Możliwości stosowania kruszyw polodowcowych do warstw konstrukcyjnych asfaltowych nawierzchni drogowych prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski, Politechnika Warszawska prof. dr hab. inż. Jerzy Piłat, Politechnika Warszawska Jakość robót drogowych i jej kontrola Ostróda 7-8 października 2010 r.
Zasady zrównoważonego rozwoju Rezolucja ONZ 1987 Zaspokajając potrzeby obecne nie ograniczajmy przyszłym pokoleniom możliwości zaspokojenia ich potrzeb Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 2
Rozporządzenie UE Obiekt budowlany powinien być tak zaprojektowany, zrealizowany a także użytkowany po wyeksploatowaniu, rozebrany w sposób zgodny z wymaganiami zrównoważonego rozwoju Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 3
Zrównoważony rozwój Cykl życia budowli Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 4
Zrównoważenie rozwoju budownictwa definiuje się w aspekcie: ekologicznym, ekonomicznym, socjalnym. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 5
Budownictwo spełniające zasady zrównoważonego rozwoju: zaprojektowane oszczędnie, minimum energii przy wznoszeniu i użytkowaniu, brak zanieczyszczenia środowiska, ochrona otaczającego środowiska, ochrona zasobów wody, zapewniające ludziom komfort, szanujące lokalny mikroklimat. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 6
Konstrukcja nawierzchni asfaltowej 95% to kruszywo Warstwa ścieralna Podbudowa zasadnicza Podbudowa pomocnicza Warstwa wiążąca Podbudowa Podłoże ulepszone Nawierzchnia Podłoże Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 7
Podział i klasyfikacja kruszyw wg PN-EN Poddano analizie zmiany w klasyfikacji kruszyw jakie zaszły po zastąpieniu norm PN normami PN-EN. PODZIAŁ KRUSZYW wg PN: Kruszywa PODZIAŁ KRUSZYW wg PN-EN: Kruszywa Naturalne Łamane Naturalne Sztuczne Z recyklingu KLASA podział kruszyw ze względu na właściwości fizyczne (klasa I, II, III) Wymagania wobec kruszywa GATUNEK podział kruszyw ze względu na sposób i jakość produkcji (gatunek 1,2,3) Geometryczne Fizyczne Chemiczne Gęstość ziaren i nasiąkliwość Trwałość Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 8
Historia powstania kruszyw polodowcowych Kruszywa polodowcowe to kruszywa żwirowo-piaskowe powstałe dzięki działalności lodowców czwartorzędowych. Lądolód nasuwał się na obszar Polski czterokrotnie (zlodowacenia: podlaskie, południowopolskie, środkowopolskie i północnopolskie). Materiał skalny był transportowany przez lodowiec w procesie egzaracji. Lodowiec zostawił za sobą formy polodowcowe: moreny czołowe, denne, drumliny, ozy, kemy, głazy narzutowe, sandry, pradoliny. Formy polodowcowe stanowią złoża kruszyw naturalnych takich jak: iły, gliny, piaski, żwiry, otoczaki, głazy narzutowe. Lodowiec. Erozja lodowcowa. Maksymalny zasięg lądolodu w Europie. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 9
Zasoby [mln ton] Występowanie i zasoby kruszyw w Polsce Kruszywo kamienne: W Polsce skały osadowe stanowią 47%, skały magmowe 44% i metamorficzne 9%. Skały magmowe i metamorficzne występują prawie w całości na Dolnym Śląsku. Skały osadowe eksploatuje się w Polsce środkowej i południowej. Zasoby geologiczne udokumentowane w 660 złożach wynoszą 9 203 mln ton. Kruszywo żwirowo-piaskowe: Kopalinę stanowi kruszywo grube (żwiry, pospółki) i kruszywo drobne (piaski). Największe zasoby znajdują się w woj. Dolnośląskim, Małopolskim, Opolskim i Podlaskim. Zasoby geologiczne udokumentowane w 6625 złożach wynoszą 15 649 mln ton. 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 1 947 196 DOLNOŚLĄSKIE KUJAWSKO-POMORSKIE LUBELSKIE 901 1 019 LUBUSKIE ŁÓDZKIE 439 MAŁOPOLSKIE 1 778 1 008 MAZOWIECKIE 1 394 OPOLSKIE PODKARPACKIE 1 070 1 182 PODLASKIE Województwa 639 POMORSKIE 829 610 ŚLĄSKIE ŚWIĘTOKRZYSKIE Zasoby kruszywa naturalnego żwirowo-piaszczystego w Polsce 914 WARMIŃSKO-MAZURSKIE 720 WIELKOPOLSKIE 1 002 ZACHODNIOPOMORSKIE Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 10
Producenci oraz wydobycie kruszyw polodowcowych Wydobycie kruszyw naturalnych piaskowo-żwirów wyniosło w Polsce w 2008 r. 150,03 mln ton i z każdym rokiem rośnie. Województwo Podlaskie zalicza się do liderów z wydobyciem na poziomie 11,5 mln ton. Najwięksi producenci kruszyw na obszarze Podlasia to: Zakład Produkcji Kruszyw Szumowo (złoża: Kutyski, Przyborowo, Wąsewo, Osowo, Szumowo, Rostki, Borowce, Rożyńsk) Białostockie Kopalnie Surowców Mineralnych (złoża: Zadworzany, Zadworzany II, Zadworzany III oraz Racewo), Suwalskie Kopalnie Surowców Mineralnych (złoża Potasznia, Sobolewo/Las Suwalski, Chrzanowo) Przedsiębiorstwo Produkcji Materiałów Drogowych Kruszbet z Suwałk (złoża: Stożne V, Łęgowo, Sobolewo C, Sobolewo C-I, Krzywe I, Potasznia III, Stożne VI oraz Kiliany ) Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 11
Złoża kruszyw polodowcowych w regionie Polski północno-wschodniej badania kruszyw ze złóż Producentów: Kruszbet (Suwałki, Stożne I, Stożne II), Szumowo (Szumowo, Kutaski), Racewo. złoża surowcowe pochodzące z osadów czwartorzędowych takich jak: piaski, żwiry glacofluwialne i morenowe, mieszanki (pospółka), otaczaki oraz głazy narzutowe Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 12
Suwalski masyw skał głębinowych o Krzemianka o Udryń o Jeleniewo o Szurpiły Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 13
Suwalski masyw skał głębinowych Głębokość 800 2000m Rudy magnetytowo-tytanowo-wanadowe Skały Noryty (zawartość SiO 2 : 39-41%), gabro anortyzyty (zawartość SiO 2 : 47-51%), labradoryt Według Surowce skalne Polski S. Kozłowski, Warszawa 1986 Skały jako surowiec odpadowy produkcja kruszywa 2,0 mln ton/rok Labradoryty cenny surowiec ozdobny i budowlany? Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 14
Ocena przydatności kruszyw polodowcowych do MMA pod względem spełnienia wymaganych właściwości Poddano analizie właściwości trzynastu rodzajów kruszyw kopalni Kruszbet: Żwir płukany spełnia wymagania dla dolnych warstw dróg niższych kategorii KR 1-2. Żwir kruszony można stosować już do wszystkich warstw KR 1-4. Grys nadaje się do wszystkich warstw KR1-6. Żwiry oraz grysy nie spełniają warunku nasiąkliwości W cm 0,5 ale badanie mrozoodporności klasyfikują te kruszywa jako mrozoodporne. Kruszywa polodowcowe spełniają wymagania WT-1. Rodzaj badania Wymagania wg. WT-1 Kruszywo z kopalni Kruszbet Suwałki SMA KR5-6 grys 6,3-12,5 Uziarnienie G C 90/15 G C 90/10 Zawartość pyłów f 2 f 0,5 Jakość pyłów-kr. drobne MB F 10 MB F 10 Procentowa zawartość ziaren o powierzchni przekr. i łam. Kształt kruszywa Odporność kruszywa na rozdrabnianie Odporność kruszywa na polerowanie Gęstość ziaren C 100/0 C 100/0 Fl 20 Fl 10 Sl 20 Sl 15 LA 25 LA 25 PSV 50 PSV 50 ρ a deklarowana przez 2,65 ρ rd producenta 2,59 ρ ssd 2,61 Grube zanieczyszczenia lekkie m LPC 0,1 m LPC 0,1 Nasiąkliwość W cm 0,5 W cm 1 Mrozoodporność F 1 F NaCl 7 F NaCl 5 Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 15
Adhezja (przyczepność, powinowactwo) Podstawowe rodzaje przyczepności: mechaniczna (bierna lub względna) fizykochemiczna (właściwa, czynna) Rodzaje te uzupełniają się wzajemnie! W zależności od powierzchni zwilżanej (materiału mineralnego) i cieczy zwilżającej (lepiszcza) jeden z rodzajów przyczepności może mieć zasadnicze znaczenie Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL
Analiza ekonomiczna zastosowania kruszyw polodowcowych dla północno wschodniej Polski Skalkulowano koszty produkcji 40 recept mieszanek MMA. W wycenie uwzględniono trzy warianty lokalizacji przyszłych inwestycji drogowych: Warszawa, Białystok, Augustów. Wyceniono MMA na warstwy: podbudowy, wiążącą i ścieralną dla KR1-2, KR3-4 oraz KR 5-6. Zastosowano kruszywa: polodowcowe (żwir sortowany i kruszony z kopalni Kruszbet w Suwałkach, grys z kopalni SKSM Las Suwalski), z przekruszonych skał (grys wapienny z kopalni Miedzianka woj. Świętokrzyskie, melafir z kopalni w Czarnym Borze woj. Dolnośląskie gabro z kopalni Słupiec woj. Dolnośląskie). Koszt kruszyw odpowiada aktualnej ofercie handlowej kopalń dla dużych odbiorców. Skalkulowany koszt transportu uzależniony jest od odległości dostawy i odpowiada aktualnym cenom producentów kruszyw i firm transportowych. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 17
Koszty MMA z uwzględnieniem kosztów transportu kruszywa Koszt 1 tony SMA11 dla KR 5-6: Warszawa: 225,09 zł/t, Białystok: 243,97 zł/t, Augustów: 249,83 zł/t, Augustów Koszt 1 tony AC16W dla KR 3-4: Warszawa: 166,48 zł/t, Białystok: 185,02 zł/t, Augustów: 191,00 zł/t, Koszt 1 tony AC22P dla KR 1-2: Warszawa: 138,74 zł/t, Białystok: 161,1 zł/t, Augustów: 167,58 zł/t, Czarny Bór Wzrost kosztów transportu wraz ze wzrostem odległości. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 18
Porównanie cen MMA zaprojektowanych na kruszywach polodowcowych i na kruszywach ze skał z południa Polski Ceny MMA dla Białegostoku [zł/t] Ceny MMA dla Augustowa [zł/t] 208,42 183,94 203,62 Kruszywa z południa Polski 214,29 189,94 209,58 155,52 139,21 166,31 Kruszywa polodowcowe 149,38 127,50 154,76 AC11S KR1-2 AC22P KR 3-4 AC16W KR 5-6 AC11S KR1-2 AC22P KR 3-4 AC16W KR 5-6 Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 19
Analiza kosztów budowy drogi gminnej, wojewódzkiej i ekspresowej przy zastosowaniu kruszyw polodowcowych Wykorzystując zaprojektowane i wycenione MMA dokonano analizy finansowej: Budowy 10 km drogi gminnej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem nie utwardzonym. warstwa ścieralna AC 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 9cm Budowy 10 km drogi wojewódzkiej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem utwardzonym. warstwa ścieralna AC 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 16 W gr. 8cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 10cm Budowy 10 km drogi ekspresowej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem utwardzonym. warstwa ścieralna SMA 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 16 W gr. 8cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 18cm Przeprowadzono obliczenia: Ułożenia MMA, otrzymano 14,29 zł/t Transportu MMA z miejsca produkcji do wbudowania, otrzymano 9 zł/t ( na odległość 30km). Oczyszczenia i skropienia podłoża, otrzymano 1,15 zł/m2 Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 20
Analiza kosztów budowy Koszt budowy 10 km drogi gminnej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 6 111 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 4 970 000 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Koszt budowy 10 km drogi wojewódzkiej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 14 961 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 12 718 000 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Koszt budowy 10 km drogi ekspresowej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 44 594 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 37 943 400 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 21
Wnioski Kruszywa polodowcowe na terenie Polski powstały w wyniku działalności lodowców głównie czwartorzędowych. Województwo podlaskie posiada jedne z największych zasobów kruszywa naturalnego piaskowo-żwirowego w Polsce i jest jednym z liderów pod względem jego wydobycia. Kruszywa polodowcowe nadają się do stosowania do mieszanek mineralno-asfaltowych wszystkich kategorii ruchu. Korzyści wynikające z zastosowania lokalnych kruszyw polodowcowych w stosunku do kruszyw ze skał litych z południa Polski to oszczędność: - dla warstwy podbudowy 50,16 zł na tonie, - dla warstwy wiążącej 45,07 zł/t, - dla warstwy ścieralnej 50,85 zł/t. Stosując kruszywa polodowcowe można wybudować nie 10 km lecz 12 km nawierzchni drogi w okolicy Białegostoku, a w rejonie Augustowa 13 km nawierzchni. Przeprowadzona analiza zasobów i wydobycia kruszyw polodowcowych w regionie północno-wschodnim Polski wykazała, że zakłady produkujące kruszywa będą w stanie sprostać zapotrzebowaniu na kruszywo dla drogownictwa w długim okresie czasowym. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 22
Dziękuję za uwagę Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 23