Dlaczego asfalt?

Prof. dr hab. inż. Dariusz Sybilski

IBDiM

Black & White

2

Witajcie!

Hello Everybody!

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)

4 Lintec 10 czerwca 2010

5 Lintec 10 czerwca 2010

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

6 Lintec 10 czerwca 2010

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

7 Lintec 10 czerwca 2010

Val des Travers, Szwajcaria

8 Lintec 10 czerwca 2010

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)

12 Lintec 10 czerwca 2010

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

15

Londyn, M25

Frankfurter Kreuz A5

Wpływ obciążenia ruchem

16

Ciśnienie 0,60,7 MPa

Ciśnienie 0,81,1 MPa

wzrost obciążenia osi: ze 100 do 115 kN

wzrost ciśnienia w oponie

Super Singles

Wpływ obciążenia ruchem

17

FL=(N1/N2)a

AASHO Road Test 1958-1960 a=4

2000:

Hiszpania beton a=512

Francja asfalt (zmęczenie) a=5

beton a=12

Australia asfalt (zmęczenie) a=5

asfalt (koleinowanie) a=7

beton a=12

Wpływ obciążenia ruchem

18

Pojazd

Rozkład obciążenia Współczynnik

agresywności

Asfalt

Beton

Ciężarowy bez

przyczepy

40 80

0,34

0,07

Ciężarowy z

przyczepą

40 100 80 80

1,50

2,65

Ciężarowy z

przyczepą (Super

Singles)

60 130 100 100 100

7,09

262,3

Ciężarowy z

przyczepą (Super

Singles)

40 80 80 80 80 80

1,58

24,95

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

0

0,5

1

SFC

Beton

Asfalt

21

Hałaśliwość nawierzchni

22

Zmniejszenie hałasu o 3 dB(A) jest równoważne:

lub

100 km/h 80 km/h

Cicha

nawierzchnia

jest

równoważna

ścianie

dźwiękochłonnej

Hałaśliwość nawierzchni

70

75

80

85

Sucha Mokra

Stan nawierzchni

Ha

łaś

liw

oś

ć,

dB

(A)

Beton cementowy

Beton asfaltowy

Beton asfaltowy porowaty

23

AIPCR, 1993

Hałaśliwość

Niemcy, Huschek, 1997

-6-5-4-3-2-1012

Beton Beton zteksturą

Asfalt AC,SMA

Asfalt AP

Hałas względny, dB(A)

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 gumowo-asfaltowe

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 m2 w 11 nocy

Beton: 1500 m2 w 12 dób

Koszty budowy 1 m2: Beton/Asfalt = 2,9/1

31

Koszty

Ohio, USA 5 odcinków autostrad

beton-asfalt

19 - 34 lata

Budowa i Utrzymanie

0

1

2

3

4

5

6

7

B U

Beton

Asfalt

B/A

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/m2/rok

N3 asfalt 0,10 beton 1,51 Sfr/m2/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

39

Trasa Toruńska, Warszawa, 1993 Aleja Poniatowskiego, Warszawa, 1996

ul. Górnośląska - A4, Katowice, 1994 ul. Obornicka, Poznań, 1999

Postęp techniczny: Asfalt Szorstkość, Zmniejszenie hałasu

40

Arizona

DK1,

Częstochowa

ul. Hetmańska

Poznań

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)

43

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

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

USA, drogi główne, 1941-1995

45

0

500

1000

1500

1941 1951 1961 1971 1981 1991

Rok

Dłu

go

ść, ty

s. m

il

ASFALT BETON

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

9181

199

0

20

40

60

80

100

Autostrady płatne 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

72

98,5

77

1,5

21,6

1,4

28

0

20

40

60

80

100

Autostrady Drogi krajowe Drogi gminne

Asfalt Beton DEB

49

Nawierzchnie w Europie

Asfaltowa, podatna81,5%

Asfaltowa, półsztywna

13,1%

Betonowa, sztywna

5,4%

50

Porównanie kosztów nawierzchni asfaltowej AC vs betonowej

51

Średnie ceny z ofert dla jezdni drogi ekspresowej = 10,5 m

Nawierzchnia betonowa

Cena jednostk.

zł/m3

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/m2

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 ?????

Porównanie kosztów nawierzchni asfaltowej AC WMA PmB vs betonowej

52

Średnie ceny z ofert dla jezdni drogi ekspresowej = 10,5 m

Nawierzchnia betonowa

Cena jednostk.

zł/m3

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/m2

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 ?????

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