Wykonywanie nawierzchni betonowych ma na całym świecie długoletnią tradycję. Nawet dziś możemy zobaczyć wieloletnie drogi betonowe, których stan techniczny pozwala na dalsze użytkowanie mimo ciągle zmieniającego się rodzaju pojazdów oraz natężenia ruchu. Na przestrzeni lat nawierzchnie betonowe ewoluowały i stosując najnowsze materiały i techniki możemy uzyskać nawierzchnie wysokiej jakości na długie lata.
Drogi betonowe na świecie
Betonowe nawierzchnie drogowe są powszechnie znane i stosowane na całym świecie z uwagi na ich wysoka trwałość, długowieczność oraz odporność na czynniki atmosferyczne. Sztywne nawierzchnie z warstwą jezdna ze związanej mieszanki betonowej znane są już od 18 wieku. Zastosowano ją miedzy innymi na placu Bluchera już w 1888 r. we wtedy jeszcze niemieckim Wrocławiu. Kolejne udokumentowane nawierzchnie betonowe zbudowano m.in.. w 1892 r. w stanie Ohio oraz w 1909 r. w Detroit, które to miasto było jednym z najważniejszych na świecie ośrodków produkcji samochodów. Ważną data jest również rok 1926 w którym to profesor Westergard podał teorię płyt o skończonych wymiarach, która do dziś jest stosowana w wymiarowaniu nawierzchni. W Niemczech w latach 20 i 30 dziewiętnastego wieku powstały wytyczne oraz plan budowy dróg z nawierzchnią betonową co na dobre rozpowszechniło tego rodzaju rozwiązanie.
Drogi betonowe w Polsce
Na szersza skale drogi betonowe w Polsce zaczęto budować w okresie międzywojennym. W tym czasie najpopularniejszymi materiałami do budowy dróg były kostki kamienne, kostki klinkierowe oraz beton cementowy. W okresie po II Wojnie Światowej nawierzchnie betonowe stosowano głownie na drogach o znaczeniu strategicznym. Wtedy do budowy używano betoniarek samojezdnych na gąsienicach oraz układarek wibracyjnych. Po latach przerwy w wykorzystaniu technologii nawierzchni z betonu cementowego, dopiero w drugiej połowie lat 90 zaczęto spowrotem na szeroka skale budowę dróg betonowych zarówno na drogach wysokiej klasy (drogi ekspresowe, autostrady) jak i na części dróg lokalnych.
Konstrukcja nawierzchni betonowej
Nawierzchnia sztywna jest zbudowana ze sztywnej płyty z betonu cementowego zazwyczaj ułożonej na dolnych warstwach konstrukcji (podbudowie pomocniczej, warstwie morozoochronnej, ulepszonym podłożu) pozwalających na przenoszenie obciążenia od kół pojazdów na podłoże gruntowe w sposób zapewniający odpowiednią trwałość drogi.
Układ oraz grubość poszczególnych warstw jest zależna od obciążenia ruchem, warunków gruntowo-wodnych i powinna zapewniać wymaganą trwałość zmęczeniową w zakładanym okresie projektowym. W Polsce drogi betonowe projektuje się na 30 letni okres eksploatacji.
Dodatkowo projektowana konstrukcja musi być odporna na czynniki zewnętrzne, na które poza ruchem kołowym składają się:
- temperatura, która ma znaczenie zarówno przy wyliczaniu naprężeń w płycie betonowej, jak i powstawanie wysadzin w podłożu,
- woda w gruncie oraz powierzchniowa,
- środki utrzymania zimowego,
- starzenie się materiałów.
Rodzaje nawierzchni betonowych
W zależności rodzaju zbrojenia nawierzchnie betonowe możemy podzielić na:
- niezbrojone i niedyblowane,
- niezbrojone, dyblowane i kotwione,
- zbrojone ze szczelinami dyblowanymi,
- zbrojone w sposób ciągły,
- ze zbrojeniem rozproszonym.
Dodatkowo warto wyróżnić konstrukcje betonowe w zależności od technologii wykonania i rodzaju mieszanki:
- z betonu wałowanego,
- z betonu spreżonego,
- z betonu porowatego,
- prefabrykowane,
- typu whitetopping (beton cementowy na istniejącym MMA)
- złożone gdzie warstwy z mieszanek minerlano-asfaltowych układane są na betonie cementowym.
Wytyczne do projektowania
Aktualnie najpopularniejszym dokumentem przedstawiającym możliwe do zastosowania nawierzchnie betonowe jest wydany w 2014 r. Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych. Katalog ten była aktualizacją pierwotnego dokumentu wydanego w 2001 r. i uwzględnia aktualne technologie wykonywania nawierzchni betonowych, dostosowane do nowych kategorii obciążenia ruchem. W opracowaniu wykorzystano zebrane dane dotyczące pomiarów ważenia pojazdów na stacjach zainstalowanych na nawierzchniach drogowych.
Zmodyfikowano również wartości współczynników przeliczeniowych sylwetek pojazdów na osie standardowe, które wyznaczono dla przeliczeniowych sylwetek pojazdów na osie standardowe 100 i 115 kN. Istnieje oczywiście możliwość indywidualnego projektowania konstrukcji nawierzchni betonowych z wykorzystaniem odpowiednich modelów analitycznych oraz sposobów wymiarowania. Więcej o tym można przeczytać w artykule dotyczącym trwałości zmęczeniowej konstrukcji.
Metody wbudowania
Do najczęściej stosowanych metod wbudowania nawierzchni betonowy zalicza się te wykonywane w deskowaniu ślizgowym, bądź stałym. Z uwagi na szybkość prac oraz zwiększoną prostotę najczęściej stosuje się metodę ślizgową, w której zespół maszynowy porusza się na prowadnicach będących częścią składową ruchomego układu.
Urządzenia do układania mieszanki betonowej metodą ślizgową są w większości zautomatyzowane i składają się z:
- czujnik wysokościowy maszyny bazujący na rozmieszczonych wzdłuż drogi linkach sterujących,
- sterowniki ułożenia stołu w płaszczyźnie poziomej i pionowej,
- układ do wibracyjnego umieszczania dybli i kotew w świeżej mieszance,
- zespół wibracyjny wgłębny do zagęszczania mieszanki betonowej,
- urządzenia do wyrównywania powierzchni rozkładanej mieszanki,
- dysze skrapiające środkiem pielęgnacyjnym,
- urządzenia do uszorstniania nawierzchni (teksturowania).
W przypadku zbrojenia ciągłego jest ono układane przez rozłożeniem mieszanki betonowej. Nawierzchnie prefabrykowane składają się z wcześniej zaformowanych i związanych elementów, jednak rzadziej używa się ich na drogach wyższych klas.
Drogi betonowe - zalety nawierzchni
Do zalet nawierzchni betonowych możemy zaliczyć:
- duża odporność i zdolność przenoszenia obciążeń,
- krótsza droga hamowania,
- brak zjawiska koleinowania,
- lepsza widoczność, jasny kolor nawierzchni,
- rzadsze remonty,
- niższe zużycie paliwa (mniejsze oporów toczenia),
- możliwości pełnego recyklingu.
Jeżeli chodzi o koszty nawierzchni betonowych w porównaniu do asfaltowych (zobacz ile kosztuje 1 km drogi) jest to kwestia wielu dyskusji na przestrzeni lat. Istotnym jest, że na całkowity koszt takiej drogi składa się zarówno budowa, jak i eksploatacja drogi. Ważna też jest klasa drogi z jaką mamy do czynienia oraz warunki gruntowo-wodne w jakich jest budowana. Zatem nie ma jednej odpowiedzi, która technologia jest tańsza ponieważ istnieje zbyt wiele czynników, które to determinują.
