Czy interesuje Cię indywidualne projektowanie konstrukcji drogi? Jeżeli chcemy korzystać z jego zalet - nie powinno być ono procesem skomplikowanym i dostępnym tylko dla wąskiego grona. Dzisiaj jest to możliwe do uzyskania w wyniku wykorzystania narzędzia informatycznego - powszechnie dostępnego, intuicyjnego w obsłudze, sprawdzonego oraz zintegrowanego z krajowymi wytycznymi i katalogami. Taki program został opracowany przez firmę Nascon kilku lat temu i jest coraz szerzej używany przez zarządców drogowych oraz biura projektowe. Przeczytaj artykuł!
Podejście projektowe
Odpowiednie dobranie konstrukcji nawierzchni jezdni jest kluczowym elementem każdego projektu drogowego. Aktualnie w Polsce stosuje się dwa główne podejścia doboru konstrukcji: przyjęcie rozwiązania z Katalogu Typowych Konstrukcji (KTKNPiP) lub indywidualny projekt konstrukcji nawierzchni. Niezależnie od wybranej metody niezbędne jest zebranie podstawowych danych dotyczących ruchu na drodze oraz warunków gruntowo-wodnych.
Ruch projektowy
Podstawową daną do przyjęcia odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego jest ruch jaki będzie odbywał się na danej drodze. Prognozuje się go na przestrzeni zakładanego okresu eksploatacji drogi czyli z reguły 30 lat dla autostrad, dróg ekspresowych i tych o nawierzchni betonowej oraz 20 lat dla pozostałych dróg. Dane do prognozy ruchu pozyskuje się albo wykonując pomiary bezpośrednio na danym odcinku drogi lub uzyskując takie informacje bazując na Generalnym Pomiarze Ruchu wykonywanym okresowo przez GDDKiA. Zakres takich danych powinien posiadać informację o liczbie pojazdów poruszających się w przekroju drogi oraz jego strukturze rodzajowej, czyli podziale na samochody osobowe, ciężarowe, autobusy, itd.
Kategoria ruchu
Posiadając prognozę ruchu przystępuje się do określenia kategorii ruchu. W Polsce w zależności od obciążenia drogi wydzielono siedem kategorii ruchu, gdzie kategoria pierwsza (KR1) to drogi najmniej obciążone, a kategoria siódma (KR7) to te najbardziej obciążone. Warto zauważyć, że wpływ na kategorię ruchu mają jedynie samochody ciężarowe (z przyczepami i bez) oraz autobusy ponieważ to one mają główny wpływ na degradację zmęczeniową nawierzchni.
Każda z kategorii ruchu wyrażona jest przedziałem sumarycznej liczby równoważnych osi standardowych w całym okresie projektowym. Osie te wylicza się na podstawie pomierzonego ruchu, współczynników przeliczeniowych sylwetek pojazdów oraz współczynników: obliczeniowego pasa ruchu, szerokości pasa ruchu oraz pochylenia niwelety. Przy doborze nawierzchni z Katalogu Typowych Konstrukcji posługujemy się kategorią ruchu. W przypadku projektowania indywidualnego posługujemy się dokładną liczbą wyliczonych równoważnych osi standardowych.
Warunki gruntowo-wodne
Drugim najistotniejszym czynnikiem mającym wpływ na konstrukcję drogi są warunki gruntowo-wodne. Określenie ich jest niezbędne do poprawnego doboru rozwiązania, zapewniającego poprawną prace nawierzchni w całym okresie eksploatacji. W pierwszej kolejności określa się kategorię geotechniczną zgodnie z rozporządzeniem.
Warunki wodne określa się badając poziom zwierciadła wody gruntowej z uwzględnieniem dostępnych najwyższych notowań z ostatnich lat, uwarunkowanych największymi opadami atmosferycznymi oraz ich skutkami lub wysokimi stanami wód powierzchniowych (nie dotyczy powodzi). Należy również zwrócić uwagę na sączenia wód w obrębie gruntów spoistych, ponieważ mogą mieć duże znaczenie podczas robót budowlanych.
Warunki gruntowe ocenia się w zależności od rodzaju i stanu gruntu w podłożu konstrukcji poprzez zakwalifikowanie go do pod względem wysadzinowości. Należy zwrócić szczególną uwagę na obecność gruntów organicznych oraz tych w stanie plastycznym, miękkoplastycznym i płynnym.
W przypadku projektowania zgodnie z KTKNPiP na podstawie badań przyjmuje się jedną z czterech grup nośności podłoża. Istotne jest to, że w przypadku bardzo trudnych warunków gruntowo-wodnych (grunty organiczne, plastyczne, szkody górnicze) konieczne jest indywidualne projektowanie konstrukcji nawierzchni.
Projektowanie konstrukcji drogi
Na podstawie zebranych danych konstrukcję nawierzchni jezdni możemy dobrać z Katalogu Typowych Konstrukcji (KTKNPiP) lub przeprowadzić indywidualne obliczenia jedną z metod analitycznych. Wybór typowego rozwiązania z KTKNPiP polega na doborze górnych i dolnych warstw konstrukcji bazując na wyznaczonej kategorii ruchu oraz grupie nośności podłoża. Dodatkowo sprawdza się konieczność zastosowania warstwy odsączającej lub odcinającej oraz czy konstrukcja spełnia wymaganą grubość ze względu na odporność na wysadziny.
Indywidualne projektowanie konstrukcji drogi daje nam większe pole manewru w dobrze układu i rodzaju warstw. Jest ono również niezbędne gdy projektujemy rozwiązana konstrukcyjno-materiałowe nieokreślone w katalogu oraz gdy w projekcie mamy nietypowe warunki gruntowo-wodne lub na drodze odbywa się ponadnormatywny ruch. Z projektowaniem indywidualnym wiąże się konieczność zastosowania modelu analitycznego opisującego zachowanie konstrukcji pod wpływem obciążenia, a w przypadku metod mechanistyczno-empirycznych dobór odpowiednich zależności określonych doświadczalnie w celu wyznaczenia trwałości zmęczeniowej.
„Katalog, po jego wprowadzeniu w życie, nie może hamować postępu technicznego w rozwoju materiałów drogowych, technologii i inżynierskich metod projektowania. Rozwiązania innowacyjne, nie zawarte w Katalogu, powinny być dopuszczone do stosowania w praktyce po właściwej ich ocenie technicznej. Konieczne będą także bieżące aktualizacje zapisów Katalogu w miarę rozwoju wiedzy i gromadzenia nowych doświadczeń. W związku z tym dopuszczone powinno być indywidualne projektowanie konstrukcji nawierzchni zwłaszcza dla dróg o bardzo dużym obciążeniu ruchem w celu optymalnego ich dostosowania do warunków miejscowych. Proces indywidualnego projektowania jest konieczny w przypadku zastosowania nowych, innowacyjnych materiałów drogowych.”
------------------------------------------------------------------ Przedmowa KTKNPiP 2014 GDDKiA
Przy projektowaniu indywidualnym możemy również skorzystać z dostępnych na rynków programów do obliczeń stanu konstrukcji i/lub trwałości zmęczeniowej, jak na przykład program do projektowania drogi MWS Pavement Design.
Warunek odporności na wysadziny
Po dobrze konstrukcji niezbędne jest również sprawdzenie jej odporności na wysadziny. Dokonuje się tego poprzez analizę grubości wszystkich warstw oraz porównanie do głębokości przemarzania gruntu pomnożoną o odpowiednie współczynniki przeliczeniowe. Możliwa jest również indywidualna analiza oporu cieplnego poszczególnych warstw w przypadku zastosowania w konstrukcji materiałów będących izolatorami termicznymi.