Przywrócenie autostrady w Arizonie betonowi z cementu portlandzkiego może po prostu wykazać korzyści wynikające ze stosowania szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Prognoza pokazuje, że w ciągu 30 lat koszty utrzymania zostaną obniżone o 3,9 miliarda dolarów.
Ten artykuł powstał w oparciu o seminarium internetowe, które pierwotnie odbyło się podczas konferencji technicznej Międzynarodowego Stowarzyszenia Rowkowania i Szlifowania (IGGA) w grudniu 2020 r. Pełne demo można obejrzeć poniżej.
Mieszkańcy okolic Phoenix chcą gładkich, pięknych i cichych dróg. Jednakże ze względu na gwałtowny wzrost liczby ludności na tym obszarze i niewystarczające fundusze na utrzymanie, w ciągu ostatniej dekady warunki drogowe na tym obszarze pogarszały się. Departament Transportu stanu Arizona (ADOT) bada kreatywne rozwiązania w celu utrzymania sieci autostrad i zapewnienia typów dróg, jakich oczekuje społeczeństwo.
Phoenix jest piątym pod względem liczby ludności miastem w Stanach Zjednoczonych i wciąż rośnie. Sieć dróg i mostów o długości 700 km jest utrzymywana przez centralny obszar Departamentu Transportu Arizony (ADOT), z których większość składa się z czteropasmowych autostrad z dodatkowymi pasami dla pojazdów dużych pojazdów (HOV). Dysponując budżetem budowlanym wynoszącym 500 milionów dolarów rocznie, region zazwyczaj realizuje co roku od 20 do 25 projektów budowlanych na sieci dróg o dużym natężeniu ruchu.
Arizona używa betonowych chodników od lat dwudziestych XX wieku. Beton może być używany przez dziesięciolecia i wymaga konserwacji jedynie co 20-25 lat. W Arizonie 40 lat pomyślnych doświadczeń umożliwiło zastosowanie go podczas budowy głównych autostrad stanu w latach 60. XX wieku. W tamtym czasie betonowanie drogi oznaczało kompromis w zakresie hałasu drogowego. W tym okresie powierzchnię betonu wykańcza się poprzez cynowanie (ciągnięcie metalową grabią po powierzchni betonu prostopadle do kierunku ruchu), a opony jadące po ocynowanym betonie będą wydawać głośny, spójny pisk. W 2003 roku, aby rozwiązać problem hałasu, wprowadzono 1-calowy. Na wierzch betonu portlandzkiego (PCC) nałożono warstwę cierną z gumy asfaltowej (AR-ACFC). Zapewnia to spójny wygląd, cichy dźwięk i wygodę podróżowania. Jednakże konserwacja powierzchni AR-ACFC okazała się wyzwaniem.
Projektowany okres użytkowania AR-ACFC wynosi około 10 lat. Autostrady w Arizonie przekroczyły już swój projektowy okres użytkowania i starzeją się. Stratyfikacja i związane z nią kwestie stwarzają problemy dla kierowców i Ministerstwa Transportu. Chociaż rozwarstwienie zwykle skutkuje jedynie utratą około 1 cala głębokości drogi (ponieważ gumowy asfalt o grubości 1 cala oddzielił się od betonu znajdującego się pod spodem), punkt rozwarstwienia jest postrzegany przez podróżujących jako dziura w jezdni i poważny problem. problem.
Po przetestowaniu szlifowania diamentowego, powierzchni betonowych nowej generacji i wykończeniu powierzchni betonu za pomocą szlifierki ślizgowej lub mikrofrezowania, firma ADOT ustaliła, że tekstura wzdłużna uzyskana w wyniku szlifowania diamentowego zapewnia przyjemny sztruksowy wygląd i dobre właściwości jezdne (co pokazują niskie wartości IRI) ) i niską emisję hałasu. Randy Everett i Departament Transportu Arizony
Arizona wykorzystuje Międzynarodowy Wskaźnik Chropowatości (IRI) do pomiaru stanu dróg, a liczba ta spada. (IRI to rodzaj danych statystycznych dotyczących chropowatości, które są niemal powszechnie stosowane przez instytucje krajowe jako wskaźnik wydajności ich systemu zarządzania nawierzchnią. Im niższa wartość, tym mniejsza szorstkość, co jest pożądane). Według pomiarów IRI przeprowadzonych w 2010 roku 72% autostrad międzystanowych w regionie jest w dobrym stanie. Do 2018 roku odsetek ten spadł do 53%. Trasy systemu autostrad krajowych również wykazują tendencję spadkową. Pomiary przeprowadzone w 2010 roku wykazały, że 68% dróg było w dobrym stanie. Do 2018 roku liczba ta spadła do 35%.
Ponieważ koszty wzrosły – a budżet nie nadążał – w kwietniu 2019 r. firma ADOT zaczęła szukać lepszych opcji przechowywania niż w poprzednim zestawie narzędzi. W przypadku nawierzchni, które są nadal w dobrym stanie w ciągu projektowego okresu użytkowania wynoszącego 10–15 lat – a dla wydziału coraz ważniejsze staje się utrzymanie istniejącej nawierzchni w dobrym stanie – dostępne opcje obejmują uszczelnianie pęknięć, uszczelnianie natryskowe (nakładanie cienkiej warstwy warstwą światła, Wolno zestaloną emulsją asfaltową) lub naprawić pojedyncze dziury. W przypadku nawierzchni, których trwałość przekracza projektową, jedną z opcji jest zeszlifowanie zniszczonego asfaltu i ułożenie nowej nakładki gumowo-asfaltowej. Jednak ze względu na wielkość obszaru wymagającego naprawy okazuje się to zbyt kosztowne. Kolejną przeszkodą w rozwiązaniu wymagającym wielokrotnego szlifowania powierzchni asfaltu jest to, że sprzęt szlifierski nieuchronnie wpłynie na i uszkodzi leżący pod spodem beton, a utrata materiału betonowego na złączach jest szczególnie poważna.
Co by się stało, gdyby Arizona powróciła na pierwotną powierzchnię PCC? ADOT wie, że betonowe autostrady w tym stanie zaprojektowano tak, aby zapewniały długotrwałą stabilność konstrukcji. Dział zdał sobie sprawę, że gdyby udało się wykorzystać podstawowy materiał PCC do ulepszenia pierwotnej powierzchni zębatej, tworząc cichą i przejezdną drogę, naprawiona droga mogłaby trwać dłużej i wymagać konserwacji. To także znacznie mniej niż asfaltu.
W ramach projektu na drodze SR 101 na północ od Phoenix usunięto warstwę AR-ACFC, dlatego firma ADOT zainstalowała cztery odcinki testowe w celu zbadania przyszłych rozwiązań, które pozwolą wykorzystać istniejący beton, zapewniając jednocześnie gładkość, cichą jazdę i dobry wygląd drogi. Dział dokonał przeglądu szlifowania diamentowego i nawierzchni betonowej nowej generacji (NGCS), tekstury o kontrolowanym profilu gruntu i ogólnej teksturze ujemnej lub skierowanej w dół, która została opracowana jako nawierzchnia betonowa o szczególnie niskim poziomie hałasu. ADOT rozważa również zastosowanie szlifierki ślizgowej (proces, podczas którego maszyna prowadzi łożyska kulkowe do powierzchni drogi w celu poprawy właściwości tarcia) lub mikrofrezowanie w celu wykończenia powierzchni betonu. Po przetestowaniu każdej metody firma ADOT ustaliła, że podłużna tekstura uzyskana w wyniku szlifowania diamentowego zapewnia przyjemny sztruksowy wygląd, a także dobre wrażenia z jazdy (na co wskazuje niska wartość IRI) i niski poziom hałasu. Proces szlifowania diamentem okazał się również wystarczająco delikatny, aby chronić obszary betonu, szczególnie wokół połączeń, które zostały wcześniej uszkodzone podczas frezowania. Szlifowanie diamentowe jest również opłacalnym rozwiązaniem.
W maju 2019 roku firma ADOT podjęła decyzję o przeszlifowaniu diamentowym niewielkiej części SR 202 zlokalizowanej w południowej części Phoenix. 15-letnia droga AR-ACFC była tak luźna i wielowarstwowa, że na przednią szybę rzucano luźne kamienie, a kierowcy narzekali, że przednia szyba jest codziennie uszkadzana przez latające kamienie. Odsetek szkód w tym województwie jest wyższy niż w pozostałych regionach kraju. Chodnik jest również bardzo głośny i trudny do jazdy. Firma ADOT wybrała wykończenia diamentowe dla dwóch prawych pasów wzdłuż drogi SR 202 o długości pół mili. Za pomocą łyżki ładowarki usunięto istniejącą warstwę AR-ACFC, nie uszkadzając znajdującego się pod nią betonu. Wydział pomyślnie przetestował tę metodę w kwietniu, kiedy zastanawiał się nad sposobami powrotu na drogę PCC. Po zakończeniu projektu przedstawiciel firmy ADOT zauważył, że kierowca zjeżdżał z pasa AR-ACFC na betonowy pas oszlifowany diamentem, aby doświadczyć lepszych właściwości jezdnych i dźwięku.
Chociaż nie wszystkie projekty pilotażowe zostały ukończone, wstępne ustalenia dotyczące kosztów wskazują, że oszczędności związane z wykorzystaniem nawierzchni betonowej i szlifowaniem diamentowym w celu optymalizacji wyglądu, gładkości i dźwięku mogą zmniejszyć roczne koszty konserwacji aż o 3,9 miliarda dolarów. W ciągu 30 lat. Randy Everett i Departament Transportu Arizony
Mniej więcej w tym czasie Stowarzyszenie Rządowe Maricopa (MAG) opublikowało raport oceniający poziom hałasu i właściwości jezdnych lokalnych autostrad. W raporcie uznano trudności w utrzymaniu sieci drogowej i skupiono się na charakterystyce hałasu drogi. Kluczowym wnioskiem jest to, że ponieważ przewaga AR-ACFC pod względem hałasu zanika tak szybko, „zamiast nakładki gumowo-asfaltowej należy rozważyć obróbkę szlifem diamentowym”. Kolejnym jednoczesnym rozwojem jest kontrakt na konserwację, który umożliwia szlifowanie diamentów. Wykonawca został sprowadzony na konserwację i budowę.
Firma ADOT uważa, że nadszedł czas na kolejny krok i planuje rozpocząć większy projekt szlifowania diamentów na SR 202 w lutym 2020 r. Projekt obejmuje odcinek o długości czterech mil i szerokości czterech pasów ruchu, w tym odcinki pochyłe. Teren był zbyt duży, aby do usunięcia asfaltu użyć ładowarki, dlatego wykorzystano frezarkę. Dział tnie paski asfaltu gumowego, aby wykonawca frezowania mógł ich używać jako prowadnicy podczas procesu frezowania. Ułatwiając operatorowi obserwację powierzchni PCC pod przykryciem, można regulować sprzęt frezujący i minimalizować uszkodzenia leżącego pod spodem betonu. Ostateczna szlifowana diamentowo powierzchnia SR 202 spełnia wszystkie standardy ADOT – jest cicha, gładka i atrakcyjna – w porównaniu do nawierzchni asfaltowych, wartość IRI była bardzo korzystna w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku. Te porównywalne charakterystyki hałasu można uzyskać, ponieważ mimo że nowa nawierzchnia AR-ACFC jest o około 5 dB cichsza od szlifu diamentowego, to przy użytkowaniu nawierzchni AR-ACFC przez 5 do 9 lat jej wyniki pomiarów są porównywalne lub wyższe. Poziom dB jest porównywalny. Poziom hałasu nowej szlifierki diamentowej SR 202 jest nie tylko bardzo niski dla kierowców, ale chodnik generuje także mniej hałasu w pobliskich społecznościach.
Sukces wczesnych projektów skłonił firmę ADOT do rozpoczęcia trzech innych projektów pilotażowych w zakresie szlifowania diamentów. Zakończono szlifowanie diamentów Loop 101 Price Freeway. Szlifowanie diamentowe Loop 101 Pima Freeway nastąpi na początku 2021 roku, a budowa Loop 101 I-17 do 75th Avenue ma zostać zrealizowana w ciągu najbliższych pięciu lat. ADOT będzie śledzić działanie wszystkich elementów, aby sprawdzić podparcie połączeń, odklejenie się betonu oraz utrzymanie dźwięku i jakości jazdy.
Choć nie wszystkie projekty pilotażowe zostały zakończone, zebrane dotychczas dane uzasadniają rozważenie szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Wstępne wyniki badania kosztów pokazują, że oszczędności związane ze stosowaniem nawierzchni betonowej i szlifowaniem diamentowym w celu optymalizacji wyglądu, gładkości i dźwięku mogą obniżyć koszty konserwacji nawet o 3,9 miliarda dolarów w okresie 30 lat.
Wykorzystując istniejącą nawierzchnię betonową w Phoenix, można nie tylko zwiększyć budżet na utrzymanie i utrzymać więcej dróg w dobrym stanie, ale trwałość betonu zapewnia minimalizację zakłóceń związanych z utrzymaniem dróg. Co najważniejsze, pasażerowie będą mogli cieszyć się płynną i cichą nawierzchnią.
Randy Everett jest starszym administratorem wydziału Departamentu Transportu w środkowej Arizonie.
IGGA to stowarzyszenie branżowe non-profit założone w 1972 roku przez grupę oddanych profesjonalistów z branży, zajmujące się rozwojem procesów szlifowania diamentowego i rowkowania powierzchni z betonu portlandzkiego i asfaltu. W 1995 roku IGGA dołączyła do filii American Concrete Pavement Association (ACPA), tworząc dzisiejsze partnerstwo IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3). Dziś to partnerstwo jest liderem w zakresie zasobów technicznych i branży w zakresie globalnego marketingu zoptymalizowanych nawierzchni chodnikowych, naprawy nawierzchni betonowych i ochrony nawierzchni. Misją IGGA jest stać się wiodącym źródłem technologii i promocji w zakresie akceptacji i prawidłowego stosowania szlifowania i rowkowania diamentami, a także konserwacji i renowacji PCC.
Czas publikacji: 8 września 2021 r