Nawierzchnie polskich dróg 

Rozwój sieci drogowej to jeden z istotnych czynników napędzających wzrost gospodarczy państwa. Dobrze utrzymana, przemyślana infrastruktura ułatwia przemieszczanie się, prowadzenie biznesu, wpływa na jakość życia ludzi, a także zwiększa atrakcyjność kraju. Dzięki inwestycjom prowadzonym przez rząd i samorządy oraz wdrażaniu nowych rozwiązań i technologii polska infrastruktura staje się coraz nowocześniejszai zyskuje na jakości.

Aby infrastruktura drogowa spełniała swoją funkcję, nowe inwestycje muszą być prowadzone w ramach przemyślanej i spójnej strategii. Obecnie obowiązujący jest Rządowy Program Budowy Dróg Krajowych do 2030 r. (z perspektywą do 2033 r.). To średniookresowy dokument programowy, który zawiera listę inwestycji na drogach krajowych zaplanowanych do realizacji do 2033 r., określa cele polityki transportowej w zakresie budowy drogowej sieci TEN-T w Polsce (transeuropejska sieć transportowa – sieć głównych połączeń transportowych na terenie UE), a także połączeń komplementarnych sieci drogowych, które będą uzupełniać istniejącą infrastrukturę. RPBDK 2030 zakłada realizację inwestycji drogowych w ciągu dróg krajowych, dróg ekspresowych oraz autostrad o łącznej długości ponad 6,1 tys. km. Nowe inwestycje będą obejmowały zadania o długości ok. 2,6 tys. km, natomiast zadania kontynuowane, rozpoczęte w ramach dotychczasowego programu drogowego, mają ponad 3,5 tys. km.

Technologie a trwałość infrastruktury drogowej

Podstawą wysokiej jakości sieci drogowej jest zapewnienie jakości i trwałości dróg, co realizowane jest przez ich właściwą, adekwatną do warunków i projektowanych obciążeń konstrukcję. W Polsce do budowy dróg zasadniczo wykorzystuje się dwie technologie nawierzchni – nawierzchnie podatne z mieszanek mineralno-asfaltowych (mma) oraz nawierzchnie sztywne z betonu cementowego. Jeszcze kilka lat wstecz to GDDKiA określała, które drogi muszą zostać wykonane z zastosowaniem nawierzchni betonowej. Podejście to zmieniono w 2019 r., pozostawiając wykonawcom budującym w systemie projektuj i buduj możliwość wyboru w tym zakresie, argumentując, że narzucanie konkretnej technologii ogranicza rozwój rynku i innowacji.

Różnorodność i uniwersalność rozwiązań nawierzchni asfaltowych

W Polsce zdecydowana większość dróg zbudowana jest przy użyciu technologii asfaltowych. Do budowy dróg asfaltowych stosuje się najczęściej mma, które powstają w wyniku połączenia asfaltu, lepiszcza oraz kruszywa pochodzenia skalnego, a także dodatków i wypełniaczy. Możliwe jest także wykorzystanie kruszywa pochodzącego z działalności przemysłowej, jak np. żużle stalownicze. Pomimo że zawartość asfaltu w mma stanowi zaledwie ok. 5%, to jest on newralgicznym składnikiem, który stanowi lepiszcze biorące udział w przenoszeniu oddziałujących obciążeń i zarazem chroni kruszywo przed wpływem czynników zewnętrznych.

Budowa i właściwości mma

Nawierzchnia drogi asfaltowej składa się z kilku warstw, które pełnią określone funkcje, posiadają specyficzne właściwości i muszą sprostać odpowiednim wymaganiom technicznym. Do budowy części z nich wykorzystuje się mma, zaczynając od najbardziej wierzchniej warstwy ścieralnej, która wprost narażona jest na oddziaływania zewnętrzne. Powinna zapewniać komfort i bezpieczeństwo poruszania się pojazdów przez odpowiednią szorstkość, równość, odporność na powstawanie kolein. Stanowi także barierę ochronną dla warstw znajdujących się głębiej. Nowoczesne rozwiązania w zakresie mma pozwalają na poszerzenie gamy właściwości, jak choćby w przypadku cichych nawierzchni, które dodatkowo zapewniają redukcję hałasu. Dalej jest warstwa wiążąca, odpowiedzialna za transfer obciążeń na warstwy konstrukcji położone głębiej. Wreszcie warstwa podbudowy zasadniczej, która jest warstwą nośną i może stanowić warstwę wzmacniającą, np. dla bardzo ciężkiego ruchu, oraz warstwę wyrównującą nierówności podbudowy.

Poniżej wymienionych warstw drogi asfaltowej znajdują się jeszcze warstwa podbudowy pomocniczej oraz warstwa podłoża w postaci gruntu rodzimego i warstwa podłoża ulepszonego.

Typy mieszanek i warstw konstrukcyjnych

W praktyce budowlanej do budowy dróg asfaltowych stosuje się kilka typów mma:

• beton asfaltowy AC – mma, w której kruszywo o uziarnieniu ciągłym tworzy strukturę wzajemnie klinującą się. Stosowana jest do warstw podbudowy, wiążącej i ścieralnej;
• beton asfaltowy o wysokim module sztywności AC WMS. Stosowany jest do warstw podbudowy i wiążącej;
• beton asfaltowy do cienkich warstw ścieralnych BBTM – mma o grubości 20–30 mm, w której kruszywo ma nieciągłe uziarnienie i tworzy połączenia ziarno do ziarna. Stosowana jest do warstw ścieralnych;
• mastyks grysowy SMA – mma składająca się z grubego, łamanego kruszywa o nieciągłym uziarnieniu, związanego zaprawą mastyksową. Stosowana jest do warstw ścieralnych;
• asfalt lany MA – mma, w której objętość wypełniacza i lepiszcza jest większa niż objętość wolnych przestrzeni w kruszywie. Stosowana jest do warstw ścieralnych;
• asfalt porowaty PA – mma o bardzo dużej zawartości połączonych wolnych przestrzeni, umożliwiających przepływ wody i powietrza. Stosowana jest do warstw ścieralnych.

Możliwości adaptacji i elastyczność rozwiązań

Dzięki możliwości wyboru spośród dostępnej palety materiałów, a także zastosowania różnych konfiguracji i grubości warstw nawierzchnie asfaltowe umożliwiają stworzenie dopasowanego i optymalnego rozwiązania w zależności od lokalnych uwarunkowań i obciążeń. Ponadto możliwe jest zastosowanie podejścia pozwalającego na stopniowe dokładanie warstw asfaltowych, wskutek czego droga może być sukcesywnie wzmacniana w odpowiedzi na zwiększone obciążenie ruchem.

Nowoczesne technologie asfaltowe

Technologie nawierzchni asfaltowych stale się rozwijają, a duża dynamika tego rozwoju jest szczególnie zauważalna w ostatnich trzech dekadach. Jednym z kierunków są asfaltowe nawierzchnie długowieczne (perpetual pavements). Zastosowanie nawierzchni długowiecznych umożliwia znaczne wydłużenie czasu użytkowania, co korzystnie wpływa na cykl życia nawierzchni i minimalizuje negatywne aspekty związane z remontami. Innym kierunkiem rozwoju są nawierzchnie redukujące hałas, tzw. ciche nawierzchnie. Oprócz oczywistych korzyści dla użytkowników i mieszkańców takie technologie mogą również pomóc w redukowaniu ekranów dźwiękochłonnych, w tym ich wysokości. Wśród nowoczesnych rodzajów asfaltów wymienić należy także asfalty modyfikowane polimerami, które zastosowane w mma wpływają na zwiększenie jej trwałości i przeciwdziałają najczęstszym przyczynom zniszczenia. Innym ciekawym rozwiązaniem są nawierzchnie fotokatalityczne, które dzięki powłoce z dwutlenku tytanu umożliwiają rozkładanie szkodliwych związków chemicznych, tym samym redukując emisję gazów spalinowych.

Nawierzchnie asfaltowe pozostawiają dużą przestrzeń do rozwiązań w zakresie recyklingu, jak choćby w przypadku użycia asfaltów modyfikowanych gumą pochodzącą z opon samochodowych lub dzięki możliwości ponownego użycia asfaltu i kruszyw ze starych nawierzchni, czyli destruktu asfaltowego.

Solidne technologie betonowe

Nawierzchnie betonowe można klasyfikować jako sztywne i podatne. Nawierzchnie sztywne zbudowane są z kilku warstw, które można podzielić na:

• warstwy górne, składające się z warstw nawierzchniowej, poślizgowej oraz podbudowy zasadniczej. To warstwy konstrukcyjne, które przenoszą obciążenia od ruchu pojazdów. Są odpowiednio dobierane i wymiarowane, aby dostosować je do warunków, w jakich znajdować ma się konstrukcja, lub też w celu zabezpieczenia przed wystąpieniem przedwczesnych uszkodzeń;
• warstwy dolne konstrukcji to warstwa podbudowy pomocniczej i warstwa mrozoochronna, która może stanowić również warstwę odsączającą. Dolne warstwy rozkładają obciążenia na zalegające niżej podłoże gruntowe. Jeśli zachodzi taka konieczność, wierzchnia warstwa podłoża gruntowego zostaje ulepszona, tworząc warstwę ulepszonego podłoża.

Różnorodność technologii i przykłady wdrożeń

Wśród nawierzchni betonowych można wyróżnić kilka typów, które można stosować w zależność od wielkości obciążeń i innych uwarunkowań. Jeśli chodzi o drogi betonowe dla kategorii ruchu KR5–KR7 (drogi ekspresowe, autostrady) w Polsce stosuje się najczęściej nawierzchnie dyblowane i kotwione. W tej technologii w szczelinach pomiędzy poszczególnymi płytami stosuje się dyble i kotwy, odpowiednio w szczelinach poprzecznych i podłużnych. Zabieg ten ma na celu zapewnienie współpracy pomiędzy poszczególnymi płytami przy znacznych obciążeniach.

Innym typem są płyty o zbrojeniu ciągłym, składającym się z prętów podłużnych i poprzecznych. Tego typu konstrukcje również mogą być stosowane na autostradach, czego przykładem w Polsce mogą być odcinki autostrad A2 i A4. 

Wyróżnia się także nawierzchnie wykonane z krótkich płyt zbrojonych, które znajdują zastosowanie w szczególnych lokalizacjach, gdzie może wystąpić nierównomierne osiadanie podłoża.

Najstarszym typem nawierzchni betonowych są nawierzchnie niezbrojone i niedyblowane. Są stosowane w kategoriach ruchu KR1–KR2. Istnieją też typy mieszane, czyli powstające przez ułożenie nawierzchni betonowej na asfaltowej lub odwrotnie (whitetopping, blacktopping).

Co dalej z betonowymi drogami w Polsce?

Nawierzchnie betonowe są zdecydowanie mniej popularne w Polsce. Niemniej technologia ta rozwija się i z roku na rok takich dróg jest coraz więcej. W 2023 r. długość betonowych dróg ekspresowych i autostrad w Polsce wzrosła o ponad 75 km, co dało w sumie 1168,19 km dróg, stanowiąc 22,8% ogółu dróg. Dla porównania w innych krajach europejskich odsetek ten jest dużo wyższy, np. w Wielkiej Brytanii oraz Austrii wynosi ok. 50%, w Niemczech ok. 60%.

Najbliższe lata najprawdopodobniej będą wiązały się z wyhamowaniem inwestycji związanych z budową nawierzchni betonowych na drogach krajowych. Ma to związek ze wspomnianą decyzją GDDKiA z 2019 r., która przenosi obowiązek wskazania technologii budowy dróg na wykonawców. W ramach rozstrzygniętych przetargów niewielki procent przypada na nawierzchnie betonowe. Branża przywykła do technologii bitumicznych, co sprzyja pogłębianiu ich dominacji.

Infrastruktura drogowa to nie tylko drogi krajowe, ale także samorządowe. Łączna długość dróg gminnych i powiatowych stanowi ok. 88% polskiej sieci drogowej. W przypadku dróg samorządowych obecnie również dominują nawierzchnie bitumiczne. Jednak okazuje się, że nawierzchnie betonowe mogą stanowić realną, opłacalną ekonomicznie alternatywę. Mowa o betonie wałowanym, który z jednej strony zapewnia wysoką trwałość i dużą nośność, a z drugiej cechuje się łatwością układania takiej nawierzchni. Przeciętny koszt wykonania 1 m² nawierzchni z betonu wałowanego może być nawet o 20% niższy w porównaniu z konstrukcją nawierzchni bitumicznej, zakładając, że kategoria ruchu jest ta sama. Ponadto technologia ta nie wymaga specjalistycznego sprzętu i umożliwia szybką realizację.

Aktualne przepisy techniczne i wymagania projektowe

Ustawa Prawo budowlane wskazuje, że obiekty budowlane projektuje się zgodnie z przepisami (w tym przepisami techniczno-budowlanymi – PTB) oraz zasadami wiedzy technicznej. We wrześniu 2022 r. weszło w życie rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 24 czerwca 2022 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych dotyczących dróg publicznych (Dz.U. 2022, poz. 1518). W związku z tym wymienione poniżej przepisy PTB przestały obowiązywać (poza pewnymi wyjątkami): 

• Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie;
• Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie;
• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 16 stycznia 2002 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych dotyczących autostrad płatnych.

Ministerstwo Infrastruktury przygotowuje także Wzorce i Standardy (WiS), które mają być uzupełnieniem zasobów wiedzy technicznej, a ich stosowanie jest dobrowolne. WiS mają zawierać rekomendowaną metodę spełnienia wymagań funkcjonalno-technicznych, które określono w PTB. Projektant będzie miał jednak wybór, czy wykorzystać WiS, czy inne rozwiązanie, które zapewni spełnienie obligatoryjnych wymagań.

Nawierzchnia asfaltowa czy betonowa?

Zarówno nawierzchnie asfaltowe, jak i nawierzchnie betonowe mają swoje charakterystyczne cechy oraz wymagania technologiczne, wynikające z różnic w ich właściwościach, kosztach, trwałości oraz specyfice eksploatacji.

Wśród zalet nawierzchni betonowych często wymienia się wysoką nośność i trwałość. Szacuje się, że dobrze zaprojektowane i wykonane drogi betonowe mogą być eksploatowane nawet 2,5–3,5 razy dłużej niż ich asfaltowe odpowiedniki. Dodatkowo nawierzchnie te wykazują odporność na działanie wysokich temperatur oraz cykliczne zmiany warunków atmosferycznych, co ogranicza ryzyko deformacji. W kontekście bezpieczeństwa użytkowników wskazuje się m.in. na właściwości przeciwpoślizgowe i dobrą widoczność. Zdarzają się opinie, że nawierzchnie betonowe generują większy hałas, jednak zależy to w dużej mierze od rodzaju wybranej technologii oraz jakości wykonania i utrzymania, np. prawidłowego kształtowania powierzchni oraz właściwego uszczelnienia szczelin dylatacyjnych. Z ekonomicznego punktu widzenia nawierzchnie betonowe wiążą się zazwyczaj z wyższym kosztem realizacji na etapie budowy. Jednak w dłuższej perspektywie ich niższe wymagania eksploatacyjne i trwałość mogą przynieść oszczędności w całym cyklu życia inwestycji, zwłaszcza w przypadku tras o dużym natężeniu ruchu.

Technologie asfaltowe są stale rozwijane, czego efektem są nowoczesne mieszanki o podwyższonych parametrach technicznych. Dzięki temu możliwe jest projektowanie nawierzchni odporniejszych na koleinowanie oraz o zwiększonej elastyczności. Asfalt jest materiałem uniwersalnym, dającym szerokie możliwości dostosowania do lokalnych warunków i potrzeb. Atutem tej technologii jest efektywność prac budowlanych – szybkie tempo układania nawierzchni, długi sezon robót drogowych oraz relatywna łatwość napraw lub modernizacji. Z punktu widzenia użytkowników liczy się komfort jazdy, w tym mniejszy hałas oraz brak dylatacji, a także możliwość zastosowania tzw. cichych mieszanek, poprawiających akustykę otoczenia.

Obie technologie mają swoje zalety i ograniczenia, a wybór odpowiedniej nawierzchni powinien być każdorazowo uzależniony od charakterystyki konkretnej inwestycji, warunków gruntowych, klimatycznych, planowanego obciążenia ruchem oraz założeń ekonomicznych i środowiskowych. Kluczowe jest więc świadome podejmowanie decyzji projektowych na podstawie rzetelnej analizy i danych technicznych.

www.NBI.com.pl/tematy-specjalne