Nowy "Katalog" - nowe perspektywy Drukuj

 

W dniu 16 czerwca 2014 r. Generalny Dyrektor Dróg Krajowych i Autostrad zarządzeniem nr 31 wprowadził do stosowania na drogach krajowych Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, opracowany w Katedrze Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej przez zespół pod kierownictwem prof. dra hab. inż. Józefa Judyckiego [1], [2]. Studia i analizy tego tematu rozpoczęły się w 2009 roku i zakończyły w listopadzie 2012. W ten sposób „Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych”, opracowany w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów Warszawa i wprowadzony do stosowania zarządzeniem nr 6 Generalnego Dyrektora Dróg Publicznych z dnia 24 kwietnia 1997 r., po siedemnastu latach przeszedł do historii polskiego drogownictwa.
W tym okresie zmieniło się wiele – wymienię najważniejsze fakty:
  • Duży postęp technologiczny w budowie, przebudowie i remontach dróg.
  • Wprowadzenie nowych norm i wymagań technicznych, dostosowanych do normalizacji europejskich.
  • Zmienione wymagania dotyczące materiałów drogowych, wprowadzenie nowych materiałów stosowanych w nawierzchniach.
  • Duży wzrost natężenia ruchu pojazdów, wzrost ich mas i nacisków osi.
  • Wprowadzenie nowych przepisów prawnych, związanych z Dyrektywami 96/53/WE z dnia 25 lipca 1996 roku oraz 2002/7/WE z dnia 18 lutego 2002 roku.
  • Wprowadzenie ważenia pojazdów na wagach preselekcyjnych.
  • Rozwój metod badań materiałów drogowych.
  • Rozwój metod projektowania i badań konstrukcji nawierzchni.
  • Wprowadzenie recyklingu materiałów odzyskanych ze starych nawierzchni.
 
Najważniejsze zmiany w stosunku do „Katalogu” z 1997 roku.
 
  1. Wprowadzenie kategorii ruchu KR7.
  2. Korekta przedziałów ilości równoważnych osi standardowych 100 kN dla poszczególnych kategorii ruchu.
  3. Przy określaniu kategorii ruchu rezygnacja z pojęcia „L” na rzecz „N100”, gdzie:
N100 – sumaryczna liczba równoważnych osi standardowych 100 kN w całym okresie projektowym (w milionach osi 100 kN na pas obliczeniowy).
  1. Wprowadzenie współczynników przeliczeniowych r1, r2 oraz r3 pojazdów ciężkich na ilość równoważnych osi standardowych 100 kN o niższych wartościach w stosunku do dotychczas stosowanych.
  2. Uzależnienie wartości N100 nie tylko od współczynnika obliczeniowego pasa ruchu f1 ale również od współczynnika szerokości pasa ruchu f2 oraz współczynnika pochylenia niwelety jezdni f3.
Wartości tych współczynników przedstawiam w tabelach.
 
Tabela nr 1
Lp.
Szerokość pasa ruchu (S)
Współczynnik f2
1
S ≥ 3,5 m
1,00
2
3,00 m ≤ S < 3,50 m
1,06
3
2,75 m ≤ S < 3,00 m
1,13
4
S < 2,75 m
1,25
 
Tabela nr 2
Lp.
Pochylenie niwelety drogi (i)
Współczynnik f3
1
i < 6%
1,00
2
6% ≤ i < 7%
1,10
3
7% ≤ i < 9%
1,25
4
9% ≤ i < 10%
1,35
5
i ≥ 10%
1,45
 
  1. Zmniejszenie grubości warstw bitumicznych.
  2. Wprowadzenie różnorodnych konstrukcji dolnych warstw nawierzchni oraz ulepszonego podłoża.
 
Ad 1, 2, 3 – klasyfikacja ruchu projektowego.
 
Tabela nr 3
 
Kategoria ruchu
 
N100 – sumaryczna liczba równoważnych osi standardowych 100 kN w całym okresie projektowym (w milionach osi 100 kN na pas obliczeniowy)
Katalog 2014
Katalog 1997
KR1
0,03 < N100 ≤   0,09
N100 ≤   0,09
KR2
0,09 < N100 ≤   0,50
0,09 < N100 ≤   0,51
KR3
0,50 < N100 ≤   2,50
0,51 < N100 ≤   2,50
KR4
2,50 < N100 ≤   7,30
2,50 < N100 ≤   7,30
KR5
7,30 < N100 ≤  22,0
7,30 < N100 ≤   14,60
KR6
22,00 < N100 ≤   52,00
N100 > 14,60 
KR7
N100 > 52,00 
nie występuje
 
Jak widać – oprócz wprowadzenia kategorii KR7 – zmiany zaszły w kategorii KR1, KR5 i KR6.
 
Ad 4, 5 – współczynniki r1, r2, r3, f2, f3.
 
W roku 1997 przyjęto następujące wartości współczynników przeliczeniowych:
  • r1 = 0,109 (samochód ciężarowy bez przyczepy),
  • r2 = 1,245 (samochód ciężarowy z przyczepą oraz ciągnik siodłowy z naczepą) 1),
  • r2 = 1,950 (samochód ciężarowy z przyczepą oraz ciągnik siodłowy z naczepą) 2),
  • r3 = 0,594 (autobusy).
 
1) – gdy udział pojazdów o obciążeniu osi 115 kN w grupie pojazdów ciężkich wynosi do 8%.
2) – gdy udział pojazdów o obciążeniu osi 115 kN w grupie pojazdów ciężkich wynosi od 8% do 20%.
 
We wrześniu 2006 roku współczynniki te zostały zaktualizowane. Podstawą zmian była praca Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w Warszawie oznaczona TD-73, pod tytułem „Aktualizacja wartości współczynników przeliczeniowych na osie 100 kN i 115 kN na podstawie analizy aktualnej wielkości i struktury ruchu drogowego” [3], zrealizowana na podstawie umowy nr 1228/2005 z dnia 13.09.2005 roku zawartej z Generalną Dyrekcją Dróg Krajowych i Autostrad. Równolegle w latach 2005 – wrzesień 2006 Politechnika Gdańska na zlecenie Generalnej Dyrekcji Dróg Publicznych i Autostrad Nr WILiŚ/108/002/2005 zrealizowała pracę pod tytułem „Opracowanie zaleceń do obliczania współczynników równoważności obciążenia osi do projektowania nawierzchni podatnych i półsztywnych – raport z drugiego etapu badań” [4].
Porównanie współczynników przedstawiam w tabeli.
 
Tabela nr 4
Współczynnik przeliczeniowy
Katalog 2014
IBDiM 2006
r1
0,45
1,2
r2
1,60
2,5
r3
1,05
1,6
 
Zmniejszenie jest zdecydowane, nowe wartości w stosunku do wartości z 2006 roku to:
 
  • r1            -           0,45 : 1,2 = 37,5% (zmniejszenie o 62,5%),
  • r2            -           1,6 : 2,5 = 64,0% (zmniejszenie o 36,0%),
  • r3         -           1,05 : 1,6 = 65,6% (zmniejszenie o 34,4%).
 
Jakie są konsekwencje?
Obniża się zdecydowanie obciążenie liczone liczbą osi standardowych 100 kN. Posłużę się przykładem, przyjmując następujące założenia:
  • Droga klasy technicznej G o szerokości pasa ruchu 3,0 ÷ 3,5 m z niweletą o średnim pochyleniu 6 ÷ 7%.
  • Obciążenie średnim dobowym ruchem pojazdów ciężkich na drogach wojewódzkich Dolnego Śląska wg danych z Generalnego Pomiaru Ruchu 2010:
- pojazdy bez przyczep                                                                     - 114 szt.
- pojazdy z przyczepami oraz ciągniki siodłowe z naczepami          - 170 szt.
- autobusy                                                                                         -   54 szt.
 
Dla roku 2010 otrzymuję
 
N100 = 365 · ( 114 · r1 + 170 · r2 + 54 · r3) · f1 = 365 · ( 114 · 1,2 + 170 · 2,5 + 54 · 1,6 ) · 0,5 = 118 297 osi standardowych 100 kN/rok.
 
Licząc wg zasad nowego Katalogu otrzymam
 
N100 = 365 · ( 114 · r1 + 170 · r2 + 54 · r3) · f1 · f2 · f3 = 365 · (114 · 0,45 + 170 · 1,6 + 54 · 1,05 ) · 0,5 · 1,06 · 1,10 = 80 862 osie standardowe 100 kN/rok.
 
A zatem obciążenie liczone wg nowych zasad to 68,4% obciążenia liczonego wg zasad Katalogu 1997 i współczynników przeliczeniowych z 2006 roku.
Czy taka sytuacja będzie zachodzić w każdym przypadku?
Nie – zależy to od wartości iloczynu f2 · f3, czyli od szerokości pasa ruchu i pochylenia niwelety. Dla wąskich dróg w terenach górskich wartość N100 liczona wg nowego Katalogu będzie większa. Dla omówionego wyżej przykładu przy f2 = 1,25 (S < 2,75 m) oraz f3 = 1,45 (i ≥ 10%) otrzymamy:
N100 = 365 · ( 114 · 0,45 + 170 · 1,6 + 54 · 1,05) · 0,5 · 1,25 · 1,45 = 125 697 > 118 297.
Jednak już dla 9% ≤ i < 10% lub 2,75 m ≤ S < 3,00 m otrzymujemy N100 = 117 028 lub N100 = 113 630, w obydwóch przypadkach wartości mniejsze od 118 297 osi standardowych 100 kN.
Natomiast dla dróg w terenach nizinnych (i < 6%) obciążenie liczone wg nowego Katalogu zawsze będzie mniejsze od wyznaczanego w sposób dotychczas obowiązujący - nawet przy szerokości pasa S < 2,75 m.
Uważny Czytelnik potrafi sprawdzić, czy się nie mylę.
Oczywiście bezpośrednią konsekwencją mniejszego obciążenia jest zmniejszenie wymaganych grubości warstw bitumicznych.
 
Ad 6 – grubości warstw bitumicznych.
 
W tabeli nr 5 przedstawiam porównanie grubości warstw bitumicznych. Są to nawierzchnie typu A, gdzie warstwy bitumiczne ułożone są na podbudowie grubości 20 cm z kruszywa łamanego stabilizowanego mechanicznie, na podłożu o grupie nośności G1 i wymaganej nośności. Za wyjątkiem kategorii ruchu KR1 i KR2 grubości uległy zmniejszeniu. Szczególna sytuacja występuje w kategoriach ruchu KR5 i KR6 – grubości zostały zmniejszone o 3 cm przy jednoczesnym zwiększeniu granic przedziałów obciążenia:
  • dla kategorii KR5 z 14,6 mln do 22,0 mln osi standardowych 100 kN (górna granica),
  • dla kategorii KR6 z 14,6 mln do 22,0 mln osi standardowych 100 kN (dolna granica).
Tabela nr 5
 
KR1
KR2
KR3
KR4
KR5
KR6
KR7
grubość warstw bitumicznych (cm) / N100
Katalog 1997
8
12
18
23
27
31
nie występuje
N100 ≤   0,09
0,09 < N100 ≤ 0,51
0,51 < N100 ≤ 2,50
2,50 < N100 ≤ 7,30
7,30 < N100 ≤ 14,60
N100 > 14,60 
Katalog 2014
9
12
16
20
24
28
30
0,03 < N100 ≤ 0,09
0,09 < N100 ≤ 0,50
0,50 < N100 ≤ 2,50
2,50 < N100 ≤ 7,30
7,30 < N100 ≤ 22,0
22,00 < N100 ≤ 52,00
N100 > 52,00 
 
Oprócz zmniejszenia grubości warstw bitumicznych nowy Katalog zmienia również kryteria, dotyczące modułów odkształcenia (sprężystości) E2 warstwy, na której ułożone są warstwy górne.
 
Tabela nr 6
 
KR1
KR2
KR3
KR4
KR5
KR6
KR7
wartość modułu odkształcenia (sprężystości) E2
Katalog 1997
100 MPa
120 MPa
nie występuje
Katalog 2014
80 MPa
100 MPa
120 MPa
 
Ad 7 - konstrukcje dolnych warstw nawierzchni oraz ulepszonego podłoża.
 
Projektowanie warstw ulepszonego podłoża i dolnych warstw konstrukcji nawierzchni omówione jest w rozdziale 8 Katalogu. W stosunku do roku 1997 zmiany są fundamentalne. Przede wszystkim rozstrzygnięta jest kwestia nośności odsłoniętego, wyprofilowanego i zagęszczonego podłoża rodzimego. Nośność mierzoną wartością modułu odkształcenia (sprężystości) E2 kwalifikuje się następująco:
 
Tabela nr 7
 
KR1
KR2
KR3
KR4
KR5
KR6
KR7
wykop/nasyp
wymagana wartość modułu odkształcenia (sprężystości) E2 podłoża rodzimego
G1
≥ 80 MPa
G2
≥ 50 MPa
G3
≥ 35 MPa
G4
≥ 25 MPa
 
Ustalenie tych wartości zdecydowanie ułatwia kontrolę jakości robót. Sprawdzenie nośności gruntu w czasie robót, po odsłonięciu podłoża gruntowego w wykopach lub po uformowaniu nasypów, w celu porównania z założeniami projektowymi jest obligatoryjne. Katalog jednoznacznie rozstrzyga sposób postępowania w przypadku stwierdzenia niezgodności z założeniami projektowymi:
  • Jeżeli stwierdzona grupa nośności podłoża gruntowego jest gorsza od założeń projektowych, należy przeprojektować dolne warstwy konstrukcji nawierzchni i warstwę ulepszonego podłoża.
  • Jeżeli badania kontrolne wykażą większą nośności podłoża gruntowego w stosunku do założeń projektowych, wówczas nie wprowadza się zmian w projekcie.
 
Schematy układu warstw ulepszonego podłoża i dolnych warstw konstrukcji nawierzchni w wykopie i nasypie przedstawiają się następująco:
 
I. Kategoria ruchu KR1 i KR2.
·         podłoże rodzime G1 o module E2 ≥ 80 MPa
a)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
·         podłoże rodzime G2 o module E2 ≥ 50 MPa, G3 o module E2 ≥ 35 MPa, G4 o module E2 ≥ 25 MPa
a)      dolne warstwy konstrukcji nawierzchni i/lub ulepszone podłoże o module E2 ≥ 80 MPa
b)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
 
II. Kategoria ruchu KR3 ÷ KR4.
·         podłoże rodzime G1 o module E2 ≥ 80 MPa, G2 o module E2 ≥ 50 MPa
a)      dolne warstwy konstrukcji nawierzchni o module E2 ≥ 100 MPa
b)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
·         podłoże rodzime G3 o module E2 ≥ 35 MPa, G4 o module E2 ≥ 25 MPa
a)      ulepszone podłoże o module E2 ≥ 50 MPa
b)      dolne warstwy konstrukcji nawierzchni o module E2 ≥ 100 MPa
c)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
 
III. Kategoria ruchu KR5 ÷ KR7.
·         podłoże rodzime G1 o module E2 ≥ 80 MPa, G2 o module E2 ≥ 50 MPa
a)      dolne warstwy konstrukcji nawierzchni o module E2 ≥ 120 MPa
b)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
·         podłoże rodzime G3 o module E2 ≥ 35 MPa, G4 o module E2 ≥ 25 MPa
a)      ulepszone podłoże o module E2 ≥ 50 MPa
b)      dolne warstwy konstrukcji nawierzchni o module E2 ≥ 120 MPa
c)      górne warstwy konstrukcji nawierzchni
Typowe rozwiązania dolnych warstw konstrukcji nawierzchni i warstwy ulepszonego podłoża przedstawione są w podziale na kategorie ruchu:
·         KR1 i KR2                - piętnaście wariantów
·         KR3 i KR4                - dwadzieścia wariantów
·         KR5, KR6 i KR7      - szesnaście wariantów
 
Katalog zawiera również dwa bardzo istotne zastrzeżenia - cytuję:
 
„2.11. Zastosowanie w sposób prawidłowy Katalogu i ustalenie właściwych grubości warstw konstrukcji nawierzchni nie gwarantuje uniknięcia uszkodzeń nawierzchni takich jak: koleiny lepko-plastyczne, uszkodzenia powierzchniowe warstw asfaltowych powodowane przez wodę i mróz lub spękania niskotemperaturowe warstw asfaltowych itp. Uszkodzenia te nie zależą od grubości warstw nawierzchni, ale od właściwego doboru składu mieszanek mineralno-asfaltowych i prawidłowego wykonania warstw asfaltowych nawierzchni”.
 
„9.14. Grubości warstw podane w tablicach od 9.1 do 9.7 obowiązują w przypadku wykonania warstw z odchyleniami grubości w stosunku do grubości projektowanych nie większymi od tolerancji dopuszczonych przez Wymagania Krajowe. Jeżeli dopuszczalne tolerancje zostaną przekroczone nawierzchnia nie będzie miała projektowanej nośności i trwałości”.
 
Wyjaśniam, że tablice 9.1 ÷ 9.7 przedstawiają typowe konstrukcje górnych warstw nawierzchni podatnych i półsztywnych.
 

Bibliografia

[1]       https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/z/zarzadzenia-generalnego-dyrektor_13901/zarzadzenie%2031.PDF
[2]       https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/z/zarzadzenia-generalnego-dyrektor_13901/zarzadzenie%2031%20zalacznik.pdf
[3]       http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/p/prace-naukowo-badawcze-zrealizow_3435//documents/aktualizacja-wartosci.pdf
http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/p/prace-naukowo-badawcze-zrealizow_3435//documents/zalaczniki.pdf
[4]       http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/p/prace-naukowo-badawcze-zrealizow_3435//documents/gddkia-wrzesie2006.pdf
 
 
Kierownik Laboratorium Drogowego
Zbigniew Rowiński
Wrocław, 27.01.2015