Utwardzane drogi
4-2 tys. lat p.n.e. Uznaje się, że pierwsze brukowane ulice zostały zbudowane w Ur w 4000 r. p.n.e. W 3300 r. p.n.e. w Glastonbury w Anglii budowano drogi wykładane balami drewna w podmokłej okolicy. Mniej więcej w tym samym czasie w cywilizacji Doliny Indusu na subkontynencie indyjskim powstały drogi brukowane cegłą. Około 2000 r. p.n.e. przedstawiciele cywilizacji minojskiej na Krecie zbudowali pięćdziesięciokilometrową, brukowaną blokami piaskowca, związanymi zaprawą gliniano-gipsową, drogę z Knossos przez góry do Gortyny i Lebeny, portu na południowym wybrzeżu wyspy. Droga ta mogła być uznana za lepszą od każdej późniejszej drogi rzymskiej. Odkryto również częściowo brukowane drogi łączące ważniejsze miasta Krety (1), których początki sięgają być może okresu 2500 lat p.n.e.
VII-IV w. p.n.e. Rozpowszechnienie pojazdów kołowych narodziło potrzebę budowy dróg o sztucznie utwardzonej nawierzchni. Pierwszymi drogami brukowanymi były główne ulice większych miast Azji Przedniej. Były to tzw. drogi procesyjne, którym podczas świąt religijnych przewożono uroczyście na wozach posągi bogów. W Babilonie znana była droga procesyjna pod uroczystą nazwą - "Ulica którą oby nie kroczył żaden wróg" (2). Według odnalezionych inskrypcji, wykonana około 615 roku p.n.e. droga była wykonana z wypalanych cegieł spojonych asfaltem. Grecy mieli tzw. drogi koleinowe, w których występowały umocnione kamieniem, bądź wyżłobione w skale dwie koleiny, które ułatwiały poruszanie się kołom rydwanów. W niektórych miejscach drogi koleinowe miały specjalne mijanki, gdzieniegdzie także bocznice, a nawet rodzaj zwrotnic.
IV w. p.n.e. - V w. n.e. Dopiero Rzymianie zaczęli budować drogi brukowane na całej długości. Pierwszą drogą rzymską łączącą Rzym z Kapuą (Via Appia) zbudował w 312 roku p.n.e. Appius Klaudiusz. W ciągu następnych stuleci, sieć dróg rzymskich pokryła nie tylko Italię, ale i podbite prowincje (3), osiągając w okresie cesarstwa łączną długość około 80 tysięcy kilometrów dróg brukowanych, a wraz z drogami pomocniczymi około 300 tysięcy kilometrów. Jako warstwę podkładową stosowano głębokie podłoże z ubitego gruzu, co skutecznie odwadniało rzymskie drogi. Były wytyczane możliwie prosto i na wzniesieniu względem terenu. Składały się z kilku warstw kamieni i żwiru połączonych zaprawą wapienną, na głębokim fundamencie (łącznie ponad metr grubości). Często wzmacniano ją naturalnym betonem, niekiedy nawet roztopionym ołowiem.
Technikę budowania dróg Rzymianie przejęli od Etrusków i udoskonalili. W pierwszej kolejności wyrównywano teren i wykonywano wykop. Wzdłuż drogi budowano rowy odwadniające, a sama droga miała wyprofilowane spadki umożliwiające odpływ wody z nawierzchni. W przypadku budowy dróg na terenach podmokłych układano stelaż z krzyżujących się drewnianych bali, a całość usztywniano wbitymi w ziemię palami. Zamiast zaprawy stosowano także popioły wulkaniczne (pucolana). W czasach późniejszych drogi były wykładane płytami kamiennymi.
XIV-XV w. n.e. Doskonałą sieć utwardzanych dróg o łącznej długości około dziesięciu tysięcy kilometrów zbudowali w Ameryce Południowej Inkowie. Staranność wykonania i masowe użycie bruku dziwi tym bardziej, że Inkowie nie używali pojazdów (4).
XVII-XVIII w. Początki normowania systemów administracji drogowej i technik ich budowania w krajach europejskich. Ważne drogi wyposażano w obustronne rowy odwadniające. Jako wynalazcę takich dróg wymienia się najczęściej Anglika Johna Metcalfa (1717-1810), który poza zakrzywionym profilowaniem opracował techniki wytyczania utwardzonych nawierzchni przez torfowiska za pomocą serii tratw z powiązanych bali drewnianych. Nawierzchnie coraz częściej utwardzano brukiem bądź układano warstwowo nakładając na płaskie kamienie szutr i następnie żwir.
Dopiero około 1775 roku we Francji zaczęto budować drogi bite (których nawierzchnię z tłucznia kamiennego ubijano za pomocą ciężkich walców drogowych). Szkocki inżynier Thomas Telford, który zaproponował podnoszenie drogi w jej środku celem lepszego odwadniania i zbudował ponad 1,5 tys. km dróg w Szkocji, doskonalił metodę budowy dróg z kruszonych kamieni. Nad stanem dróg czuwały specjalnie utworzone służby utrzymaniowe. Jednak nowymi zasadami administrowania objęto np. we Francji jedynie trasy o krajowym znaczeniu komunikacyjnym. Szlaki drugorzędne nadal pozostały zwykłymi drogami gruntowymi.
1716...96 Opracowanie naukowego podejścia do budowy dróg przypisuje się Francuzowi o nazwisku Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet. Opisał sposób budowania kamiennej podbudowy z cieńszą warstwą wierzchnią z tłucznia. Zrozumiał, że celem podbudowy jest równo-mierne przeniesienie ciężaru drogi i ruchu na podłoże, co zapobiega deformacji.
przełom XVII i XIX w. John Loudon McAdam użył łamanych kamieni połączonych w twardą nawierzchnię do budowy szkockiego szlaku (5). Zastosował on nachyloną powierzchnię podbudowy w celu poprawy odwodnienia, na której umieścił kruszywo kątowe (ręcznie łamane, o maksymalnym rozmiarze 75 mm) w dwóch warstwach o łącznej głębokości około 200 mm. Na wierzchu ułożono warstwę ścieralną (o grubości około 50 mm i maksymalnym wymiarze kruszywa 25 mm). Tak więc całkowita głębokość typowej nawierzchni makadam wynosiła około 250 mm.
Wiedział, że kątowe kruszywo na dobrze zagęszczonym podkładzie będzie działać znacznie lepiej niż zaokrąglony żwir, który stosowano na angielskich drogach. McAdam rozumiał, że warstwy łamanego kamienia zostaną "związane" przez substancje generowane przez ruch uliczny. Pierwsza nawierzchnia makadamowa w USA powstała w 1823 r. w stanie Maryland. Później do łączenia kamieni budowniczowie używali gorącej smoły, tworząc nawierzchnie typu "tarmacadam". Największe dopuszczalne obciążenie dla tego typu konstrukcji oszacowano na 158 N/mm. Aby udokumentować swoje prace, McAdam napisał "Remarks on the Present System of Road-Making" (1816 r.) i "Practical Essay on the Scien-tific Repair and Preservation of Roads" (1819 r.).
techniką opracowaną przez Johna Loudona McAdama
1824 Pierwsze odnotowane historycznie zaplanowane wykorzystanie naturalnego wulkanicznego asfaltu w postaci bloczków. Użyto go do utwardzenia nawierzchni na Polach Elizejskich w Paryżu.
1848 Za pierwszy chodnik ze smołowego makadamu uchodzi trotuar położony w Nottingham. W tamtych czasach uważano, że takie chodniki nadają się tylko do ruchu lekkiego (nie do ulic miejskich). Smoła węglowa (spoiwo) była dostępna w Wielkiej Brytanii od około 1800 roku jako pozostałość po oświetleniu węglowo-gazowym.
1858...71 W drugiej połowie XIX w. popularność zdobywa nawierzchnia asfaltowa ułożona na betonowej podbudowie. Pierwsza tego typu nawierzchnia powstała w Paryżu. Najczęściej warstwa betonu miała grubość 100 mm dla ruchu "lekkiego" i 150 mm dla ruchu "ciężkiego". Ostateczna grubość zależała od ciężaru ruchu, wytrzymałości betonu i podparcia gruntowego. Pierwszą asfaltową nawierzchnię (6) drogi w USA drogi ułożył w latach 1870...71 belgijski chemik Edmund J. de Smedt w amerykańskim w Newark. Edward Joseph de Smedt, z Columbia University w Nowym Jorku, otrzymał na swój wynalazek patenty nr: 103581 i 103582. De Smedt ułożył również Pennsylvania Avenue w Waszyngtonie, używając 45 tysięcy metrów kwadratowych asfaltu z jeziora Trinidad.
1893 Pierwszą ulicą w Stanach Zjednoczonych, która została wybrukowana betonem, była Court Avenue w Bellefontaine, w stanie Ohio w 1893 roku. Można to uznać za pierwszy przykład drogi o betonowej nawierzchni na świecie, jednak nie jest to ścisłe, gdyż betonowe nawierzchnie układano w niektórych miejscach w Europie, np. w Austrii, a w ogóle nawierzchnie z zastosowaniem cementu znane były w różnych formach od starożytności.
1901...03 Frederick J. Warren uzyskuje patent na wczesne materiały do nawierzchni typu "hot mix". Typowa mieszanka zawierała około 6% "cementu bitumicznego" i kruszywa o odpowiednich proporcjach, aby uzyskać pewną liczbę pustych przestrzeni w masie. Zasadniczo maksymalny rozmiar kruszywa wynosił od 75 mm aż do pyłu. Koncepcja polegała na wyprodukowaniu mieszanki, w której można by zastosować bardziej płynne spoiwo niż to stosowane w przypadku asfaltu w warstwach. Materiał ten stał się potem znany jako "bitulithic" i otworzył w kolejnych latach pole do tworzenia różnego rodzaju mieszanek kruszywa i cementu z asfaltem, różnych typów betonów asfaltowych (7), materiałów o pożądanych do określonych zastosowań i warunków właściwościach.
lata 50. XX wieku Pojawiają się pierwsze geowłókniny (8), materiały stosowane do kontroli erozji oraz separacji i zatrzymywania materiałów podbudowy. Nowoczesne geowłókniny przyczyniają się również w znacznym stopniu do zwiększenia wytrzymałości na rozciąganie konstrukcji podtrzymującej nawierzchnie drogowe.
lata 60. XX wieku Pierwsze zastosowania asfaltu gumowego, w którym mieszano rozdrobnioną gumę ze zużytych opon z asfaltem. Asfalt gumowy wykazał jednak większą częstotliwość zużycia w cyklach zamrażania i rozmrażania w strefach umiarkowanych ze względu na niejednorodne rozszerzanie i kurczenie się przy użyciu składników innych niż guma.
1975 Pojawiają się systemy komórkowego zagęszczenia (CCS). Korpus Inżynierów Armii USA rozpoczął badania nad budową dróg taktycznych na miękkim podłożu. Stwierdzono, że trójwymiarowe zagęszczanie piasku podczas budowy na mięk-kich i mokrych terenach daje lepsze wyniki niż stosowanie konwencjonalnych metod z użyciem kamienia kruszonego.
lata 80. XX wieku Pojawienie się geokrat (9) stosowanych w celu zabezpieczenia gruntów przed rozsuwaniem się pod wpływem naprężeń, ich działanie polega na umożliwieniu wiązania żwiru i skał przez uderzenia z każdej strony siatki podczas zagęszczania. Geokraty są powszechnie akceptowane i stosowane w nowoczesnym budownictwie drogowym.
2015...18 Koncepcja Plastic Roadways została wprowadzona przez KWS, holenderską firmę budowlaną. W 2018 roku otwarto pierwszy na świecie pilotażowy projekt drogi z tworzywa sztucznego w gminie Zwolle w Holandii. Była to 30-metrowa ścieżka rowerowa wykonana z przetworzonego plastiku, odpowiednik ponad 218 tys. plastikowych kubków.
Rodzaje utwardzanych nawierzchni drogowych
Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury rozróżnia się w Polsce następujące rodzaje nawierzchni:
Nawierzchnie twarde:
1. Nawierzchnie ulepszone
a. Bitumiczne (asfaltowe)
- Beton asfaltowy AC (ang. asphalt concrete) - Najczęściej stosowany typ mieszanki mineralno-asfaltowej składającej się z kruszywa ciągłym uziarnieniu i lepiszcza asfaltowego;
- Mastyks grysowy SMA (ang. stone mastic asphalt) - Druga obok betonu asfaltowego najczęściej stosowana nawierzchnia z mieszanek mineralno-asfaltowych. Cechuje się wyższą szczelnością, odpornością na działanie czynników atmosferycznych oraz odpornością na deformacje plastyczne;
- Beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw BBTM (fr. bétons bitumineux très minces) - Tego typu mieszanka pozwala na uzyskanie warstwy jezdnej o grubości od 2 do 3 centymetrów i wytwarzana jest z kruszywa o nieciągłym uziarnieniu;
- Asfalt porowaty PA (ang. porous asphalt) - Asfalt porowaty charakteryzuje się dużą zawartością wolnych przestrzeni oraz otwartą strukturą umożliwiającą przepływ wody i powietrza. Dzięki temu uzyskuje ona właściwości drenażowe i redukuje hałas ruchu kołowego;
- Beton asfaltowy o wysokim module sztywności AC WMS - Jest to beton asfaltowy mający łączyć cechy zwiększonej odporności na koleinowanie oraz wyższej trwałości zmęczeniowej;
- Asfalt lany MA (ang. mastic asphalt) - Mieszanka mineralno-asfaltowa o bardzo małej zawartości wolnych przestrzeni, w której objętość lepiszcza asfaltowego i wypełniacza jest większa niż objętość wolnych przestrzeni. Najczęściej spotyka się ją na obiektach mostowych.
b. Betonowe - Drogi z płyt betonowych charakteryzują się wysoką trwałością i odpornością na czynniki atmosferyczne. Wykonuje się je z mieszanek betonowych, czyli materiału powstałego z połączenia kruszywa, spoiwa cementowego oraz wody. Charakterystyczną cechą tego typu nawierzchni jest struktura płytowa, w której szczeliny dylatacyjne wypełnia się masami zalewowymi.
c. Nawierzchnie z kostki, w tym z kostki kamiennej, prefabrykowanej (betonowej), klinkierowej, itp. - Tego typu nawierzchnie wykonywane są z pojedynczych elementów układanych tak, aby przylegały ściśle do siebie. Mają one formę kostek najczęściej wykonanych z betonu (najniższy koszt) lub kamienia naturalnego (granit, bazalt) czy czasem z materiałów ceramicznych. Zaletą tego typu nawierzchni jest trwałość i odporność na czynniki atmosferyczne, łatwość montażu i demontażu oraz estetyka. Zazwyczaj wykorzystuje się je na powierzchni parkingów i placów oraz na powierzchniach nieprzeznaczonych do intensywnego ruchu kołowego, jak drogi osiedlowe, chodniki i ścieżki rowerowe.
2. Nawierzchnie nieulepszone
a. Brukowcowe (z bruku nieciosanego).
b. Tłuczniowe - Rodzaj kruszywa naturalnego łamanego ze skały. Jego ziarna charakteryzuje szorstka powierzchnia. Kształtem zbliżone są do ostrosłupa lub sześcianu.
c. Nawierzchnie gruntowe - Najprostszy typ nawierzchni, w której wykorzystujemy istniejący grunt rodzimy, ewentualnie zagęszczony jako warstwę jezdną. Są to zazwyczaj niewielkie drogi dojazdowe, nieodporne na działanie ciężkiego ruchu.
M.U.
