1. Definicja koleinowania nawierzchni

Koleiny to trwałe odkształcenia podłużne nawierzchni drogowej powstające w torach ruchu pojazdów. Objawiają się one jako zagłębienia w powierzchni jezdni, najczęściej w miejscach największego obciążenia od kół pojazdów.

Zjawisko to występuje głównie w nawierzchniach asfaltowych (bitumicznych) i jest wynikiem długotrwałego oddziaływania obciążeń od ruchu drogowego.

Koleiny powstają wskutek:

• trwałych odkształceń warstw konstrukcyjnych,

• pełzania materiałów bitumicznych,

• osłabienia lub deformacji podłoża gruntowego.

2. Mechanizm powstawania kolein

Proces powstawania kolein jest złożony i wynika z jednoczesnego oddziaływania kilku czynników.

Najczęściej wyróżnia się trzy podstawowe mechanizmy:

1️⃣ deformacje plastyczne warstw asfaltowych

W wysokiej temperaturze asfalt traci sztywność i zachowuje się jak materiał lepko-plastyczny. Pod wpływem nacisku kół pojazdów dochodzi do:

• przemieszczania się mieszanki asfaltowej,

• zagęszczania warstw,

• wypychania materiału na boki torów ruchu.

Jest to najczęstsza przyczyna kolein w warstwach ścieralnych i wiążących.

2️⃣ trwałe odkształcenia warstw podbudowy

Jeżeli warstwy konstrukcyjne nawierzchni (np. podbudowa z kruszywa) mają niewystarczającą nośność, pod wpływem powtarzalnych obciążeń następuje:

• stopniowe zagęszczanie materiału,

• przemieszczanie ziaren kruszywa,

• utrata stabilności warstw.

Powoduje to deformację całej konstrukcji nawierzchni.

3️⃣ odkształcenia podłoża gruntowego

W przypadku słabego podłoża gruntowego może dochodzić do:

• konsolidacji gruntu,

• osiadań lokalnych,

• utraty nośności warstwy podłoża.

W efekcie powstają koleiny obejmujące całą konstrukcję drogi.

3. Czynniki wpływające na powstawanie kolein

Obciążenia od ruchu pojazdów

Najważniejszym czynnikiem jest ruch ciężki, czyli pojazdy o dużym nacisku osi.

Cechy ruchu wpływające na powstawanie kolein:

• duża liczba przejazdów pojazdów ciężkich,

• duże obciążenia osi,

• powtarzalność torów ruchu.

Im większy ruch ciężarowy, tym szybciej pojawiają się deformacje nawierzchni.

Temperatura nawierzchni

Materiały asfaltowe są wrażliwe na temperaturę.

Wysoka temperatura powoduje:

• spadek modułu sztywności mieszanki asfaltowej,

• zwiększenie podatności na odkształcenia plastyczne.

Dlatego koleiny często pojawiają się latem podczas upałów.

Właściwości mieszanki asfaltowej

Odporność nawierzchni na koleinowanie zależy od:

• rodzaju asfaltu,

• rodzaju kruszywa,

• uziarnienia mieszanki,

• zawartości asfaltu.

Mieszanki o zbyt dużej zawartości lepiszcza są bardziej podatne na deformacje.

Konstrukcja nawierzchni

Duże znaczenie ma także konstrukcja drogi, w tym:

• grubość warstw konstrukcyjnych,

• sztywność podbudowy,

• nośność podłoża gruntowego.

Niewłaściwie zaprojektowana konstrukcja nawierzchni może prowadzić do szybkiego powstawania kolein.

Warunki wodne

Obecność wody w konstrukcji drogi może powodować:

• osłabienie podłoża,

• zmniejszenie tarcia między ziarnami kruszywa,

• pogorszenie właściwości mechanicznych warstw.

W rezultacie nawierzchnia staje się bardziej podatna na deformacje.

4. Skutki powstawania kolein

Powstawanie kolein ma negatywny wpływ na:

bezpieczeństwo ruchu drogowego

Koleiny mogą powodować:

• utrudnienia w sterowaniu pojazdem,

• zjawisko aquaplaningu podczas opadów deszczu.

komfort jazdy

Zdeformowana nawierzchnia prowadzi do:

• drgań pojazdów,

• pogorszenia jakości jazdy.

trwałość nawierzchni

Koleiny często prowadzą do:

• pęknięć nawierzchni,

• uszkodzeń warstwy ścieralnej,

• konieczności wcześniejszych remontów.

5. Zapobieganie powstawaniu kolein

Aby ograniczyć zjawisko koleinowania stosuje się:

odpowiednie projektowanie konstrukcji nawierzchni

• właściwy dobór grubości warstw,

• odpowiednią nośność podłoża.

stosowanie mieszanek asfaltowych odpornych na deformacje

• asfalt modyfikowany polimerami,

• mieszanki SMA (Stone Mastic Asphalt).

właściwe zagęszczenie warstw

Podczas budowy drogi kluczowe jest prawidłowe zagęszczenie materiałów.

kontrolę jakości materiałów

Stosowane materiały muszą spełniać wymagania normowe dotyczące:

• wytrzymałości,

• odporności na deformacje,

• stabilności strukturalnej.

6. Znaczenie projektowe

Powstawanie kolein jest jednym z podstawowych kryteriów oceny trwałości nawierzchni drogowych. Dlatego podczas projektowania dróg uwzględnia się:

• prognozowany ruch pojazdów,

• warunki klimatyczne,

• właściwości materiałów,

• warunki gruntowe.

W nowoczesnych metodach projektowania nawierzchni stosuje się modele obliczeniowe pozwalające przewidzieć rozwój deformacji w czasie eksploatacji drogi.