Dlaczego asfalt? Prof. dr hab. inż. Dariusz Sybilski IBDiM
Black & White Witajcie! Hello Everybody! 2
O czym będę mówił Historia asfaltu Za i przeciw Postęp techniczny Udział w sieci drogowej w świecie 3
Pierwsze zastosowania asfaltu przez człowieka Era kamienia łupanego, około 12000 lat temu Noże, młotki kamienne mocowane do drewnianego trzonka włóknem roślinnym i asfaltem Asfalt wykorzystywany jako klej, lepiszcze Ozdoby, przedmioty codziennego użytku Przedmioty kultu religijnego Instrumenty muzyczne Mumifikacja zmarłych Irak, Europa (Val de Travers) Lintec 10 czerwca 2010 4
Lintec 10 czerwca 2010 5
Pierwsze zastosowania asfaltu w budownictwie Mezopotamia, 8000 lat p.n.e. Asfalt mieszany z gliną stanowił zaprawę do spajania cegieł wypalanych z gliny mieszanej z sianem (zbrojenie) Uszczelnienia instalacji sanitarnych, kanałów, dachów Mozaiki posadzek Lintec 10 czerwca 2010 6
Trynidad: naturalne jezioro asfaltowe Odkryte przez Kolumba w 1498 r. w czasie 3-ej podróży Asfalt posłużył do uszczelnienia statku Kolumba Średnica 700 m, głębokość ponad 60 m Eksploatacja od XVII w. przez Anglików Granulat Trynidad Epuré znany jest od 1880 roku Lintec 10 czerwca 2010 7
Val des Travers, Szwajcaria Lintec 10 czerwca 2010 8
Val des Travers, muzeum Lintec 10 czerwca 2010 9
Herculanum, Włochy, przed wybuchem Wezuwiusza Rzym spoiwa pucolanowe Asfalt, np. ulica Via dell Abbondanza w Pompejach (zniszczonyej wraz z Herculanum wybuchem Wezuwiusza w roku 79 n.e.) Ulica prowadząca do Forum, w dzielnicy ekskluzywnych sklepów Nawierzchnia z płyt kamiennych łączonych mastyksem asfaltowym Nazwa ulicy Ulica Przypływów może świadczyć o częstym jej zalewaniu wodami morza Tyrreńskiego, niszczącym nawierzchnię konieczność zapewnienia trwałości wybór lepiszcza asfaltowego Asfalt naturalny ze złoża w Raguzie, Sycylia 10
Historia wydobycia i przeróbki ropy naftowej Pierwsze wydobycia ropy naftowej : 1852: Ignacy Łukasiewicz, Bóbrka k/krosna 1858/59: Edvin L. Drake, USA, Pensylwania 1858/59: Georg Ch. K. Hunaeus, Niemcy, Wietze koło Hanoweru Lintec 10 czerwca 2010 11
Historia wydobycia i przeróbki ropy naftowej Początkowo używana ropa naftowa surowa Wynalezienie destylacji ropy naftowej (do uzyskania nafty oświetleniowej): 1850 - Samuel M. Kier i J. C. Booth w USA 1852 Ignacy Łukasiewicz w Polsce, destylarnia w Ulaszowicach (1856) Lintec 10 czerwca 2010 12
Historia asfaltu Za i przeciw Postęp techniczny Udział w sieci drogowej w świecie 13
Za i przeciw Uszkodzenia Wpływ obciążenia ruchem Szorstkość Hałaśliwość Koszty Budowy Utrzymania 14
Wpływ obciążenia ruchem Frankfurter Kreuz A5 Londyn, M25 15
Wpływ obciążenia ruchem wzrost obciążenia osi: ze 100 do 115 kn wzrost ciśnienia w oponie Super Singles Ciśnienie 0,6 0,7 MPa Ciśnienie 0,8 1,1 MPa 16
Wpływ obciążenia ruchem F L =(N 1 /N 2 ) a AASHO Road Test 1958-1960 a=4 2000: Hiszpania beton a=5 12 Francja asfalt (zmęczenie) a=5 beton a=12 Australia asfalt (zmęczenie) a=5 asfalt (koleinowanie) a=7 beton a=12 17
Wpływ obciążenia ruchem Pojazd Rozkład obciążenia Współczynnik agresywności Asfalt Beton Ciężarowy bez przyczepy Ciężarowy z przyczepą Ciężarowy z przyczepą (Super Singles) Ciężarowy z przyczepą (Super Singles) 40 80 0,34 0,07 40 100 80 80 1,50 2,65 60 130 100 100 100 7,09 262,3 40 80 80 80 80 80 1,58 24,95 18
Szorstkość Francja Nawierzchnie betonowe na autostradach płatnych Scétaroute: z odsłoniętym kruszywem: po 9 latach uszorstnienie w postaci cienkiej asfaltowej warstwy ścieralnej kompozytowa z cienką asfaltową warstwą ścieralną 19
Szorstkość USA Nawierzchnie betonowe Rowkowanie (diamond grinding, grooving) Wyrównanie deformacji (średnio 4 mm) Uszorstnienie Zmniejszenie hałaśliwości Trwałość 8-10 lat Do 4 zabiegów w okresie eksploatacji nawierzchni betonowej 20
Szorstkość Porównanie szorstkości nawierzchni betonowej i nawierzchni asfaltowej 1 0,5 Beton Asfalt 0 SFC 21
Hałaśliwość nawierzchni Zmniejszenie hałasu o 3 db(a) jest równoważne: lub 100 km/h 80 km/h Cicha nawierzchnia jest równoważna ścianie dźwiękochłonnej 22
Hałaśliwość, db(a) Hałaśliwość nawierzchni 85 80 75 70 Sucha Mokra Stan nawierzchni Beton cementowy Beton asfaltowy Beton asfaltowy porowaty AIPCR, 1993 23
Hałaśliwość Hałas względny, db(a) 2 1 0-1 -2-3 -4-5 -6 Beton Beton z teksturą Asfalt AC, SMA Asfalt AP Niemcy, Huschek, 1997 24
Trwałość Asfalt Konstrukcja nawierzchni: standardowe założenie 20 lat wiele nawierzchni o dłuższej trwałości (25-35 lat) bez konieczności przebudowy Nawierzchnia asfaltowa projektowana do konkretnych warunków, na życzenie Nowe konstrukcje autostrad UK, USA: 40 lat Warstwa ścieralna: 8-18 lat, średnio 12 lat 25
Trwałość Beton Konstrukcja nawierzchni USA, (TRB 1999), studium ERES i ACPA, przegląd 76 odcinków nawierzchni oraz Kanada, Ontario (2000), JPC (płyty dyblowane), studium ERES Standard w Ontario 25 lat, Średnio w Ontario 28 lat, Analiza ERES w USA 34±5,4 lat Powierzchniowy zabieg utrzymaniowy co 11±1,5 lat 26
Trwałość Wymiana wypełnienia szczelin Bardzo uciążliwa dla użytkownika Francja: co 5 7 lat Niemcy: co 5 lat 27
Trwałość USA, badania SHRP 1200 szczelin, 12 produktów, gumowo-asfaltowe i silikonowe Ocena po 82 miesiącach 52% uszczelnień - co najmniej 25% uszkodzeń w zimnym klimacie lepsze gumowo-asfaltowe niż silikonowe w gorącym klimacie lepsze silikonowe niż gumowoasfaltowe trwałość od 3 lat do 14 lat (ekstrapolacja) 28
Koszty Budowy Utrzymania Użytkownika Strata czasu Eksploatacji pojazdu Wypadków 29
Koszty Wnioski Beton droższy w budowie w każdych warunkach: Niemcy 17%, Norwegia 52% Beton zwiększa koszty użytkownika: wzrost natężenia ruchu z 30 tys. do 50 tys. pojazdów/dobę wzrost kosztów użytkownika wskutek remontów nawierzchni: beton o 196%, asfalt o 129% 30
Koszty Maryland, USA, US Route 40, SDR 30000 Remont nawierzchni asfaltowej Asfalt: 12500 m 2 w 11 nocy Beton: 1500 m 2 w 12 dób Koszty budowy 1 m 2 : Beton/Asfalt = 2,9/1 31
Koszty Ohio, USA 5 odcinków autostrad beton-asfalt 7 6 19-34 lata 5 Budowa i Utrzymanie 4 3 Beton Asfalt B/A 2 1 0 B U 32
Koszty Szwajcaria, kanton Aargau, autostrady N1 i N3 Trwałość Nawierzchnia betonowa 25-30 lat Nawierzchnia asfaltowa 20 lat Koszt utrzymania N1 asfalt 0,21 beton 0,57 Sfr/m 2 /rok N3 asfalt 0,10 beton 1,51 Sfr/m 2 /rok 33
Koszty Nawierzchnia asfaltowa jest bardziej ekonomicznie opłacalna od nawierzchni betonowej w budowie i eksploatacji przy każdym natężeniu ruchu mniejsze koszty budowy łatwiejsze i tańsze utrzymanie mniejsze koszty użytkownika i środowiska opłacalność zwiększenia trwałości nawierzchni asfaltowej, stosując nowe technologie i materiały 34
Asfalt - Beton: zalety i wady Asfalt Beton Budowa korekta błędów budowy + - koszty + - Utrzymanie szybkość + - koszty -/+ +/? Warunki użytkowania komfort + - szorstkość + - jasność -/+ + hałaśliwość + - 35
Historia asfaltu Za i przeciw Postęp techniczny Udział w sieci drogowej w świecie 36
Postęp techniczny Asfalt Polimeroasfalt Asfalt wielorodzajowy SMA Cienka warstwa Beton asfaltowy porowaty Mieszanki o wysokim module sztywności Beton Ciągłe zbrojenie Polimerobeton Beton porowaty Odsłonięte kruszywo Beton na asfalt (Whitetopping) 37
Postęp techniczny: Asfalt Skuteczność nowych rozwiązań materiałowych i technologicznych: Trwałość 40 lat pod ciężkim ruchem (Heavy Duty Pavements) Odporność na koleinowanie Szorstkość - bezpieczeństwo użytkownika Mała hałaśliwość Odporność na paliwa 38
Postęp techniczny: Asfalt Odporność na koleinowanie Trasa Toruńska, Warszawa, 1993 Aleja Poniatowskiego, Warszawa, 1996 ul. Obornicka, Poznań, 1999 ul. Górnośląska - A4, Katowice, 1994 39
Postęp techniczny: Asfalt Szorstkość, Zmniejszenie hałasu ul. Hetmańska Poznań Arizona DK1, Częstochowa 40
Postęp techniczny: Asfalt Postęp techniczny przyjazny środowisku naturalnemu Nawierzchnie asfaltowe stare i nowe mogą być w całości powtórnie stosowane - recyklowane 41
Postęp techniczny: Beton Ciągłe zbrojenie Wielka Brytania, Francja deformacje termiczne USA - zaniechane deformacje termiczne Polimerobeton porowaty Mniejsza hałaśliwość Austria, Holandia, Włochy Koszt większy o 25% Beton z odsłoniętym kruszywem Większa szorstkość Austria, Francja, Wielka Brytania pokrywa się asfaltem po kilku latach (np. okolice Londynu A1-M1) 42
Postęp techniczny: Beton na Asfalt (Whitetopping) Bardzo cienka płyta betonowa (Ultra-Thin Whitetopping) grubość 50 100 mm szczeliny co 0,6 1,5 m pierwsze doświadczenia 1991 na drogi o małym i średnim obciążeniu ruchem, parkingi nieprzydatne na drogi o ciężkim ruchu, np. drogi krajowe lub autostrady! trwałość około 10 lat Lawrence W. Cole, James W. Mack: Thin Bonded Concrete Overlays of Asphalt Pavement. American Concrete Pavement Association 43
Postęp techniczny: Beton na Asfalt (Whitetopping) Cienka płyta betonowa kompozytowa (Thin Composite Whitetopping) grubość 100 175 mm pierwsze trzy odcinki doświadczalne w 1997 r. dodatek włókien nawierzchnia kompozytowa - konieczne połączenie z asfaltem badania ALF FHWA ACPA, 1998-2000 44
Długość, tys. mil USA, drogi główne, 1941-1995 1500 1000 500 0 1941 1951 1961 1971 1981 1991 Rok ASFALT BETON 45
USA Przedwczesne zniszczenia nawierzchni betonowych w kilku stanach USA Praca badawcza FHWA w 1995r.: Gress D.: Early distress in Concrete Pavements. US Dept. Of Transportation, FHWA, 1996 Zmniejszenie długości nowych odcinków o nawierzchni betonowej w takich stanach jak: Indiana, Iowa, Minnesota Zaniechanie nawierzchni betonowych o ciągłym zbrojeniu UTW na drogi o małym natężeniu ruchu TCW na drogi o ciężkim ruchu na etapie doświadczeń 46
Nawierzchnie dróg we Francji Francja 100 80 60 40 20 0 9 91 Autostrady płatne 19 81 Drogi krajowe Asfalt Beton 47
Nawierzchnie dróg we Francji Nawierzchnie betonowe po 5 do 8 lat stają się nawierzchniami kompozytowymi pokrycie cienką warstwą asfaltową w celu poprawy szorstkości 48
Nawierzchnie dróg w Niemczech Niemcy 100 1,5 80 28 21,6 1,4 60 40 72 98,5 77 20 0 Autostrady Drogi krajowe Drogi gminne Asfalt Beton DEB 49
Nawierzchnie w Europie Asfaltowa, półsztywna 13,1% Betonowa, sztywna 5,4% Asfaltowa, podatna 81,5% 50
Porównanie kosztów nawierzchni asfaltowej AC vs betonowej Średnie ceny z ofert dla jezdni drogi ekspresowej = 10,5 m Nawierzchnia betonowa Cena jednostk. zł/m 3 Koszt 1 mb jezdni zł/mb Beton nawierzchniowy 28 cm 495 1 455,30 Beton chudy 20 cm 175 367,50 Razem 1 822,80 Nawierzchnia asfaltowa Cena jednostk. zł/m 2 Koszt 1 mb jezdni zł/mb warstwa ścieralna (SMA) 4 cm 32 336,00 warstwa wiążąca 8 cm -- AC polimer 38,5 404,25 warstwa podbudowy 16 cm - AC 69 724,50 podbudowa z kruszywa łamanego 20 cm 24 252,00 Razem 1 716,75 Koszt 1 km drogi ekspresowej betonowej 3 645 600 asfaltowej 3 433 500 Różnica -212 100 Koszt dodatkowych ekranów????? 51
Porównanie kosztów nawierzchni asfaltowej AC WMA PmB vs betonowej Średnie ceny z ofert dla jezdni drogi ekspresowej = 10,5 m Nawierzchnia betonowa Cena jednostk. zł/m 3 Koszt 1 mb jezdni zł/mb Beton nawierzchniowy 28 cm 495 1 455,30 Beton chudy 20 cm 175 367,50 Razem 1 822,80 Nawierzchnia asfaltowa Cena jednostk. zł/m 2 Koszt 1 mb jezdni zł/mb warstwa ścieralna (SMA) 4 cm 32 336,00 warstwa wiążąca 8 cm -- AC WMS polimer 45 472,50 warstwa podbudowy 16 cm -- AC WMS polimer 90 945,00 podbudowa z kruszywa łamanego 20 cm 24 252,00 Razem 2 005,50 Koszt 1 km drogi ekspresowej betonowej 3 645 600 asfaltowej 4 011 000 Różnica 365 400 Koszt dodatkowych ekranów????? 52
Asfaltowe - Betonowe: Podsumowanie Nawierzchnie asfaltowe w porównaniu do nawierzchni betonowych są: bardziej ekonomicznie opłacalne mniej kosztowne w budowie i utrzymaniu bezpieczniejsze (większa szorstkość) i przyjaźniejsze (brak szczelin) dla użytkownika i otoczenia (mniejsza hałaśliwość) W świecie zdecydowanie przeważają nawierzchnie asfaltowe, niezależnie od kategorii drogi (autostrada, krajowa, gminna) 53
Czarne i Białe Black & White 54