NAWIERZCHNIE DŁUGOWIECZNE KOLEJNY POZIOM EWOLUCJI W ROZWOJU DROGOWNICTWA

Transkrypt

1 NAWIERZCHNIE DŁUGOWIECZNE KOLEJNY POZIOM EWOLUCJI W ROZWOJU DROGOWNICTWA DR INŻ. ALEKSANDER ZBOROWSKI, DR INŻ. IGOR RUTTMAR KRAKOWSKIE DNI NAWIERZCHNI LISTOPADA 2014 KRAKÓW

2 SPROSTOWANIE Wbrew doniesieniom medialnym, autorzy nie wymyślili ponownie nawierzchni długowiecznych. Koła i prochu też nie, ale do końca roku został jeszcze ponad miesiąc REINVENTING THE WHEEL? Strona 2

3 WDROŻENIE KONCEPCJI NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNYCH EFEKT KONSEKWENTNEJ PRACY BADAWCZO-ROZWOJOWEJ EWOLUCJA A NIE REWOLUCJA Strona 3

4 ROZWÓJ PIERWSZYCH TECHNOLOGII BUDOWY DRÓG Drogi greckie Drogi rzymskie Konstrukcje nawierzchni Tresaguet Teleford MacAdam Smołowe nawierzchnie makadamowe Tarmac V-IV wiek p.n.e. IV-II wiek p.n.e. XVIII-XIX wiek Początek XX wieku Strona 4

5 W TRAKCIE EWOLUCJI POJAWIŁY SIĘ RÓWNIEŻ INNE ŚCIEŻKI ROZWOJU Drogi lodowe Alaska i Syberia Nawierzchnie z betonu cementowego Sunset Highway w Washington Drogi z desek Plank roads Yuma, Arizona Rok 1912 Początek XX wieku Strona 5

6 PRZYKŁAD EWOLUCJI KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI PODATNYCH W POLSCE Nf = 15 mln osi 115 kn Nf = 16,5 mln osi 115 kn Nf = 54 mln osi 115 kn Strona 6

7 NAWIERZCHNIA Z GRUBĄ WARSTWĄ SZTYWNEJ PODBUDOWY ASFALTOWEJ O GRUBYM UZIARNIENIU CZY TO ABY NA PEWNO NAJLEPSZE ROZWIĄZANIE? Żródło: Internet Strona 7

8 W JAKI SPOSÓB PRACUJĄ NAWIERZCHNIE PODATNE? Żródło: Nawierzchnie asfaltowe J.Piłat, P.Radziszewski, WKŁ 2007 Strona 8

9 CO ZROBIĆ ŻEBY NAWIERZCHNIA BYŁA TRWALSZA? Kryterium zmęczenia warstw asfaltowych Instytutu Asfaltowego wersja MEPDG (NCHRP 1-37A) VMA Strona 9

10 OGÓLNA KONCEPCJA NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNEJ Z ZASTOSOWANIEM WARSTWY ANTYZMĘCZENIOWEJ N f = ~ 50 lat Odnawialna w-wa ścieralna (np. SMA, BBTM, PA), mm mm Strefa dużego ściskania i ścinania Sztywna w-wa odporna na deformacje (np. AC WMS), mm ograniczenie max. odkształceń rozciągających μm/m Elastyczna warstwa antyzmęczeniowa mm Podbudowa pomocnicza ograniczenie max. odkształceń ściskających 200 μm/m Podłoże Źródło: D.E. Newcomb, R. Willis, D.H. Timm Perpetual asphalt pavements A Synthesis, Asphalt Pavement Alliance IM-40. Strona 10

11 Odkształcenie ε (log) Odkształcenie ε (log) DWA SPOSOBY UZYSKANIA DŁUGOWIECZNOŚCI NAWIERZCHNI ASFALTOWYCH Cel: Ograniczenie odkształceń rozciągających na spodzie warstw asfaltowych Zwiększenie grubości pakietu warstw asfaltowych e1 e1 e2 endurance limit e2 Trwałość zmęczeniowa N (log) Zastosowanie w podbudowie materiałów wyższej jakości e1 e2 endurance limit e1 e2 Trwałość zmęczeniowa N (log) Strona 11

12 HEAVY VEHICLE SIMULATOR HVS W POLSCE W 2008 R. Odcinek D Mini Perpetual Pavement SMA 8 A B D C AC WMS 16 20/30 AP DE 80C PROGRAM SPENS: KIEROWNICTWO IBDIM PARTNERZY: STRABAG, LAFARGE KRUSZYWA, ORLEN ASAFLT, TPA Strona 12

13 Szkoda zmęczeniowa [%] PROJEKT BADAWCZY SPENS, 2008 R. PORÓWNANIE SZKODY ZMĘCZENIOWEJ OSZACOWANEJ NA PODSTAWIE BADANIA HVS Perpetual D AC WMS A Nawierzchnia C Tradycyjna B kompozytowa AC Źródło: Obliczenie szkody zmęczeniowej wg HVS field test in Poland SPENS, W. Bańkowski, IBDIM Strona 13

14 PIERWSZE TESTY Z NAWIERZCHNIĄ DŁUGOWIECZNĄ ODCINEK DOŚWIADCZALNY W PRUSZKOWIE 2013 R. MMA MODYFIKOWANE GUMĄ Odcinek B Perpetual Pavement BBTM 8A asf. mod. gumą AC WMS 16 W PMB 25/55-60 BMTI Polska Sp. z o.o. AC AF asf. mod. gumą KIEROWNICTWO: POLSKI ASFALT PARTNERZY: STRABAG, POLITECHNIKA WARSZAWSKA, TPA, BMTI, URZĄD GMINY PRUSZKÓW Pruszków, woj. Mazowieckie, 2013r. Strona 14

15 Amplituda odkształcenia [μm/m] PRZEBIEG KRZYWEJ ZMĘCZENIOWEJ 4PB-PR (10 C, 10 HZ) WG PN-EN WŁAŚCIWOŚCI AC WMS 16 Z RÓŻNYMI LEPISZCZAMI y = x min y = x y = x y = 1.339,400x -0,161 y = x Liczba cykli N AC WMS 16 PMB 25/55-60 AC WMS 16 20/30 AC WMS 16 PMB 25/55-60 WM AC MWS 16 PMB 45/80-80 SM AC WMS 16 50/70+DU Strona 15

16 Odkształcenie ε 6 przy mln. cykli obciążeń [μmm/mm] Moduł sztywności 10 C, 10 Hz [MPa] MODUŁ SZTYWNOŚĆ ORAZ ODPORNOŚĆ NA ZMĘCZENIE 4PB-PR (10 ⁰C, 10 HZ) WŁAŚCIWOŚCI AC WMS 16 Z RÓŻNYMI LEPISZCZAMI min MPa AC WMS 16 20/30 AC WMS 16 PMB 25/55-60 AC WMS 16 50/70+DU AC WMS 16 PMB 25/55-60 WM AC WMS 16 PMB 45/ SM AC WMS 16 20/30 AC WMS 16 PMB 25/ AC WMS 16 50/70+DU AC WMS 16 PMB 25/55-60 WM min. 130 με AC WMS 16 PMB 45/80-80 SM Strona 16

17 Moduł sztywności 4PB-PR, 210με [⁰C] SPADEK MODUŁU SZTYWNOŚCI O 50 % ODPORNOŚĆ NA ZMĘCZENIE PRZY 210 ME 4PB-PR (10 C, 10 HZ) WŁAŚCIWOŚCI AC WMS 16 Z RÓŻNYMI LEPISZCZAMI Liczba cykli AC WMS 16 PMB 25/55-60 AC WMS 16 PMB 25/55-60 WM AC WMS 16 PMB 45/80-80 SM Strona 17

18 PORÓWNANIE KONSTRUKCJI NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNA & TRADYCYJNA N f = 142 mln osi 100 kn ~ 50 lat N f = 32 mln osi 100 kn ~20 lat Strona 18

19 Sumaryczne niezdyskontowane koszty [mln PLN] PORÓWNANIE ZAKŁADANYCH KOSZTÓW INWESTYCYJNYCH I REMONTOWYCH 250 Długowieczna 200 Tradycyjna Rok Strona 19

20 DROGA EKSPRESOWA S8 OPACZ-PASZKÓW KONTRAKT PROJEKTUJ I BUDUJ ODCINEK PRÓBNY, R. WARSTWA ANTYZMĘCZENIOWA Materiał: AC AF 16 PMB 45/80-70 Polygum Zawartość wolnej przestrzeni: 1,0% 3,0% Sztywność mma: min MPa Odporności na zmęczenie: ɛ6-260 Odporność na koleinowanie: WTS AIR 0,15; PRD AIR 7,0 Strona 20

21 ODCINEK PRÓBNY, R. WARSTWA WIĄŻĄCA AC WMS PMB 25/55-60 Strona 21

22 DALSZY ROZWÓJ WYMAGA INFRASTRUKTURY DO PRZYSPIESZONEJ WERYFIKACJI TRWAŁOŚCI NOWYCH ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH I MATERIAŁOWYCH LCPC Manege HVS MLS10 i MLS66 Strona 22

23 BO EWOLUCJA NIGDY SIĘ NIE KOŃCZY Strona 23

24 DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ Strona 24