Drogi technologiczne mają znaczący wpływ na sprawny proces realizacji inwestycji. Ich budowa istotnie wiąże się nie tylko z kwestiami ekonomicznymi, ale również z ochroną środowiska naturalnego i dążeniem do zrównoważonego rozwoju infrastruktury komunikacyjnej.
Intensywny rozwój infrastruktury komunikacyjnej w Polsce, jaki ma miejsce na przestrzeni ostatnich lat, skutkuje wprowadzaniem wielu różnorodnych technologii związanych zarówno z budową nowych, jak i przebudową lub remontami istniejących obiektów budowlanych. Dotyczy to infrastruktury drogowej oraz kolejowej.
Na wybór optymalnej technologii wykonania obiektu budowlanego wpływa wiele istotnych czynników, m.in. takich jak: warunki gruntowe, ukształtowanie terenu, przeznaczenie obiektu itp. Dobór odpowiednich rozwiązań technicznych oraz właściwa lokalizacja obiektu w terenie przyczyniają się bezpośrednio do minimalizacji skutków ingerencji w środowisko naturalne oraz korzystnie wpływają na parametry techniczne w projektowanym okresie eksploatacji.
Fot. 1 Przykłady zapewnienia przejezdności z wykorzystaniem „bajpasa”: a) dla jednego kierunku ruchu, b) dla ruchu wahadłowego
Lokalizacja obiektu ściśle warunkuje cały proces realizacji projektowanej inwestycji. Ze względu na zróżnicowane warunki terenowe często występuje konieczność przygotowania odpowiedniego dojazdu dla sprzętu, materiałów i maszyn budowlanych. Dojazdy te w postaci dróg technologicznych nierzadko wymagają wykonania tymczasowych obiektów inżynierskich. Należy mieć również na uwadze, że realizowane inwestycje, szczególnie w obrębie istniejących ciągów komunikacyjnych, często wiążą się z ograniczonym placem budowy (np. linii rozgraniczających teren budowy).
Drogi technologiczne przy realizacji inwestycji
Jak ogólnie wiadomo, realizacja nowo budowanej infrastruktury liniowej jest praktycznie niemożliwa bez odpowiedniego zabezpieczenia logistycznego. Związane jest to z przygotowaniem zaplecza sprzętu, materiałów oraz wykwalifikowanej kadry pracowniczej. Kluczem do sukcesu jest szczegółowe rozpoznanie warunków lokalnych inwestycji, z określeniem możliwych miejsc składowisk materiałów oraz wytyczeniem dróg dojazdowych. Po przeprowadzeniu wstępnych analiz należy dobrać odpowiednie środki transportowe oraz opracować realny harmonogram budowy. W przypadku braku możliwości wykorzystania istniejącej sieci drogowej wykonawca powinien zaprojektować i wykonać drogi technologiczne.
Fot. 2 Typowe tradycyjne nawierzchnie technologiczne: a) gruntowa, b) tłuczniowa z kruszywa łamanego, c) grunt stabilizowany spoiwem hydraulicznym, d) prefabrykowane płyty betonowe (drogowe)
Budowa dróg technologicznych towarzyszących realizacji inwestycji wiąże się ściśle z zakresem prowadzonych robót, technologią ich wykonywania oraz ukształtowaniem terenu. Odstąpienie od wprowadzenia ruchu wahadłowego i tym samym wyłączenie z ruchu remontowanej drogi na czas realizacji inwestycji to ostateczność. Takie rozwiązanie pociąga za sobą znaczące koszty – w tym również duże koszty społeczne. Często jest związane z objazdem, który wydłuża czas przejazdu oraz podnosi jego koszt dla użytkowników dróg. Zdaniem autorów rozwiązaniem bardziej korzystnym jest wykonywanie „bajpasa”, w postaci krótkiego odcinka drogi tymczasowej w bezpośrednim sąsiedztwie inwestycji, pozwalającego na bezkolizyjną realizację obiektu inżynierskiego (fot. 1).
Drogi wykorzystywane na potrzeby transportu technologicznego można podzielić ze względu na status prawny na publiczne oraz wewnętrzne. Przy wewnętrznych drogach technologicznych nie mają zastosowania warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne [1]. Właściwi zarządcy określają sami wymagania dla dróg realizowanych na własne potrzeby, np. [2]. Należy pamiętać, że drogi takie to również drogi znajdujące się na terenach leśnych służące do pozyskiwania i transportu drewna. O znaczeniu tych dróg może świadczyć fakt, że były one już opisywane w literaturze technicznej powstałej w I połowie XX w. w okresie II wojny światowej [3].
Fot. 3 Typowe uszkodzenia nawierzchni technologicznych: a) koleina uniemożliwiająca sprawne odwodnienie nawierzchni, b) rozluźnienie nasypu korpusu drogi, c) nierówności oraz niekorzystne nawodnienie gruntu, d) spękania poprzeczne i podłużne (nawierzchnia betonowa)
Drogi technologiczne mogą charakteryzować się zróżnicowanym natężeniem ruchu. Pod względem intensywności użytkowania można dokonać podziału na wykorzystywane: doraźnie, okresowo i stale.
Budowa często wymaga zastosowania maszyn budowlanych specjalnego przeznaczenia oraz ciężkich pojazdów do transportu materiałów. Obciążenia tych pojazdów wymuszają warunki techniczne dla budowy dróg technologicznych.
Jak wspomniano, wybór technologii wykonania drogi technologicznej jest bezpośrednio związany z istniejącymi warunkami gruntowymi, które należy w każdym przypadku właściwie określić [4] wielkością oraz częstotliwością oddziaływującego obciążenia [5].
Znaczący wpływ ma również przewidywany okres jej użytkowania oraz projektowane, docelowe zagospodarowanie terenu objętego inwestycją. Podczas wyboru planowanej lokalizacji przebiegu drogi technologicznej na terenie inwestycji należy uwzględnić możliwość jej późniejszego wykorzystania, np. jako podbudowy drogi docelowej. Takie rozwiązanie może znacznie obniżyć koszty realizacji całej inwestycji.
Rys. 1 Schemat technologicznej nawierzchni o module z tworzyw sztucznych
Typowe nawierzchnie technologiczne
W Polsce nawierzchnie dróg technologicznych stanowią często jedynie ulepszony grunt rodzimy. Dobór rodzaju nawierzchni powinien być ściśle uzależniony od warunków gruntowych. Niestety, bardzo zróżnicowana budowa geologiczna na terenie naszego kraju wiąże się z występowaniem często niekorzystnego podłoża gruntowego. W takich przypadkach konieczne jest zastosowanie konstrukcji nawierzchni technologicznej o większej nośności. Powszechnie stosuje się jeden z dwóch typów nawierzchni – betonową lub tłuczniową. Nawierzchnie te, zgodnie z przyjętym podziałem nawierzchni drogowych [6], należy zaliczyć do nawierzchni twardych nieulepszonych lub gruntowych ulepszonych.
Przykłady typowych stosowanych obecnie tradycyjnych rozwiązań dróg technologicznych przedstawiono na fot. 2.
Zgodnie z obowiązującą ustawą o drogach publicznych [7] maksymalny dopuszczalny nacisk na oś pojazdu w naszym kraju wynosi 115 kN. Jednakże ograniczenie to nie obowiązuje w ciągach dróg wewnętrznych – do których zaliczane są również przedmiotowe drogi technologiczne. Jak ogólnie wiadomo, zarówno w Polsce, jak i innych krajach intensywnie rozwijających się, istnieje problem związany z liczbą przeciążonych pojazdów kołowych, które przyczyniają się do degradacji nawierzchni drogowych. Należy pamiętać, że transport technologiczny w obrębie prowadzonych inwestycji to głównie pojazdy przekraczające dopuszczalne obciążenia na drogach publicznych, co wiąże się z powstawaniem znacznych uszkodzeń konstrukcji nawierzchni, w tym będących przedmiotem artykułu. Wybrane typowe uszkodzenia dróg technologicznych przedstawiono na fot. 3.
Na etapie przygotowania dojazdu trudno jest z góry oszacować występujące przeciążenia. Dlatego też zjawisko degradacji nawierzchni często występuje w praktyce inżynierskiej.
Rys. 2 Schemat technologicznej nawierzchni modułowej z użyciem rusztu stalowego
Nawierzchnie tłuczniowe
Technologiczne nawierzchnie wykonane z tłucznia dają duże możliwości i swobodę związaną z kształtowaniem niwelety drogi oraz optymalnym doborem nośności. Jednak podczas eksploatacji przedmiotowych dróg kruszywo ulega sukcesywnemu zanieczyszczeniu, przez co traci swoje właściwości wytrzymałościowe oraz dalszą przydatność w wykorzystaniu do innych celów budowlanych. Zróżnicowany klimat Polski to dodatkowy czynnik mający niekorzystny wpływ na trwałość eksploatacyjną tego typu nawierzchni. Technologia również nie zalicza się do proekologicznych ze względu na obecną tendencję do ograniczania eksploatacji mineralnych surowców naturalnych oraz stale rosnących kosztów związanych z transportem materiału.
Nawierzchnie betonowe
Tymczasowe betonowe nawierzchnie technologiczne najczęściej wykonywane są w postaci układanych na wcześniej przygotowanym podłożu prefabrykowanych elementów betonowych. Ich gabaryty i masa są tak dobrane, aby zapewnić możliwość ich powtórnego wykorzystania. Najczęściej wykorzystuje się jeden z dwóch rodzajów płyt – pełne lub wielootworowe.
Rys. 3 Schemat nawierzchni z wykorzystaniem geokraty wypełnionej materiałem kamiennym [11]
Płyty betonowe pełne wykonywane są jako zbrojone. Ich podstawowe wymiary to: długość 3,00 m, szerokość 1,00, 1,20 lub 1,50 m oraz grubość 15,0, 18,0 lub 20,0 cm. W celu ułatwienia transportu i montażu elementy te posiadają zunifikowane uchwyty pod standardowe zawiesia.
Płyty wielootworowe są przeznaczone dla lżejszego ruchu niż płyty pełne. Typowe wymiary to: 1,00 x 0,75 x 0,12 m lub 0,75 x 0,50 x 0,12 m.
Nawierzchnie betonowe ze względu na dużą masę wymagają należytego przygotowania podłoża w postaci odpowiedniej podbudowy. Wynika to z faktu, że zadaniem płyty betonowej jest rozłożenie obciążenia od kół na większą powierzchnię, a obciążenia są przenoszone w dużej części przez podłoże.
Wymagania odnośnie do realizacji drogi w tej technologii można znaleźć w odpowiednich specyfikacjach technicznych [9]. W przypadku trudnych warunków gruntowo-wodnych istnieje konieczność wykonania odpowiedniej warstwy technologicznej pod omawiane elementy. To podnosi koszty wykonania drogi. Należy w tym przypadku brać pod uwagę konieczność rekultywacji wykonanej wcześniej podbudowy. Dodatkowo montaż elementów prefabrykowanych wymaga zachowania ścisłego reżimu technologicznego i precyzji. Błędy wykonawcze często skutkują uszkodzeniami płyt lub nawet ich całkowitym zniszczeniem.
Do zalet tej technologii należy zaliczyć możliwość wykorzystania przy innych realizacjach elementów prefabrykowanych po ich demontażu.
Fot. 4 Geosyntetyki w drogach technologicznych: a) wykorzystanie geotkaniny, b) wykorzystanie geokomórki z geotkaniną
Innowacyjne rozwiązania dróg technologicznych
Rozwój technologiczny przyczynia się do opracowywania nowych bardziej wytrzymałych i trwalszych materiałów, w tym rozwiązań innowacyjnych. Doświadczenia w różnych dziedzinach techniki, w tym z wojskowości, m.in. z wykorzystaniem konstrukcji stalowych od wielu lat są adaptowane na potrzeby cywilne, również w drogownictwie i mostownictwie. W ostatnich latach upowszechniło się stosowanie w naszym kraju wyrobów geosyntetycznych i kompozytowych na potrzeby budownictwa komunikacyjnego.
Niezaprzeczalną zaletą innowacyjnych rozwiązań tymczasowych dróg technologicznych jest współpraca warstw wierzchnich z nowoczesnych materiałów z gruntem (w skrajnym przypadku, co ważne, nawet z humusem).
Sprawia to, że dużo prostsza jest rekultywacja terenu po wykonaniu inwestycji, co ma niebagatelne znaczenie nie tylko ekonomiczne, ale co ważne ekologiczne. Zaletą jest wielokrotne wykorzystywanie tych systemów przy kolejnych inwestycjach.
Stosując nawierzchnie modułowe jako tymczasowe, wykorzystuje się ogólnie znane zalety prefabrykacji. Rozwiązania charakteryzują się dużą lekkością konstrukcji, dzięki czemu łatwiejszy jest ich transport. Dodatkowym atutem jest mało skomplikowany montaż w terenie.
Nawierzchnie modułowe o konstrukcji z tworzyw sztucznych
Systemy takie obecnie charakteryzują się dobrymi parametrami zarówno pod względem wytrzymałości, jak również trwałości, w tym odporności na czynniki atmosferyczne. Jest to rozwiązanie przyjazne środowisku, ponieważ w procesie produkcji tych elementów często wykorzystywane są materiały pochodzące z recyklingu, a nawierzchnia może być stosowana powtórnie. Atutem jest łatwa wymiana uszkodzonego lub zniszczonego elementu. Oczywiście tego typu system posiada również wady polegające m.in. na konieczności odpowiedniego, czasochłonnego przygotowania podłoża gruntowego. Przykładowe rozwiązanie nawierzchni modułowych o konstrukcji z tworzyw sztucznych przedstawiono na rys. 1.Nawierzchnie modułowe o konstrukcji metalowej
Systemy dróg technologicznych o nawierzchni metalowej wykorzystują głównie stal lub stopy aluminium w postaci prętów (rys. 2). Główną zaletą jest ich niewielka masa związana z przestrzennym schematem konstrukcyjnym (zwykle ruszty lub płyty). Technologia jest przeznaczona głównie dla krótkiego czasu eksploatacji drogi technologicznej. Wykorzystanie elementów prefabrykowanych pozwala na wielokrotne wykorzystanie systemu. Można układać nawierzchnię nawet w złożonych i trudnych warunkach gruntowo-wodnych, a także przy wyjątkowo dużych obciążeniach eksploatacyjnych [10].
Nawierzchnie z wykorzystaniem geosyntetyków
Drogi technologiczne, których oczekiwany okres eksploatacji jest stosunkowo długi, często realizuje się z wykorzystaniem materiałów geosyntetycznych (fot. 4, rys. 3). Najczęściej są to: geowłókniny, geotkaniny, geokomórki oraz kombinacje tych materiałów. Tego typu rozwiązania wymagają precyzyjnego rozpoznania warunków gruntowych oraz właściwego zaprojektowania wbudowywanych materiałów. Niezbędne jest określenie wielu parametrów dla właściwego doboru stosowanych materiałów (m.in. zdolności separacyjnej, właściwości drenażowych i filtracyjnych oraz własności wytrzymałościowych). W technologiach tych zwiększoną nośność nawierzchni uzyskuje się dzięki zbrojeniu gruntu bądź też kruszyw mineralnych za pomocą szeroko rozumianych geosyntetyków.
Często wykorzystuje się geokomórki, nazywane geokratami o standardowej wysokości 100, 150 lub 200 mm wypełnione materiałem kamiennym.
Do wad należy zaliczyć trudność zastosowania geosyntetyków jako rozwiązania zunifikowanego, ponieważ stosowanie ich bezpośrednio wiąże się z istniejącymi warunkami gruntowymi. Zaletą niewątpliwie jest możliwość osiągnięcia dobrych parametrów technicznych przy niekorzystnym podłożu.
Fot. 5 Odwodnienie dróg technologicznych: a) przykład braku odwodnienia, b) przykład wykonania odwodnienia z użyciem tymczasowego przepustu
Odwodnienie dróg technologicznych
Drogi technologiczne w celu zachowania wymaganej trwałości eksploatacyjnej oraz bezpieczeństwa ruchu powinny posiadać odpowiedni sprawny system odwodnienia.
Ze względu na fakt, że drogi te zaliczają się do nawierzchni nieszczelnych, istnieje konieczność wykonywania odpowiedniego odwodnienia powierzchniowego, głównie w postaci odpowiednich spadków poprzecznych i podłużnych. Brak odwodnienia często skutkuje uszkodzeniem korpusu drogowego, a tym samym koniecznością stałych, częstych napraw nawierzchni.
Przykład skutków braku właściwego odprowadzenia wód opadowych pokazano na fot. 5a, natomiast fot. 5b pokazuje przykład właściwego odprowadzenia wód opadowych pod drogą technologiczną za pomocą tymczasowego przepustu wykonanego z rur PEHD.
Podsumowanie
Właściwe zaprojektowanie dróg tymczasowych na etapie przygotowania inwestycji pozwala na lepsze wykorzystanie materiałów konstrukcyjnych. W celu doboru odpowiedniej technologii nawierzchni najczęściej konieczne jest przeprowadzenie choć podstawowych badań geotechnicznych. Taki zabieg może pozwolić uniknąć niebezpieczeństwa na budowie oraz wpływa korzystnie na terminową realizację kontraktu.
Stały rozwój systemów nawierzchni technologicznych oraz upowszechnianie wiedzy na temat praktycznych zastosowań dają coraz większe możliwości projektantom, wykonawcom i inwestorom w podejmowaniu świadomych, właściwych decyzji. Należy jednak dodać, że drogi te są w znacznym stopniu narażone na uszkodzenia powstałe na skutek błędów projektowych, związanych z wykonawstwem oraz późniejszą eksploatacją.
Ze względu na tendencje ograniczenia wykorzystania naturalnych skalnych surowców istnieje konieczność poszukiwania alternatywnych rozwiązań materiałowych. Dotyczy to zarówno opracowania technologii wielokrotnego użycia poszczególnych elementów systemów, jak też coraz szerszego wykorzystywania materiałów pochodzących z recyklingu.
UWAGA: W artykule wykorzystano tezy referatu wygłoszonego na XII Świątecznej Drogowo-Mostowej Żmigrodzkiej Konferencji Naukowo-Technicznej „Przepusty i przejścia dla zwierząt w infrastrukturze komunikacyjnej”.
mgr inż. Artur Juszczyk*
dr hab. inż. Adam Wysokowski prof. UZ
Zakład Dróg i Mostów, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Uniwersytet Zielonogórski
Zdjęcia autorów
Literatura
1. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz.U. z 1999 r. Nr 43, poz. 430 z późn. zm.).
2. Drogi leśne. Poradnik techniczny, Dyrekcja Generalna Lasów Państwowych, Warszawa – Bedoń 2006.
3. R. Molisz, Budowa i utrzymanie dróg, Genewa 1945.
4. Z. Wiłun, Zarys geotechniki, WKŁ, Warszawa 2010.
5. L. Rafalski, Podbudowy drogowe, Studia i Materiały, Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Warszawa 2007.
6. PN-87/S-02201 Drogi samochodowe – Nawierzchnie drogowe – Podział, nazwy, określenia.
7. Ustawa z dnia 21 marca 1985 r. o drogach publicznych (Dz.U. z 2013 r. poz. 260 z późn. zm.).
8. Materiały elektroniczne portalu: www.edroga.pl.
9. Ogólna Specyfikacja Techniczna D-10.03.01, Tymczasowe nawierzchnie z elementów prefabrykowanych, Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych, Warszawa 1998.
10. A. Wysokowski, A. Juszczyk, Opinia techniczna nt. przydatności kratownic przestrzennych „DURA-TRACK” w inżynierskiej praktyce komunikacyjnej, Instytut Budownictwa Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Uniwersytetu Zielonogórskiego, Zielona Góra 2011.
11. Materiały informacyjne i katalogi firm na temat nawierzchni dróg tymczasowych (m.in. Soho – prefabrykaty betonowe, Lifton Polska Sp.j. – Danrec, P.P.U.B. Inkomet Sp. z o.o. – kratownice Dura-Track, Taboss – Geokrata).
12. Materiały konferencyjne XII Świątecznej Drogowo-Mostowej Żmigrodzkiej Konferencji Naukowo-Technicznej „Przepusty i przejścia dla zwierząt w infrastrukturze komunikacyjnej”, Infrastruktura Komunikacyjna, Żmigród, Wydawnictwo Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, Kraków 2013.
* Autor jest stypendystą w ramach Poddziałania 8.2.2 „Regionalne strategie innowacji”, Działania 8.2 „Transfer wiedzy”, Priorytetu VIII „Regionalne kadry gospodarki” Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego Unii Europejskiej i budżetu państwa.
