Czym jest nawierzchnia sztywna?

Definicja

Nawierzchnia sztywna to nawierzchnia, w której warstwa betonu cementowego przenosi większą część obciążenia.

FAA AC 150/5320-6G mówi, że warstwa powierzchniowa nawierzchni sztywnej to zwykle beton cementowy, pozycja P-501. Warstwa powierzchniowa to zestaw płyt betonowych. Strona nawierzchni lotniskowej obejmuje wszystkie typy nawierzchni. Strona betonowej drogi startowej opisuje zastosowanie na drodze startowej. Ta strona opisuje typ sztywny.

Jak nawierzchnia sztywna przenosi obciążenie

Nawierzchnia sztywna ma jedną bardzo sztywną warstwę konstrukcyjną. FAA AC 150/5335-5D mówi, że sztywność tej warstwy daje działanie belkowe. Działanie to rozkłada obciążenie na dużą powierzchnię podłoża. Nośność zależy od wytrzymałości betonu. Zależy też od równomiernego podparcia z warstw niżej.

Warstwy to płyty betonowe, podbudowa zasadnicza i zagęszczone podłoże gruntowe (AC 150/5320-6G, 3.16.1.1). Podbudowa zapewnia płytom równomierne i stabilne podparcie (3.16.3.1). FAA wymaga stabilizowanej podbudowy pod nawierzchniami dla statków o masie ponad 45 360 kg (100 000 lb) (3.16.3.2). Strony podbudowy zasadniczej i podłoża gruntowego opisują te warstwy.

Grubość, wytrzymałość i mróz

• Minimalna grubość. Warstwa betonowa ma co najmniej 150 mm (6 in) dla każdej klasy masy statku (tabela 3-4).
• Wytrzymałość projektowa. Zginanie jest głównym działaniem w nawierzchni betonowej, więc najważniejsza jest wytrzymałość na zginanie. FAA zaleca projektową wytrzymałość na zginanie 4,14 do 5,17 MPa (600 do 750 psi) dla większości prac lotniskowych (3.16.7.3).
• Mróz. Płyty cieńsze niż 230 mm (9 in) są bardziej narażone na uszkodzenia mrozowe. FAA mówi, że dobrą praktyką jest zbrojenie takich płyt co najmniej 0,050 procent stali w obu kierunkach. Dotyczy to miejsc, gdzie podłoże może unosić się, wilgoć może zamarzać, a podbudowa nie ma ochrony przed mrozem (3.16.5.3).
• Tryb zniszczenia. FAARFIELD sprawdza dla nawierzchni sztywnej jeden tryb. Jest nim pękanie płyty od dołu, które kontroluje, ograniczając naprężenie u dołu betonu (3.16.1.2).

Spoiny

Zmiany temperatury i wilgotności powodują zmianę objętości i wypaczanie płyt. Naprężenie może być duże. Spoiny dzielą nawierzchnię na płyty o ustalonym rozmiarze, więc zmniejszają naprężenie i ograniczają przypadkowe pękanie (3.16.8.1 i 3.16.8.2).

AC 150/5320-6G (3.16.9.1) dzieli spoiny według funkcji:

• Spoiny izolacyjne. Stoją tam, gdzie nawierzchnia styka się z konstrukcją. Stoją też tam, gdzie dwie nawierzchnie mogą poruszać się w różnych kierunkach, na przykład droga kołowania i droga startowa. Przyszłe przedłużenie zaczyna się od takiej spoiny.
• Spoiny skurczowe. Dają kontrolowane pękanie, gdy beton kurczy się przy spadku wilgotności lub temperatury. Zmniejszają też naprężenie od podnoszenia się i wypaczania.
• Spoiny robocze. Łączą dwie płyty, które ekipy układają w różnym czasie, na przykład na koniec dnia lub między pasami układania. Dla statków o masie 13 610 kg (30 000 lb) lub więcej FAA używa spoin roboczych typu E.

Grubość płyty określa odstęp spoin, a nie odwrotnie. Mniejsze płyty zazwyczaj działają lepiej w długim okresie (3.16.8.4). Tabela 3-7 podaje zalecany maksymalny odstęp w każdym kierunku.

Odstęp poprzeczny pozostaje równy 1,25 odstępu podłużnego lub mniejszy. Odstęp powyżej 6,1 m (20 ft) wymaga analizy technicznej w raporcie inżyniera. AC zaleca też uszczelnianie wszystkich spoin (3.16.8.5). Pozycje P-604 i P-605 AC 150/5370-10 podają uszczelniacze. Strona uszczelniacza spoin je opisuje.

Odpryski przy spoinach

Odpryski przy spoinach to rozpad krawędzi płyty w odległości 0,6 m (2 ft) od boku spoiny. AC 150/5380-6C (3.2.2) mówi, że odprysk przy spoinie zwykle nie przechodzi przez całą grubość płyty. Spotyka się ze spoiną pod kątem. Pęknięcie narożnika jest inne, bo przechodzi przez całą grubość.

AC podaje trzy przyczyny. Pierwsza to nadmierne naprężenie w spoinie lub pęknięciu, wywołane materiałem nieściśliwym. Druga to słaby beton przy spoinie, wskutek przeciążenia, razem z obciążeniem ruchem. Trzecia to źle ustawione dyble, które wiążą płytę i uniemożliwiają ruch.

Uszkodzenie uszczelnienia spoiny może prowadzić do odprysków. AC mówi, że uszkodzone uszczelnienia pozwalają gromadzić się glebie i kamieniom w spoinach. Materiał blokuje rozszerzanie się płyt i może powodować wyboczenie, pękanie lub odpryski. Strona odprysków przy spoinach opisuje poziomy oceny i naprawę. Ta strona opisuje, dlaczego nawierzchnia sztywna ma spoiny, które mogą odpryskiwać.

Inne uszkodzenia nawierzchni sztywnej

AC 150/5380-6C (3.2.2) dzieli uszkodzenia na pięć grup.

• Spękania. Podłużne, poprzeczne i ukośne pęknięcia, pęknięcia narożników, spękania trwałości (D), pęknięcia skurczowe i pokruszone płyty. Pokruszona płyta ma cztery lub więcej części. Strony spękań D i pękniętej płyty opisują dwa z nich.
• Uszkodzenie uszczelnienia spoiny. Odspojenie, wypychanie, twardnienie, utrata przylegania i brak uszczelniacza.
• Rozpad. Łuszczenie, mapowe pękanie, reakcja alkalia-krzemionka, odpryski przy spoinach i narożnikach, wypiętrzenia, wykruszenia i awaria łat.
• Deformacje. Pompowanie i uskoki. Pompowanie to wyrzucanie wody i materiału podbudowy przez spoiny lub pęknięcia.
• Utrata przyczepności. Wypolerowane kruszywo i zanieczyszczenia, takie jak osady gumy.

Rozpad rozbija nawierzchnię na małe, luźne kawałki (3.2.2). Odpryski, łuszczenie i wykruszenia mogą więc tworzyć FOD, a inspekcja właśnie tego szuka.

Nawierzchnia sztywna a podatna

• Droga przenoszenia obciążeń. Nawierzchnia sztywna opiera się na sztywnej płycie. Nawierzchnia podatna opiera się na warstwach razem.
• Ciśnienie w oponach. Ciśnienie w oponach ma pomijalny wpływ na projekt nawierzchni sztywnej (3.12.6.3). AC 150/5335-5D (4.5.4.1) mówi, że nawierzchnia sztywna zwykle może przyjąć kod W, kategorię wysokiego ciśnienia w oponach.
• Zniszczenie. Zniszczenie konstrukcji nawierzchni sztywnej to rozległe pękanie płyt pod obciążeniem (3.10). Dla nawierzchni podatnej to podłoże, które przestaje być chronione.
• Naprawa. Nawierzchnia sztywna może mieć do 30 procent płyt naprawionych lub wymienionych jako rehabilitacja. Ponad 30 procent to przebudowa (4.3 i 4.4).

Strona nawierzchni podatnej opisuje drugi typ, w tym jej koleinowanie.

Nakładki i kod nośności

Asfaltowa nakładka na nawierzchni sztywnej daje nawierzchnię złożoną. AC 150/5380-6C mówi, że pęknięcia odbite pojawiają się najczęściej w nakładkach asfaltowych na betonie, ponieważ pęknięcia i spoiny starej płyty przebijają się przez nakładkę. Strona nakładki asfaltowej opisuje nakładki.

Metoda ACR-PCR raportuje nawierzchnię sztywną kodem R (załącznik 14 ICAO, 2.6.6). Przykładowy kod to 800/R/B/W/T. R oznacza nawierzchnię sztywną, B to podłoże o średniej nośności, W to wysokie ciśnienie w oponach, a T to ocena techniczna (AC 150/5335-5D, 4.5.6). Nawierzchnia sztywna z podatną nakładką pozostaje sklasyfikowana jako sztywna, dopóki grubość nakładki nie będzie równa grubości sztywnej (4.5.2.3).

Spoiny a oświetlenie lotniskowe

Spoiny wpływają na miejsca postawienia podstaw świateł. AC 150/5340-30J podaje te zasady dla nawierzchni sztywnej:

• Światła osi drogi startowej. Na nowej drodze startowej podstawa światła stoi co najmniej 0,6 m (2 ft) od każdej spoiny nawierzchni. Odległość liczy się do krawędzi podstawy oprawy (3.3.1.1.3).
• Światła osi drogi kołowania. Najbliższa krawędź oprawy stoi około 0,6 m (2 ft) od każdej spoiny nawierzchni sztywnej (4.3.3.1).
• Światła ochronne drogi startowej. Jeśli światło koliduje ze spoiną nawierzchni sztywnej, ekipa przesuwa oznakowanie miejsca oczekiwania i światła. Przesuwa je od drogi startowej o minimalną odległość (4.4.3.2).

W nowej nawierzchni sztywnej kołnierz mocujący podstawy światła wpuszczanego znajduje się co najmniej 19 mm (3/4 in) poniżej gotowej powierzchni (10.2). Światło stojące wyżej może wystawać i stanowić zagrożenie dla pojazdów, na przykład pługów śnieżnych. Światło wpuszczane stoi w betonowej kotwie ze stalowym zbrojeniem.

Co sprawdzić podczas inspekcji

Inspekcja nawierzchni sztywnej obejmuje:

• odpryski przy spoinach i narożnikach oraz szerokość strefy odprysku,
• uszczelnienia spoin, które brakują, są twarde lub wypadły ze spoiny,
• pęknięcia, pęknięcia narożników i pokruszone płyty,
• uskoki przy spoinach oraz plamy wskazujące na pompowanie,
• luźne kawałki, które mogą stać się FOD.

TarmacView planuje lot pomiarowy dronem i wykonuje zdjęcia nawierzchni, w tym spoin, do oceny stanu nawierzchni . Wykrywanie pęknięć i ocena wg ASTM D5340 są w trakcie prac i oferowane w ramach wczesnego dostępu.