Konstrukcje nawierzchni podane w Katalogu (KTKNPiP) są typowymi rozwiązaniami przewidzianymi do stosowania w określonych, prostych warunkach wyjściowych. Jednak z uwagi na dużą zmienność warunków i wiele sytuacji nietypowych przy każdym projekcie drogowym, indywidualne projektowanie konstrukcji nawierzchni jest coraz powszechniej stosowane dzięki możliwości optymalnego dostosowania rozwiązań. Zarządcy Drogi mając tego świadomość coraz częściej wymagają indywidualnych projektów konstrukcji dostosowanych kosztowo i technologicznie do konkretnych projektów.
Indywidualne projektowanie - kiedy?
Projektować indywidualnie można zawsze. Istnieją sytuacje, w których jest ono wymagane takie jak (wg KTKNPiP 2014):
a) Stosowane są nowe, innowacyjne materiały lub materiały tradycyjne, zmodyfikowane w takim zakresie, że ich cechy znacząco różnią się od przyjętych i opisanych w Katalogu.
b) Zastosowano rozwiązania konstrukcyjne różne od podanych w Katalogu, na przykład warstwy asfaltowe ułożone na podbudowach z płyt betonowych zbrojonych lub niezbrojonych.
c) Stosowany jest materiał z recyklingu w większym zakresie niż dopuszczają to Wymagania Krajowe.
d) Do warstwy ulepszonego podłoża i/lub do dolnych i górnych warstw konstrukcji nawierzchni stosowane są geosyntetyki wzmacniające, które mogą zredukować grubość wzmacnianych warstw.
e) Zastosowano wzmocnienie podłoża gruntowego na gruntach słabych, w nietypowych warunkach gruntowo-wodnych, na gruntach skalistych lub na terenach szkód górniczych, w postaci, która wymaga nietypowego rozwiązania konstrukcji nawierzchni.
f) Zarządca Drogi dopuszcza na projektowanym odcinku drogi ciągły ruch pojazdów lub maszyn roboczych ponadnormatywnych pod względem ciężaru całkowitego lub nacisku osi.
Przy projektowaniu indywidualnym należy zapewnić: trwałość, nośność, odporność na wysadziny, odwodnienie, odporność na czynniki klimatyczne i wymagane właściwości funkcjonalne nawierzchni w założonym okresie projektowym.
Metody mechanistyczno-empiryczne
Ponieważ w Polsce nie jest określona jednolita metoda projektowania indywidualnego konstrukcji drogi dla dróg publicznych, aktualnie stosuje się sprawdzone metody mechanistyczno-empiryczne, bazujące na doświadczeniach zagranicznych. W projekcie należy szczegółowo opisać zastosowane metody tak, aby była możliwość weryfikacji zaproponowanych rozwiązań. Metody M-E bazują na dwóch głównych filarach: model obliczeniowy pozwalający nam opisać zachowanie konstrukcji pod obciążeniem; oraz zależności empiryczne czyli zestaw wzorów wyznaczonych doświadczalnie na rzeczywistych drogach pozwalające określić dany parametr (np. trwałość zmęczeniowa).
Modele obliczeniowe
Aby określić jak konstrukcja drogi będzie się zachowywała pod wpływem obciążenia kół pojazdu, to znaczy jakie powstaną w niej naprężenia, odkształcenia i przemieszczenia, należy opisać ją odpowiednim modelem analitycznym. Na prace konstrukcji ma wpływ bardzo wiele czynników poza obciążeniem (temperatura, rodzaj i jednorodność materiału warstw, zmiany warunków wodnych itd.) i uwzględnienie ich wszystkich przy projektowaniu jest bardzo trudne. Oznacza to, że dobierając model analityczny zazwyczaj przyjmujemy pewne uproszczenia, które ułatwiają obliczenia i indywidualne projektowanie, ale wciąż pozwalają zachować wystarczającą dokładność do poprawnego zaprojektowania konstrukcji. Najpopularniejszym modele zazwyczaj zakładają sprężystą pracę materiału oraz ich izotropowość, czyli jednakowość zachowania w każdym kierunku pod obciążeniem. Przykładem takiego rozwiązania jest model warstw skończonych.
Parametry materiałów
W zależności od wybranego modelu obliczeniowego potrzebujemy określony zakres parametrów materiałowych do wyznaczenia stanu konstrukcji. W przypadku jednej z najpowszechniejszych metod opisu pracy materiału, tj. model jednorodnych, izotropowych warstw sprężystych wykorzystujemy moduł sprężystości (Younga) oraz współczynnik Poissona. Dla bardziej skomplikowanych modeli opis pracy materiału może być bardziej zbliżony do rzeczywistego ale zakres danych potrzebnych do projektowania poszerza się.
Zależności empiryczne
Na podstawie badań doświadczalnych (empirycznych) określone zostają zależności pozwalające wyznaczyć trwałość zmęczeniową konstrukcji nawierzchni drogi. Zależności te zazwyczaj są wyznaczane indywidualnie dla danego regionu ze względu na różnice na przykład klimatycznie. W przypadku braku odpowiednich danych dla danego regionu czy państwa, adaptowane są doświadczenia z renomowanych instytutów jak na przykład AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials).
