Sztywne nawierzchnie noszą taką nazwę, ponieważ ich konstrukcja ulega bardzo niewielkim odkształceniom pod wpływem obciążenia ze względu na wysoki moduł sprężystości warstwy wierzchniej. Sztywna konstrukcja nawierzchni składa się zazwyczaj z warstwy wierzchniej PCC ułożonej na (1) podkładzie lub (2) warstwie nośnej. Ze względu na swoją względną sztywność taka konstrukcja nawierzchni rozkłada obciążenia na dużej powierzchni przy użyciu tylko jednej lub co najwyżej dwóch warstw konstrukcyjnych (patrz rys. 1).
Rys. 1. Rozkład obciążeń w sztywnej nawierzchni W niniejszym rozdziale opisano typową konstrukcję sztywnej nawierzchni składającą się z:
warstwy nawierzchniowej
Jest to warstwa górna, którą stanowi płyta PCC.
Warstwa bazowa
Jest to warstwa bezpośrednio pod warstwą PCC i zazwyczaj składa się z kruszywa lub stabilizowanego podłoża.
Warstwa podbudowy
Jest to warstwa (lub warstwy) pod warstwą bazową. Podbudowa nie zawsze jest potrzebna i dlatego często można ją pominąć.
Elementy konstrukcyjne
Typowa konstrukcja sztywnej nawierzchni (patrz rys. 2) składa się z warstwy wierzchniej oraz leżącej pod nią warstwy nośnej i podbudowy (jeśli są stosowane). Warstwa wierzchnia (wykonana z PCC) jest najsztywniejsza (mierzona modułem sprężystości) i zapewnia większość wytrzymałości. Warstwy podbudowy są o rząd wielkości mniej sztywne, ale nadal wnoszą istotny wkład w wytrzymałość nawierzchni, a także w odprowadzanie wody i ochronę przed mrozem.
Rys. 2. Podstawowa konstrukcja sztywnej nawierzchni
Warstwa powierzchniowa
Warstwa powierzchniowa to warstwa będąca w kontakcie z obciążeniem ruchem, wykonana z PCC. Zapewnia ona takie właściwości jak tarcie (patrz rys. 3), gładkość, kontrolę hałasu i odwadnianie. Ponadto, służy jako warstwa hydroizolacyjna dla leżącej pod nią podstawy, podbudowy i podtorza. Grubość warstwy wierzchniej może być różna, ale zazwyczaj wynosi od 150 mm (6 cali) (przy lekkich obciążeniach) do 300 mm (12 cali) (przy ciężkich obciążeniach i dużym natężeniu ruchu). Rysunek 4 przedstawia warstwę nawierzchni o grubości 300 mm (12 cali).
|
|
|
Konstrukcja podbudowy
Konstrukcja podbudowy znajduje się bezpośrednio pod warstwą nawierzchni. Zapewnia ona (1) dodatkowe rozłożenie obciążenia, (2) przyczynia się do odwodnienia i mrozoodporności, (3) równomierne podparcie nawierzchni oraz (4) stabilną platformę dla sprzętu budowlanego (ACPA, 2001). Podbudowy pomagają również zapobiegać przemieszczaniu się gruntu na podtorzu na skutek pompowania płyt. Podbudowy są zazwyczaj wykonywane z:
- Podbudowa z kruszywa. Prosta warstwa bazowa z kruszonego kruszywa jest powszechnie stosowana od wczesnych lat 1900-tnych i nadal jest odpowiednia w wielu dzisiejszych sytuacjach.
- Stabilizowane kruszywo lub gleba (patrz Rysunek 5). Środki stabilizujące są stosowane do wiązania luźnych cząstek ze sobą, zapewniając wytrzymałość i spójność. Podbudowy cementowe (CTB) mogą być wykonane do 20 – 25 procent wytrzymałości warstwy nawierzchni (FHWA, 1999). Jednakże, podbudowy cementowe (CTB) stosowane w latach 50-tych i wczesnych 60-tych miały tendencję do utraty nadmiernej ilości materiału, co prowadziło do pękania płyt i osiadania.
- Gęsto stopniowane HMA. W sytuacjach, gdy pożądana jest wysoka sztywność podłoża, warstwy podbudowy mogą być wykonane przy użyciu warstwy HMA o gęstym uziarnieniu.
- Przepuszczalne HMA. W pewnych sytuacjach, gdy pożądana jest wysoka sztywność podłoża i doskonałe odwadnianie, warstwy podbudowy mogą być wykonane przy użyciu otwartej warstwy HMA. Ostatnie badania mogą wskazywać na pewne istotne problemy związane z zastosowaniem ATPB.
- Chudy beton (patrz rysunek 6). Zawiera mniej pasty cementu portlandzkiego niż typowy PCC i jest mocniejszy niż kruszywo stabilizowane. Podbudowy z chudego betonu (LCB) mogą być wykonane do 25-50% wytrzymałości warstwy wierzchniej (FHWA, 1999). Podbudowa z chudego betonu funkcjonuje podobnie jak zwykła warstwa powierzchniowa PCC, dlatego też wymaga spoin konstrukcyjnych i z czasem pęka. Te spoiny i pęknięcia mogą potencjalnie spowodować pęknięcia odbiciowe w warstwie wierzchniej, jeśli nie są starannie dopasowane.
|
|
|
Podbudowa
Podbudowa to część konstrukcji nawierzchni znajdująca się między warstwą nośną a podtorzem. Pełni ona przede wszystkim funkcję wsparcia konstrukcyjnego, ale może również:
- Minimalizować wnikanie drobnych cząstek z podtorza do konstrukcji nawierzchni.
- Poprawiać odwodnienie.
- Minimalizować uszkodzenia spowodowane działaniem mrozu.
- Zapewnienie platformy roboczej do budowy.
Podbudowa składa się zazwyczaj z materiałów gorszej jakości niż warstwa nośna, ale lepszych niż grunty podtorza. Odpowiednimi materiałami są kruszywo i wysokiej jakości wypełniacz strukturalny. Warstwa podbudowy nie zawsze jest potrzebna lub stosowana.
Typy
Prawie wszystkie sztywne nawierzchnie są wykonywane z betonu portlandzko-cementowego (PCC). Sztywne nawierzchnie dzieli się na trzy główne kategorie ze względu na sposoby kontroli pęknięć:
Betonowe nawierzchnie łączone (JPCP)
Jest to najbardziej rozpowszechniony typ nawierzchni sztywnej. JPCP kontroluje pęknięcia, dzieląc nawierzchnię na pojedyncze płyty oddzielone od siebie szczelinami skurczowymi. Płyty mają zazwyczaj szerokość jednego pasa ruchu i długość od 3,7 m (12 stóp) do 6,1 m (20 stóp). JPCP nie używa żadnej stali zbrojeniowej, ale używa kołków i prętów łączących.