Łączna długość sieci drogowej w Polsce to ok. 380.000 km, z tego ok. 5% dróg to drogi administrowane przez GDDKiA, ok. 6% to drogi wojewódzkie i ok. 89% to drogi samorządowe (powiatowe, gminne).
Przebudowy dróg samorządowych prowadzone w głównej mierze z funduszy samorządowych są remontowane w zasadzie tylko do "stopnia przejezdności".
Wzrastający z roku na rok ruch drogowy wymusza potrzebę poszukiwania nowych, bardziej trwałych konstrukcji drogowych. Dotyczy to nie tylko ulic w miastach, ale również dróg zamiejskich. Wybudowane lub projektowane odcinki autostrad i dróg ekspresowych wymagaj ą również przebudowy sieci drogowej, na którą zostanie skierowany ruch samochodowy z węzłów autostradowych i dróg ekspresowych. Obecna sieć dróg samorządowych, a dotyczy to dróg wojewódzkich, powiatowych bądź gminnych, nie ma odpowiednich parametrów technicznych, które pozwoIiłyby na przejęcie tego ruchu. Niedostateczna nośność mostów i wiaduktów, nawierzchni i podbudowy dróg, szerokość pasów korpusu drogowego i linii rozgraniczających, nienormatywne spadki podłużne, powoduj ą, że drogi samorządowe wymagaj ą gruntownej przebudowy i modernizacji.
Z jednej strony wzrost wymagań co do jakości nawierzchni drogowych, a z drugiej staty niedobór środków na realizację inwestycji na drogach samorządowych wymusza poszukiwania nowoczesnych a jednocześnie tanich rozwiązań w zakresie utrzymania, modernizacji i budowy infrastruktury komunikacyjnej.
A teraz kilka aspektów techno Logicznych.
Co oznacza zaniżona nośność konstrukcji drogowej?
Zaniżona nośność konstrukcji drogowej to przede wszystkim zbyt cienki pakiet warstw konstrukcyjnych. W konsekwencji na warstwy gruntu przekazywane są zbyt duże naprężenia, a konstrukcja ugina się zbyt "mocno" i powstają na "spodach" warstw konstrukcyjnych zbyt duże odkształcenia pionowe, a na "spodach" warstw bitumicznych zbyt duże naprężenia rozciągające i zbyt duże odkształcenia poziome, co skutkuj e pękaniem warstw. Wśród technologów ds. nawierzchni od lat trwa dyskusja, czy konstrukcja nawierzchni pracuj e "na ściskanie", czy "na rozciąganie". Oczywiście w naturze występuj ą oba zjawiska i trzeba się z nimi zmierzyć jednocześnie.
JeżeIi założyć, że konstrukcja pracuj e na ściskanie, to doskonałym rozwiązaniem są wszelkiego typu mieszkanki betonowe o ciągłym uziarnieniu, posiadające duże stabilności i małe odkształcenia.
Jeżeli założyć, że konstrukcja pracuj e na rozciąganie, to dobrym rozwiązaniem są mieszanki posiadające duże odkształcenia graniczne, które osiągane są poprzez wprowadzenie "dużych" ilości lepiszcza, a dokładniej poprzez wykonanie na ziarnach kruszywa "grubych" otoczek asfaltowych. Stosunkowo gruba otoczka asfaltowa zwiększa odkształcenie graniczne przy rozciąganiu i potrafi zwiększyć wytrzymałość na nie. Możliwość wprowadzenia relatywnie "grubych" otoczek asfaltowych umożliwia stosowanie w mieszankach mineralno-bitumicznych włókien stabiIizujących.
Dodatek włókien stabilizacyjnych oznacza wprowadzenie do mieszanki mineralnej elementu o dużej powierzchni właściwej, który powoduj e utrzymywanie się "nadmiaru" lepiszcza napięciem powierzchniowym na powierzchni całości mierzanki i zapobiega spłyrwaniu lepiszcza z ziaren kruszywa. Element stabilizujący - włókna celulozowe nie ma wpływu na parametry mechaniczne mieszanki. Jeże l i wprowadzilibyśmy tak grubą otoczkę bitumiczną w mieszankę typu betonowego, uzyskalibyśmy mieszankę pozbawioną całkowicie wolnych przestrzeni, co spowodowałoby spal dek parametrów wytrzymałościowych przyciskaniu. W efekcie mieszanki tego typu nie posiadałyby odporności na koleinowanie. Alternatywą pozwalającą na wprowadzenie dużych ilości bitumu do mieszanek mineralno-bitumicznych są mieszanki o nieciągłym uziarnieniu, których schemat pracy przy ściskaniu oparty jest o kąt tarcia wewnętrznego, czyli bezpośredni kontakt grubych ziaren między sobą.
Jedną z propozycji takiej mieszanki jest mieszanka mineralno-asfaltowa z przeznaczeniem do wbudowania w warstwach: ścieralnej, wiążącej, profil owej, która przyjęta nazwę SMA 1 6 JENA. Jest to masa, w której mieszanka mineralna posiada nieciągłe uziarnienie, otoczkę asfaltową grubszą o ok. 15^30% w stosunku do tej pory stosowanych mieszanek (SMA 11, AC 11).
Jest to mieszanka, którą można wbudować w jednej warstwie o grubości od 4 do 10 (i więcej) cm, stąd polska nazwa SMA 16 JE NA (jednowarstwowa Nawierzchnia Asfaltowa). Koncepcja mieszanki typu SMA po l ega na stworzeniu bardzo silnego szkieletu mineralnego z grysów i wypełnieniu przestrzeni miedzy grubymi ziarnami maltyksem aslaltowym, tj. mieszaniną asfaltu, wypełniacza oraz stabilizatora.
Rozkład wielkości ziaren kruszywa wskazuje nam rodzaj mieszanki mineralnej. Mieszanki o ciągłym uziarnieniu głównie typu betonowego cechują się równomiernym udziałem ziaren każdej frakcji w mieszance mineralnej. Mieszanki o nieciągłym uziarnieniu cechuje zawartość bardzo drobnych i drobnych ziaren oraz grulbych i bardzo grubych. "W SMA nieciągłość uziarnienia polega na braku tzw. frakcji pośrednich: "poniższy rysunek obrazu e przykłady mieszanek o ciągłym uziarnieniu (np. AC 11 S) i nie- ciągłym uziarnieniu (np. SMA 11 S).
Wyraźna nieciągłość uziarnienia mieszanki mastyksowo-grysowej SMA, umożliwia uzyskanie silnego szkieletu mineralnego (zdecydowanie bardziej odpornego niż w betonie asfaltowym na deformacje trwałe - koIeiny), w którym grube ziarna opierają się o siebie i wzajemnie klinuj ą, w ten sposób mogą przenosić bardzo duże obciążenia od ciężkiego ruchu samochodowego.
"To zjawisko nazywane jest w USA "stone-to- -stone contact" co jest następstwem nieciągłości uziarnienia"[1]
Grube ziarna w mierzance o nieciągłym uziarnieniu dają dużą nośność warstwie wykonanej z takiej mieszanki, ale mieszanka złożona tylko z grubych ziaren kruszywa nie jest odpowiednio odporna na niszczące oddziaływanie wody, szczególnie w okresie zimowym. Dla-ego mieszanka mastyksowo-grysowa SMA (o nieciągłym uziarnieniu) oprócz silnego szkieletu z grubych ziaren zawiera wiele mniejszych ziaren wypełniacza, czyi i mącz ki wapiennej oraz lepiszcze asfaltowe. As-alt z wypełniaczem i drobnym kruszywem tworzy mastyks asfaltowy, o dużo większej kohezji niż samo lepiszcze asfaltowe, który służy do silnego skleenia (związania) ziaren kruszywa oraz wypełnia przestrzeni między grubymi ziarnami kruszywa i uszczelnia mieszankę, dzięki czemu uzyskujemy odporność na wodę i mróz. Zwiększenie odkształceń granicznych, uzyskane w wyniku zastosowania grubych otoczek asfaltowych powodu- e, że nawierzchnia z użyciem mieszanek bogatych w lepiszcze może ugiąć się stosunkowo więcej (od mieszanek tradycyjnych) i nie wykazuj e spękań siatkowych świadczących o przekroczeniu naności konstrukcji.
Doprowadzenie dróg lokalnych do tzw. przejezdności (przy ograniczonych funduszach finansowych) za pomocą nakładek wykonywanych ze "sztywnych" mieszanek mineralno biumicznych jest błędem z założenia. Celem tego typu remontów powinno być wbudowywanie warstw o dużych odkształceniach granicznych przy rozciąganiu, co umożliwi w znacznym stopniu dopasowanie się w trakcie eksploatacji nawierzchni do zwiększonych odkształceń podoża. Oczywiście nie jest to perpetuum mobil e, ale w znacznym stopniu może przedłużyć żywotność nawierzchni wyremontowanej mieszankami o zwiększonych parametrach przy rozciąganiu. Mieszanki typu SMA znalazły w Polsce ogromne zastosowanie głównie jako warstwy ścieralne na autostradach, drogach ekspresowych, obwodnicach miast, drogach krajowych drogach wojewódzkich o większym obciążeniu ruchem, ulicach miejskich, w warstwach ochronnych na obiektach mostowych, jak również na płytach lotniskowych, placach parkingowych a także na ścieżkach rowerowych. Mieszanka SMA 16 JENA charakteryzuje się również bardzo wysokimi parametrami mechanicznymi i dużą odpornością na działania wody i mrozu. Odporność na deformacje plastyczne jest znacząco większa od tradycyjnych mieszanek typu SMA. Związane jest to z zastosowaniem dużych ilości grubych grysów (ok. 50% ziaren powyżej 8 mm). Mieszanka ta nie wymaga dodatkowych działań przy projektowaniu, produkcji i wbudowywaniu w porównaniu do tradycyjnych, sprawdzonych mieszanek typu SMA; wbudowywana w jednej warstwie (4-10 cm) zastępu- e dwie warstwy. W latach 2010-2014 wykonano w Polsce wiele odcinków, na których ułożono jednowarstwowe nakładki nowego typu, według koncepcji mieszanek o nieciągłym uziarnieniu i dużej zawartości lepiszcza asfaltowego.
Uzyskane wyniki badań wbudowanych mieszanek mastyksowo-grysowych SMA 16 JENA oraz wykonanych nakładek potwierdziły zalety nowego rozwiązania:
- mieszanka mineralna w mieszance mastyk- sowo-grysowej zawiera dużo ziaren grubych i charakteryzuj e się wysoką stabilnością i odpornością na odkształcenia oraz na zużywanie się pod działaniem ruchu,
- w takiej mieszance może być zastosowany standardowy asfalt drogowy (najczęściej 50/70) oraz standardowy wypełniacz wapienny,
- istniej e możliwość zastosowania w takiej mieszance granul atu z destruktu asfaltowego odpowiadającego wymaganiom PN-EN 13108-8,
- możliwe jest wbudowywanie takiej mieszanki przy zmiennej grubości warstwy od 4 do 10 cm, a więc nie jest konieczne wykonywanie warstw wyrównawczych na istniejących nawierzchniach drogowych, co zdecydowanie przyspiesza roboty na drodze,
- warstwa z mieszanki mastyksowo-grysowej charakteryzuj e się większą trwałością z powodu grubszej warstewki asfaltu na ziarnach kruszywa w mieszance (niż w mieszance typu beton asfaltowy), co minimalizuje koszty utrzymania w cyklu życia nawierzchni,
- ze względu na bardzo dobrą stabilność warstwy SMA 16 JENA może być ona przykryta kolejną warstwą (nakładką) i wtedy staj e się bardzo dobrą warstwą wiążącą. Jest to więc rozwiązanie otwarte na rozbudowę drogi w przyszłości,
- pozałożonym okresie eksploatacji takiej nawierzchni można wykonać na niej cienki dywanik na gorąco, cienki dywanik na zimno lub powierzchniowe utrwalenie co przywróci właściwości przeciwpoślizgowe,
- oszczędność spowodowana rezygnacją ze skropienia między warstwą wiążącą a ścieralną oraz ułożeniem warstwy asfaltowej w jednym przejściu rozkładarki, a więc przy znaczącym skróceniu czasu wykonania remontu,
- średnio ważona cena m2 układu 4cm+4cm w technologii betonu asfaltowego jest porównywalna z ceną 8 m2 w technologii SMA 16 JENA,
- nie istnieją przeszkody prawne, aby mieszanki SMA o uziarnieniu do 16 mm wprowadzić do obsotu.
Mieszanki te zgodne są z kategoriami zawartymi w normie PN-EN 13108-5. Każdy Producent takiej mieszanki mający wdrożony na swojej wytwórni certyfikowany system ZKP w systemie 2+, może wprowadzać swój wyrób na rynek europejski, znakując go znakiem CE na zgodność z normą PN-EN 13108-5.
SMA 16 JENA okazała się bardzo dobrą mieszanką mineralno-asfaltową na nawierzchnię dróg samorządowych, lecz ze względu na posiadane parametry mechaniczne możliwe jest zastosowanie tego typu mieszanek na drogach obciążonych każdą kategorią ruchu.
Wszystkie wykonane w lasach 2010-2014 odcinki jednowarstwowych nakładek z mieszanek mastyksowo-grysowych SMA 16 JENA potwierdziły opisane powyżej zalety tej technologii.
W celu ułatwienia zarządcom i wykonawcom dróg wdrożenia tej technologii i uzyskania zdecydowanej poprawy jakości i trwałości dróg firma RETTENMA s ER Polska, wydała poradnik: Jednowarstwowa nawierzchnia asfaltowa. SMA 16 JENA. Poradnik dla zarządców i wykonawców dróg samorządowych. Poradnik zawiera również Wzorcową Specyfikację Techniczną i jest dostępny bezpłatnie w formie książkowej jak też w internecie.