesienie naprężeń indukowanych w trakcie obciążania
nawierzchni do warstw położonych niżej. W tej warstwie bardzo często znajdują się
ekstrema naprężeń odpowiedzialnych za deformacje trwałe (koleinowanie).
57
Najczęściej stosuje się wtedy mieszanki o strukturze częściowo zamkniętej (betony
asfaltowe) lub w szczególnych przypadkach – zamkniętej np. SMA. Warstwa
podbudowy zasadniczej jest najniższą bitumiczną warstwa nawierzchni. Stanowi
fundament całej jej konstrukcji. Najczęściej stosuje się betony asfaltowe o strukturze
częściowo zamkniętej, bardzo podobne do stosowanych w warstwie wiążącej,
zazwyczaj jednak o grubszym uziarnieniu(mieszanki do 31,5 mm, a nawet grubsze).
Rysunek 1.18. przedstawia podział mieszanek mineralno – asfaltowych wg [2].
Mieszanki mineralno-asfaltowe
Asfalt lany
Mastyks
niezagęszczane
mieszanki o nieciągłym
uziarnieniu
HRA
Hot RolledAsphalt
Mastyks grysowy SMA
Betony asfaltowe
zagęszczane
Rys. 1.18. Mieszanki mineralno-asfaltowe [2]
Do wykonania nawierzchni sztywnych używa się betonu cementowego
z mieszanki betonowej napowietrzonej odpowiadającej klasie betonu C30/37 (dawne
B40) dla ruchu ciężkiego oraz C20/25 (dawne B25) dla ruchu lekkiego [19]. Beton
napowietrzony zawiera dodatkowo wprowadzone powietrze w ilości min. 3% objętości
mieszanki. Do wykonania takiej mieszanki wykorzystuje się następujące składniki:
- cement portlandzki marki od 32,5 i 42,5 – jest podstawowym i zasadniczym
składnikiem betonu,
- kruszywa – najlepiej nadają się kruszywa pochodzące z następujących skał:
granit, bazalt, czyste wapienie, dolomity oraz skały metamorficzne typu gnejs,
łupek krystaliczny. Stosuje się kruszywa łamane i żwirowe płukane.
Maksymalny wymiar ziaren wynosi 31.5mm. Kruszywo powinno odpowiadać
zerowemu stopniowi potencjalnej reaktywności alkalicznej.
58
- wodę – zaleca się, ażeby wodą zarobową była woda wodociągowa.
W przypadku korzystania z innych źródeł należy wykonać badania jej składu.
Woda zarobową nie może zawierać składników, które mogłyby mieć
negatywny wpływ na przebieg wiązania i twardnienia betonu. Woda powinna
spełniać wymagania polskiej normy.
- dodatki – do napowietrzenia i upłynnienia betonu stosuje się różnego rodzaju
domieszki chemiczne. Domieszki te poprzez swoje działanie chemiczne
i fizyczne będą miały wpływ na właściwości betonu. Najczęściej stosuje się
następujące rodzaje domieszek:
o napowietrzające – ze względu na wymaganą odporność betonu na mróz
oraz działanie soli rozmrażających, konieczne jest stosowanie środków
napowietrzających. Domieszki napowietrzające, które stosuje się
w celu otrzymania betonu napowietrzonego, wytwarzają w świeżym betonie
mikropory powietrzne (średnica ich waha się w przedziale 10 – 300 μm).
Pozwala to na niwelowanie skutków wzrostu objętości zamarzającej wody
w stwardniałym betonie.
o plastyfikujące – zmniejszają wodożądność składników betonu oraz
poprawiają urabialność betonu przy zmniejszonym dozowaniu wody lub
zmniejszonej ilości cementu.
o upłynniające – superplastyfikatory, mają działanie uplastyczniające
w znacznie silniejszym zakresie niż domieszki plastyfikujące. Stosowane są
przede wszystkim do produkcji betonu drogowegoo szybkim narastaniu
wczesnej wytrzymałości. Trwałość działania domieszek upłynniających
waha się w granicach od 30 do 60 minut.
o opóźniające – służą one do wydłużenia czasu przerabialności betonu,
opóźnienia początku wiązania cementu w warunkach wysokich temperatur.
Konstrukcją nawierzchni z betonu cementowego nazywamy zespół warstw ułożonych
na naturalnym lub ulepszonym podłożu gruntowym. Służy ona do przejmowania
i przenoszenia na podłoże gruntowe obciążeń pochodzących od kół pojazdów i innych
wpływów zewnętrznych, w sposób gwarantujący jej określoną trwałość. Konstrukcja
taka powinna zapewniać określony poziom wygodyi bezpieczeństwa ruchu, co zależy
od równości i szorstkości jej zewnętrznej powierzchni [14]. W konstrukcji nawierzchni
betonowej wyróżniamy następujące warstwy: górną warstwę nawierzchni, tj. płytę
betonową, podbudowę, ulepszone podłoże (warstwa mrozoochronna, wzmacniająca
podłoże) i podłoże naturalne. Płyta betonowa bezpośrednio przejmuje działanie ruchu
i wpływy atmosferyczne, pełni więc funkcję warstwy ścieralnej i częściowo nośnej
(podbudowy). Warstwa podbudowy może składać się z jednej warstwy lub zespołu
warstw, których głównym zadaniem jest podparcie płyty betonowej, jak również
rozłożenie na podłoże nacisków pochodzących od kół pojazdów. Warstwę ulepszonego
podłoża stosuje się wtedy, gdy podłoże naturalne ma niską nośność i zadaniem tej
warstwy jest wzmocnienie naturalnego podłoża. Warstwa ulepszonego podłoża może
spełniać również inne zadania: zabezpieczanie gruntu przed przemarzaniem (warstwa
59
mrozoochronna), wyrównywanie braków w niestarannie wykonanych robotach
ziemnych (warstwa wyrównawcza), odprowadzanie wody gruntowej (warstwa
odsączająca), zabezpieczanie przed przenikaniem cząstek nawodnionego gruntu
podłoża do warstw podbudowy, szczególnie rozdrobnionej (warstwa odcinająca).
Nawierzchniowa płyta betonowa przenosi obciążenia samoistnie, redukując w dużym
stopniu obciążenie podbudów, co przyczynia się do znacznego zmniejszenia ich
odkształceń.
Nawierzchnie betonowe charakteryzują się wysoką zdolnością do przenoszenia
obciążeń, nawet w przypadku obciążeń punktowych. Zwiększenie grubości pociąga
za sobą znaczne zwiększenie zdolności do przenoszenia obciążeń, co jest bardzo
korzystne w odniesieniu do wzrastających obciążeń osiowych i ogólnego wzrostu
natężenia ruchu. Poprawnie zbudowana nawierzchnia betonowa osiąga zwykle
30-letni okres użytkowania, a przy zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań nawet okres
40-letni [4]. Drogi o nawierzchniach betonowych odznaczają się dużą odpornością na
odkształcenia w pełnym zakresie temperatur. Nie dochodzi do powstawania kolein,
a woda powierzchniowa bez problemów spływa z nawierzchni. W celu porównania
kosztów budowy nawierzchni drogowych podatnych i sztywnych Stowarzyszenie
Producentów dokonało analizy porównawczej wykonania nawierzchni drogowych dla
kategorii ruchu od KR1 do KR6 z uwzględnieniem różnych rozwiązań
konstrukcyjnych. Dla nawierzchni asfaltowych przyjęto rozwiązania z Katalogu
Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych, a dla nawierzchni
betonowych z Katalogu Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych. Bazą
kosztorysową dla cen materiałów jest baza cennika Sekocenbud, z poziomu III kwartału
20013 r. Zakres prac w poszczególnych etapach pochodzi z Katalogu Nakładów
Rzeczowych. Porównanie kosztów budowy w technologii betonowej i asfaltowej
wskazują, że w przypadku kategorii ruchu KR1 ceny budowy nawierzchni betonowych
są nieznacznie wyższe od nawierzchni asfaltowych (tabela 1.19). Dla kategorii KR2
koszty są porównywalne, a począwszy od kategorii KR3 nawierzchnie betonowe są
zdecydowanie najtańszym rozwiązaniem konstrukcyjnym.
Tabela 1.11. Zestawienie kosztów budowy nawierzchni betonowych i asfaltowych dla poszczególnych
kategorii ruchu (ceny w zł za 1m2 wykonania nawierzchni) wg Sekocenbud, z poziomu III kwartału 2013 r.
Kategoria ruchu
Nawierzchnie podatne
Nawierzchnie sztywne
Typ A
Typ B
Typ C
Typ D
Typ I
Typ II
Typ III
Typ IV
93,28
79,30
102,62
119,34
113,61
103,01
110,18
125,78
KR2
119,40
124,33
111,65
131,58
120,88
110,85
117,42
142,95
KR3
160,,54
150,42
158,23
171,88
138,48
125,31
153,21
163,26
KR4
193,48
197,38
202,79
197,72
144,92
132,24
161,13
179,89
KR5
219,58
223,49
228,89
218,89
157,42
142,83
168,40
187,16
KR6
245,69
243,33
239,09
230,83
174,29
163,19
193,35
223,79
KR1
60
1.4.2. ODWODNIENIA DRÓG
Konstrukcje nawierzchni, zarówno dróg jak i autostrad, są narażone na bezpośrednie
działanie zmiennych obciążeń dynamicznych, drgań, a także czynników
atmosferycznych: deszczu, śniegu, mrozu i upałów. Opady przypadające na
powierzchnie komunikacyjne należy odprowadzać bezpiecznie i jak najkrótszą drogą
do krawędzi jezdni poprzez spadki poprzeczne, wystarczające z punktu widzenia
odwodnienia i dopuszczalne z punktu widzenia dynamiki ruchu. Staranne odwodnienie
jest podstawowym warunkiem trwałości nawierzchni drogi.
Odwodnienie drogi należy tak zaprojektować, aby woda z korony drogi mogła być
odprowadzona poza korpus drogowy w sposób nie stanowiący przeszkód dla ruchu
i zgodnie z wymogami ochrony środowiska. Drogę chroni się przed działaniem wody
za pomocą odwodnienia powierzchniowego oraz odwodnienia wgłębnego korpusu
drogi i podłoża gruntowego. W celu ustalenia wymiarów urządzeń odwadniających
należy określić [5]:
-
jednostkowy spływ wody z powierzchni zlewni drogowej,
natężenie deszczu miarodajnego,
prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu,
charakterystykę obszarów, przez które przebiega droga,
charakterystykę gruntowo-wodną pasa drogowego,
granice, rozmiary, ukształtowanie wysokościowe i pokrycie zlewni drogowej,
możliwość odprowadzenia wody z pasa drogowego do istniejących odbiorników
naturalnych lub sztucznych, z uwzględnieniem wymagań ochrony środowiska.
Ilość dopływającej wody ze zlewni do urządzeń odwadniających zależy od przyjętego
prawdopodobieństwa częstotliwości pojawienia się takiej wody. W celu określenia
zdolności przejęcia spływającej ze zlewni wody należy sprawdzić zdolność
przepustową zastosowanych przekrojów urządzeń odwadniających.
Odwodnienie powierzchniowe pasa drogowego uzyskuje się za pomocą [15]:
-
pochylenia poprzecznego i podłużnego drogi,
wyniesienia korpusu drogi ponad teren ,
rowów drogowych,
ścieków drogowych, przepustów,
kanalizacji deszczowej.
Konstrukcję nawierzchni należy zabezpieczyć przed wodą gruntową poprzez [15]:
wyniesienie korpusu drogi tak, aby odległość spodu konstrukcji nawierzchni od
najwyższego poziomu wody gruntowej wynosiła co najmniej 1m, a zaleca się 1,5 m,
przerwanie kapilarnego podciągania wody w gruntach o niskiej przepuszczalności przez
wykonanie warstwy odsączającej, odprowadzenie wody spod nawierzchni przez
61
warstwę odsączającą wykonaną z materiałów przepuszczalnych, obniżenie poziomu
wody gruntowej za pomocą drenażu depresyjnego.
Kanalizację deszczową należy stosować wówczas, gdy nie ma możliwości
odprowadzenia wody deszczowej za pomocą urządzeń powierzchniowych lub też
wymagają tego względy środowiska. W skład kanalizacji deszczowej wchodzą:
studzienki ściekowe z wpustami, kolektor oraz studzienki rewizyjne. Rozstaw wpustów
ściekowych zależy od intensywności opadów, rozmiarów zlewni i pochylenia
podłużnego drogi. W szczególności wpusty ściekowe należy lokalizować w najniższych
punktach jezdni, przed skrzyżowaniami, przed przejściami dla pieszych.
Studzienki ściekowe należy sytuować w ścieku poza krawędzią jezdni,
a w przekroju ulicznym zaleca się lokalizację w obrębie chodnika. Umiejscowienie
kolektora powinno uwzględniać usytuowanie innych urządzeń podziemnych lub
nadziemnych o głębokich fundamentach. Zaleca się lokalizowanie kolektora pod
chodnikiem lub pasem zieleni. W wyjątkowych przypadkach można kolektor
umieszczać pod jezdnią, lecz w miejscach najmniej narażonych na oddziaływanie kół
pojazdów.
Wodę ze ścieku, rowu drogowego, przepustu i kolektora odprowadza się
do cieku, zbiornika naturalnego lub do naturalnego zagłębienia terenu. Jeżeli nie ma
możliwości odprowadzenia wody w terenie bezodpływowym, można stosować basen
odparowujący lub wyjątkowo studnię chłonną. Studnia chłonna może być stosowana do
odbioru niewielkiej ilości wody, gdy pod warstwą gruntu słabo przepuszczalnego
znajduje się grunt przepuszczalny i gdy nie powoduje to zanieczyszczenia wód
podziemnych.
62
1.5 . BIBLIOGRAFIA DO ROZDZIAŁU 1
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
Biuk S., Jaworski K.M., Tokarski Z. ,Podstawy organizacji robót drogowych,
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2007
Błażejewski K., Styk S., Technologia warstw asfaltowych, Wydawnictwo
Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2009.
Buszma E., Nowoczesne projektowanie dróg, Wydawnictwo Komunikacji
i Łączności, Warszawa, 1966
Deja J., Kijowski P., Drogi wczoraj i dziś – cechy nowoczesnych nawierzchni
drogowych, Magazyn Autostrady, 7/2009, s. 30-35.
Instrukcja badań podłoża gruntowego budowli drogowych i mostowych, Część 1,
GDDP, Warszawa, 1998.
Instrukcja oceny efektywności ekonomicznej przedsięwzięć drogowych
i mostowych dla dróg powiatowych, Instytut Badawczy Dróg i Mostów,
Warszawa, 2008.
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych, GDDP,
Warszawa, 1997.
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych,
GDDKiA, Warszawa, 2012.
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych, GDDP, Warszawa, 2001
Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych, GDDKiA, Warszawa,
2013
Kozłowski W., Surowiecki A.: Kierunki rozwoju konstrukcji nawierzchni dróg
wiejskich, Problemy Inżynierii Rolniczej, Nr 1, Falenty 2011, s. 173-183
Piłat J., Radziszewski P., Nawierzchnie asfaltowe, Wydawnictwo Komunikacji
i Łączności, Warszawa, 2004.
Rolla S., Rolla M., Żarnach W., Budowa dróg, Część 1, Wydawnictwa Szkolne
i Pedagogiczne, Warszawa 1993.
Surowiecki A.; Czy polskie drogi mogą być lepsze. Wykład multimedialny.
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Instytut Budownictwa, Wrocław,
24.09.2009.
Szling Z., Pacześniak E., Odwodnienia budowli komunikacyjnych, Oficyna
Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2004.
Szydło A., Mackiewicz P., Nawierzchnie betonowe na drogach gminnych.
Poradnik, Polski Cement, Kraków 2005.
Wiłun Z., Zarys geotechniki, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności,
Warszawa, 2007.
Wytyczne projektowania dróg I i II klasy technicznej, WPD-1, GDDP, Warszawa,
1995
Wytyczne projektowania dróg III, IV i V klasy technicznej, WPD-2, GDDP,
Warszawa, 1995.
63
[20] Wytyczne projektowania dróg VI i VII klasy technicznej, WPD-3, GDDP,
Warszawa, 1995
AKTY PRAWNE
[21] Rozporządzenie Ministra Transportu i gospodarki Morskiej z dnia 2 marca
1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi
publiczne i ich usytuowanie. (Dz. U. Nr 43, poz. 430)
[22] Ustawa z dnia 20 czerwca 1997 r. - Prawo o ruchu drogowym. (Dz.U. 1997
nr 98 poz. 602)
[23] Ustawa z dnia 21 marca 1985 r.o drogach publicznych (Dz.U. 2007 nr 19
poz. 115)
[24] Ustawa z dnia 21 sierpnia 1997 r. o gospodarce nieruchomościami
(Dz.U. 1997 nr 115 poz. 741)
[25] Ustawa z dnia 22 lipca 2010 r. o zmianie ustawy - Prawo o ruchu drogowym
oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2010 nr 152 poz. 1018)
[26] Ustawa z dnia 23 kwietnia 1964 r. - Kodeks cywilny (Dz.U. 1964 nr 16
poz. 93)
STRONY INTERNETOWE
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
www.znaki-drogowe.pl
Lesiakowska I., Rodzaje dróg i ich elementów, www.budownictwopolskie.pl
www.wikipedia.pl
Wójcik M., Drogi wewnętrzne – I. Definicja, www.edroga.pl
Wójcik M., Drogi wewnętrzne – I. Zasady ruchu, www.edroga.pl
64
65
2. OGÓLNE WARUNKI PROJEKTOWANIA DRÓG
Warunki omówiono zgodnie z Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki
Morskiej Nr 43z dnia 02.03.1999 r. z późniejszymi zmianami, w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie [1]
oraz z wytycznymi zawartymi w katalogach Wytyczne do projektowania dróg WPD - 1
[7],Wytyczne do projektowania dróg WPD - 2 [8],Wytyczne do projektowania dróg
WPD - 3 [9].
2.1. UWAGI OGÓLNE
Przebieg drogi powinien być zgodny z Miejscowym Planem Zagospodarowania
Przestrzennego, wszelkie odstępstwa są bardzo kosztowne, a w niektórych przypadkach
niemożliwe do wykonania. Przy ustalaniu przebiegu drogi należy uwzględniać:
− warunki techniczne (powinien być zagwarantowany wymagany poziom
bezpieczeństwa ruchu, powinien być zapewniony wymagany poziom swobody
ruchu przy uwzględnieniu przewidywanego natężenia ruchu),
− warunki
środowiskowe
(ograniczenie
negatywnego
wpływu
drogi
i ruchu na środowisko i otoczenie, ochrona gruntów rolnych i leśnych, ochrona
parków krajobrazowych i narodowych),
− warunki estetyki (otoczenie drogi powinno wywoływać wrażenie harmonii oraz
poczucie bezpieczeństwa i wygody, powinno być zachowane geometryczne
kształtowanie elementów drogi, zagospodarowanie pasa drogowego,
zagospodarowanie i kształtowanie otoczenia drogi),
− względy ekonomiczne (uwzględniamy je na etapie planowania przebiegu drogi
oraz przy projektowaniu skrzyżowań i obiektów inżynierskich, tak aby zostały
spełnione wszystkie wymagania bezpieczeństwa i swobody ruchu przy
jednoczesnym etapowaniu budowy i oddawaniu jej do użytku),
− warunki związane z utrzymaniem drogi (unikanie projektowania na terenach
osuwiskowych, słabonośnych, dobieranie terenu tak aby zminimalizować ilość
barier ochronnych, ekranów przeciwhałasowych, stosowanie rozwiązać
66
zapewniających dostępność sprzętu do utrzymania drogi, obiektów
i urządzeń),
− warunki wynikające z porozumień międzynarodowych (zachowanie parametrów
technicznych dróg zaliczanych do sieci dróg międzynarodowych zgodnie
z przepisami międzynarodowymi).
2.2. PODSTAWOWE WARUNKI TECHNICZNE PROJEKTOWANIA
DRÓG
2.2.1. PARAMETRY TECHNICZNE
2.2.1.1. Prędkość projektowa
Jest to parametr techniczno – ekonomiczny, któremu są przyporządkowane graniczne
wartości elementów geometrycznych drogi oraz zakres wyposażenia drogi. Prędkość
projektowa nie jest związana z prędkością dopuszczalną, o której mówią przepisy ruchu
drogowego. Prędkość projektowa powinna być stała na możliwie jak najdłuższym
odcinku drogi. Zmiana prędkości projektowej jest związana z warunkami terenowymi
(strome wzniesienia), niekorzystnymi warunkami gruntowo – wodnymi (osuwiska),
ochroną obiektów zabytkowych i wartościowych obiektów przyrodniczych.
Dla poszczególnych dróg ustala się prędkości projektowe określone w tabeli 2.1. [1],
Tabela 2.1. Dobór prędkości projektowej [1]
Klasa drogi
Prędkość
projektowa
drogi
(km/h)
poza terenem
zabudowy
na terenie
zabudowy
A
S
GP
G
Z
L
D
120
100,80
100,80,
70,60
70,60,
50
60,50,
40
50,40
40,30
80,70,
601)
70,60
60,50
60,50,40
40,30
30
2)
120,
100,
801)
1)
Dopuszcza się przy usytuowaniu drogi na obszarze intensywnie zurbanizowanym
2)
Można stosować na dwujezdniowej drodze
2.2.1.2. Prędkość projektowa
Jest to parametr odwzorowujący prędkość samochodu w ruchu swobodnym na drodze,
służący do ustalania wartości elementów drogi, które ze względu na bezpieczeństwo
ruchu powinny być dostosowane do tej prędkości. Jest ona zmienna wzdłuż drogi,
a zakres zmian stanowi podstawę oceny poprawności geometrycznego układu drogi.
67
Prędkość miarodajna służy do ustalania:
•
•
•
•
•
•
najmniejszej odległości widoczności na zatrzymanie,
najmniejszej odległości widoczności na wyprzedzanie,
pochylenia poprzecznego jezdni na łuku w planie,
najmniejszego promienia łuku w planie,
długości pasów wyłączania i włączania do ruchu,
wymaganego pola widoczności na łuku.
Dla dróg klasy G i dróg wyższych klas prędkość miarodajną określa się następująco:
• na drodze dwujezdniowej poza terenem zabudowanym:
Vm=Vp+10 km/h gdy Vp≥ 100 km/h,
Vm=Vp+20 km/h gdy Vp≤ 80 km/h,
gdzie:
Vm– prędkość miarodajna ( km/h)
Vp– prędkość projektowa( km/h)
• na drodze dwupasowej dwukierunkowej poza terenem zabudowy podano
w tabeli 2.2. [1].
Tabela 2.2. Dobór prędkości miarodajnej [1]
Prędkość
miarodajna
(km/h)
Krętość drogi (˚/km)
<80
80-160
161-240
>240
Drogi klasy S o szerokości 7,5 m
lub 7,0 m
110
100
90
80
Drogi o szerokości jezdni 7,0 m
z utwardzonymi poboczami
110
90
80
70
bez utwardzonych poboczy
100
90
80
70
z utwardzonymi poboczami
90
80
70
70
bez utwardzonych poboczy
90
80
70
60
• na drodze na terenie zabudowy:
Vm=V0+20 km/h, jeżeli jezdnia jest ograniczona krawężnikami,
Vm=V0+10 km/h, jeżeli jezdnia jest ograniczona z jednej lub z obu stron
krawężnikami.
68
gdzie:
Vm– prędkość miarodajna ( km/h)
V0 – największa dopuszczalna prędkość samochodów osobowych na drodze,
ograniczona znakiem lub dopuszczalnymi przepisami (km/h)
Prędkości miarodajne sąsiednich jednorodnych odcinków drogi nie powinny różnić się
o więcej niż 10 km/h. Prędkość miarodajna powinna być co najmniej równa prędkości
projektowej drogi i nie większa od niej niż 20 km/h.
2.2.1.3. Obciążenia nawierzchni dróg
Obciążenie 115 kN od pojedynczej osi napędowej pojazdu przyjmujemy
dla projektowanej nawierzchni zasadniczej i dodatkowych pasów ruchu, zatok
postojowych oraz utwardzonych poboczy nowego odcinka drogi zaliczanego do sieci
dróg międzynarodowych.
Nawierzchnie urządzeń obsługi ruchu na tej drodze, w części użytkowanej
przez pojazdy ciężarowe, projektuje się na 100 kN.
Obciążenie 100 kN od pojedynczej osi napędowej pojazdu należy przyjmować dla
projektowanej nawierzchni [8]:
− zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, zatok postojowych, utwardzonych
poboczy drogi klasy GP oraz tych dróg klasy G i Z, na których liczba pojazdów
rzeczywistych w ciągu doby o nacisku powyżej 80 kN na pojedynczą oś
napędową będzie większa 100 P/d, w dziesiątym roku po oddaniu do
użytkowania,
− łącznic węzła.
Obciążenie 80 kN od pojedynczej osi napędowej pojazdu należy przyjmować
dla projektowanej nawierzchni [8]:
− zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, zatok postojowych oraz
utwardzonych poboczy pozostałych dróg klasy G i Z,
− dróg manewrowych i stanowisk postojowych dla samochodów na parkingu.
2.2.1.4. Dostępność do drogi
Dostępność jest podstawową cechą drogi i wynika bezpośrednio z funkcji drogi
oraz jej przeznaczenia. Dostępność do drogi może być częściowo ograniczona
lub nieograniczona. Częściowo ograniczona dostępność oznacza pierwszeństwo ruchu
na projektowanej drodze, dopuszczenie połączenia z wybranymi drogami publicznymi,
które zapewniają właściwe powiązania z pozostałą siecią drogową oraz brak obsługi
bezpośredniego otoczenia (stosowanie zjazdów i wjazdów w wyznaczonych miejscach).
69
Częściowe ograniczenie należy stosować przy projektowaniu nowego odcinka drogi,
a szczególnie obwodnicy. Na takich drogach należy kontrolować częstość skrzyżowań
w zależności od natężenia ruchu i prędkości miarodajnej na rozważanej drodze oraz na
drogach bocznych.
2.2.2. PARAMETRY TECHNICZNE
Usytuowanie drogi oznacza umieszczenie jej elementów w pasie terenu wyznaczonym
liniami rozgraniczającymi w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego lub
decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu.
Szerokość drogi w liniach rozgraniczających powinna zapewnić możliwość umieszczenia
wszystkich elementów drogi i urządzeń z nią związanych.
Szerokość drogi w liniach rozgraniczających poza terenem zabudowy i nie
przeznaczonym pod zabudowę nie powinna być mniejsza niż określona w tabeli 2.3. [1]
Tab. 2.3.Szerokość drogi w liniach rozgraniczających [1]
Najmniejsza szerokość w liniach rozgraniczających drogi w przekroju:
Klasa drogi
jednojezdniowym (m)
dwujezdniowym (m)
1x2
2x2
2x3
A
-
60
70
S
30
40
50
GP
25
35
45
G
25
35
-
Z
20
30
-
L
15
-
-
D
15
-
-
Szerokość dróg, o których mowa obejmuje: jezdnie, pobocza, skarpy o wysokości
0,75 m oraz rowy drogowe.
2.2.3. DROGA I POŁĄCZENIA DRÓG
Droga przeznaczona do ruchu pojazdów powinna posiadać jezdnię. Jeżeli wzdłuż drogi
przewidziany jest ruch pieszych powinna posiadać chodnik. Droga i związane z nią
70
urządzenia powinny mieć formę architektoniczną dostosowaną do krajobrazu
i otaczającego zagospodarowania.
2.2.3.1. Jezdnie
Droga w zależności od klasy oraz od usytuowania powinna posiadać pasy ruchu
o odpowiednich szerokościach. Szerokości pasów określa tabela 2.4. [1].
Tab. 2.4.Szerokość pasów ruchu [1]
Usytuowanie
drogi
Poza terenem
zabudowy
Na terenie
zabudowy
Szerokość pasa (m) na drodze klasy
A
S
GP
G
Z
L
D
3,75
3,50
3,50
3,00-3,50
2,75-3,50
2,50-2,75
2,50-2,75
3,50-3,75
3,75
3,50
3,50
3,50
3,50
3,50
3,00
2,50-2,25
3,50-3,25
3,50-3,25
3,50-3,25
3,50-3,25
3,00-2,50
3,50-3,00
3,25-3,00
3,25-2,75
Jezdnia drogi powinna mieć pochylenie poprzeczne umożliwiające sprawny spływ
wody. Pochylenie powinno wynosić nie mniej niż [1]:
2% - dla nawierzchni twardej ulepszonej
3% - dla nawierzchni twardej nieulepszonej
4% - dla nawierzchni gruntowej ulepszonej
Jezdnia dwukierunkowa na odcinku prostym lub krzywoliniowym nie wymagającym
jednostronnego pochylenia poprzecznego, powinna mieć kształt daszkowy.
Ten warunek nie jest wymagany, gdy droga prowadzona jest na stromym zboczu
lub gdy w wyniku pochylenia jednostronnego uzyskuje się korzystne warunki
odprowadzania wód opadowych, a także drogach klasy L i D.
Odcinek krzywoliniowy może zawierać łuk kołowy, kombinacje łuków kołowych
i krzywych przejściowych. Łuk kołowy powinien spełniać warunki bezpieczeństwa
przy ruchu po mokrej nawierzchni z prędkością miarodajną.
Wymienione wymagania zostaną spełnione jeżeli:
• wartość promienia łuku kołowego w planie jest nie mniejsza niż (patrz tabela
2.5.) [1]:
71
Tab. 2.5. Wartość promieni łuków pionowych (m) w zależności od prędkości projektowych
i pochyleń poprzecznych jezdni [1]
Prędkość projektowa (km/h)
120
100
80
70
60
50
40
30
Drogi poza terenem zabudowy,
przy pochyleniu poprzecznym
jezdni 7%
750
500
300
200
125
80
50
30
Przy pochyleniu poprzecznym
jezdni 5%
-
-
-
-
140
80
50
30
Przy pochyleniu poprzecznym
jezdni 6%
-
-
250
170
120
70
-
-
Droga na terenie zabudowy
• wartość promienia łuku kołowego w planie oraz pochylenia poprzecznego jezdni
są zgodne z określonymi w tabeli 16 [1]:
Tab. 2.6. Wartości promieni łuków pionowych (m) w zależności od prędkości miarodajnych
i pochyleń poprzecznych jezdni [1]
Prędkość projektowa
Promień łuku kołowego w planie (m) przy pochyleniu poprzecznym jezdni
(km/h)
Jak na odcinku prostym
130
≥4000
120
2% do
3%
4%
5%
6%
7%
≥3500
2500
1800
1400
1100
≤900
≥3500
≥3000
2000
1500
1200
900
≤750
110
≥2800
≥2500
1800
1400
1000
800
≤600
100
≥2200
≥2000
1400
1000
800
600
≤500
90
≥1600
≥1500
1000
750
600
500
≤400
80
≥1200
≥1100
800
600
450
350
≤300
70
≥1000
≥800
600
400
300
250
≤200
60
≥600
≥500
350
250
200
150
≤125
50
≥450
≥350
250
175
125
100
≤82
2,5%
Dwa odcinki drogi, powinny być połączone krzywą przejściową. Krzywą przejściową
wykonuje się tak aby:
• przyrost przyspieszenia dośrodkowego działającego na pojazd poruszający się
z prędkością projektową nie był większy niż określony w tabeli 2.7 [1]:
72
Tab. 2.7. Przyrost przyspieszenia dośrodkowego [1]
Prędkość projektowa
(km/h)
120-100
80
70
60
50
40
Przyrost przyspieszenia
dośrodkowego (m/s2)
0,3
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
• w uzasadnionych przypadkach na drogach klasy L, D i Z można nie stosować
krzywych przejściowych. W takim wypadku zastępujemy je prostymi
przejściowymi (tabela 2.8.) [1].
Tab. 2.8. Proste przejściowe [1]
Prędkość projektowa (km/h)
60
50
40
30
Długość prostej przejściowej (m)
30
25
20
15
Krzywych przejściowych można nie stosować również, gdy promień łuku w planie jest
większy niż 2000 m na drodze poza terenem zabudowy przy prędkości projektowej
120 km/h i 100 km/h lub większy niż 1000 m przy prędkości projektowej 80 km/h
i mniejszej.
Niweleta jezdni może składać się z odcinków o stałym pochyleniu, krzywych
wypukłych lub z krzywych wklęsłych. Pochylenie niwelety jezdni określa tabela
2.9. [1].
Tab. 2.9. Maksymalne pochylenie niwelety [1]
P Prędkość projektowa (km/h)
120
100
80
70
60
50
40
30
Pochylenie niwelety jezdni (%)
4
5
6
7
8
9
10
12
Promienie krzywych wypukłych i wklęsłych niwelety jezdni nie powinny być mniejsze
niż określone w tabeli 2.10
73
Tab. 2.10. Promienie łuków pionowych [1]
Prędkość projektowa(km/h)
Promień
krzywej
wypukłej
(m)
120
100
80
70
60
50
40
30
Droga dwujezdniowa
12000
7000
3500
2500
2000
-
-
-
Droga jednojezdniowa
-
8000
4500
3000
2500
1500
600
300
4500
3000
2000
1800
1500
1000
600
300
Promień krzywej wklęsłej (m)
2.2.3.2. Pobocza
Pobocza gruntowe drogi klasy G powinny mieć szerokość nie mniejszą niż 1,25 m.
Pochylenie pobocza na odcinku prostym lub krzywoliniowym o takim samym
poprzecznym pochyleniu jezdni jak na odcinku prostym powinno być w przedziale
od 6% do 8%.
Pochylenie poprzeczne pobocza na odcinku krzywoliniowym o pochyleniu
poprzecznym jezdni innym niż na odcinku prostym powinno wynosić od 2% do 3%
więcej niż pochylenie jezdni, jeżeli jest to pobocze po wewnętrznej stronie łuku.
Dla zewnętrznej strony łuku pochylenie pobocza powinno wynosić 2% w kierunku
przeciwnym.
W zależności od potrzeb, w tym ruchu lokalnego pieszych, część pobocza
przylegającego do jezdni może być utwardzona. Szerokość utwardzonego pobocza
powinna wynosić co najmniej 2,0 m.
2.2.3.3. Skrajnia drogi
Nad drogą powinna być zachowana wolna przestrzeń - „Skrajnia drogi”. Wysokość
skrajni powinna wynosić nie mniej niż 4,70 m.
2.2.3.4. Skarpy wykopów i nasypów
Skarpy wykopów i nasypów dla dróg klasy A, S powinny mieć pochylenie 1:3 lub 1:5,
dla dróg klasy GP, G i niższych powinny mieć pochylenie 1:1,5 lub 1:2. W przypadku
gdy skarpa ma dużą wysokość, nasyp budowany jest z gruntu mało nośnego, skarpa jest
narażona na działanie wód stojących. Należy ją wzmacniać obudową roślinną (mogą
być stosowane również inne rozwiązania) [6]. Pochylenie i konstrukcję urządzeń
wzmacniających skarpę ustala się zgodnie z obliczeniami stateczności.
74
2.2.3.5. Skrzyżowania i zjazdy
W celu określenia wymagań technicznych i użytkowych mamy następujący podział
skrzyżowań:
• skrzyżowanie zwykłe – nie zawiera na wlocie wyspy dzielącej kierunki ruchu lub
środkowego pasa dzielącego,
• skrzyżowanie skanalizowane – zawiera co najmniej na jednym wlocie wyspę
dzielącą lub środkowy pas dzielący,
• zjazd publiczny – określony przez zarządcę drogi jako zjazd do co najmniej
jednego obiektu, w którym jest prowadzona działalność gospodarcza.
• Zjazd indywidualny – określony przez zarządcę drogi jako zjazd do co najmniej
jednego obiektu użytkowanego indywidualnie.
Zakres stosowanych skrzyżowań, węzłów i przejazdów drogowych na poszczególnych
klasach dróg podano w tabeli 2.11. [1].
Tab. 2.11. Zakres stosowania skrzyżowań [1]
Klasa drogi
A
S
GP
G
Z
L
D
A
W
W
W
P (W)
P
P
P
S
W
W
W, (Sc)
W, Sc
P, (Sp)
P
P
GP
W
W, (Sc)
W, Sc
Sc, (W)
Sc, (Sp)
Sc, Sp
Sz, Sp
G
P, (W)
W, Sc
Sc (W)
Sc,Sz
Sc, Sz
Sz, Sc
Sz
Z
P
P, (Sp)
Sc (Sp)
Sc,Sz
Sc, Sz
Sz, Sc
Sz
L
P
P
Sc, Sp
Sc,Sz
Sc, Sz
Sz
Sz
D
P
P
Sz, Sp
Sz
Sc, Sz
Sz
Sz
W – węzeł,
Sc – skrzyżowanie skanalizowane,
Sz – skrzyżowanie zwykłe,
Sp – skrzyżowanie tylko na prawe skręty,
P – przejazd drogowy (różnopoziomowy),
Kąt przecięcia osi dróg na skrzyżowaniu powinien być zbliżony do kąta 90˚,
przy dopuszczalnym odchyleniu 30˚, jeżeli są spełnione warunki widoczności.
Kąt przecięcia toru jazdy pojazdów z torem ruchu pieszych lub rowerzystów powinien
być zbliżony do 90˚, z dopuszczalnym odchyleniem do 10˚.
Liczba pasów ruchu na wprost na odpowiadającym sobie wlocie i wylocie
skrzyżowania powinna być taka sama, jak na odcinku drogi przed skrzyżowaniem.
75
Ukształtowanie wysokościowe powierzchni jezdni skrzyżowania powinno być
dopasowane do pochylenia drogi z pierwszeństwem przejazdu.
Parametry techniczne wlotu skrzyżowania ustala się na podstawie prędkości
miarodajnej.
2.2.4. DROGA I POŁĄCZENIA DRÓG
2.2.4.1. Urządzenia odwadniające oraz odprowadzające wodę
Urządzenia do powierzchniowego odwodnienia pasa drogowego powinny zapewnić
sprawne odprowadzenie wody. Wymiary urządzeń odprowadzających ustala się na
podstawie deszczu miarodajnego, określonego przy prawdopodobieństwie „p”
pojawienia się opadów, przy czym prawdopodobieństwo to przyjmuje się zależnie
od klasy drogi i zestawiono je w tabeli 2.12. [1].
Tab. 2.12. Zestawienie prawdopodobieństwa występowania opadów dla poszczególnych klas dróg [1]
Klasa drogi
Prawdopodobieństwo p%
A lub S
10
GP
20
G lub Z
50
L lub D
100
Rowy odwadniające drogę wykonuje się w kształcie trójkątnym lub trapezowym.
Przy rowach trapezowych dno rowu powinno mieć szerokość co najmniej 0,4 m,
a głębokość nie powinna być mniejsza niż 0,5 m. W celu zapewnienia skutecznego
odprowadzania wody należy stosować pochylenie podłużne dna rowu nie mniejsze niż
0,5%, dopuszcza się pochylenie rowu 0,2% na gruntach przepuszczalnych. Odległość
między miejscami odprowadzenia wody ze ścieku powinna być zależna od ilości wody
spływającej z powierzchni zlewni, pochylenia podłużnego dna ścieku oraz jego
napełnienia. Odległość ta przeważnie nie powinna być większa od 50 m.
2.2.4.2. Urządzenia oświetleniowe
Droga powinna być oświetlona ze względu na bezpieczeństwo ruchu. Słupy
oświetleniowe powinny być umieszczone poza skrajnią drogi, nie mogą powodować
zagrożenia dla ruchu. Odległość lica słupa oświetleniowego nie powinna być mniejsza
[4, 5]:
- 1,0 m od krawędzi jezdni nie ograniczonej krawężnikami,
- 0,5 m od krawędzi pasa awaryjnego, postojowego lub utwardzonego pobocza,
76
- 1,0 m od lica krawężnika na drodze S lub GP,
- 0,5 m od lica krawężnika na drodze klasy G i drogach niższych klas.
2.2.4.3. Urządzenia techniczne drogi
Na drodze powinno być przewidziane miejsce na urządzenia techniczne określone
w przepisach odrębnych, tak aby gwarantowało to bezpieczne korzystanie z drogi
[4, 5].
Odległość od lica stalowej barierki lub podstawy betonowej barierki powinna wynosić
nie mniej niż:
- 0,50 m licząc od krawędzi pasa awaryjnego albo utwardzonego pobocza,
- 1,00 m licząc od krawędzi pasa ruchu drogi klasy Z i dróg wyższych klas,
- 0,75 m licząc od krawędzi pasa ruchu drogi klasy L lub D.
Bariera skrajna na drogach klasy GP i drogach niższych klas powinna być stosowana
gdy [4, 5]:
- wysokość nasypu, mierzona od krawędzi korony drogi, jest większa niż 3,50 m
i nachylenie skarpy jest większe niż 1:3,
- u podnóża skarpy znajduje się obiekt lub przeszkoda niebezpieczna
dla uczestników ruchu,
- nasyp jest ograniczony ścianą oporową, której wysokość jest większa niż 1,5 m,
- przy krawędzi korony drogi znajduje się obiekt lub przeszkoda, z wyłączeniem
słupów oświetleniowych na drodze klasy G i drogach klas niższych, której
odległość od krawędzi utwardzonego pobocza jest mniejsza od 1,25 m lub od
krawędzi pasa ruchu mniejsza od 2,0 m,
- w odległości od krawędzi pasa ruchu mniejszej niż 10,00 m, znajduje się
w szczególności zalew, urwisko, tor kolejowy lub tramwajowy, w poziomie
drogi, w wykopie albo na nasypie niższym niż 1,80 m.
Na drodze w zależności od potrzeb, można przewidzieć miejsce na ogrodzenie drogi
i inne urządzenia zabezpieczające przed wkroczeniem zwierząt.
2.2.5. NOŚNOŚĆ I STATECZNOŚĆ DROGOWYCH BUDOWLI ZIEMNYCH
2.2.5.1. Wymagania ogólne
Konstrukcje drogowej budowli ziemnej oraz konstrukcja nawierzchni drogi jako
warstwa lub zespół warstw, powinny być projektowane i wykonane tak aby [5, 6]:
77
- przenosiły wszystkie oddziaływania i wpływy mogące występować podczas
budowy i użytkowania drogi, jeśli nie są przekraczane dopuszczalne naciski osi
pojazdu na nawierzchnie,
- miały trwałość co najmniej równą okresowi użytkowania określonemu
w dokumentacji projektowej, pod warunkiem wykonania czynności
wynikających z rodzaju wbudowanych materiałów, kosztów użytkowania i zasad
utrzymania nawierzchni,
- nie uległy zniszczeniu w stopniu nieproporcjonalnym do jego przyczyn.
Rozróżnia się następujące nawierzchnie:
- jezdni: nawierzchnie zasadniczych i dodatkowych pasów ruchu, pasów
awaryjnych, włączania i wyłączania, poboczy, przystanku autobusowego
na pasach ruchu i w zatoce, drogi w strefie zamieszkania i jezdni manewrowej,
- przeznaczone do postoju pojazdów: nawierzchnie stanowisk, pasów i zatok
postojowych,
- przeznaczone do ruchu pieszych i rowerów: nawierzchnie chodnika
i nawierzchnie ścieżki rowerowej
2.2.5.2. Konstrukcja nawierzchni drogi
Nawierzchnia jezdni powinna być tak projektowana, aby stan graniczny nośności
i przydatności do użytkowania nie był przekraczany w następujących okresach
podanych w tabeli 2.13. [1].
Tab. 2.13. Okresy eksploatacji nawierzchni [1]
Klasa drogi,
Konstrukcje podatne i półsztywne
Konstrukcje z betonu cementowego
elementy drogi
Nowe lub
przebudowywane
Remontowane
Nowe lub
przebudowywane
Remontowane
A, S, GP, G, Z
20 lat
10 lat
30 lat
20 lat
L, D
20 lat
10 lat
10 lat
10 lat
20 lat
10 lat
20 lat
10 lat
Pasy ruchu
i zatok w rejonie
przystanku
autobusowego,
miejsca
przeznaczone
do postoju
pojazdów, ruchu
pieszych
i rowerów
78
Na drogach klasy G i GP nośność nawierzchni ocenia się na podstawie ugięć.
W projekcie nowej nawierzchni jezdni powinna być uwzględniona prognoza natężenia
ruchu. Jako podstawę obliczenia natężenia ruchu przyjmuje się wyniki pomiarów
dotyczące natężenia ruchu, struktury rodzajowej pojazdów oraz wskaźników wzrostu
jak i również wyniki prognoz wykorzystujące modelowanie ruchu.
W strukturze rodzajowej ruchu uwzględniamy następujące kategorie pojazdów:
• samochody ciężarowe bez przyczep,
• pojazdy członowe (pojazdy ciężarowe z przyczepami, ciągniki siodłowe
z naczepami),
• autobusy.
Dopuszczalny nacisk pojedynczej osi pojazdu na nawierzchnię jezdni i nawierzchnię
przeznaczoną do postoju pojazdów określa tabela 2.14. [1].
Tab. 2.14. Dopuszczalne naciski pojedynczej osi pojazdu [1]
Klasa drogi, elementy drogi
Dopuszczalny nacisk (kN)
A, S
115
GP, G
115, 100
Z, L, D
100, 80
Pas ruchu i zatoka w rejonie przystanku
100
Stanowiska postojowe, pasy, zatoki postojowe
115, 80
2.2.6. WARUNKI TECHNICZNE DOTYCZĄCE BEZPIECZEŃSTWA UŻYTKOWANIA
2.2.6.1. Wymagania widoczności
Na każdym odcinku drogi klasy G i dróg klas wyższych kierowca jadący z prędkością
o 10 km/h większą od prędkości projektowej powinien mieć zapewnioną widoczność na
zatrzymanie pojazdu przed przeszkodą. Wymaganie to jest spełnione gdy cel
obserwacji znajdujący się nad osią pasa ruchu jest widoczny z punktu obserwacyjnego,
zlokalizowanego na wysokości 1,0 m nad osią tego samego pasa ruchu z odległości nie
mniejszej niż podano w tabeli 2.15. [1]. Wysokość celu obserwacji podano w tabeli
2.16. [1]
79
Tab. 2.15. Najmniejsze odległości widoczności na zatrzymanie [1]
Prędkość
(km/h)
Najmniejsza odległość widoczności na zatrzymanie (m) na pochyleniu
10%
-8%
-6%
-4%
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
130
-
-
390
350
330
310
300
290
280
-
-
120
-
-
340
310
290
270
260
250
240
-
-
110
-
-
280
260
240
230
220
200
200
-
-
100
-
-
220
200
180
180
180
170
170
-
-
90
190
190
170
170
150
150
150
130
130
120
120
80
160
160
140
140
120
120
120
110
110
100
100
70
110
110
100
100
90
90
90
85
85
80
80
60
80
80
80
80
70
70
70
60
60
60
60
50
55
55
55
55
50
50
50
45
45
45
45
40
40
40
40
40
35
35
35
35
35
35
35
30
25
25
25
25
20
20
20
20
20
20
20
Tab. 2.16. Wysokość celu obserwacji [1]
Prędkość (km/h)
>100
100-81
81-61
≤61
Wysokość celu obserwacji (m)
0,45
0,30
0,15
0,00
Podczas zbliżania się do skrzyżowania, na skrzyżowaniu oraz przy wjeżdżaniu
na drogę ze zjazdu albo z obiektu lub urządzenia obsługi uczestników ruchu bez pasa
włączania, w zależności od prędkości miarodajnej (dla dróg kasy Z, L, D prędkości
projektowej) powinny być zapewnione następujące warunki widoczności [1]:
• przy zbliżaniu się do skrzyżowania po krzywoliniowym odcinku drogi
podporządkowanej ( rys. 2.1. ) powinna być zapewniona widoczność
ustawionego przed skrzyżowaniem znaku drogowego „ ustąp pierwszeństwa
przejazdu ” lub znak „ stop ” z odległości Lz umożliwiającej zatrzymanie pojazdu
poruszającego się z prędkością miarodajną pod drodze podporządkowanej nie
mniejszej podano w tabeli 2.17.
80
Tab. 2.17. Odległość widoczności na zatrzymanie przy dojeździe do skrzyżowania [1]
Prędkość miarodajna na drodze
podporządkowanej*) (km/h)
100
90
80
70
60
50
40
30
Odległość widoczności Lz (m )
180
150
12
90
70
50
35
20
*) Na drodze klasy Z, L, D jest to prędkość projektowa drogi.
W polu widoczności, oznaczonym na rysunku 2.1, umieszczonym nad jezdnią
na wysokości 1 m, nie powinny znajdować się żadne przeszkody. Nie są przeszkodami
w rozumieniu niniejszego załącznika poruszające się pojazdy, piesi i inne osoby
znajdujące się na drodze pnie pojedynczych drzew, podpory znaków drogowych.
Rys. 2.1. Widoczność na zakrzywionym planie podporządkowanym wlocie skrzyżowania [1]
Przy zbliżaniu się do skrzyżowania po drodze podporządkowanej (rys. 2.2.) powinna
być zapewniona widoczność drogi z pierwszeństwem przejazdu, umożliwiająca
podjęcie decyzji o wykonaniu zamierzonego manewru lub konieczności zatrzymania się
przed skrzyżowaniem:
81
- poza terenem zabudowy w odległości od krawędzi jezdni nie mniejszej niż 20 m
dla drogi podporządkowanej klasy GP lub G oraz 10 m dla drogi
podporządkowanej klasy L lub D,
- na terenie zabudowy w odległości od krawędzi jezdni nie mniejszej niż 10 m,
jeżeli droga jest podporządkowana dla klasy GP, G lub Z.
Odległość widoczności L1 pola widoczności,
z pierwszeństwem przejazdu, określa tabela 2.18. [1].
mierzoną
wzdłuż
drogi
Tab. 2.18. Odległość widoczności pola widoczności [1]
100
90
80
70
60
50
40
30
Odległość widoczności L1 (m )
210
180
160
140
120
100
80
60
W przypadku gdy nie jest możliwe zapewnienie oznaczonego na poniższym rysunku
wolnego od przeszkód pola widoczności, umieszczonego nad jezdnią na wysokości
1 m, należy dążyć do usunięcia tych przeszkód, zmiany lokalizacji skrzyżowania lub
wprowadzenia ograniczeń wynikających z przepisów o ruchu drogowym.
Rys. 2.2. Widoczność przy dojeździe do skrzyżowania [1]
82
Przy ruszaniu z miejsca zatrzymania na wlocie drogi podporządkowanej (rys. 2.3.)
oraz przy wjeżdżaniu na drogę ze zjazdu lub z obiektu i urządzenia obsługi uczestników
ruchu bez pasa włączania, w odległości nie mniejszej niż 3,0 m
od krawędzi jezdni lub krawędzi ścieżki rowerowej, powinna być zapewniona
widoczność drogi z pierwszeństwem przejazdu, co najmniej na odległość widoczności
L2 określoną w tabeli 2.19. [1].
Tab. 2.19. Odległość widoczności drogi z pierwszeństwem przejazdu [1]
100
90
80
70
60
50
40
30
Odległość widoczności L1 (m )
180
160
120
100
90
70
60
40
W polu widoczności, oznaczonym na rysunku, umieszczonym nad jezdnią na
wysokości 1m, nie powinny znajdować się żadne przeszkody.
Rys. 2.3. Widoczność przy ruszaniu z drogi podporządkowanej [1]
83
2.2.6.2. Wymagania nawierzchni jezdni
Nawierzchnia jezdni drogi powinna spełniać wymagania w zakresie równości
podłużnej, równości poprzecznej oraz właściwości przeciw ślizgowych
2.2.7. OCHRONA ŚRODOWISKA
W celu ochrony środowiska przed uciążliwym działaniem drogi i ruchu drogowego
stosuje się przy projektowaniu i wykonaniu drogi zasady i warunki określone w
rozporządzeniu, przepisach odrębnych i Polskich Normach.
2.2.7.2. Ochrona wód i powierzchniowych utworów geologicznych
Przy projektowaniu i wykonywaniu drogi powinno się dążyć do tego,
aby nie stanowiła ona zagrożenia dla wód podziemnych oraz nie pogarszała stanu
odbiornika, do którego jest odprowadzana woda z pasa drogowego, pod względem
określonej dla niego klasy czystości wód.
Przy projektowaniu i wykonaniu drogi powinno się uwzględniać warunki
hydrogeologiczne panujące w jej otoczeniu (usytuowanie obszarów zasilania wód
podziemnych oraz możliwości niekontrolowanego przenikania zanieczyszczeń do wód
powierzchniowych i podziemnych).
Urządzenia ochrony wód i gleb mogą być wykonane także po wybudowaniu drogi
w przypadku stwierdzenia przekroczenia dopuszczalnych poziomów zanieczyszczeń
wód i gleb.
2.2.7.3. Ochrona przyrody, krajobrazu, gruntów rolnych i leśnych
Przy projektowaniu i wykonaniu drogi powinno się uwzględnić uwarunkowania
przyrodnicze oraz dążyć do ograniczenia negatywnego wpływu drogi na przyrodę,
krajobraz, grunt rolne i leśne w jej otoczeniu.
Jeżeli nie ma możliwości wykonania drogi bez powstania zagrożeń w jej otoczeniu,
należy zastosować środki ograniczające te zagrożenia. Podstawowymi środkami
ograniczającymi zagrożenia, wynikające ze negatywnego wpływu drogi na przyrodę,
krajobraz, grunty rolne i leśne są:
- przepusty dla zwierząt dziko żyjących,
- wiadukty nad drogą lub przejazdy pod drogą w celu zapewnienia połączeń
lokalnych oraz przemieszczania się zwierząt gospodarczych,
- ogrodzenia chroniące zwierzęta gospodarskie i zwierzynę leśną przed
wtargnięcie na drogę,
84
- pasy zieleni izolacyjnej,
- rekonstrukcje terenów leśnych naruszonych budową drogi.
2.2.7.4. Zagospodarowanie terenów zieleni
Otaczające drogę tereny zielone powinny być zaprojektowane z uwzględnieniem
charakteru terenu przylegającego do pasa drogowego.
Na terenach przeznaczonych w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego
pod budowę drogi, jeżeli warunki miejscowe na to pozwalają, co najmniej 10%
powierzchni powinno być przeznaczone pod zieleń, jeżeli decyzja o warunkach
zabudowy i zagospodarowania terenu nie stanowi inaczej.
2.2.7.5. Badania geotechniczne
W celu określenia stanów granicznych nośności i przydatności do użytkowania
drogowej budowli powinny być prowadzone badania i ocena parametrów
geotechnicznych zgodnie z Polskimi Normami i przepisami odrębnymi.
2.2.8. WARUNKI GRUNTOWO - WODNE PODŁOŻA
2.2.8.1. Warunki wodne
Warunki wodne ustala się według klasyfikacji ustalonej w tabeli 2.20. [1].
Tab. 2.20. Warunki wodne podłoża [1]
Charakterystyka
Warunki wodne w wypadku występowania swobodnego zwierciadła wody
<1m
od 1 m do 2 m
>2m
1
złe
przeciętne
przeciętne
2
złe
przeciętne
dobre
1
złe
przeciętne
przeciętne
2
przeciętne
przeciętne
dobre
Wykop
1
złe
przeciętne
dobre
>1m
2
przeciętne
przeciętne
dobre
1
złe
przeciętne
dobre
2
przeciętne
dobre
dobre
Wykop ≤ 1 m
Nasyp ≤ 1 m
Nasyp > 1 m
1 – nie utwardzone pobocza
2 – utwardzone i szczelne pobocza oraz dobre odprowadzenie wód powierzchniowych
85
2.2.8.2. Warunki gruntowe
Grunty podłoża dzieli się, w zależności od ich wrażliwości na działanie wody i mrozu,
z godnie z Polska Normą. Cechy gruntu powinny być ustalone na podstawie badań
laboratoryjnych. Podstawowym kryterium oceny jest zawartość drobnych cząstek.
Jeżeli oceny na podstawie różnych badań są rozbieżne to przyjmuje się najmniej
korzystny wynik.
2.2.8.3. Grupy nośności podłoża
Grupy nośności podłoża są określone w tabelach 2.21 i 2.22. [1].
Tab. 2.21. Grupa nośności podłoża [1]
Rodzaje gruntów podłoża
Grupy nośności podłoża dla warunków
wodnych:
dobrych
przecietnych
złych
Grunty niewysadzinowe:
rumosze, żwiry i pospółki, paski grubo, średnio i drobnoziarniste,
żużle nierozpadowe
G1
G1
G1
Grunty wątpliwe: piaski pylaste
G1
G2
G2
Gruntywątpliwe: zwietrzeliny gliniaste, rumosze gliniaste, żwiry i
pospółki gliniaste
G1
G2
G3
Grunty mało wysadzinowe: gliny zwięzłe, gliny piaszczyste
i pylaste zwięzłe, gliny piaszczyste i pylaste
G2
G3
G4
Grunty bardzo wysadzinowe: piaski gliniaste, pyły piaszczyste,
pyły, gliny, gliny piaszczyste i pylaste
G3
G4
G4
Tab. 2.22. Grupy nośności podłoża ze względu na wskaźnik CBR [1]
Wskaźnik nośności CBR
Grupa nośności podłoża
10 % ≤ CBR
G1
5 % ≤ CBR < 10%
G2
3 % ≤ CBR < 5 %
G3
CBR < 3%
G4
Badania wskaźnika nośności CBR wykonuje się zgodnie z Polską Normą.
Dla gruntów wątpliwych i wysadzinowych porównuje się grupę nośności określoną wg
tabeli 2.21. z grupą nośności wg tabeli 2.22. Dla projektowania przyjmuje się niższą
grupę nośności.
86
2.2.8.4. Mrozoodporność podłoża
W przypadku występowania w podłożu gruntów wysadzinowych lub wątpliwych
należy sprawdzić, czy rzeczywista grubość wszystkich warstw nawierzchni
i ulepszonego podłoża nie jest mniejsza od określonej w tabeli 2.23. [1].
Tab. 2.23. Minimalna grubość warstw nawierzchni [1]
Kategoria obciążenia
ruchem
Grupa nośności podłoża z gruntów wysadzinowych i wątpliwych
G1 i G2
G3
G4
KR1
0,40 hz
0,50 hz
0,60 hz
KR2
0,45 hz
0,55 hz
0,65 hz
KR3
0,50 hz
0,60 hz
0,70 hz
KR4
0,55 hz
0,65 hz
0,75 hz
KR5
0,60 hz
0,70 hz
0,80 hz
KR6
0,65 hz
0,75 hz
0,85 hz
hz – oznacza głębokość przemarzania gruntów, przyjmowaną zgodnie z Polską Normą.
Jeżeli warunek nie jest spełniony, należy wykonać dodatkowe warstwy
lub odpowiednio powiększyć grubość najniżej położoną warstwę ulepszonego podłoża.
2.3. PRZYKŁAD OBLICZENIOWY
Projekt konstrukcji nawierzchni Drogi Wojewódzkiej Nr 911 między Bytomiem
a Piekarami Śląskimi wg [2].
2.3.1. DANE DO PRZYKŁADU
Fragment drogi został wybrany ze względu na potrzebę wymiany zniszczonej
nawierzchni i dostosowanie standardu odcinka do połączenia z nową nawierzchnią
zrealizowaną w ramach budowy sąsiadującej Autostrady A1.
87
Rys. 2.4. Plan sytuacyjny projektowanej nawierzchni drogi wojewódzkiej nr 911 [11]
• Droga dwujezdniowa, po dwa pasy ruchu w każdym kierunku, pobocza
utwardzone
• Droga wojewódzka nr 911 na odcinku Bytom-Piekary Śląskie
• Średni ruch dobowy wg pomiarów na drodze wojewódzkiej nr 911
na odcinku Bytom-Piekary Śląskie
• Głębokość przemarzania gruntu Hz = 1,0 m
• Rodzaj podłoża, grunty niewysadzinowe, dobre, G1
• Przebieg trasy: wykopy do 2 m i nasypy do 10 m
• Poziom zwierciadła wody gruntowej występuje > 2m poniżej KRZ robót
ziemnych w wykopach
88
2.3.2. OBCIĄŻENIE RUCHEM I WYZNACZENIE KATEGORII RUCHU
2.3.2.1. Klasyfikacja ruchu
Do projektowania nawierzchni, jako wyjściowy, przyjmuje się prognozowany, Średni
Dobowy Ruch w skali roku (SDR) pojazdów ciężkich w przekroju drogi,
w dwudziestym roku po oddaniu drogi do eksploatacji, w podziale na trzy grupy
pojazdów:
- samochody ciężarowe bez przyczep
- samochody ciężarowe z przyczepami
- autobusy
Pomija się pozostałe kategorie pojazdów, tj. motocykle, samochody osobowe,
samochody dostawcze i ciągniki rolnicze.
Podział ruchu na kategorie wg liczby osi obliczeniowych na pas ruchu na dobę
w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji (Średni Dobowy Ruch w roku
– SDR) podano w tablicy 2.24 ze str. 32 [wg poz. 2]. W tablicy 5 podano również
graniczną liczbę osi obliczeniowych 100 kN oraz 115 kN na pas obliczeniowy
w założonym obliczeniowym okresie eksploatacji nawierzchni – 20 lat.
Tab. 2.24. Klasyfikacja ruchu ze względu na liczbę osi obliczeniowych [2]
liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy L
kategoria ruchu
obciążenie osi 100kN
obciążenie osi 115 kN
KR1
<12
<7
KR2
13-70
8-40
KR3
71-335
41-192
KR4
336-1000
193-572
KR5
1001-2000
573-1144
KR6
2001 i więcej
1145 i więcej
89
2.3.2.2. Wyznaczenie kategorii ruchu
Metoda wyznaczania kategorii ruchu
Kategorię ruchu wyznacza się na podstawie liczby osi obliczeniowych na dobę na pas
obliczeniowy w dziesiątym roku po oddaniu drogi do eksploatacji lub na podstawie
przewidywanej liczby osi obliczeniowych w obliczeniowym okresie eksploatacji
nawierzchni, który przyjęto 20 lat.
2.3.2.3. Wyznaczenie kategorii na podstawie osi obliczeniowych 115 kN na dobę na pas
obliczeniowy
Na podstawie prognozowanego ruchu, w podziale na grupy pojazdów ciężkich, oblicza
się liczbę osi obliczeniowych wg wzoru (4) ze str. 32 [2]:
L = (N1 ∙ r1 + N2 ∙ r2 + N3 ∙ r3) ∙ ƒ1 osi/pas/dobę
(2.1)
w którym:
L – liczba osi obliczeniowych na dobę na pas obliczeniowy w dziesiątym roku po
oddaniu drogi do eksploatacji,
f1 – współczynnik obliczeniowego pasa ruchu (tabela 2.25.)
N1 – średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi
w 20-tym roku po oddaniu drogi do eksploatacji,
N2 – jw. lecz samochodów ciężarowych z przyczepami,
N3 – jw. lecz autobusów
r 1-3 – współczynnik przeliczeniowe na osie obliczeniowe (tabela 2.26.)
Kategorię ruchu wyznacza się z tablicy 2.24 na podstawie obliczonej wielkości L.
Tab. 2.25. Wartość współczynnika ƒ1 [2]
Liczba pasów ruchu w obu kierunkach
ƒ1
Droga jednojezdniowa
Droga dwujezdniowa
2
-
0,50
3
-
0,50
4
4
0,45
-
6
0,35
90
Tab. 2.26. Współczynniki przeliczeniowe grup pojazdów na osie obliczeniowe 115 kN [2]
1)
2)
gdy udział pojazdów o obciążeniu osi 115kN w grupie pojazdów ciężkich z przyczepami wynosi do 8%
gdy udział pojazdów o obciążeniu osi 115kN w grupie pojazdów ciężkich z przyczepami wynosi od 8%
do 20%
Średni dobowy ruch wg pomiarów z 2010 podano w tabeli 2.27 na podstawie danych
pobranych z Generalnej Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad (www.gddkia.gov.pl/)
odnośnie pomiarów i prognozy natężenia ruchu dla Drogi Wojewódzkiej nr 911.
Tab. 2.27. Średni Ruch dobowy wg pomiarów z 2010 roku [10]
Rodzajowa struktura ruchu pojazdów samochodowych
Pojazdy
samochodowe
ogółem
Motocykle
Samochody
osobowe,
mikrobusy
Lekkie sam.
ciężarowe
(dostawcze)
SDR
SDR
SDR
SDR
SDR
14280
186
12181
942
343
Samochody ciężarowe
Autobusy
Ciągniki
rolnicze
SDR
SDR
SDR
528
86
14
bez
z
przyczep przyczepami
91
Tabele 2.28 i 2.29 przedstawiają wyliczenie wskaźników wzrostu ruchu dla okresu
2010 – 2030 (zgodnie z zaleceniami GDDKiA [10]) oraz przewidywane ilości
wybranych typów pojazdów samochodowych w latach 2015-2030 (po podstawieniu
współczynników z tabeli 2.27
Tab. 2.28. Wyliczenie wskaźników wzrostu ruchu dla okresu 2010 – 2030 (zgodnie
z zaleceniami GDDKiA [10])
rok
PKB
SO
SD
2010
4,0
0,90
0,33
0,35
1,07
1,036 1,013 1,014 1,043
2011
3,5
0,90
0,33
0,35
1,07
1,032 1,012 1,012 1,037
2012
2,2
0,90
0,33
0,35
1,07
1,020 1,007 1,008 1,024
2013
3,0
0,90
0,33
0,35
1,07
1,027 1,010 1,011 1,032
2014
3,4
0,90
0,33
0,35
1,07
1,031 1,011 1,012 1,036
2015
3,5
0,90
0,33
0,35
1,07
1,032 1,012 1,012 1,037 1,190 1,066 1,071 1,229
2016
3,3
0,80
0,33
0,35
1,00
1,026 1,011 1,012 1,033
2017
3,4
0,80
0,33
0,35
1,00
1,027 1,011 1,012 1,034
2018
3,3
0,80
0,33
0,35
1,00
1,026 1,011 1,012 1,033
2019
3,1
0,80
0,33
0,35
1,00
1,025 1,010 1,011 1,031
2020
3,1
0,80
0,33
0,35
1,00
1,025 1,010 1,011 1,031 1,352 1,125 1,133 1,441
2021
3,1
0,80
0,33
0,35
1,00
1,025 1,010 1,011 1,031
2022
3,0
0,80
0,33
0,35
1,00
1,024 1,010 1,011 1,030
2023
2,9
0,80
0,33
0,35
1,00
1,023 1,010 1,010 1,029
2024
2,8
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,010 1,028
2025
2,7
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,009 1,027 1,516 1,180 1,191 1,663
2026
2,7
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,009 1,027
2027
2,9
0,80
0,33
0,35
1,00
1,023 1,010 1,010 1,029
2028
2,8
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,010 1,028
2029
2,8
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,010 1,028
2030
2,8
0,80
0,33
0,35
1,00
1,022 1,009 1,010 1,028 1,694 1,235 1,251 1,909
<< 2020
<< 2020
<< 2025
<< 2015
SC (z)
<< 2015
SC
(bez)
<< 2030
<< 2025
<< 2020
<< 2015
SD
<< 2030
<< 2015
SO
<< 2020
SD
SC
(z)
<< 2025
SO
WWR
SC
(bez)
<< 2030
SC
(z)
<< 2025
wzrost ruchu
SC
(bez)
<< 2030
wskaźnik elastyczności
92
Tab. 2.29. Przewidywane ilości wybranych typów pojazdów samochodowych w latach 2015-2030 (po
podstawieniu współczynników z tabeli 2.27)
Rodzajowa struktura ruchu pojazdów samochodowych
Pojazdy
Samochody Lekkie sam. Samochody ciężarowe
Ciągniki
ogółem Motocykle osobowe,
ciężarowe
Autobusy
bez
z
rolnicze
mikrobusy
(dostawcze) przyczep przyczepami
14280
186
12181
942
343
528
86
14
wskaźnik
-
-
1,19
1,066
1,071
1,229
-
-
SDR
-
-
14495
1004
367
649
-
-
wskaźnik
-
-
1,352
1,125
1,133
1,441
-
-
SDR
-
-
16469
1060
389
761
-
-
wskaźnik
-
-
1,516
1,18
1,191
1,663
-
-
SDR
-
-
18466
1112
409
878
-
-
wskaźnik
-
-
1,694
1,235
1,251
1,909
-
-
SDR
-
-
20635
1163
429
1008
-
-
2010 SDR
2015
2020
2025
2030
Do obliczeń przyjęto dane dla roku 2030 r. (20 lat po wykonanym w 2010 roku
pomiarze ruchu dla DW 911 Bytom-Piekary Śląskie wg [10])
f1 = 0,45
N1 = 429
N2 = 1008
N3 = 86 * 1,15 = 99
r 1-3 – współczynnik przeliczeniowy na osie obliczeniowe
L = (429 ∙ 0,01 + 1008 ∙ 0,483 + 99∙ 0,141) ∙ 0,5 = 252,56
Zgodnie z Tablicą 2.24. (115kN) projektowaną drogę zaliczamy do kategorii dróg KR4.
2.3.3. WARUNKI GRUNTOWO – WODNE I GŁĘBOKOŚĆ PRZEMARZANIA
Wymagania i badania związane z drogowymi robotami ziemnymi określają odrębne
normy i dokumenty. W celu określenia grupy nośności podłoża nawierzchni należy
wykonać rozpoznanie podłoża do głębokości 2,0 m od przewidywanej niwelety
powierzchni robót ziemnych, ograniczającej konstrukcję nawierzchni od podłoża
nawierzchni.
93
2.3.3.2. Warunki wodne
Klasyfikację warunków wodnych w zależności od poziomu występowania swobodnego
zwierciadła wody gruntowej oraz charakterystyki korpusu drogowego podano w tablicy
2.30. [2].
Tab. 2.30. Klasyfikacja warunków wodnych podłoża konstrukcji nawierzchni [2]
Lp.
Charakterystyka korpusu drogowego
1
Wykopy ≤ 1 m
2
Nasypy ≥ 1 m
3
Wykopy < 1 m
4
Nasypy > 1 m
Warunki wodne, gdy poziom swobodnego zwierciadła wody
gruntowej występuje na głębokości poniżej spodu konstrukcji
nawierzchni
<1m
1–2
>2m
A
Złe
Przeciętne
Przeciętne
B
Złe
Przeciętne
Dobre
A
Złe
Przeciętne
Przeciętne
B
Przeciętne
Przeciętne
dobre
A
Złe
Przeciętne
Dobre
B
Przeciętne
Przeciętne
Dobre
A
Złe
Przeciętne
Dobre
B
Przeciętne
Dobre
Dobre
A – pobocza nieutwardzone, B – pobocza utwardzone i szczelne oraz dobre odprowadzanie
wód powierzchniowych
2.3.3.3. Warunki gruntowe
Problem warunków gruntowych przedstawionow tabeli 2.31. [2].
Tab. 2.31. Podział gruntów pod względem wysadzinowości [2]
Właściwości
Grupa gruntów
Niewysadzinowy
Rodzaj gruntu
- rumosz niegliniasty (KR)
- żwir (Ż)
- pospółka (Po)
- piasek gruby (Pr)
- piasek średni (Ps)
- piasek drobny (Pd)
- żużel nierozpadowy
Wątpliwy
- Piasek pylasty (Pπ)
- Zwietrzelina gliniasta
(KWg)
- Rumosz gliniasty (KRg)
- Żwir gliniasty (Żg)
- Pospółka gliniasta (Pog)
Wysadzinowy
Grunty mało
wysadzinowe:
- glina piaszczysta
zwięzła (Gpz)
- glina zwięzła (Gz)
- ił (I)
- ił piaszczysty (Ip)
- Ił pylasty (Iπ)
grunty bardzo
wysadzinowe:
- piasek glinisty (Pg)
- pył piaszczysty (πp)
94
- pył (π)
- glina piaszczysta (πp)
- glina (G)
- glina pylasta (Gπ)
- ił warwowy
Zawartość cząstek w
%
< 15
<3
15 – 30
3 – 10
>30
>10
Kapilarność bierna
< 1,0
1,0 – 1,3
> 1,3
Wskaźnik piaskowy
> 35
25 – 35
< 25
Grupa nośności podłoża nawierzchniowe Gi podaje tabela 2.32, w zależności
od rodzaju gruntu podłoża [2].
Tab. 2.32. Grupy nośności podłoża nawierzchni Gi w zależności od warunków wodnych [2]
Lp.
Rodzaj gruntów podłoża
1
Grunty niewysadzinowe:
- rumosze (niegliniaste)
- żwiry i pospółki
- piaski grubo, średnio i drobno ziarniste
- żużle nierozpadowe
2
Grunty wątpliwe:
- piaski pylaste
- zwietrzeliny gliniaste, rumosze gliniaste, żwiry gliniaste
i pospółki gliniaste
3
Grunty wysadzinowe:
- grunty mało wysadzinowe:
gliny zwięzłe, gliny piaszczyste i pylaste zwięzłe
iły, iły piaszczyste i pylaste
- grunty bardzo wysadzinowe:
piaski gliniaste, pyły piaszczyste, pyły, gliny, gliny
piaszczyste i pylaste, iły warowe
Grupa nośności podłoża Gi, gdy warunki
wodne są
dobre
przeciętne
Złe
G1
G1
G1
G1
G1
G2
G2
G2
G3
G2
G3
G4
G3
G4
G4
Na podstawie powyższych tabel dobrano poniższe warunki gruntowo – wodne:
•
•
•
•
Warunki wodne: dobre – droga na wybranym odcinku prowadzona jest głównie
w wysokich nasypach, a pobocza są utwardzone, występuje dobre
odprowadzanie wód powierzchniowych.
Grunt podłoża pod względem wysadzinowości: niewysadzinowy – głównie
piaski, żwiry i dolomity (patrz przekrój geologiczny poniżej)
Grupa nośności podłoża ze względu na warunki wodne i rodzaj gruntu : G1
Głębokość przemarzania gruntu (strefa II) : Hz = 1,0 m
95
Rys. 2.5. Profil geotechniczny w okolicach Bytomia [9]
Wybór metody wzmocnienia podłoża:
W związku z występowaniem podłoża G1 na całym obszarze planowanej inwestycji nie
zachodzi konieczność wzmacniania podłoża. Dodatkowo ze względu na klasę drogi
KR4 i planowany ruch technologiczny nie pojawia się konieczność dodatkowego
zabezpieczenia podłoża przed nadmiernym rozjeżdżeniem.
96
W miejscach gdzie występują przewarstwienia iłowców o niedużej miąższości należy
przeprowadzić miejscową wymianę gruntu.
2.3.4. ODWODNIENIE PODŁOŻA
W technicznie uzasadnionym wypadku konieczność odwodnienia podłoża nawierzchni
należy zastosować warstwę odsączającą wykonaną z materiałów mrozoodpornych
o współczynniku filtracji k ≥ 8m/dobę. Warstwa odsączająca powinna być wykonana na
całej szerokości korpusu drogowego, a jej grubość nie powinna być mniejsza niż 15 cm.
W wypadku występowania pod warstwą odsączającą gruntów nieulepszonych
spoiwem, powinien być spełniony warunek szczelności warstw określony
z zależności:
D15/D85 ≤ 5
w której:
D15 – wymiar sita przez które przechodzi 15% ziaren warstwy odcinającej lub
odsączającej,
D85 – wymiar sita przez które przechodzi 85% ziaren gruntu podłoża.
Jeżeli powyższy warunek szczelności warstw nie może być spełniony, to należy ułożyć
między tymi warstwami warstwę odcinającą o grubości co najmniej 15 cm
z odpowiednio uziarnionego gruntu lub wykonać warstwę pośrednią z geowłókniny.
Zapewnienie warunku odwodnienia podłoża:
Ponieważ na większości obszaru planowanej inwestycji występuje warstwa piasków
o grubej miąższości dla której warunek D15/D85 ≤ 5 będzie zawsze spełniony, nie ma
konieczności stosowania dodatkowej warstwy odsączającej.
W miejscach wypłycania warstw dolomitów należy zastosować odwodnienie podłoża
na szerokości całego korpusu nawierzchni o gr. 15 cm w postaci warstwy piasku
pochodzącej z wykopu.
2.3.5. WYBÓR TYPOWEJ NAWIERZCHNI DLA WYZNACZONEJ KATEGORII
RUCHU
Dla kategorii ruchu KR4 i osi obliczeniowej 115 kN wybrano z tablicy typowych
konstrukcji drogowych następujący układ warstw:
97
Rys. 2.6. Przekrój przez konstrukcję podatnej nawierzchni typu A [2]
5 cm – warstwa ścieralna nawierzchni SMA 0/12,5
8 cm – warstwa wiążąca BA 0/25
10 cm – warstwa podbudowy zasadniczej z BA 0/31,5
20 cm – warstwa podbudowy z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie
(dolomit 0-31,5)
Dla odcinków przebiegających przez obszary o podłożu dolomitowym pod konstrukcją
należy wykonać dodatkowo warstwę odsączającą z piasku o miąższości min. 15 cm.
Wybrano konstrukcję typu A ze względu na łatwy dostęp do kruszywa dolomitowego
w rejonie planowanych robót.
2.3.6. MROZOODPORNOŚĆ PODŁOŻA
W wypadku występowania gruntów wysadzinowych lub wątpliwych należy sprawdzić,
czy rzeczywista grubość wszystkich warstw nawierzchni i ulepszonego podłoża nie jest
mniejsza od podanej w tablicy 2.34., w której hz oznacza głębokość przemarzania
gruntów w rejonie projektowanej drogi, przyjmowaną zgodnie z PN-81/B-03020. Jeżeli
warunek ten nie jest spełniony, to należy najniżej położoną warstwę ulepszonego
podłoża odpowiednio pogrubić.
Tab. 2.34. Wymagana grubość konstrukcji nawierzchni i ulepszonego podłoża ze względu
na mrozoodporność [2]
Kategoria obciążenia
ruchem
Grupa nośności podłoża z gruntów wątpliwych i wysadzinowych Hz
G1 i G2
G3
G4
KR1
0,40
0,50
0,60
KR2
0,45
0,55
0,65
KR3
0,50
0,60
0,70
KR4
0,55
0,65
0,75
KR5
0,60
0,70
0,80
KR6
0,65
0,75
0,85
98
Łączna rzeczywista grubość warstw zaprojektowanej konstrukcji wraz z warstwą
odsączającą i warstwą wzmacniającą podłoża wynosi:
Rozwiązanie podstawowe : 5,0 + 8,0 + 10,0 + 20,0 = 43,0 cm.
Rozwiązanie alternatywne : 5,0 + 8,0 + 10,0 + 20,0 + 15,0 = 58,0 cm.
Wymagana głębokość dla gruntu G1,G2 i głębokości przemarzania 1,0:
0,65·1=0,65 [m] > 0,43 m i 0,58 m
0,65- 0,43 = 0,22 m
Warunek mrozoodporności konstrukcji nie jest spełniony lecz ze względu na
występowanie w podłożu gruntów niewysadzinowych oraz zastosowanie miejscowej
wymiany iłów do głębokości min. 0,22 m nie, zachodzi konieczność powiększenia
grubości konstrukcji drogi.
99
2.4. BIBLIOGRAFIA DO ROZDZIAŁU 2
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Dziennik Ustaw RP Nr 43, Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki
Morskiej z dnia 02.03.1999 r. z późniejszymi zmianami, w sprawie warunków
technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie
Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, GDDP,
Warszawa 1997
Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych,
GDDKIA, Gdańsk 2013
Surowiecki A., Zamiar Z.; Bezpieczeństwo przewozu towarów w transporcie
lądowym. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Oficerskiej Wojsk Lądowych im gen.
T. Kościuszki we Wrocławiu, Wrocław 2014.
Surowiecki A., Zamiar Z.; Teoria i praktyka bezpieczeństwa ruchu drogowego
i koleojwego. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Oficerskiej Wojsk Lądowych im gen.
T. Kościuszki we Wrocławiu, Wrocław 2014.
Surowiecki A.; Komunikacyjne budowle ziemne ze wzmocnieniem skarp. Badania
modelowe nośności i stateczności. Wydawnictwo Wyższej Szkoły Oficerskiej Wojsk
Lądowych im gen. T. Kościuszki we Wrocławiu, Wrocław 2014.
Wytyczne projektowania dróg WPD - 1, GDDP, Warszawa 1995,
STRONY INTERNETOWE
[10] www.gddkia.gov.pl,
[11] www.google.pl,
[12] www.wikipedia.pl.
100
101
3. BUDOWA DRÓG KOŁOWYCH
3.1. PRZEJAZDY DROGOWO - KOLEJOWE I PRZEJŚCIA
Przejazdem nazywa się skrzyżowanie linii kolejowej z drogą publiczną w jednym
poziomie. Jeżeli droga przeznaczona jest wyłącznie do ruchu pieszych to takie
skrzyżowanie będziemy nazywać przejściem. Wszelkie przejazdy i przejścia kolejowe
dzielą się na kategorie ściśle powiązane z rodzajem zabezpieczenia przejazdu, klasą
techniczną drogi lub ulicy, iloczynem ruchu, warunkami widzialności, warunkami
ruchu kolejowego oraz innymi czynnikami szczegółowo określonymi w tablicy 3.1. [6].
Tab. 3.1. Kategorie przejazdów [6]
Kategoria
przejazdu
Rodzaj
zabezpieczenia
przejazdu
Kategoria dróg
i klasa
techniczna
drogi miejskiej
(ulicy)
Iloczyn
ruchu
Warunki
widzialności
Inne warunki
1
2
3
4
5
6
1) Droga na
jednym
przejeździe
przecina więcej
niż 2 tory
główne na
szlaku;
A
Rogatki
zamykane
mechaniczne lub
elektrycznie przez
obsługę kolejową
na miejscu
Bez względu na
kategorię drogi i
klasę techniczną
drogi miejskiej
(ulicy)
Bez
względu
na iloczyn
ruchu
Bez względu
na warunki
widzialności
2) Droga
przecina tory,
po których
stale odbywają
się manewry
taboru
kolejowego;
3) Warunki
miejscowe
(przejazdy na
zabudowanym
terenie miast
lub osiedli)
wymagają
102
strzeżenia
przejazdu;
4) Przejazd ze
względu na
warunki ruchu,
widzialności
lub warunki
techniczne nie
może być
zaliczony do
kategorii B, C
lub D
Rogatki
zamykane
mechanicznie
przez obsługę
kolejową z
odległości ponad
60-1000 m, a
przy
zastosowaniu
telewizji
przemysłowej –
nawet większej,
uzależnionej od
zaprojektowanych
obwodów
sterowania
napędów
elektrycznych
B
J ≥ 20 000
J
Droga krajowa
ogólnodostępna,
oznaczona
numerem
trzycyfrowym,
wojewódzka,
gminna lub
lokalna miejska
albo zakładowa
Rogatki
zamykane
elektrycznie lub
mechanicznie
[rzez obsługę
kolejową na
miejscu i
uzupełnione
urządzeniem
samoczynnej lub
półsamoczynnej
sygnalizacji
świetlnej
─
Samoczynna
sygnalizacja
świetlna z
półrogatkami
Droga krajowa
ogólnodostępna,
oznaczona
numerem jednolub
dwucyfrowym
J
─
< 50 000
< 20 000
─
niedostateczne
─
Tylko poza
zabudowanym
terenem miast
lub osiedli
1)w
szczególnych
przypadkach
ze względu na
warunki ruchu;
2)do czasu
przebudowy
przejazdu na
dwupoziomowy
─
─
─
Droga krajowa
ogólnodostępna,
oznaczona
numerem
trzycyfrowym,
wojewódzka,
gminna lub
lokalna miejska
albo zakładowa
─
J ≥ 50 000
─
J ≥ 20 000
C
D
Samoczynna
sygnalizacja
świetlna
Bez rogatek i
półrogatek, bez
samoczynnej lub
półsamoczynnej
sygnalizacji
świetlnej,
przejazd
osygnalizowany
ostrzegawczymi
wskaźnikami
przejazdami
Ze względu na rodzaj
na następujące kategorie:
Droga krajowa
ogólnodostępna,
oznaczona
numerem
trzycyfrowym,
wojewódzka,
gminna lub
lokalna miejska
albo zakładowa
Droga krajowa
ogólnodostępna,
oznaczona
numerem
trzycyfrowym,
wojewódzka,
gminna lub
lokalna miejska
albo zakładowa
zabezpieczenia
J
< 50 000
J<20 000
─
─
─
Warunki
miejscowe
przejazdu na
terenie
zabudowanym
miast lub
osiedli
wymagają
zastosowania
tego sposobu
zabezpieczenia
─
niedostateczne
J<20 000
Odpowiednie
─
Bez względu
na warunki
widzialności
przejazdy
i
103
Warunki
miejscowe
przejazdów na
zabudowanym
terenie miast
lub osiedli
wymagają
zastosowania
tego sposobu
zabezpieczenia
lub
obowiązująca
prędkość
pociągów na
przejeździe jest
większa niż
120 km/h
Maksymalna
prędkość
pociągów na
przejeździe nie
przekracza 120
km/h
Prędkość
pociągu na
przejeżdżać
nie może
przekraczać 15
km/h
przejścia
dzielą
się
104
A – przejazdy użytku publicznego zamykane na czas przejazdu pociągu rogatkami,
obsługiwanymi z miejsca lub z odległości przez dróżników przejazdowych lub
pracowników
kolejowych,
wyznaczonych
do
obsługi
rogatek.
B – przejazdy użytku publicznego wyposażone w samoczynną sygnalizację
świetlną z półrogatkami, uruchamianą samoczynnie przez pociągi przy zbliżaniu się
do przejazdów kolejowych;
C – przejazdy użytku publicznego wyposażone w samoczynną sygnalizację świetlną,
uruchamianą samoczynnie przez pociągi przy zbliżaniu się do przejazdów kolejowych;
D – przejazdy użytku publicznego bez rogatek i bez samoczynnej lub półsamoczynnej
sygnalizacji świetlnej, sygnalizowane ostrzegawczymi wskaźnikami przejazdowymi
(tzw. krzyżami św. Andrzeja);
E – przejścia użytku publicznego, które mogą być zamykane rogatkami na czas
przejazdu pociągu przez dróżników lub pracowników kolejowych wyznaczonych
do obsługi rogatek albo zabezpieczone za pomocą furtek czy też ogrodzone
kołowrotkami bądź barierami;
F – przejazdy lub przejścia użytku niepublicznego zaopatrzone w rogatki stale
zamknięte i otwierane przez użytkowników w razie potrzeby.
Przejścia użytku publicznego kategorii E są zamykane na czas przejazdu pociągu bądź
jedynie ogrodzone. W przypadku gdy przejście jest wyposażone w rogatki lub furtki to
urządzenia te są obsługiwane na miejscu. Warunki stosowalności urządzeń
zabezpieczających na tychże przejściach zostały omówione w tabeli 3.2. [1].
Przejazdy i przejścia użytku niepublicznego służące potrzebom jednego zakładu lub
gospodarstwa zalicza się do kategorii F. Te przejazdy i przejścia muszą być
zabezpieczone rogatkami stale zamkniętymi na klucz i mogą być otwierane przez
użytkownika po upewnieniu się, że nie ma zagrożenia ze strony pojazdów
kolejowych [1]
105
Tab. 3.2. Warunki stosowania przejścia dla pieszych [1]
Kategoria
przejścia
Rodzaj urządzeń
zabezpieczających przejścia
Dozwolona
lokalizacja przejścia
Rogatki lub furtki zamykane
na czas przejazdu pociągu
na miejscu przez dróżnika
lub innego pracownika
kolejowego
Szlak lub stacja
E
Kołowrotki lub bariery nie
obsługiwane (niezamykane)
przez personel kolejowy
Szlak lub stacja
(przystanek) – przez
tory, po których nie
odbywają się
manewry taboru
kolejowego
Warunki
widzialności
Inne warunki
Bez względu
na warunki
widzialności
─
Wymagane
przepisami
warunki
widzialności
─
Bez względu
na warunki
widzialności
Jeżeli
prędkość
pociągu
wynosi 15
km/h
3.1.1. WARUNKI TECHNICZNE PROJEKTOWANIA I BUDOWY SKRZYŻOWA
DROGOWO - KOLEJOWYCH
3.1.1.1. Kąt skrzyżowania
Kąt skrzyżowania jest to kąt przecięcia się osi drogi lub pasa ruchu z osią toru.
Projektując skrzyżowania należy dążyć do uzyskania kąta 90°. Dopuszcza się
stosowanie mniejszych niż 90° wartości kąta skrzyżowania, tj.:
- dla kolei wąskotorowych – co najmniej 45°;
- dla kolei normalnotorowych – co najmniej 60°;
- na istniejących i przebudowanych przejazdach za zgodą właściwych organów
tylko w przypadkach uzasadnionych względami techniczno-ekonomicznymi;
- przy budowie skrzyżowań na okres przejściowy za zgodą ministra komunikacji;
- przy budowie skrzyżowania linii kolejowej użytku niepublicznego z drogą
publiczną za zgodą ministra komunikacji [6].
106
Rys. 3.1. Kąt skrzyżowania jednopoziomowego [7, 8, 10]
3.1.1.2. Tor kolejowy na przejeździe drogowo - kolejowym
Przejazdu nie należy projektować na krzywej przejściowej toru. Łuk poziomy toru linii
jednotorowej w obrębie przejazdu powinien mieć promień umożliwiający ułożenie
torów szynowych bez przechyłki lub z przechyłką zgodną z pochyleniem podłużnym
drogi na odcinkach prostych w granicach 0 – 1,5%.
Na skrzyżowaniach dróg z dwoma lub więcej torami, wszystkie główki szyn torów na
przejeździe powinny być ułożone na jednakowym pochyleniu, nie większym niż 1,5%,
skierowanym w kierunku środka łuku i stanowiącym przechyłkę torów. Jeżeli to nie jest
możliwe, należy w łukach toki szynowe bliższe międzytorza doprowadzić do jednego
poziomu (rys. 2) [7, 8, 10].
Rys. 3.2. Tor kolejowy na przejazdach [7, 8, 10]
107
W torze na przejazdach nie mogą znajdować się styki szyn, podsypka powinna być
przepuszczalna i dobrze odwodniona. Dla bezpiecznego przejścia obrzeży kół
pojazdów kolejowych między nawierzchnią drogową pojazdu (ułożoną wewnątrz toru)
a szynami układa się odbojnice z szyn lub kształtowników (rysunek 3.3.). Są one
wydłużone po 300 mm poza szerokość drogi. Między szynami toru a odbojnicami
pozostaje wolna przestrzeń zwana żłobkami. Ich szerokość powinna wynosić minimum
38 mm.
Szerokości żłobków na przejazdach:
- na prostej i łukach o promieniach R ≥ 350 m – minimum 67 mm,
- na łukach o promieniach 350 > R ≥ 250 m – minimum 75 mm,
- na łukach o promieniach R < 250 m – minimum 80 mm [3].
Rys. 3.3. Odbojnice z elementów prefabrykowanych na przejazdach [3, 7, 8, 10]
3.1.1.3. Droga na przejazdach
Dojazdem nazywamy część drogi publicznej po obu stronach toru, na odcinku
od punktu zmiany kierunku lub konstrukcji drogi (spowodowanej budową
skrzyżowania) do rogatki lub przy jej braku do punktu położonego w odległości 4 m
od najbliższej szyny. Jeżeli droga ma twardą jezdnię to jej jakość na dojazdach nie
powinna być gorsza. Na drogach samochodowych i ulicach o pochyłości większej niż
4% nawierzchnia na dojazdach powinna być twarda, a same dojazdy przedłużone
o 10 m.
W profilu poprzecznym dojazdu do skrzyżowania należy przewidzieć odcinki poziome
lub o nachyleniu max 1,5%. Odcinki te mierzone są od skrajnej szyny toru kolejowego
i wynoszą:
- przy przejazdach – nie mniej niż 26 m;
- przy przejściach – minimum 3 m.
108
Pochylenie podłużne odcinków przylegających do odcinków bezpośrednio
przylegających do toru kolejowego (26 m lub 3 m) nie powinno przekraczać 4-8%, zaś
ich długość powinna wynosić minimum 50 m (rysunek 3.4.). W przypadku gdy spadek
drogi skierowany w stronę przejazdu przekracza 5%, to odcinki
poziome
o pochyleniu do 1,5% należy o 10 m wydłużyć aby wynosiły 36 m (przejazdy) lub
13 m (przejścia).
Rys. 3.4. Pochylenie podłużne dojazdów (opracowanie własne na podstawie [7])
Rodzaj nawierzchni drogowej zastosowanej na przejeździe i na dojazdach powinien być
taki sam jak na drodze. Wyjątek stanowi odcinek na torowisku pomiędzy rogatkami,
zaś gdy ich nie ma - odcinek na długości nie mniejszej niż 4,0 m od skrajnych szyn.
Na odcinku tym stosuje się nawierzchnie typu rozbieralnego z różnego rodzaju
prefabrykowanych płyt, małogabarytowych płyt gumowych bądź też kostki kamiennej.
Nawierzchnie jezdni, chodników i dróżek rowerowych powinny się odróżniać,
w przypadku jednolitej nawierzchni należy je oddzielić białymi pasami szerokości
20 cm.
Drogi gruntowe powinny mieć nawierzchnię twardą na długości 10 m z każdej strony
przejazdu, a gdy spadek drogi przekracza 4% - na długości 20 m [3, 7, 8, 10].
3.1.1.4. Widoczność przejazdu kolejowego z drogi (ulicy)
Widoczność przejazdu z drogi publicznej to jeden z głównych warunków
bezpieczeństwa. Powinna być ona uzyskana i zachowana niezależnie od rodzaju
zabezpieczenia ruchu na przejeździe.
Przy projektowaniu budowy lub przebudowy przejazdów powinny być zachowane
wymagane warunki widoczności przejazdu z drogi lub ulicy miejskiej z punktu
obserwacyjnego wyniesionego ponad oś pasa ruchu drogi o 1,0 m – wysokość oka
kierowcy, a znajdującego się w odległości widoczności L [m] od skrajnej szyny
(tabela 3.3). Na przejeździe powinna być widoczna górna krawędź szyny zewnętrznej
toru kolejowego na całej szerokości jezdni.
109
Tab. 3.3. Warunki wymaganej widoczności przejazdu z drogi [3, 7]
Projektowana dopuszczalna prędkość
na drodze [km/h]
Odległość punktu obserwacyjnego [m]
100
140
80
100
70
80
60
60
Widoczność przejazdu na przejściach może być zmniejszona do 5 m. Projektując
budowę lub przebudowę dróg zakładowych można przyjąć odległość przejazdu
zmniejszoną do 35 m. Niezależnie od tego przy projektowaniu budowy przejazdów
obowiązuje zabezpieczenie na dojazdach do przejazdów widoczności poziomej
i pionowej zgodnie z normatywami projektowania dróg samochodowych, dróg
miejskich i placów [3].
3.1.1.5. Widoczność czoła pociągu z dróg
Widoczność pociągu zbliżającego do skrzyżowania powinna być zapewniona
z odpowiedniej odległości dla pojazdu drogowego. Czoło pociągu w normalnych
warunkach musi być widoczne z drogi z odległości minimum 20 m, mierząc od skrajnej
szyny po osi jezdni, przez cały czas zbliżania się pociągu do przejazdu na długości L1.
Odległość ta powinna się zwiększać w miarę zbliżania się pojazdu drogowego do
przejazdu, wiąże się to z krótszym czasem umożliwiającym hamowanie samochodu
(rysunek 3.5.). Wzory pozwalające obliczyć długości L i L1 czoła pociągu z drogi
podano w tabeli 3.4.
3.1.1.6. Odwodnienie przejazdów
Jezdnia na przejeździe oraz podtorze w obrębie przejazdu powinny być dobrze
odwodnione. Pobocza muszą mieć wymagany spadek i nie mogą tamować swobodnego
odpływu wód opadowych. Odwodnienie przejazdu w obrębie torowiska kolejowego
powinno być wykonane przez zastosowanie pod nawierzchnią drogi przepuszczającego
wodę podłoża oraz warstwy filtracyjnej z sączkami pod nawierzchnią kolejową.
W razie stwierdzenia, że w pobliżu przejazdu kolejowego znajduje się źródło lub
występuje sączenie się wody, mogące spowodować osuwanie się podtorza lub
dojazdów, należy przede wszystkim zależnie od ilości wody wzmocnić bądź też
zabezpieczyć podtorze i dojazdy w celu niedopuszczenia do nich wody.
Rowy boczne i górne powinny mieć pochylenie nie mniejsze niż 0,1% i przekroje
dostateczne do odprowadzenia wód opadowych. W przypadku stromych spadków dno
i stoki rowów powinny być odpowiednio wzmocnione, zależnie od ilości
przepływającej wody i rodzaju gruntów.
110
Jeśli zachodzi konieczność przeprowadzenia ścieku wodnego wzdłuż drogi
lub toru, należy wykonać przepusty, zaś nasyp kolejowy lub drogowy zabezpieczyć
przed zawilgoceniem i naruszeniem stateczności stoków. Przepusty powinny być
wykonane z rur lub prefabrykatów prostokątnych żelbetowych i ułożone
w przekopach w rowach bocznych pod przejazdami. Ścianki wylotów i wlotów
przepustów wykonuje się jako równoległe do osi drogi lub kolei.
Innym sposobem odwodnienia przejazdu kolejowego jest zastosowanie warstwy
odcinającej w podtorzu z podwójnym systemem odwodnienia – wgłębnym
i powierzchniowym. Wody opadowe przedostające się pod nawierzchnię spływają
po warstwie nieprzepuszczalnej odcinającej do sączka, z którego odprowadzone
zostaną do drenu, leżącego poniżej tej warstwy. Dren zasadniczo zbiera wody
z warstwy odsączającej i odprowadza je do rowów bocznych lub studzienek
połączonych z istniejącą kanalizacją deszczową [4, 5].
3.1.1.7. Ogrodzenia przejazdów drogowo – kolejowych
W celu utrudnienia dostępu do torów z ominięciem rogatek i zapobiegania możliwości
wypadków stosuje się poręcze, żelbetowe pachołki oraz parkany ażurowe. Poręcze
ustawia się równolegle do drogi pomiędzy rogatkami a torem. Ich końce powinny być
w odległości 3 m od osi skrajnych torów. Poza rogatkami oraz na przejazdach bez
rogatek w łukach po obu stronach drogi, na odcinku 15-20 m od skrajnych szyn,
ustawia się pachołki. Pierwsze pachołki znajdują się w odległości 3 m [5].
3.2. PRZYKŁADY ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH NA
PRZEJAZDACH
Rys.3.5. Odcinki widzialności i trójkąty widzialności na przejeździe [3]
Tab. 3.4. Długość odcinków widzialności czoła pociągu [3]
Dla przejazdów przez:
Jeden tor [m]
Dwa tory [m]
L = 5,5 vmax
L = (5,5 + 0,25d) vmax
L1 = 3,6 vmax
L1 = (3,6 + 0,07d) vmax
L i L1 – odcinki widzialności mierzone wzdłuż osi toru kolejowego od osi drogi w przejeździe
vmax – największa dozwolona prędkość pociągów na danej linii kolejowej [km/h]
d – odległość między osiami torów [m]
Obliczając wartości odcinków L i L1 prędkość vmax należy przyjmować:
- dla kolei normalnotorowych – minimum 40 km/h
- dla kolei wąskotorowych – minimum 25 km/h [3].
111
112
3.2.1. UWAGI OGÓLNE
Nawierzchnia stosowana na przejazdach powinna posiadać świadectwo dopuszczenia
do eksploatacji wydane przez Główny Inspektorat Kolejnictwa oraz spełniać
wymagania warunków technicznych dla danego typu nawierzchni zatwierdzonych
przez właściwą wykonawczą jednostkę organizacyjną. Nawierzchnia drogi
na dojazdach do przejazdu powinna być taka sama jak na drodze przechodzącej przez
przejazd. Na odcinkach odpowiadających szerokości pryzmy podsypki w torze należy
zastosować konstrukcję nawierzchni drogowej typu rozbieranego lub umożliwiającej
łatwe jej zdjęcie dla wykonania robót naprawczych lub konserwacyjnych.
Nawierzchnia kolejowa w obrębie przejazdu powinna mieć ten sam standard
konstrukcyjny co nawierzchnia toru przylegającego do przejazdu. Wichrowatość torów
w obrębie przejazdu, określona na bazie 5 metrów, powinna wynosić maksymalnie
0,2%. Zaleca się aby szerokość nawierzchni drogowej na przejeździe była równa
szerokości drogi przed przejazdem.
Prawidłowe funkcjonowanie przejazdu możliwe jest tylko wtedy gdy zapewni się
właściwy sposób odprowadzenia wód opadowych i powierzchniowych. Nawierzchnia
na przejeździe powinna być dodatkowo odwodniona sączkami drenarskimi o średnicy
10 – 15 cm i pochyleniu rzędu 2 – 4%, ułożonymi z obu stron toru. W przypadku
dużego nasilenia ruchu na drodze publicznej i nachylenia jej w kierunku toru należy
dodatkowo stosować zabezpieczenie przed:
a) przenikaniem do podsypki błota pomiędzy
na przejeździe;
b) spływem wody i błota z drogi na przejazd [6].
szynami
i
nawierzchnią
Zasadniczy podział nawierzchni na przejazdach:
• nawierzchnia klasyczna (tradycyjna);
• nawierzchnia nowoczesna.
3.2.2. NAWIERZCHNIA KLASYCZNA
Rozwiązanie takie daje różne warunki obciążenia i podparcia toru i nawierzchni
drogowej. Skutkiem tego są różne przebiegi osiadania toru i nawierzchni drogowej,
co w konsekwencji objawia się zapadniętym torem względem nawierzchni drogowej.
Rodzaje materiałów używanych do konstrukcji nawierzchni [1]:
• drewno;
• tłuczeń;
• kliniec;
•
•
•
•
113
kostka bazaltowa;
bruk;
lepiki asfaltowe;
wielkowymiarowe płyty żelbetowe.
3.2.2.1. Nawierzchnia z podkładów drewnianych
Zabudowa przejazdu w postaci podkładów drewnianych (rysunek 3.6.) stanowi jedno
z najstarszych i niezwykle rzadko spotykanych rozwiązań konstrukcyjnych nawierzchni
przejazdów. Łatwość montażu w połączeniu z niewielkimi kosztami spowodowała
w przeszłości jej masowe stosowanie. Jednakże rozwiązanie to ma wiele wad, do
których zaliczyć można:
- słabe połączenie nawierzchni drogowej z podkładami kolejowymi,
- brak szczelności – woda swobodnie może wnikać w głąb toru,
- klawiszowanie podkładów na skutek wymycia przez wodę cząsteczek gruntu
spod podkładów,
- szybkie zużycie podkładów – zasadniczy wpływ na to mają zmienne warunki
atmosferyczne, wskutek których drewno szybko ulega rozkładowi.
a)
b)
Rys. 3.6. Nawierzchnia przejazdu z podkładów drewnianych:
a) przekrój b) typy podkładów [8, 11]
114
3.2.2.2. Nawierzchnia z kostki brukowej
W porównaniu do nawierzchni z podkładów drewnianych rozwiązanie to jest
zdecydowanie lepsze. Znacznie wolniej się zużywa, dobrze współpracuje z podkładami
kolejowymi jak i lepiej spełnia swą rolę przy dużym obciążeniu ruchem
samochodowym. Bruk jest dość odporny na warunki atmosferyczne, jednakże nie
zapewnia szczelności przed wodą. Kostka jest układana na podsypce piaskowej
i w przypadku wyniesienia cząstek gruntowych przez filtrującą wodę zachodzi obawa,
że może ona przeniknąć do podsypki tłuczniowej (rysunek 3.7). Aby temu zapobiec
należy zastosować izolacje w postaci warstwy bitumicznej. Wadami tego typu
rozwiązania są [8, 11]:
- długi czas montażu,
- brak szczelności przed wodą,
- woda przenikając do niższych warstw tworzy wychlapki, a zamarzając
– wysadziny.
Rys. 3.7. Nawierzchnia przejazdu z kostki brukowej [8, 11]
3.2.2.3. Nawierzchnia bitumiczna
Nawierzchnia bitumiczna (rysunek 3.8.) składa się z lepiszcza i wypełniaczy, którymi
mogą być piasek lub żwir. Rozwiązanie to wykazuje większą spójność
w porównaniu z nawierzchnią z drewna czy też kostki brukowej. Jednakże jej
podstawową wadą jest słaba odporność na warunki atmosferyczne przez które smoła
ulega erozji. Wysokie wahania temperatur oraz nadmierny ruch powoduje dużą
odkształcalność powierzchni. Szczególnie narażona jest przestrzeń w okolicy styku
nawierzchni z szyną, gdzie dochodzi do rozszczelnień. W okresie zimowym dostająca
się tam woda zamarza powodując wysadzenia, spękania i odrywanie nawierzchni. Inną
znaczącą wadą tego typu nawierzchni jest niemożliwość jej demontażu.
W przypadku naprawy toru ulega ona całkowitemu zniszczeniu [8, 11].
115
Rys. 3.8. Nawierzchnia przejazdu z kostki brukowej [6]
3.2.2.4. Nawierzchnia przejazdu z płyt typu CBP
Ten rodzaj nawierzchni jest zdecydowanie najpowszechniej stosowany spośród
nawierzchni klasycznych. Nawierzchnie z prefabrykowanych płyt żelbetowych można
układać na przejazdach kolejowych w torach prostych i łukach o promieniu R ≥ 600 m
(rysunek 3.9. i 3.10.). Podkłady powinny być obsypane, a przestrzeń między
podkładkami wypełniona podsypką z klińca na wysokość równą z wierzchem podkładu.
W przypadku podkładów betonowych na warstwie podsypki tłuczniowej układa się
warstwę zaprawy cementowej grubości 3 cm. Warstwa podbudowy powinna mieć taką
grubość, aby jej górna warstwa pokrywała się z górną powierzchnią główki szyny.
Rys. 3.9. Nawierzchnia z płyt CBP [17]
116
Płyty typu CBP przeznaczone są do szyn 60E1 i 49E1, do podkładów betonowych jak
i drewnianych oraz do każdego typu przytwierdzenia. Wyróżniamy 4 rodzaje płyt CBP
(tabela 3.5.) [17].
Rys. 3.10. Rodzaje płyt CBP [17]
Tab. 3.5. Parametry płyt CBP [17]
Zalety [17]:
- łatwość montażu, możliwość szybkiej zabudowy ze względu na małą liczbę
elementów nawierzchni;
- konkurencyjna cena w porównaniu do innych rozwiązań.
Wady prefabrykowanych płyt wielkowymiarowych [17]:
- znaczny ciężar płyty - konieczność używania ciężkiego sprzętu do układania
płyt;
- niszczenie krawędzi płyt;
117
- brak współpracy płyt z nawierzchnią kolejową duża podatność na
nierównomierne osiadanie (klawiszowanie płyt);
- trudność właściwego zakotwienia płyt;
- tworzenie się załomów na styku nawierzchni drogi z nawierzchnią przejazdu;
- mała szczelność nawierzchni [8, 9].
3.2.3. NAWIERZCHNIE NOWOCZESNE
Mnogość wad nawierzchni tradycyjnych skłania do poszukiwania nowych rozwiązań
konstrukcji przejazdów, które sprostają obecnym i przyszłym wymaganiom ruchu.
Rozwiązania te mają na celu przede wszystkim poprawić bezpieczeństwo ruchu
na przejazdach oraz w ich obrębie, a także wydłużyć żywotność nawierzchni
przy zachowaniu jej wysokich parametrów eksploatacyjnych.
Szereg interesujących rozwiązań konstrukcyjnych jest od wielu lat stosowany
na kolejach zachodnioeuropejskich i amerykańskich. Charakterystyczne dla nich jest
dążenie do poprawy trwałości nawierzchni przejazdów i komfortu jazdy pojazdów
samochodowych. Coraz częściej w tych rozwiązaniach są stosowane materiały
niekonwencjonalne, takie jak: polietylen, stal pokryta tworzywem epoksydowym,
elastomery. Podstawowymi materiałami wykorzystywanymi przy budowie nawierzchni
przejazdowych pozostają wciąż jednak beton oraz guma lub materiały
gumopodobne [8, 9].
3.2.3.1. Nawierzchnia betonowa
W rozwiązaniu tym płyta betonowa ułożona na wielowarstwowym podłożu stanowi
konstrukcję nośną dla toru i nawierzchni drogowej. W efekcie powstają jednolite
warunki przenoszenia obciążeń z toru i nawierzchni drogowej, co równoznaczne jest
jednolitemu osiadaniu.
Inne zalety:
- niewielka powierzchnia i stosunkowo mały ciężar poszczególnych
oraz związana z tym łatwość montażu lub demontażu;
- możliwość dokładnego ułożenia sąsiednich płyt w łuku.
elementów
Najpowszechniejsze wady:
- w przekroju podłużnym nawierzchni kolejowej występuje skokowa zmiana
sztywności podparcia a tym samym różne jest osiadanie toru na przejeździe
i odcinkach przyległych;
- konieczność zdemontowania wszystkich płyt przyległych w przypadku wyjęcia
płyty środkowej [8].
118
3.2.3.2. Nawierzchnia typu Mirosław
Nawierzchnia z prefabrykowanych płyt małogabarytowych typu „Mirosław” jest
produkowana w Polsce przez Wytwórnię Podkładów Strunobetonowych S.A.
„Mirosław Ujski” (rysunek 3.11.) [8]. Jest ona stosowana na przejazdach kolejowych
usytuowanych na liniach jednotorowych i wielotorowych o odległości między osiami
sąsiednich torów minimum 4,0 m oraz na odcinkach prostych lub łukach o promieniu
R ≥ 300 m. Nawierzchnia przejazdu jest w sposób trwały połączona z torami dzięki
sprężystemu zawieszeniu małogabarytowych płyt przejazdowych opartych
na stopkach szyn. W wyniku tego wysokościowe położenie szyn i nawierzchni nie
ulega zmianie w czasie eksploatacji. Konstrukcja przejazdu w zależności
od zastosowanych typów amortyzatorów może być stosowana do nawierzchni
kolejowej szyn 60E1 lub 49E1 z potwierdzeniem sprężystym SB3 lub typu K [8, 9].
Elementy nawierzchni są zaprojektowane z odpowiednim zapasem bezpieczeństwa,
znacznie przekraczającym wymagania normowe. Płyty zewnętrzne oraz wewnętrzne
obramowane są na całej wysokości wyprofilowanym kształtownikiem z blachy
stalowej. Płyty zewnętrzne o wymiarach 1220 x 600 x 135 mm od strony toru oparte są
poprzez amortyzatory na stopce szyny, zaś od strony drogi kołowej opierają się poprzez
gumowy pas amortyzujący na belce podporowej, do której przykręcone są
za pomocą wkręta mocującego. Płyty wewnętrzne o wymiarach 1440 x 600 x 140 mm
obydwoma bokami przylegającymi do szyn opierają się poprzez amortyzatory
na stopkach szyn. Przed przesuwaniem się płyt zabezpieczają stalowe uchwyty
oporowe mocowane na stopce szyny przy skrajnych płytach obu stron przejazdu [8].
Zalety:
- mały ciężar poszczególnych elementów;
- łatwość montażu i demontażu poszczególnych płyt niezależnie od siebie;
- możliwość wykonania w rejonie przejazdu typowych robót utrzymania
nawierzchni z zastosowaniem ciężkich maszyn torowych, np. podbijarki czy
oczyszczarki;
- konkurencyjna cena w porównaniu z tego typu rozwiązaniami produkcji
zachodniej.
Wady:
- konieczność wylania pod belki podporowe ławy fundamentowej
o grubości 200÷300 mm;
- mocowanie płyt zewnętrznych do belki podporowej za pomocą wkrętów [9].
119
Rys. 3.11. Konstrukcja nawierzchni typu Mirosław [8]
3.2.3.3. Nawierzchnia typu BODAN
Niemiecka nawierzchnia typu BODAN może być stosowana na liniach jednotorowych
lub wielotorowych, dla torów z szyn 60E1, na podkładach drewnianych lub
strunobetonowych, z przytwierdzeniem klasycznym typu K lub sprężystym (SB3,
Pandrol), na odcinkach prostych lub łukach o promieniu R ≥ 200 m. Wymagany
rozstaw podkładów w torze wynosi 600±10 mm. Podkłady muszą być ułożone
prostopadle do osi toru. Pochylenie podłużne jezdni na przejeździe nie powinno
przekraczać pochylenia dopuszczalnego dla danej kategorii drogi [8].
Podział płyt w zależności od nośności [8]:
- ciężka – zakłada się, że nacisk na oś pojazdów samochodowych wynosi
100 kN;
- średnia – przy założeniu nacisku na oś pojazdów samochodowych
wielkości 50 kN;
- lekka (przejścia dla pieszych) – dla nacisku równego 10 kN.
Elementy składające się na konstrukcję nawierzchni [8]:
• prefabrykowane, żelbetowe płyty wewnętrzne i zewnętrzne (płyty
o wymiarach 750x1200 mm i 1350x600 mm);
• żelbetowe krawężniki podporowe;
• amortyzatory elastomerowe;
• urządzenia blokująco-ochronne, zabezpieczające płyty przed rozsuwaniem się
w trakcie eksploatacji.
120
Zalety:
- możliwość wykonania w rejonie przejazdu typowych robót utrzymania
nawierzchni z zastosowaniem ciężkich maszyn torowych, np. podbijarki
czy oczyszczarki (w przypadku zastosowania płyt o wymiarach 1350x600 mm).
Wady:
płyty środkowej;
- nieszczelność nawierzchni w sąsiedztwie szyny oraz brak obramowania płyt, co
może powodować uszkodzenia płyt pomimo sfazowania ich krawędzi [9].
Rys. 3.12. Konstrukcja nawierzchni typu BODAN [8]
3.2.3.4. Nawierzchnia typu BOMAC
Nawierzchnia typu BOMAC z Anglii to konstrukcja, która może być stosowana
na przejazdach kolejowych linii jednotorowych lub wielotorowych, dla torów z szyn
60E1, o minimalnym rozstawie między osiami torów 3,50 m, na podkładach
drewnianych lub strunobetonowych, z przytwierdzeniem klasycznym typu K lub
sprężystym (SB3, Pandrol), na odcinkach prostych lub łukach o promieniu R ≥ 300 m.
Wymagany rozstaw podkładów w torze wynosi 600±10 mm.
121
Podkłady muszą być ułożone prostopadle do osi toru. Pochylenie podłużne jezdni na
przejeździe nie powinno przekraczać pochylenia dopuszczalnego dla danej kategorii
drogi [8].
Nawierzchnia składa się z:
- prefabrykowanych, żelbetowych płyt zewnętrznych i wewnętrznych;
- żelbetowych krawężników podporowych, o długości 4,80 m i masie 1050 kg,
z otworami na pręty stabilizujące właściwe położenie krawężników w trakcie ich
wbudowywania;
- amortyzatorów neoprenowych;
- gumowych pasów amortyzujących;
- stalowego urządzenia blokująco-ochronnego, zabezpieczającego płyty
przed rozsuwaniem się w trakcie eksploatacji.
Wszystkie płyty są obramowane kształtownikiem ze stali ocynkowanej o odpowiednim
profilu. Różnią się one profilem ramy i liczbą gniazd (wnęk)
na złączki przytwierdzające szyny do podkładów. Płyty zewnętrzne są oparte
od strony toru poprzez amortyzatory na stopce szyny, zaś od strony drogi kołowej
- na krawężniku podporowym poprzez gumowy pas amortyzujący. Nie są one
przytwierdzone do krawężników podporowych.
Wszystkie płyty zewnętrzne i wewnętrzne w ściankach bocznych nie przylegających do
szyn mają otwory, w które mogą być wkręcane specjalne śruby służące do:
- regulowania wzajemnego ułożenia sąsiednich płyt;
- mocowania urządzeń blokująco-ochronnych w płytach wewnętrznych skrajnych
i zabezpieczających płyty zewnętrzne przed rozsuwaniem.
Płyty wewnętrzne bokami przylegającymi do szyn opierają się za pomocą
amortyzatorów neoprenowych na stopkach szyn. Przed przesuwaniem się płyt
zabezpieczają stalowe urządzenia blokująco-ochronne, mocowane do skrajnych płyt
z obu stron przejazdu.
Zalety:
- konstrukcja krawężnika podporowego zapewniająca stabilne posadowienie płyt
zewnętrznych oraz skuteczne ich zabezpieczenie przed uszkodzeniami
powstającymi podczas przejeżdżania pojazdów samochodowych;
- możliwość dokładnego ułożenia płyt sąsiednich w łuku.
122
Wady:
- brak możliwości wprowadzenia oczyszczarki tłucznia bez demontażu
krawężników podporowych;
- duży ciężar krawężników podporowych wymagający użycia ciężkiego sprzętu
budowlanego przy ich montażu lub demontażu;
płyty środkowej [9].
Rys. 3.13. Konstrukcja nawierzchni typu BOMAC [8]
3.2.3.5. Nawierzchnia typu HoldFast
Nawierzchnia typu HoldFast z Anglii może być stosowana na przejazdach kolejowych
linii jednotorowych lub wielotorowych, na podkładach strunobetonowych,
na odcinkach prostych o stałym pochyleniu w rejonie przejazdu (rysunek 3.14.) [12].
Istotą konstrukcji tego typu nawierzchni jest zastosowanie wielkogabarytowych płyt
żelbetowych długości 7,20 m. Płyty wewnętrzne służą do zabudowy przestrzeni między
szynami, zaś zewnętrzne – do wypełnienia przestrzeni między szyną a belką
podporową, ułożoną wzdłuż toru na styku z nawierzchnią drogową. Gumowe wkładki
łączące tor z płytami wypełniają przestrzeń między szyną a płytą. Wyprofilowana dolna
powierzchnia wkładki umożliwia jej oparcie na stopce szyny, niezależnie
od typu przytwierdzenia. Wewnętrzna wkładka ma wyprofilowany, normatywny
żłobek, umożliwiający bezpieczny przejazd pociągu. Dolna powierzchnia płyty
wewnętrznej ma kształt zgodny z kształtem górnej powierzchni podkładów kolejowych,
natomiast zewnętrznej – wyprofilowanie umożliwiające oparcie tej płyty na typowej
123
belce podporowej. Pod płytę wewnętrzną układa się dodatkowo gumową matę,
oddzielającą płytę od bezpośredniego styku z podkładami.
Zalety tej technologii:
- możliwość szybkiej zabudowy z powodu małej liczby elementów zużytych
do konstrukcji przejazdu;
- znaczne obniżenie drgań przenoszonych od pojazdów dzięki wkładkom
gumowym dokładnie ustalającym położenie płyt;
- przejazd jest w pełni szczelny dzięki wkładkom gumowym.
Wady:
- konieczność zapewnienia bardzo dobrej geometrii toru;
- duży ciężar płyt i związana z tym konieczność użycia specjalistycznego sprzętu
do ich udźwigu (żuraw)
- możliwość zastosowania tylko na tych skrzyżowaniach, na których tor jest
położony na odcinku prostym, o stałym pochyleniu podłużnym [12].
a)
b)
Rys. 3.14. Przejazd kolejowy z nawierzchnią typu „HoldFast” [12]
124
3.2.3.6. Nawierzchnia typu ABETONG
Szwedzka nawierzchnia typu ABETONG ze Szwecji może być stosowana
na przejazdach kolejowych linii jednolub wielotorowych dla torów z szyn 60E1,
na podkładach strunobetonowych, na odcinkach prostych lub łukach o promieniu
R ≥ 800 m (rysunek 3.15.) [16]. Prefabrykowane płyty żelbetowe mają długość 3,0 m,
wewnętrzne służą do zabudowy przestrzeni pomiędzy tokami szynowymi, zewnętrzne
– do wypełnienia przestrzeni pomiędzy szyną a odpowiednio wyprofilowaną belką
ułożoną wzdłuż toru na styku z nawierzchnią drogową. Dolna powierzchnia płyty
wewnętrznej ma kształt zgodny z kształtem górnej powierzchni podkładów kolejowych,
natomiast w przypadku płyty zewnętrznej – wyprofilowanie umożliwiające oparcie jej
na typowej belce podporowej. Gumowe uszczelniacze wypełniające przestrzeń
pomiędzy szyną a płytą służą jako element łączący tor z płytami.
Zalety:
- łatwość montażu;
- szczelność konstrukcji, zapewniona przez odpowiednio wyprofilowane gumowe
uszczelniacze.
Wady:
- posadowienie płyt na podkładach;
- brak możliwości wprowadzenia oczyszczarki tłucznia bez demontażu belek
podporowych [16].
Rys. 3.15. Nawierzchnia typu ABETONG [16]
125
3.2.3.7. Nawierzchnia gumowa
W rozwiązaniu tym obciążenia z nawierzchni drogowej przenoszone są bezpośrednio
na szyny poprzez sprężyste (gumowe) elementy. Pozwala to osiągnąć jednolite warunki
przenoszenia obciążeń od pojazdów szynowych i samochodowych, które zapewniają
jednolite osiadanie toru i nawierzchni drogowej oraz jednolite warunki podparcia toru
na jego długości. Rozwiązania te eliminują większość wad występujących
w konstrukcjach nawierzchni przejazdów z wielkowymiarowych płyt betonowych czy
też mieszanek bitumicznych. Ogromną zaletą przejazdów z płyt gumowych jest
umożliwienie zachowania płynności i przepustowości ruchu pojazdów
samochodowych, co zapobiega powstawaniu korków przed przejazdami.
Pozostałe zalety nawierzchni gumowych:
- łatwość i krótki czas montażu lub demontażu bez konieczności użycia ciężkiego
sprzętu;
- długi okres eksploatacji;
- tłumią wibracje;
- wykazują dużą odporność na działanie agresywnego środowiska;
- umożliwiają kruszenie zamarzniętej wody i oczyszczanie ze śniegu;
- są przeciwpoślizgowe;
- zapewniają izolację elektryczną;
- nie powodują uszkodzeń złącz mocujących szyny do podkładów.
Do wad tego typu rozwiązań należy zaliczyć wysoki koszt ich wykonania
oraz fakt, że trzeba systematycznie kontrolować stan dokręcenia płyt do podbudowy
[10].
3.2.3.8. Nawierzchnia typu KOL-DROG
Płyty gumowe typu KOL-DROG z Polski tworzące warstwę jezdną nawierzchni
drogowej przejazdu mogą być stosowane na przejazdach kolejowych na liniach
jednotorowych lub wielotorowych, dla torów z szyn 49E1 i 60E1, na podkładach
drewnianych, z przytwierdzeniem typu K lub SB3, na odcinkach prostych lub łukach
o promieniu R ≥ 180 m. Pochylenie podłużne jezdni na przejeździe nie powinno
przekraczać pochylenia dopuszczalnego dla danej kategorii drogi. Są one wykonywane
jako płyty dwuwarstwowe. Warstwa zewnętrzna o grubości 10-20 mm jest wykonana
z gumy wysokiej klasy, zaś warstwa wewnętrzna – z mieszanki wulkanizacyjnej
o zmniejszonych wymaganiach wytrzymałościowych (25% stanowią odpady
produkcyjne) [12].
Podstawowe elementy nawierzchni KOL-DROG [12]:
• płyta gumowa typu C lub L;
126
• paleta podbudowy (do płyt gumowych typu L);
• krawężnik betonowy;
• stalowy klin zabezpieczający.
Zalety tego typu rozwiązania:
- wykorzystanie w produkcji materiałów z recyklingu;
- łatwość i krótki czas montażu lub demontażu bez konieczności użycia ciężkiego
sprzętu;
- szczelność przed wodami powierzchniowymi;
- tłumią hałas podczas przejazdu samochodu przez przejazd.
Wady:
- wyższa cena w porównaniu z nawierzchniami z płyt betonowych;
- szybkie zużywanie się palet podbudowy i związana z tym konieczność ich
częstej wymiany (konstrukcja typu L);
- łączenie sąsiednich płyt na tzw. wpust (dostające się do felcu zanieczyszczenia
w postaci drobnego piasku i pyłu powodują powstawanie szczelin
i uniemożliwiają regulację położenia płyt sąsiednich);
- odkręcania się wkrętów przytwierdzających płyty gumowe do podbudowy;
- możliwość zabudowy tylko na podkładach drewnianych [12].
Rys. 3.16. Nawierzchnia typu KOL-DROG [12]
127
3.2.3.9. Nawierzchnia typu CEPAG
Czeski model nawierzchni może być stosowany na przejazdach kolejowych na liniach
drewnianych, z przytwierdzeniem typu K, usytuowanych na odcinkach prostych toru,
w krzywych przejściowych, rampach przechyłkowych lub w łukach bez poszerzenia.
Pochylenie podłużne jezdni na przejeździe nie powinno przekraczać pochylenia
dopuszczalnego dla danej kategorii drogi. Konstrukcja ta jest dostosowana
do każdego rozstawu osi torów.
Rys. 3. 17. Przejazd kolejowy z nawierzchnią typu CEPAG [8, 9]
W skład konstrukcji nawierzchni wchodzą [8, 9]:
•
•
•
•
•
•
pełno profilowana, gumowa płyta przejazdowa wewnętrzna i zewnętrzna;
ochronny krawężnik betonowy;
stalowy klin zabezpieczający;
opórka końcowa;
element łączący płyty;
krawężnik betonowy.
Zalety:
- zastosowanie materiałów z recyklingu;
- nawierzchnia skutecznie obniża poziom hałasu podczas przejazdu.
128
Wady:
- konieczność systematycznej kontroli stanu dokręcenia śrub regulacyjnych
w stalowych klinach zabezpieczających i opórkach końcowych”;
- możliwość zabudowy jedynie na podkładach drewnianych;
- wyższa cena w porównaniu z nawierzchniami z płyt betonowych [8, 9].
3.2.3.10. Nawierzchnia typu STRAIL
Płyty gumowe typu STRAIL z Niemiec tworzące warstwę jezdną nawierzchni
drogowej przejazdu mogą być stosowane na przejazdach kolejowych na liniach
drewnianych, z przytwierdzeniem klasycznym lub sprężystym, na odcinkach prostych
lub łukach o promieniu R ≥ 180 m. Pochylenie podłużne jezdni na przejeździe nie
powinno przekraczać pochylenia dopuszczalnego dla danej kategorii drogi. Są one
wykonywane jako płyty dwuwarstwowe. Warstwa zewnętrzna o grubości 7-8 mm jest
wykonana z gumy wysokiej klasy, zaś wewnętrzna – z mieszanki wulkanizacyjnej
o zmniejszonych wymaganiach wytrzymałościowych
W skład konstrukcji nawierzchni typu STRAIL wchodzą {rysunek 3.18.) [8, 9, 10, 12]:
•
•
•
•
•
gumowa płyta przejazdowa wewnętrzna i zewnętrzna;
poduszka amortyzująca;
stalowy klin zabezpieczający;
elementy łączące płyty – pręty spinające;
kształtka szynowa.
Rys. 3.18. Konstrukcja nawierzchni typy STRAIL [8, 9, 10, 12]
W zależności od zastosowania można wyróżnić następujące warianty konstrukcyjne
tego typu nawierzchni [14]:
• STRAIL (rozwiązanie podstawowe) – nawierzchnia taka jest stosowana przy
dużym natężeniu ruchu samochodowego na skrzyżowaniach (nawierzchnia
z płyt o szerokości 600 mm, posiada poduszkę amortyzującą - rysunek 3.19.)
129
Rys. 3.19. Nawierzchnia przejazdu typu STRAIL [14]
• veloSTRAIL – stosowana na przejściach dla rowerzystów i pieszych - tam gdzie
ruch pojazdów szynowych odbywa się z niewielką prędkością (jest to
konstrukcja bezżłobkowa – pod obciążeniem koła fragment płyty gumowej na
styku z szyną odgina się umożliwiając przejście koła) (rysunek 3.20.)
a)
130
b)
Rys.3.20. veloSTRAIL: a) schemat konstrukcji, b) przykład przejazdu [14]
• pedeSTRAIL – nawierzchnia układana na stacjach, na przejściach służbowych
i dla pieszych (płyta wewnętrzna o szerokości 900 mm, brak tu poduszek
amortyzujących oraz elementów łączących płyty - rysunek 3.21.) [14].
Rys. 3.21. Konstrukcja przejazdu z płyt pedeSTRAIL [14]
131
• miniSTRAIL – służy do konstrukcji skrzyżowań torów i w rejonie rozjazdów,
w miejscach przejść dla pieszych, rowerzystów oraz po których poruszają się
inne pojazdy z prędkością nie przekraczającą 30 km/h (rysunek 3.22.)
Rys. 3.22. miniSTRAIL – przykład rozwiązania [14]
• STRAIL profile (gumowe profile) jest układana na styku nawierzchni kolejowej
z bitumiczną nawierzchnią drogową.
Zalety tej technologii:
- Możliwość wykorzystania w produkcji materiałów z recyklingu;
- wielowariantowość rozwiązań w zależności od miejsca montażu i obciążenia
ruchem;
- tłumienie hałasu podczas przejazdu samochodu przez przejazd.
Wady:
- rozwarcie się płyt przy intensywnym ruchu drogowym;
- zużywanie się poduszek amortyzujących przy dużym natężeniu ruchem
i związana z tym konieczność ich częstej wymiany;
- łączenie sąsiednich płyt na tzw. wpust (dostające się do felcu zanieczyszczenia
w postaci drobnego piasku i pyłu powodują powstawanie szczelin
i uniemożliwiają regulację położenia płyt sąsiednich);
- dość wysoka cena przewyższająca inne konstrukcje nawierzchni z płyt
gumowych [8, 9].
132
3.3. ODWODNIENIE PRZEJAZDÓW KOLEJOWYCH
Stabilność i trwałość budowli ziemnych w szczególny sposób zagrożona jest przez
wodę. Jedynie odpowiednie zaprojektowanie oraz wykonanie stosownych urządzeń
odwadniających zabezpieczy konstrukcję przed jej niszczącym działaniem.
Odwodnienie należy tak przeprowadzić, aby woda z każdego miejsca budowli ziemnej
i jej sąsiedztwa mogła być swobodnie i możliwie najkrótszą drogą odprowadzona poza
obręb torowiska.
Brak odwodnienia lub jego nieprawidłowa funkcjonalność są przyczyną [7, 8, 9, 10]:
-
zawilgocenia powierzchni jezdni i pogorszenia warunków bezpieczeństwa ruchu;
zawilgocenia i rozmiękczenia poboczy;
naruszenia stateczności torowiska ziemnego;
obniżenia nośności podłoża gruntowego i powodowania deformacji jezdni;
powstania zjawisk osuwiskowych, tworzenia się wysadzin zimowych
i przełomów wiosennych.
Sposoby ochrony budowli ziemnych przed działaniem wody mogą być podzielone
na następujące dwie grupy [7, 8, 9, 10]:
- ujęcie i odprowadzenie wód powierzchniowych napływających na budowle
ziemne;
- odwodnienie wgłębne torowiska ziemnego i podłoża gruntowego [7, 8, 9, 10].
3.3.1. ODWODNIENIE POWIERZCHNIOWE PRZEJAZDÓW KOLEJOWYCH
Ochrona przed wodami powierzchniowymi polega na ujęciu i odprowadzeniu wód
opadowych. Zbierająca się w ściekach i rowach woda po przekroczeniu granicznej
wielkości napełnienia musi być skierowana do odpowiedniego odbiornika. Jakkolwiek
odpływy ze zlewni drogowych nie są z reguły zbyt duże i mają krótkotrwały charakter
to w wielu przypadkach zwłaszcza na terenach płaskich problem odprowadzenia wód
przydrożnych urządzeń odwadniających natrafia na duże trudności.
W zależności od typu i zdolności przepustowych przydrożnych elementów
odwadniających mogą być stosowane następujące sposoby odprowadzania z nich wód
[7, 8, 9, 10]:
-
wypusty w teren (rowy i ścieki);
wypusty do zbiorników wodnych (rowy i ścieki);
wypusty do rzek, potoków i cieków wodnych (rowy i ścieki);
wprowadzenie do przepustów (rowy i ścieki);
wprowadzenie do obcych urządzeń odwadniających (rowy i ścieki);
-
133
wprowadzenie do samodzielnych studzienek wodościekowych (ścieki);
skierowanie do rowów odpływowych (rowy);
skierowanie do zbiorników odparowujących (rowy);
wprowadzenie do studni chłonnych.
Z odwodnieniem powierzchniowym łączy się również wyrównanie powierzchni stoków
przyległych do trasy. Ma to na celu ochronę przed zawilgoceniem i rozmywaniem
gruntów oraz tworzeniu się nieprzewidzianych zbiorników wody w sąsiedztwie danej
budowli [7, 8, 9, 10].
3.3.2. ODWODNIENIE WGŁĘBNE PRZEJAZDÓW KOLEJOWYCH
Odwodnienie wgłębne mające na celu osuszenie gruntów podłoża oraz terenów
przyległych realizowane jest za pomocą drenów. Rodzaj zastosowanego drenażu zależy
od budowy geologicznej podłoża i głębokości zalegania wód podziemnych. Dreny
w zależności od głębokości ich założenia zasadniczo dzielimy dwie grupy: płytkie
(sięgające do głębokości 6 m) i głębokie (o głębokości wbudowania powyżej 6 m).
Powszechne stosowanie drenażu spowodowane jest wieloma korzyściami jakie niesie
ten rodzaj odwodnienia w porównaniu z rowami otwartymi. Drenowanie cechuje m. in.
łatwość wykonania, minimalne straty terenu pod urządzenia oraz swoboda użytkowania
powierzchni gruntów.
Należy jednak mieć na uwadze fakt, iż nie wszystkie rodzaje gruntów w jednakowym
stopniu nadają się do drenowania. Najlepsze efekty uzyskuje się przy gruntach
piaszczystych przepuszczalnych. Gliny zwałowe oraz grunty o podobnej strukturze
wymagają gęstej sieci drenarskiej, zaś drenowanie iłów jest niezalecane
na skutek ich nieprzepuszczalności.
Dreny o średnicy 5 cm bezpośrednio odwadniające grunt nazywa się sączkami. Dreny
zaś zbierające wodę z sączków i odprowadzające ją dalej zwą się zbieraczami.
Zbieracze mogą być główne lub drugorzędne. Zbieracz główny zakończony jest
wylotem, z którego woda przedostaje się do odbiornika, a może być nim ciek, rów,
jezioro itp. Obszar, z którego woda jest odprowadzana do jednego wylotu, nosi nazwę
działu drenarskiego. Działanie ciągu drenarskiego założonego poniżej zwierciadła
wody gruntowej polega na przesączeniu się wody do wnętrza rur przez szczeliny
stykowe, a częściowo przez ścianki. Wokół założonego drenu konieczne jest
zastosowanie obsypki filtrującej w celu zabezpieczenia przed ich zamuleniem na skutek
wynoszenia z gruntów rodzimych drobnej frakcji gruntowej. Odpowiednio duże spadki
podłużne korzystnie oddziałują na wytworzenie stosownych prędkości przepływu wody
przez dren dla porywania z sobą namułów.
134
Skuteczność działania drenów wzrasta z głębokością ich założenia H, a maleje
ze wzrostem ich rozstawu L (rysunek 3.23.). Pomiędzy rozstawem L i strzałką krzywej
depresji h panuje następująca zależność [7, 8, 9, 10]:
k
qo
L = 2h
(3.1)
gdzie:
k – współczynnik wodoprzepuszczalności
qo – ilość wód spływających do drenów, przypadająca na jednostkę powierzchni
gruntów.
H
h
L
Rys. 3.23. Zasada działania drenów [7, 8, 9, 10]
Ze względu na położenie urządzeń odwadniających w stosunku do powierzchni terenu
drenaże dzielimy na 3 zasadnicze grupy [7, 8, 9, 10]:
- drenaże poziome – zasadą ich pracy jest grawitacyjne odprowadzenie wody
gruntowej za pomocą drenów usytuowanych w miarę możliwości równolegle do
powierzchni terenu;
- drenaże pionowe – w tym sposobie odwadniania wykonuje się pionowe otwory
o średnicach 150 – 300 mm. Rozmieszczane w odpowiednich odstępach dreny
przenoszą wody gruntowe odwadnianej warstwy poprzez podkłady gruntów
nieprzepuszczalnych w głąb do niżej zalegającej warstwy nieprzepuszczalnej.
- drenaże mieszane – stanowią one połączenie drenażu pionowego i poziomego.
Znajdują one zastosowanie w przypadkach występowania podłoża
uwarstwionego z obecnością warstwy wodonośnej obfitującej w wodę [7, 8, 9,
10].
3.3.3. SPECYFIKA ODWODNIENIA PRZEJAZDÓW
Skrzyżowania dróg kolejowych z drogami samochodowymi są trudne
do odwodnienia, ponieważ nawierzchnia kolejowa jest przykryta nawierzchnią drogową
135
na szerokości drogi. Przejazdy na liniach modernizowanych odwadnia się za pomocą
warstw filtracyjnych tak jak podtorze na stacjach. W przypadku dużego nasilenia ruchu
na drodze publicznej i nachylenia jej w kierunku toru należy dodatkowo stosować
zabezpieczenie:
- przed przenikaniem do podsypki błota pomiędzy szynami i nawierzchnią
na przejeździe;
- przed spływem wody na przejazd [12].
Schemat odwodnienia
na rysunku 3.24 [11].
modernizowanego
przejazdu
został
zaprezentowany
Rys. 3.24. Schemat odwodnienia podtorza na przejeździe: przekrój poprzeczny (rysunku górny) i plan
sytuacyjny (rysunek dolny) [11]
3.3.4. RODZAJE PRZEPUSTÓW
Przepusty stanowią integralną część systemu odwodnienia każdej drogi kolejowej
i samochodowej. Mają one umocnione dno cieku chroniące przed erozyjnym
rozmyciem. Najpowszechniej stosowane są przepusty o kołowym lub prostokątnym
przekroju. Rzadziej budowane są przepusty o owalnym przekroju lecz ich wykonanie
jest bardziej kłopotliwe.
136
Przepusty o otworach kołowych są stosowane dla małych przepływów. W przypadku
zbyt małej wysokości nasypu, dla umożliwienia przepływu wody, stosowany jest
przepust o kilku mniejszych otworach małej wysokości zamiast jednego o znacznej
wysokości.
Ogólna charakterystyka przepustów [9, 10, 11]:
- pochylenie dna przepustu i ≥ 0,5%
- szerokość w świetle
≥ 1,0 m dla dróg A, S
≥ 0,8 m dla dróg GP, G, Z
≥ 0,6 m dla l ≤ 10 m i dróg L, D
≥ 0,8 m dla l > 10 m i dróg L, D
- wysokość przewodu
≥ 1,0 m dla l ≤ 20m i klas dróg A, S, GP, G, Z
≥ 0,8 m dla l > 20m i wszystkich klas
≥ 0,8 m dla l ≤ 20m i klas dróg L, D
≥1,9 m dla przepustów przełazowych [9, 10, 11]
a)
b)
Rys. 3.25. Przepusty ZPU Karpin: a) o otworach kołowych, b) o otworach prostokątnych [19]
3.4
137
BIBLIOGRAFIA DO ROZDZIAŁU 3
LITERATURA
Batko M.: Drogi kolejowe, WKiŁ, Warszawa 1981
Datka S.: Lenczewski S., Drogowe roboty ziemne, WKiŁ, Warszawa 1979
Krepski A., Koczorowski A.: Budowa i utrzymanie dróg kolejowych, WKiŁ,
Warszawa 1984
[4] Lipko C.,: Przegląd konstrukcji nawierzchni na przejazdach kolejowych,
projektowanie i modernizacja skrzyżowań w poziomie szyn, Problemy
kolejnictwa zeszyt 132/2000
[5] Rajca T.: Skrzyżowania linii kolejowych z drogami publicznymi WKiŁ,
Warszawa 1970
[6] Rozporządzenie Ministra Komunikacji w sprawie warunków technicznych, jakim
powinny odpowiadać skrzyżowania linii kolejowych z drogami publicznymi
i sposobów zabezpieczenia ruchu na tych skrzyżowaniach;
[7] Sołowczuk A.: Podstawy dróg kolejowych, Politechnika Szczecińska 1999
[8] Surowiecki A.: Problems of Security on the Railway Crossings. Proc. 21st
International Symposium EURO-ŽEL 2013 „Recent Challenges for European
Railways”. Žilina 4th-5th June 2013, p. 252-257.
[9] Surowiecki A.: Modernizacja konstrukcji dróg szynowych, Wydawnictwo
Wyższej Szkoły Oficerskiej Wojsk Lądowych, Wrocław, 2013
[10] Surowiecki A.: Zagadnienia techniki transportu szynowego, Agencja
Wydawnicza ARGI, Wrocław, 2012
[11] Sysak J.: Drogi kolejowe, PWN, Warszawa 1982
[12] Zimoch S.: Nawierzchnie przejazdów z płyt gumowych doświadczenia
eksploatacyjne; Przegląd kolejowy 9/1999
[1]
[2]
[3]
STRONY INTERNETOWE
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
www.zie.pg.gda.pl
www.pg.gda.pl
www.railcrossings.co.uk
www.strail.de
www.kaprin.krakow.pl
www.railway-technology.com
www.srunbet.pl
138
139
4. LOTNISKA I LĄDOWISKA
4.1. OGÓLNE INFORMACJE O LOTNISKACH [15]
Droga lotnicza (AWY) korytarz lotniczy; wydzielony w przestrzeni powietrznej
korytarz łączący dwa rejony lub strefy kontrolowane lotnisk; szerokość DL krajowej
wynosi 10km, międzynarodowej 20km, podstawa dolna drogi znajduje się na
wysokości standard co najmniej 900m, górna od 6 do 12 km. Oś DL jest wyznaczona
przez odpowiednio rozmieszczone w terenie urządzenia radionawigacyjne, ułatwiające
lot tą DL i określenie dokładnego położenia statku powietrznego. Ruch drogami
lotniczymi odbywa się wyłącznie za zezwoleniem i pod kontrolą służby ruchu
lotniczego. Pod drogami lotniczymi dozwolony jest ruch bez zezwolenia tej służby [3].
Rejon kontrolowany lotniska (TMA lub r.k.l) – wydzielona przestrzeń nad dużym
lotniskiem, w której wykonywane są manewry odlotu i dolotu statków powietrznych
oraz oczekiwania na lądowanie. Rejon może być walcem o promieniu do 50km. Dolna
granica wysokościowa rejonu to 450m. Do r.k.l. można wlatywać tylko w łączności
radiowej ze służbą kontroli lotniska [3].
Strefa kontrolowana lotniska (CTR) mniejsze lotniska komunikacyjne posiadają strefę
CTR – jest to przestrzeń dookoła lotniska rozciągająca się od ziemi do wysokości ok.
1500 m o promieniu 15-20 km. Strefa ta, gdy lotnisko ma rejon kontrolowany, służy do
lądowania i startu statków powietrznych, gdy zaś lotnisko ma tylko strefę kontrolowaną
służy ona ponadto do manewrów wykonywanych w r.k.l Ruch w strefie kontrolowanej
lotniska jest kierowany przez Kontrolę Lotniska-sygnał wywoławczy Wieża (TWR)
[4].
Lotniskiem jest wydzielony obszar na lądzie, wodzie lub innej powierzchni w całości
lub w części przeznaczony do wykonywania startów, lądowań i naziemnego
lub nawodnego ruchu statków powietrznych, wraz ze znajdującymi się w jego
granicach obiektami i urządzeniami budowlanymi o charakterze trwałym, wpisany
do rejestru lotnisk [4].
140
Lądowiskiem jest wydzielony obszar na lądzie, wodzie lub innej
powierzchni w całości lub w części przeznaczony do wykonywania startów, lądowań
i naziemnego ruchu statków powietrznych, ujęty w ewidencji lądowisk [4].
Część lotnicza lotniska to obszar trwale przeznaczony do startów i lądowań statków
powietrznych oraz do związanego z tym ruchu statków powietrznych, wraz
z urządzeniami służącymi do obsługi tego ruchu, do których dostęp jest kontrolowany
[3].
Lotniczymi urządzeniami naziemnymi są wszelkie urządzenia na ziemi lub wodzie
albo połączone z ziemią lub powierzchnią wody albo z obiektami budowlanymi
na ziemi lub wodzie, przeznaczone dla potrzeb ruchu lotniczego i bezpieczeństwa, a nie
będące lotniskami [3].
Port lotniczy (lotnisko komunikacyjne) to lotnisko użytku publicznego
wykorzystywane do lotów handlowych. Można je podzielić na dwie części: pole
manewrowe i obszar dworcowy. [5].
Pole manewrowe (manoeuvring area) jest częścią lotniska przeznaczoną
do wykonywania startów i lądowań statków powietrznych i naziemnego ruchu tych
statków, związanego ze startami i lądowaniami. Pole manewrowe nie obejmuje płyt
lotniskowych [2].
Płyta lotniskowa (apron) jest obszarem wyznaczonym na lotnisku na lądzie. Płyty
lotniskowe są przeznaczone do umożliwienia wsiadania i wysiadania pasażerów
do i z samolotów, załadunku towarów i poczty, zaopatrzenia samolotów w paliwo,
postoju lub obsługi samolotów.
Płyty lotniskowe, budynki, hangary, parkingi samochodowe tworzą obszar dworcowy.
Pole manewrowe wraz z płytami lotniskowymi tworzy pole naziemnego ruchu
lotniczego (movement area), a część pola naziemnego ruchu lotniczego przeznaczona
do wykonywania startów i lądowań nazywa się polem wzlotów (landing area) [2].
Pas drogi startowej (runway strip) jest obszarem obejmującym drogę startową
i zabezpieczenie przerwanego startu (jeśli jest przewidziane). Pas drogi startowej
zmniejsza niebezpieczeństwo awarii (uszkodzenia) samolotu w przypadku, gdyby
zjechał on z drogi startowej i zabezpiecza przelatujący podczas startu lub lądowania
nad tym pasem samolot [2].
Zabezpieczenie przerwanego startu (stopway) jest prostokątną powierzchnią na ziemi
za końcem – będącego do dyspozycji – rozbiegu (zwykle jest to koniec drogi
startowej), odpowiednio przygotowaną, na której samolot może się zatrzymać
w przypadku przerwanego startu [2].
141
Drogą startową (runway) nazywamy prostokątną powierzchnię na lotnisku lądowym
przystosowaną do lądowań i startów samolotów. Definicja ta ma również zastosowanie
do lotnisk bez nawierzchni sztucznej (trawiastych), np. sportowych. Drogę startową
oznacza się często skrótem DS [2].
Próg drogi startowej (runway threshold) to początek części drogi startowej
odpowiedniej do lądowania. Próg znajduje się zwykle na początku drogi startowej, lecz
może być także próg przesunięty [2].
Droga kołowania jest drogą na polu wzlotów o nawierzchni sztucznej lub naturalnej,
przeznaczoną do poruszania się samolotów na kołach (kołowania) pomiędzy pasami
startowymi i miejscami postojowymi [2].
Zabezpieczenie końca drogi startowej (RESA – runway end safety area) jest to obszar
symetryczny do przedłużenia osi drogi startowej i przyległy do końca pasa drogi
startowej, przeznaczony głównie do zmniejszenia ryzyka uszkodzenia samolotu
w przypadku, gdy samolot przyziemi za wcześnie lub przekroczy koniec drogi
startowej przy rozbiegu [2].
Ilustracja podanych definicji znajduje się na rys. 4.1. [2].
6
5
4
3 2
1
7
Rys. 4.1. Ilustracja podstawowych definicji [2]: 1 - zabezpieczenie końca drogi startowej RESA; 2 - główna
droga startowa; 3 - zabudowa dworcowa; 4 - płyta lotniskowa (przeddworcowa); 5 - pas drogi startowej;
6 - droga kołowania; 7 - pomocnicza droga startowa
142
Rozróżnia się drogi startowe nieprzyrządowe i drogi startowe przyrządowe.
Drogi startowe nieprzyrządowe (non instrument runways), wyposażone są we
wzrokowe pomoce nawigacyjne, umożliwiające wykonanie podejścia do lądowania
w dobrych warunkach widzialności, tj. z widocznością ziemi. Konieczność utrzymania
regularnej komunikacji lotniczej bez względu na warunki atmosferyczne spowodowała
rozwój urządzeń ułatwiających lądowanie statków powietrznych. Szczególnie ważną
fazą lądowania – najtrudniejszego w zasadzie manewru statku powietrznego – jest
podejście do lądowania. Można tu wyróżnić dwa zagadnienia związane z ułatwieniem
podejścia statku powietrznego [2]:
1) naprowadzenie samolotu na przedłużenie osi drogi startowej tj. na płaszczyznę
pionową przechodzącą przez tę oś;
2) naprowadzenie samolotu na płaszczyznę o niewielkim nachyleniu do drogi
startowej, zwaną ścieżką schodzenia (rys. 4.2.).
1
2
Rys 4.2. Płaszczyzny kierunku i ścieżki schodzenia [2]: 1 - płaszczyzna kierunku;
2 - płaszczyzna ścieżki schodzenia
Te dwa zagadnienia są uwzględnione w zakresie dróg startowych przyrządowych
(instrument runways), przeznaczonych dla samolotów korzystających przy podejściu do
lądownia - dodatkowo obok pomocy oprzyrządowania – także z pomocy wzrokowych.
143
Drogi te dzieli się na następujące typy:
a) drogi startowe z podejściem nieprecyzyjnym (non precisin approach runways)
wyposażone w pomoce wzrokowe i niewzrokowe, zapewniające co najmniej
utrzymanie kierunku przy podchodzeniu do lądowania;
b) drogi startowe z podejściem precyzyjnym kategorii I (precision approach
runways), wyposażone w ILS (Instrument Landing System) i w pomoce
wzrokowe, umożliwiające przeprowadzenie podejścia (utrzymanie kierunku
i ścieżki schodzenia) do wysokości decyzji 60m i przy zasięgu widzialności drogi
startowej rzędu 800m;
c) drogi startowe z podejściem precyzyjnym kategorii II, wyposażone w ILS
i pomoce wzrokowe umożliwiające podejście do wysokości decyzji 30m przy
zasięgu widzialności drogi startowej rzędu 400m;
d) drogi startowe z podejściem precyzyjnym kategorii III, wyposażone w ILS
prowadzący samolot do i wzdłuż powierzchni drogi startowej oraz przeznaczone
do:
a) operacji przy zasięgu widzialności drogi startowej rzędu 200m (nie stosuje
się żadnej wysokości decyzji) z wykorzystaniem pomocy wzrokowych
w końcowej fazie lądowania;
b) operacji przy zasięgu widzialności drogi startowej rzędu 50m (również nie
stosuje się żadne wysokości decyzji) z wykorzystaniem pomocy
wzrokowych do kołowania;
c) operacji bez zaufania do środków wzrokowych, tj. bez korzystania z nich
przy lądowaniu lub kołowaniu.
Zasięg widzialności drogi startowej (runway visual range – RVR) to długość strefy,
w której pilot statku powietrznego znajdującego się na osi DS może widzieć
oznakowanie na powierzchni drogi startowej lub światła osi drogi startowej.
Wysokość decyzji (decision height) jest wysokością, przy której pilot musi widzieć
drogę startową. Jeżeli pilot podchodząc do lądowania, nie zobaczy drogi startowej
po osiągnięciu wysokości decyzji (przy wysokościomierzu nastawionym na poziom
lotniska) – musi zaniechać lądowania i przejść do wznoszenia. Może – krążyć – czekać
na podniesienie się pułapu chmur, a jeżeli to nie nastąpi, to pozostaje dolot do lotniska
zapasowego. Podjęcie decyzji nie jest łatwe, ponieważ podstawa chmur nie zawsze jest
płaska, lecz często występują lokalne skłębienia.
ILS (instrumental landing system) – system lądowania według wskazań przyrządów,
jako radiowe naprowadzanie, obecnie powszechnie stosowany i jest radiowym
144
prowadzeniem samolotu w końcowej fazie podejścia. Spełnia oba wymagania
zilustrowane rys. 4.2. ILS obejmuje radiolatarnie naziemne i odbiorniki oraz wskaźniki
na pokładach samolotów. Naziemne urządzenia systemu IS są następujące:
1) radiolatarnia kierunkowa (nadajnik sygnału kierunku) – lokalizator,
zapewniający naprowadzenie samolotu na płaszczyznę pionową, przechodzącą
przez przedłużenie osi drogi startowej sygnałami sterowania bocznego;
2) radiolatarnia ścieżki schodzenia (nadajnik sygnału ścieżki schodzenia),
zapewniająca sygnały sterowania w płaszczyźnie pionowej i umożliwiająca
zachowanie odpowiedniej wysokości samolotu przy podchodzeniu do lądowania;
3) dwie lub trzy radiolatarnie znakujące (markery), umożliwiające punktowe
sprawdzenie pozycji samolotu.
Antena radiolatarni kierunkowej jest usytuowana kilkaset metrów od końca DS
(na przedłużeniu jej osi). Radiolatarnia emituje falę nośną modulowaną sygnałami
90Hz i 150Hz względem płaszczyzny pionowej przechodzącej przez oś DS.
Gdy samolot znajdzie się na lewo od kierunku osi DS., przeważa sygnał
o częstotliwości 90Hz i pilot otrzymuje informacje na wskaźniku ILS: leć w prawo.
Podobnie na prawo od kierunku kursu dominuje sygnał 150Hz i wskaźnik ILS poleca
pilotowi: leć w lewo.Jeśli samolot znajduje się dokładnie nad przedłużeniem osi DS,
wskaźnik pozostaje w położeniu środkowym.
Kąt nachylenia ścieżki schodzenia jest zawarty w granicach 2-30. Ścieżka schodzenia
przecina się z drogą startową w odległości około 300m od progu. Antena radiolatarni
ścieżki schodzenia wysyła dwie wiązki fal radiowych w płaszczyźnie pionowej.
Przecięcie tych wiązek wyznacza linię prostą – ścieżkę schodzenia. Częstotliwość fali
nośnej modulowana jest sygnałem częstotliwości 90 i 150Hz, podobnie
jak w przypadku lokalizatora. Przewaga sygnału o częstotliwości 90Hz daje pilotowi
na wskaźniku ILS informację: leć w dół, a przewaga sygnału 150Hz: leć w górę. Odbiór
sygnału jest osiągany w zasięgu 150 mil morskich na wysokości 300m
lub na minimalnej wysokości lotu trasowego.
Maszt antenowy umieszcza się w odległości 300 m od progu DS, w kierunku lądowania
i około 150 m w kierunku prostopadłym do osi DS. Teren, na którym znajduje się maszt
antenowy, musi być stosunkowo płaski, aby uniknąć odbicia fali promieniowanej
przez radiolatarnię od nierówności powodujących ugięcia ścieżki schodzenia.
Radiolatarnie znakujące są to inaczej markery, umożliwiające sprawdzenie odległości
od progu DS wzdłuż ścieżki schodzenia. Markery emitują wiązki pionowe
o eliptycznym przekroju poprzecznym. Są one rozstawione na przedłużeniu osi DS
w odległościach:
- marker zewnętrzny ok. 7200 m,
145
- marker środkowy – 1200 m (w tym miejscu wysokość ścieżki schodzenia jest
równa wysokości decyzji przy lądowaniu wg. kategorii I tj. 60m),
- marker wewnętrzny jest wymagany na lotniskach mających zezwolenie
na lądowania według kategorii II. Odległość tego markera od progu pasa wynosi
ok. 300m (wysokość ścieżki schodzenia 30m).
punkt przecięcia ścieżki
schodzenia z DS
schod
ścieżka
zenia
Rys.4.3. Usytuowanie radiolatarni [2]
W samolocie muszą być zainstalowane trzy odbiorniki [2]:
- odbiornik sygnałów linii kierunku,
- odbiornik sygnałów ścieżki schodzenia,
- odbiornik sygnałów markerów.
Sygnały dwu pierwszych odbiorników są doprowadzone do wspólnego wskaźnika.
W najprostszym typie takiego wskaźnika strzałka pionowa pokazuje odchylenie od linii
kierunku, a strzałka pozioma – odchylenie od ścieżki schodzenia. Gdy samolot znajduje
się dokładnie w osi ścieżki schodzenia, obie strzałki przecinają się pod kątem prostym
w środkowym punkcie. Odchylenia wskazówek od tego punktu informują pilota
o kierunkach niezbędnej korekty położenia samolotu. Odbiornik sygnałów markerów
odbiera i przekazuje do słuchawek pilota sygnały Morse’a. W sygnalizatorze świetlnym
w chwili przelotu nad markerem zewnętrznym zapala się lampka purpurowa, markerem
środkowym – bursztynowa, wewnętrznym – biała.
Pomocny przy lądowaniu jest również radar precyzyjnego podejścia (Precision
Approach Radar – PAR). Anteny radaru precyzyjnego podejścia emitują wiązki:
pionową o wysokości 1,5o i szerokości 0,6o przeszukując w płaszczyźnie pionowej
sektor 7o o osi pokrywającej się ze ścieżką schodzenia. Każda wiązka przeszukuje swój
sektor cztery razy na sekundę. Ekrany wskaźników PAR dają kontrolerowi ruchu
lotniczego na wieży obraz schodzącego samolotu w planie i w pionie. W ten sposób
kontroler może określić, czy samolot jest na ścieżce schodzenia i na prawidłowym
kierunku oraz przekazać pilotowi przez radio polecenie korekty lotu. System PAR
przejmuje samolot w odległości 8-24 km w zależności od warunków
meteorologicznych i rozmiarów samolotu.
146
Obserwację większej przestrzeni powietrznej do 100 km zapewnia radar kontroli rejonu
lotniczego (ASR – Airport Surveillance Radar). Na ekranie, o promieniu
odpowiadającym w skali zasięgowi radaru, może być naniesiona mapa terenu,
ułatwiająca kontrolerowi wyznaczenie pozycji i kierunku ruchu samolotów.
Pomoce wzrokowe można podzielić na:
- bierne
- czynne
Pomoce bierne są to oznaczenia, przeważnie malowane, natomiast pomoce czynne
to wszelkiego rodzaju światła.
Pasy startowe są oznaczane między innymi tzw. znakiem tożsamości – dwucyfrowym,
zgodnie z ich geograficznym kierunkiem. Pas skierowany na południe (kierunek 180o)
ma oznaczenie na swoim początku „18”. Skierowany na północ (kierunek 360o) jest
oznaczony na początku jako „36”. Pas skierowany na północny zachód (kierunek 320o)
jest oznaczony liczbą „32”. Po przeciwnej stronie pas ten ma oznaczenie 14 dla
przeciwnego kierunku. Równoległe pasy są oznaczane jako np. 22R i 22L – po prawej
i lewej stronie patrząc z oznaczonego kierunku.
4.1.1. OKREŚLENIE DŁUGOŚCI DROGI STARTOWEJ
W celu zaprojektowania długości drogi startowej, korzysta się z nomogramów,
określających wymagania danego samolotu projektowego, który się charakteryzuje
największymi wymaganiami co do długości startu i lądowania spośród
przewidywanych do eksploatacji typów samolotów na projektowanym lotnisku.
Nomogramy te są opracowane przez producentów samolotów. Niezbędne są również
tablice osiągów danego samolotu przy lądowaniu i starcie, w celu określenia
maksymalnej dopuszczalnej masy w zależności od temperatury, wysokości lotniska
i wychylenia klap.
Śnieg, topniejący śnieg, lód lub woda na nawierzchniach drogi startowej zwiększają
długość wymaganą do startu i lądowania. Według FAA zwiększa się o około 7,5 %
projektowaną długość DS do lądowania dla samolotów turboodrzutowych,
gdy nawierzchnia jest mokra lub śliska. Nie jest wymagane zwiększenie długości
w przypadku samolotów tłokowych i turbośmigłowych [2].
Określona z nomogramów długość drogi startowej wymagana dla startu jest równa:
- w przypadku dużych samolotów większej z dwu wartości: długości startu
samolotu lub długości przerwanego startu (z hamowaniem)
147
- w przypadku małych samolotów o max. masie startowej <= 5670kg – długości
startu samolotu.
Określona z nomogramów długość drogi startowej wymagana dla lądowania jest
równa:
- w przypadku dużych samolotów długości lądowania samolotu podzielonej przez
0,6,
- w przypadku małych samolotów o max. masie startowej <= 5670kg – długości
lądowania samolotu.
Przy korzystaniu z nomogramów, do określenia długości drogi startowej, potrzebne są
następujące dane:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
wybrany typ krytycznego samolotu, który będzie korzystał z DS,
wartość temperatury projektowej,
wysokość lotniska nad poziom morza,
masa startowa lub długość rejsu do lotniska przeznaczenia,
maksymalna masa do lądowania,
wskaźnik spadku drogi startowej.
Wskaźnik spadku drogi startowej i jest wyrażony zależnością [2]:
i=
H max − H min
⋅ 100%
LDS
(4.1)
gdzie:
Hmax – najwyższy punkt niwelety podłużnej drogi startowej
Hmin - najniższy punkt niwelety podłużnej drogi startowej
LDS – długość drogi startowej.
Na każdy tak wyliczony 1% spadku drogi startowej zwiększa się jej długość o:
- 20% dla samolotów tłokowych i turbośmigłowych
- 10% dla samolotów turboodrzutowych [13].
W przypadku nawierzchni nieutwardzonej – darniowej, obliczoną długość DS należy
zwiększyć o 20%, ze względu na większe opory ruchu przy starcie, zwłaszcza
w okresach wiosennych przy dużym nawilgoceniu gruntu. Należy również przewidzieć
czołowe pasy bezpieczeństwa po 60 m długości z każdej strony DS. Szerokość pasa
startowego o nawierzchni darniowej to 400 m, szerokość drogi startowej – 100 m.
148
4.1.2. OKREŚLENIE SZEROKOŚCI DROGI STARTOWEJ
Szerokość drogi startowej zależy od cyfry i litery kodu referencyjnego – ustalonego
przez Międzynarodową Organizację Lotnictwa Cywilnego (ICAO). Najnowsza wersja
kodu z 1983 r. zawiera dwa elementy: cyfry i litery
Element pierwszy (cyfra) dotyczy osiągów samolotu określonych tzw. długością
referencyjną startu samolotu
Element drugi (litery) odnosi się do wymiarów samolotu, a mianowicie do rozpiętości
skrzydeł i odległości pomiędzy zewnętrznymi krawędziami opon skrajnych kół
głównego podwozia. W tablicy 4.1. podano cyfry i litery kodu referencyjnego
– ustalonego przez Międzynarodową Organizację Lotnictwa Cywilnego (ICAO) wg [2].
Tab. 4.1. Cyfry i litery kodu referencyjnego – ustalony przez Międzynarodową Organizację Lotnictwa
Cywilnego (ICAO) [2]
Pierwszy element kodu
Drugi element kodu
rozpiętość
skrzydeł Y [m]
odległość pomiędzy zewnętrznymi
krawędziami opon skrajnych kół
głównego podwozia U [m]
referencyjna długość
startu samolotu D [m]
litera
kodu
1
D < 800
A
Y <15
2
800 ≤ D < 1200
B
15 ≤ Y <24
4,5 ≤ U <6,0
3
1200 ≤ D < 1800
C
24 ≤ Y <36
6,0 ≤ U <9,0
4
1800 ≤ D
D
36 ≤ Y <52
9,0 ≤ U < 14,0
E
52 ≤ Y <65
9,0 ≤ U < 14,0
cyfra kodu
U < 4,5
Dla przyjętego kody referencyjnego dobieramy minimalną szerokość drogi startowej
z tabeli 4.2 [2].
Tab. 4.2. Minimalne szerokości drogi startowej zalecane przez ICAO, w metrach [2]
Litera kodu
Cyfra kodu
A
B
C
D
E
1
18
18
23
-
-
2
23
23
30
-
-
3
30
30
30
45
-
4
-
-
45
45
45
Uwaga: drogi startowe z podejściem precyzyjnym o cyfrach kodu 1 lub 2 muszą mieć szerokość nie mniejszą
niż 30m.
149
Droga startowa jest usytuowana wewnątrz pasa drogi startowej. Szerokość pasa drogi
startowej zależy od cyfry kodu referencyjnego i od typu drogi startowej (przyrządowa
lub nie przyrządowa). Zalecane przez ICAO minimalne szerokości pasów startowych
przedstawiono na rysunku 4.4. wg [2]. Pokazano dodatkowo zalecane minimalne
szerokości wyrównania pasa (linie przerywane).
Pas drogi startowej powinien rozciągać się przed progiem DS i poza jej końcem
na odległość co najmniej:
- 60 m, jeżeli cyfrą kodu jest 2, 3 lub 4;
- 60 m przy cyfrze kodu 1 i DS. przyrządowej
- 30 m przy cyfrze kodu 1 i DS. nie przyrządowej.
Rys. 4.4. Minimalne szerokości pasów dróg startowych [2]
W przypadku, gdy cyfrą kodu jest 3 lub 4 oraz przy cyfrach kodu 1 i 2 i także drodze
przyrządowej obowiązują dodatkowo tzw. zabezpieczenia końca drogi startowej
(RESA). Symetrycznie rozmieszczony RESA rozpoczynają się od końca pasa drogi
startowej i powinny mieć co najmniej 90m długości. Minimalna szerokość obszaru
RESA jest równa dwukrotności szerokości drogi startowej.
150
4.2. LOTNISKA ŚMIGŁOWCOWE
W celu zapewnienia bezpiecznego wykonywania operacji lotniczych śmigłowcom
należy pojazdom tym podać kierunek wiatru i pas do startu oraz lądowania. Obiekty
i urządzenia lotnisk śmigłowcowych powinny być tak zaprojektowane pod względem
geometrycznym, konstrukcyjnym i bezpieczeństwa, aby spełniały wszystkie
wymagania, jakie stawiają im śmigłowce przewidziane do eksploatacji na danym
lotnisku [7]. Z każdego lotniska śmigłowcowego powinno w zasadzie korzystać kilka
typów śmigłowców o różnej charakterystyce technicznej. W zależności od zestawu tych
typów, jeden z nich stawia w projektowaniu najostrzejsze warunki. W takim przypadku
w projektowaniu obiektów i urządzeń lotniska uwzględnia się graniczne wymagania dla
typu krytycznego. Konieczna jest szczegółowa znajomość cech użytkowych i dane
techniczne wszystkich śmigłowców przewidzianych do eksploatacji i obsługi na danym
lotnisku.
Lotnisko śmigłowcowe stanowi trwałą inwestycję. Z tego powodu na decyzję o jego
lokalizacji wpływa wiele czynników- urbanistyczne, eksploatacyjne, meteorologiczne,
terenowe. Decyzja o lokalizacji lotniska musi być poprzedzona wnikliwą analizą
wszystkich czynników.
4.2.1. KLASYFIKACJA LOTNISK ŚMIGŁOWCOWYCH
Wyróżnia się trzy klasy lotnisk dla śmigłowców [15]:
1. Klasa I – lotniska śmigłowcowe prywatne (osobiste) są zwykle własnością
pojedynczej osoby (firmy)
2. Klasa II – lotniska śmigłowcowe publiczne (małe) są traktowane również jako
lotniska prywatne, zapewniające usługi publiczne. Na ogół są one zlokalizowane
w pobliżu zaplecza medycznego lub szpitalnej pomocy doraźnej.
3. Klasa III – lotniska śmigłowcowe użytku publicznego (duże transportowe)
będące własnością publiczną, chociaż również mogą być własnością prywatną.
Jeżeli są własnością publiczną, może z nich korzystać każdy pilot posiadający
licencję na wykonywanie lotów śmigłowcowych [7].
Istnieje również podział na podklasy A, B i C w zależności od wyposażenia
technicznego:
- podklasa A – minimalne wyposażenie techniczne bez budynków, hangarów,
stacji paliw itp.,
- podklasa B – ograniczone wyposażenie techniczne z budynkiem lecz bez
warsztatów i stacji paliw,
- podklasa C – pełne wyposażenie techniczne z budynkami, warsztatami,
hangarami i stacją paliw.
151
4.2.2. STREFY LOTNISK ŚMIGŁOWCOWYCH I ICH WYMIARY
W podręczniku [7] podano charakterystyki stref lądowisk śmigłowcowych. Strefa
FATO (Final Approach and Take Off Area) jest strefą końcowego podejścia i startu.
Natomiast strefa TLOF (Touch Down and Lift Area) stanowi strefę przyziemienia
i wzlotu i jest miejscem dotknięcia ziemi czyli centrum lądowiska. Jednej strefie FATO
może być przyporządkowana jedna lub więcej stref TLOF. Strefy TLOF mogą być
umieszczone w granicach lub poza granicami strefy FATO. W tabeli 4.3. podano
minimalne wymiary strefy FATO lotnisk śmigłowcowych wg [7].
Tab. 4.3. Minimalne wymiary strefy FATO lotnisk śmigłowcowych – długość i szerokość [7]
Podklasy – minimalne wymiary[m]
Lp.
Klasa lotniska
1
I
2
II
3
III
Promień
zakrzywionej
drogi startu
i lądowań R [m]
A
B
C
min. kąty między
ścieżkami starów
i lądowań
1,5 L
1,5 D
90
90o
220
90
o
220
1,5 L
1,5 L
2D
2D
120
90
o
123
460
D - całkowita długość śmigłowca [m]
L - długość płozy śmigłowca lub rozstaw osi podwozia
B- rozstaw głównego (tylnego) podwozia śmigłowca
RD- średnica głównego wirnika nośnego
Przy określaniu strefy FATO należy uwzględnić warunki miejscowe, tj.:
-
wysokość nad poziomem morza,
temperaturę i ciśnienie powietrza ,
wpływ kierunku i turbulencji wiatru,
przeważającą prędkość wiatru i promieniowanie wysokich temperatur z innych
urządzeń w pobliżu lądowiska
Wymiary strefy FATO przyjmuje się w zależności od klasy śmigłowców:
a) dla śmigłowców klasy 1 (wg klasyfikacji ICAO) : szerokość x >1,5D – na lądzie
oraz x >1,65D –na wodzie
b) dla śmigłowców klasy 2 i 3 strefa powinna mieć wymiary umożliwiające
wpisanie koła o średnicy x >1,5D-na lądzie; x >2,0D na wodzie.
Na platformach śmigłowcowych strefa powinna mieć wymiary umożliwiające wpisanie
koła o średnicy x >1,0D. Rysunek 4.5. ilustruje przykład typowego lotniska
śmigłowcowego na powierzchni ziemi [7].
152
6
7
8
11
9
1
10
2
H
3
5
4
12
Rys. 4.5. Przykład typowego lotniska śmigłowcowego na powierzchni ziemi [7]
1- powierzchnia strefy FATO (teren startu i lądowań), 2-bariera ochronna, 3-płyta lądowiska (strefa TLOF),
4-teren peryferyjny, 5-wskaźnik kierunku wiatru, 6-ścieżka podejścia i odlotu, 7-powierzchnia podejścia
do lądowania lub startu, 8-parking, 9-miejsce postojowe, 10-droga kołowania, 11-budynek administracyjny,
12-droga publiczna
Wokół granicy strefy FATO nie dopuszcza się żadnych ruchomych i nieruchomych
obiektów, z wyjątkiem obiektów na łamliwych podporach, nie wyżej niż 25cm.
Nachylenie płaszczyzny strefy FATO w dowolnym kierunku nie powinno przekraczać
3%.
Nawierzchnie stref FATO i TLOF powinny być [7]:
a) równe i szorstkie, uniemożliwiające poślizg śmigłowców i pasażerów, odporne
na oddziaływanie strumienia wirnika nośnego,
153
b) odpowiednio nośne, zapewniające wykonanie przerwanego startu przez
śmigłowce projektowe oraz gwarantujące przeniesienie obciążenia od personelu
i pasażerów, śniegu, towarów, urządzeń do tankowania paliwa i walki z pożarem.
W tabeli 4.4. przedstawiono minimalne odległości pomiędzy granicą strefy FATO
a krawędzią drogi kołowania lub drogi startowej dla samolotów [7]. Natomiast rysunek
4.6. ilustruje zalecane minimalne wymiary stref FATO oraz TLOF zależne od typu
śmigłowca projektowanego, dla lotniska na dachu budynku wg [7].
Tab. 4.4. Minimalne odległości pomiędzy granicą strefy FATO a krawędzią drogi kołowania lub drogi
startowej dla samolotów [7]:
Masa samolotu ,śmigłowca M [kg]
odległość minimalna [m]
M < 2720
60
2720 < M < 5760
120
5760 < M <100 000
180
M > 100 000
250
Rys. 4.6. Zalecane minimalne wymiary stref FATO oraz TLOF, zależne od typu śmigłowca projektowanego,
dla lotniska na dachu budynku [7]: a – ostateczne wymiary stref FATO wynoszące 1.6 D [m], b – strefa
lądowania i wzlotu TLOF bmin=2,0 * L lub 2,0 * B, c – strefa bezpieczeństwa, cmin = 0,33 średnicy wirnika. ,
warunkiem jest c > 3,0 m
154
Platformy lotniskowe projektowane są na obciążenie 1,5 masy śmigłowca
projektowego. Jeżeli powierzchnia strefy TLOF znajduje się na platformie
podwyższonej wyżej niż 0,75 m w stosunku do jego otoczenia, wtedy zamiast
ogrodzenia należy stosować siatkę ochronną, poziomą lub sztywną, ażurową półkę
bezpieczeństwa w pasie o szerokości 1,5 m na obrzeżu strefy TLOF. Konstrukcja ta nie
powinna sięgać więcej niż 0,05 m ponad powierzchnię TLOF. Na rysunku 4.7 podano
zalecane zależności w przypadku lądowiska z dwiema strefami FATO i TLOF [7].
Rys. 4.7. Zalecane zależności pomiędzy strefami FATO i TLOF [7]: a – szerokość strefy FATO ,a ≥1.5 D,
b – długość strefy FATO ,b ≥1.5 D + przewidziane powiększenie, c – długość i szerokość TLOF c ≥1.0
średnicy wirnika, d – odległość między krawędzią FATO a środkiem TLOF d ≥0.75 D,
e – strefa bezpieczeństwa e ≥0.33 średnicy wirnika lub e > 3m, f – zalecana minimalna odległość pomiędzy
krawędziami TLOF dla operacji w przeciwnych kierunkach, f ≥1.0 D
155
Długość strefy FATO powinna być powiększona w zależności od wysokości
nad poziomem morza, według następującej zależności przedstawiono na rysunku
4.8. [7].
Rys. 4.8. Wykres - powiększenie strefy FATO w zależności od poziomu lotniska
nad poziomem morza [7]
4.2.3. STREFA OSIADANIA I STARTU
Lotnisko śmigłowcowe użytku publicznego powinno mieć więcej niż jedną ścieżkę
podejścia i lądowania. Jedną z nich należy zaprojektować zgodnie z kierunkiem
dominujących wiatrów w tym obszarze. Ścieżki te mogą zakręcać, omijać różne obiekty
i miejsca wyjątkowo wrażliwe na hałas oraz wykorzystując przestrzeń powietrzną
nad powierzchniami publicznymi, np. autostradami, rzekami itp.
Strefa ochronna znajduje się pod strefą lądowania i startu, tj. 10,5 m nad
podwyższeniem lotniska śmigłowcowego aż do strefy FATO. Zarządzający lotniskiem
musi zarządzać lub przynajmniej kontrolować tę strefę. Kontrola taka powinna
obejmować możliwość usuwania obiektów , które są niezgodne z projektem budowy
i z bezpiecznym korzystaniem z lotniska śmigłowcowego, oraz zapobiegania wszelkim
działaniom, które mogłyby być przyczyną gromadzenia się ludzi [2, 7]. Strefę
ochronną, startu oraz toru lotu śmigłowca ilustruje rys. 4.9. [7].
156
Rys. 4.9. Strefa ochronna lotniska śmigłowcowego [7]
4.2.4. NAWIERZCHNIE LĄDOWISKA ŚMIGŁOWCOWEGO
Wyróżnia się następujące typy nawierzchni lądowisk śmigłowcowych [7]:
- darniowa, trawiasta
- betonowa
- płyty betonowe
Nawierzchnia asfaltowa nie jest zalecana, ponieważ w czasie poślizgu śmigłowca ulega
odkształceniu, co może spowodować wywrócenie śmigłowca [7].
Nawierzchnia z płyt betonowych powinna być równa i szorstka, zapewniająca
bezpieczeństwo pasażerom. Nawierzchnie z płyt betonowych powinny przenieść
obciążenia równe 1,5 max masy startowej śmigłowca.
Natomiast podwyższona strefa TLOF na dachu budynku powinna być wyniesiona
ponad poziom jakichkolwiek przeszkód i może mieć nawierzchnię [7]:
157
- drewnianą,
- metalową,
- z betonu cementowego
Nachylenie powierzchni powinno wynosić 0,5-2.0 %.
4.2.5. TORY (STREFY) KOŁOWANIA I DROGI KOŁOWANIA
Tor kołowania jest to wolna od wszelkich obiektów prawostronna droga łącząca strefę
FATO z obszarem do parkowania. Droga kołowania to utwardzona powierzchnia
znajdująca się zwykle w środku osi kołowania, używana przez śmigłowce wyposażone
w koła do manewrów naziemnych. Szerokość wybrukowanej drogi kołowania powinna
wynosić co najmniej 2B śmigłowca projektowego.
Tory kołowania i drogi kołowania powinny zapewnić wolną przestrzeń – odległość
minimalną pomiędzy śmigłem ogonowym a zaparkowanymi śmigłowcami lub innymi
obiektami. W przypadku gdy śmigłowiec „kołuje w powietrzu”, ta odległość powinna
wynosić 6 m, a gdy wykonuje kołowanie naziemne – 3,0 m.
Nieutwardzona część torów kołowania powinna mieć nawierzchnie darniowe lub inne
nawierzchnie zabezpieczające przed unoszeniem się brudu, odłamków kamieni
w czasie kołowania śmigłowca. Drogi kołowania mogą mieć nawierzchnię z asfaltu,
z betonu cementowego lub z innego trwałego materiału. Utwardzona droga kołowania
powinna mieć nośność maksymalnej masy śmigłowca w każdych warunkach
pogodowych.
Nachylenie drogi kołowania w profilu podłużnym nie powinno przekraczać 2%,
a nachylenie poprzeczne nie powinno być mniejsze niż 0.5% i nie większe niż 2% [7].
Przykłady dróg kołowania, w przypadku toru nieutwardzonego i utwardzonego podano
na rysunku 4.10. [7].
158
Rys 4.10. Przykład drogi kołowania w przypadku toru a) nieutwardzonego b) utwardzonego A – oznacznik
drogi kołowania, B – żółta linia środkowa, C – żółta podwójna linia krawędziowa, X – podwójna szerokość
podwozia śmigłowca = 2B [7]
Drogi kołowania dla śmigłowców powinny być odporne na oddziaływanie strumienia
wirnika nośnego i przystosowane do wykonywania lądowań awaryjnych.
159
Tabela 4.5. przedstawia minimalne szerokości dróg kołowania dla śmigłowców wg [8].
Tab. 4.5. Minimalne szerokości dróg kołowania dla śmigłowców [8]
Rozpiętość głównego podwozia
śmigłowca B [m]
Szerokość naziemnej drogi
kołowania [m]
B<4,5
7,5
4,5 < B < 6,0
10.5
6,0 < B <10,0
15,0
B > 10,0
20,0
Nachylenie podłużne naziemnej drogi kołowania nie powinno przekraczać 3%,
a spadek poprzeczny 2%. Droga ta powinna mieć pasy bezpieczeństwa, rozmieszczone
symetrycznie po bokach o szerokości >= 0,5 średnicy wirnika, jak również musi
przenieść obciążenie od śmigłowców oraz przeciwstawić się oddziaływaniu strumienia
śmigła nośnego.
4.2.6. PARKOWANIE ŚMIGŁOWCA
Lotnisko śmigłowcowe użytku publicznego, jeżeli nie jest przeznaczone wyłącznie
do lądowania i startu, powinno mieć obszar zaprojektowany z myślą o parkowaniu
śmigłowców. Wielkość tego obszaru zależy od liczby przewidywanych śmigłowców.
Odległość między śmigłowcem płozowym a innym śmigłowcem lub obiektem powinna
wynosić co najmniej 0.33 RD (średnicy wirnika), ale nie mniej niż 3,0 m i co najmniej
3,0 m dla śmigłowca kołowego. Odległość mierzy się pomiędzy dowolną częścią
danego śmigłowca a obiektem lub inny śmigłowcem. Odległość tylnego wirnika
śmigłowca może okazać się krytyczna, gdy śmigłowiec obraca się w obrębie pozycji
parkowania. Pojedyncze stanowiska do parkowania powinny mieć zarówno długość,
jak i szerokość równą 1,5 L lub 1,5 B.
Lokalizacja zbiorników paliwa powinna być przewidziana tak, aby zminimalizować
prawdopodobieństwo kolizji śmigłowców z urządzeniami do wydawania paliwa.
Obszar ten należy oświetlić szczególnie wtedy gdy przewiduje się nocne wydawanie
paliwa.
Urządzenia do kotwienia śmigłowców, w celu zabezpieczenia przed silnym wiatrem,
można instalować w celu zapewnienia zaparkowania większej liczby śmigłowców,
zarówno do bazowania stałego jak i przelatujących [3,7].
160
Wymagania techniczne dla płaszczyzn postojowych dla śmigłowców [3, 7]:
a) pochylenie w dowolnym kierunku nie powinno przekraczać 2%,
b) dopuszczalna minimalna odległość pomiędzy śmigłowcami na stanowiskach
postojowych powinna być równa co najmniej 0,5 średnicy wirnika.
c) stanowisko postoju powinno mieć wymiary umożliwiające wpisanie koła
o średnicy równej średnicy wirnika.
4.3. NAWIERZCHNIE LOTNISK I LĄDOWISK
4.3.1. UWAGI OGÓLNE
Podstawowym rodzajem nawierzchni stosowanych obecnie na lotniskach są
nawierzchnie sztuczne z betonu cementowego i betonu asfaltowego. Z uwagi na wyższą
trwałość w różnych warunkach eksploatacyjnych nawierzchnie betonowe są jednak
częściej spotykane. Jednak mimo wielu zalet tworzywa betonowego, doświadczenia
z eksploatacji nawierzchni betonowych wykazały zachodzące zjawiska przedwczesnych
uszkodzeń w postaci: złuszczeń powierzchniowych, spękań poszczególnych płyt
o różnym przebiegu, intensywności i wykruszenia się poszczególnych ziaren kruszywa
lub odspojonych fragmentów naroży czy krawędzi [1,9]. W przypadku eksploatowania
samolotów z napędem śmigłowym, uszkodzenia te nie były groźne dla statków
powietrznych. Stan techniczny nawierzchni nabrał decydującego znaczenia, gdy
do eksploatacji zaczęto wprowadzać statki powietrzne o napędzie odrzutowym
i turbinowym. W przypadku tych napędów istnieje duże prawdopodobieństwo zassania
z nawierzchni luźno związanych przedmiotów leżących na niej, co może prowadzić
do uszkodzenia silników [1].
4.3.2. WARUNKI GRUNTOWO - WODNE I ICH ZNACZENIE W PROCESIE BUDOWY
I UTRZYMANIA NAWIERZCHNI
Przy projektowaniu naziemnego pola manewrowego dla ruchu samolotów należy
zbadać teren przyszłego lotniska i ustalić jego przydatność i warunki miejscowe
wpływające na zasady eksploatacji. Decydujące znaczenie mają tutaj względy
inżynierskie i geologiczne [1,9].
Rozpoznanie warunków gruntowo wodnych dla obiektów lotniskowych wchodzi
w skład podstawowych kryteriów do lokalizacji danego obiektu w proponowanym
terenie. Dlatego konieczne jest precyzyjne scharakteryzowanie tych warunków.
W zakres omawianych badań wchodzą:
161
a) dla wód:
- określenie poziomu wód gruntowych,
- oszacowanie zmian poziomu wód w zależności od pory roku i poziomu wód
w najbliższych zbiornikach lub akwenach otwartych,
- rozpoznanie kierunku i prędkości przepływów,
- określenie wartości ciśnienia hydrostatycznego,
- określenie stopnia agresywności wód;
b) dla gruntów:
- określenie ich struktury, rodzaju i składu granulometrycznego,
- oznaczenie cech fizycznych gruntów, między innymi wilgotności w, ciężaru
właściwego γ, gęstości pozornej γo, porowatości n i innych cech dla
odpowiednich ich rodzajów, stanów zagęszczenia, cech wytrzymałościowych.
Ogólnie mówiąc chodzi o to, aby dla danego rodzaju gruntu uzyskać możliwie
wysoką nośność, co można osiągnąć poprzez stosowanie dodatkowych zabiegów
technicznych lub zmianę struktury gruntu. W rezultacie dąży się do tego
by zminimalizować osiadanie gruntu pod obciążeniem, pozbawiając go
skłonności do wysadzin. Wszystkie te cechy muszą być analizowane łącznie
[14].
4.3.3. PODŁOŻA NAWIERZCHNI LOTNISKOWYCH
Podłożem nazywamy grunt naturalny lub ulepszany, znajdujący się bezpośrednio
pod płytami nawierzchni i podbudową, który przejmuje od nich obciążenie i w oparciu
o właściwości fizyko-mechaniczne kompensuje to oddziaływanie w swojej strukturze.
Wymagania dotyczące jakości podłoża to przede wszystkim zabezpieczenie podłoża
przed nadmiernym zawilgoceniem i ochrona przed ujemnymi skutkami przemarzania
oraz wyeliminowanie cech wysadzinowości. Wymagania dotyczące podłoży
sformułowano w PN-S-96015:975 Drogowe i lotniskowe nawierzchnie z betonu
cementowego [18] oraz PrN-V-83002 Lotniskowe nawierzchnie z betonu cementowego.
Wymagania ogólne i zasady badań [20].
Zgodnie z ustaleniami tych norm wymaga się:
- odpowiedniego zagęszczenia podłoża i tak w jego górnej warstwie do głębokości
20 cm – co najmniej 103% zagęszczenia według normowej metody Proctora,
a w warstwie niższej do głębokości 50 cm – co najmniej 100% zagęszczenia
według tej metody,
- doziarnienia w miarę potrzeby piasków o mało zróżnicowanym składzie
granulometrycznym [20].
162
W wielu przypadkach konieczne staje się obniżenie poziomu wód gruntowych,
co można uzyskać poprzez wykonanie drenażu podłoża. Przepisy niemieckie wymagają
ułożenia warstwy mrozoodpornej na gruntach wysadzinowych, której grubość wynosi
od 50 do 70 cm, w zależności od sposobu odwodnienia podłoża. Warstwę
mrozoodporną wykonuje się z pospółki o szerokich granicach uziarnienia lub kruszywa
łamanego. Wskaźnik równomierności uziarnienia dla tego kruszywa (d60/d10) powinien
być większy niż 7, moduł odkształcenia zaś większy niż 100 MPa [1].
Ponieważ podłoże stanowi osnowę dla konstrukcji nawierzchni dla ciężkiego ruchu,
jakim jest ruch lotniskowy, dodatkowo wymaga się by podłoże gruntowe
charakteryzowało się [20]:
- zawartością cząstek przechodzących przez sito o oczkach 0,074 mm, która jest
mniejsza niż 35%
- wskaźnikiem plastyczności mniejszym niż 6,
- granicą płynności gruntu mniejszą niż 25,
- uziarnienie poszczególnych frakcji, umożliwiające na jego dobre zagęszczenie.
4.3.4. PODBUDOWY NAWIERZCHNI LOTNISKOWYCH
W celu pełnego wykorzystania walorów wytrzymałościowych nawierzchni lotniskowej,
niezależnie od konstrukcyjnego charakteru jej pracy tj. nawierzchnie sztywne lub
podatne, układa się je na wcześniej przygotowanej podbudowie. Podbudową jest
warstwa nawierzchni znajdująca się pod płytami betonowymi lub nawierzchnią
bitumiczną, jako warstwa pośrednia między podłożem gruntowym a warstwą
konstrukcyjną nawierzchni, po której odbywa się ruch. Często podłoże i podbudowę
traktuje się łącznie, gdyż zdarza się, że nawierzchnia betonowa może być układana
bezpośrednio na podłożu. Wariant ten, może mieć miejsce tylko przy ruchu lekkim,
co przy nawierzchniach lotniskowych właściwie nie znajduje zastosowania. Zadaniem
podbudowy jest:
- przejęcie obciążeń przekazywanych przez nawierzchnię, po której poruszają się
statki powietrzne i przekazanie ich na podłoże w sposób nie powodujący jego
uszkodzenia,
- wykonanie równej podbudowy w miarę potrzeby z warstwą poślizgową, która
zapewni swobodny ruch płyt związany ze zmianą ich wymiarów liniowych,
- stworzenie jednorodnego, o odpowiedniej nośności podparcia płyt na całej ich
powierzchni,
- zwiększenie nośności nawierzchni betonowej,
- zapobieganie zjawisku pionowego przemieszczania się krawędzi poszczególnych
płyt względem siebie (tzw. klawiszowanie płyt) oraz zjawisku przepływu cieczy
w poziomie między płytami nawierzchni i podłoża, które jest powodowane przez
ruch kołowy, powstrzymując tzw. pompowania nawierzchni,
- zapobieganie zjawiskom wysadzin i przełomów nawierzchni,
- utrudnienie infiltracji wód opadowych do niżej leżących
konstrukcyjnych. [11].
163
warstw
4.3.5. PODBUDOWY Z GRUNTÓW STABILIZOWANYCH CEMENTEM
Rozwiązania te są powszechnie stosowane w krajach zachodniej Europy. W Belgii
od omawianych podbudów wymaga się wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach
w zakresie od 3 do 12 MPa. W Holandii wymaga się, by 28 dniowa wytrzymałość
gruntu stabilizowanego cementem wynosiła nie mniej niż 5 MPa, zaś po 90 dniach nie
mniej niż 7,5 MPa. W Hiszpanii natomiast wymaga się, by 7 dniowa wytrzymałość
na ściskanie była nie mniejsza niż 2,0 MPa [1]. Stabilizacja gruntu cementem jest
uważana za mieszankę cementu z: kruszywem naturalnym (piaskiem, pospółką,
żwirem), kruszywem łamanym – najczęściej o nieciągłej krzywej uziarnienia,
kruszywem z łupka palonego. Zalecana się by uziarnienie tych materiałów odpowiadało
danym zawartym w tabeli 4.6. [18]
Tab. 4.6. Zalecane uziarnienie kruszyw na podbudowę [18]
Wymiar oczek w sitach
jednostka miary
100
50,0
95
37,5
20,0
Maksymalna procentowa liczba ziaren
przechodzących przez sito
mm
45
10,0
35
5,0
25
600
300
75
8
µm
5
0
Grunt użyty do wykonania tej stabilizacji po wymieszaniu z cementem, ułożeniu
i zagęszczeniu powinien mieć zamkniętą powierzchnię warstwy układanej na podłożu.
Warstwa ta powinna cechować się możliwie dużą jednorodnością. Grunty
stabilizowane cementem nie powinny zawierać więcej niż 0,25% SO3 (siarczków)
w stosunku do całej masy gruntu. Wytrzymałość uzyskiwana na próbkach walcowych
o stosunku wysokości do średnicy 2:1, po siedmiu dniach twardnienia powinna wynosić
nie mniej niż 2,8 MPa [9,11].
Wzmocnienie gruntu cementem polega na zmieszaniu odpowiednio przygotowanej
masy gruntowej z określoną laboratoryjnie ilością cementu i wody oraz na
odpowiednim zagęszczeniu tych składników w warunkach optymalnej wilgotności.
164
Wymagania techniczne dla tej warstwy określa się następująco: pożądana grubość
warstwy przy mieszaniu składników prostym sprzętem rolniczym powinna wynosić
od 12 do 15 cm, przy mieszaniu sprzętem specjalnym np. frezy gruntowe, mieszarki
od 15 do 18 cm; jeśli miesza się składniki w stacjonarnych mieszarkach i układa
otrzymaną mieszankę na miejscu przeznaczenia, grubość warstwy powinna wynosić
około 22cm [1].
Wytrzymałość na ściskanie gruntu wzmocnionego cementem powinna wynosić
po 3 dniach, dla podbudowy pod właściwą warstwę jezdną, od 6,0 do 8,0 MPa; dla
samodzielnej warstwy jezdnej 12,0 MPa.
W odniesieniu do składników gruntowych podbudowy wzmocnionej cementem
formułuje się jeszcze dodatkowo następujące wymagania [9, 11]:
- granica płynności gruntu – mniejsza niż 35%,
- wskaźnik plastyczności gruntu mniejszy niż 9%,
- zawartość części organicznych – nie więcej niż 2 w stosunku wagowym.
Wzmocnienie gruntu cementami należy wykonywać przy optymalnej wilgotności, która
zwykle zawiera się między 8 a 14%. W przypadku zmiennych warunków
atmosferycznych, wilgotność naturalna powinna być stale kontrolowana. Orientacyjnie
przyjmuje się, że całkowita ilość wody potrzebna do wykonania 1m2 wzmocnienia
gruntu dla grubości 15 cm wynosi 23-48 litrów. Wskaźnik zagęszczenia masy
gruntowo-cementowej powinien wynosić około 98% w stosunku do maksymalnego
ciężaru objętościowego szkieletu gruntowego. W podbudowach z gruntu
stabilizowanego cementem zaleca się stosowanie szczelin rozszerzania w odległościach
do 40 do 50 m [9,11].
4.3.6. PODBUDOWY Z KRUSZYWA
Kruszywo przeznaczone na podbudowę jest narażone na przenikanie do niego drobnych
cząstek, co w konsekwencji może powodować jej zamulenie. Dlatego wprowadzono
do ich stosowania pewne ograniczenia:
1- wymiar ziaren, które stanowią 15% pospółki, powinien być 5-krotnie większy
niż wymiar ziaren, które stanowią 15% gruntu podłoża,
2- wymiar oczka sita, przez które przechodzi 15% pospółki powinien być mniejszy
niż pięcio-krotność wymiaru oczka sita, przez które przechodzi 50% gruntu
podłoża,
3- wymiar oczka sita, przez które przechodzi 50% pospółki powinien być mniejszy
niż 25-krotność wymiaru oczka sita, przez które przechodzi 50% gruntu podłoża,
4- wskaźnik niejednorodności pospółki (d60/d10) powinien być mniejszy niż 20.
165
Ograniczenia te zapewniają właściwą przepuszczalność pospółki z drugiej zaś strony
jej mniejszą wrażliwość na zamulone podłoże. według przepisów brytyjskich
przewiduje się możliwość stosowania na podbudowy dwóch rodzajów kruszywa, różnią
się one uziarnieniem i plastycznością [10].
Pierwszy rodzaj kruszywa obejmuje kruszywa skalne łamane, kruszywa z żużla
wielkopiecowego, przekruszony beton, wypalane łupki ilaste. Odpowiednie są te ziarna,
które przechodzą przez sito 425 µm i nie mogą wykazywać oznak plastyczności.
Kruszywo drugiego rodzaju obejmuje: żwiry, pospółki, piaski, kruszywa skalne łamane,
kruszywa z żużli wielkopiecowych. Wprowadzono ograniczenie, by kruszywa,
szczególnie z żużli wielkopiecowych i łupków wypalanych, które przeznacza
się na warstwę podbudowy pod nawierzchnie betonowe, nie zawierały siarczków SO3
więcej niż 2,5 g na jeden litr [1].
4.3.7. PODBUDOWY Z KRUSZYWA ULEPSZONEGO CEMENTEM
Ten rodzaj podbudowy stosuje się najczęściej we Francji. Znany pod nazwą
grave-ciment. Kruszywo przeznaczone do wbudowania musi być przesiane i częściowo
przekruszone. Uziarnienie kruszywa powinno być ciągłe. Wskaźnik piaskowy
kruszywa większy niż 40. Ilość ziaren łamanych zależy od rodzaju ruchu: przy
stosunkowo lekkim ruchu może to być pospółka naturalna, przy ciężkim i intensywnym
ruchu kruszywo powinno być w całości łamane. Dodatek cementu wynosi zwykle
około 3,5%. Stosuje się często środki opóźniające wiązanie około 4% w stosunku
do masy cementu.
Podbudowy z kruszywa ulepszonego cementem mają następujące zalety:
- nie wykazują pęknięć skurczowych,
- wykazują dużą stabilność wyników wytrzymałości przez cały rok [14].
4.3.8. PODBUDOWY Z CHUDEGO BETONU
Podbudowy z chudego betonu są szczególnie zalecane podczas budowy nawierzchni
lotniskowych na których dominuje głównie ruch ciężki. Przy takiej podbudowie istnieje
pewne prawdopodobieństwo przenoszenia się pęknięć podbudowy na płyty
nawierzchni.
W celu przeciwdziałania tym niepożądanym zjawiskom zaleca się [10]:
- ograniczenie stosowania zbyt grubych podbudów, które są podatne na spękania
skurczowe,
166
- wykonanie podbudowy znacznie wyprzedzając w czasie wykonanie płyt
nawierzchni,
- wykonanie możliwie równej i gładkiej podbudowy,
- utrzymanie reżimu wykonania szczelin skurczowych w betonie
nawierzchniowym, w tym celu należy stosować dodatkową warstwę tj. warstwę
poślizgową,
- wykonanie szczelin poprzecznych we właściwej nawierzchni jako
pokrywających się szczelinami podbudowy lub przesunięcie ich na tyle znaczące,
by nie było samoistnego odwzorowania się szczelin z podbudowy,
- dylatowanie podbudowy z chudego betonu.
Podbudowy z chudego betonu są podatne na uszkodzenia. Należą do nich: tworzenie się
kawern, występowanie zjawisk erozyjnych na jej powierzchni, obłamywanie krawędzi,
rozluźnienie struktury warstwy na skutek wymycia spoiwa. Dlatego zaleca się
stosowanie tego rodzaju podbudowy dla ruchu średniego tj. na nawierzchnie, gdzie ruch
samolotów jest stosunkowo niewielki. Przepisy wykonawcze wielu krajów wymagają
by: wytrzymałość chudego betonu po 28 dniach dojrzewania wynosiła od 10 do 20
MPa, po 7 dniach od 7 do 14 MPa. Przepisy francuskie wytrzymałość tę określają
nawet do 40 MPa przy ilości cementu marki 32,5 lub 42,5 do ok. 106 kg/m3. W Polsce
podstawową normą w tym zakresie jest BN-70/8933-03, określa się w niej,
że wytrzymałość chudego betonu po 28 dniach twardnienia może wynosić od 6 do 9
MPa.
We wszystkich krajach stosujących ten rodzaj podbudowy wymaga się by kruszywo
było równomiernie stopniowane, a jego uziarnienie nie przekraczało 20mm.
Normy zalecają również uzyskanie odpowiedniej urabialności mieszanki. Uzyskuje się
to przez przejście przez sito 425 µm części drobnych (cementu, drobnego piasku, pyłów
lotnych) w ilości nie większej niż 300kg [1,10]. Przykładowy skład betonów chudych
podano w tabeli 4.7. wg [10].
Tab. 4.7. Przykładowy skład betonów chudych [10]
Składnik chudego betonu
Jednostka
Skład roboczy nr 1
Skład roboczy nr 2
305
545
655
505
770
640
640
160
Kruszywo
0,0 - 2,5 mm
0,0 – 5,0 mm
5,0 – 20,0 mm
20,0 – 60,0 mm
kg
Cement 32,5lub 42,5
kg
160
Popioły lotne
kg
50
50
l
165
170
Plastyfikator w stosunku do wagi
cementu
%
0,5
0,5
Środek napowietrzający
%
0,15
0,075
Woda
167
W Polsce, w budownictwie lotniskowym nie stosowano do chudych betonów dodatków
i domieszek chemicznych, tylko cementy wysokich marek 42,5 CEM I oraz cementy
drogowe, w ilości około 100-120 kg/m3. Możliwe jest również stosowanie podbudów
z gruntów stabilizowanych wapnem. Zaleca się stosowanie ich tylko dla ruchu
lotniczego o średniej intensywności i ciężarach do 500 kN na goleń główną.
4.3.9. PODBUDOWY Z TWORZYW SZTUCZNYCH
Ten rodzaj podbudów wprowadzono do praktyki budownictwa w Niemczech. Do ich
wykonania stosuje się beton polistyrolowy, w skrócie EPS-Beton. W skład jego
wprowadza się granulki ze spienionego polistyrolu (EPS) .[1].
Orientacyjny skład betonu jest następujący:
-
1200 l granulatu EPS,
450 kg cementu klasy 32,5,
125 kg drobnego piasku,
170 l wody.
Gęstość objętościowa betonu polistyrolowego wynosi około 650 kg/m3. Grubość
podbudowy to 17-20cm, grubość nawierzchni żelbetowej na takiej podbudowie wynosi
16-22cm. Według doświadczeń niemieckich podbudowy z tworzywa sztucznego mają
nie tylko dostateczną nośność, ale zabezpieczają podłoże pod nawierzchnią przed
destrukcyjnym działaniem mrozu, zapobiegają całkowicie zjawisku pompowania
nawierzchni [1].
4.3.10. BETONOWE NAWIERZCHNIE LOTNISK
Betonową nawierzchnią lotniskową nazywamy tę część naziemnego pola wzlotów,
którą wykonano z użyciem tworzywa sztucznego jakim jest beton. Przeznaczeniem jej
jest przejęcie na siebie: ruchu, postoju i obsługi statków powietrznych. Zadaniem
nawierzchni jest bezpieczne przeniesienie wszelkiego rodzaju działających obciążeń
i rozłożenie ich na wszystkie warstwy układu konstrukcyjnego.
Budowa nawierzchni betonowej obejmuje takie czynności jak: wbudowanie mieszanki
betonowej, formowanie mieszanki, zagęszczanie, ostateczne wyrównanie powierzchni,
pielęgnacja, wykonanie szczelin skurczowych i szczelin rozszerzania. Nawierzchnie
te mają dużą odporność na warunki atmosferyczne i obciążenia ruchem [13].
168
4.3.11. BETONOWE NAWIERZCHNIE LOTNISKOWE UKŁADANE W SZALUNKACH
Metoda ta polega na wbudowaniu mieszanki betonowej między stałymi deskowaniami
lub prowadnicami, którą układa się ręcznie lub za pomocą maszyn przemieszczających
się po prowadnicach. Nawierzchnie lotniskowe z betonu muszą być tak budowane,
by charakteryzowały się: wysoką trwałością, odpowiednią nośnością i spełniały
warunki bezpieczeństwa ruchu lotniczego. Specyficznymi cechami betonowych
nawierzchni są [13]:
- wysoki współczynnik szczepności, przy jednoczesnej wysokiej równości
powierzchni,
- wysoka nośność,
- wrażliwość na zmiany temperatury,
- wrażliwość na zmianę cech fizykomechanicznych podłoża.
Każda nawierzchnia musi być układana na wcześniej przygotowanej podbudowie.
Rozróżnia się podbudowy wykonane dla potrzeb nowych nawierzchni i podbudowy
pod nawierzchnie modernizowane, którymi są zazwyczaj stare nawierzchnie dotychczas
eksploatowane. Roboty związane z ustawieniem prowadnic są decydujące dla
uzyskania pożądanego przekroju poprzecznego nawierzchni, dlatego muszą spełniać
następujące warunki [13]:
- muszą być tak zakotwione w podbudowie, by mogły zachować stateczność
pod parciem poziomych sił przekazywanych na prowadnice przez maszyny,
zagęszczony beton i przez przypadkowe uderzenia boczne sprzętu i innych.
- ich ciężar musi zapewniać możliwość łatwego montażu i demontażu oraz
transportu wzdłuż realizowanego fragmentu nawierzchni,
- połączenia poszczególnych elementów prowadnic powinny znajdować się na
stronie zewnętrznej i być łatwe w obsłudze,
- wysokości prowadnic powinny umożliwiać wykonanie nawierzchni o danej
wysokości.
Często pod prowadnice wykonuje się ławy betonowe. Prowadnice muszą być starannie
ustawione i ściśle dopasowane do wysokości niwelety nawierzchni, a ich stateczność
decyduje o regularności profilu podłużnego elementu nawierzchni. Ustawione
prowadnice wymagają próbnego obciążenia maszyną, która będzie poruszała
się po nich. Po próbnym obciążeniu należy sprawdzić ponownie niweletę prowadnic
i jeżeli odchylenia przekraczają normowo dopuszczalne odchylenia, należy skorygować
ich położenie [1,13].
Prowadnice można zdejmować nie wcześniej niż po upływie doby od momentu
zabetonowania nawierzchni. Decyduje tutaj jednak temperatura otoczenia, która
w czasie betonowania nie powinna być niższa niż +10oC. Roboty prowadzi się
cyklicznie tak, że jeden komplet prowadnic umożliwia wiązanie i początkowe
169
twardnienie betonu, drugi jest gotowy do przyjęcia betonu, trzeci zaś jest układany
i sprawdzany. Ten cykl czynności jest pracochłonny i trudny do zachowania koniecznej
ciągłości robót. Do zalet tego sposobu wykonania należą [13]:
- poszczególne zestawy maszyn cechują się prostotą i łatwością obsługi,
- metoda pozwala na realizację nawierzchni w technologii dwuwarstwowej,
- w przypadku konieczności stosowania dybli i kotew łatwo je ułożyć
przed maszynami układającymi beton i istnieje stosunkowo prosta możliwość
zagłębiania dybli i kotew w świeży beton bez konieczności stosowania podpórek
montażowych koniecznych przy innych metodach wykonania nawierzchni,
- uzyskuje się stosunkową równą powierzchnię – zgodną z założonym profilem
podłużnym i porzecznym nawierzchni.
Do wad tej metody należy zaliczyć [13]:
- układanie szalunków lub prowadnic ogranicza szybkość robót, w bilansie czasu
pracy około 55% czasu roboczego, przeznacza się na prace montażowe związane
z usuwaniem, korygowaniem i rozbiórką prowadnic lub szalunków,
- dla nawierzchni, które ze względów konstrukcyjnych muszą mieć różną
wysokość konieczne jest wykonanie zróżnicowanych szalunków lub posiadanie
prowadnic o różnych wysokościach.
Stosuje się również nowsze zestawy
bez konieczności stosowania prowadnic.
maszyn do betonowania nawierzchni
Ogólne wymagania dotyczące wbudowania mieszanki betonowej niezależnie
od metody realizacji robót można sformułować następująco: powierzchnia podbudowy,
na której układa się warstwę betonu, powinna mieć temperaturę co najmniej +5oC, przy
czym temperatura mieszanki betonowej po opróżnieniu mieszalnika wytwórni
lub środka transportowego nie powinna być niższa niż +10oC. Maksymalna
dopuszczalna temperatura mieszanki betonowej, zgromadzonej przed zespołem
układającym, nie powinna przekraczać +30oC. W przypadku nagrzania się podbudowy
do temperatury wyższej niż +25oC, przed ułożeniem na niej mieszanki betonowej
należy obniżyć temperaturę jej powierzchni. Celem takiego działania jest zapobieżenie
niepożądanym ubytkom wody zarobowej z mieszanki betonowej. Rezultat ten można
uzyskać przez dodanie do wody zarobowej np. kawałków lodu. W okresie realizacji
robót w wysokich temperaturach powyżej +30oC, betonowanie należy przerwać
i przesunąć prace na inną porę doby. Betonowanie w okresie jesienno zimowym
podlega również ograniczeniom. Jeżeli temperatura otoczenia o godz. 5 rano, jest
niższa lub równa - 4o C, betonowania nie należy prowadzić [13].
Zaleca się, aby realizowane prace związane z budową nawierzchni lotniskowych były
zakończone wraz z upływem września. Prowadzenie zasadniczych robót po tym
170
terminie, jeżeli warunki atmosferyczne odbiegają od przeciętnych, może wymagać
zastosowania innych metod ich realizacji, właściwych dla prowadzenia robót w okresie
zimowym np. ogrzanie składników betonu i ochrona cieplna wykonanych fragmentów
robót.
4.3.12. PRZYGOTOWANIE MIESZANKI BETONOWEJ
Przy budowie nawierzchni betonowej wykonywanej w szalunkach lub prowadnicach
ręcznie albo mechanicznie stosuje się często nawet trzy rodzaje mieszanek betonowych,
a mianowicie:
a- mieszanka betonowa do robót pomocniczych tj. do wyrównania warstwy
istniejącej podbudowy, poszerzenia jej lub w celu wykonania ław pod
prowadnice,
b- mieszanka betonowa przeznaczona do wykonania warstwy dolnej nawierzchni,
c- mieszanka betonowa przeznaczona do wykonania górnej warstwy nawierzchni.
Ten rodzaj nawierzchni może być realizowany jako dwuwarstwowy. Mieszanka
betonowa musi być przygotowana mechanicznie w wytwórniach stacjonarnych
lub na miejscu wbudowania w betoniarkach samojezdnych [17].
4.3.13. UKŁADANIE I ZAGĘSZCZANIE MIESZANKI BETONOWEJ
Od sposobu wykonania tej czynności zależą: ukształtowanie geometryczne
nawierzchni, odporność górnej warstwy na ruch, a głównie ścieralność tej warstwy,
udarność, odporność na penetrację wody i środków chemicznych w zimowej
eksploatacji nawierzchni. Prace te należy wykonywać przy użyciu sprzętu
mechanicznego.
Należy ograniczyć czas od zarobienia wszystkich składników wodą do momentu
ułożenia mieszanki w nawierzchni. Czas ten wynosi w normalnych warunkach
atmosferycznych do 1 godziny a w warunkach wysokich temperatur od 35 do 40 minut.
W zaleconych okresach należy mieszankę należy wytworzyć, dostarczyć na miejsce
wbudowania, ostatecznie uformować i ukształtować górną jej powierzchnię
w pożądany sposób bez widocznych raków i kawern. Dla nawierzchni wykonywanych
jako dwuwarstwowe, mieszankę betonową przeznaczoną na górną warstwę należy
ułożyć na dolnej warstwie nie później niż 40 minut od ułożenia warstwy dolnej. Należy
również mieć na uwadze ustalenie naddatku który jest konieczny do uzupełnień
wynikających ze zjawiska zagęszczania mieszanki, wynosi on zwykle około 10%
projektowanej warstwy. Należy kontrolować ustawienie wkładek dylatacyjnych
i elementów łączących w postaci dybli i kotew.
171
Zagęszczanie mieszanki przy układaniu betonu w prowadnicach lub szalunkach jest
wykorzystywane przy wykorzystaniu belek wibracyjnych. Wymuszone wibracje
wywoływane są zwykle w kierunku pionowym, tym samym oprócz wibrowania ma
miejsce również zjawisko ubijania betonu. Przerwy robocze powinny pokrywać się
z projektowanymi szczelinami rozszerzania. Czynności związane z nadaniem
odpowiednich pochyleń, faktury, która wpływa na uzyskanie odpowiedniego
współczynnika szczepności nawierzchni, czy skrapianie jej preparatem hydrofobowym,
wykonują specjalne maszyny. Nie stosuje się ręcznego zacierania ewentualnych
ubytków czy zgłębień [1,13]
4.3.14. WSPÓŁCZESNE METODY BUDOWY NAWIERZCHNI BETONOWYCH
– METODĄ ŚLIZGOWĄ
Współczesną metodą budowy nawierzchni, można nazwać przede wszystkim metodę
układania mieszanki betonowej w szalunku ślizgowym. Polega ona na tym,
że fragmenty nawierzchni są układane w miarę przesuwania się maszyny układającej,
zaopatrzonej z boków w krótki stalowy szalunek, stanowiący część zespołu roboczego
i przesuwający się wraz z nim. Często metodę ślizgową nazywa się metodą
bezszalunkową realizacji robót. Cechy charakterystyczne tej metody robót to [13]:
- wysokie wydajności, prawie dwukrotnie wyższe niż przy metodzie tradycyjnej,
w ciągu zmiany roboczej można uzyskać kilka tysięcy m2 ułożonej nawierzchni,
- zespół układający nawierzchnię zastępuje pracę kilku zespołów i urządzeń, które
dotychczas występowały w metodzie tradycyjnej,
- zespół układający jest bardziej mobilny, a czas przestoju przy zmianie kierunku
robót stosunkowo krótki i wynosi kilka godzin,
- zamontowanie linek prowadzących i sterujących zespołem układającym
nawierzchnię jest łatwiejsze i szybsze niż regulacja wysokościowa szalunków
i prowadnic
- efekt pracy uzyskuje się przy ograniczonej liczbie personelu wykonawczego,
- wykonywana nawierzchnia jest nawierzchnią jednowarstwową a zespół
wibratorów wgłębnych o regulowanym zakresie drgań od 8000 do 12000 Hz,
pozwala uzyskać beton starannie zagęszczony bez rozwarstwień i segregacji,
lepszy niż daje to metoda tradycyjna,
- istnieje możliwość układania warstw konstrukcyjnych o różnej grubości
(nawierzchnie o zmiennym przekroju),
- istnieje możliwość budowania nawierzchni o dużej grubości, powyżej 30 cm,
- istnieje możliwość wyposażenia podstawowego zespołu układającego
w dodatkowy osprzęt, który umożliwia jednoczesne układanie elementów
łączących (dybli) wraz z postępem maszyny.
Próby ewentualnego ręcznego zacierania górnej warstwy nawierzchni powodują
negatywne skutki, które wyrażają się ekstrakcją mleczka cementowego z nawierzchni
172
tzw. belading, osłabieniem struktury warstwy przypowierzchniowej i zjawisko
odspajania się cienkiej warstewki od zasadniczej warstwy konstrukcyjnej [1,10,13].
4.3.15. CEMENT DO BUDOWY NAWIERZCHNI
Cement i kruszywo mineralne są podstawowymi materiałami służącymi do budowy
nawierzchni sztywnych. Do budowy nawierzchni lotniska średniej wielkości potrzeba
kilkanaście tysięcy ton cementu. Cement drogowy oznacza się CEM I NA 32.5
lub 42.5. To przykładowe oznaczenie informuje, że cement tej klasy jest
niskoalkalicznym cementem, który powstaje w wyniku zmielenia klinkieru
portlandzkiego i gipsu w proporcjach 96% i 4%. Cement drogowy odznacza się niskim
skurczem oraz wydłużonym początkiem wiązania. Powinien zawierać mniej niż 0,6%
związków alkalicznych tj. tlenku sodowego Na2O i tlenku potasowego K2O. W Polsce
cement drogowy produkują cementownie Warta, Nowiny, Kujawy i Górażdże [1].
W tabeli 4.8. podano cechy wytrzymałościowe cementu przeznaczonego do budowy
betonowych nawierzchni drogowych i lotniskowych wg normy[18].
Tab. 4.8. Zestawienie własności cementu przeznaczonego do budowy nawierzchni betonowych [18]
Cecha cementu
Jednostka
Wytrzymałość na zginanie nie mniej niż po:
-3 dniach wiązania i twardnienia
MPa
Wytrzymałość na ściskanie po:
MPa
Wartość
4,2
5,5
7,0
20,0
30,0
45,0
Początek wiązania przy temperaturze 20oC najwcześniej po upływie
h
2,0
Czas wiązania, koniec wiązania najpóźniej po upływie
h
10,0
mm
normalna
6,0
Zmiana objętości:
-według próby na plackach
-według próby Le Chateliera po pierwszym badaniu
-nie więcej niż
Skurcz zaprawy po 28 dniach nie większy niż
mm/m
0,6
Powierzchnia właściwa nie więcej niż
cm3/g
2900
Zawartość SO3 nie więcej niż
%
2,0
Zawartość MgO w klinkierze w stosunku wagowym nie więcej niż
%
5,0
Zawartość C3A w klinkierze w stosunku wagowym nie więcej niż
%
7,0
Zawartość granulowanego żużla wielkopiecowego, dodatku
procentowego lub innych materiałów hydraulicznych
nie dopuszcza się
Dodatki plastyfikatorów
nie dopuszcza się
Okres przechowywania cementu, w którym nie powinien wykazywać
odchyleń od wymagań normy licząc od chwili produkcji
dni
80
173
4.3.16. KRUSZYWO GRUBE – GRYSY
Do produkcji betonu nawierzchniowego przeznaczonego do budowy nawierzchni
lotniskowych stosuje się w ostatnim czasie przede wszystkim kruszywo granitowe.
Kruszywo stanowi 70-75% objętości betonu [1]. Charakterystykę kruszywa zalecanego
do budowy betonowych nawierzchni lotniskowych przedstawiono w tabeli 4.9. [1].
Tab. 4.9. Charakterystyka kruszywa zalecanego przede wszystkim do budowy betonowych nawierzchni
lotniskowych [1]
Własność skały
Jednostka
3
Granit
Bazalt
2,690
3,000
Gęstość
g/cm
Wytrzymałość na ściskanie
MPa
60-300
250
Wytrzymałość na rozciąganie
MPa
3-14
20
Moduł sprężystości
MPa
13 000 - 61 000
56 000 – 115 000
Ścieralność na tarczy Boehmego
mm
0,9 - 3,4
1,9
Cechą decydującą o szerszym zastosowaniu granitowych surowców skalnych
do budowy lotniskowych nawierzchni betonowych w porównaniu z kruszywem
bazaltowym jest lepsza przyczepność powierzchni kruszywa granitowego z zaczynem
cementowym i większa jednorodność kruszywa granitowego.
Maksymalna wielkość ziaren kruszywa grubego nie powinna przekraczać 32mm.
Dla niewielkich fragmentów robót, które będą wykonywane ręcznie, możliwe jest
stosowanie kruszywa do 16mm. Krzywe dobrego uziarnienia odpowiednio
dla wymienionych kruszyw przedstawiono na wykresach, które znajdują się
na rysunkach 4.11 a i b [18].
174
a)
b)
Rys. 4.11. Wykresy - krzywe dobrego uziarnienia dla kruszyw, a) dla betonów układanych maszynowo,
b) dla betonów układanych ręcznie [18]
Wymagania dla kruszywa przeznaczonego do budowy nawierzchni betonowych
w PN-75/ S-96015 ustalają, że do realizacji robót można stosować kruszywo łamane
i naturalne (żwir i piasek). Norma [20] możliwość tę ogranicza tylko do kruszywa
łamanego granitowego (dotyczy to kruszywa grubego).
175
Ponadto obowiązują dodatkowe wymagania [20]:
- kruszywo nie powinno wykazywać zanieczyszczeń organicznych, których
obecność ujemnie wpływa na wiązanie cementu,
- zawartość ziaren wydłużonych i płaskich nie powinna być większa niż 25%.
- wytrzymałość na zgniatanie określona w cylindrze powinna być nie wyższa
niż 12 MPa.
- zawartość drobnych frakcji kruszywa - ziaren mniejszych niż 0,25 mm
wraz z projektowaną ilością cementu nie powinna przekraczać 450 kg w 1 m2
betonu.
Przepisy niemieckie zalecają kruszywo odporne na polerowanie, ponadto wytrzymałość
dla górnych warstw nawierzchni ma być nie mniejsza niż 150MPa, dla dolnych warstw
nie mniejsza niż 80MPa. Stosowanie środków chemicznych do zimowego utrzymania
nawierzchni, np. glikolu wpływa destrukcyjnie na trwałość betonu. Dlatego do oceny
parametrów mrozoodporności kruszywa, wprowadzono badania zamrażania
i odmrażania tego kruszywa w roztworach środków przeciwgołoledziowych
stosowanych na lotniskach. Zamrażanie odbywa się w temperaturze –5oC, odmrażanie
zaś w temperaturze 20oC.
4.3.17. KRUSZYWA DROBNE – PIASEK
Do produkcji betonów nawierzchniowych należy stosować piasek odpowiadający
wymaganiom wg normy [16] Kruszywa mineralne do betonu. Wymagania dla piasku
właściwego do budowy nawierzchni betonowych przedstawiono w tabeli 4.10. [16].
Tab. 4.10. Wymagania dla piasku właściwego do budowy nawierzchni betonowych [16]
Własności fizyczne
Jednostka
Wymagania
Zanieczyszczenia obce, nic więcej niż
0.25
Pyty mineralne, nie więcej niż
1.50
Związki siarki rozpuszczalne w wodzie (w przeliczeniu na S03), nie
więcej niż
0,2
%
Uziarnienie:
- frakcja od 0,0 do 0,125 mm
od 0 do 5
od do 10
od 0 do 30
- frakcja od 0,5 do 2,0
od 0 do 100
176
4.3.18. WODA DO BETONÓW
Woda jest trzecim składnikiem mieszanki betonowej, oraz także inicjatorem procesu
hydratacji cementu, w wyniku jej działania następuje uwodnienie minerałów klinkieru
cementowego i dodatków. Dlatego woda zarobowa odgrywa zasadniczą rolę w reakcji
wiązania betonu, a później w procesie jego twardnienia. Obecność wody w betonie
z jednej strony jest niezbędna, a z drugiej zaś strony musi jej być tylko tyle, by
zapewnić prawidłowy proces hydratacji i niezbędną urabialność mieszanki betonowej
[1].
W momencie zarabiania wody w mieszance betonowej, powinno być jej jak najmniej,
natomiast przy pielęgnacji betonu powinno być jej dostatecznie dużo. Woda w betonie
występuje w kilku postaciach, jako zarobowa, która swoja obecnością wpływa
na własności betonu, nie tylko na cement, ale również częściowo na kruszywo. W tej
fazie woda bierze udział w skomplikowanych procesach hydratacji krzemianów,
glinianów i żelazianów wapnia. Część tej wody jest potrzebna w betonie do przebiegu
procesu wiązania, jest to tzw. woda aktywna, chemicznie związana w tworzywie
betonowym. Pozostała część wody służy do zwilżenia powierzchni ziaren kruszywa
i nadania mieszance betonowej odpowiedniej konsystencji potrzebnej do urabiania
i zagęszczenia mieszanki betonowej, jest to tzw. woda bierna. Ta część wody
wyparowuje w późniejszym czasie z betonu, pozostawiając mikro i makropory
w betonie, których nadmiar powoduje obniżenie wytrzymałości betonu. Woda
do betonu powinna być czysta, bez zanieczyszczeń szkodliwymi substancjami, które
mogą wprowadzić zaburzenia w czasie wiązania betonu i ostatecznie wpłynąć na jego
wytrzymałość. Składniki wody, które potencjalnie mogą ujemnie wpłynąć na beton
można podzielić na dwie grupy: pochodzenia organicznego i nieorganicznego [1].
Do grupy pierwszej należy zaliczyć cukier (w roztworze powyżej 0,5% powoduje
natychmiastowe wiązanie cementu, zawartość cukru powyżej l % w roztworze wodnym
proces wiązania uniemożliwia). Do tej grupy można zaliczyć jeszcze drobne cząstki
organiczne i kwas humusowy. Do grupy drugiej zalicza się: sole w tym sól kuchenną,
siarczki sodu, siarkowodór. Woda nadająca się do celów spożywczych jest również
odpowiednia jako woda zarobowa do betonów. Wymagania normowe dotyczące
własności wody zawiera norma [17] Materiały budowlane - woda do betonów i zapraw.
Wybrane cechy wody do betonów i zapraw podano w tabeli 4.11. [17].
177
Tab. 4.11. Wybrane cechy wody do betonów i zapraw [17]
Wymagania
Przezroczystość, co najmniej
Jednostki
Wartości
cm
100
Zapach wody zimnej
Kwasowość, co najmniej
słaby
pH
Zawartość siarkowodoru, najwyżej
Siarczany najwyżej
Sucha pozostałość, najwyżej
Cukier, najwyżej
4
20
mg / dm3
600
1000
500
W przypadkach wątpliwych co do możliwości zastosowania danej wody do betonu
powinno się wykonać dodatkowe badania wytrzymałościowe cementu, w których
cement jest zarobiony wodą przeznaczoną do praktycznego wykorzystania
w warunkach budowy i porównać te próbki z próbkami cementu zarobionego wodą
destylowaną. Wyniki badań, które rozstrzygają o przeznaczeniu wody do produkcji
betonu, powinny wykazywać wyższe wartości parametrów wytrzymałościowych
niż wyniki wytrzymałościowe próbek zarobionych wodą destylowaną [1].
4.3.19. DODATKI I DOMIESZKI DO BETONU
Stosownie do definicji przyjętych dla dodatków do mieszanek betonowych,
są to związki chemiczne napowietrzające, uplastyczniające lub superplastyfikujące albo
o innym jeszcze działaniu, które wprowadzone do betonu w ilości powyżej 5%,
polepszają znacząco własności mieszanek betonowych i betonu [1].
Domieszka do betonu, to ilość środków chemicznych o wyżej wymienionych cechach,
które polepszających własności mieszanek betonowych i betonów, których ilość nie
przekracza 5% licząc w stosunku do masy cementu. Jednak ilości i sposób dozowania
tych środków są podawane w odpowiednich dla każdego z nich Aprobatach
Technicznych. W działalności praktycznej zaleca się wcześniejsze laboratoryjne
sprawdzenie skuteczności ich działania podczas projektowania składu mieszanki oraz
pozytywnych wyników przeprowadzonej próby technologicznej.
Do betonów nawierzchniowych stosuje się następujące dodatki i domieszki [13]:
-
napowietrzające,
zwiększające urabialność przy obniżonej ilości wody, tzw. plastyfikatory,
superplastyfikatory, które upłynniają mieszankę betonową,
opóźniające lub przyspieszające wiązanie - regulatory początku i końca wiązania
cementu.
- zwiększające właściwości wiążące wody,
178
- uszczelniające, które zwiększają odporność betonu na działanie czynników
fizycznych[13].
Wymagania ogólne dla domieszek i dodatków produkowanych w postaci płynnej
przedstawiono w tabeli 4.12 wg [13]. Natomiast w tabeli 4.13. podano wymagania dla
dodatków i domieszek do mieszanek betonowych, które występują w postaci płynów
mineralnych [13].
Tab. 4.12. Wymagania ogólne dla domieszek i dodatków produkowanych w postaci płynnej [13]
Właściwości
Jednorodność
Barwa
Gęstość w temp. 20°C [g/cm3]
Wymagania
Metody badań
segregacja nie powinna przekraczać zakresu
ustalonego przez producenta
ocena wizualna
jednorodna, taka jak podana przez producenta
ocena wizualna
ρ ± 0,03 jeżeli ρ > 1,10
ρ ± 0,02 jeżeli ρ < 1,10
PN-C-04504:1992
ρ - wartość podana przez producenta
w granicach podanych przez producenta lub ≥
7
PN-C-04963:1989
Zawartość suchej masy w %
0,95 ≤ x < 1,05t, dla t ≥ 20%
0,95 ≤ x < 1,10t, dla t < 20%
t - wartość podana przez producenta,
x - wyniki badań
PN-C-04552:1988
Zawartość chlorków
nie wyższa niż wartości podane przez
producenta lub < 0,10%
PN-C-0451S:1982
nie wyższa niż max. wartości podane przez
producenta
PN-C-0451M82
pH roztworu
Zawartość alkaliów (równoważnik
Na2OH)
Tab. 4.13. Wymagania dla dodatków i domieszek do mieszanek betonowych, które występują w postaci
płynów mineralnych [13]
Właściwości
Wymagania
Metody badań
jednorodna, podana przez producenta
ocena wizualna
podana przez producenta
PN-B-04300:1988
Gęstość nasypowa w stanie luźnym
podana wg producenta ± 0,05
PN-B-06714/07:1977
Gęstość nasypowa w stanie
zagęszczonym
podana wg producenta ± 0,05
PN-B-06714/07:1977
Zawartość chlorków
≤ wartości podanej przez producenta
PN-B-04301:1978
Zawartość alkaliów (równoważniki
Na20)
≤ wartości podanej przez producenta
PN-B-04301:197S
Składniki główne
podane przez producenta
PN-B-04301:197S
Składniki drugorzędne
podane przez producenta
PN-B-04301:1978
Barwa
Powierzchnia właściwa
179
4.3.20. BETON Z DOMIESZKAMI LUB DODATKAMI
Tabele 4.14, 4.15 i 4.16 przedstawiają kolejno wg [1]:
- ogólne wymagania dla betonów wykonanych z domieszkami lub dodatkami
(tab. 4.14.),
- dodatkowe wymagania dla betonu zawierającego w swoim składzie dodatki
lub domieszki uplastyczniające przy zachowaniu stałej konsystencji (tab. 4.15.),
- wymagania dla betonu zawierającego w składzie dodatki superplastyfikatora
(tab. 4.16.).
Tab. 4.14. Ogólne wymagania dla betonów wykonanych z domieszkami lub dodatkami [1]
Właściwości
Wymagania
Metody badań
Czas wiązania cementu
jak tego samego cementu bez domieszki lub
dodatku
HN-480-2:1996
Zmiana objętości cementu
jak tego samego cementu bez domieszki lub
dodatku
PN-B-06240:1990
≤4%
PN-B-06250:1988
≥ F 200
PN-B-06250:1988
Wodoprzepuszczalność betonu
min. W8
PN-B-06250:1988
Skurcz
≤ 0,6 %o
PN-B-06240:1990
Oddziaływanie korozyjne
PN-86/B-01810 p. 3
PN-B-01810:1986 p. 2
Wytrzymałość na zginanie
100 % betonu wzorcowego
PN-B-06240:1990
Nasiąkliwość wagowa
Mrozoodporność w wodzie i soli
Tab. 4.15. Dodatkowe wymagania dla betonu zawierającego w swoim składzie dodatki
lub domieszki uplastyczniające przy zachowaniu stałej konsystencji [1]
Właściwości
Zmniejszenie ilości wody
zarobowej
Zawartość powietrza
Wymagania
Metody badań
≥8% w porównaniu do mieszanki
kontrolnej
PN-B-06240:1990 p.3.5
po 28 dniach 100% wartości betonu
wzorcowego
PN-B-06243:1990 p.2.4.2
≤ 2% + wartość dla mieszanki kontrolnej,
jeżeli producent nie podał inaczej
PN-B-06240:1990 p.3.7
180
Tab. 4.16. Wymagania dla betonu zawierającego w składzie dodatki superplastyfikatora [1]
Właściwości
Wymagania
Metody badań
Zmniejszenie ilości wody
zarobowej
≥ 16% w porównaniu do mieszanki kontrolnej
PN-B-06240:1990 p. 3.5
po l dniu > 140% wartości betonu
wzorcowego po, 28 dniach ≥ 115% wartości
betonu wzorcowego
PN-B-06243:1990 p. 2.4.2
Zawartość powietrza
< 2% + wartość dla mieszanki kontrolnej,
jeżeli producent nie podał inaczej
PN-B-06240:1990 p. 3.7
4.3.21. POWŁOKOWE ŚRODKI DO PIELĘGNACJI BETONU
Ze względu na znaczne trudności związane z naturalnymi metodami pielęgnacji betonu,
ostatnio powszechnie stosuje się powłoki hydrofobowe jako metodę pielęgnacji betonu
nawierzchniowego. Powłokami tymi są zazwyczaj roztwory żywic w rozpuszczalnikach
węglowodorowych, roztwory żywic w wodzie, emulsje parafinowe i inne środki
chemiczne. Roztwory te są natryskiwane na nowo wykonane powierzchnie betonowe.
W składzie ich znajduje się bardzo często dodatek tlenku aluminium, który podczas
intensywnego działania promieni słonecznych odbija je i sprawia, że nie są
absorbowane przez nawierzchnię i nie intensyfikują procesów termicznych w betonie,
które w tym początkowym okresie są bardzo widoczne. Roztwory żywic bazują
głównie na roztworach węglowodorowych żywic syntetycznych. W przeszłości
stosowano żywice naturalne. Trwałość powłoki wynosi około kilkunastu dni. Osiąga się
przy ich stosowaniu wysoką efektywność pielęgnacyjną, a swoją skuteczność tracą pod
wpływem działania promieni ultrafioletowych [13].
4.3.22. EMULSJE ŻYWICOWE
Ten rodzaj preparatów hydrofobowych to, zawiesiny żywic węglowodorowych
w wodzie. Są łatwe w stosowaniu i mają dość wysoką, około 85%, efektywność
pielęgnacyjną [13].
4.3.23. EMULSJE PARAFINOWE
Emulsje parafinowe przez wiele lat szeroko stosowano w Stanach Zjednoczonych. Mają
wysoką efektywność pielęgnacyjną. Warstwa parafiny dość trudno znika z powierzchni
betonu i w pierwszym okresie po oddaniu nawierzchni do eksploatacji może
powodować początkową śliskość eksploatacyjną, trudną do usunięcia [13].
181
4.3.24. WODNE ROZTWORY KRZEMIANÓW
Najczęściej stosowane są wodne roztwory krzemianów sodu. W USA stosowane są
dość szeroko, głównie z uwagi na niską cenę. Działanie tych roztworów ma raczej
charakter wypełniania porów powierzchniowych i przypadkowych kraterków. Reagując
z wolnym wapniem roztwór tworzy szkliste krzemiany. Sprawność powłoki z wodnych
roztworów krzemianów jest niska - około 30%.
Obecność omawianych powłok nie utrudnia i nie osłabia wykonanych prac związanych
z wykończeniem nawierzchni. Dotychczas roztworów krzemianu w Polsce nie
stosowano.
Ogólne wymagania dla powłok pielęgnacyjnych można sformułować następująco [13]:
- utworzenie po około 60 minutach od czasu ułożenia powłoki szczelnej warstwy
nieprzepuszczalnej dla wody,
- powłoka nie powinna reagować chemicznie z betonem.
- trwałość powłoki powinna wynosić około 3 tygodni.
Wymagania podstawowe dla powłok pielęgnacyjnych podano w tabeli 4.17. wg [13]
Tab. 4.17. Podstawowe wymagania dla powłok pielęgnacyjnych [13]
Wymagania
Jednostka
Rodzaj środka
PM-Sft
PM-100A
Wygląd i kolor powłoki
-
Po wyschnięciu powłoka hydrofobowa ma
jednolity kolor srebrzysty lub srebrzysto - żółty
Pozostałość na sicie
-
Nie powinno być bryłek
Lepkość przy 20°C, 4 min.
ς
13 ± 2
16 ± 3
Zawartość środka powlokotwórczego
min.
%
30
37
Okres całkowitego wyschnięcia przy
temp. otoczenia 20-22°C max.
h
12
7
Temperatura w zamkniętym tyglu
powyżej
°C
32
37
Nie rozpuszczalność w wodzie powłoki
przy temp 20°C ± 2°C
h
24
24
g/m2
40
80
Pokrycie powierzchni
182
4.3.25. ŚRODKI DO IMPREGNACJI NAWIERZCHNI
Przeznaczeniem środków do impregnacji nawierzchni lotniskowych jest zwiększenie
odporności na działanie środków chemicznych występujących w procesie eksploatacji
nawierzchni, czyli na działanie chemicznych środków związanych z utrzymaniem
zimowym oraz środków chemicznych, które są stosowane w procesie eksploatacji
lotniskowych nawierzchni betonowych. Do środków tych zaliczyć należy między
innymi: mieszanki hydrauliczne, oleje, paliwo lotnicze i samochodowe oraz inne
produkty pochodzenia chemicznego. Pożądane jest by stosunkowo dobrze penetrowały
one w przypowierzchniową warstwę betonu i nie obniżały szorstkości nawierzchni.
Zabiegi impregnacji nawierzchni na szeroką skalę stosuje się w Niemczech.
Wymagania, które muszą spełniać preparaty impregnujące, np. mieszankę oleju
lnianego rozpuszczonego w czystej benzynie w stosunku 1:1, sformułowano w tabeli
4.18. [13].
Tab. 4.18. Wymagania, które muszą spełniać preparaty impregnujące [13]
Gęstość w temp. 20°C
Liczba kwasowa
Lepkość w temp. 20°C
Otwór
Zawartość części stałych
Temperatura zapłonu
Wysychanie przy temp. 20°C
0,82-0,84 g/ml
najwyżej 5
najwyżej 10 ς
4 mm
najwyżej 30%
ponad 55°C
najwyżej 12 h
W krajowym budownictwie lotniskowym stosowano mieszankę oleju lnianego i nafty,
również w stosunku l:l. Obecnie używa się powłoki pielęgnacyjne żywic
epoksydowych z rozpuszczalnikami. Dobre rezultaty uzyskiwano stosując krajowy
preparat impregnacyjny w postaci roztworu, znany pod nazwą Ahydrosil K Zaletą tego
preparatu jest to, że może być z powodzeniem układany na wilgotnym podłożu lecz w
bezdeszczowej aurze i temperaturze otoczenia powyżej 10°C. Zużycie tego preparatu
impregnacyjnego wynosi około 0,6 l/m2. Górna powierzchnia płyty może być
powlekana nawet kilkakrotnie do stanu nasycenia przypowierzchniowej warstwy
betonu. Impregnację nawierzchni Ahydrosilem K można wykonać dopiero
po całkowitym złuszczeniu się powłoki hydrofobowej z powierzchni betonu. Również
zadowalające rezultaty uzyskiwano stosując preparat impregnujący Silak. Preparat ten
można jednak stosować tylko dla suchej powierzchni betonu [1,13].
183
4.3.26. MATERIAŁY DO WYPEŁNIANIA SZCZELIN
Materiały te można podzielić na trzy podstawowe rodzaje [10, 13]:
- masy stosowane na gorąco,
- masy stosowane na zimno,
- wkładki elastyczne.
4.3.27. MASY STOSOWANE NA GORĄCO
Odpowiednie normy nakazują wypełnianie wykonanych w nawierzchniach betonowych
szczelin skurczowych i rozszerzania. Tradycyjnie przygotowywane masy składające się
ze spoiwa bitumiczego, wypełniacza i wełny żużlowej dziś raczej straciły swoją rolę.
Obecnie są to pod względem chemicznym związki o złożonej strukturze
i skomplikowanym procesie produkcji. W budownictwie nawierzchniowym w Anglii
zazwyczaj stosuje się masy na gorąco, będące mieszaniną kauczuku i asfaltu [10,13].
W Stanach Zjednoczonych AP stosuje się najczęściej masy na gorąco, będące
mieszaniną asfaltu z lateksem, butylenu i wypełniacza w postaci wiórków gumowych.
Nowsze propozycje mas zalewowych w swoim składzie zawierają różnego rodzaju
elastomery. Wymagania dotyczące mas są bardzo złożone i dotyczą następujących
własności:
- penetracja w temp. 25°C, 150 g i 5ς ; powinna być mniejsza niż 130,
- spływność masy - ułożonej w specjalnie przygotowanym rowku, nachylonym
pod kątem 75°, o głębokości 3,2 mm i długości 60 mm - badanej w temperaturze
70°C i czasie 5 h ( masa nie powinna wykazywać cech spływności),
- przyczepność do betonu, która bada się próbką masy ułożoną między dwoma
elementami betonowymi, które poddaje się cyklom rozciągania i ściskania
w temp. (-17,8)°C. Rozciąganie przeprowadza się do 12,7 mm wypełnienia masy
próbki w tempie 3,2 mm/h. Masa nie powinna pękać ani odrywać się od betonu.
Krajowe metody badawcze wymagają określenia całkowitej wydłużalności masy,
określenia ewentualnego kohezyjnego lub adhezyjnego charakteru zniszczenia próbki
przy jej zerwaniu.
Wymagania stawiane masom zalewowym można rozszerzyć, żądając wysokiej
odporności na starzenie się, na działanie środków chemicznych, odporności
na działanie wysokich temperatur i bezpośrednie działanie strumienia ognia i inne.
W krajowym budownictwie lotniskowym stosuje się najczęściej masy wbudowywane
na gorąco [10,13].
184
4.3.28. MASY STOSOWANE NA ZIMNO
Masy stosowane na zimno są zazwyczaj dwuskładnikowymi związkami, opartymi na
poli-sulfidach lub poliuretanach. Sporządza się je z dwóch oddzielnych składników:
żywicy i utwardzacza. Tego rodzaju masy powinny spełniać następujące wymagania:
-
trwałość wg Shora od 10 do 15,
odporność utwardzonej masy na długotrwałe działanie temperatury 40 - 80°C.
okres przydatności masy po wymieszaniu składników do 0.5 h,
czas sieciowania masy od 4 do 6 h,
czas twardnienia masy do 24 h
Czas sieciowania masy, to czas potrzebny na pierwotne powiązanie makrocząsteczek
lub substancji oligeometrycznych mostkami, które w drodze reakcji chemicznych
tworzą przestrzenne makrocząsteczki. Tworzy się wówczas osnowa struktury masy
zalewowej, jej zewnętrzną oznaką jest wzrost lepkości, przez co masa traci
rozpuszczalność i topliwość.
Czas twardnienia masy, jest czasem potrzebnym na wystąpienie takiej ilości powiązań
międzycząsteczkowych, dzięki którym masa staje się elastyczna i rozpuszczalna. W
tym czasie masa nabiera cech właściwych dla ostatecznie ukształtowanych parametrów
wytrzymałościowych i eksploatacyjnych. Masy układane na zimno wymagają
gruntowania powierzchni bocznych preparatem gruntującym, odpowiednim dla danej
masy.
Według danych amerykańskich, określających parametry masy wymaga się, by:
- penetracja masy wynosiła powyżej 235 przy temperaturze 25°C, 150 g, 5i
- spływność dla warunków badania wymienionych dla mas układanych na gorąco
była poniżej 5 mm,
- masa osiągnęła całkowitą odporność na rozciąganie i ściskanie po 5 cyklach
badań w temperaturze ±17,8°C [14,17].
4.3.29. WKŁADKI ELASTYCZNE
Wkładki elastyczne do szczelin wykonuje się z neoprenu o strukturze gąbczastej,
mającego zdolność do kurczenia się i rozkurczania. Wymagania dla nich można
sformułować następująco [10]:
- wytrzymałość na rozciąganie, nie mniej niż 13.8 MPa,
- wydłużenie przy zerwaniu, min 250%,
- ściśliwość przy 100oC przez 7 h, max 40%,
185
- powrót do pierwotnej postaci po obniżeniu temperatury do (–10)oC przez 72 h,
min. 88%.
4.3.30. SZCZELINY W LOTNISKOWYCH NAWIERZCHNIACH BETONOWYCH
Ze względu na przeznaczenie i usytuowanie szczelin w nawierzchniach betonowych
wyróżnia się: szczeliny podłużne i poprzeczne.
Szczeliny poprzeczne, dzieli się na szczeliny rozszerzania i szczeliny skurczowe.
Można wyróżnić ponadto szczeliny konstrukcyjne, natomiast w niektórych krajach
stosuje się szczeliny przeciwpaczeniowe. Zasadę pracy i konstruowania tych szczelin
przedstawiono na rysunku 4.12 wg [1].
Rys. 4.12. Szczelina przeciwpaczeniowa [1]: 1 - wkładka trójkątna czerwona, 2 - pręt stalowy,
3 - izolacja na pręcie stalowym. 4 - rowek szczelinowy, 5 -zbrojenie poprzeczne (montażowe),
6 – wypełnienie szczeliny
Zadaniem ich jest łagodzenie pracy płyty poprzez rozłożenie równomierne naprężeń
termicznych, powstających w wyniku różnic temperatur między górną i dolną
powierzchnią płyty [1].
Szczeliny rozszerzania umożliwiają płytom nawierzchni zmianę wymiarów liniowych,
głównie wydłużania się płyt pod wpływem zmieniającej się temperatury otoczenia.
Mogą pełnić również rolę szczelin skurczowych.
Szczeliny skurczowe poprzeczne pozwalają poszczególnym płytom na zmianę ich
wymiarów liniowych (zmniejszenie się płyty), które mają miejsce w czasie hydratacji
betonu i pod wpływem obniżania się temperatury. Mogą również w ograniczonym
zakresie pozwolić na wydłużenie się płyty, w takim zakresie na jaki pozwalają ich
wymiary geometryczne.
Szczeliny skurczowe podłużne (kontaktowe) powstają na styku kolejnych pasm
186
roboczych układanej nawierzchni. Ich wysokość jest równa wysokości układanej
nawierzchni, lecz nie posiadają między swoimi bokami ściśliwych wkładek
rozdzielających.
Szczeliny podłużne rozszerzania zwane również szczelinami konstrukcyjnymi,
powstają na styku kolejnych pasm roboczych układanej nawierzchni betonowej.
Są to szczeliny pełne z elastyczną, nienasiąkliwą wkładką rozdzielającą lub też
wycinane piłami tarczowymi na pełną głębokość.
Szczeliny konstrukcyjne stosuje się w razie konieczności wprowadzenia dłuższych
przerw w betonowaniu nawierzchni lub na zakończenie dziennej działki roboczej.
Tą kategorią można objąć szczeliny oddzielające elementy stanowiące miejsce dojścia
do elementów instalacji zasilających np. studzienki, przepusty, przyczółki, które muszą
być zlokalizowane w obszarach funkcjonalnych nawierzchni.
4.3.31. ROZSTAW SZCZELIN
Szczeliny podłużne stosuje się w zależności od szerokości projektowanych
nawierzchni. Szczeliny poprzeczne rozszerzania konstruuje się w zależności od
warunków ich wykonywania, tj. PN-75/S-96015 nakazuje ich stosowanie w zależności
od temperatury wykonywania nawierzchni. Wobec tego maksymalne ich odległości
ustala się na:
- 50 m w przypadku wykonywania robót betonowych przy temperaturze otoczenia
powyżej 20°C,
- 25 m w przypadku wykonywania robót betonowych przy temperaturze otoczenia
poniżej 20°C.
Szeroko zakrojone prace badawcze realizowane w kraju [24] i sformułowane w wyniku
tego opracowania zalecenia pozwalają na stosowanie następujących odległości między
szczelinami rozszerzania:
- 75 m przy szerokości szczeliny do 10 mm, przy temperaturze otoczenia powyżej
20°C,
- 100 m przy szerokości szczeliny od 10 mm do 12 mm .
Maksymalny odstęp szczelin rozszerzania jest możliwy lecz nie może przekraczać
150 m przy szerokości szczeliny od 15 do 18 mm, dla tych odległości temperatura
układania betonu powinna wynosić również powyżej 20°C. Jednak doświadczenia
praktyczne związane z wykorzystaniem tych badań z uwagi na bardzo zróżnicowane
warunki klimatyczne nakazują wprowadzenie korekty odległości i obniżenie jej
przeciętnie o 15%, ze względu na konieczność uwzględniania rodzaju warstwy
poślizgowej. Stosowanie zwiększonych odległości szczelin rozszerzania wymaga
187
jednak zbrojenia płyt. Gdy nawierzchnie są budowane w sprzyjających warunkach
atmosferycznych, tj. w okresie letnim, z wykonywania szczelin rozszerzania na ogół się
rezygnuje [1,14].
4.3.32. WYKONYWANIE I KONSTRUKCJA SZCZELIN
Omówiono konstrukcję i technologię wykonawstwa szczelin, które nie są ze sobą
łączone dyblami w kierunku podłużnym i kotwami w kierunku poprzecznym. Rodzaje
szczelin i ich układ w nawierzchni przedstawiono na rysunkach 4.13. i 4.14. wg [10].
Rys. 4.13. Przykłady łączenia nawierzchniowych płyt betonowych [14]
188
Rys. 4.14. Podstawowe rodzaje i zasady konstruowania szczelin w nawierzchniach betonowych
a - szczelina rozszerzania dyblowana, b — szczelina skurczowa pełna dyblowana.
c - szczelina skurczowa pozorna dyblowana, d - szczelina rozszerzania niedyblowana,
e - szczelina skurczowa pełna, f- szczelina skurczowa pozorna; 1 – dybel (pręt) stalowy,
2 - wkładka kompensująca, 3 - tuleja, 4 - wkładka scisliwa (kord),
5 - masa zalewowa (menisk wklęsły) [14]
Istniejące sposoby można sprowadzić do dwóch zasadniczych metod wykonywania
szczelin w:
- świeżo zagęszczonym betonie,
- dostatecznie stwardniałym betonie.
W początkowym etapie rozwoju nawierzchni betonowych wykonywano szczeliny tylko
pierwsza metodą. Dopiero w latach sześćdziesiątych XX wieku, zaczęto stosować
wypełnianie szczelin w stwardniałym betonie. Obecnie jest to jedyny sposób
wykonania szczelin dla robót realizowanych w technologii ślizgowej.
Pierwszy sposób stosowano przede wszystkim przy budowie nawierzchni
w deskowaniach stałych. Istnieją dwie zasadnicze metody pozwalające na formowanie
tego rodzaju szczelin:
1. formowanie szczeliny za pomocą noża wibracyjnego,
2. wprowadzenie do świeżej ułożonej mieszanki wkładek szczelinowych.
189
Szczeliny wykonane pierwszą metodą mają głębokość 2/3 wysokości płyty. Formuje się
je wykorzystując ostrze wibracyjne, zamontowane na całej szerokości maszyny,
przemieszczającej się w kierunku układania nawierzchni. Jeżeli szerokość ta obejmuje
jedną lub kilka szczelin podłużnych, ostrze powinno być zbudowane z kilku
segmentów, między którymi utrzymywane są przerwy 40-50 mm. Pozwala
to na zachowanie nienaruszonej, uformowanej wcześniej przez wciśnięcie taśmy,
szczeliny podłużnej bez możliwości jej uszkodzenia. Następnie w utworzony rowek
szczeliny wciska się ręcznie taśmę z twardego polichlorku winylu (PCW). Taśmę
tę dalej wwibrowywuje się na pełną głębokość, czyli 2-5 mm poniżej górnej krawędzi
nawierzchni. Czynność tę wykonuje ostrze maszyny wibracyjnej podczas drugiej
operacji pionowego wwibrowywania. Sprzęt do formowania szczelin powinien mieć
płytę wibracyjną o szerokości minimum 300 mm, licząc poprzecznie
w stosunku do szczeliny. Pozwala to dobrze zagęścić beton, naruszony nieco
przy formowaniu rowka. Poza tym po nawierzchni powinna przejść belka gładząca
(gładzik) odpowiedniej szerokości. Jeżeli formowana ma być szczelina o szerokości
większej niż 13 mm, wydobyty z rowka beton należy usunąć. Formowanie szczeliny
na mokro prowadzi do nieuniknionego zniszczenia struktury betonu wcześniej
zagęszczonego na pełną głębokość. Dlatego, by zredukować do minimum możliwość
późniejszego wykruszania się szczelin, przyjmuje się zasadę, by dogęszczania betonu,
nawierzchniowego w otoczeniu szczeliny po obu jej stronach, wykorzystując do tego
celu małe wibratory płytowe. Krawędzie szczelin zaleca się wyokrąglić promieniem
6 mm lub formować pod kątem na długości również 6 mm [14].
4.3.33. WYKONYWANIE SZCZELIN PRZEZ INSTALOWANIE W ŚWIEŻEJ
MIESZANKI WKŁADEK SZCZELINOWYCH
Listwa lub taśma wprowadzona do płyty nawierzchni za pomocą wibratora, musi być
odpowiednio sztywna. Głębokość ułożenia listwy lub taśmy powinna wynosić
1/3 lub 1/4 wysokości płyty betonowej. Metoda wprowadzania listwy lub taśmy
powinna zapewniać jej prawidłowe położenie w nawierzchni. Układanie listew lub taśm
w świeżym betonie powoduje różnego rodzaju nieprawidłowości, które są przyczyną
późniejszych uszkodzeń płyty. Zatem układanie tych elementów szczelinowych
powinno odbywać się tylko mechanicznie [10].
4.3.34. MECHANICZNE NACINANIE SZCZELIN
Najważniejszą sprawą wykonywania szczelin metodą nacinania jest wybór właściwego
terminu rozpoczęcia wycinania szczelin. Dlatego przy budowie nawierzchni
betonowych na lotniskach, po ułożeniu nawierzchni o odpowiedniej powierzchni,
wymaga się organizowania stałych dyżurów na placu budowy zespołu realizującego ten
zakres robót. Wykonanie szczelin w odpowiednim czasie pozwala zapobiec
przypadkowym pęknięciom skurczowym betonu podczas wiązania i twardnienia.
190
Pożądane jest, by proces nacinania szczelin rozpocząć po upływie od 8 do 12 h
po ułożeniu mieszanki betonowej w nawierzchni. Z drugiej strony jednak beton musi
mieć odpowiednią wytrzymałość, aby nie wykruszał się w czasie prowadzenia prac.
Obserwacje i pomiary wytrzymałości betonu prowadzone pod kątem jego przydatności
do wykonania nacięć szczelin w betonie wskazują, że powinna ona wynosić około
10MPa. Wytrzymałość ta zależy od wielu okoliczności takich, jak: temperatura,
wilgotność powietrza, prędkość wiatru, natężenie promieniowania słonecznego.
Dlatego trudno jest jednoznacznie określić wymagania, dotyczące rozpoczęcia tego
zakresu prac. W warunkach krajowych proces ten powinien być zakończony przed
upływem 24 h. Przepisy wielu krajów dość różnie formułują wymagania w tym
zakresie i tak: przepisy brytyjskie mówią, że nacinanie rowków powinno być
zakończone przed upływem 8 h, jeżeli beton został ułożony przed południem, w ciągu
18 h, jeśli beton ten ułożono po południu. Zwraca się uwagę, żeby różnica temperatury
między wbudowaniem betonu i nacinaniem płyt nie była większa niż 15°C. Oznacza to,
że w momencie obniżania się temperatury otoczenia należy wcześniej przystąpić
do nacinania szczelin [1,10]. W tabeli 4.19. przedstawiono Wzrost wytrzymałości
betonu w czasie, w zależności od temperatury otoczenia wg [10]
Tab. 4.19. Wzrost wytrzymałości betonu w czasie, w zależności od temperatury otoczenia [10]
Średnia temperatura
otoczenia °C
25-30
15-25
5-15
5
Liczba godzin
do czasu osiągnięcia przez beton
wytrzymałości 10MPa
6-8
10-12
15-20
24-30
Przepisy francuskie zalecają, by w ciągu 8 h potencjał zespołów wykonujących
szczeliny, zapewniał taką wydajność, by można było wykonać całość robót
w ułożonym betonie w ciągu jednego dnia roboczego [1]. W przypadku zaistnienia
nadzwyczajnych okoliczności (gwałtowny spadek temperatury lub gwałtowny jej
wzrost) można nacinać co trzecią szczelinę skurczową, a dopiero potem przystąpić
do nacinania pozostałych szczelin. W praktyce stosuje się nacinanie dwuetapowe.
W pierwszym etapie powinno nacinać się tzw. szczeliny kontrolne, możliwie
jak najwcześniej, ale pod warunkiem, że beton osiągnął wytrzymałość około 10 MPa.
Wstępne nacinanie wykonuje się tarczami diamentowymi o obrotach nie mniejszych
niż 4600 obrotów na minutę. Postęp robót powinien wynosić około l m /3 min. Tarcze
o średnicy 320 mm i grubości 3,2 mm pozwalają nacinać rowki szerokości 4,0 mm na
odpowiednią głębokość tj. około od 1/3 do 1/4 wysokości przekroju płyty.
Po osiągnięciu przez beton wyższych wytrzymałości niż 10 MPa szczelinę poszerza się
do projektowanej szerokości. Wykonuje się to stosując zespół tarcz, najczęściej trzech
o różnych średnicach, z których środkowa jest prowadzącą, wchodzi ona w rowek
kontrolny, tarcze boczne zaś poszerzają szczeliny do wymaganej szerokości.
Wykonywanie szczelin podłużnych lub poprzecznych tą metodą nie różni się między
191
sobą. Doświadczenia praktyczne wskazują, że zużycie wynosi od 2,5 do 4 tarcz na
każde 1000 m wykonanej szczeliny i zależy od odpowiedniego ich chłodzenia w czasie
pracy [1]. Jeśli podczas pracy urządzenia pojawia się iskrzenie lub parowanie należy
zmniejszyć prędkość obrotów. Do chłodzenia tarcz używa się płynu chłodzącego.
W zakresie wycinania szczelin notuje się ciągły postęp.
Po wykonaniu szczelin przed ich wypełnieniem należy starannie je oczyścić
z powstającego w czasie cięcia „szlamu cementowego". Następnie powinno się
starannie osuszyć i przystąpić do wypełnienia odpowiedniego rodzaju masą zalewową.
W praktyce zdarza się, że z uwagi na zmianę warunków atmosferycznych szczególnie
w okresie jesiennym, trudno jest w sprzyjających warunkach wykonać wypełnienie tych
szczelin. W naszych warunkach klimatycznych wypełnienie szczelin w nawierzchniach
betonowych przed nastaniem zimy jest bezwzględną koniecznością, jeżeli nie chce się
dopuścić po tym okresie do powstania znacznych uszkodzeń nawierzchni [1].
4.3.35. PROCES WYPEŁNIANIA SZCZELIN
Obowiązujące w kraju przepisy
nakazują dokonanie wypełnienia szczelin
w nawierzchniach odpowiednią masą zalewową, na stosowanie której, została wydana
odpowiednia Aprobata Techniczna. Ten niewielki objętościowo zakres robót decyduje
często o wyglądzie nawierzchni, o jej walorach eksploatacyjnych. a źle wypełnione
szczeliny mogą przyczyniać się do przedwczesnych uszkodzeń całych obszarów
nawierzchni i obniżenia jej walorów techniczno-użytkowych. Szczeliny
w nawierzchniach formowane z uwagi na powstanie termicznych naprężeń są
miejscem, w którym może odbywać się infiltracja wód opadowych i innych roztworów
do podłoża. Wypełnione szczeliny odpowiednim rodzajem masy zapobiegają tym
niekorzystnym zjawiskom. Dlatego wykonanie wypełnień szczelin masą zalewową jest
przedsięwzięciem dość skomplikowanym, wymagającym należytej staranności
i uwzględnienia podczas realizacji robót zmieniających się warunków otoczenia. Przed
wprowadzeniem masy, szczelina wykonana w betonie musi być starannie oczyszczona
(przepłukana wodą pod niewielkim ciśnieniem a następnie starannie wysuszona).
Powierzchnie szczelin muszą być neutralne chemicznie Obowiązujące zasady można
sformułować następująco [1,10]:
- wykonanie wypełnienia szczelin w okresie dodatnich temperatur należy ułożyć
najwyżej do górnych krawędzi płyty,
- wykonanie wypełnienia szczelin w okresie niskich temperatur tzn. ułożenie masy
zalewowej, powinno być niższe o około 3-5 mm poniżej tych krawędzi.
Formułuje się wymagania, by masa zalewowa była ukształtowana w górnej jej części
szczeliny w kształcie menisku wklęsłego. Przepisy niemieckie, oprócz ww. wymagań
zwracają uwagę na to, by szczeliny były starannie czyszczone, np. przez piaskowanie
powierzchni lub za pomocą stalowych szczotek poruszanych mechanicznie. Przepisy
192
brytyjskie wymagają wykonywania wypełnienia szczelin po całkowitym wyschnięciu
betonu przy braku ruchu po nawierzchni.
Wypełnianie masą zalewową szczelin powinno mieć miejsce przy minimalnych
zmianach temperatury. Przepisy belgijskie wymagają dodatkowo usunięcia
„betonowych mostków", jeśli znajdują się w szczelinie. Przepisy te zalecają unikania
gruntowania powierzchni bocznych szczelin z uwagi na to, że obecnie wiele gatunków
mas wypełniających nie wymaga wykonania tego dodatkowego i dość kosztownego
zabiegu. Jeżeli jednak wykonuje się gruntowanie należy stosować preparaty bardzo
szybko wysychające (najpóźniej do 2 h), głównie dlatego, by nie trzeba było chronić
rowków przed ponownym zanieczyszczeniem. Zaleca się mechaniczne prowadzenie
robót. Przepisy rosyjskie wymagają jak najszybszego wypełnienia szczelin
po wykonaniu płyt, nie dopuszczając żadnego ruchu po nawierzchni. W celu
ograniczenia ilości bardzo drogiej masy zalewowej, wprowadza się materiał
uzupełniający w postaci „kordu" wypełniającego w znacznej części objętość szczeliny.
Kord jest elastyczno-sprężystym materiałem, który zabezpiecza szczelinę przed
wpływaniem masy w dalsze warstwy nawierzchni. Ochrania się krawędzie szczelin
taśmą około dwukrotnie szerszą od szerokości rowka, beton nawierzchniowy posypuje
się warstwą piasku szerokości 5-10 cm, która chroni nawierzchnię podczas zalewania
przed zabrudzeniem. Przygotowanie masy zalewowej przygotowuje się według
przepisów producenta wyrobu. Wypełnianie szczelin wkładkami neoprenowymi
wykonuje się również mechanicznie [10,13,16].
4.3.36. ŻELBETOWE NAWIERZCHNIE LOTNISK
Głównym zadaniem zbrojenia w nawierzchni jest, wyrównanie rozkładu sił
wewnętrznych, których działanie jest szczególnie groźne w przypadku zmian nośności
podłoża. Ta korzystna redystrybucja sił wewnętrznych w nawierzchni w efekcie
uniemożliwia przypadkowe pęknięcia płyt, będące najczęściej wynikiem przeciążenia
konstrukcji lub gwałtownych zmian termicznych otoczenia, co korzystnie wpływa na
jej stan techniczny i zapewnia wysoki poziom bezpieczeństwa ruchu oraz umożliwia
ponadnormatywny czas eksploatacji, w porównaniu z klasycznymi nawierzchniami
betonowymi. Stosowanie zbrojenia płyt nawierzchniowych może być również
wymuszone przez specjalne ograniczenia, które nie pozwalają na budowę nawierzchni
o wyższym przekroju nawierzchni betonowej w porównaniu do przekroju nawierzchni
zbrojonej. Nawierzchnie zbrojone są stosowane także w przypadku, gdy obciążenie
przekazywane przez podwozia wynosi ponad 1,4 MPa. Budowa nawierzchni
żelbetowych pozwala na ograniczenie liczby szczelin poprzecznych (skurczowych
i rozszerzania) w nawierzchni. Racjonalną ilość zbrojenia ustala się w wyniku obliczeń.
W praktyce przyjmuje się, że procent zbrojenia nawierzchni powinien wynosić [1,9]:
p = 100 x µ [%]
(4.2)
µ=
Fz
Fb
193
(4.3)
gdzie:
Fz - powierzchnia przekroju zbrojenia,
Fb - powierzchnia przekroju betonowego.
Odpowiedni procent zbrojenia dla nawierzchni zbrojonych stalą zawiera się
w granicach od 0,25 do 0,4%. Najczęściej stosuje się zbrojenie w postaci prętów
mających średnice od 12 do 16 mm. Zbrojenie umieszcza się w postaci
prefabrykowanych siatek prętów (ułożonych w kierunku poprzecznym i podłużnym)
na dole i u góry przekroju betonowego w odległościach od 15 do 35 cm. Należy
zwrócić uwagę na to, aby dolna warstwa zbrojenia miała właściwej grubości otulinę
z betonu, która powinna wynosić co najmniej 3 cm.
Zaleca się stosowanie różnych stopni i rodzajów zbrojenia, na różne rodzaje odcinków.
Rodzaj pierwszy, to odcinki bardzo intensywnie obciążone. Do tych fragmentów
funkcjonalnych nawierzchni należą: końcowe odcinki dróg startowych, skrzyżowania
dróg startowych oraz dróg startowych z drogami kołowania i płytami technicznymi.
Nawierzchnie intensywnie zbrojone należy stosować pod fragmentami nawierzchni,
gdy przebiegają pod nimi przewody instalacyjne, kolektory i innego rodzaju przepusty.
Na tych fragmentach nawierzchni odstęp pomiędzy prętami zbrojeniowymi wynosi
najwyżej 20 cm.
Drugi rodzaj zbrojenia układa się w górnej części płyty co około 25 - 30 cm.
W większości przypadków pracuje ono jako zapobiegające naprężeniom skurczowym
na powierzchni.
Trzeci typ zbrojenia to zbrojenie dla krawędzi swobodnych płyt i naroży. Zbrojenie
to stosuje się wówczas, gdy nie przewiduje się w rozwiązaniach technicznych
współpracy płyt między sobą. Konstrukcja szczelin, które zapewniają wzajemną
współpracę płyt zbrojonych nie różni się od konstrukcji szczelin w nawierzchniach nie
zbrojonych. Należy jednak mieć na uwadze, że nowa technologia ślizgowa budowy
nawierzchni wprowadza wiele ograniczeń, gdyż przy stosowaniu zestawu maszyn
odpowiednich dla technologii ślizgowej wbudowanie zbrojenia jest bardzo kłopotliwe.
Dlatego nawierzchnie zbrojone są częściej stosowane, gdy buduje się je tradycyjną
metodą, tzn. w szalunkach [1,9,11].
194
4.3.37. WYKONANIE NAWIERZCHNI ŻELBETOWYCH W SZALUNKACH
Zbrojenie do tego rodzaju robót przygotowuje się w postaci siatek, najczęściej poza
miejscem budowy. Wykonując nawierzchnie w deskowaniach, dwuwarstwowo,
zbrojenie układa się na warstwie dolnej w odległości od 15 do 35 mm od krawędzi
płyty i ścianek szczelin - z wyjątkiem szczelin podłużnych. Uwzględniając potrzebę
łączenia siatek w kierunku poprzecznym budowanej nawierzchni, układa się je
z zakładem wynoszącym od 40 do 45 cm. W połączeniach podłużnych zbrojenia,
zakładek raczej się nie stosuje. Zasady łączenia poszczególnych prętów ze sobą podano
w wymaganiach technicznych dla robót żelbetowych.
W praktyce spotykane są metody wbudowania zbrojenia w nawierzchnię, przy czym
dzieje się tak, gdy zbrojenie układane jest na nie zagęszczonej warstwie dolnej.
Zachodzi jednak obawa, że w czasie zagęszczania mieszanki betonowej siatka zbrojenia
może ulec niepożądanej deformacji. Wykonując nawierzchnie betonowe zbrojone
według technologii „ślizgowej" zbrojenie można układać w dwojaki sposób, tj. przed
betonowaniem lub w czasie jego trwania. W pierwszym przypadku zbrojenie jest
układane na podpórkach, wówczas zasilanie zespołu układającego mieszankę betonową
musi odbywać się z boków. Druga metoda polega na tym, że układarka ślizgowa
wykorzystując specjalne urządzenia do podnoszenia wcześniej ułożonego zbrojenia podnosi je i wciska w zagęszczoną mieszankę betonową, zapewniając odpowiednią
wysokość jego ułożenia [1,10].
4.3.38. WYKONANIE NAWIERZCHNI O ZBROJENIU CIĄGŁYM
Nawierzchnie betonowe zbrojone zbrojeniem ciągłym zaczęto budować w USA
w latach trzydziestych. W Europie, a przede wszystkim w Belgii, po okresie prób
i eksperymentów, ten sposób budowy nawierzchni, głównie drogowych
zapoczątkowano w latach siedemdziesiątych. Ideą takiego rozwiązania było
pozostawienie możliwości powstawania kontrolowanych spękań w nawierzchni.
Czynnikiem kontrolującym spękania jest zbrojenie ciągłe, rozmieszczone tak,
aby uzyskać spodziewaną sieć drobnych spękań w odległościach od ok. l do 3 m.
Rozwartość tej kontrolowanej rysy nie może przekraczać 0.5 mm.
Nawierzchnie ze zbrojeniem ciągłym można wykonać dwoma metodami:
a) ręczne układanie zbrojenia na podpórkach przed betonowaniem,
b) układanie mechaniczne.
Układanie ręczne
Metoda układania ręcznego polega na tym, że najpierw układa się pręty poprzeczne
na podpórkach, zwanych stołkami. Do prętów poprzecznych przymocowuje się tzw.
195
spinki, w które wciska się pręty podłużne. Mieszankę betonową dostarczaną z boków
urządzenia rozkładającego układa zespół układający.
Układanie mechaniczne
Pierwszy sposób polega na tym, że gotowe siatki zbrojeniowe dowożone są na miejsce
budowy i układane za pomocą urządzeń podnoszących na świeżo nałożonej warstwie
betonu. Specjalny zespół wibrujący układa to zbrojenie w świeżo ułożonej mieszance
betonowej na pożądanej wysokości. Druga metoda polega na tym, że zbrojenie układa
się wcześniej na mostku roboczym, który przemieszcza się za układarką. Zbrojenie jest
podawane na miejsce wbudowania za pomocą dźwigu i układane w miejscu
przeznaczenia. Ułożone zbrojenie zostaje wwibrowywane, podobnie jak w pierwszym
przypadku. Sposób trzeci polega na ułożeniu zbrojenia na podbudowie. Specjalistyczne
urządzenie sprawia, że poszczególne pręty zbrojenia wchodzą w prowadnice
utrzymujące pręty na odpowiedniej wysokości i w odpowiednim rozstawie. Ułożenie
mieszanki odbywa się według zasad omówionych poprzednio. Ilość zbrojenia ciągłego
w przekroju nawierzchni określa się z zależności:
Fzc =
Rr
100
0,75 Rz − µRr
(4.4)
gdzie:
Fzc - procentowa zawartość zbrojenia podłużnego w przekroju betonowym płyty,
Rr - wytrzymałość betonu na rozciąganie bezpośrednie w MPa.
Rz - granica plastyczności stali zbrojeniowej w MPa,
0.75Rz - dopuszczalne naprężenie w stali w MPa,
µ - stosunek modułów sprężystości stali i betonu, zwykle wynosi około 6.
Początkowo projektowano nawierzchnie o grubości 20 cm, zbrojone stalą w postaci
prętów o średnicy 18 mm co 15 cm. Dawało to przekrój stali wynoszący Fzc = 0,85%.
Następnie ilość stali obniżano do około 0,67%. W ostatnich latach jednak grubość
nawierzchni zwiększono do 23 cm, pozostawiono średnice zbrojenia i ten sam rozstaw.
Uzyskano pole przekroju zbrojenia Fzc = 0,72%. a nawet 0,76% przy zwiększonej
średnicy prętów do 20,0 mm. Praktycznie na metr kwadratowy nawierzchni stosuje się
około 15 kg stali [1]. Charakterystyczne cechy nawierzchni zbrojonych w sposób
ciągły przedstawiono w tabeli 4.20. [1].
196
Tab. 4.20. Cechy zbrojenia podłużnego ciągłego w nawierzchni betonowej [1]
Grubość nawierzchni w cm
18
20
23
Nominalna średnica zbrojenia podłużnego - ciągłego w mm
16
16
20
Nominalna średnica zbrojenia poprzecznego w mm
12
12
12
Rozstaw osi zbrojenia podłużnego - ciągłego w cm
15
14
18
od 6 do 8
od 7 do 9
od 8 do 10
0,74
0,72
0,76
9
10
12
Odległość pomiędzy średnicą prętów podłużnych a warstwą
przypowierzchniową płyty w cm
Zawartości stali podłużnej w %
Wysokość podpory w cm
Ideę takiego rozwiązania konstrukcyjnego zbrojenia nawierzchni w sposób ciągły
przedstawiono na rysunkach 4.15, 4.16 i 4.17. [1].
Rys. 4.15. Idea rozwiązania konstrukcyjnego nawierzchni o zbrojeniu ciągłym [1]
Rys. 4.16. Fragment nawierzchni o zbrojeniu ciągłym i przylegający do niego odcinek nawierzchni betonowej
ze szczelinami (rozwiązanie tradycyjne) a - plan, b - przekrój pionowy (uwagę zwraca sposób kotwienia
nawierzchni w gruncie) [1]
197
Rys. 4.17. Szczegół konstrukcyjny podpory dla nawierzchni zbrojonej w sposób ciągły[mm] [1]
4.3.39. WYKONANIE SZCZELIN W NAWIERZCHNIACH ZBROJONYCH
W nawierzchniach zbrojonych występują tylko szczeliny konstrukcyjne. Wykonuje się
je po zakończeniu betonowania w danym dniu lub gdy podczas betonowania w ciągu
zmiany roboczej nastąpiła przerwa trwająca dłużej niż 30 min. W miejscu tym ustawia
się deskę oporową z otworami, przez które przepuszcza się podłużne pręty zbrojeniowe.
Deska czołowa może być ustawiona również ukośnie w stosunku do osi podłużnej
układanego pasma nawierzchni. Połączenia prętów podłużnych znajdujące się w dużej
odległości od szczeliny poprzecznej powinny być wzmocnione, by nie powodować
deformacji wcześniej ułożonych prętów. Szczeliny konstrukcyjne nie mają zdolności
przenoszenia obciążeń, dlatego należy je wzmocnić. Mając to wszystko na uwadze
wprowadza się pręty ze stali żebrowanej o średnicach zbliżonych do przekroju
zbrojenia stali w nawierzchni. Długość tego zbrojenia pomocniczego wynosi około
90 cm. Wzmocnienia te zakłada się między trzecim i czwartym prętem zbrojenia, choć
pożądane jest częstsze zbrojenie, na ogół ilość tego zbrojenia w szczelinie
konstrukcyjnej wzrasta do 30% [1].
4.3.40. NAWIERZCHNIE DYBLOWANE
Wzrastające obciążenia dróg startowych i innych elementów nawierzchniowych
manewrowego pola ruchu lotniczego powodują, że należy dążyć do zapewnienia
współpracy poszczególnych płyt między sobą. Ma to na celu racjonalne kształtowanie
198
przekrojów konstrukcyjnych nawierzchni. Jednym z takich rozwiązań jest połączenie
płyt przez dyblowanie. Polega ono na połączeniu dwóch sąsiednich płyt za pomocą
wkładek stalowych w postaci prętów (dybli) o wymiarach i rozstawie wzdłuż szczeliny
zależnym od: wartości obciążenia, sztywności płyty nawierzchniowej, wartości
współczynnika reakcji podłoża i innych czynników. Skuteczność połączeń dyblowych
zależy od zdolności przenoszenia obciążenia przez te elementy na kolejną płytę z płyty
obciążonej wcześniej pod wpływem toczącego się koła podwozia samolotu.
O skuteczności całego połączenia dyblowanego decyduje suma wartości obciążeń
przenoszonych przez poszczególne elementy współpracującego połączenia. Stan pracy
dybla jest złożony, występują w nim naprężenia zginające, ścinające i ściskające
lub rozciągające. Wartości tych naprężeń można wyznaczyć analitycznie. Praca dybla
polega na tym, ze jeden z końców pręta jest sztywno zamocowany w płycie betonowej,
drugi zaś ma możliwość liniowego przemieszczania się w tulei stalowej.
Jest to możliwe dzięki posmarowaniu pręta preparatem izolacyjnym
uniemożliwiającym współpracę z betonem. Dybel - pręt stalowy, musi być ułożony
równolegle do górnej i dolnej płaszczyzny płyty oraz prostopadle do płaszczyzny
czołowej. Długość zabetonowanej części dybla nie powinna być mniejsza niż 8 do 10
jego średnic.
4.3.41. LOTNISKOWE NAWIERZCHNIE BETONOWE ZBROJONE STALOWYM
WŁÓKNEM ROZPROSZONYM
W związku z potrzebą wprowadzania bardziej energo i materiałowo oszczędnych
technologii, a jednocześnie takich materiałów, które mogą sprostać wysokim
i złożonym wymaganiom stawianym nawierzchniom lotniskowym, zwrócono uwagę
na materiały kompozytowe. Fibrobeton jest więc materiałem kompozytowym,
składającym się ze spoiwa cementowego i materiałów mineralnych w postaci kruszywa
o różnej granulacji. Składniki te stanowią tzw. matrycę, w skład kompozytu wchodzą:
stalowe włókna rozproszone o znacznej wytrzymałości na rozciąganie. Układ włókien
w objętości betonu, ma najczęściej charakter przypadkowy, choć przy odpowiednich
zabiegach można nadać im kierunek zorientowany. Układ włókien i zróżnicowana
intensywność ich występowania w przekroju betonowej konstrukcji nawierzchni, może
być kształtowana zgodnie z przebiegiem trajektorii naprężeń - choć wymaga
to specjalnych zabiegów technologicznych i sprzętowych. W efekcie fibrobeton jest
obecnie jednym z najważniejszych materiałów konstrukcyjnych, które mogą być
z powodzeniem stosowane do budowy nawierzchni lotniskowych. Ideą kompozytu
betonowego jest takie połączenie składników, by powstający nowy materiał miał
korzystne cechy użytkowe. Cechy te pojawiają się bądź jako nowe, nie występujące
wcześniej w poszczególnych składnikach, albo dopiero w materiale kompozytowym
ulegają istotnemu wzmocnieniu. Obecnie oprócz włókien stalowych, coraz częściej
stosuje się włókna szklane, węglowe, polipropylenowe i inne (rysunek 4.18.) [12].
199
Włókna stalowe są w wielu krajach traktowane jako materiał konwencjonalny. Bywa
oznaczany jako FRC (Fihrc Rcinforccd Concrete), zbrojenie włóknem stalowym nosi
oznaczenie SFRC. Materiałem wyjściowym do produkcji włókien stalowych jest drut
stalowy lub blacha stalowa o granicy plastyczności od 550 do 1500 MPa. Współpraca
włókien z otaczającą je matrycą betonową jest dostrzegana dopiero po zarysowaniu
materiału, dlatego wytrzymałość włókien (o kilka rzędów wyższa niż otaczającego
je betonu) jest cechą mniej znaczącą w porównaniu z cechami geometrycznymi,
tzn. rozmiarami przekroju poprzecznego, długością oraz kształtem i rodzajem
powierzchni. Cechy te wpływają na zachowanie włókien w świeżej mieszance
betonowej, tak i po stwardnieniu oprócz włókien stalowych, które dominują
w materiałach kompozytowych betonowych, występują również włókna stalowe
niklowane - chociaż bardzo rzadko.
Rys. 4.18. Podstawowe, możliwe do uzyskania kształty włókien stalowych [12]
200
Najczęściej spotykanym kształtem włókna stalowego, jeżeli chodzi o jego przekrój
poprzeczny jest przekrój kolisty lub zbliżony do kolistego.
Włókna ze szkła metalicznego mają formę regularnych, bardzo cienkich blaszek
o przekroju prostokątnym. W wyniku pewnych procesów technologicznych formuje się
włókna o przekroju nieregularnym. Kształt podłużny włókien jest najczęściej prosty
albo z odgięciami lub pofalowaniami, mającymi polepszyć przyczepność włókna
do otaczającego go betonu. Temu celowi służą też włókna, których końcówki
wytłaczano, a także formowano jako nierówne powierzchnie wzdłuż całej jego
długości. Przy wytwarzaniu włókien metodą frezowania z bloku lub taśmy
płaskownika, powstają włókna, których cała powierzchnia boczna jest nieregularna,
a oś podłużna zakrzywiona. Wymiary poprzeczne włókien stalowych określa średnica
rzeczywista (d) lub średnica zastępcza, równoważna tzn. taka, która odpowiada
przekrojowi kolistemu o takim samym polu przekroju. Średnica taka wynosi najczęściej
od 0,4 do 1,1 mm. Długość włókien stalowych „l” najczęściej wynosi od 25 do 100
mm. Stosunek wymiarów włókna l/d, który decyduje o efektywności zbrojenia
rozproszonego mieści się w granicach od 35 do 80. Tylko przy specjalnych technikach
wbudowaniu czyli przy torkretowaniu możliwe jest stosowanie innych proporcji
wymiarowych włókna stalowego. Możliwe jest również stosowanie mikrowłókien
o wym. 0,15 x 6,0 mm, są to jednak zastosowania specjalne. Ilość mikrowłókien
i włókien w fibrobetonie zawiera się najczęściej w granicach 40 do 80 kg/m3,
co odpowiada zawartości objętościowej Vl od około 0,005 do 0,01, tzn. 0,5 do 1,0%
objętości. W niektórych przypadkach ilości te można zmniejszyć lub zwiększyć nawet
do 120 kg/m3. Minimalna jednak zawartość włókien nie powinna być mniejsza niż 20,0
kg/m3, w przeciwnym wypadku efekt wynikający z zastosowania tego rodzaju zbrojenia
nie ma znaczenia. Obecnie w kraju na większą skalę stosuje się włókno faliste typu S
1,0 x 5.0 mm o sinusoidalnym przebiegu kształtu, wysokości fali 1,5 mm i średnicy
włókna 1.0 mm. Z powodzeniem też, stosuje się również włókno typu EE-25. Długość
pojedynczych włókien wynosi 25 mm, przekrój włókna ma od 0,4 do 0,6 mm,
a wytrzymałość stali na rozciąganie - 500 MPa. Liczne zastosowania w kraju
szczególnie przy budowie wewnętrznych nawierzchni w halach przemysłowych
znalazły włókna typu Drumix, określane jako haczykowate z uwagi na kształt. Zgodnie
z obowiązującymi przepisami stosowanie tych wyrobów musi mieć akceptację
techniczną w postaci Aprobaty Technicznej [12].
Coraz częściej stosowane są włókna syntetyczne np. polipropylenowe. Ten rodzaj
włókien dodaje się do betonu w ilości nie mniejszej niż od 0,6 do 1,0 kg/m3. Włókna te
mają znaczenie przede wszystkim w fazie wiązania i twardnienia betonu, przyczyniając
się do zmniejszenia skutków naprężeń termicznych w betonie w pierwszym okresie
jego wiązania i twardnienia. Jakkolwiek włókna stalowe w betonie są rozłożone
w sposób nieregularny, to jednak można z punktu widzenia racjonalnej dystrybucji
naprężeń w betonie odpowiednio je ukierunkować.
Układ 3D - to taki stan, w którym zaleca się równomierne rozmieszczenie włókien
201
w masie mieszanki betonowej. Oznacza to, że zarówno co do kierunku, jak
i zagęszczenia włókna są uporządkowane. Polega to między innymi na tym, że włókna
zbrojeniowe są dostatecznie krótkie w stosunku do wymiaru elementu, a ich rozkład
losowy nie jest wynikiem działania sił zewnętrznych.
Układ 2D - ma miejsce w przypadku, gdy większość włókien jest równoległa
do płaszczyzny roboczej nawierzchni. Ten rodzaj układu występuje wówczas, gdy
element zbrojony jest stosunkowo cienki w porównaniu z długością pojedynczego
włókna.
Układ 1D - odpowiada linearyzacji włókien tzn. że włókna są w przybliżeniu ułożone
równolegle. Uzyskanie takiego zabiegu jest możliwe przez odpowiednie zabiegi
technologiczne np. przez linearyzację magnetyczną lub odpowiedni sposób
natryskiwania. Efektywność układu 1D jest większa lecz tylko w kierunku
wyróżnionym przez ten zabieg [12].
4.3.42. CEMENT DO BETONÓW ZE ZBROJENIEM ROZPROSZONYM
Zgodnie z postanowieniami normy [20] Wymagania ogólne i metody badań do
nawierzchni betonowych, należy stosować cement czysto klinkierowy portlandzki CEM
I 425 odpowiadający wymaganiom normy PN-B-19701: 1977 lub cementy drogowe
klasy nie niższej niż 42,5. Cementy te wyróżniają się odpowiednim składem
chemicznym mineralogicznym. Cementy do budowy nawierzchni powinny mieć
oznaczoną alkaliczność. Oznaczenie tej cechy należy prowadzić według PN-EN-19621:
1997. Graniczna jej wartość nie powinna przekraczać 0,6% w przeliczeniu na Na2O.
Do konstrukcji kubaturowych, wznoszonych z fibrobetonu można stosować inne
cementy używane do betonów konstrukcyjnych. Należy jednak mieć na uwadze fakt,
że nie wszystkie cementy dobrze współpracują z niektórymi dodatkami i domieszkami.
Dlatego podstawą do akceptacji proponowanej do zastosowań konkretnej kombinacji
tych składników muszą być badania zgodności, uzupełnione badaniami laboratoryjnymi
i obserwacjami odcinków doświadczalnych [16].
Do betonów nawierzchniowych, które są narażone na działanie mrozów, należy
stosować środki napowietrzające. Celem ich działania jest wytworzenie w strukturze
betonu regularnie rozmieszczonych pęcherzyków powietrza, gwarantujących
podwyższoną mrozoodporność betonu.
Innym dodatkiem będącym często składnikiem betonu ze zbrojeniem rozproszonym jest
pył krzemionkowy, który jest niezwykle cenny. Składa się on z mikroskopijnych
kuleczek o średnicy około 0,1 µm zawierających w 90% bezpostaciową krzemionkę
Si02 o gęstości ok. 2,20 g/cm3 Średnia cząstka pyłu jest o dwa rzędy wielkości mniejsza
niż cząstka cementu portlandzkiego.
202
Pyły krzemionkowe stosuje się do betonów aby poprawić: urabialność, szczelność
i trwałość. Stosowanie tych dodatków ma sens w odniesieniu do betonów wysokich
klas i tzw. betonów wysokowartościowych. W mieszankach betonowych pył
krzemionkowy ma wpływ na własności wiążące, jak również poprawia strukturę
granulometryczną. Zwiększa gęstość mieszanki betonowej, co jest cechą bardzo
korzystną w fibrobetonie [1].
4.3.43. WŁASNOŚCI TECHNICZNE FIBROBETONÓW
Wadą tradycyjnego betonu jest niska wytrzymałość na rozciąganie i kruchość.
Przy rozciąganiu betonu występują liczne rysy i mikropęknięcia, jeszcze przed
przyłożeniem obciążeń eksploatacyjnych do elementu lub konstrukcji. Pod obciążeniem
następuje dalsze łączenie się mikrorys, co w efekcie wywołuje kruche zachowanie się
materiału i postępujące jego zniszczenie. Konsekwencją zarysowania materiału jest
obniżenie jego szczelności i zmniejszenie trwałości. Zadaniem rozproszonego zbrojenia
jest zapewnienie szczelności i spójności między poszczególnymi elementami struktury
betonu. Obecność zbrojenia rozproszonego wpływa znacząco na mikroi makrozarysowanie betonu, na etapie dojrzewania i twardnienia, jak również na etapie
działania obciążeń eksploatacyjnych. Obecność zbrojenia rozproszonego umożliwia
znaczną poprawę cech mechanicznych i fizycznych w porównaniu z betonem
bez włókien [12]. W tablicy 4.21. przedstawiono wpływ mikrozbrojenia na wybrane
właściwości betonu wg [12].
Tab. 4.21. Wpływ mikrozbrojenia na wybrane właściwości betonu [12]
Analizowana cecha
Efekt obecności włókien stalowych w
betonie
+
Wytrzymałość na rozciąganie
+
Wytrzymałość na zginanie
Odporność na pękanie przy zginaniu
Wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu
+
++
+
Odporność zmęczeniowa przy zginaniu
++
Wytrzymałość na uderzenia (udarność)
++
Moduł sprężystości
0
Mrozoodporność
0
Odporność na ścieranie
+
Oznaczenia: 0- brak znaczącego efektu; + wzrost; + + znaczny wzrost
203
Efektem obecności zbrojenia rozproszonego jest wzrost odporności na erozję.
Obecność tego zbrojenia wpływa korzystnie na redystrybucję naprężeń w przekroju
elementu. Lepsze własności użytkowe fibrobetonów w porównaniu z betonami
klasycznymi są powodem, dla którego beton zbrojony włóknem rozproszonym jest
coraz częściej stosowanym rozwiązaniem w budowie nawierzchni drogowych
i lotniskowych z betonu cementowego [1,12]. Tabela 4.22. przedstawia wyniki
wytrzymałościowe betonu z włóknami stalowymi wg [12]
Tab. 4.22. Wyniki wytrzymałościowe betonu z włóknami stalowymi [12]
Rodzaj badanej
wytrzymałości
Beton wzorcowy badany w terminach
Beton ze zbrojeniem rozproszonym typu
S 1.0x50
3 dni
7 dni
28 dni
3 dni
7 dni
28 Dni
I. Wytrzymałość
na ściskanie w MPa
21,4
38,8
56,0
26,1
46,6
60,5
II. Wytrzymałość
na rozciąganie
przy zginaniu w MPa
3,7
4,4
6,3
4,2
5,5
7,5
I rodzaj włókna
22,3
40,0
55,5
25,0
43,5
57,3
II rodzaj włókna
l.,80
2,0
3,30
l,45
2,41
4,08
4.3.44. NAWIERZCHNIE LOTNISKOWE Z BETONU SPRĘŻONEGO
Początek budowy nawierzchni lotniskowych z betonu sprężonego datuje się dopiero
od czasów drugiej wojny światowej. Pierwsze nawierzchnie w których zastosowano
zbrojenie sprężone - aktywne powstały we Francji w 1946 roku. Kolejna znana
realizacja była budowa drogi startowej o długości 2430 m i szerokości 60 m na lotnisku
w Maison-Blanche w Algierze w 1954 roku. Na końcach drogi startowej wybudowano
bloki oporowe sprężyste, między nimi co 330 m zainstalowano aktywne szczeliny
rozszerzania z wbudowanymi prasami. Sprężenie podłużne wynosi 3.2 MPa,
poprzeczne zaś 1,5 MPa, system ten zrealizowano wykorzystując 12 cięgien
sprężających rozmieszczonych w odstępie co 1,75 m.
W Stanach Zjednoczonych powstało wiele kilometrów nawierzchni z betonu
sprężonego na drogach i lotniskach. Do roku 1964 w Europie wybudowano z betonu
sprężonego 38 odcinków na nawierzchniach lotniskowych. W byłym Związku
Radzieckim nawierzchnie sprężone na lotniskach stosowano w postaci płyt. Podobne
rozwiązania stosowano w byłej Czechosłowacji. W Polsce w latach osiemdziesiątych
wprowadzono program naukowo-badawczy, uruchomiono linię technologiczną
produkcji płyt sprężonych i wdrożono ten system na kilku fragmentach funkcjonalnych
obiektów lotniskowych [1].
204
Ta metoda budowy nawierzchni lotniskowych, która może być alternatywnym
rozwiązaniem dla tradycyjnie budowanych nawierzchni, wymagała opracowania wielu
normatywnych przepisów technicznych, sformułowania kryteriów odbioru i kontroli
wyrobu oraz wymagań dla budowanych z nich nawierzchni. W budowie dróg na terenie
naszego kraju płyty sprężone stosowano na odcinku doświadczalnym.
Dla porównywalnych warunków: klimatycznych, gruntowych i obciążenia,
zastosowanie nawierzchni sprężonych powoduje zmniejszenie przekroju pracującego
płyty nawierzchniowej w stosunku do tradycyjnych nawierzchni zbrojonych stalą
w postaci prętów. To rozwiązanie konstrukcyjne w praktyce powoduje zmniejszenie
ilości szczelin w nawierzchniach przy zdolności przenoszenia większych obciążeń.
Walorem tych nawierzchni jest również znacząco zwiększona rysoodporność.
Powstałe odkształcenia nawierzchni są odwracalne, zapewniając odpowiednio wysokie
parametry eksploatacyjne. Stosowanie betonu sprężonego jest najbardziej racjonalne
w nawierzchniach dróg startowych, gdzie zachodzi potrzeba budowy coraz bardziej
wytrzymałych nawierzchni, a osiąganie tego celu drogą kolejnych „nakładek" nie jest
właściwym rozwiązaniem [1, 9].
4.3.45. METODY SPRĘŻANIA
Wyróżnia się dwie zasadnicze metody sprężania [13]:
- metodę płyt ruchomych.
- metodę płyt nieruchomych.
4.3.46. METODA PŁYT RUCHOMYCH
Płyty nawierzchniowe zmieniają swoje wymiary liniowe pod wpływem wielu
czynników atmosferycznych. Płyty są oddzielone szczelinami, które umożliwiają ruchy
poziome płyt.
W tym systemie można wyróżnić [13]:
- sprężanie wewnętrzne.
- sprężanie zewnętrzne.
Sprężanie wewnętrzne, polega na nadaniu wstępnego naprężenia cięgnom sprężającym
w postaci strun pojedynczych lub zgrupowanych w kilka, tworzących linki sprężające.
Ten rodzaj sprężenia nosi nazwę strunobetonu. Nadanie wstępnego sprężenia może
odbywać się również w osłonach sprężających beton po jego stwardnieniu, jest to tzw.
kablobeton.
Po nadaniu sprężenia i związaniu betonu otaczającego elementy sprężające
205
(linki, struny, kable) następuje ich zwolnienie co powoduje wstępne sprężenie betonu
do wartości sił, które zostały określone w założeniach projektowych. Zbrojenie
sprężające jest „zbrojeniem aktywnym". W doświadczeniach prowadzonych w byłym
Związku Radzieckim, określono optymalną długość sprężonych elementów
nawierzchni na około 30 do 50 m. Próba przekraczania tych długości, jakkolwiek
możliwa, powodowała jednak powstanie w nawierzchniach pęknięć. Sprzyjał tym
niekorzystnym zjawiskom takt, że nawierzchnie sprężone są zazwyczaj cienkie, mają
najczęściej grubość do 12 cm. W przypadku bardzo dużych obciążeń skupionych,
grubość ich zwiększa się do 15, a nawet 18 cm. Zbrojeniem w elementach strunowych
są pojedyncze druty o średnicy od 3 do 5 mm ze stali wysoko-wartościowej, której
granica wytrzymałości na zerwanie wynosi Rr = 1600 MPa. Zbrojenie poprzeczne płyt
to zbrojenie bierne w postaci prętów o średnicy od 12 do 14 mm. Zużycie zbrojenia
sprężającego w postaci strun w przeliczeniu na jednostkę powierzchni wynosi zwykle
od 0,8 do 1,2 kg/m2 [9, 13].
Sprężanie płyt kablami polega na równomiernym rozłożeniu w nawierzchni elementów
sprężających w postaci kabli. Układ taki pozwala na najbardziej efektywne sprężenie
betonu. Możliwe są również inne sposoby sprężania płyt. Ideę tego sprężania ilustruje
rysunek 4.19 [13].
Rys. 4.19. Schemat sprężania nawierzchni betonowej systemem kablobetonu przy układzie kabli:
a - równoległym do osi nawierzchni. b - skośnym do osi nawierzchni,
c - sprężonych po obwodzie płyty: 1 – jarzma [13]
206
Sprężanie nawierzchni betonowych pozwala na stosowanie płyt o różnych długościach:
-
-
od 100 do 150 m, dalsze zwiększenie długości płyt czyni nieefektywnym
zjawisko sprężania (duże naprężenia kotwiące na czole płyty zmuszają do
stosowania znacznych wzmocnień strefy przypodporowej),
grubości płyt określa się na 14 cm minimum dla sprężenia kablami i 12 cm dla
sprężenia strunami. Otulina strun betonem powinna wynosić minimum 4 cm,
sprężenie podłużne w środku płyty wynosi minimum 1,0 MPa po
uwzględnieniu strat pełzania, tarcia i skurczów betonu. Na zniwelowanie sił
tarcia na końcu płyty wymagane jest naprężenie sprężające 3,0 do 3,5 MPa,
sprężenie poprzeczne - efektywne jest wówczas, gdy wynosi najmniej 1,0 MPa
w środku przekroju płyty, najczęściej dla dróg startowych jest identyczne jak
sprężenie podłużne. W budowie dróg samochodowych sprężenia poprzecznego
nie stosuje się lub jego wartość nie przekracza 0,5 MPa,
sprężenie zewnętrzne polega na tym. że stosuje się aktywne szczeliny
rozszerzania (rysunek 4.20).
W szczelinach tych montuje się urządzenia wywierające naciski na czoło płyt,
powodując ich sprężenie [17]
Rys. 4.20. Idea sprężania zewnętrznego płyty 1 - bloki oporowe, 2 - płyty nawierzchni sprężanej, 3 - dźwigniki
do nacisku na płyty [13]
System ten nie wyszedł poza doświadczenia poligonowe, choć jest w założeniu bardzo
interesujący.
4.3.47. METODA PŁYT NIERUCHOMYCH
Metoda ta wymaga odpowiednio skonstruowanych bloków oporowych (przyczółków),
między którymi płyty są ściśnięte na stałe. Czasami stosuje się szczeliny elastyczne,
w których instaluje się prowizoryczne urządzenia rozpierające płyty. W tym systemie
zrealizowano duże fragmenty nawierzchni lotniskowych, między innymi drogę startową
na lotnisku Ma-ison-Blanche w Algierii. Grubość nawierzchniowej płyty lotniskowej
na tym obiekcie wynosi 18 cm. Naprężenia podłużne w płycie według projektu
wynoszą 7 MPa, poprzeczne 1,8 MPa. Sprężenie płyty stanowiły cięgna ośrednicy 7mm
rozmieszczone co 1,33 m. Inną znaną realizacją drogi startowej była jej budowa
207
na lotnisku Melsbroek w Belgii w 1959 roku. Dane charakterystyczne tej drogi
to: długość 3300 m, szerokość 45 m. Na końcach drogi zbudowano dwa bloki oporowe,
między którymi w odległościach co 330 m wykonano aktywne szczeliny rozszerzania.
Naprężenie podłużne w płycie wynosi 3,2 MPa, poprzeczne zaś 1,5 MPa. Zrealizowano
je za pomocą cięgien złożonych z 12 drutów każdy o przekroju 7 mm2,
rozmieszczonych w odległościach co 1,75 m. Sprężenie nawierzchni w oparciu o bloki
oporowe polega na wygenerowaniu naprężeń w betonie przez prasy naciskające
bezpośrednio na beton nawierzchniowy. Po uzyskaniu odpowiedniego sprężenia prasy
zastępuje się odpowiednimi betonowymi klinami kotwiącymi. Prasy naciskowe mogą
być również pozostawione na stałe tworząc tzw. „szczeliny czynne". Wolną przestrzeń
między nimi i czołami płyt wypełnia się odpowiednio wytrzymałą i trwałą zaprawą
cementową. Najbardziej odpowiednie do tego celu są prasy płaskie, okrągłe lub owalne,
pomysłu Freyssineta. Montuje się je w zespołach po 2 do 5 sztuk i umieszcza
w szczelinach czynnych [1,13].
Połączenie płyt sprężonych wymaga starannego wykonawstwa. Przykładowe
rozwiązania połączeń płyt przedstawiono na rysunkach 4.21, i 4.22 [13].
Wartość przerwy R powinna umożliwić umieszczenie w szczelinie technologicznej
urządzeń sprężających h - grubość warstwy nawierzchni, h1 - grubość płyty progowej
[13]
Rys. 4.21. Przykładowe rozwiązania poprzecznego styku płyt strunobetonowych h1 - grubość płyty progowej
w zależności od h przyjmuje wartości od 15 do 20 cm, 1 - impregnowana przekładka elastyczna,
2 - płyta progowa [13]
Rys. 4.22. Przerwa technologiczna i szczelina dylatacyjna płyt sprężających kablami
w kierunku podłużnym [13]
208
Sprężenie nawierzchni przy wykorzystaniu pras sprężających wymaga wykonania
bardzo stabilnych kotwień. Przykładowy sposób wykonania takich stabilnych
przyczółków pozwalających na sprężenie lotniskowych płyt nawierzchniowych
przedstawiono na rysunkach 4.23 i 4.24 [1].
Rys. 4.23. Konstrukcja przyczółka jednoskrzydłowego nawierzchni sprężonej prasami [1]
Rys. 4.24. Przekrój poprzeczny przyczółka dwuskrzydłowego [1]
4.3.48. BUDOWA NAWIERZCHNI LOTNISK Z PŁYT WSTĘPNIE SPRĘŻONYCH
W dziedzinie lotniskowego budownictwa komunikacyjnego konstrukcje nawierzchni
sprężonych mogą stanowić jedno z doskonalszych rozwiązań.
Sprężenie prefabrykowanych płyt nawierzchniowych polega na wprowadzeniu
do pojedynczej płyty wstępnego układu sił wewnętrznych (Nw). Układ ten jest większy
lub przynajmniej równoważny obciążającemu układowi sił zewnętrznych (NG+F).
Łączne działanie tych układów musi być bezpiecznie przenoszone przez płytę
nawierzchniową.
209
Nawierzchnia przegubowa z prefabrykowanych płyt wstępnie sprężonych
to nawierzchnia zbudowana z pojedynczych płyt, połączonych ze sobą za pomocą
spawania stalowych klamer. Stalowe klamry stanowią specyficzny element łączący,
który umieszczono w odpowiednio formowanych gniazdach płyty przed ich
betonowaniem. Klamry te umieszczone parami na czołowych i bocznych
powierzchniach płyty tworzą charakterystyczne przeguby liniowe, które zapewniają
dostateczną współpracę między płytami. Dlatego ten rodzaj nawierzchni nazywany jest
często nawierzchnią „przegubową". Płyty tworzące lotniskową nawierzchnię
są układane na odpowiednio przygotowywanym do tego celu podłożu [17].
Współczesną nawierzchnię lotniskową muszą charakteryzować przede wszystkim:
- odpowiednio wysoka nośność w złożonych warunkach obciążeń
eksploatacyjnych,
- odpowiednia równość oraz właściwe ukształtowanie pionowe nawierzchni,
- odpowiednia szorstkość i tekstura nawierzchni, - wysoka trwałość.
Rozwiązanie konstrukcyjne płyty przedstawiono na rysunku 4.25. [13].
Rys. 4.25. Lotniskowa płyta wstępnie sprężona: 1 - klamry transportowe i łączące (boczne),
2 - czołowe klamry łączące [13]
210
4.3.49. OBCIĄŻENIA NAWIERZCHNI Z PŁYT SPRĘŻONYCH
4.3.49.1. Obciążenia statyczne
Obciążenie statyczne nawierzchni rozumiane jest jako maksymalne pionowe
oddziaływanie kół tylko jednej goleni głównej obliczeniowego samolotu.
W rzeczywistości występuje niewielki obszar nawierzchni, na którym obciążenia
osiągają wartości obliczeniowe oraz znaczne strefy, gdzie obciążenie nawierzchni jest
mniejsze [11].
4.3.49.2. Obciążenia dynamiczne
Dynamiczne obciążenie nawierzchni lotniskowych jest procesem złożonym. Można
w nim wyróżnić trzy fazy, z których każda dotyczy innych form oddziaływania
samolotu na nawierzchnię:
- dynamiczne oddziaływanie samolotu występujące podczas jego rozbiegu,
- dynamiczne oddziaływanie podczas lądowania samolotu,
- dynamiczne oddziaływanie samolotu podczas postoju z pracującymi silnikami,
np: na płaszczyźnie prób silników lub płaszczyznach przedstartowych. Uważa
się, że ten rodzaj oddziaływań stanowi najbardziej wymagający sprawdzian dla
nawierzchni budowanych z płyt sprężonych [11].
4.3.49.3. Obciążenie samolotem
Obciążenie nawierzchni stojącym samolotem, który pracuje z włączonymi silnikami
- moment przedstartowy (max. ciężar do startu i drgająca masa samolotu). Obciążenie
to może się zmieniać od wartości minimalnych, gdy obroty turbiny silnika są niskie
do wartości maksymalnych, przy których ma miejsce moment startu samolotu. Wartość
tego obciążenia zmienia się również wraz ze zmianą wartości ciągu silnika, który
zależy od wielkości i przeznaczenia samolotu. Dla samolotów pasażerskich np. Boeing
747 ciąg silnika wynosi 197,3 kN, dla wybranych zaś typów samolotów transportowych
np. Concorde 150 - 160,0 kN, Boeing 2707 - 272,1 kN, Tu 144 - 130,0 kN.
W rezultacie przeprowadzonych badań prędkości przejścia fali sejsmicznej w układzie
konstrukcyjnym: nawierzchniowa płyta wstępnie sprężona - podbudowa betonowa,
stwierdzono, że prędkość rozchodzenia się fali wynosi 1800 - 1900 m/s. W zależności
od poziomu pracy silników będących źródłem wymuszeń zarejestrowano zmiany
amplitudy prędkości drgań. Najwyższe rejestrowano przy poziomie pracy silników
zbliżonym do przedstartowego.
Analizując występujące częstości drgań wywołanych przez samoloty pracujące
na nawierzchni można stwierdzić, że:
- częstotliwości drgań wywołanych przez oba typy samolotów niewiele różnią się
między sobą (nieco większe amplitudy wystąpiły w przypadku samolotu
211
większego),
- zarejestrowano następujące maksymalne amplitudy prędkości drgań:
- dla samolotu lżejszego Amax = 0,244 mm/s, f = 126,2 Hz
- dla samolotu cięższego Amax = 0,826 mm/s, f = 79Hz.
W oddziaływaniach dynamicznych samolotu pracującego na nawierzchni występują
dwie grupy drgań, jedna o częstotliwościach niskich od 60 - 400 Hz, druga zaś
o wysokich częstotliwościach od 600 - 1200 Hz.
Największe amplitudy drgań zarejestrowano w miejscu obciążenia nawierzchni golenią
główną, natomiast najmniejsze z występujących amplitud określono dla punktu
podparcia samolotu, które stanowi goleń dziobowa. Należy stwierdzić, że dla
nawierzchni lotniskowych brak jest kryteriów pozwalających ocenić szkodliwość
generowanych na nich drgań [1,15].
4.3.49.4. Dynamiczne obciążenie nawierzchni podczas lądowania samolotu
Każdy samolot charakteryzuje się ściśle określonymi parametrami aerodynamicznymi
i wynikającymi z nich prędkościami podejścia do lądowania. Prędkość przy lądowaniu
określa następne fazy ruchu samolotu po nawierzchni. Kąt szybowania samolotu
wynosi od 5 do 80 przy lądowaniach normalnych występujących najczęściej, samolot
lekko uderza kołami o nawierzchnię, wówczas wartość przyspieszenia pionowego
działającego na samolot jest bliska przyspieszeniu ziemskiemu g. Zdarzyć się mogą
jednak lądowania nieudane, gdy następuje „uderzenie samolotu" o nawierzchnię,
wówczas przyspieszenie pionowe może osiągnąć wartość nawet 3,0 g. Przeprowadzone
obserwacje wykazują, że liczba takich lądowań może wynosić do 5%. Analiza procesu
lądowania pozwala stwierdzić, że o wytężeniu płyty nawierzchniowej decyduje
pierwszy impuls obciążenia, który charakteryzuje najwyższe przeciążenie, najkrótszy
czas trwania i najwyższą prędkość ruchu. Tylko nieudane lądowanie, gdy względne
przeciążenie pionowe przyłożone w środku masy samolotu jest większe od 1,5 g, może
być powodem znacznych ugięć i momentów zginających przekraczających 1,7 - 2,0
krotnie wpływ oddziaływań statycznych. Graficzną ilustrację tego zjawiska
przedstawiono na rysunku 4.26. [1].
212
Rys. 4.26. Graficzna postać charakterystycznego dynamicznego obciążenia nawierzchni
w czasie lądowania i kołowania samolotu do startu. Funkcja nz (t) oznacza względne przyspieszenie
skierowane w górę wywołane działaniem siły nośnej lub inaczej - odciążenie względne [1]
Przeciętne poprawne lądowanie, wywołuje mniejsze momenty zginające i ugięcia płyt,
niż oddziaływanie statyczne. Analizując przypadek obciążenia dynamicznego
nawierzchni, lądującym samolotem naddźwiękowym o jednokołowej goleni głównej,
można stwierdzić że:
- normalne lądowanie samolotów specjalnego przeznaczenia odbywa się przy
małym kącie szybowania, niewielkiej prędkości pionowego opadania
i niewielkim względnym przeciążeniu pionowym, wynoszącym około 0,6 g,
w normalnej eksploatacji zdarzają się przypadki lądowań nieudanych.
Powstające wówczas obciążenie jest wyższe od obliczeniowego obciążenia
statycznego.
Ten anormalny proces, na który mogą się nałożyć niekorzystne warunki gruntowowodne i klimatyczne może powodować znaczne przeciążenie nawierzchni, są to jednak
sytuacje ekstremalne występujące tylko w losowych przypadkach.
Przy wymiarowaniu nawierzchni metodą naprężeń dopuszczalnych, dynamiczne
oddziaływanie nawierzchni kompensuje odpowiedni współczynnik bezpieczeństwa.
W tabeli 4.23. podano wartości współczynnika dynamicznych oddziaływań
na nawierzchnię wg [1].
213
Tab. 4.23. Wartości współczynnika dynamicznych oddziaływań na nawierzchnię [1]
Rodzaj nawierzchni
Funkcjonalne części dróg lotniskowych
betonowa
lotniska o małym
ruchu
lotniska o dużym
ruchu
żelbetowa
Drogi startowe, kołowania, skrzyżowania dróg
2,0
1,8
1,1
Pozostałe drogi lotniskowe i płyty
1,5
1,3
1,0
Obciążenie dynamiczne jest podstawowym i najbardziej niekorzystnym rodzajem
obciążenia występującym na nawierzchni. Traktować je należy jednak jako jedną
z możliwych form oddziaływania, która zawiera w sobie wiele dotychczas
nie rozwiązanych kwestii. W wymiarowaniu nawierzchni metodą stanów granicznych
uwzględnia się współczynnik dynamiczny oraz inne współczynniki, takie jak:
n - współczynnik przeciążenia i m - współczynnik warunków pracy nawierzchni
zawierający w sobie powtarzalność obciążeń, wpływ warunków temperaturowych oraz
wzrost wytrzymałości betonu w czasie. Praktyka projektowa dowiodła,
że współczynnik bezpieczeństwa - dla metody naprężeń dopuszczalnych oraz zespół
czynników uwzględnionych w metodzie stanów granicznych daje obecnie zadowalające
rezultaty [1,11]. Obowiązujące w metodzie stanów granicznych wartości
współczynników do wymiarowania nawierzchni wg [10] podano w tabeli 4.24.
Natomiast w tabeli 4.25. umieszczono wartości współczynnika warunków pracy
nawierzchni dla różnych fragmentów dróg lotniskowych [10].
Tab. 4.24. Obowiązujące w metodzie stanów granicznych wartości współczynników
do wymiarowania nawierzchni [10]
Elementy drogi
startowej
Współczynnik pewności
n
Koniec
Środek
Brzegi
1,00
0,85
0,72
Współczynnik dynamiczny kd dla ciśnienia
w pneumatykach w MPa
0,98
0,98-1,47
1,47-1,96
1,10
1,10
1,10
1,15
1,10
1,10
1,20
1,10
1,10
Tab. 4.25. Wartości współczynnika warunków pracy nawierzchni dla różnych fragmentów dróg lotniskowych
[10]
Nawierzchnie monolityczne
Elementy drogi startowej
Nawierzchnie składane
zbrojenie
zbrojenie
strunowe
kable
nie sprężone
strunowe
kable
nie sprężone
Końce DS.
1.0
1,0
1,0
1,0
1,1
1,1
Środek DS, brzegi
1,0
1,1
1,0
1,1
1,2
1,2
214
4.3.50. CHARAKTERYSTYKA TERMICZNYCH OBCIĄŻEŃ WYMUSZONYCH
Współczesny silnik lotniczy jest silnikiem cieplnym, w którym następuje zmiana
energii chemicznej na pracę siły ciągu. Oddziaływujące na nawierzchnię lotniskową
współczesne samoloty komunikacyjne i wojskowe „wyrzucają" z dysz silników gorące
strumienie gazów, z dużą energią kinetyczną. Oddziaływania termiczne są wielokrotnie
powtarzalnymi „uderzeniami strumienia gazów". Krótkotrwałe, impulsowe
oddziaływanie strumienia gazów jest w stanie wywołać drgania nawierzchni.
Zasadniczy wpływ na charakter termicznych oddziaływań na nawierzchnię ma
temperatura produktów spalania [11].
Doświadczenia związane z eksploatacją nawierzchni lotniskowych wskazują,
że w nawierzchniach betonowych temperatura powierzchniowego nagrzania płyty może
przekroczyć 200°C. Nawierzchnie, w których lepiszczem są spoiwa organiczne nie
wytrzymują z reguły tych oddziaływań. Podczas pracy silników turbośmigłowych
i turboodrzutowych tworzy się za nimi strefa oddziaływań. W tej strefie występują dość
zróżnicowane pod względem termicznym oraz zależne od prędkości „potoki
powietrza". Stopień oddziaływania termicznego strumienia gazów zależy głównie od:
temperatury i prędkości gazów wypływających z dyszy silnika. Istotne są również takie
czynniki, jak: wysokość umieszczenia silników nad powierzchnią drogi startowej,
intensywność ich pracy oraz inne szczegóły konstrukcyjne silnika i dyszy wylotowej.
Największe temperatury strumienia gazów występują na przedłużeniu osi silnika.
W miarę oddalania się od osi strumienia, temperatura obniża się. Spadek temperatury
następuje również wraz ze zwiększeniem się odległości strumienia gazów od silnika.
Największe różnice temperatur w strefie kontaktu strumienia gazów z nawierzchnią
lotniskową występują podczas nominalnej pracy silników. Proces nagrzewania
nawierzchni zależy od intensywności pracy silnika, czasu oddziaływania oraz własności
termoizolacyjnych nawierzchni [1,11].
Inny rodzaj oddziaływań występuje w momencie przemieszczania się samolotu
po nawierzchni. Oddziaływanie strumienia jest wówczas mniej intensywne i nie ma
większego znaczenia, gdyż duże masy powietrza o różnych temperaturach
zaangażowane w proces wymiany szybko obniżają temperaturę strumienia. Praktycznie
działanie podwyższonej temperatury rozchodzi się na przestrzeni 60 - 80 m
za silnikiem.
Dla każdego z rodzajów silników struktura strumienia jest inna. Na nawierzchnię
oddziałuje strumień gorących gazów o szerokości 5-10 m.
Dla kilku silników pracujących równocześnie w odległości 15 - 20 średnic dyszy
następuje zespolenie strumienia w jeden. Ustala się wówczas charakterystyczny
przepływ. W miejscu kontaktu strumienia gazów z płaską nawierzchnią lotniskową
na eliptycznej płaszczyźnie formuje się „pole strumienia".
Oddziaływanie strumienia intensyfikuje się, gdy kąt nachylenia silników
215
do nawierzchni się zwiększa. Wzrastanie kąta pochylenia od 0 do 16° powoduje wzrost
temperatury na nawierzchni od około 140° do 520°C [11].
4.3.51. OBCIĄŻENIA TERMICZNE SPOWODOWANE WARUNKAMI
KLIMATYCZNYMI
Warunki klimatyczne spowodowane dobowymi zmianami temperatury można zaliczyć
do klasy termicznych obciążeń naturalnych. Nie występuje jednak niebezpieczeństwo
spękań termicznych płyt wstępnie sprężonych.
Pomierzone odkształcenia i obliczone naprężenia w eksperymentalnym fragmencie
nawierzchni w kierunku podłużnym płyty nie przekraczają w bezwzględnych
wartościach 2,0 MPa, jednak dla kierunku poprzecznego płyty, naprężenia te wynoszą
3,0 MPa. Wpływ termicznych zmian na stan wytężenia płyty jest nieznaczny z punktu
widzenia doraźnej wytrzymałości betonu, powoduje nierównomierny rozkład naprężeń,
który jest zmienny w czasie i to zarówno w cyklu jednodobowym, jak również
w dłuższym przedziale czasu [11].
Konstrukcja nawierzchni z płyt sprężonych poddana jest działaniu:
- obciążeń od użytkujących nawierzchnię samolotów, których ciężar rozkłada się
w ten sposób, że około 85 - 90% przypada na golenie główne podwozia, zaś
około 10 - 15% na goleń nosową samolotu,
- obciążeń temperaturowych,
- wpływu wód opadowych i gruntowych (czynnika, którego działanie jest
szczególnie istotne dla podbudowy i podłoża),
- innych czynników np. działania środków chemicznych.
4.3.52. TECHNOLOGIA PRODUKCJI PŁYT WSTĘPNIE SPRĘŻONYCH
Podstawową klasą betonu stosowanego do produkcji płyt sprężonych jest C35/40.
Beton ten musi charakteryzować się:
- możliwością przenoszenia dużych obciążeń ściskających w całym przekroju
płyty,
- możliwością przenoszenia dużych wartości naprężeń rozciągających
spowodowanych podstawowym obciążeniem,
- odpornością na rozwarstwienie w strefie kotwienia cięgien.
Wysoka klasa betonu C35/40 daje gwarancję przenoszenia dużych obciążeń
sprężających oraz bezpośrednie korzyści w postaci redukcji przekroju betonowego
216
w nawierzchni, a zatem ciężaru całej konstrukcji [1]
4.3.53. BETON
W tabeli 4.26. podano przykładowy skład mieszanki betonowej do produkcji płyt
sprężonych wg [1]
Tab. 4.26. Przykładowy skład mieszanki betonowej do produkcji płyt sprężonych [1]
cement portlandzki
4,80 kN/m3
grys granitowy o uziarnieniu 2-8 mm
l,70kN/m3
grys granitowy o uziarnieniu 8-16 mm
9,62 kN/m3
piasek płukany
6,68 kN/m3
woda
gęstość pozorna betonu
1,81 l/m3
24,41 kN/m3
Beton powinien charakteryzować się:
a) wysoką wytrzymałością na ściskanie i rozciąganie przy zginaniu,
b) dużą przyczepnością stali do betonu, uwarunkowanej w tym przypadku
przyczepnością betonu do splotów, gdzie wartość siły na jednostkę długości
cięgna jest wyższa w porównaniu z cięgnami gładkimi,
c) szczelnością wyrażoną poprzez małą nasiąkliwość i dużą mrozoodporność.
4.3.54. ZBROJENIE PŁYT WSTĘPNIE SPRĘŻONYCH
Do zbrojenia lotniskowych płyt wstępnie sprężonych stosuje się stal o różnych
własnościach i przeznaczeniu jako [1]:
- zbrojenie sprężające, aktywne,
- zbrojenie niesprężające,
- zbrojenie pomocnicze.
Zbrojenie sprężające płyt wstępnie sprężonych stanowi splot strun o nominalnej
średnicy 7,8 mm, w skład splotu wchodzą następujące struny o umownym przekroju
wynoszącym 35,6 mm2.
Zbrojenie niesprężające (bierne): wykonuje się ze stali klasy A-II i A-III w postaci
siatek ułożonych w górnej i dolnej strefie płyty. Czołowe odcinki płyt wykonuje się
w postaci siatek wykonanych z prętów ze stali żebrowanej klasy A-III.
217
Zbrojenie montażowe płyt wstępnie sprężonych wykonuje się w postaci klamer
stykowych i transportowych, które służą jednocześnie do łączenia płyt między sobą.
Stal gładką klasy A-I wykorzystuje się na klamry stykowe, łączące płyty od czoła.
Średnica klamer stykowych to np. 16 mm. Na klamry transportowe stosuje pręty
średnicy 20 mm ze stali A-I [1].
4.3.55. FORMY DO WYKONANIA PŁYT SPRĘŻONYCH
Do wykonania płyt wstępnie sprężonych stosuje się formy stalowe, dwuelementowe
o specjalnej konstrukcji zapewniającej uzyskanie odpowiedniej - wymaganej tolerancji
wymiarowej płyt. Kotwienie strun odbywa się na odpowiednio wzmocnionych bokach
czołowych formy. Na powierzchniach bocznych form znajdują się gniazda
do umocowania w nich klamer łączących i transportowych płyt. Konstrukcja form
zapewnia uzyskanie dopuszczalnych wymiarów liniowych nie przekraczających ±3
mm, wichrowatości płyty, charakteryzowanej wartością największego odchylenia
wierzchołka płyty od płaszczyzny przechodzącej przez 3 pozostałe osie (nie większej
niż 5 mm); wypukłości i wklęsłości płaszczyzn poziomych i bocznych krawędzi na
całej długości płyty nie przekraczających 5 mm [1].
Ustawioną na stanowisku wibracyjnym formę stalową wypełnia się mieszanką
betonową o konsystencji plastycznej z samojezdnego zasobnika poruszającego się
wzdłuż formy, w dwóch etapach. Następnie zagęszcza się ją na stole wibracyjnym
przez około 180 s.
Dojrzewanie betonu odbywa się w autoklawie w parze pod normalnym ciśnieniem
atmosferycznym. Po czym zwalnia się naciąg płyty, przecinając zbrojenie. Płyty należy
rozformowywać i składować zgodnie z przyjętymi zasadami, zabezpieczając środkiem
antykorozyjnym końce cięgien. Płyty rozformowuje się, gdy badania przeprowadzone
na próbkach (kostkach o wym. 15 x 15 x 15 cm, dojrzewających w identycznych
warunkach jak płyty) wykażą, że beton osiągnął minimum 70% zakładanej
wytrzymałości dla projektowanej klasy [1,11].
4.3.56. SKŁADOWANIE PŁYT
Wyjęte z autoklawu płyty, rozformowuje się zwalniając wcześniej naciąg strun w ten
sposób, by przekazywane przez struny w tym momencie obciążenie było symetryczne.
Płyty prefabrykowane składuje się w stosach, rowkowaną powierzchnią ku górze.
W jednym stosie może być ułożonych nie więcej niż 8 płyt. Podłoże, na którym będą
układane płyty musi być wzmocnione [1].
218
4.3.57. NAWIERZCHNIE Z PREFABRYKOWANYCH PŁYT WSTĘPNIE
SPRĘŻONYCH
W celu pełnego wykorzystania walorów wytrzymałościowych płyt wstępnie
sprężonych układa się je na wcześniej przygotowanej podbudowie. Należy wyróżnić
następujące rodzaje podbudów:
- podbudowy pod nowo budowane nawierzchnie,
- podbudowy pod nawierzchnie modernizowane.
W krajowym budownictwie nawierzchni lotniskowych na podbudowy stosuje się
najczęściej chudy beton [1]. Warstwę podbudowy z tego betonu można układać na
odpowiednio wyrównanym i zagęszczonym gruncie rodzimym o pożądanym
wskaźniku zagęszczenia Wz ≥ 1,0. Przejście od gruntu rodzimego stanowiącego
podbudowę do warstwy sprężystej nawierzchni powinno się odbywać stopniowo
poprzez zmianę granulacji podsypki od frakcji grubszych do drobnych. Podsypka pod
podbudowę z płyt wstępnie sprężonych powinna mieć grubość 15 - 20 cm.
W przypadku przewidywanych dużych obciążeń nawierzchni z płyt sprężonych
możliwe jest wykonanie podbudowy pod płyty wstępnie sprężone, jako betonu klasy C
5,7,5 lub C 7,5/10. Praktycznie, układa się 12 - 15 cm warstwy podbudowy z chudego
betonu.
Jednocześnie zaleca się, by sztuczne podbudowy wykonane z chudego betonu były
dylatowane. Dylatacje należy wykonywać co około 50 - 60 m. Zaleca się, by takie
projektowanie szczelin dylatacyjnych podbudowy, które umożliwi uzyskanie
przesunięcia w stosunku do nawierzchni o co najmniej l m. Szczeliny dylatacyjne
należy wypełniać masą zalewową. Lokalne nierówności wykonawcze podbudowy
mierzone łatą o długości 4 m nie powinny przekraczać 5 mm [1,10].
4.3.58. PODBUDOWY ISTNIEJĄCE POD NAWIERZCHNIE MODERNIZOWANE
PŁYTAMI WSTĘPNIE SPRĘŻONYMI
W wielu przypadkach, podczas modernizacji nawierzchni lotniskowych zachodzi
potrzeba wykorzystania starych nawierzchni jako podbudowy pod nawierzchnie
budowane z płyt wstępnie sprężonych. Rozwiązanie takie jest celowe i uzasadnione.
Warunkiem dopuszczenia do wykorzystania starej nawierzchni na podbudowę jest
odpowiednia, dostateczna jej nośność. Ponieważ w przeważającej większości
modernizowane nawierzchnie lotniskowe są budowane jako nawierzchnie z betonu
cementowego lub asfaltowego nie wymagają szczególnych przedsięwzięć związanych
z ich przygotowaniem jako podbudowy pod powierzchnie z płyt wstępnie sprężonych.
Do szczególnych zabiegów należy: wykonanie warstwy wyrównawczej mającej
za zadanie zapewnienie pełnego kontaktu dolnej powierzchni płyty wstępnie sprężonej
219
z górną warstwą podbudowy oraz nadanie nawierzchni odpowiednich spadków.
Warstwę wyrównawczą wykonuje się jako mieszaninę cementu i piasku o drobnych lub
średnich frakcjach o grubości od 3 do 5 mm. Ilość cementu w m3 warstwy
wyrównawczej wynosi około 250 kg. [13].
Innym dodatkowym zadaniem warstwy wyrównawczej jest spełnienie przez nią roli
warstwy poślizgowej, która zmniejsza tarcie płyty nawierzchniowej o podbudowę,
ograniczając wpływ naprężeń termicznych na pracę płyty.
4.3.59. PROCES BUDOWY
Proces technologiczny wykonawstwa nawierzchni z płyt wstępnie sprężonych
po wcześniejszym przygotowaniu podbudowy i warstwy wyrównawczej obejmuje
następujące grupy przedsięwzięć:
- ułożenie uprzednio dostarczonych płyt,
- łączenie poszczególnych płyt, między sobą,
- wypełnianie szczelin i gniazd stykowych między poszczególnymi płytami.
Budowę nawierzchni lotniskowych z płyt wstępnie sprężonych, zaleca się prowadzić
systemem „potokowym", dzieląc element funkcjonalny lotniska na działki robocze
o długości 200 - 400 m. Układanie płyt w nawierzchni należy rozpoczynać od osi
podłużnej elementu lotniska, układając tzw. pas kierunkowy złożony przynajmniej
z dwóch rzędów płyt. Środkowe krawędzie tego „pasma" pokrywają się z podłużną osią
nawierzchni. Następne rzędy układa się obok rzędów ułożonych poprzednio. Montaż
płyt w nawierzchni można prowadzić w kierunku podłużnym w jednym
lub jednocześnie kilku pasmach roboczych. Nawierzchnię można układać również
w kierunku poprzecznym. Ruch środków transportowych odbywa się w zasadzie
po wcześniej ułożonych płytach. Układa się je na podbudowie dłuższym bokiem
w kierunku zgodnym z podłużną osią funkcjonalnego elementu nawierzchni.
Do podstawowych czynności związanych z budową nawierzchni z płyt wstępnie
sprężonych należy:
- zdjęcie płyty ze środka transportowego dźwigiem o zaleconym udźwigu 150 kN
i przemieszczenie jej w pobliże miejsca ułożenia,
- opuszczenie płyty w miejsce ułożenia nad podbudowę, unieruchomienie jej,
ułożenie metalowych szablonów w miejsce strzemion łączących płyty, które
wyznaczają prawidłową szerokość szczeliny,
- ostateczne ułożenie płyty.
Za prawidłowo ułożone płyty uznaje się te, przy których szerokość szczelin podłużnych
i poprzecznych waha się od 8 do 12 mm. Dla większych fragmentów nawierzchni nie
dopuszcza się odchyleń od liniowości szczelin zarówno podłużnych jak i poprzecznych.
220
Ewentualne odchylenia od tego wymogu, powstające w procesie montażu płyt należy
bezwzględnie korygować. Zasadnicze znaczenie dla oceny wykonanej nawierzchni ma
jej równość. Przewyższenie względem siebie krawędzi sąsiednich płyt nie powinno
przekraczać 2 mm. Wymagane jest, by ewentualne odchylenie od umownej
płaszczyzny w stosunku do powierzchni roboczej płyty nie przekraczało 5 mm.
Sposób organizacji montażu płyt może być rozwiązywany również w zależności
od istniejących warunków. W procesie budowy nawierzchni wskazane jest,
by po ułożonych wcześniej płytach dopuścić ruch walca ogumionego, który spowoduje
utrwalenie posadowienia płyt na podbudowie. Poszczególne płyty łączy się
w przegubową nawierzchnię poprzez elektryczne spawanie klamer stalowych,
umieszczonych parami na każdym boku płyty. Dla prawidłowej pracy nawierzchni
należy wykonać w niej dylatację co około 120 - 150 m [13].
Kolejną istotną czynnością w budowie nawierzchni lotniskowych z płyt wstępnie
sprężonych jest wypełnienie szczelin podłużnych i poprzecznych masami zalewowymi.
Powierzchnię boczną płyt przed zalaniem szczelin odpowiednią masą zalewową należy
starannie oczyścić. Szczeliny dylatacyjne nawierzchni wypełnia się na całą wysokość
masą zalewową. Pozostałe szczeliny podłużne i poprzeczne do wysokości około
2/3 płyty wypełnia się mieszaniną suchego piasku i cementu. Górną część szczeliny
wypełnia się masą zalewową wg obowiązujących zasad. Miejsca stanowiące
na powierzchni „gniazda" łączenia klamer wypełnia się w całej objętości asfaltem
lanym. Szczeliny konstrukcyjne nawierzchni wykonuje się jako przesunięte w stosunku
do dylatacji podbudowy [1].
Jedną z zalet nawierzchni wykonywanych z płyt wstępnie sprężonych jest możliwość
budowy nawierzchni bez względu na porę roku i warunki atmosferyczne. Budowa
nawierzchni w okresie zimowym stwarza szczególne uwarunkowania, między innymi
konieczność zakończenia robót ziemnych i robót związanych z wykonaniem
podbudowy przed nadejściem mrozów. Montaż samej nawierzchni z płyt w okresie
zimowym jest możliwy. Wykonuje się ją na warstwie wyrównawczej o grubości
zwiększonej do 10 cm i układa na nieprzemarzniętej podbudowie dokładnie
oczyszczonej ze śniegu i lodu. Z uwagi na możliwość przemarzania podbudowy należy
odpowiednio dobierać długość odcinka roboczego - działki roboczej, tak by zakończyć
prace montażowe płyt przed wystąpieniem objawów przemarzania warstwy
wyrównawczej. Podczas opadów śniegu i wystąpienia niskich temperatur prace przy
wykonywaniu nawierzchni należy przerwać. Rozpoczęte fragmenty robót należy
pokryć matami słomianymi, włókniną lub folią PCV. Prac związanych z łączeniem płyt
(spawanie złącz) i zalewaniem szczelin masą zalewową w okresie niekorzystnych
warunków atmosferycznych nie powinno się prowadzić. Po okresie zimowym mogą
wystąpić przypadki nadmiernego osiadania płyt, należy je wtedy zdemontować,
wykonać poprawki warstwy wyrównawczej i ponownie ułożyć [13].
221
4.4. PRZYKŁAD PRZEBUDOWY LOTNISKA ŻAGAŃ - TOMASZOWO
Lotnisko Żagań - Tomaszowo jest nieczynnym poradzieckim wojskowym lotniskiem
położonym w województwie lubuskim w powiecie żagańskim w miejscowości
Tomaszowo. Jest ono częścią kompleksu lotniskowego zaprojektowanego
na samowystarczalne miasteczko. W skład tego kompleksu wchodziły:
-
dwa betonowe pasy startowe wraz z wieżami kontroli lotów,
schronohangary lotnicze,
hangary remontowe dla samolotów (6 hangarów),
garaże na pojazdy oraz inne pomieszczenia magazynowe np. na rakiety
balistyczne,
budynki pomocnicze związane z obsługą lotniska, np. służące do naprowadzania
samolotów, radarowe itp..
budynki sztabowe i szkoleniowe.
osiedle mieszkaniowe złożone z bloków typu Leningrad, baraków mieszkalnych,
poniemieckich budynków mieszkaniowych wraz ze sklepami, przedszkolem,
szkołą,
stacja paliw połączona bocznicą kolejową z Żaganiem.
Obiekt został wybudowany przez Niemców jako lotnisko szybowcowe. W 1936 zostało
przebudowane na lotnisko wojskowe. W czasie II wojny światowej było najpierw
miejscem uzbrajania samolotów bojowych. Testowano tam również samoloty
o napędzie odrzutowym. W 1945 zostało zajęte przez wojska radzieckie i odtąd służyło
jako jednostka pierwszego uderzenia. Stacjonująca w tamtym okresie jednostka
to 42 Tannenberski Pułk Lotnictwa Bombowego wchodząca w skład 149 Dywizji
Lotnictwa Bombowego. W okresie użytkowania przez Rosjan, tj. do dnia 30 lipca 1992
roku nastąpiła rozbudowa i powiększenie obiektu. Obecnie teren lotniska jest
zagospodarowywany. Niestety nadal jego większa część ulega postępującemu
procesowi niszczenia. W niektórych hangarach ulokowały się firmy produkcyjno
- usługowe. Część pasa startowego użytkuje WORD Zielona Góra. Budynki mieszkalne
szybko zostały zaadoptowane ze względu na dobrą lokalizację (bliskość miasta Żagań)
i konkurencyjne ceny. Na pozostałych częściach pasów startowych organizowane są od
czasu do czasu różne imprezy, takie jak zloty samochodowe (w tym samochodów
złomowanych itp.), rajdy, Paintball, ASG i inne.
Dane techniczne:
Położenie: 51037'39"N, 15024'30'E; 140 m.n.p.m.,
Nazwy: EPZN, Sagan-Kupper, Żagań-Tomaszowo,
Powierzchnia: 200ha,
Pasy startowe: 2 po 2500 m długości i 60 m szerokości - elewacja 500 ft,
Droga startowa: RWY - 11/29,
222
Kierunek lądowania (GEO) - 108/288.
Rysunki 4.27 i 4.28 przedstawiają kolejno plan orientacyjny i sytuacyjny lotniska [24]
Rys. 4.27. Plan orientacyjny lotniska Żagań - Tomaszowo [24]
Rys. 4.28. Plan sytuacyjny lotniska Żagań - Tomaszowo [24]
Projekt przebudowy zakłada modernizację nieczynnego poradzieckiego wojskowego
lotniska Żagań - Tomaszowo w celu przystosowania do lotówcywilnych mogących
obsługiwać ruch międzynarodowy. Lotnisko będzie posiadało Drogę tartową
223
o długości 3137 m wykonaną z betony cementowego oraz niezbędną, nowoczesną
infrastrukturę naziemną (rysunek 4.29.).
Rys. 4.29. Plan sytuacyjny lotniska Żagań - Tomaszowo po przebudowie
224
4.5. BIBLIOGRAFIA DO ROZDZIAŁU 4
LITERATURA
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
Nita P.: Budowa i utrzymanie nawierzchni lotniskowych wyd.1999.
Świątecki A., Nita P., Świątecki P.: Lotniska, Wydawnictwo
Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 1999
Makowski T., Wojdalski W.: Samoloty transportowe i komunikacyjne świata
Brodzki Z., Górski S., Lewandowski R.: Lotnictwo, Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa, 1970
Hewson R.: Commercial Aircraft and airliners Aerospace Publishing Ltd, 2000
Domański J.: 1000 słów o samolocie i lotnictwie Wydawnictwo Ministra Obrony
Narodowej, Warszawa, 1971
Porty lotnicze. Podstawy projektowania lotnisk śmigłowcowych, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2000
Datka S., Lenczewski S.: Drogowe roboty ziemne, Wydawnictwa Komunikacji
i Łączności, Warszawa, 1979
Araszkiewicz T.: Budowa lotnisk,
Państwowe Wydawnictwa Naukowe,
Warszawa, 1970
Kozieł S.: Lotniskowe nawierzchnie betonowe, 1974
Projektowanie konstrukcji nawierzchni lotniskowych, Wydawnictwo Politechniki
Warszawskiej, Warszawa, 1967
Nita P.: Fibrobeton do nawierzchni lotniskowych, Warszawa, 1996
Nowoczesne nawierzchnie betonowe Wydawnictwa Komunikacji i Łączności,
Warszawa, 1983
AKTY PRAWNE I ROZPORZĄDZENIA
[14] Prawo lotnicze - ustawa z dnia 3 lipca 2002
[15] Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia
31 Sierpnia 1998 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych
dla lotnisk cywilnych.
NORMATYWY
[16]
[17]
[18]
[19]
PN-B-06712: 1986, Kruszywa mineralne do betonu
PN-B-32250: 1988, Materiały budowlane - woda do betonów i zapraw
PN-S-96015:975 Drogowe i lotniskowe nawierzchnie z betonu cementowego
PN-88 / B-06250 Beton Zwykły
225
[20] PrN-V-83002 Lotniskowe nawierzchnie z betonu cementowego. Wymagania
ogólne i zasady badań
STRONY INTERNETOWE
[21]
[22]
[23]
[24]
www.gomaco.com
www.szybowce.enter.net.pl
www.lotnictwo.elbi.pl
Operat
pomiarowy
–
pomiar
sytuacyjno-wysokościowy
Lotniska
Wrocław-Szymanów. Wykonany przez Akademię Rolniczą we Wrocławiu
- Katedra Geodezji i Fotogrametrii 1988
[25] www.google.pl
[26] http://pl.wikipedia.org
226
227
228

spis treści

Transkrypt

Podobne dokumenty

Załącznik Nr 10 do SIWZ - Projekty budowlane

Kącik rekreacyjny w ogrodzie

Zrównoważony rozwój technologii nawierzchni betonowych

Adnotacje urzędowe - Zarząd Dróg Wojewódzkich w Gdańsku