Beton asfaltowy AC WMS, jako jedyny skuteczny sposób walki z koleinowaniem? Jasne nawierzchnie jako skuteczna metoda zapobiegania zjawisku koleinowania nawierzchni Erwin Filipczyk Śląskie Kruszywa Naturalne Pokrzywna 17-18 styczeń 2013
Wymagania wobec nawierzchni Wymagania wobec nawierzchni z punktu widzenia użytkownika głównie związane z bezpieczeństwem i komfortem: Równość i brak spękań Szorstkość Niska głośność Dobra widoczność (szczególnie o zmroku lub/i przy mokrej nawierzchni Długowieczność Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 2
Wymagania wobec nawierzchni Wymagania wobec nawierzchni z punktu widzenia zarządcy drogi: w/wymienione Długowieczność. Odporność na koleinowanie. Trwałość zmęczeniowa Brak spękań (odbitych i niskotemperaturowych) Ekonomiczna opłacalność. Relacja kosztu do efektywności. Możliwie niskie koszty eksploatacji nawierzchni Bieżące utrzymanie: naprawy, remonty Koszty oświetlenia ulicznego. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 3
Wymagania wobec nawierzchni Najistotniejsze wymagania wspólne Komfort użytkownika: Równość Szorstkość, Dobra widoczność Efektywność ekonomiczna: Długowieczność nawierzchni Niski koszt utrzymania i eksploatacji Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 4
Wymagania wobec nawierzchni Zjawisko koleinowania nawierzchni jako zasadnicza przyczyna niespełnienia w/w wymagań: Znaczące zmniejszenie bezpieczeństwa i komfortu użytkowników: Brak równości Zjawisko aquaplanningu w koleinach Wysokie koszty społeczne i eksploatacyjne Wysoka wypadkowość Wysokie koszty utrzymania i napraw; bezpośrednie i pośrednie. Wyższe zużycie paliwa wyższe koszty transportu Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 5
Wymagania wobec nawierzchni Główne przyczyny występowania zjawiska koleinowania: Wysokie natężenie ruchu z wysokim udziałem samochodów ciężarowych Ruch pojazdów jednym śladem Wolny ruch pojazdów (podjazdy pod góry, korki) Stosowanie opon pojedynczych o wysokim ciśnieniu Niewłaściwy dobór MMA, błędy przy wbudowywaniu, zagęszczaniu Utrzymująca się w dłuższym czasie wysoka temperatura nawierzchni Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 6
Sposoby walki z koleinowaniem Sposoby przeciwdziałania zjawisku koleinowania: Zmiany składu mieszanek min.-asfaltowych (Zeszyty IBDiM nr 48 i 49). Zmniejszenie zawartości asfaltu, przedwczesne starzenie się nawierzchni Stosowanie asfaltów modyfikowanych lub/i twardych Nawierzchnie o wysokim module sztywności (WMS) Stosowanie dodatków chemicznych Nawierzchnie jasne lub rozjaśnione. Nawierzchnie betonowe. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 7
WMS założenia i rzeczywistość ZAŁOŻENIA: Uzyskanie nawierzchni długowiecznych (30 40 lat) odpornych na koleinowanie i zmęczenie Obniżenie kosztów budowy i eksploatacji i Redukcja grubości warstw o 5-6 cm Zastosowanie kruszyw gorszej jakości RZECZYWISTOŚĆ : Podwyższenie kosztów; Brak istotnej redukcji grubości warstw Znacząco wyższy koszt ze względu na wyższe zużycie asfaltów 5-5,2% ( BA - 3,8-4,0%), stosowanie asfaltów modyfikowanych (znacząco droższych) Liczne spękania źle prognozują długowieczności Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 8
Zalety i wady WMS Zalety: Wysoka odporność nawierzchni na koleinowanie Podwyższona nośność konstrukcji nawierzchni Wady: Niska odporność na działanie niskich temperatur Spękania nawierzchni Konieczność stosowania asfaltów twardych Podwyższone reżimy technologiczne Konieczność przykrywania warstwy wiążącej przed sezonem zimowym. Konieczność bieżącego monitorowania i uszczelniania planowych spękań Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 9
Warunki klimatyczne w Polsce Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 10
Warunki klimatyczne w Polsce Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 11
Nawierzchnie jasne ZALETY NAWIERZCHNI JASNYCH: Bezpieczeństwo uczestników ruchu Znacznie lepsza widoczność w porze nocnej, lub/i w przypadku mokrych nawierzchni. Zwiększenie kontrastowości a przez to lepsza rozpoznawalności obiektów. Szczególnie istotne przy ciemnych obiektach na ciemnych nawierzchniach Zmniejszenie efektu oślepienia ze względu na odbicia lustrzane światła padającego od reflektorów pojazdów (odbicia dyfuzyjne) Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 12
Nawierzchnie jasne Zwiększenie trwałości (długowieczności) nawierzchni poprzez obniżenie temperatury nawierzchni od 8 do10 o C w stosunku do nawierzchni ciemnych Odporność na koleinowanie, Odporność zmęczeniowa, Możliwość stosowania asfaltów bardziej miękkich, o wyższej odporności na działanie niskiej, ujemnej temperatury. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 13
Nawierzchnie jasne Efekty ekonomiczne jasnych nawierzchni: Na etapie budowy: Możliwość stosowania zwykłych betonów asfaltowych w podbudowach i w. wiążących Koszt budowy jasnych warstw ścieralnych w Polsce nie jest w żaden sposób wyższy od tradycyjnych Na etapie eksploatacji. Znaczące oszczędności w oświetleniu dróg i ulic o jasnych nawierzchniach. (Moc źródeł światła, odległość pomiędzy źródłami światła). Zwiększona długowieczność (trwałość) nawierzchni. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 14
Nawierzchnie jasne Znacząca redukcja efektu miejskich wysp gorąca w dużych aglomeracjach miejskich Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 15
Nawierzchnie jasne Efekt miejskich wysp gorąca : Wyższe koszty klimatyzacji Negatywny wpływ na zdrowie Spadek sprawności i wydajności u ludzi Wzrost ryzyka wypadkowości Kwestia ograniczenia wzrostu temperatur nie jest kwestią jedynie komfortu ale koniecznością życiową! Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 16
Nawierzchnie jasne Sposoby uzyskania efektu jasnej nawierzchni: Stosowanie jasnych kruszyw Stosowanie sztucznych (bezbarwnych lub barwionych jasnymi pigmentami) asfaltów Stosowanie jasnych kruszyw do uszorstniania nawierzchni. Piaskowanie nawierzchni celem uzyskania natychmiastowego efektu rozjaśnienia. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 17
Kruszywo jako zdecydowanie najważniejszy czynnik do rozjaśniania nawierzchni Kruszywa sztuczne np. spiekany krzemień Zalety: Kolor bardzo jasny, praktycznie biały. Wysoki wskaźnik luminancji > 0,40 [(cd/m 2 )/lx] Niewielki spadek luminancji w stanie wilgotnym (20%) Wysoki wskaźnik PSV (57) Wady: Wysoka cena: od 57 do 80 /t (ok 330 PLN/t) Znacznie trudniejsza dostępność na rynku polskim Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 18
Kruszywo jako zdecydowanie najważniejszy czynnik do rozjaśniania nawierzchni Kruszywa naturalne Zalety: Powszechna dostępność na rynku polskim Cena porównywalna do cen innych kruszyw Kolor ciemniejszy od białego, lecz wystarczająco jasny 15-35[(cd/m 2 )/lx] Wady: Większy spadek luminancji w stanie wilgotnym Nie wszystkie kruszywa spełniają wymagania w zakresie ścieralności, polerowalności lub przyczpności Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 19
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia niemieckie (Hamburg, Dolna Saksonia) Przepisy i wytyczne 1954. Zastosowanie kruszyw rozjaśniających. Kruszywa sztuczne i naturalne głównie skandynawskie 1961. Ukazanie się pierwszych wytyczne technicznych do rozjaśniania nawierzchni bitumicznych. 1968. Wprowadzenie do niemieckich przepisów ZTV/Stb- Hmb 68, jako warunku technicznego dla Hamburga i landu Dolna Saksonia. 2004. Wydanie przez Północnoniemiecką Grupę Ekspertów do Jasnych Nawierzchni poradnika do ogólnego stosowania: Praktyczne Wskazówki do Budowy Jasnych Nawierzchni Asfaltowych 2010. Wydanie przez FGSV dokumentu roboczego: Właściwości Refleksyjne Kruszyw i Nawierzchni Asfaltowych. Śladowe wzmianki w literaturze fachowej nt EME Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 20
Porównanie warunków Dane za 2010: Maksymalne natężenie ruchu: 75 020 pojazdów/24h Średnie natężenie ruchu: ok 30 000 pojazdów/24h Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 21
Porównanie warunków Dane za 2010: Maksymalne natężenie ruchu: 126 000 pojazdów/24h (sam cięż. 23 940) Średnie natężenie ruchu: ok 85 000 pojazdów/24h (sam cięż. 14 400) Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 22
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia niemieckie Badania wykazały obniżenie temperatury nawierzchni średnio o 8 10 o C (SMA 0/8), przy zastosowaniu: Kruszywo > 2mm 68% Asfalt modyfikowany polimerami 25/50-55 Kruszywo rozjaśniające: kruszywo sztuczne 25%. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 23
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia niemieckie Zależność głębokości koleiny od twardości asfaltu (badanie penetracji) i temperatury nawierzchni Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 24
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia niemieckie Pomiar [L.P.] Temperatura [ o C] Głębokość pomiaru [cm] Temperatur a [ o C] Głębokość pomiaru [cm] Gradient temperatury [ o C/cm] Temperatura [ o C] Głębokość pomiaru [cm] Temperatura [ o C] Głębokość pomiaru [cm] Gradient temperatury [ o C/cm] I 51,90 1,75 42,90 12,00 0,98 42,90 12,00 36,20 30,00 0,37 II 42,80 2,00 32,00 19,00 0,57 III 52,00 0,00 34,00 10,00 1,80 34,00 10,00 26,50 30,00 0,375 IV 45,00 0,00 35,50 10,00 0,95 35,50 10,00 24,00 35,00 0,46 V 55,00 2,00 39,00 11,00 1,78 39,00 11,00 30,00 25,00 0,64 VI 53,00 0,00 40,00 11,00 1,18 VII 49,00 0,00 43,75 8,00 0,66 VIII 42,1-50,90 1,00 35,30-43,20 8,00 0,97-1,27 IX 53,80-70,00 0,00 41,10-43,70 20,00 0,635-1,41 41,10-43,70 20,00 30,60-36,20 60,00 0,135-0,255 Temperatury warstw asfaltowych zmierzone na powierzchni i do głębokości 60 cm Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 25
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia niemieckie Przy rozjaśnionej nawierzchni zastosowanie asfaltu B 65 w aspekcie wysokich temperatur odpowiada pod względem sztywności asfaltowi B 45 w nawierzchni nierozjaśnionej Peter Pohlman: Bitumen 1/96 W warunkach letnich temperatur, jest możliwe osiągnięcie takiego samego efektu odporności na odkształcenia dla asfaltu B 80 jak w nawierzchniach nierozjaśnionych dla asfaltu B 65 Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 26 Kluge G.; Range H.D.: Bitumen 48 /96
Koleinowanie, % Jasne nawierzchnie. Doświadczenia polskie Badania porównawcze w ramach pracy IBDiM: Wpływ zastosowania kruszywa gabro na właściwości nawierzchni asfaltowej 10 8 6 4 2 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Cykle Bazalt w 60C Gabro w 60C Gabro w 50C Rys. 1. Wyniki badania koleinowania LCPC mieszanek SMA z gabro i bazaltem Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 27
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia polskie SMA bazalt + gabro SMA gabro nawierzchnia mokra Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 28
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia polskie DK nr 94, miejscowość Sucha DW nr 459 Opole Sławice Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 29
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia polskie DK nr 46 Opole Częstochowa. Stan nawierzchni mokry Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 30
Jasne nawierzchnie. Doświadczenia polskie Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 31
Doświadczenia poligonowe Autostrada A-4 Wrocław Katowice. Odcinek Przylesie - Prądy. Nawierzchnia pod intensywnym ruchem od 2000 roku. Natężenie ruchu 28 606 pojazdów/ 24 h. SMA 0/12,8 Asfalt D-50. Kruszywo bazaltowe + gabro Stan nawierzchni bardzo dobry. Nawierzchnia nie wykazuje oznak koleinowania. Spękania występują sporadycznie. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 32
Autostrada A-4 Przylesie- Prądy Stan nawierzchni na dzień 15.01.2013 Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 33
Autostrada A-4 Przylesie- Prądy Stan nawierzchni nadzień 15.01.2013 Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 34
Doświadczenia poligonowe Autostrada A-4: Obwodnica Gliwic, Ruda Śląska Katowice, Obwodnica Krakowa, dalsze odcinki aż do Tarnowa. Natężenie ruchu ok 50 tyś poj./ 24 h Poszczególne odcinki przekazywane do ruchu w latach 2004 2008. SMA 0/12,8 lub 0/11. Asfalty zwykłe i modyfikowane. Kruszywa bazalt + gabro, lub 100% gabro Nawierzchnie nie wykazują oznak koleinowania DK 81 Katowice Żory Skoczów Nawierzchnia pod intensywnym ruchem od 2002 r.. Natężenie ruchu 27 tyś poj./ 24 h SMA 0/9,6. Asfalt D-50. Kruszywo gabro Stan nawierzchni bardzo dobry. Nawierzchnia nie wykazuje oznak koleinowania, również w obrębie skrzyżowań. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 35
Autostrada A-4 Gliwice - Katowice Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 36
Autostrada A-1 Węzeł Sośnica Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 37
Doświadczenia poligonowe Trasa Siekierkowska, Most Siekierkowski Prawie wszystkie modernizacje ulic w Warszawie. Niektóre z użyciem AC WMS. (Ul. Marszałkowska, Al. Jerozolimskie) Autostrada A-2 Poznań Konin, Konin Dąbie Autostrada A-1 Gdańsk Toruń. Asfalt Motbit 30B i 80B Droga S- 81 w Katowicach (wylot na Pyrzowice) SMA 0/9,6 Inne: Pas startowy na lotnisku Okęcie w Warszawie. Pas startowy na lotniskach: w Modlinie (część asfaltowa!!!), w Rzeszowie Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 38
Most Siekierkowski, Trasa Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 39
Autostrada A-2 Dąbie - Wartkowice Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 40
Lotnisko Okęcie. Pas startowy Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 41
WNIOSKI Jasne nawierzchnie w istotny sposób wpływają na zwiększenie odporności nawierzchni asfaltowych na koleinowanie Możliwość stosowania asfaltów o wyższej penetracji tzw. miękkich, co zdecydowanie redukuje liczbę spękań niskotemperaturowych i znacząco zwiększa trwałość zmęczeniową Rzeczywiste obniżenie kosztów budowy i eksploatacji dróg Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 42
WNIOSKI Przy zastosowaniu niektórych powszechnie dostępnych kruszyw uzyskuje się oprócz jasności inne istotne efekty jak: Zwiększenie bezpieczeństwa i komfortu użytkowników poprzez szorstkość nawierzchni dzięki wysokiemu wskaźnikowi PSV lepszą widoczność szczególnie w warunkach nocnych Znaczące oszczędności w kosztach oświetlenia ulicznego Poprzez uziarnienie do 22 mm pełne wykorzystanie produkowanych frakcji grysowych w kopalniach Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 43
WNIOSKI W polskich warunkach klimatycznych jasne nawierzchnie stanowią istotną alternatywę w stosunku do betonów asfaltowych AC WMS Asfaltowe warstwy ścieralne z jasnym kruszywem umożliwiają wykonywanie trwalszych, ekonomicznych a przede wszystkim bezpieczniejszych nawierzchni na wszystkich klasach dróg publicznych w Polsce. Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 44
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Pokrzywna 17-18 styczeń 2013 45