Жорстки́й доро́жній о́дяг (, ) — тип дорожнього одягу, у якому один з шарів виконаний з монолітного чи збірного цементобетону або залізобетону.
Перші пробні ділянки доріг з цементобетонним покриттям з'явилися у 1890-х роках. Змінний успіх перших впроваджень та відсутність механізації спочатку стримували розповсюдження жорстких покрить. Проте, починаючи з 1910-х років, розвиток техніки, накопичення практичного досвіду, що відображалося у нових нормативних документах, та рекламна кампанія призвели до широкого визнання цементобетону в дорожньому будівництві.
При вищих початкових затратах на будівництво, цементобетонні покриття часто є вигіднішими завдяки довшому терміну служби та дешевшому обслуговуванню. Вища ціна є причиною того, що такі покриття влаштовують переважно на дорогах високих категорій. У США цементобетонне покриття мають 20 % усіх міжштатних доріг, в Німеччині — 30 % автобанів, в Україні лише близько 1 % доріг мають покриття з цементобетону.
Визначення Існують декілька визначень «жорсткого дорожнього одягу», які зафіксовані в нормативних документах різних країн. Попри деякі відмінності у трактуванні, спільним у всіх визначеннях є існування в дорожньому одязі шару з цементобетону. Будівельні норми України 2015 року визначають жорсткий дорожній одяг, як тип дорожнього одягу, «який має покриття із цементобетону монолітного та збірного на різних типах основ або асфальтобетонне на основі з цементобетону різної міцності». Український термінологічний стандарт на автомобільні дороги (ДСТУ Б А.1.1-100:2013) подає трохи інше означення, не прив'язане до матеріалу дорожнього одягу: «Дорожня конструкція, що містить шари, здатні працювати на розтягування, жорсткість і міцність яких практично не залежать від температури, вологості, тривалості дії навантаження і які зберігають суцільність протягом нормативного строку служби».
В інших країнах свої визначення. Так, в американській технічній літературі: «Конструкція, у якої верхній шар виконаний з бетону на основі гідравлічного в'яжучого — цементу, який вкладений на основу». Інша поширена назва — портландцементний бетон. Втім, з поширенням пуцоланових добавок, останній термін може не бути універсальним. Найбільш лаконічним є німецьке визначення: «Дорога, у якій верхній шар виконаний з бетону».
Історія
У часи Римської імперії були споруджені перші дороги з покриттями на основі мінеральних в'яжучих, які частково збереглися до наших днів. Шари дорожнього одягу виконували з кам'яних матеріалів різної крупності, яка поступово зменшувалася від нижнього шару до верхнього. Кожен шар скріплювали мінеральним в'яжучим — вапняковим, або вапняково-пуцолановим. Верхній шар дороги був жорстким покриттям — сумішшю щебеню, гравію, піску, вапна і пуцолану.
У другій половині ХІХ століття були спроби створення бетонної «жорсткої» основи для інших типів дорожніх покриттів — з дерев'яних брусків, цегли, бруківки й т. ін. У 1900 році вже існували понад 109 різних рекомендацій та нормативів щодо використання портландцементу в конструкціях доріг. Окрім того, широко використовувався природний цемент, який отримували з вулканічного попелу, або дробленням кам'яних порід.
Більш прогресивним прикладом жорсткого дорожнього одягу була так звана конструкція «листовий асфальт» (). У ній шар цементобетону товщиною 100—150 мм слугував основою для верхнього шару асфальтобетонного покриття. Тобто, це був жорсткий дорожній одяг, але не цементобетонне покриття. Перші такі конструкції були споруджені 1858 року у Парижі і невдовзі — у Ньюарк (Нью-Джерсі), США).
Перше покриття з бетону на основі портландцементу споруджено 1866 року в Единбурзі (Велика Британія). Воно протрималося не довго і після появи кількох тріщин швидко розвалилося на шматки.
США
Перші впровадження
У США перша бетонна дорога (3,0 м завширшки й 67,1 м завдовжки) була споруджена лише через 25 років (1891) у Бельфаунтен (Огайо) . Стаття, присвячена 100-річчю дороги, описувала цей проєкт:
Окремі бетонні плити розміром 1,5×1,5 м вкладали двома шарами з різними пропорціями складників. Бетон для верхнього шару покриття з огляду на вимоги щодо міцності та морозостійкості замішували з водоцементним відношенням 0,45. Свіжовкладений бетон накривали шаром піску, який періодично зволожували протягом тижня. Назва матеріалу — бетон () — тоді ще не була загальнопринятою, його частіше називали «штучний камінь» ().
Попри недовірливі очікування більшості місцевих жителів, експеримент знову вдався та перевершив сподівання кількох найсміливіших оптимістів. Ця ділянка бетонної дороги служила понад 130 років. Бартоломео здобув першу премію на міжнародній виставці в Чикаго 1893 року, а інженер Джеймс Вандерс (), який проєктував покриття та здійснював технічний контроль, згодом обійняв посаду комісара доріг штату Огайо та дорожнього експерта у Бюро громадських робіт США.
Розвиток будівництва
Перше успішне будівництво цементобетонної дороги не завжди могли повторити в інших місцях. Наприклад, через три роки, у 1893 році бетон був укладений на вулиці South Fitzhugh в Рочестері. Дуже швидко покриття розтріскалося і згодом його перекрили шаром асфальтобетону.
Перші спроби використати цементобетон для покриття, а не для основи дорожнього одягу, сприймалися скептично. Професор, інженер та автор книг з будівництва Айра Осборн Бейкер () писав 1903 року: «Така конструкція дорожнього одягу навряд чи буде широко вживана, вважаючи на високу вартість і слизькість бетону у покритті та його високу вартість і ненадійність як основи». Вже через кілька років думка спеціалістів змінилася. Керівник лабораторії інституту асфальту () Превост Габбард () у 1910 році зазначив: «Беручи до уваги моторний транспорт, дорога, побудована повністю з цементобетону, може у майбутньому бути найбільш задовільною та економічно вигідною конструкцією». Перша миля (1609 м) бетонної дороги була вкладена у Детройті у 1909 році.
Впровадження цементобетону для дорожніх покриттів, на відміну від інших галузей будівництва, відбувалося повільно. Одним зі стримуючих факторів була відсутність механізації приготування бетонних сумішей. Їх змішували вручну, і було дуже складно контролювати склад і якість суміші. Перші бетономішалки приводилися в рух руками робітників. Технологію вкладання бетону теж пристосовували до примітивної технології його приготування. Покриття було розділене на прямокутні ділянки стороною від 1,8 до 2,4 м — якраз на об'єм бетону одного замісу. Згодом, з удосконаленнями механізмів, ці розміри збільшували. З метою запобігання утворенню поздовжніх тріщин перші бетонні покриття робили товстішими по осі проїзної частини та трохи тоншими — по краях, але в середині 1930-х років від такої геометрії відмовилися. Натомість краї плит почали робити на 1 дюйм (25 мм) товстішими, ніж середню частину. Ця практика протрималася до середини 1960-х років.
Америка, спочатку відстаючи від Європи, швидко її випередила у впровадженні бетонних доріг. 1917 року вперше були використані дюбеля для з'єднання бетонних плит у місцях стиків. Це привело до швидкої еволюції у формах і конфігураціях бетонних плит. Ще через кілька років американці запропонували армувальну сітку (), яка дозволила зменшити товщину бетону на 20—50 мм і обмежити утворення тріщин. Подальше зменшення товщини бетонного покриття було неможливим через обмеження граничних прогинів під колесами автомобілів. Численні експерименти та вимірювання, опубліковані під егідою Бюро громадських доріг (, тепер — — FHA), дозволили створити перші науково обґрунтовані рекомендації щодо проєктування бетонних покриттів. Метод розрахунку бетонних покриттів отримав ім'я одного з чільних авторів рекомендацій — . Формули Вестергарда використовувалися і в Радянському Союзі.
Прогресувала також технологія приготування бетонних сумішей для доріг. У 1927 році майже всі виробники перейшли на дозування складників за вагою, а не за об'ємом, що дозволило різко підвищити однорідність і якість сумішей. Пропорції основних частин (вода, цемент, пісок та щебінь) майже не змінилися за останні 100 років, але різні добавки дозволили отримати якісніший і міцніший бетон навіть при трохи меншій кількості цементу у суміші. До 1951 року на кубічний ярд (0.765 m³) йшло від 6,5 до 8 мішків цементу (43 кг кожен), а з 1952 року — від 6 до 7 мішків. Зростали й об'єми одноразових замісів, що позитивно впливало на якість й однорідність сумішей. Напочатку 1960-х повністю відмовилися від приготування бетонних сумішей на дорозі. Натомість споруджували тимчасові або мобільні бетонні заводи й готові суміші доставляли на об'єкт самоскидами. Згодом популярності набули автобетонозмішувачі, що дозволили споруджувати бетонні заводи (точніше — дозувальні бази мінеральних матеріалів та цементу) у вигідніших місцях, значно далі від об'єктів будівництва.
«Розсадна миля»
Компанія Lincoln Highway Association (LHA), заснована 1913 року, поставила за мету з'єднати бетонною дорогою східне та західне узбережжя США — від Нью-Йорку до Сан-Франциско. Фінансів на такий грандіозний план бракувало, тому з рекламною метою споруджували окремі ділянки завдовжки 1-2 милі, «щоб продемонструвати бажаність цього типу дорожньої конструкції» і заручитися громадською підтримкою вимог до уряду США щодо державного фінансування. LHA переконала Асоціацію портландцементу () надати будівельні матеріали безплатно. Вже через рік у селищі Мальта (Іллінойс) споруджена перша «розсадна миля» (). До 1920 року у штатах Огайо, Іллінойс, Айова та Небраска існувало 10 ділянок «розсадних миль».
Справжньою метою створення ділянок було не полегшення життя мотористів, а демонстрація мізерності їхнього життя без добрих доріг. Програма передбачала будівництво бетонних ділянок не ближче, ніж шість миль від населених пунктів, у місцевості, яка була дуже складною для проїзду, особливо у сезон дощів. Ідея полягала в тому, щоб водій міг комфортно і зі швидкістю проїхати одну милю по бетонній дорозі та несподівано знову опинитися на ґрунтовій дорозі, у багнюці чи пилюці. Драматизм цього контрасту агітував за добрі дороги ліпше, ніж інші методи. Найвідомішим став інцидент 1922 року, коли після сильної зливи близько 500 автомобілів застрягли в багнюці між Айова-Сіті та Сідар-Рапідс (Айова) і ще сотні були заблоковані в заторах. Понад півтори тисячі футбольних вболівальників змушені були ночувати в автомобілях, шукати притулку у навколишніх фермах чи пішки пробиратися через поля до залізниці. Невдовзі після критичного освітлення цієї події у Чикаго Триб'юн урядом штату були випущені облігації для збирання коштів на будівництво доріг.
У 1919 адміністрація LHA заявила, що програма реклами бетонних доріг успішно завершена і «розсадні милі» більше споруджуватися не будуть:
«Ідеальна ділянка» Після закінчення Першої світової війни LHA перенесла акцент від реклами бетонних доріг до вироблення та узаконення дорожніх стандартів. З цією метою за щедрої підтримки спонсорів — United States Rubber Company і Portland Cement Association — у 1921 році спорудили бетонну ділянку дороги поблизу Даєр (Індіана) (завдовжки 1,3 милі, або 2,1 км, завширшки 12 м). Покриття дороги виконали з 25 см армованого бетону, воно мало дренаж, було освітлене, опорядковане газонами обабіч, облаштоване пішохідними доріжками. Окрім того, було багато зроблено для зручності та безпеки руху — заокруглені повороти й перехрестя, встановлені дорожні знаки, заборонені підземні комунікації під дорогою, рекламні щити, брудні узбіччя, перетини із залізничними коліями.
Ділянка була широко розрекламована у фаховій та громадській пресі у США та за кордоном. Її відвідували числені офіційні делегації, а газетярі назвали її «ідеальна ділянка» () майбутнього. Вона зберігалася у доброму стані понад сто років.