Trwałość asfaltowych nawierzchni drogowych

Ogólne wymagania trwałości dla konstrukcji nawierzchni drogowej można uznać za spełnione, jeżeli w okresie eksploatacji w konstrukcji nawierzchni drogowej zapewnione zostanie nieprzekroczenie stanów granicznych nośności i stanów granicznych przydatności do użytkowania. Według [10] stany graniczne nośności nawierzchni bitumicznej uważa się za przekroczone, jeżeli konstrukcja nawierzchni osiągnęła stan zmęczenia, w którym wartość modułu sztywności nawierzchni bitumicznej stanowi mniej niż 50% wartości początkowej, nie mniej niż 20% powierzchni jest pokryte pęknięciami zmęczeniowymi o rozwartości większej niż 2 mm.

Stany graniczne przydatności do użytkowania uważa się za przekroczone, jeżeli powstałe w nawierzchni uszkodzenia uniemożliwiają jej bezpieczne użytkowanie ze względu na wymagania w zakresie równości podłużnej, równości poprzecznej i właściwości przeciwpoślizgowych.

Wymagania trwałości zapisane w dokumentach

Ogólne wymagania dla konstrukcji nawierzchni dróg pod względem trwałości określono w nowym rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 24 czerwca 2022 r. w sposób bardzo ogólny. Według tych wymagań konstrukcja nawierzchni drogowej powinna spełniać w cyklu życia drogi co najmniej podstawowe warunki dotyczące: nośności i stateczności, bezpieczeństwa pożarowego, bezpieczeństwa użytkowania, dostępności, ochrony zdrowia ludzi i środowiska, w tym ochrony przed hałasem, oszczędności energii oraz zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych. Dlatego konstrukcja nawierzchni drogowej powinna być projektowana w celu zapewnienia jej odporności na wszystkie przewidywane oddziaływania i wpływy mogące występować w cyklu życia, tj. podczas budowy, użytkowania drogi oraz podczas remontów i przebudów. Trwałość nawierzchni powinna być co najmniej równa okresowi użytkowania określonemu w dokumentacji projektowej, tj. nie krótsza niż 30 lat dla dróg autostradowych i ekspresowych oraz 20 lat dla dróg klas pozostałych. Warunek ochrony środowiska to przede wszystkim ochrona przed hałasem komunikacyjnym, który powinien być spełniony przez ograniczenie oddziaływania drogi na środowisko zgodnie z przepisami o ochronie środowiska. Warunek zrównoważonego wykorzystania zasobów naturalnych spełnia się w szczególności przez wykorzystanie materiałów lub wyrobów budowlanych pochodzących z lokalnych źródeł lub z recyklingu, np. zastosowanie do mieszanek mineralno-asfaltowych destruktu ze zużytych nawierzchni czy kruszyw miejscowych ze źródeł polodowcowych.

Obecnie projektowanie konstrukcji nawierzchni drogowych odbywa się mechanistycznymi metodami projektowania. Najbardziej znane metody mechanistyczne projektowania nawierzchni asfaltowych zostały opracowane przez uznane ośrodki naukowo-badawcze. W Europie firma Shell wprowadziła metodę projektowania SPDM (ang. Shell pavement design method) [18]. Bardzo ważna dla projektantów w Polsce była opracowana w Stanach Zjednoczonych przez Instytut Asfaltowy metoda MS-1 [21]. Obecnie powszechnie stosowaną metodą projektowania jest metoda AASHTO 2004 (ang. American Association of State Highway and Transportation Officials) [1].

Metoda mechanistyczna projektowania konstrukcji nawierzchni polega na określeniu trwałości zmęczeniowej konstrukcji na podstawie analizy jej stanu naprężeń i odkształceń oraz wyników badań eksperymentalnych dotyczących właściwości materiałów konstrukcyjnych i podłoża gruntowego.

Podstawową cechą metody mechanistycznej jest wyznaczenie trwałości zmęczeniowej, tj. liczby obciążeń, jaką konstrukcja nawierzchni może przenieść do wystąpienia stanu granicznego nośności i użytkowania określonej za pomocą kryterium spękań warstw asfaltowych i kryterium deformacji trwałych podłoża gruntowego.

Nawierzchnia asfaltowa poddawana wielu milionom obciążeń może ulec spękaniom wskutek zmęczenia, pomimo że naprężenie rozciągające lub odkształcenie nie przekraczają doraźnej wytrzymałości na rozciąganie lub wartości odkształcenia niszczącego (rys. 5).