Czym jest podłoże gruntowe?

Podłoże gruntowe to warstwa gruntu, która tworzy fundament przekroju nawierzchni.

Podłoże leży pod podbudową pomocniczą, podbudową zasadniczą i warstwą ścieralną. Przenosi obciążenie, które te warstwy rozkładają. Naprężenia od obciążenia maleją wraz z głębokością, dlatego naprężenie krytyczne dla podłoża zwykle występuje na jego górnej powierzchni. Warstwy powyżej muszą zmniejszyć to naprężenie do wartości, która nie powoduje nadmiernego odkształcenia ani przemieszczenia gruntu podłoża (FAA AC 150/5380-6C).

FAA AC 150/5320-6G wymienia podłoże jako jedną z czterech równie ważnych części nawierzchni lotniskowej. Pozostałe trzy to materiały nawierzchniowe, przyłożone obciążenia i klimat.

Jak opisuje się wytrzymałość podłoża

• California Bearing Ratio (CBR). Badanie penetracji według ASTM D1883. CBR 15 oznacza, że grunt stawia 15 procent oporu standardowego tłuczonego wapienia. Badanie laboratoryjne używa materiału z terenu, odtworzonego do wilgotności i zagęszczenia z budowy, i nasyconego wodą. Fundament nawierzchni dąży do niemal pełnego nasycenia po około 3 latach, a badanie w stanie nasyconym odpowiada temu stanowi. Na żwirze badanie często daje zbyt wysokie wartości, dlatego procedura projektowa FAA ogranicza moduł E do 50 000 psi (CBR 33).
• Moduł sprężystości (E). Dla drobnoziarnistego gruntu niepęczniejącego E w psi wynosi około 1 500 razy CBR. W MPa E wynosi około 10 razy CBR. AC nazywa tę zależność przybliżoną.
• Moduł reakcji podłoża (k). Badanie płytą obciążeniową według AASHTO T 222 daje k do projektowania nawierzchni sztywnych. Płyta ma szerokość 30 cali (762 mm).
• Kategoria podłoża dla ACR-PCR. Zgłaszana wytrzymałość używa czterech kategorii określonych przez E. Kategoria A to 150 MPa lub więcej. B to od 100 do poniżej 150. C to od 60 do poniżej 100. D to poniżej 60. Kategoria jest częścią raportu PCR (Załącznik 14 ICAO, tom I, FAA AC 150/5335-5D).

Poprawa słabego podłoża

• Jeśli średnia wytrzymałość podłoża jest niższa niż CBR 5 (E około 7 500 psi), AC zaleca poprawę. Projektant może użyć metod chemicznych lub mechanicznych albo wymiany.
• Jeśli jest niższa niż CBR 3 (E około 4 500 psi), AC nakazuje poprawę przez stabilizację lub wymianę.
• AC zaleca też rozważenie stabilizacji w tych przypadkach:
  • odwodnienie jest słabe
  • działa mróz
  • od czasu do czasu woda zalewa teren
  • potrzebna jest stabilna platforma robocza
• Najczęstszym zastosowaniem geosyntetyku na lotniskach jest zatrzymanie przenikania drobnych frakcji do podbudowy. FAA nie zezwala na cieńszą konstrukcję nawierzchni z żadnym geosyntetykiem.

Przy zagęszczeniu FAARFIELD oblicza głębokość i gęstość, jakiej wymaga podłoże. Używa metody ASTM D698 dla statków powietrznych o masie poniżej 60 000 lb (27 200 kg) i metody ASTM D1557 dla statków o masie 60 000 lb i więcej. Pozycja P-152 specyfikacji budowlanej wymaga, aby materiał mieścił się w granicach plus lub minus 2 procent optymalnej wilgotności przed walcowaniem.

Mróz, pęcznienie i woda

Działanie mrozu może powodować nierównomierne wypiętrzenia i utratę wytrzymałości gruntu podczas wiosennej odwilży. AC dzieli grunty na grupy mrozowe FG-1 do FG-4. Grunty FG-4, do których należą pyły, są najbardziej podatne.

Gliny o granicy płynności powyżej 40 i wskaźniku plastyczności powyżej 15 mogą pęcznieć. AC wymaga zabiegu, jeśli grunt zagęszczony o 2 do 3 procent powyżej optymalnej wilgotności pęcznieje o więcej niż 3 procent w badaniu ASTM D1883.

AC zaleca warstwę drenażową dla nawierzchni obsługujących statki cięższe niż 60 000 lb. Zaleca ją też tam, gdzie pod powierzchnią jest dużo wody i gdzie przepuszczalność gruntu wynosi poniżej 20 ft/dzień. Skuteczna warstwa odprowadza 85 procent wody w ciągu 24 godzin pod pasami i drogami kołowania. Pod płytami postojowymi odprowadza 85 procent w ciągu 10 dni.

Ślady na powierzchni nawierzchni

Podręczniki PAVER łączą niektóre uszkodzenia powierzchni z podłożem:

• Zagłębienie może powstać z osiadania gruntu fundamentowego. Woda gromadzi się w nim, a na pasie startowym może powodować aquaplaning.
• Koleina wynika z trwałego odkształcenia dowolnej warstwy, w tym podłoża.
• Wypiętrzenie jest zwykle spowodowane działaniem mrozu w podłożu lub pęczniejącym gruntem.
• Wypompowywanie na nawierzchni betonowej zostawia zabrudzenia oraz materiał podbudowy lub podłoża przy złączach i pęknięciach.

Te ślady wskazują na możliwy problem. Odwierty i badania znajdują przyczynę.