NAWIERZCHNIE DŁUGOWIECZNE KOLEJNY POZIOM EWOLUCJI W ROZWOJU DROGOWNICTWA DR INŻ. ALEKSANDER ZBOROWSKI, DR INŻ. IGOR RUTTMAR KRAKOWSKIE DNI NAWIERZCHNI 2014 25-27 LISTOPADA 2014 KRAKÓW
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
WDROŻENIE KONCEPCJI NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNYCH EFEKT KONSEKWENTNEJ PRACY BADAWCZO-ROZWOJOWEJ EWOLUCJA A NIE REWOLUCJA Strona 3
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
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
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 1998-2001 2004 2012 Strona 6
NAWIERZCHNIA Z GRUBĄ WARSTWĄ SZTYWNEJ PODBUDOWY ASFALTOWEJ O GRUBYM UZIARNIENIU CZY TO ABY NA PEWNO NAJLEPSZE ROZWIĄZANIE? Żródło: Internet Strona 7
W JAKI SPOSÓB PRACUJĄ NAWIERZCHNIE PODATNE? Żródło: Nawierzchnie asfaltowe J.Piłat, P.Radziszewski, WKŁ 2007 Strona 8
CO ZROBIĆ ŻEBY NAWIERZCHNIA BYŁA TRWALSZA? Kryterium zmęczenia warstw asfaltowych Instytutu Asfaltowego wersja MEPDG (NCHRP 1-37A) VMA Strona 9
OGÓLNA KONCEPCJA NAWIERZCHNI DŁUGOWIECZNEJ Z ZASTOSOWANIEM WARSTWY ANTYZMĘCZENIOWEJ N f = ~ 50 lat Odnawialna w-wa ścieralna (np. SMA, BBTM, PA), 40 75 mm 100 160 mm Strefa dużego ściskania i ścinania Sztywna w-wa odporna na deformacje (np. AC WMS), 100 175 mm ograniczenie max. odkształceń rozciągających 70 100 μm/m Elastyczna warstwa antyzmęczeniowa 75 100 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
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
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
Szkoda zmęczeniowa [%] PROJEKT BADAWCZY SPENS, 2008 R. PORÓWNANIE SZKODY ZMĘCZENIOWEJ OSZACOWANEJ NA PODSTAWIE BADANIA HVS 50 40 30 20 10 0 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
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
Amplituda odkształcenia [μm/m] PRZEBIEG KRZYWEJ ZMĘCZENIOWEJ 4PB-PR (10 C, 10 HZ) WG PN-EN 12697-24 WŁAŚCIWOŚCI AC WMS 16 Z RÓŻNYMI LEPISZCZAMI 400 340 300 y = 653.12x -0.047 205 200 186 145 140 min. 130 100 y = 772.889x -0.096 y = 1 268.518x -0.139 y = 1.339,400x -0,161 y = 1 343.990x -0.164 0 100.000 1.000.000 10.000.000 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
Odkształcenie ε 6 przy mln. cykli obciążeń [μmm/mm] Moduł sztywności 4PB-PR @ 10 C, 10 Hz [MPa] MODUŁ SZTYWNOŚĆ ORAZ ODPORNOŚĆ NA ZMĘCZENIE 4PB-PR (10 ⁰C, 10 HZ) WŁAŚCIWOŚCI AC WMS 16 Z RÓŻNYMI LEPISZCZAMI 20000 16588 15000 14489 14604 12669 min. 14 000 MPa 10000 7255 5000 0 400 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 45/80-80340 SM 300 200 100 145 186 AC WMS 16 20/30 AC WMS 16 PMB 25/55-60 140 205 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
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 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0 0 500000 1000000 1500000 2000000 2500000 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
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
Sumaryczne niezdyskontowane koszty [mln PLN] PORÓWNANIE ZAKŁADANYCH KOSZTÓW INWESTYCYJNYCH I REMONTOWYCH 250 Długowieczna 200 Tradycyjna 150 100 50 0 Rok Strona 19
DROGA EKSPRESOWA S8 OPACZ-PASZKÓW KONTRAKT PROJEKTUJ I BUDUJ ODCINEK PRÓBNY, 29.08.2014 R. WARSTWA ANTYZMĘCZENIOWA Materiał: AC AF 16 PMB 45/80-70 Polygum Zawartość wolnej przestrzeni: 1,0% 3,0% Sztywność mma: min. 6500 MPa Odporności na zmęczenie: ɛ6-260 Odporność na koleinowanie: WTS AIR 0,15; PRD AIR 7,0 Strona 20
ODCINEK PRÓBNY, 13.09.2014 R. WARSTWA WIĄŻĄCA AC WMS PMB 25/55-60 Strona 21
DALSZY ROZWÓJ WYMAGA INFRASTRUKTURY DO PRZYSPIESZONEJ WERYFIKACJI TRWAŁOŚCI NOWYCH ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH I MATERIAŁOWYCH LCPC Manege HVS MLS10 i MLS66 Strona 22
BO EWOLUCJA NIGDY SIĘ NIE KOŃCZY Strona 23
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ aleksander.zborowski@tpaqi.com igor.ruttmar@tpaqi.com Strona 24