Skąd się biorą wyboje i jak zapobiegać ich powstawaniu?

W niniejszym artykule postaramy się przyjrzeć mechanizmowi powstawania wybojów, omówimy czynniki przyczyniające się do tego niepożądanego zjawiska i rozważymy sposoby na uniknięcie i naprawę problematycznych zniszczeń nawierzchni.
 

Każdy, kto jeździ samochodem w miarę regularnie, zadaje sobie często pytanie: skąd biorą się w nawierzchni jezdni tzw. wyboje, zwane często pospolicie „dziurami”? Zapewne każdy kierowca mógłby opowiedzieć swoją własną, najczęściej niestety negatywną historię na ich temat – nikt nie pozostaje obojętny na wyboje, szczególnie jeśli zdarzyło mu się niejednokrotnie wpaść kołem w taką dziurę lub nawet urwać jakiś element podwozia, z zawieszeniem włącznie. W Wielkiej Brytanii np. emocje towarzyszące temu problemowi są tak silne, że obchodzi się tam nawet Narodowy Dzień Wybojów (ang. National Pothole Day), aby zwiększyć świadomość społeczeństwa i wywrzeć naciski na zarządców odpowiedzialnych za usuwanie tych uszkodzeń. Wyboje stanowią problem dla drogowców i kierowców oczywiście nie tylko w Wielkiej Brytanii czy w naszym kraju, ale na całym świecie, bez względu na strefę klimatyczną czy klasę drogi. 
 

Co to są wyboje?

Wyboje to zaokrąglone zagłębienia w nawierzchni drogowej, powstające w miejscach, gdzie górna warstwa nawierzchni – zazwyczaj warstwa ścieralna z mieszanki mineralno-asfaltowej – uległa spękaniom i wykruszyła się pod wpływem ruchu, tworząc ubytek w nawierzchni o ostrych, pionowych ścianach. Choć wgłębienia zaczynają się od małych spękań, mogą urosnąć nawet do średnicy metra i głębokości ponad 10 cm. Pierwotnie pojawiające się jako ubytki (ziaren lub lepiszcza), a następnie jako wyboje, zniszczenia te występują w nawierzchniach wszystkich rodzajów, ale szczególnie istotny problem stanowią na drogach, których górne warstwy wykonane są z mieszanek mineralno-asfaltowych. Według definicji podanej w SOSN [1]: „Ubytki ziaren lub lepiszcza są to miejsca nawierzchni, na których nastąpił ubytek materiału warstwy ścieralnej, bez naruszenia warstw niżej leżących” (fot. 1). Wyboje z kolei są to miejsca nawierzchni, gdzie występuje ubytek masy warstwy jezdnej o wymiarach nie mniejszych niż 15 x 15 cm i na głębokość większą niż grubość warstwy ścieralnej (fot. 2).

Skąd wzięła się nazwa „wyboje”?
W języku angielskim wyboje nazywa się słowem pothole. Od początku XX w. określenie pothole stosowane jest w dzisiejszym znaczeniu jako tzw. dziury w drodze, czyli wyboje. W języku polskim wybój to coś wybitego, tzn. dół wybity na drodze.

Czy wyboje są niebezpieczne?
Wyboje są przyczyną poważnych wypadków. Oczywiste jest zagrożenie, które stwarzają dla rowerzystów i motocyklistów. Ponadto większa liczba wypadków, również z udziałem pieszych, wynika z nagłych manewrów wykonywanych przez kierowców w celu ominięcia wybojów [2].

Jak powstają wyboje?

Do powstawania wybojów przyczyniają się trzy czynniki: spękania powierzchniowe, woda oraz ruch. Małe spękania na powierzchni jezdni z czasem rosną pod wpływem oddziaływania ruchu. Woda wnika przez te spękania w głąb nawierzchni, przyczyniając się do dalszego pogorszenia jej stanu. Często pojawia się opinia, że wyboje są spowodowane procesem zamarzania i rozmarzania wody w nawierzchni. Prawdą jest, że proces zamarzania-rozmarzania wody jest mechanizmem osłabiającym nawierzchnię i wpływającym na rozwój wybojów, ale nie jest to bezpośrednia przyczyna ich powstawania. Dowodem na to może być fakt, że wyboje są również ogromnym problemem w regionach, w których na powierzchni jezdni temperatura nigdy nie spada poniżej 0°C. Zatem z wybojami mamy do czynienia wszędzie tam, gdzie występuje czynnik ruchu pojazdów po spękanych nawierzchniach, oraz wody penetrującej z powierzchni w głąb nawierzchni. W poniższych punktach przyjrzymy się procesowi powstawania wybojów, bardziej szczegółowo analizując poszczególne etapy ich powstawania.



Etap 1 – spękania widoczne na powierzchni (rys. 1)
Spękania zmęczeniowe warstw asfaltowych powstają w wyniku przekroczenia trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni. Jeśli warstwy nawierzchni są niedostatecznie wytrzymałe i sztywne w stosunku do wielkości obciążenia ruchem, nawierzchnia będzie uginała się pod kołami pojazdów, a cykliczne odkształcenia na spodzie warstw asfaltowych spowodują inicjację spękań zmęczeniowych oraz ich propagację w górę. Spękania te najpewniej pojawią się na powierzchni jako spękania siatkowe, dzieląc ją na nieregularne bloki. Do innych czynników mogących także przyczynić się do pękania nawierzchni należą:
• Słabe odwodnienie/niewłaściwy drenaż.
• Starzenie asfaltu i mieszanki mineralno-asfaltowej.
• Spękania skurczowe.
• Spękania odbite.
• Prace przy uzbrojeniu terenu.

Etap 2 – woda wnikająca w konstrukcję nawierzchni (rys. 2)
Woda wnika poprzez warstwy nawierzchni, nasycając niezwiązaną podbudowę zasadniczą pomocniczą, warstwy ulepszonego podłoża, jak również zmniejszając nośność podłoża gruntowego.

Etap 3 – uderzenia w nawierzchnię przez koła pojazdów (rys. 3)
Spękana powierzchnia drogi pod wpływem obciążenia od ruchu zaczyna się rozpadać. Niewielkie fragmenty mieszanki asfaltowej stają się coraz bardziej luźne i wypadają, pozostawiając po sobie ubytek, który następnie poszerza się i pogłębia, tworząc wybój.



Etap 4 – wpływ cykli zamarzania i rozmarzania na proces rozwoju uszkodzeń (rys. 4)
W regionach narażonych na występowanie ujemnych temperatur woda w nawierzchni zamarza, zwiększając swoją objętość, co powoduje pękanie mieszanki mineralno-asfaltowej wokół wyboju, i dodatkowo przyspiesza rozwój uszkodzeń.

Etap 5 – wpływ stojącej wody na ostateczny proces degradacji (rys. 5)
Woda stojąca w wybojach po opadach deszczu wymywa materiał pod wpływem ruchu, błyskawicznie poszerzając i pogłębiając uszkodzenia.
 

Która część drogi jest najbardziej narażona na powstawanie wybojów? 

Czynnikiem niezbędnym do powstania i powiększenia się wybojów jest oddziaływanie pojazdów, a zatem wyboje z największym prawdopodobieństwem powstaną w śladach kół. Kolejnym istotnym czynnikiem jest obecność wody w podłożu gruntowym – większe prawdopodobieństwo wystąpienia wody występuje pod zewnętrznym (prawym) śladem koła, bliżej krawędzi nawierzchni.
 

Dlaczego wyboje pojawiają się ponownie w tych samych miejscach?

Zazwyczaj usunięcie wyboju ogranicza się do naprawy i uzupełnienia jedynie górnej warstwy nawierzchni. Po przycięciu krawędzi wyboju wypełnia się istniejący ubytek mieszanką mineralno-asfaltową, zagęszcza się ją i uszczelnia na krawędziach naprawianego obszaru. Taka naprawa nie usuwa przyczyn problemu umiejscowionego głębiej w konstrukcji nawierzchni, np. spękania zmęczeniowego, będącego efektem niewystarczającej grubości pakietu warstw asfaltowych nawierzchni bądź przekroczenia trwałości zmęczeniowej w analizowanym przekroju nawierzchni lub też niewłaściwego odwodnienia. W takich przypadkach należy spodziewać się ponownego wystąpienia problemu – czasami w bardzo krótkim okresie.

Jakie czynniki powodują powstawanie wybojów?

Często uznaje się, że przyczyną powstawania ubytków nawierzchni oraz wybojów jest słabe utrzymanie dróg. Aby zapobiec starzeniu się asfaltu i związanym z nim spękaniom, niezbędne są okresowe wymiany warstwy ścieralnej lub zabiegi powierzchniowe polegające m.in. na ułożeniu na całej powierzchni warstwy uszczelniającej, takiej jak cienka warstwa na zimno lub na gorąco typu slurry seal, microsurfacing czy powszechnie stosowane powierzchniowe utrwalenie [3]. Zamknięcie istniejącej warstwy asfaltowej za pomocą jednej z powyższych technologii będzie zapobiegać penetracji wody w głąb konstrukcji. Poprawne utrzymanie drenażu i odwodnienia wzdłuż nawierzchni drogowej jest również koniecznym warunkiem właściwej pracy dolnych warstw konstrukcji nawierzchni.
 

Dlaczego wyboje najczęściej powstają wiosną?

Cykle zamarzania i ponownego rozmarzania znacząco przyspieszają powstawanie ubytków i wybojów. W zimie temperatury regularnie spadają poniżej zera, ale wbrew pozorom nie tylko mrozy są groźne dla nawierzchni jezdni. Najbardziej niekorzystne są wahania temperatury powodujące zjawisko tzw. przejścia przez zero, które sprawia, że woda, dostając się do spękań w nawierzchni, zmienia swoją objętość właśnie poprzez cykle zamarzania i ponownego rozmarzania. Każdy taki cykl powoduje dalsze uszkodzenia istniejących wybojów, przyczyniając się do ich poszerzenia i pogłębienia. W efekcie na wiosnę, a w skrajnych przypadkach, które mogliśmy obserwować m. in. w tym roku, nawet późną zimą, nawierzchnie są w zdecydowanie znacznie gorszym stanie niż na początku zimy.
 

Dlaczego jest tak dużo wybojów na polskich drogach?

Często pojawia się pytanie czy Polska jest w gorszej sytuacji niż przywoływana tutaj wcześniej Wielka Brytania czy inne kraje Europy? Wyboje pojawiają się na całym kontynencie, natomiast w Polsce możemy mówić o kilku czynnikach przyczyniających się do częstszego i szybszego powstawania wybojów:
• Drogi w naszym kraju przenoszą często znacznie wyższe obciążenia ruchem, niż przewidziano na etapie analiz projektowych.
• Nasze drogi charakteryzują się znacznym zagęszczeniem elementów sieci uzbrojenia terenu przebiegających w obrębie nawierzchni drogowych.
• Obecne temperatury zimowe w Polsce coraz częściej oscylują nieco powyżej zera, lecz z bardzo częstymi oraz nagłymi spadkami poniżej zera. W rezultacie mamy do czynienia z najgorszym z możliwych scenariuszy, tj. występującym znacznie częściej zjawiskiem przejścia przez zero niż np. w niektórych krajach północnoeuropejskich, gdzie temperatury utrzymują się poniżej zera przez dłuższy okres.
 

Jak zapobiegać powstawaniu wybojów?

O ile wiele uwagi poświęca się potrzebie naprawiania ubytków i wybojów, o tyle drogowcy zdają sobie sprawę, że bardzo istotne jest projektowanie i budowanie nowych konstrukcji nawierzchni w taki sposób, aby do pojawienia się wybojów nie dochodziło. Kluczowym czynnikiem jest postępowanie w taki sposób, aby opóźniać proces powstawania spękań zmęczeniowych. Wyzwaniem jest jednak osiągnięcie tego celu bez nadmiernego wzrostu kosztów realizacji budowy. Pogrubienie warstwy podbudowy asfaltowej czy podbudowy pomocniczej z kruszywa (albo obu warstw) zwiększy ich odporność i zmniejszy odkształcenia pod cyklicznymi obciążeniami od ruchu. Kluczowe jest również poprawne prognozowanie całkowitego obciążenia ruchem w okresie eksploatacji nawierzchni, tj. sumy przejść standardowych osi obliczeniowych w całym okresie projektowym. Zwiększenie grubości jakiejkolwiek z warstw zawsze pociąga za sobą wzrost kosztów budowy, wydłużenie czasu realizacji oraz zwiększenie emisji szkodliwych zanieczyszczeń, w tym CO2. Coraz częściej okazuje się to jednak nie do zaakceptowania wobec dzisiejszych napiętych budżetów i rosnącej świadomości ekologicznej. Alternatywnym podejściem jest optymalizacja projektu nawierzchni z zastosowaniem np. warstwy kruszywa stabilizowanego gerousztami wieloksztaałtnymi i wieloosiowymi. Dzięki zastosowaniu georusztów w dolnych warstwach konstrukcji nawierzchni w funkcji stabilizacji warstw kruszyw niezwiązanych poprawie ulega nośność i trwałość całej nawierzchni. Przekłada się to na zdolność nawierzchni do przeniesienia większego ruchu – bez konieczności jej pogrubienia. Ma to pozytywny wpływ na obniżenie kosztów budowy i emisji zanieczyszczeń. Zastosowanie georusztów wielokształtnych i wieloosiowych w konstrukcjach nowych nawierzchni przekłada się również na obniżenie odkształceń i ograniczenie związanych z nimi spękań zmęczeniowych. W ten sposób można skutecznie uniknąć potencjalnego rozwoju wybojów i ubytków w przyszłości.

Kiedy jednak rozpatruje się wyłącznie zabiegi utrzymaniowe i nie wchodzi w grę kompleksowa przebudowa istniejącej nawierzchni, nową nakładę asfaltową można wzmocnić kompozytem do zbrojenia warstw asfaltowych. Poprzez zastosowanie kompozytu asfaltowego z rusztem wieloosiowym układanym na spodzie pakietu nowych warstw asfaltowych, zapewnia się wzmocnienie warstw asfaltowych, opóźnia się proces powstawania spękań zmęczeniowych, a co za tym idzie – zwiększa się trwałość zmęczeniową pakietu nowych warstw asfaltowych.
 

Podsumowanie

Większość ubytków i wybojów zaczyna się tworzyć w wyniku spękań nawierzchni pod wpływem ruchu. Kiedy proces powstawania zniszczenia już się rozpocznie, uszkodzenia błyskawicznie rozwijają się pod wpływem oddziaływania zarówno ruchu, jak i wnikającej w głąb nawierzchni wody, której zamarzanie i rozmarzanie przyspiesza rozwój tych zniszczeń. Choć naprawy ubytków i wybojów w nawierzchniach istniejących pochłoną jeszcze w przyszłości ogromne środki finansowe, rozwój takich uszkodzeń w przypadku nowych nawierzchni może zostać wyeliminowany m.in. dzięki optymalizacji rozwiązań projektowych z zastosowaniem nowoczesnych technologii, takich jak warstwy kruszyw stabilizowanych georusztami wielokształtnymi i wieloosiowymi. W przypadku istniejących nawierzchni można opóźnić powstawanie ubytków oraz wybojów dzięki zastosowaniu kompozytów asfaltowych na bazie rusztów wieloosiowych.
 

Piśmiennictwo

[1] GDDKiA, Biuro Studiów Sieci Drogowej: System Oceny Stanu Nawierzchni SOSN, Wytyczne stosowania – Załącznik E. Warszawa, Luty 2002.

[2] Reported road collisions, vehicles and casualties tables for Great Britain. Department for Transport, UK, published 24.06.2021, last updated 28.08.2023, Reported road collisions, vehicles and casualties tables for Great Britain – GOV.UK (www.gov.uk).

[3] Merska O.: Dobór technologii utrzymaniowych ze względu na specyfikę uszkodzeń nawierzchni. „Magazyn Autostrady”, 4/2021, s. 58-62.