Whitetopping - technologia rehabilitacji i wzmocnień nawierzchni asfaltowych
Wzrastające natężenie ruchu samochodowego oraz nieprzystosowanie konstrukcji nawierzchni dróg krajowych do zwiększonych nacisków to główne przyczyny degradacji sieci drogowej w Polsce. Według danych GDDKiA (2002 r.), stan techniczny nawierzchni dróg krajowych w 37 proc. był dobry, w 33,4 proc. - niezadowalający, a 29,6 proc. - zły, co oznacza konieczność przeprowadzenia różnego rodzaju kosztownych zabiegów, od wzmocnień, poprzez wyrównania czy zabiegi powierzchniowe.
Połowę z nich należałoby przeprowadzić natychmiast, resztę natomiast w okresie najbliższych 3-4 lat. Jeżeli przyjrzymy się bliżej tylko jednemu z kryteriów oceny stanu nawierzchni drogowej, jakim jest głębokość kolein, to zrozumiemy, dlaczego kondycja naszych dróg jest tak zła. 39 proc. nawierzchni dróg krajowych znajduje się poniżej poziomu ostrzegawczego, co oznacza, że miarodajna głębokość kolein na tych odcinkach przekracza 20 mm. Wśród nich ponad 15 proc. stanowią odcinki o miarodajnej głębokości koleiny większej niż 30 mm, co kwalifikuje ich nawierzchnię do natychmiastowej interwencji remontowej. Przerażająca jest świadomość, że gwałtowna zmiana pasa ruchu na jej nawierzchni może pogorszyć tragiczne już statystyki wypadków drogowych.
Według danych Komendy Głównej Policji w roku 2002 miało miejsce 53 559 wypadków drogowych, w których poszkodowanych zostało 73 325 osób. W tym samym czasie w wypadkach zginęło 5 827 osób, to jest o 5,3 proc. więcej niż w roku poprzednim. Taka sytuacja wynika z katastrofalnego stanu technicznego naszej sieci drogowej (fot. 1). Skutecznym sposobem w walce z degradacją nawierzchni drogowych może się okazać wykorzystanie technologii whitetopping, czyli wykonywania nakładek betonowych na skoleinowanych nawierzchniach asfaltowych. Whitetopping, to konwencjonalna nakładka z betonu cementowego grubości powyżej 100 mm, która może być układana bezpośrednio na powierzchni starej nawierzchni asfaltowej, bądź też po specjalnym przygotowaniu jej powierzchni, w celu zapewnienia odpowiedniej sczepności obu warstw. Projektowana grubość konwencjonalnej nakładki zależy m.in. od: nośności istniejącej nawierzchni asfaltowej, wytrzymałości na zginanie nakładki betonu, projektowanego okresu użytkowania nawierzchni oraz spodziewanych obciążeń natężeniem ruchu.
Zalecane grubości konwencjonalnych nakładek betonowych w zależności od miejsc ich aplikacji:
- ulice miejskie, drugorzędne drogi krajowe oraz małe lotniska - 100 -175 mm
- główne drogi krajowe oraz autostrady - 175 do 280 mm
- lotniska krajowe - 200 do 460 mm.
Konwencjonalne nakładki betonowe możemy wykonywać dwoma sposobami. Pierwsza metoda (zalecana gdy głębokość kolein nie przekracza 50 mm) polega na bezpośrednim wykonaniu whitetoppingu na nawierzchni asfaltowej. Druga metoda wykonania nakładki betonowej polega na sfrezowaniu nawierzchni asfaltowej w celu niwelacji kolein i na tak przygotowanym podłożu wbudowaniu mieszanki betonowej. Należy pamiętać, że whitetopping zaleca się wykonywać tylko na tych nawierzchniach, dla których grubość warstw asfaltu po sfrezowaniu będzie wynosiła co najmniej 75 mm.
Technologia wykonywania
Technologia wykonywania whitetoppingu zostanie przedstawiona na przykładzie realizacji projektu na drodze stanowej - Parker Road - w Denver, Colorado, w czerwcu 2002 roku. Wraz ze wzrostem natężenia ruchu, a tym samym postępującej degradacji nawierzchni asfaltowej, podjęto decyzję o dokonaniu jej wzmocnienia poprzez sfrezowanie i wykorzystanie pozostałych warstw nawierzchni asfaltowej jako podbudowy dla nowej nawierzchni betonowej. Proces frezowania prowadzony był na głębokość od 25 do 75 mm (fot. 2).
Przed wbudowaniem mieszanki betonowej sfrezowaną nawierzchnię asfaltową starannie oczyszczono z wszelkich luźnych fragmentów oraz innych zanieczyszczeń, które mogłyby utrudnić sczepność obu warstw.
Czyszczenie nawierzchni asfaltowej było prowadzone za pomocą strumienia sprężonego powietrza. Przed ułożeniem betonu kontrolowano temperaturę powierzchni nawierzchni asfaltowej.
W okresie wysokich temperatur ciemna barwa nawierzchni asfaltowej absorbuje znaczne ilości promieniowania słonecznego, stąd przed ułożeniem mieszanki betonowej konieczne było jej schłodzenie poprzez rozpylenie mgiełki wodnej. Zabieg ten miał podwójne znaczenie: po pierwsze schładzał nawierzchnię asfaltową, a po drugie, zapobiegał absorpcji wody z mieszanki betonowej, ograniczając tym samym ryzyko wystąpienia spękań w betonie (fot. 3).
Inna metoda, stosowana w celu obniżenia temperatury nawierzchni asfaltowej, polega na naniesieniu na nawierzchnię asfaltową roztworu wapna hydratyzowanego i wody. Powleczenie nawierzchni asfaltowej białym filmem mieszaniny pozwala obniżyć temperaturę nawierzchni co najmniej o 10oC. Dla potrzeb wykonania whitetoppingu na Parker Road mieszanka betonowa była dostarczana samochodami samowyładowczymi i wbudowywana za pomocą rozściełacza samojezdnego z szalunkami ślizgowymi (fot. 4 i 5).
Równomierne rozłożenie mieszanki betonowej na całej szerokości betonowanego pasa pozwoliło zmniejszyć nakład pracy ponoszony na jej właściwe zawibrowanie czy też późniejsze operacje powierzchniowe oraz ograniczyło ryzyko wystąpienia segregacji.
By zapewnić odpowiednią jakość betonowej nakładki, istotną kwestię stanowiła jednorodność składników mieszanki betonowej, stałość jej dostaw w czasie, jednorodność konsystencji oraz właściwego stopnia napowietrzenia. Ze szczególną troską dbano o to, aby w momencie wyładowywania mieszanki betonowej przed rozściełaczem jej poszczególne partie posiadały odpowiednią grubość oraz aby na każdej stronie betonowanego pasa nakładki znajdowała się zbliżona objętość betonu. Taki sposób rozkładania betonu oraz zastosowanie ciężkiego rozściełacza pozwoliło wykonać równą i gładką nawierzchnię. Aby zapobiec zniszczeniu naroży płyt nakładki oraz w celu wyeliminowania zjawiska klawiszowania, czyli ich nierównomiernego osiadania, jak również w celu zapewnienia właściwego transferu obciążeń pomiędzy sąsiednimi płytami, zastosowano system kotew i dybli.
W omawianym projekcie przyjęto nakładkę grubości 200 mm, z rozstawem kotew co 600 mm przy siatce dylatacji 1,8 m (fot. 6).
Bezpośrednio za rozściełaczem wbudowującym mieszankę betonową poruszał się pomost roboczy, z wykorzystaniem którego prowadzono operację nadania powierzchni nakładki właściwej tekstury.
Proces ten prowadzono z wykorzystaniem mat jutowych. Taki sposób nadania tekstury pozwolił uzyskać optymalną sczepność kół pojazdów przy jak najmniejszej emisji hałasu, a głębokość prążków, którymi będzie odprowadzana woda spod kół samochodów, zapewnia bezpieczeństwo i komfort podróżowania w trudnych warunkach pogodowych (fot. 7 i 8). Natychmiast po nadaniu właściwej tekstury, beton nawierzchni zabezpieczano przed wysychaniem przez naniesienie na jego powierzchnię preparatu powłokotwórczego. Pielęgnacja betonu pozwoliła zachować jego jednorodność w całej strukturze, gwarantując wysoką wytrzymałość, szczelność oraz odporność na działanie mrozu.
Dla każdej nakładki betonowej wykonuje się dylatacje, których podstawową rolą jest kontrola spękań skurczowych poprzez ich wymuszenie w odpowiednim czasie oraz miejscu nakładki. Z tego też tytułu proces nacinania szczelin dylatacyjnych jest sam w sobie bardziej sztuką niż nauką. Niezmiernie istotną kwestią jest odpowiedni dobór czasu wykonania nacięcia. Zbyt wczesne wykonanie dylatacji może skutkować wykruszeniem jej krawędzi, zbyt późne przystąpienie do nacinania betonu może powodować jego niekontrolowane spękania. Czas wykonania dylatacji zależy od warunków pogodowych (temperatura powietrza, wilgotność, prędkość wiatru, nasłonecznienie) oraz od składu mieszanki betonowej (projektowany przyrost wytrzymałości). W przypadku Parker Road, kiedy prace były prowadzone w temperaturach 26-31oC, orientacyjny czas nacinania betonu wynosił 6-10 godzin.
W pierwszym etapie nacięcie betonu było prowadzone na głębokość równą 1/4-1/3 grubości płyty, przy szerokości 3 mm. Tak wykonane nacięcie spowodowało dostateczne osłabienie przekroju poprzecznego płyty, aby wymusić spękanie betonu dokładnie w linii projektowanej dylatacji. Następnie dokonano poszerzenia szczeliny dylatacyjnej do ok. 7-8 mm i głębokości 4 cm, tak aby umożliwić aplikację systemu uszczelniającego. Zalety wynikające ze stosowania nakładek betonowych jako skutecznej walki z degradacją nawierzchni asfaltowych powodują, że w roku bieżącym Colorado Department of Transportation realizuje kolejne kilometry remontów w tej technologii.
Wraz z wejściem Polski do Unii Europejskiej musimy dostosować naszą sieć drogową do standardów unijnych, może właśnie dlatego warto już dziś przyjrzeć się sprawdzonym i skutecznym technologiom remontów i wzmocnień zdegradowanych nawierzchni asfaltowych.
Artykuł opracowano na podstawie "Raportu o stanie technicznym nawierzchni sieci dróg krajowych na koniec 2002r." opublikowanego przez GDDKiA oraz materiałów udostępnionych przez Cotorado Department of Transportation.
