Nawierzchnia poroelastyczna SEPOR to szansa na zmniejszenie hałasu przy drogach i bezpieczną jazdę

Politechnika Gdańska, Politechnika Białostocka i Firma Budowlano-Drogowa MTM S.A. w Gdyni utworzyły konsorcjum, które ma opracować innowacyjną poroelastyczną nawierzchnię drogową SEPOR. Ma być proekologiczna, zmniejszać hałas w otoczeniu drogi i utrudniać wpadnięcie auta w poślizg. Taka nawierzchnia to szansa na cichszą i bardziej bezpieczną jazdę.

Z artykułu dowiesz się:

  •  czym jest nawierzchnia poroelastyczna
  •  jakie korzyści daje wykorzystanie nawierzchni poroelastycznej
  •  gdzie znajdzie zastosowanie nawierzchnia poroelastyczna
  •  co to znaczy bezpieczna nawierzchnia drogowa

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej, Politechniki Białostockiej i inżynierowie-praktycy z  Firmy Budowlano-Drogowej MTM S.A. w Gdyni wspólnie chcą opracować innowacyjną nawierzchnię poroelastyczną SEPOR. Działają w ramach Strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych „Nowoczesne technologie materiałowe” – TECHMATSTRATEG1, finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Kierownikiem projektu jest prof. dr hab. inż. Jerzy A. Ejsmont z Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej. Kierownikiem prac realizowanych przez Politechnikę Białostocką jest prof. dr hab. inż. Władysław Gardziejczyk z Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku.

Czym jest nawierzchnia poroelastyczna

– W literaturze technicznej funkcjonuje nazwa „nawierzchnia poroelastyczna”, a w rzeczywistości dotyczy to górnej warstwy nawierzchni, głównie warstwy ścieralnej – wyjaśnia prof. dr hab. inż. Władysław Gardziejczyk – dyrektor Instytutu Inżynierii Lądowej i Transportu WBiNoŚ PB, kierownik Zakładu Inżynierii Drogowej, kierownik projektu badawczego SEPOR z ramienia Politechniki Białostockiej. – Mówiąc w najbardziej uproszczony sposób – cechą charakterystyczną mieszanki poroelastycznej wbudowanej w nawierzchnię jest zawartość wolnych przestrzeni powyżej 20% i zawartość w jej składzie powyżej 20% (wagowo) granulatu gumowego, który zastępuje kruszywo mineralne.

Duża zawartość wolnych przestrzeni i mniejsza sztywność w porównaniu ze standardowymi rozwiązaniami to charakterystyki, które decydują o jej korzystnych właściwościach akustycznych.

– Problem w tym, że dotychczas w żadnym kraju nie udało się zbudować trwałej nawierzchni poroelastycznej – podkreśla prof. Gardziejczyk.

Dlatego tylko ze strony Politechniki Białostockiej w zespole projektu badawczego uczestniczy aż dziesięcioro naukowców , głównie z Zakładu Inżynierii Drogowej z Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku. Największy udział w pracach badawczych mają dr inż. Marek Motylewicz, dr inż. Paweł Gierasimiuk i dr inż. Marta Wasilewska. Niektóre prace badawcze były wykonywane także przez dr inż. Roberta Ziółkowskiego, dr inż. Andrzeja Plewę, dr inż. Krzysztofa Czecha, dr inż. Dorotę Małaszkiewicz, mgr inż. Andrzeja Łaszkiewicza i mgr inż. Ramana Pakholaka.

ZOBACZ GALERIĘ (9 zdjęć)

Co to znaczy bezpieczna nawierzchnia drogowa?

– Nawierzchnia drogowa powinna gwarantować komfort jazdy i bezpieczeństwo użytkownikom ruchu – podkreśla dr inż. Marta Wasilewska z Politechniki Białostockiej. Bezpieczna nawierzchnia to nawierzchnia prawidłowo wykonana i utrzymana w dobrym stanie technicznym, na której długość drogi hamowania jest możliwie najkrótsza. Ocena nawierzchni z punktu widzenia bezpieczeństwa wymaga zwrócenia uwagi na szereg charakterystyk związanych z technologią jej wykonania i zastosowanymi materiałami. Mają one wpływ na cechy techniczno-eksploatacyjne nawierzchni, takie jak: nośność, równość podłużna i poprzeczna, właściwości przeciwpoślizgowe.

– Każda nawierzchnia, standardowa, porowata czy poroelastyczna, powinna zapewniać bezpieczny przejazd wszystkim pojazdom samochodowym w różnych warunkach atmosferycznych – podkreśla dr Wasilewska. – Dlatego przy opracowaniu nowej technologii dokładamy wszelkich starań aby projektowana nawierzchnia spełniała wymagania w zakresie parametrów decydujących o bezpieczeństwie ruchu. Stąd też wykonywane są badania w warunkach laboratoryjnych (kruszyw i mieszanek poroelastycznych) oraz na odcinkach testowych, zarówno urządzeniami stacjonarnymi jak i sprzętem mobilnym.

Zakład Inżynierii Drogowej Politechniki Białostockiej prowadzi  kompleksowe badania materiałów drogowych. Bardzo dobrze wyposażone laboratorium bada kruszywa, lepiszcza i mieszanki mineralno-asfaltowe zgodnie z obowiązującymi normami i standardami. Naukowcy z Politechniki Białostockiej koncentrują się głównie na właściwościach przeciwpoślizgowych projektowanej nawierzchni, bo to one przede wszystkim wpływają na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Badania prowadzone przez zespół z Politechniki Białostockiej nie obejmowały pomiarów oporu toczenia – przypomina dr Wasilewska. Były one realizowane przez pracowników Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej.

Czytaj także: Dyskusja o ekologii przybrała w ostatnich latach charakter mody. Czysta woda – zdrowszy świat!

Nawierzchnia poroelastyczna tłumi pożary

Nawierzchnia poroelastyczna to bardziej bezpieczne rozwiązanie niż tradycyjne warstwy ścieralne. Charakteryzuje się korzystnymi właściwościami w sytuacji palenia się paliwa rozlanego na drodze.

– Badania przeprowadzone przez zespół z Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej wykazały, że na nawierzchni poroelastycznej intensywność palenia się rozlanego paliwa jest zdecydowanie mniejsza niż na standardowych nawierzchniach asfaltowych i betonowych – informuje prof. Gardziejczyk. Można więc mówić o tłumieniu pożaru rozlanego na drodze paliwa. Naukowcy z Politechniki Gdańskiej ustalili, że przyrost temperatury płyty podłogowej samochodu stojącego na palącej się nawierzchni poroelastycznej jest zdecydowanie mniejszy niż na nawierzchni z SMA i nawierzchni betonowej. Ma to istotne znaczenie przy ewentualnym pożarze w tunelu i ewakuacji pasażerów.

Nawierzchnia poroelastyczna to ograniczenie hałasu w otoczeniu dróg nawet o ponad 10 dB

Kierowcom poruszającym się po drogach zależy przede wszystkim na bezpieczeństwie i szybkości przemieszczania się. Naukowcy i inżynierowie z konsorcjum ogromny nacisk kładą też na wpływ projektowanej nawierzchni poroelastycznej na otoczenie, czyli na ograniczenie hałasu wywoływanego przez ruch pojazdów. W otoczeniu dróg są budowane ekrany akustyczne, stosuje się pasy zieleni, nowe okna są dźwiękoszczelne, a na budynkach są wykonywane elewacje pochłaniające dźwięk. Pracownicy Zakładu Inżynierii Drogowej Politechniki Białostockiej badają nawierzchnie drogowe pod względem hałaśliwości.

– Przy wyższych prędkościach pojazdów hałas generowany w płaszczyźnie opona/nawierzchnia jest dominującym źródłem  emitowanych dźwięków od przejeżdżających samochodów – przyznaje prof. Gardziejczyk. – Konieczne są zatem działania na rzecz stosowania nawierzchni, które przyczynią się do obniżenia hałasu od ruchu samochodowego. Znane są już nawierzchnie porowate, cienkie dywaniki bitumiczne, nawierzchnie betonowe z odkrytym kruszywem. Są to rozwiązania korzystne z akustycznego punktu widzenia. Jeżeli  poziom hałasu toczenia opon na badanej nawierzchni jest niższy o 3 dB niż na nawierzchni referencyjnej to taka nawierzchnia jest nawierzchnią „cichą”. Za perspektywiczne rozwiązanie w walce z hałasem drogowym uważa się nawierzchnię poroelastyczną, która może przyczynić się do redukcji hałasu o ponad 10 dB. Taka właśnie nawierzchnia jest przedmiotem badań projektu SEPOR realizowanego przez Konsorcjum: Politechnika Gdańska (lider), Politechnika Białostocka i Firma Budowlano-Drogowa MTM S.A. z Gdyni.

Już teraz projektanci i budowniczowie dróg mogą mieć wpływ na obniżenie hałaśliwości nawierzchni.

– W przypadku nawierzchni asfaltowych o hałaśliwości nawierzchni decyduje głównie makrotekstura nawierzchni (zależy od maksymalnego uziarnienia ziaren kruszywa) i zawartości wolnych przestrzeni – informuje prof. Gardziejczyk. – Zalecam stosowanie w warstwie ścieralnej mieszanek mineralno-asfaltowych o maksymalnym uziarnieniu kruszywa 8 mm.

Największy wpływ na hałaśliwość nawierzchni betonowych ma technika teksturowania ich powierzchni. Korzystną techniką teksturowania jest tzw. metoda odkrytego kruszywa.

Aby uzyskać korzystną z akustycznego punktu widzenia nawierzchnię z betonowych kostek brukowych należy dążyć do ograniczenia poprzecznych połączeń kostek brukowych w stosunku do połączeń podłużnych.

Na obniżenie hałasu mogą mieć też wpływ sami kierowcy. Wszystko zależy od rodzaju stosowanych przez nich opon.

– Poziom hałasu toczenia pojazdów zależy od rzeźby bieżnika, wymiaru opon i materiału z jakiego zostały wykonane – przypomina prof. Gardziejczyk. – Opony letnie i opony zimowe różnią się z punktu widzenia hałaśliwości. Problem ten nie był jednak przedmiotem naszych badań, ale zgodnie z wynikami innych badaczy optymalizacja obecnie stosowanych opon może prowadzić do obniżenia poziomu hałasu o 2 – 3 dB, a budowa nawierzchni poroelastycznej przyczynia się do redukcji niepożądanych dźwięków nawet o ponad 10 dB.

Czytaj także: Recykling gruzu betonowego. Niesamowite możliwości patentu z Politechniki Białostockiej. Bezopadowa metoda, która chroni środowisko naturalne

Polskie drogi emitują hałas

– Niestety, zbyt mało buduje się w naszym kraju nawierzchni o obniżonej hałaśliwości – ubolewa prof. Gardziejczyk. – Na warstwę ścieralną na drogach krajowych najczęściej stosuje się mieszankę typu SMA11, tzn. mieszankę z mastyksu grysowego o maksymalnym uziarnieniu kruszywa 11 mm. Na drogach niższych kategorii w warstwę ścieralną wbudowuje się beton asfaltowy. Niektóre drogi szybkiego ruchu, w szczególności obciążone dużym ruchem pojazdów ciężarowych z naczepami i naczepami, mają nawierzchnię betonową teksturowaną metodą odkrytego kruszywa.

Co bada konsorcjum Politechniki Gdańskiej, Politechniki Białostockiej i Firmy Budowlano-Drogowej MTM S.A. w Gdyni

Celem naszych badań jest aby zaprojektowana nawierzchnia była nawierzchnią bezpieczną – podkreśla dr Wasilewska. – Do oceny właściwości przeciwpoślizgowych wykorzystujemy m.in. zestaw urządzeń stacjonarnych DFT (Dynamic Friction Tester) i CTM (Circular Track Meter). Zespół z Zakładu Inżynierii Drogowej uczestniczy w międzynarodowych badaniach porównawczych tych urządzeń, które odbywają się cyklicznie w ramach European Pavement Friction Workshop na torach testowych IFSTTAR w Nantes we Francji. Dzięki temu możemy porównywać wyniki naszych badań z wynikami uzyskanymi przez innych badaczy w ramach międzynarodowych projektów badawczych i prac wykonywanych na innych nawierzchniach w naszym kraju. Z dotychczasowych badań wynika, że właściwości przeciwpoślizgowe większości testowanych wariantów nawierzchni poroelastycznej są porównywalne z właściwościami warstwy ścieralnej z SMA. Współpraca z GDDKiA oraz laboratoriami drogowymi w kraju posiadającymi urządzenia mobilne do pomiaru cech powierzchniowych umożliwia nam ocenę kompleksową właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni wykonanych w różnych technologiach.

ZOBACZ GALERIĘ (9 zdjęć)

Konsorcjum to podział zadań

– W ramach konsorcjum każdy z konsorcjantów odpowiada za ściśle określone zadania – przypomina prof. Gardziejczyk. – Niektóre z zadań są realizowane przez dwa zespoły badawcze z różnych jednostek, przy zastosowaniu różnych metod i  wykorzystaniu różnych urządzeń badawczych. Do głównych zadań zespołu Politechniki Białostockiej należą obecnie badania właściwości akustycznych i hałaśliwości nawierzchni, wodoprzepuszczalności, właściwości przeciwpoślizgowych, równości poprzecznej i podłużnej nawierzchni. W poprzednich etapach prowadziliśmy badania kruszyw, a także trwałości płyt testowych z różnych mieszanek poroelastycznych zaprojektowanych i wykonanych przez pracowników z Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechnice Gdańskiej.

Gdzie  znajdzie zastosowanie nawierzchnia poroelastyczna 

– Na pewno nie będzie to technologia do zastosowania na wszystkich drogach – mówi prof. Gardziejczyk. – Jest to związane z jednej strony ze stosunkowo trudną technologią wytworzenia i wbudowania mieszanki oraz wyższym jej kosztem w stosunku do rozwiązań tradycyjnych. Potrzebne będą także dalsze badania na temat „pracy” nawierzchni poroelastycznej w okresie jej eksploatacji w trudnych warunkach atmosferycznych. Wskazują na to badania nad trwałością tego typu rozwiązań dotychczas wykonane w naszym projekcie, a także w projektach innych badaczy. Przewidujemy stosowanie nawierzchni poroelastycznej w szczególnych miejscach, na przykład w tunelach (z punktu widzenia mniejszej palności) czy na odcinkach dróg w otoczeniu których położone są obiekty wymagające znaczącego obniżenia hałasu (o minimum 10 dB) i braku możliwości zastosowania innych zabezpieczeń przeciwhałasowych. Pierwsze realizacje powinny być wykonane jednak na drogach o mniejszym natężeniu ruchu.

Projekt pt. Bezpieczna, proekologiczna poroelastyczna nawierzchnia drogowa SEPOR jest finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, w ramach Strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych „Nowoczesne technologie materiałowe” – TECHMATSTRATEG1.

——————————————————————-

Prof. dr hab. inż. Władysław Gardziejczyk – dyrektor Instytutu Inżynierii Lądowej i Transportu WBiNoŚ PB, kierownik Zakładu Inżynierii Drogowej, kierownik projektu badawczego SEPOR z ramienia Politechniki Białostockiej,

  • autor i współautor ponad 150 publikacji i referatów,
  • autor monografii „Hałaśliwość nawierzchni drogowej”, nagrodzonej przez Ministra Rozwoju (2019)  i wyróżnionej w konkursie PAN Oddział w Olsztynie i w Białymstoku (2020),
  • członek Rady Naukowej przy Generalnym Dyrektorze Dróg Krajowych i Autostrad,
  • członek Miejskiej Komisji Urbanistyczno-Architektonicznej przy Prezydencie Białegostoku,
  • członek Regionalnej Komisji ds. Ocen Oddziaływania na Środowisko przy Dyrektorze RDOŚ w Białymstoku.

 

Dr inż. Marta Wasilewska

  • Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku, Katedra Budownictwa i Inżynierii Drogowej, Zakład Inżynierii Drogowej,
  • autor i współautor ponad 60 publikacji i referatów,
  • udział w International Friction Workshop w Penn Stage Collage w Stanach Zjednoczonych (2013); Friction Workshop, Statens Vegvesen w Norwegii (2018); EUROPEAN PAVEMENT FRICTION WORKSHOP, IFSTTAR w Nantes we Francji (2017 i 2019);
  • opiekun koła naukowego SKN DROGOWIEC (od 2011);
  • członek Rady Programowej czasopisma Materiały Budowlane (od 2017);
  • członek Rady Programowej Komitetu Narodowego PIARC – Polskiego Kongresu Drogowego,
  • bogate doświadczenie dydaktyczne – m.in. wykłady w ramach programu Teaching activity in Erasmus + Teaching Staff Mobility (2014, 2015, 2016, 2017), ogólna liczba dyplomów 68;

 

Dr inż. Marek Motylewicz

  • Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku, Katedra Budownictwa i Inżynierii Drogowej, Zakład Inżynierii Drogowej
  • autor ponad 20 publikacji i referatów,
  • prezes Zarządu Oddziału Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji RP w Białymstoku,
  • przewodniczący Koła Zakładowego SITK RP przy Politechnice Białostockiej,
  • recenzent wielu artykułów naukowych z zakresu drogownictwa,
  • duże doświadczenie dydaktyczne

 

Dr inż. Paweł Gierasimiuk

  • Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku, Katedra Budownictwa i Inżynierii Drogowej, Zakład Inżynierii Drogowej
  • autor ponad 25 publikacji i referatów,
  • udział w European Friction Workshop -Nantes (2018), Resilient and Safe Road Infrastructure – Kielce (2018),
  • recenzent wielu artykułów naukowych z zakresu drogownictwa.

Autor: Jerzy Doroszkiewicz

Zdjęcia: Gabriela Kościuk, dr inż. Marek Motylewicz, dr inż. Marta Wasilewska

 

Zobacz także:

Dr hab. inż. Marta Kosior-Kazberuk, prof. PB – Jak będzie wyglądała Politechnika przyszłości? [wideo]

Nauka może być pociągająca!