Макада́м — тип дорожнього покриття, в якому одномірний щебінь дрібних фракцій вкладають пошарово і старанно ущільнюють. Зазвичай для верхніх шарів береться щебінь дрібніших фракцій, ніж для нижніх. Пилуваті частинки, утворені під час подрібнення та ущільнення щебеню, слугують мінеральними в'яжучими речовинами. Щебеневі шари вкладають з невеликим підвищенням над земляною поверхнею, а поверхні дороги надають поперечного похилу для відведення дощових вод. Опісля таке покриття для збільшення міцності, водонепроникності, усунення пилоутворення може бути оброблене іншим в'яжучим матеріалом (наприклад, дьогтем, бітумом, цементом, вапном).
Назва дорожнього покриття пішла від імені шотландського інженера Джона Макадама, який перший системно впровадив таку технологію в 20-х роках XIX століття. На той час це був найпрогресивніший і найтехнологічніший метод будівництва дороги. Основа сучасного дорожнього одягу влаштовується саме за цим методом.
Історичні передумови Розквіт дорожнього будівництва в період Стародавнього Риму змінився занепадом побудованої мережі доріг і застоєм у технології будівництва в епоху феодалізму. Натуральне господарство епохи феодалізму не потребувало далеких перевезень і не мало матеріальної бази для побудови доріг.
Промисловий бум, що настав насамперед в Англії, значно підвищив вимоги до перевезення сировини, палива та готової продукції. Збільшилася також рухомість та міграція населення. Водночас «засоби транспорту й комунікації, що перейшли від мануфактурного періоду, перетворились незабаром у нестерпні пута для великої промисловості».
Стан доріг у Європі на початку XIX століття був дуже поганим. В Англії цю тему часто обговорювали на засіданнях парламентської комісії представників поштового відомства і власників компаній диліжансів:
Трохи кращими були справи у Франції, де в період абсолютизму та наполеонівських війн будували нові дороги та доглядали за вже наявними.
Вимоги до транспорту істотно підвищилися і для поліпшення умов перевезень у всіх країнах Європи розпочали будівництво доріг із твердим покриттям. Аж до XVI—XVII століть римські дороги все ще вважалися неперевершеними взірцями техніки дорожнього будівництва. Проте методи будівництва доріг рабовласницького суспільства виявилися непридатними для нових історичних умов. Стало вже неможливим витрачати значну кількість ручної праці та матеріалів на вкладання дороги. Виникла нагальна потреба у зменшенні обсягів робіт і зниженні вартості будівництва, у раціональнішому використанні кам'яних матеріалів.
Попередники
П'єр-Марі-Жером Трезаге
Француз (Pierre-Marie-Jérôme Trésaguet) вважається першим, хто почав вдосконалювати методи будівництва доріг за стандартами Стародавнього Риму. Виходець із сім'ї інженерів, він на початку своєї кар'єри працював молодшим інспектором мостів та доріг у Парижі (1757—1764). Обійнявши посаду головного інженера дорожніх конструкцій у Ліможі, Трезаге мав можливість розробити і перевірити на практиці кращі й дешевші способи будівництва дорожніх покриттів. Успішність його методів була визнана призначенням Трезаге головним інспектором () доріг Франції. На цій посаді він зробив нову технологію стандартом для країни.
Трезаге пропонував конструкцію дорожнього одягу з трьох шарів щебеню (каменю), які вкладали на ґрунтову основу. Відпрофільована основа мала поперечні похили і бокові канави для відведення води. Перший, нижній, шар викладали з великого каменю розміром до 20 см, наступний — з дробленого вручну каменю з найбільшим розміром 3 французькі дюйми (8,1 см), товщиною шару приблизно 8 дюймів (21,7 см). Третій шар, завтовшки 2 дюйми (5,4 см), був із зерен розміром 1 дюйм (2,7 см). Він створював рівнішу поверхню і захищав нижні шари з більшого щебеню від руйнування колесами возів і кінськими підковами.
Дорожнє покриття пропонувалося вкладати в рівень з поверхнею місцевості, тому для щебеневих шарів спочатку викопували траншею. Це створювало проблеми з водовідведенням на стадії будівництва. Для відведення води з поверхні готового покриття його робили щільним і з поперечним похилом. Обабіч дороги прокладали бокові канави.
Проте окремі рішення щодо профілю дороги були очевидно невдалими. Наприклад, на крутих спусках вода швидко розмивала неукріплені кювети та руйнувала дорогу. Трезаге пропонував робити увігнутий поперечник дороги, в якому вода збиралася б на дорозі і періодично перехоплювалася б поперечними канавами. Від такої геометрії поперечника невдовзі відмовилися.
Томас Телфорд
Шотландець Томас Телфорд (Thomas Telford), за фахом геодезист та інженер, впроваджував метод Трезаге в Англії. Обіймаючи посаду директора Дорожньої комісії у Голігеді, протягом 1815—1830 років він розвинув теорії Трезаге, приділяючи більше уваги використанню високоякісного кам'яного матеріалу. Він вважав, що деяких проблем, з якими стикалися дорожники у Франції, можна уникнути, якщо для нижнього шару дорожнього покриття брати каміння кубічної форми.
Телфорд використовував грубо обламані кам'яні брили, розміром 12×10×6 англійських дюймів (30 см×25 см×15 см), в яких нижній бік мав більш-менш рівну поверхню. Брили викладали на ґрунтову основу довшою стороною поперек дороги, з дотриманням перев'язки, як при цегляному муруванні.
Простір між каменями заповнювали дрібним щебенем, наверх вкладали шар каменю, завтовшки до 15 см (розмір зерен — до 6 см), і вирівнювали поверхню шаром дрібного гравію та каменю. Така конструкція отримала назву «Кладка Телфорда», або «Бруківка Телфорда». Український технічний термін такої кладки — «пакеляж». Всюди, де було можливо, дорогу підіймали над рівнем місцевості. Там, де це було складно зробити, Телфорд влаштовував дренаж. Попередники Телфорда в Англії ігнорували проблеми водовідведення, тому це нововведення було основним внеском Телфорда в дорожнє будівництво в Англії. Інженер-будівельник Джон Меткалф (), сучасник Телфорда, теж стверджував, що дренаж є важливим елементом і здивував тодішніх будівельників, побудувавши дорогу через болото. Для нижніх шарів він використав кущі чагарників, які слугували як дренувальний шар та .
Конструкція Телфорда загалом була дорога́, оскільки потребувала значних затрат праці кваліфікованих каменярів.
Метод Телфорда для невеликого міста. (Массачусетс), 1902.Вкладання основи дороги за методом Телфорда. Вестфілд (Массачусетс), 1886
Впровадження макадаму
Джон Макадам Джон Лаудон Макадам (John Loudon McAdam) народився 1756 року в Ер (Шотландія). Пропрацювавши сім років на посаді управляючого платної дороги в Лоулендсі, він згодом перебрався до Бристоля й обійняв посаду уповноваженого із замощування доріг (1806 р.). Ще через кілька років був обраний Генеральним наглядачем у тресті платних доріг (). На цій посаді Джон Макадам почав втілювати в практику свої ідеї щодо конструкцій дорожнього покриття. Невдовзі була побудована перша ділянка такої дороги в районі Аштон-Гейт поблизу Бристоля.
Свої ідеї Макадам виклав у двох брошурах: «Огляд сучасної системи спорудження доріг» (), яка витримала вісім перевидань між 1816 та 1827 роками, і «Практичний досвід наукового ремонту та збереження громадських доріг».
Метод макадам
Метод Макадама був простим і водночас ефективним для дорожніх потреб. Джон виявив, що можна обійтися без масивного фундаменту для дороги (що було успадковане ще з римських часів). Натомість природний ґрунт може витримати будь-яке навантаження, якщо він захищений від зволоження. На відміну від Телфорда та інших дорожників того часу, Макадам вкладав покриття якомога рівніше. Дорога, завширшки 9 м, мала лише 7,5 см підйому в центрі. Випуклість дороги та її перевищення над рівнем води дозволяли дощовій воді стікати до бічних канав.
Розмір каміння був основним критерієм. Нижній шар (8 дюймів, або 20 см) вкладали з каменю, розміром не більше 3 дюймів (7,5 см). Верхній шар (2 дюйми, або 5 см) був з каменю, розміром до 3/4 дюйма (20 мм). Вкладання матеріалу контролював інспектор, який вибірково зважував каміння кожного шару. Для приблизного оцінювання розміру каміння робітникам давали пораду, що камінь повинен поміститися в роті. Важливість розміру каміння верхнього шару покриття в тому, що він повинен бути меншим за ширину колеса транспортного воза (4 дюйми, або 10 см).
Макадам вірив, що «правильний метод» дроблення каменю, який поєднує акуратність та швидкість, повинен виконуватися вручну. Каменярі, сидячи обабіч дороги з невеликими молотками, мають розбивати каміння так, щоб жоден шматок не був важчим за 6 унцій (180 г). Він також писав, що якість дороги залежить від того, наскільки старанно кам'яний матеріал розподілений по поверхні дороги.
Описуючи технологію дорожніх робіт, Макадам вказував, що каміння, видалене з дороги або привезене з іншого місця, має бути складене вздовж дороги «маленькими купками, і жінки, хлопчики чи старі люди, які колись займалися важкою працею, повинні дробити його маленькими молоточками, щоб воно (каміння) важило не більше шести унцій». Молотки повинні бути загартовані, на короткій ручці, вагою близько одного фунта (0,45 кг), з головкою перерізом як «новий шилінг» (приблизно 22 мм). Макадам допускав можливість використання мірних кілець для контролю за розміром каміння. Шестиунцевий камінь мав бути розміром 4-4,5 см. Але все ж вимагав, щоб усі керівники будов завжди «носили в кишені ваги і шестиунцеву гирю і, підходячи до купи каміння, зважували одну або дві невеликі щебінки». Цим якоюсь мірою контролювався і мінералогічний склад щебеню, оскільки за візуально рівного об'єму міцніший щебінь повинен мати більшу вагу.
Технологія будівництва, запропонована Макадамом, найкраще відповідала умовам Англії тих часів. Дроблення каменю і вкладання щебеневої основи не потребувало кваліфікованих робітників. Робоча сила була дуже дешевою і, хоча у США вже були винайдені каменедробарки, «Англійці їх не вживають, бо „нещасний“ (wretch — нещасний — технічний вислів в англійській політичній економії для означення рільничих робітників), що виконує цю працю, дістає оплату такої незначної частини своєї праці, що машини здорожчили б цю продукцію для капіталіста». Киркування покрить за ремонтів і перебудов вважалося роботою для чоловіків, прибирання матеріалу і дроблення каміння — «роботою жінок і дітей».
Макадам вказував, що не слід використовувати матеріали, які вбирають воду і руйнуються від замерзання. Також ніщо не повинно вкладатися на чистий камінь, щоб зцементувати його. Транспорт, проїжджаючи такою кам'яною поверхнею, буде кришити каміння і утворювати щільну водонепроникну поверхню.
Хоча і Телфорд, і Макадам визнавали важливість ущільнення котками для утворення рівної поверхні дороги, все ж вони вважали, що буденного (експлуатаційного) навантаження від коліс цілком достатньо для покриття дороги. На їхню думку, ущільнення котками може кришити каміння, руйнувати його механічні зв'язки і скорочувати термін експлуатації дороги. На початку 1830-х французи намагалися впровадити ущільнення щебеню кінними котками як стандартну технологію для макадаму, але коні не могли тягнути достатньо важкий коток. Ця проблема була вирішена лише наприкінці 1850-х років, коли у Бордо вперше застосували паровий самохідний коток.
На своєму досвіді Макадам переконався, що шари дробленого з кутуватою поверхнею каменю будуть працювати як щільне тіло і не потребуватимуть великих каменів для основи, як це практикувалося його попередниками. Дрібне каміння верхнього шару створює добру і рівну поверхню дороги для руху коліс, настільки довго, поки вдається відводити з неї воду.
Основні положення
Макадам не виклав свої ідеї у скороченому переліку чи описі, а подавав їх у різних місцях своєї книги в ході накопичення свого практичного досвіду. Суть їх зводиться до такого:
Міцність дороги забезпечується ґрунтовою основою :
Роль дорожнього одягу зводиться переважно до захисту природної основи від розмокання:
Дорожнє покриття не повинно бути у кориті, а має підвищуватися над поверхнею землі:
Дорожнє покриття повинно бути рівним, зв'язаним і водонепроникним: