פרויקט פיילוט של ליטוש יהלומים להגנה על ריצוף בטון בכביש פיניקס

החזרת כביש אריזונה לבטון צמנט פורטלנד עשויה להוכיח את היתרון של שימוש בטחינת יהלום כחלופה לטחינה ומילוי סטנדרטיים. התחזית מראה כי על פני תקופה של 30 שנה, עלויות התחזוקה יופחתו ב-3.9 מיליארד דולר.
מאמר זה מבוסס על וובינר שנערך במקור במהלך הכנס הטכני של האיגוד הבינלאומי לחריטה ולליטוש (IGGA) בדצמבר 2020. צפו בהדגמה המלאה למטה.
תושבי אזור פיניקס רוצים כבישים חלקים, יפים ושקטים. עם זאת, עקב גידול אוכלוסין מואץ באזור וחוסר משאבים לשמירה על רמת הכבישים, מצב הכבישים באזור מידרדר בעשור האחרון. משרד התחבורה של אריזונה (ADOT) בוחן פתרונות יצירתיים לתחזוקת רשת הכבישים המהירים שלו ולספק את סוגי הכבישים שהציבור מצפה להם.
פיניקס היא העיר החמישית בגודלה בארצות הברית, והיא עדיין בצמיחה. רשת הכבישים והגשרים של העיר, שאורכת 400 קילומטרים, מתוחזקת על ידי אזור התחבורה של אריזונה (ADOT), שרובו מורכב מכבישים מהירים בעלי ארבעה נתיבים עם נתיבים נוספים לתנועה גבוהה (HOV). עם תקציב בנייה של 500 מיליון דולר בשנה, האזור מבצע בדרך כלל 20 עד 25 פרויקטים של בנייה ברשת כבישים עמוסת תנועה מדי שנה.
אריזונה משתמשת במדרכות בטון מאז שנות ה-20 של המאה ה-20. בטון יכול לשמש במשך עשרות שנים ודורש תחזוקה רק כל 20-25 שנה. עבור אריזונה, 40 שנות ניסיון מוצלח אפשרו את השימוש בו במהלך בניית הכבישים הראשיים של המדינה בשנות ה-60. באותה תקופה, סלילת הכביש בבטון משמעותה פשרה מבחינת רעש הכביש. במהלך תקופה זו, משטח הבטון עובר גימור באמצעות פח (משיכת מגרפה מתכתית על משטח הבטון בניצב לזרימת התנועה), וצמיגים הנוהגים על הבטון המרופט מייצרים יבבה רועשת וקוהרנטית. בשנת 2003, על מנת לפתור את בעיית הרעש, הונחה שכבת חיכוך גומי אספלט (AR-ACFC) בעובי 1 אינץ' על גבי בטון צמנט פורטלנד (PCC). זה מספק מראה עקבי, צליל שקט ונסיעה נוחה. עם זאת, שמירה על פני השטח של ה-AR-ACFC הוכחה כאתגר.
אורך החיים המתוכנן של כביש AR-ACFC הוא כ-10 שנים. כבישי אריזונה עברו כעת את תוקפם המתוכנן והם מזדקנים. ריבוד ובעיות נלוות מציבות בעיות לנהגים ולמשרד התחבורה. למרות שפירוק בדרך כלל גורם לאובדן של כ-2.5 ס"מ מעומק הכביש (מכיוון שאספלט הגומי בעובי 2.5 ס"מ נפרד מהבטון שמתחת), נקודת הפילוסוף נחשבת לבור על ידי ציבור הנוסעים ונחשבת לבעיה חמורה.
לאחר בדיקת ליטוש יהלום, משטחי בטון מהדור הבא, וגימור משטח הבטון באמצעות מטחנת החלקה או מיקרוכרסום, קבעה ADOT כי המרקם האורכי המתקבל על ידי ליטוש יהלום מספק מראה קורדרוי נעים וביצועי נהיגה טובים (כפי שמוצג על ידי מספרי IRI נמוכים) ופליטות רעש נמוכות. רנדי אוורט ומשרד התחבורה של אריזונה.
אריזונה משתמשת במדד החספוס הבינלאומי (IRI) כדי למדוד את מצב הכבישים, והמספר נמצא בירידה. (IRI הוא סוג של נתוני חספוס סטטיסטיים, המשמשים כמעט באופן אוניברסלי על ידי מוסדות לאומיים כאינדיקטור ביצועים של מערכת ניהול הסלילות שלהם. ככל שהערך נמוך יותר, כך החספוס קטן יותר, וזה רצוי). על פי מדידות IRI שבוצעו בשנת 2010, 72% מהכבישים הבין-מדינתיים באזור נמצאים במצב טוב. עד שנת 2018, שיעור זה ירד ל-53%. גם נתיבי מערכת הכבישים הארציים מראים מגמת ירידה. מדידות בשנת 2010 הראו כי 68% מהכבישים היו במצב טוב. עד שנת 2018, מספר זה ירד ל-35%.
ככל שהעלויות גדלו - והתקציב לא עמד בקצב - באפריל 2019, ADOT החלה לחפש אפשרויות אחסון טובות יותר מאשר בארגז הכלים הקודם. עבור מדרכות שעדיין במצב טוב בתוך חלון אורך החיים המתוכנן של 10 עד 15 שנים - וזה הופך להיות חשוב יותר ויותר עבור המחלקה לשמור על הריצוף הקיים במצב טוב - האפשרויות כוללות איטום סדקים, איטום בהתזה (מריחת שכבה דקה של אמולסיית אספלט קלה שהתמצקה באיטיות), או תיקון בורות בודדים. עבור מדרכות שחורגות מאורך החיים המתוכנן, אפשרות אחת היא לטחון את האספלט המתפורר ולהניח שכבת אספלט גומי חדשה. עם זאת, בשל היקף השטח שיש לתקן, זה מתגלה כיקר מדי. מכשול נוסף לכל פתרון הדורש טחינה חוזרת ונשנית של פני האספלט הוא שציוד הטחינה ישפיע באופן בלתי נמנע ויפגע בבטון שמתחתיו, ואובדן חומר הבטון בחיבורים הוא חמור במיוחד.
מה יקרה אם אריזונה תחזור למשטח ה-PCC המקורי? משרד התחבורה של אריזונה יודע שכבישי הבטון במדינה מתוכננים לספק יציבות מבנית לאורך זמן. המשרד הבין שאם יוכלו להשתמש ב-PCC הבסיסי כדי לשפר את המשטח המקורי המשונן שלו וליצור כביש שקט ונוח לרכיבה, הכביש המתוקן עשוי להחזיק מעמד זמן רב יותר ודורש תחזוקה. הוא גם הרבה פחות מכביש אספלט.
כחלק מהפרויקט בכביש SR 101 מצפון לפיניקס, הוסרה שכבת ה-AR-ACFC, ולכן ADOT התקינה ארבעה מקטעי בדיקה כדי לבחון פתרונות עתידיים שישתמשו בבטון הקיים תוך הבטחת חלקות, רכיבה שקטה ומראה כביש טוב. המחלקה בחנה את תהליך השחזה ביהלום ואת משטח הבטון מהדור הבא (NGCS), מרקם בעל פרופיל קרקע מבוקר ומרקם שלילי או כלפי מטה כללי, שפותח כריצוף בטון בעל רעש נמוך במיוחד. ADOT שוקלת גם שימוש במטחנה הזזה (תהליך שבו מכונה מובילה מיסבים כדוריים למשטח הכביש כדי לשפר את מאפייני החיכוך) או מיקרו-כרסום כדי לסיים את משטח הבטון. לאחר בדיקת כל שיטה, ADOT קבעה כי המרקם האורכי המתקבל על ידי השחזה ביהלום מספק מראה קורדרוי נעים, כמו גם חווית רכיבה טובה (כפי שמצוין על ידי ערך IRI נמוך) ורעש נמוך. תהליך השחזה ביהלום הוכח גם כעדין מספיק כדי להגן על אזורי בטון, במיוחד סביב החיבורים, שניזוקו בעבר על ידי הטחינה. השחזה ביהלום היא גם פתרון חסכוני.
במאי 2019, החליטה ADOT לבצע ליטוש יהלום של קטע קטן של כביש SR 202 הממוקם באזור הדרומי של פיניקס. כביש AR-ACFC בן ה-15 היה כה רופף ומרובד עד שסלעים רופפים נזרקו על השמשה הקדמית, ונהגים התלוננו על נזק לשמשה הקדמית מאבנים מעופפות מדי יום. שיעור תביעות הנזק באזור זה גבוה יותר מאשר באזורים אחרים במדינה. המדרכה גם רועשת מאוד וקשה לנהיגה. ADOT בחרה בגימורים בגימור יהלום לשני הנתיבים הימניים לאורך כביש SR 202, שאורכו חצי מייל. הם השתמשו בדלי מעמיס כדי להסיר את שכבת ה-AR-ACFC הקיימת מבלי לפגוע בבטון שמתחת. המחלקה בדקה בהצלחה שיטה זו באפריל, כאשר חשבו על דרכים לחזור לכביש PCC. לאחר השלמת הפרויקט, נציג ADOT שם לב שהנהג עבר מנתיב AR-ACFC לנתיב הבטון המשובץ ביהלום כדי לחוות את מאפייני הנסיעה והצליל המשופרים.
למרות שלא כל פרויקטי הפיילוט הושלמו, ממצאים ראשוניים לגבי העלויות מצביעים על כך שהחיסכון הקשור לשימוש בריצוף בטון ובשחיטת יהלום כדי לייעל את המראה, החלקות והצליל יכול להפחית את התחזוקה בעד 3.9 מיליארד דולר בעלות שנתית. על פני תקופה של 30 שנה. רנדי אוורט ומשרד התחבורה של אריזונה.
בערך בתקופה זו, פרסם איגוד ממשלת מריקופה (MAG) דו"ח להערכת רעש הכבישים המקומיים וכשירות הנסיעה. הדו"ח מכיר בקושי בתחזוקת רשת הכבישים ומתמקד במאפייני הרעש של הכביש. מסקנה מרכזית היא שמכיוון שיתרון הרעש של AR-ACFC נעלם כל כך מהר, "יש לשקול טיפול בקרקע ביהלום במקום ציפוי אספלט גומי". פיתוח בו זמנית נוסף הוא חוזה רכש תחזוקה המאפשר השחזה של יהלום. הקבלן הובא לתחזוקה ולבנייה.
ADOT מאמינה שהגיע הזמן לעשות את הצעד הבא ומתכננת להתחיל בפרויקט גדול יותר של ליטוש יהלומים בכביש SR 202 בפברואר 2020. הפרויקט משתרע על פני קטע באורך ארבעה מיילים וברוחב ארבעה נתיבים, כולל קטעים משופעים. השטח היה גדול מדי לשימוש במטען להסרת האספלט, ולכן נעשה שימוש במכונת כרסום. המחלקה חותכת רצועות באספלט גומי עבור קבלן הטחינה כדי שישמש כמדריך במהלך תהליך הטחינה. על ידי הקלה על המפעיל לראות את משטח ה-PCC מתחת לכיסוי, ניתן לכוונן את ציוד הטחינה ולמזער את הנזק לבטון הבסיסי. המשטח הסופי של כביש SR 202, המוטח ביהלום, עומד בכל תקני ADOT - הוא שקט, חלק ומושך - בהשוואה למשטחי אספלט, ערך ה-IRI היה חיובי מאוד בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20. ניתן להשיג מאפייני רעש דומים אלה מכיוון שלמרות שהריצוף החדש של AR-ACFC שקט בכ-5 dB מהריצוף המוטח ביהלום, כאשר ריצוף AR-ACFC משמש במשך 5 עד 9 שנים, תוצאות המדידה שלו דומות או גבוהות יותר מרמת ה-dB. לא רק שרמת הרעש של רכב ה-SR 202 diamond ground החדש נמוכה מאוד עבור נהגים, אלא שהמדרכה גם מייצרת פחות רעש בקהילות הסמוכות.
הצלחת הפרויקטים המוקדמים שלהם הובילה את ADOT להתחיל בשלושה פרויקטים פיילוט נוספים של ליטוש יהלומים. ליטוש היהלומים של כביש פרייס 101 הושלם. ליטוש היהלומים של כביש פימה 101 יבוצע בתחילת 2021, וסלילת כביש I-17 ל-75th Avenue צפויה להתבצע בחמש השנים הקרובות. ADOT תעקוב אחר ביצועי כל הפריטים כדי לבדוק את תמיכת החיבורים, האם הבטון התקלף ואת שמירה על איכות הצליל והנסיעה.
למרות שלא כל פרויקטי הפיילוט הושלמו, הנתונים שנאספו עד כה מצדיקים את שקילת ליטוש יהלום כחלופה לליטוש ומילוי סטנדרטיים. התוצאות הראשוניות של בדיקת העלויות מראות כי החיסכון הכרוך בשימוש בריצוף בטון ובליטוש יהלום כדי לייעל את המראה, החלקות והצליל יכול להפחית את עלויות התחזוקה עד 3.9 מיליארד דולר על פני תקופה של 30 שנה.
באמצעות שימוש במדרכה מבטון קיימת בפניקס, לא רק שניתן להגדיל את תקציב התחזוקה ולשמור על יותר כבישים במצב טוב, אלא שעמידות הבטון מבטיחה שהפרעות הקשורות לתחזוקת הכבישים ימוזערו. וחשוב מכל, הציבור יוכל ליהנות ממשטח נסיעה חלק ושקט.
רנדי אוורט הוא מנהל בכיר במחלקת התחבורה במרכז אריזונה.
IGGA הוא איגוד סחר ללא מטרות רווח שהוקם בשנת 1972 על ידי קבוצת אנשי מקצוע מסורים בתעשייה, המוקדש לפיתוח תהליכי ליטוש וחריצה ביהלום עבור משטחי בטון ואספלט מצמנט פורטלנד. בשנת 1995, IGGA הצטרפה לשותפות של איגוד ריצוף הבטון האמריקאי (ACPA), ויצרה את שותפות IGGA/ACPA להגנת ריצוף בטון (IGGA/ACPA CP3) של ימינו. כיום, שותפות זו היא משאב טכני ומובילה בתעשייה בשיווק עולמי של משטחי ריצוף אופטימליים, תיקון ריצוף בטון והגנה על ריצוף. משימתה של IGGA היא להפוך למשאב הטכנולוגיה והקידום המוביל לקבלה ולשימוש נכון בליטוש וחריצה ביהלום, כמו גם לשימור ושיקום PCC.