Przywrócenie betonowi portlandzkiemu na autostradzie w Arizonie może okazać się korzystne ze względu na zastosowanie szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Prognozy wskazują, że w ciągu 30 lat koszty utrzymania spadną o 3,9 miliarda dolarów.
Niniejszy artykuł powstał na podstawie webinarium, które pierwotnie odbyło się podczas konferencji technicznej Międzynarodowego Stowarzyszenia Rowkowania i Szlifowania (IGGA) w grudniu 2020 r. Obejrzyj pełną wersję demonstracyjną poniżej.
Mieszkańcy okolic Phoenix pragną gładkich, pięknych i cichych dróg. Jednak z powodu gwałtownego wzrostu liczby ludności i niewystarczających funduszy na utrzymanie, stan dróg w tym rejonie pogarsza się od dekady. Departament Transportu Arizony (ADOT) analizuje kreatywne rozwiązania, aby utrzymać sieć autostrad i zapewnić drogi zgodne z oczekiwaniami mieszkańców.
Phoenix jest piątym pod względem liczby ludności miastem w Stanach Zjednoczonych i wciąż się rozwija. Sieć dróg i mostów o długości 435 mil (690 km) jest zarządzana przez Departament Transportu Arizony (ADOT), a większość z nich składa się z czteropasmowych autostrad z dodatkowymi pasami ruchu dla pojazdów o dużym natężeniu ruchu (HOV). Z rocznym budżetem na budowę w wysokości 500 milionów dolarów, region ten realizuje zazwyczaj od 20 do 25 projektów budowlanych na sieci dróg o dużym natężeniu ruchu rocznie.
W Arizonie betonowe nawierzchnie są stosowane od lat 20. XX wieku. Beton nadaje się do użytku przez dziesięciolecia i wymaga konserwacji jedynie co 20-25 lat. 40 lat udanych doświadczeń pozwoliło Arizonie na wykorzystanie go podczas budowy głównych autostrad stanowych w latach 60. XX wieku. W tamtym czasie, wybrukowanie drogi betonem oznaczało kompromis w kwestii hałasu drogowego. W tym okresie betonową powierzchnię wykańczano metodą cynowania (przeciąganie metalowych grabi po betonie prostopadle do kierunku ruchu), a opony poruszające się po cynowanym betonie wydawały głośny, jednostajny pisk. W 2003 roku, aby rozwiązać problem hałasu, na betonie portlandzkim (PCC) nałożono 2,5-centymetrową warstwę cierną z gumy asfaltowej (AR-ACFC). Zapewnia to spójny wygląd, cichą pracę i komfort jazdy. Jednak utrzymanie nawierzchni AR-ACFC w dobrym stanie okazało się wyzwaniem.
Projektowany okres eksploatacji AR-ACFC wynosi około 10 lat. Autostrady w Arizonie przekroczyły już swój projektowy okres eksploatacji i się starzeją. Rozwarstwienie i związane z nim problemy stanowią problem dla kierowców i Ministerstwa Transportu. Chociaż rozwarstwienie zazwyczaj powoduje utratę jedynie około 2,5 cm głębokości drogi (ponieważ 2,5 cm grubości gumowy asfalt oddzielił się od betonu), punkt rozwarstwienia jest postrzegany przez pasażerów jako dziura w jezdni i stanowi poważny problem.
Po przetestowaniu szlifowania diamentowego, powierzchni betonowych nowej generacji oraz wykańczania powierzchni betonowej szlifierką ślizgową lub mikrofrezowaniem, ADOT ustalił, że podłużna tekstura uzyskana w wyniku szlifowania diamentowego zapewnia przyjemny wygląd kordu, dobre właściwości jezdne (o czym świadczą niskie wartości IRI) oraz niską emisję hałasu. Randy Everett i Departament Transportu Arizony
Arizona korzysta z Międzynarodowego Wskaźnika Szorstkości (IRI) do pomiaru stanu dróg, a jego wartość maleje. (IRI to rodzaj danych statystycznych dotyczących szorstkości, które są niemal powszechnie stosowane przez instytucje krajowe jako wskaźnik wydajności ich systemów zarządzania nawierzchniami. Im niższa wartość, tym mniejsza szorstkość, co jest pożądane). Według pomiarów IRI przeprowadzonych w 2010 r., 72% autostrad międzystanowych w regionie jest w dobrym stanie. Do 2018 r. odsetek ten spadł do 53%. Trasy systemu autostrad krajowych również wykazują tendencję spadkową. Pomiary z 2010 r. wykazały, że 68% dróg było w dobrym stanie. Do 2018 r. liczba ta spadła do 35%.
Ponieważ koszty wzrosły — a budżet nie mógł nadążyć — w kwietniu 2019 r. ADOT zaczął szukać lepszych opcji przechowywania niż w poprzednim zestawie narzędzi. W przypadku nawierzchni, które są nadal w dobrym stanie w ciągu 10 do 15 lat okresu użytkowania — a dla departamentu staje się coraz ważniejsze utrzymanie istniejącej nawierzchni w dobrym stanie — opcje obejmują uszczelnianie pęknięć, uszczelnianie natryskowe (nakładanie cienkiej warstwy lekkiej, powoli utwardzanej emulsji asfaltowej) lub naprawę pojedynczych dziur. W przypadku nawierzchni, które przekraczają okres użytkowania, jedną z opcji jest zeszlifowanie zniszczonego asfaltu i położenie nowej gumowej nakładki asfaltowej. Jednak ze względu na zakres obszaru, który wymaga naprawy, okazuje się to zbyt kosztowne. Inną przeszkodą dla każdego rozwiązania wymagającego wielokrotnego szlifowania powierzchni asfaltowej jest to, że sprzęt do szlifowania nieuchronnie wpłynie i uszkodzi leżący pod nim beton, a utrata materiału betonowego w spoinach jest szczególnie poważna.
Co by się stało, gdyby Arizona powróciła do pierwotnej nawierzchni z betonu PCC? Departament Transportu (ADOT) wie, że betonowe autostrady w tym stanie są projektowane tak, aby zapewnić długotrwałą stabilność konstrukcyjną. Departament zdał sobie sprawę, że gdyby udało się wykorzystać leżący pod spodem beton PCC do poprawy pierwotnej, zębatej nawierzchni, tworząc cichą i przejezdną drogę, naprawiona droga mogłaby służyć dłużej i wymagać konserwacji. Jest ona również znacznie tańsza niż asfalt.
W ramach projektu na SR 101 na północ od Phoenix, warstwa AR-ACFC została usunięta, więc ADOT zainstalował cztery sekcje testowe, aby zbadać przyszłe rozwiązania, które wykorzystają istniejący beton, zapewniając jednocześnie gładkość, cichą jazdę i dobry wygląd drogi. Departament dokonał przeglądu szlifowania diamentowego i powierzchni betonowej nowej generacji (NGCS), tekstury o kontrolowanym profilu gleby i ogólnej teksturze negatywnej lub skierowanej w dół, która została opracowana jako szczególnie cicha nawierzchnia betonowa. ADOT rozważa również zastosowanie szlifierki ślizgowej (proces, w którym maszyna prowadzi łożyska kulkowe do powierzchni drogi w celu poprawy charakterystyki tarcia) lub mikrofrezowania w celu wykończenia powierzchni betonu. Po przetestowaniu każdej metody, ADOT ustalił, że podłużna tekstura uzyskana przez szlifowanie diamentowe zapewnia przyjemny wygląd kordu, a także dobre wrażenia z jazdy (o czym świadczy niska wartość IRI) i niski poziom hałasu. Proces szlifowania diamentowego okazał się również wystarczająco delikatny, aby chronić obszary betonowe, zwłaszcza wokół spoin, które zostały wcześniej uszkodzone przez frezowanie. Szlifowanie diamentowe jest również ekonomicznym rozwiązaniem.
W maju 2019 r. ADOT zdecydował się na szlifowanie diamentowe niewielkiego odcinka SR 202 w południowej części Phoenix. 15-letnia droga AR-ACFC była tak luźna i warstwowa, że luźne kamienie były rzucane na przednią szybę, a kierowcy skarżyli się na codzienne uszkadzanie przedniej szyby przez latające kamienie. Odsetek roszczeń odszkodowawczych w tym regionie jest wyższy niż w innych regionach kraju. Chodnik jest również bardzo głośny i trudny do jazdy. ADOT wybrał wykończenia diamentowe dla dwóch prawych pasów wzdłuż SR 202 o długości pół mili. Użyli łyżki ładowarki, aby usunąć istniejącą warstwę AR-ACFC bez uszkadzania betonu poniżej. Departament pomyślnie przetestował tę metodę w kwietniu, kiedy burza mózgów dotyczyła sposobów powrotu na drogę PCC. Po zakończeniu projektu przedstawiciel ADOT zauważył, że kierowca przeniesie się z pasa AR-ACFC na betonowy pas szlifowany diamentowo, aby doświadczyć poprawy właściwości jezdnych i hałasu.
Chociaż nie wszystkie projekty pilotażowe zostały ukończone, wstępne ustalenia dotyczące kosztów wskazują, że oszczędności związane z zastosowaniem nawierzchni betonowej i szlifowaniem diamentowym w celu optymalizacji wyglądu, gładkości i jakości dźwięku mogłyby obniżyć koszty utrzymania nawet o 3,9 miliarda dolarów rocznie. W okresie 30 lat. Randy Everett i Departament Transportu Arizony
Mniej więcej w tym samym czasie Stowarzyszenie Rządowe Maricopa (MAG) opublikowało raport oceniający hałas i przejezdność lokalnych autostrad. Raport zwraca uwagę na trudności w utrzymaniu sieci drogowej i koncentruje się na charakterystyce hałasu drogi. Kluczowym wnioskiem jest to, że ponieważ przewaga AR-ACFC w zakresie hałasu zanika tak szybko, „należy rozważyć obróbkę gruntu diamentami zamiast gumowej nakładki asfaltowej”. Kolejnym jednoczesnym wydarzeniem jest umowa o zamówienie na prace konserwacyjne, która umożliwia szlifowanie diamentami. Wykonawca został zatrudniony do prac konserwacyjnych i budowlanych.
ADOT uważa, że nadszedł czas na kolejny krok i planuje rozpocząć większy projekt szlifowania diamentowego na drodze stanowej SR 202 w lutym 2020 roku. Projekt obejmuje odcinek o długości czterech mil i szerokości czterech pasów, w tym odcinki pochyłe. Obszar był zbyt duży, aby użyć ładowarki do usunięcia asfaltu, dlatego użyto frezarki. Wydział wycina pasy asfaltu gumowego, które wykonawca frezowania wykorzystuje jako punkt odniesienia podczas procesu frezowania. Ułatwiając operatorowi widoczność powierzchni PCC pod pokrywą, można regulować sprzęt frezujący i minimalizować uszkodzenia podłoża betonowego. Ostateczna powierzchnia drogi stanowej SR 202 szlifowana diamentowo spełnia wszystkie standardy ADOT – jest cicha, gładka i atrakcyjna – w porównaniu z nawierzchniami asfaltowymi, wartość IRI była bardzo korzystna w latach 20. i 30. XX wieku. Porównywalne parametry hałasu wynikają z faktu, że chociaż nowa nawierzchnia AR-ACFC jest o około 5 dB cichsza niż nawierzchnia diamentowa, to po 5–9 latach użytkowania nawierzchni AR-ACFC jej wyniki pomiarów są porównywalne lub wyższe niż poziom dB. Poziom hałasu nowej nawierzchni diamentowej SR 202 jest nie tylko bardzo niski dla kierowców, ale chodnik generuje również mniej hałasu w okolicznych miejscowościach.
Sukces ich pierwszych projektów skłonił ADOT do rozpoczęcia trzech kolejnych pilotażowych projektów szlifowania diamentowego. Szlifowanie diamentowe autostrady Loop 101 Price Freeway zostało zakończone. Szlifowanie diamentowe autostrady Loop 101 Pima Freeway zostanie przeprowadzone na początku 2021 roku, a budowa autostrady Loop 101 I-17 do 75th Avenue ma się rozpocząć w ciągu najbliższych pięciu lat. ADOT będzie monitorować działanie wszystkich elementów, sprawdzając podparcie połączeń, ewentualne odspojenia betonu oraz utrzymanie jakości jazdy i komfortu jazdy.
Chociaż nie wszystkie projekty pilotażowe zostały ukończone, zebrane dotychczas dane uzasadniają rozważenie szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Wstępne wyniki analizy kosztów pokazują, że oszczędności wynikające z zastosowania nawierzchni betonowej i szlifowania diamentowego w celu optymalizacji wyglądu, gładkości i jakości nawierzchni mogą obniżyć koszty utrzymania nawet o 3,9 miliarda dolarów w ciągu 30 lat.
Dzięki wykorzystaniu istniejącej betonowej nawierzchni w Phoenix, nie tylko można zwiększyć budżet na utrzymanie dróg i utrzymać je w dobrym stanie, ale trwałość betonu minimalizuje zakłócenia związane z utrzymaniem dróg. Co najważniejsze, mieszkańcy będą mogli cieszyć się gładką i cichą nawierzchnią.
Randy Everett jest starszym administratorem Departamentu Transportu w Centralnej Arizonie.
IGGA to stowarzyszenie non-profit założone w 1972 roku przez grupę oddanych profesjonalistów z branży, zajmujących się rozwojem diamentowych procesów szlifowania i rowkowania nawierzchni betonowych i asfaltowych z cementu portlandzkiego. W 1995 roku IGGA dołączyła do stowarzyszenia American Concrete Pavement Association (ACPA), tworząc dzisiejsze Partnerstwo IGGA/ACPA w zakresie ochrony nawierzchni betonowych (IGGA/ACPA CP3). Obecnie to partnerstwo jest liderem w branży i zasobem technicznym w globalnym marketingu zoptymalizowanych nawierzchni, napraw i ochrony nawierzchni betonowych. Misją IGGA jest stać się wiodącym źródłem technologii i promotorem akceptacji i prawidłowego stosowania diamentowych szlifowań i rowkowania, a także konserwacji i renowacji nawierzchni z betonu komórkowego (PCC).
Czas publikacji: 08.09.2021