Przywrócenie autostrady w Arizonie betonowi cementowemu Portland może okazać się korzystne ze stosowania szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Perspektywy pokazują, że w ciągu 30 lat koszty utrzymania zostaną obniżone o 3,9 mld USD.
Niniejszy artykuł powstał na podstawie webinarium, które pierwotnie odbyło się podczas konferencji technicznej Międzynarodowego Stowarzyszenia Grooving and Grinding Association (IGGA) w grudniu 2020 r. Obejrzyj pełną wersję demonstracyjną poniżej.
Mieszkańcy okolic Phoenix chcą gładkich, pięknych i cichych dróg. Jednak ze względu na gwałtowny wzrost populacji w tym rejonie i niewystarczające fundusze na utrzymanie, stan dróg w tym rejonie pogarsza się od ostatniej dekady. Arizona Department of Transportation (ADOT) bada kreatywne rozwiązania, aby utrzymać sieć autostrad i zapewnić rodzaje dróg, jakich oczekuje społeczeństwo.
Phoenix jest piątym pod względem liczby ludności miastem w Stanach Zjednoczonych i wciąż się rozwija. Sieć dróg i mostów o długości 435 mil jest utrzymywana przez centralny obszar Arizona Department of Transportation (ADOT), z czego większość składa się z czteropasmowych autostrad z dodatkowymi pasami dla pojazdów o dużym natężeniu ruchu (HOV). Przy budżecie budowlanym wynoszącym 500 milionów dolarów rocznie region zazwyczaj realizuje od 20 do 25 projektów budowlanych na sieci dróg o dużym natężeniu ruchu każdego roku.
Arizona używa nawierzchni betonowych od lat 20. XX wieku. Beton można stosować przez dziesięciolecia i wymaga konserwacji co 20–25 lat. W Arizonie 40 lat udanych doświadczeń pozwoliło na jego wykorzystanie 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 powierzchnia betonowa była wykańczana przez cynowanie (ciągnięcie metalowych grabi po powierzchni betonu prostopadle do ruchu), a opony jadące po cynowanym betonie wydawały głośny, spójny pisk. W 2003 roku, aby rozwiązać problem hałasu, na betonie portlandzkim (PCC) nałożono 1-calową warstwę cierną z gumy asfaltowej (AR-ACFC). Zapewnia to spójny wygląd, cichy dźwięk i komfortową jazdę. Jednak zachowanie powierzchni AR-ACFC okazało się wyzwaniem.
Projektowany okres eksploatacji AR-ACFC wynosi około 10 lat. Autostrady w Arizonie przekroczyły już swój projektowany okres eksploatacji i się starzeją. Stratyfikacja i powiązane z nią problemy stanowią problem dla kierowców i Ministerstwa Transportu. Chociaż rozwarstwienie zwykle powoduje utratę około 1 cala głębokości drogi (ponieważ 1-calowy gruby gumowy asfalt oddzielił się od betonu poniżej), punkt rozwarstwienia jest uważany przez podróżujących za dziurę i jest uważany za poważny problem.
Po przetestowaniu szlifowania diamentowego, powierzchni betonowych nowej generacji i wykańczania powierzchni betonu szlifierką poślizgową lub mikrofrezowaniem, ADOT ustaliło, że podłużna tekstura uzyskana poprzez szlifowanie diamentowe zapewnia przyjemny wygląd kordu i dobrą wydajność jazdy (jak pokazują niskie wartości IRI) oraz niską emisję hałasu. Randy Everett i Arizona Department of Transportation
Arizona używa Międzynarodowego Wskaźnika Szorstkości (IRI) do pomiaru stanu dróg, a liczba ta maleje. (IRI to rodzaj danych statystycznych dotyczących szorstkości, które są niemal powszechnie używane 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 r. 72% autostrad międzystanowych w regionie jest w dobrym stanie. Do 2018 r. odsetek ten spadł do 53%. Trasy krajowego systemu autostrad również wykazują tendencję spadkową. Pomiary w 2010 r. wykazały, że 68% dróg było w dobrym stanie. Do 2018 r. liczba ta spadła do 35%.
Wraz ze wzrostem kosztów — a budżet nie nadążał — 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 ramach 10-15-letniego okresu użytkowania — a dla departamentu coraz ważniejsze staje się 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 asfaltu jest to, że sprzęt do szlifowania nieuchronnie wpłynie na i uszkodzi leżący pod spodem beton, a utrata materiału betonowego w połączeniach jest szczególnie poważna.
Co by się stało, gdyby Arizona powróciła do oryginalnej nawierzchni PCC? ADOT wie, że betonowe autostrady w stanie są zaprojektowane tak, aby zapewnić długotrwałą stabilność strukturalną. Departament zdał sobie sprawę, że gdyby mogli wykorzystać leżący pod spodem PCC do ulepszenia oryginalnej zębatej nawierzchni, aby utworzyć cichą i nadającą się do jazdy drogę, naprawiona droga mogłaby wytrzymać dłużej i wymagać konserwacji. Jest też znacznie tańsza od asfaltu.
W ramach projektu na SR 101 na północ od Phoenix usunięto warstwę AR-ACFC, więc ADOT zainstalował cztery sekcje testowe, aby zbadać przyszłe rozwiązania, które wykorzystają istniejący beton, zapewniając jednocześnie gładkość, cichą jazdę i dobry wygląd drogi. Departament przeanalizował szlifowanie diamentowe i powierzchnię betonu nowej generacji (NGCS), teksturę o kontrolowanym profilu gleby i ogólnej negatywnej lub skierowanej w dół teksturze, 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 połączeń, które zostały wcześniej uszkodzone przez frezowanie. Szlifowanie diamentowe jest również opłacalnym rozwiązaniem.
W maju 2019 r. ADOT zdecydowało się na szlifowanie diamentowe niewielkiego odcinka SR 202 znajdującego się 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, że szyba przednia jest codziennie uszkadzana 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, gdy burza mózgów nad sposobami powrotu na drogę PCC. Po zakończeniu projektu przedstawiciel ADOT zauważył, że kierowca przejedzie z pasa AR-ACFC na pas z betonowym szlifem diamentowym, aby doświadczyć ulepszonych właściwości jezdnych i dźwiękowych.
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 koszty konserwacji nawet o 3,9 miliarda dolarów rocznie. W okresie 30 lat. Randy Everett i Arizona Department of Transportation
W tym czasie Maricopa Government Association (MAG) opublikowało raport oceniający lokalny hałas autostradowy i możliwość jazdy. Raport potwierdza 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 nakładki z gumowego asfaltu”. Innym równoczesnym rozwojem jest umowa o zamówieniach konserwacyjnych, która umożliwia szlifowanie diamentami. Wykonawca został zatrudniony do konserwacji i budowy.
ADOT uważa, że nadszedł czas na podjęcie kolejnego kroku i planuje rozpoczęcie większego projektu szlifowania diamentowego na SR 202 w lutym 2020 r. Projekt obejmuje czteromilowy odcinek o szerokości czterech pasów, w tym odcinki pochyłe. Obszar był zbyt duży, aby użyć ładowarki do usunięcia asfaltu, więc użyto frezarki. Wydział wycina paski w asfalcie gumowym, które wykonawca frezowania wykorzystuje jako przewodnik podczas procesu frezowania. Ułatwiając operatorowi widzenie powierzchni PCC pod pokrywą, można regulować sprzęt frezujący i zminimalizować uszkodzenia leżącego pod nim betonu. Ostateczna powierzchnia szlifowana diamentowo na SR 202 spełnia wszystkie standardy ADOT — jest cicha, gładka i atrakcyjna — w porównaniu z powierzchniami asfaltowymi wartość IRI była bardzo korzystna w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku. Te porównywalne charakterystyki hałasu można uzyskać, ponieważ chociaż nowa nawierzchnia AR-ACFC jest o około 5 dB cichsza niż nawierzchnia diamentowa, gdy nawierzchnia AR-ACFC jest używana przez 5 do 9 lat, jej wyniki pomiarów są porównywalne lub wyższe Poziom dB. Nie tylko poziom hałasu nowej nawierzchni diamentowej SR 202 jest bardzo niski dla kierowców, ale chodnik generuje również mniej hałasu w pobliskich społecznościach.
Sukces ich wczesnych projektów skłonił ADOT do rozpoczęcia trzech innych pilotażowych projektów szlifowania diamentów. Szlifowanie diamentów na Loop 101 Price Freeway zostało zakończone. Szlifowanie diamentów na Loop 101 Pima Freeway zostanie przeprowadzone na początku 2021 r., a budowa Loop 101 I-17 do 75th Avenue ma zostać przeprowadzona w ciągu najbliższych pięciu lat. ADOT będzie monitorować wydajność wszystkich elementów, aby sprawdzić podparcie połączeń, czy beton się nie odkleił, a także utrzymanie jakości dźwięku i jazdy.
Chociaż nie wszystkie projekty pilotażowe zostały ukończone, zebrane dotychczas dane uzasadniają rozważenie szlifowania diamentowego jako alternatywy dla standardowego szlifowania i wypełniania. Wstępne wyniki badania kosztów pokazują, że oszczędności związane z wykorzystaniem nawierzchni betonowej i szlifowania diamentowego w celu optymalizacji wyglądu, gładkości i dźwięku mogą zmniejszyć koszty konserwacji nawet o 3,9 miliarda dolarów w okresie 30 lat.
Dzięki wykorzystaniu istniejącej nawierzchni betonowej w Phoenix nie tylko można zwiększyć budżet na konserwację i utrzymać więcej dróg w dobrym stanie, ale trwałość betonu zapewnia minimalizację zakłóceń związanych z konserwacją dróg. Co najważniejsze, ludzie będą mogli cieszyć się gładką i cichą nawierzchnią.
Randy Everett jest starszym administratorem Departamentu Transportu w Centralnej Arizonie.
IGGA to non-profitowe stowarzyszenie handlowe założone w 1972 r. przez grupę oddanych profesjonalistów z branży, poświęconych rozwojowi procesów szlifowania i rowkowania diamentowego dla powierzchni z betonu portlandzkiego i asfaltu. W 1995 r. IGGA dołączyła do stowarzyszenia American Concrete Pavement Association (ACPA), tworząc dzisiejsze IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3). Obecnie to partnerstwo jest zasobem technicznym i liderem branży w globalnym marketingu zoptymalizowanych powierzchni nawierzchni, napraw nawierzchni betonowych i ochrony nawierzchni. Misją IGGA jest stanie się wiodącym zasobem technologicznym i promocyjnym w zakresie akceptacji i prawidłowego stosowania szlifowania i rowkowania diamentowego, a także konserwacji i renowacji PCC.
Czas publikacji: 08-09-2021