Analizy Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, obejmujące niemal 18 tysięcy kilometrów tras w Polsce, wykazały, że po najgorszych drogach jeżdżą kierowcy z Małopolski i Kujawsko-Pomorskiego. Tam co trzeci kilometr wymaga natychmiastowego remontu. Trochę lepiej jest w Wielkopolsce i na Śląsku. Statystycznie najlepsze drogi mają kierowcy w Lubuskim i na Podlasiu. Ten nie najlepszy stan statystyki drogowej ulegnie pogorszeniu, gdy zaczniemy szacować zniszczenia wywołane majową powodzią. Woda przecież wyrwała kilometry asfaltu, podmyła podłoża dróg, osłabiła nasypy. Może być wiele zniszczonych mostów i wiaduktów. Co zatem zrobić, aby możliwie szybko naprawić szkody, poprawiając jakość nawierzchni, a także więcej dróg oddać do użytku?

Od lat powtarza się pytanie: jak projektować i budować drogi o wysokiej jakości? Prof. Leszek Rafalski, dyrektor Instytutu Badawczego Dróg i Mostów wskazuje na dwa raporty, w których powstawaniu i opiniowaniu uczestniczył kierowany przez niego instytut. Pierwszy dotyczy żywotności dróg w długim okresie (wydany przez Forum Europejskich Laboratoriów Badawczych Drogownictwa w ramach projektu ELLPAG). Drugi, opracowany przez OECD/ITF, dotyczy ciężkich pojazdów i ich wpływu na drogi. Konstruktorom chodzi o to, aby trwałość nawierzchni wynosiła 20-30 lat. Do tej pory przyjmowany był współczynnik agresywności obciążenia o wykładniku 4. Po ostatnich badaniach, jak mówi prof. Rafalski, przeprowadzonych w Europie Zachodniej, Stanach Zjednoczonych i Australii, okazało się, że wykładnik dla nawierzchni asfaltowych wynosi co najmniej 5, a w przypadku betonowych nawet 12. I dlatego obserwujemy np. w Niemczech, na terenach dawnego NRD, przyspieszone zniszczenie dróg, chociaż projektowano je na 30 lat. W Polsce jest jeszcze gorzej, bo nie udaje się wyeliminować ruchu pojazdów przeciążonych. Trzeba się zatem zastanowić, jakie materiały stosować i czy przy projektowaniu nie zwiększyć współczynnika agresywności obciążenia z 4 do np. 5 lub więcej – twierdzi prof. Rafalski.

Typowa technologia budowy nawierzchni drogowych w Polsce była i jest technologią nawierzchni podatnych-asfaltowych – mówił prof. Jan Deja z AGH na konferencji zorganizowanej przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów Beton modyfikowany do dróg i mostów, która odbyła się w maju br. w czasie XVI Międzynarodowych Targów Budownictwa Drogowego Autostrada-Polska w Kielcach. Do niedawna wiedza na temat innych rodzajów nawierzchni, jak nawierzchnie sztywne-betonowe, była niewielka. Taki stan rzeczy utrwalił przekonanie, głównie wśród samorządów lokalnych, że do budowy dróg używa się wyłącznie asfaltu. Najwyższy jednak czas na weryfikację tej opinii – podkreślał prof. Deja.

Dlaczego beton?

Największe zalety nawierzchni betonowych to: większa trwałość i brak zjawiska koleinowania, zapewniona dzięki takim właściwościom jak: odporność na czynniki atmosferyczne oraz odporność nawet na bardzo wysokie obciążenia osi (gwarantowana jest 30-40-letnia żywotność przy obciążeniach 13 ton na oś). Nawierzchnia betonowa to większe bezpieczeństwo z uwagi na jaśniejszy kolor i lepszą przyczepność. Niemieckie badania dowodzą, że wskaźnik wypadkowości na autostradach betonowych jest o ok. 32 procent niższy od wskaźnika stwierdzanego na nawierzchniach asfaltowych. Droga betonowa mniej się też nagrzewa, co przekłada się, jak obliczyli ekonomiści, na znaczny spadek zapotrzebowania na energię zużywaną przez urządzenia klimatyzacyjne w budynkach posadowionych wzdłuż drogi. Nawierzchnia betonowa to również niższy hałas i koszt jej eksploatacji.

Za wyborem tej technologii przemawia dostępność krajowych surowców (cement) i możliwość recyklingu. Badania wykazują, że trwałość nawierzchni betonowych (wydłużony okres między remontami) jest przeciętnie 2,5 do 3,5 razy większy niż asfaltowych. Przy zastosowaniu nowych technologii betonu wysokowytrzymałościowego można osiągnąć nawet około 7 razy większą trwałość. Z danych niemieckich wynika, że po 23 latach użytkowania tylko 5 procent nawierzchni betonowych wymaga napraw. W przypadku nawierzchni asfaltowych wskaźnik ten wynosi od 80 do 100 procent.

W latach 70. i 80. nawierzchnie betonowe w Polsce budowano jedynie na lotniskach, drogach zakładowych i lokalnych – mówił na konferencji naukowej w Kielcach prof. Antoni Szydło z Politechniki Wrocławskiej. W 1995 r. wybudowano 17 km dwujezdniowej drogi A18 o nawierzchni z betonu cementowego, wykorzystując materiał pochodzący ze starych recyklowanych płyt betonowych. Konstrukcja nawierzchni była następująca: płyta betonowa o grubości 26 cm składająca się z dwóch warstw: 7 cm i 19 cm z recyklingu. Budowę realizowano tak, aby nastąpiło zespolenie płyty betonowej z warstwą gruntu stabilizowanego cementem. Modernizując autostradę A4 – mówił prof. Szydło – w latach 2002-2008 stosowano pięć warstw w nawierzchni: płytę betonową o grubości 27 cm – dyblowaną i kotwioną, geowłókninę, chudy beton o grubości 20 cm, warstwę mrozoodporną o grubości 30 cm i grunt stabilizowany jako wzmocnienie podłoża. Konstrukcja ta projektowana jest na 30 milionów obciążeń osią 115 KN.

W zakresie prac nad betonem widoczne są ciągłe postępy. Wszystko wskazuje na to, że rozwój tej wiedzy będzie warunkował postęp w budownictwie nie tylko nawierzchni dróg, ale i obiektów mostowych. Dość powszechnie stosowane są już betony wysokowartościowe (BWW) i betony wysokiej wytrzymałości, charakteryzujące się odpornością na ściskanie, niską przepuszczalnością dla środowiskowych mediów ciekłych i gazowych oraz dużą mrozoodpornością. Wszystko wskazuje na to, że do polskiego i światowego mostownictwa na stałe wejdą betony samozagęszczalne, zapewniające szczelne wypełnianie formy (deskowanie) i zagęszczanie się pod własnym ciężarem, nawet w obecności gęstego zbrojenia, bez potrzeby oddziaływań zewnętrznych (np. wibrowania), przy zachowaniu jednorodności. Fibrobetony z rozproszonymi włóknami stalowymi lub polipropylenowymi będą raczej w ograniczonym stopniu wykorzystywane w mostownictwie. Najnowsza grupa tworzyw cementowych, betony z proszków reaktywnych (tzw. ceramika niskotemperaturowa), posiadających ultra wysokie właściwości wytrzymałościowe, oczekuje na szersze wdrożenia. W Polsce są one na etapie badań laboratoryjnych.

Instytut Badawczy Dróg i Mostów od lat prowadzi badania betonów używanych do nawierzchni drogowych i mostów. Jedną z najistotniejszych cech betonu jest jego wytrzymałość. Na monitorze specjalnej maszyny wytrzymałościowej, która w Laboratorium Betonu bada beton, widoczne są parametry próbki oraz wartości siły działającej na beton w danej chwili. Urządzenie rejestruje wytrzymałość betonu na zginanie, ściskanie i rozłupywanie z wykorzystaniem w pełni zautomatyzowanej aparatury pomiarowej.

Ważną cechą betonu jest również jego wodoszczelność. Próbki poddawane są działaniu dużego ciśnienia wody, co pozwala na zbadanie głębokości jej wnikania w beton. W laboratorium sprawdza się również odporność betonu na działanie mrozu i soli. Badania te pozwalają na wybór betonów o dużej trwałości, nadających się jako nawierzchnie dróg i mostów.

A może asfalt?

W Stanach Zjednoczonych, ze względu na warunki klimatyczne i obciążenie ruchem, zaczęto stosować asfalt modyfikowany, głównie polimerami SBS. W północnych stanach Ameryki, gdzie różnice temperatury nawierzchni pomiędzy zimą a latem przekraczają 90 stopni Celsjusza, wymaga się stosowania asfaltów modyfikowanych, przede wszystkim w warstwach ścieralnych.

W innowacyjnych, długotrwałych nawierzchniach, projektowanych od ponad 50 lat, stosuje się asfalty modyfikowane także w niższych warstwach nawierzchni – twierdzi prof. Dariusz Sybilski z Instytutu Badawczego Dróg i Mostów. W Polsce stosuje się asfalty modyfikowane przede wszystkim w warstwach ścieralnych na drogach o dużym obciążeniu. Są one w postaci płynnej lub granulek dodawanych.

Wzrasta też zainteresowanie gumą z opon samochodowych jako domieszką do asfaltu. Prekursorska technika pozyskiwania gumy ze zużytych opon samochodowych po raz pierwszy została zastosowana w 1966 roku w stanie Arizona przez Charlesa H. McDonalda. Ta modyfikacja sprawia, że nawierzchnie „z gumą” mają znacznie lepsze właściwości niż te modyfikowane innymi polimerami, które, jak pokazuje praktyka, nie zawsze są jednorodne i nie są sprawdzone do końca pod względem trwałości. Zaletą asfaltu modyfikowanego gumą jest to, że guma zatrzymuje proces starzenia się nawierzchni. W Polsce mamy już doświadczenia w zastosowaniu granulatu gumowego (np. w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów).

W Europie pojawił się także nowy produkt: granulat gumowo-asfaltowy, który znacznie ułatwia stosowanie modyfikacji gumą mieszanki mineralno-asfaltowej. Dotychczas jest on stosowany głównie w Niemczech, Szwajcarii, Austrii. Jego główną zaletą jest wyciszanie hałasu generowanego przez ruch samochodowy. Produkt ten przeszedł badania w IBDiM i w najbliższym czasie znajdzie zastosowanie w Polsce.

Rachunek sumienia

Drogi betonowe w porównaniu z bitumicznymi mają kilka wad: są droższe konstrukcyjnie i w budowie. Biorąc jednak pod uwagę ciągle rosnącą cenę bituminu, a także akceptację wykorzystania ulotnego pyłu z energetycznych zakładów przemysłowych w przygotowywaniu mieszanek betonowych na nawierzchnie, podliczenie kosztów tych dwóch rodzajów nawierzchni staje się porównywalne. Kiedy jednak uwzględnimy koszty eksploatacji dróg, ich trwałość na obciążenia, ceny pozyskiwanych do ich produkcji materiałów, oszczędność benzyny i ochronę środowiska – to technologia dróg betonowych staje się bardziej ekonomiczna od bitumicznych.

Myślę, że rozważania o jakości polskich dróg oraz tempie ich powstawania warto wzbogacić o przemyślenia dotyczące przygotowania zawodowego absolwentów uczelni do odpowiedzialnej pracy drogowca. Wykładowcy skarżą się, że jeszcze do niedawna programy kształcenia nie uwzględniały znajomości przepisów prawa budowlanego czy procesu inwestycyjnego, co skutkowało brakiem wiedzy o decyzjach lokalizacyjnych czy fakcie, że wszystkie urządzenia podziemne, takie jak przyłącza: elektroenergetyczne, wodociągowe, kanalizacyjne, gazowe, cieplne i telekomunikacyjne, przed ich wykonaniem muszą być pozytywnie zaopiniowane w Zespole Uzgadniania Dokumentacji Projektowej. Brak tych wiadomości opóźnia proces projektowania i skutkuje ograniczoną wyobraźnią przy podejmowaniu decyzji np. o remontach dróg, które nie mają właściwie wykonanej infrastruktury pod naprawianą nawierzchnią, co generuje niepotrzebne koszty.

Dziś drogowiec z prawdziwego zdarzenia musi być omnibusem. Kiedyś do obowiązków projektanta należało opracowanie dokumentacji technicznej, wymagające wiedzy o: geologicznej analizie posadowienia drogi, stateczności skarp, elementów organizacji ruchu, przepustowości układu drogowego, prognoz ruchu czy typów konstrukcji nawierzchni (podatnej, sztywnej, półsztywnej), w których można stosować różnego rodzaju materiały, jak np.: tłuczeń, żużel wielkopiecowy, kruszywo stabilizowane mechanicznie, chudy beton, beton, beton cementowy, beton asfaltowy, asfalt porowaty itd. Dziś dodatkowo drogowiec musi znać podstawy prawa budowlanego, wodnego, ochrony środowiska czy zamówień publicznych. Konieczne jest również zapoznanie się z ustawą o gospodarce nieruchomościami czy z wieloma tworzonymi na bieżąco wytycznymi i zarządzeniami. Dobrze też znać relacje między wykonawcą a inwestorem, określane mianem specyfikacji, której nie poświęca się wiele uwagi na studiach.

Warto się więc zastanowić, ile w tym natłoku informacji oraz czynników towarzyszących procesowi powstawania nowej drogi pozostaje realnego czasu, poświęconego na sam projekt i nadzorowanie wykonania inwestycji? Może już pora na wprowadzenie specjalizacji w drogownictwie – tak jak uczyniono to w wielu innych dziedzinach wiedzy.