Analizy LCCA konstrukcji nawierzchni drogowych z asfaltami wysokomodyfikowanymi Jan Król, Karol J. Kowalski Politechnika Warszawska, ABAKK Sp. z o.o.
Nawierzchnie drogowe w Polsce 2 w Polsce 265 tys. km (w 2014 r. wg. GUS) Koszt budowy 1 km autostrady w Polsce: ~ 30-40 mln zł Koszt budowy 1 km drogi ekspresowej w Polsce: ~ 20-30 mln zł Koszt obiektów inżynierskich (mosty, wiadukty) mogą wynosić od 30% do 50% kosztów budowy. wg. GDDKiA: - d. autostradowe 1627 km - d. ekspresowe 1534 km RAZEM: 3161 km
Miara stanu nawierzchni Cykle remontowe nawierzchni drogowej 3 Początek pogorszenia stanu Czas interwencji Poziom koniecznej interwencji Degradacja Czas (lata)
Analiza kosztów i korzyści 4 Wykonano analizę LCCA ocena efektywności ekonomicznej przykładowej jednostkowej inwestycji. W analizie uwzględniono koszty ekonomiczne, środowiskowe i społeczne Przeanalizowano: 1 wariant bezinwestycyjny GP dwujezdniowa, 6 wariantów inwestycyjnych S (dwujezdniowych): 1 wariant porównawczy (katalogowy), 5 analizowanych wariantów. Uwzględniono ceny: nawierzchnie asfaltowe wyceny branży asfaltowej z 2016 r.
5 Analizowane konstrukcje Konstrukcja W0 Konstrukcja wg Katalogu Typ A.1/Typ 1 KR6 30 lat 22-52 mln osi 100 kn Warstwa ścieralna SMA 11 45/80-55 Warstwa wiążąca AC16 W 25/55-60 4 cm 8 cm Zwiększenie trwałości Podbudowa zasadnicza AC 22P 35/50 16 cm 180 MPa 120 MPa 80 MPa Podbudowa zasadnicza C 90/3 Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1 20 cm 15 cm Redukcja grubości
6 Analizowane konstrukcje Redukcja grubości PMB HiMA Konstrukcja W1 (redukcja "10%") Konstrukcja W2 (redukcja "20%") Konstrukcja W3 (redukcja "30%") Konstrukcja W4 (redukcja "30%") Konstrukcja wg Katalogu - 14%, -4 cm Konstrukcja wg Katalogu - 21%, -6 cm Konstrukcja wg Katalogu -32%, -9 cm Konstrukcja wg Katalogu -32%, -9 cm KR6 30 lat 22-52 mln osi 100 kn KR6 30 lat 22-52 mln osi 100 kn KR6 30 lat 22-52 mln osi 100 kn KR6 30 lat 22-52 mln osi 100 kn Warstwa ścieralna SMA 8 45/80-55 Warstwa wiążąca AC WMS 15 25/55-60 3 cm 8 cm Warstwa ścieralna SMA 8 45/80-55 Warstwa wiążąca AC 16 W 25/55-60 3 cm 8 cm Warstwa ścieralna SMA 8 45/80-80 Warstwa wiążąca AC16 W 25/55-80 3 cm 6 cm Warstwa ścieralna SMA 8 45/80-80 Warstwa wiążąca ACWMS 16 25/55-60 3 cm 6 cm 180 MPa Podbudowa zasadnicza AC WMS 16 20/30 13 cm 180 MPa Podbudowa zasadnicza AC 22 P 25/55-60 11 cm 180 MPa Podbudowa zasadnicza AC 22P 25/55-80 10 cm 180 MPa Podbudowa zasadnicza ACWMS 16 25/55-80 10 cm Podbudowa zasadnicza C 90/3 20 cm Podbudowa zasadnicza C 90/3 20 cm Podbudowa zasadnicza C 90/3 20 cm Podbudowa zasadnicza C 90/3 20 cm 120 MPa 120 MPa 120 MPa 120 MPa 80 MPa Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1 15 cm 80 MPa Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1 15 cm 80 MPa Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1 15 cm 80 MPa Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1 15 cm
7 Analizowane konstrukcje Zwiększenie trwałości Konstrukcja W5 (perpetual, redukcja "10%", 50 lat) Konstrukcja wg Katalogu -10%, -3 cm PMB HiMA KR6 50 lat 22-52 mln osi 100 kn Warstwa ścieralna SMA 8 45/80-80 Warstwa wiążąca AC16 W 25/55-60 3 cm 15 cm 180 MPa Warstwa antyzmęczeniowa AC16 45/80-80 7 cm Podbudowa zasadnicza C 90/3 20 cm 120 MPa 80 MPa Podbudowa pomocnicza z mieszanki związanej spoiwem 15 cm hydraulicznym C 5/6 Podłoże gruntowe G1
Procentowy podział kosztów budowy (bez obiektów) 8 Koszt budowy 1 km nawierzchni autostrady: ~ 5,9 7,8 mln zł Koszt budowy 1 km nawierzchni ekspresowej: ~ 3,3 6,0 mln zł
Nakłady inwestycyjne 9 1 2 3
Nakłady i koszty okres analizy 37 lat (3+30+4) 10 Nakłady budowa i przebudowa, remonty okresowe, remonty cząstkowe, utrzymanie bieżące, inne. Koszty eksploatacji pojazdów czasu podróży - pasażerów czasu podróży - kierowców wypadków drogowych i ofiar zanieczyszczenia środowiska
Częstotliwość remontów okresowych - 10 lat 11 10+1 lat 10 lat 10 lat
Częstotliwość remontów okresowych - 10 lat 12 10+1 lat 10 lat 10 lat 10+1 lat 10 lat 10 lat
Częstotliwość remontów okresowych - 12 lat 13 12+1 lat 12 lat 12+1 lat 12 lat
Częstotliwość remontów okresowych - 15 lat 14 15+1 lat 15 lat 15+1 lat 15 lat
10 lat 10 lat 10 lat 10 lat 10 lat 10 lat Remont okresowy -wymiana warstwy ścieralnej po 10 latach eksploatacji 15 Wskaźnik korzyści/koszty (BCR) Ekonomiczna wewnętrzna stopa zwrotu EIRR
10 lat 12 lat 12 lat 10 lat 12 lat 12 lat Remont okresowy -wymiana warstwy ścieralnej po 12 latach eksploatacji 16 Wskaźnik korzyści/koszty (BCR) Ekonomiczna wewnętrzna stopa zwrotu EIRR
10 lat 15 lat 15 lat 10 lat 15 lat 15 lat Remont okresowy -wymiana warstwy ścieralnej po 15 latach eksploatacji 17 Wskaźnik korzyści/koszty (BCR) Ekonomiczna wewnętrzna stopa zwrotu EIRR
Wnioski 18 Nowoczesne lepiszcza takie jak PMB HIMA wpływają na wydłużenie trwałości konstrukcji nawierzchni drogowej. Wydłużenie okresów międzyremontowych poprawia efektywność ekonomiczną inwestycji. Harmonogramy utrzymania nawierzchni drogowych oraz zakres zabiegów remontowych warstw asfaltowych z PMB HIMA nie zostały dotychczas zweryfikowane w warunkach terenowych (krótki okres doświadczeń). Szczegółowej weryfikacji technicznej należy poddać założenia w zakresie prognozowanej trwałości materiałów wysokomodyfikowanych w ramach przyszłych programów badawczych.
19 Podziękowania Niniejsza prezentacja powstała dzięki wsparciu finansowemu firmy LOTOS Asfalt Sp. z o.o. oraz zaangażowaniu jednostek naukowych: Politechniki Gdańskiej, Politechniki Warszawskiej oraz Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w ramach realizacji pracy badawczej pt. Koncepcja optymalizacji konstrukcji asfaltowej nawierzchni drogi, dzięki zastosowaniu asfaltów modyfikowanych do warstw asfaltowych w konstrukcji nawierzchni drogowej.
20 Dziękujemy za uwagę dr inż. Jan Król j.krol@il.pw.edu.pl dr hab. inż. Karol Kowalski, prof. PW Al. Armii Ludowej 16, 00-637 Warszawa k.kowalski@il.pw.edu.pl