Gdzie guma spotyka drogę

Amerykanie są niesamowitymi kierowcami. każdego roku koła kraju kręcą się na 1,5 biliona kilometrów dróg. To około 5000 km na każdego mężczyznę, kobietę i dziecko w Stanach Zjednoczonych. Ale pomimo ogólnokrajowego apetytu na asfaltową nawierzchnię chodnikową rzadko się zastanawia. Z wyjątkiem sytuacji, gdy nadszedł czas, aby ominąć dziurę w wyboju lub wpaść na skrzyżowanie wypełnione koleinami. Wtedy prawdopodobnie zirytowany kierowca zapyta z oburzeniem: Dlaczego nie naprawią tych cholernych dróg?

Spokojnie, są.

Ta historia była częścią naszego wydania z listopada 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

W całym kraju, na cichych wiejskich drogach i zatłoczonych autostradach, inżynierowie autostrad wprowadzają nową, potężną zasadę budowy dróg znaną jako Superpave.

Superpave to nowatorski sposób projektowania mieszanki asfaltowej na gorąco, lepkiej na gorąco mieszanki cementu w kolorze smoły i tłucznia kamiennego, która stanowi 94% nawierzchni w USA. To wyjątkowa technologia, mówi Neil Hawks, dyrektor programów specjalnych w Transportation Research Board (TRB) w Waszyngtonie. To także duża zmiana dla w dużej mierze empirycznej sztuki budowy dróg. Superpave zastępuje konstrukcję według receptur, opartą na wcześniejszych doświadczeniach, projektami nawierzchni opartymi na bardziej analitycznej ocenie właściwości inżynierskich materiałów drogowych. Cel firmy Superpave: ozdabianie arterii narodu trwałymi, dostosowanymi do indywidualnych potrzeb chodnikami.

Nowy system został opracowany w laboratoriach uniwersyteckich i przemysłowych podczas intensywnych, jedynych w swoim rodzaju badań sfinansowanych przez Kongres w 1987 roku. Jak każda technika laboratoryjna przeznaczona do użytku w prawdziwym świecie, Superpave poszło w drogę. Musiał zajmować się potężnymi gałęziami przemysłu i oznaczał stromą krzywą uczenia się dla lokalnych wydziałów transportu i wykonawców, którzy faktycznie płacą za nowe drogi i budują je. W 1996 roku wykorzystali system w zaledwie 95 pracach brukarskich. Ale w tym roku Superpave wzbił się w powietrze, a liczba ta wzrosła do 1339 w całym kraju, co stanowi prawie 30 procent nawierzchni ułożonej w Stanach Zjednoczonych.

Drogi o nawierzchni superutwardzonej nie różnią się niczym od swoich empirycznych odpowiedników. Ale naukowcy przewidują, że będą one działać znacznie dłużej, być może 15 lat zamiast 10, zanim będą wymagały poważnej pracy konserwacyjnej. Według szacunków Texas Transportation Institute, powinno to zaoszczędzić działom autostrad ponad pół miliarda dolarów rocznie. Co więcej, dla amerykańskich podróżnych, badanie wykazało, że Superpave zaoszczędzi kolejne 2 miliardy dolarów dzięki skróceniu czasu naprawy samochodów i mniejszej liczbie minut pozostawania w tyle za ekipami konserwacyjnymi.

Początki Superpave sięgają czasów, gdy królowała dyskoteka, najlepiej sprzedającym się samochodem w kraju był oldsmobile, a nowe projekty drogowe nagle i w tajemniczy sposób zaczęły kończyć się niepowodzeniem. Zawsze zdarzały się przypadki, w których coś szło nie tak i ludzie nie potrafili tego wyjaśnić, mówi Damian Kulash, prezes Eno Transportation Foundation w Waszyngtonie. Ale ludzie zaczęli czuć, że staje się to coraz bardziej powszechne. Na drogach na długo przed czasem pojawiły się oznaki starości: przypominające koryta koleiny od ruchu w upalne dni i pęknięcia spowodowane zimną pogodą.

Nie było jasnych przyczyn. Wykonawcy korzystali z przepisów drogowych, które niewiele się zmieniły od 1872 roku, kiedy to na nowojorskiej Piątej Alei pojawiły się pierwsze asfaltowe chodniki w kraju. To prawda, że ​​ruch uliczny stale rósł. A cięższe ciężarówki z sztywniejszymi oponami były podejrzane o popełnianie nikczemnych aktów zużycia. Inni wskazywali palcami sam asfalt, lepką pozostałość rafinacji ropy naftowej. Embargo OPEC na ropę spowodowało przetasowanie linii dostaw i zmienił się charakter materiału.

Chociaż asfalt był używany od tysięcy lat (starożytni Egipcjanie używali go do mumifikacji), a żwir jeszcze dłużej, właściwości mechaniczne nawierzchni były w dużej mierze niezbadane. Kiedy więc drogi zaczęły się psuć, inżynierowie autostrad nie wiedzieli, co zmienić. Nie było też prawdopodobne, aby łatwe odpowiedzi wyłoniły się z rurociągu badawczego, który od dawna był suchy. Liczby w ponurym raporcie TRB z 1984 roku powiedziały wszystko. Branża półprzewodników przeznaczała 8 procent sprzedaży na badania i rozwój; przemysł farmaceutyczny 6 proc.; nawet maruderzy w dziedzinie badań i rozwoju, tacy jak przemysł spożywczy i napojów, zaliczyli zaledwie 1 procent. Przemysł drogowy wydawał mniej niż 0,2 proc.

Widmo rozpadu infrastruktury i ponury scenariusz finansowania skłoniły Kongres do działania. W 1987 r. uruchomił Strategiczny Program Badań Drogowych (SHRP), opiewający na 150 milionów dolarów, mający na celu znalezienie rozwiązań najtrudniejszych problemów inżynierów autostrad. Całe 50 milionów dolarów przeznaczono na rozwiązanie problemu z nawierzchnią.

Księżycowy strzał chodnika

Jednak innowacja była koncepcją tak obcą asfaltowi, że Kulash, który został dyrektorem wykonawczym SHRP, rozpaczał nad znalezieniem zdolnych naukowców. Mówi, że niewiele się działo. Obawialiśmy się, że nie będzie wystarczającej zdolności technicznej. Ale to miał być księżycowy strzał chodnika. Tak więc pod kierownictwem Toma Kennedy'ego z University of Texas w Austin inżynierowie ze środowisk akademickich i przemysłowych zebrali się razem, aby przez sześć lat znaleźć lepsze sposoby budowy nawierzchni.

Wynikiem wszystkich badań jest Superpave, który oznacza nawierzchnie asfaltowe o najwyższej wydajności. Superpave nie jest pojedynczym supermateriałem ani jednym kluczowym spostrzeżeniem. Zamiast tego jest to nowy zestaw sprzętu testowego i protokołów do mieszania dróg, które gwarantują, że wytrzymają warunki pogodowe i ruch w określonej lokalizacji.

Weźmy asfalt, znany również jako gorący olej przez pracowników rafinerii, którzy produkują go jako produkt uboczny krakingu katalitycznego, który uwalnia benzynę i paliwo grzewcze od ropy naftowej. Przed Superpave wszyscy wykonawcy z północnego Maine do linii Virginia używali asfaltu tego samego gatunku. To dlatego, że przetestowali tylko jego lepkość, aby zobaczyć, jak dobrze odstraszy koleiny latem.

Ale na północnym wschodzie częściej pękają chodniki z zimna niż koleiny z powodu upału. W przypadku Superpave, wyjaśnia Nelio Rodrigues, inżynier ds. materiałów z Departamentu Transportu Connecticut (DOT), asfalt musi teraz przeskoczyć przez obręcz, przechodząc testy wydajności zarówno w wysokich, jak i niskich temperaturach. Jeden z testów poddaje szklisty asfalt w temperaturze pokojowej urządzeniu znanemu jako reometr dynamicznego ścinania. Zaadaptowane przez badaczy SHRP na podstawie modelu mierzącego konsystencję serka śmietankowego, urządzenie stosuje siłę skręcającą, aby zmierzyć odporność asfaltu na odkształcenia. Kolejny test polega na tym, że schłodzone kije asfaltowe ułożone na maleńkich andironach podtrzymują ciężar. Jeśli pękają, asfalt nie jest odpowiedni na zimne regiony.

Spojrzenie na niskie temperatury to wielki krok naprzód, mówi April Swanson, chemik badawczy w rafinerii Amoco's Whiting, Indiana. Do czasu Superpave nie było na to praktycznej metody. Teraz naprawdę mierzymy właściwości inżynierskie.

Pod Superpave, technicy Whiting testują codziennie 40 000 beczek asfaltu produkowanych przez zakład, oceniając partie za pomocą etykiet takich jak Performance Grade 58-28. Etykieta oznacza, że ​​asfalt spełnia swoje zadania od skwierczących 58 C do -28 C. Swanson mówi, że Amoco dodaje teraz asortyment polimerów, aby sprostać wyższym klasom. Aby wybrać idealny asfalt do układania nawierzchni, inżynierowie sprawdzają ekstremalne temperatury na placu budowy, korzystając z danych National Weather Service.

Wybór idealnego asfaltu to tylko połowa sukcesu. Inżynierowie muszą następnie wmieszać odpowiednią mieszankę skał lub kruszywa. Przed Superpave budowniczowie dróg intuicyjnie czuli, że mają solidne pojęcie o tym, jakie proporcje grubego i drobnego kamienia tworzą dobrą nawierzchnię. Wszyscy używali mieszanek, które uważali za wypróbowane i sprawdzone”, mówi Kulash. Ale to nie były te same rzeczy. Nie było ewangelii.

Superpave łączy najlepsze istniejące know-how w nowe pismo dotyczące projektowania mieszanek wolumetrycznych. Długie tabele definiują idealną kombinację kamieni, kieszeni powietrznych i asfaltu, w zależności od oczekiwanego natężenia ruchu. Aby upewnić się, że teoria sprawdza się w praktyce, inżynierowie wykorzystują inny wynalazek SHRP — zagęszczarkę żyratorową Superpave — do ugniatania pod wysokim ciśnieniem pojemnika o rozmiarze puszki z farbą. Uzyskane próbki pokazują, jak będzie wyglądała nawierzchnia drogi po zagęszczeniu przez walce oraz lata ruchu, które nastąpią.

Jeśli bloki nie zdadzą egzaminu osiągów, inżynierowie dostosowują projekt mieszanki, zmieniając kamienie lub dodając lepszy asfalt. Zamiast uniwersalnych projektów z przeszłości, mówi Rodrigues, w przypadku Superpave każda droga ma nawierzchnię wykonaną na zamówienie.

Jazda testowa

Minie lata, zanim dowiemy się, czy Superpave zasługuje na swoją nazwę, ale już napływają zachęcające doniesienia. W Nowym Jorku wykonawcy odbudowali 50 kilometrów drogi międzystanowej 81 w hrabstwie Cortland, stosując dwie trzecie oryginalnej receptury i jedną trzecią Superpave. Już po jednej zimie, według stanowego dyrektora służb technicznych Paula Macka, staromodny asfalt zaczął się psuć. Sekcja Superpave wygląda w porównaniu bardzo dobrze, mówi.

Superpave doświadczył wielu awarii technicznych i oporu w świecie rzeczywistym. Kilka testów asfaltu zbombardowanych w prawdziwym świecie, a Swanson z Amoco mówi, że inne okazują się trudne w użyciu. Chociaż jej technicy dokonują dokładnych pomiarów, regularnie targuje się o wyniki z zakładami produkującymi gorące mieszanki. Firmy te, które zaopatrują ekipy budowlane w surową nawierzchnię, powtarzają próby eksploatacyjne, często z różnymi wynikami.

Ekipy drogowe również muszą się uczyć. Nowe mieszanki zawierają większe kamienie i okazują się trudne do zagęszczenia, mówi inżynier ds. materiałów ze stanu Nowy Jork, William Brudi. Podczas typowych prac drogowych załoga maszyny układającej nawierzchnię zrzuca pokos gorącej mieszanki, a ślizgające się rolki ze stalowymi kołami podążają około 60 metrów za nim, prasując go w temperaturze bliskiej 93°C. Ale Brudi mówi, że to za mało dla Superpave. Teraz, w ramach wartego 90 milionów dolarów projektu budowy 9-kilometrowego pasa HOV na trasie Long Island Expressway, rolki podążają za ogonem ekipy brukowej, zagęszczając mieszankę w zawrotnych 150 °C. To wymaga dużo lepszej koordynacji maszyn , mówi Brudi. Zespoły nie są przyzwyczajone do komunikacji, teraz muszą to zrobić dobrze.

Czasami ci, którzy opierają się nowomodnej technologii, mają rację. Podczas pracy w 1993 roku w pobliżu Kingman w Arizonie wykonawcy przestrzegający wytycznych Superpave pominęli środek zapobiegający odklejaniu, który jest konwencjonalnie używany do ochrony drogi przed wilgocią. Dziś po nawierzchni drogi wiją się pęknięcia wilgoci. Uważamy, że ślepe zaakceptowanie tej procedury projektowej bez korzystania z naszej wiedzy inżynierskiej jest krzywdą dla obywateli Arizony, mówi stanowy inżynier DOT Julie Nodes.

Reakcja ludzi takich jak Nodes jest krytyczna – los Superpave zależy od aprobaty takich urzędników, ponieważ stanowe DOT finansują większość budowy dróg w kraju. Do tej pory większość chętnie przyjęła dobrowolne specyfikacje Superpave, z Indianami, Maryland i Nowym Jorkiem na czele. Ogólnie rzecz biorąc, 38 stanów prosi teraz wykonawców o stosowanie nowych asfaltów o jakości użytkowej, a prawie połowa wdraża projekt mieszanki kruszyw.

Krzywe do przodu

Chociaż stany są głównym motorem napędowym budowy nawierzchni, sukces Superpave zależy również od zaangażowania 40 000 samorządów, które są właścicielami i operatorami dróg, a także wszystkich niezliczonych wykonawców, producentów sprzętu i kamieniołomów, które im służą. Praca nad wdrożeniem jeszcze się nie skończyła, mówi Gary Henderson, lider zespołu ds. dostarczania technologii Superpave w Federalnej Administracji Drogowej. Nie jest też tania: sprzęt, szkolenie i dalsze badania potrzebne do przeniesienia Superpave z laboratorium i na teren już kosztowały 150 milionów dolarów, trzy razy więcej niż oryginalne badania.

Pomijając koszty, zbliżanie naukowców, wykonawców i dostawców do wspólnego celu może być najważniejszą innowacją nowego systemu. Podczas gdy kiedyś panowała nieufność w przemyśle krnąbrnym, mówi Kulash, znakiem rozpoznawczym Superpave jest to, że stworzył konstruktywne środowisko. A to, jego zdaniem, powinno przyspieszyć wprowadzanie nowych technologii.

W kilku centrach inżynierowie kontynuują planowanie sposobów, aby budowanie dróg stało się jeszcze mniej sztuką. Na przykład na University of Maryland zespół kierowany przez Matta Witczaka tworzy modele komputerowe, które po uzupełnieniu szacunkami natężenia ruchu i właściwościami eksploatacyjnymi surowców powinny dokładnie przewidywać, ile lat wytrzyma nawierzchnia, zanim powstanie kolein lub pęknie pod wpływem temperatury i zmęczenie.

Jednak przyszłość takich projektów została podważona przez ustawę Transportation Equity Act for the 21st Century, którą prezydent Clinton podpisał 9 czerwca. Sześcioletni plan wydatków na 217 miliardów dolarów zwiększył wydatki na budowę autostrad o prawie 40 procent, ale wypatroszył fundusze na federalne badania i wdrażanie asfaltu, przekierowując większość pieniędzy do stanów.

Czy ustawa transportowa jest kryptonitem dla Superpave? Raczej nie. Chociaż Superpave nie ma tyle blichtru w mediach, co nowy lek medyczny i może nie wyprodukować tylu milionerów, co startup z Doliny Krzemowej, ma kluczowy atrybut każdego bohatera, który przetrwa — serce dla ludzi. Jest to rozwiązanie odpowiednie dla wszystkich 50 stanów, które sprawia, że ​​nawierzchnia jest trwała w Los Angeles czy Omaha, w upale i w mokrych czasach, zarówno w dobrych, jak i złych czasach. I nie ma nic, co Amerykanie lubią bardziej niż długi, prosty odcinek asfaltowej nawierzchni bez pęknięć.

ukryć