Kde se guma potkává se silnicí

Američané jsou úžasní řidiči. každý rok se kola země roztočí na 1,5 bilionu kilometrů silnic. To je asi 5 000 km na každého muže, ženu a dítě ve Spojených státech. Ale i přes celonárodní touhu po asfaltu se chodník jen zřídkakdy zamyslí. Kromě případů, kdy je čas uhnout kolem výmolu nebo narazit přes křižovatku plnou vyjetých kolejí. Pak je pravděpodobné, že rozzlobený řidič bude rozhořčeně požadovat: Proč neopraví ty zatracené silnice?

Klídek, jsou.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z listopadu 1998

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Po celé zemi, na tichých venkovských uličkách a přecpaných odbočkách, zavádějí dálniční inženýři nový výkonný princip pro stavbu silnic známý jako Superpave.

Superpave je nový způsob, jak navrhnout asfaltovou směs za horka, mazlavou směs cementu barvy dehtu a drceného kamene, která tvoří 94 procent vozovek v USA. Je to vynikající technologie, říká Neil Hawks, ředitel speciálních programů na Transportation Research Board (TRB) ve Washingtonu D.C. Je to také velká změna pro převážně empirické umění stavby silnic. Superpave nahrazuje konstrukci receptury, založenou na minulých zkušenostech, s návrhy vozovek zakořeněnými v analytickějším hodnocení technických vlastností silničních materiálů. Cíl Superpave: obléknout tepny národa do trvanlivých, na míru šitých chodníků.

Nový systém byl vyvinut v univerzitních a průmyslových laboratořích během intenzivního, jedinečného výzkumného úsilí financovaného Kongresem v roce 1987. Jako každá laboratorní technika určená pro použití v reálném světě, Superpave nabral své hroudy na cestě. Muselo se to ujmout silných průmyslových odvětví a znamenalo to strmou křivku učení pro místní dopravní oddělení a dodavatele, kteří skutečně platí a staví nové silnice. V roce 1996 použili systém pouze na 95 dlažebních prací. Ale letos se Superpave rozlétlo a počet vyskočil na 1 339 celostátně, což představuje téměř 30 procent chodníků položených ve Spojených státech.

Zpevněné silnice se nijak neliší od svých empirických protějšků. Výzkumníci však předpovídají, že budou trvat mnohem déle, možná 15 let místo 10, než budou potřebovat velkou údržbu. Podle odhadu Texaského dopravního institutu by to mělo dálničním oddělením ušetřit více než půl miliardy dolarů ročně. Více k věci pro americké cestovatele, studie zjistila, že Superpave ušetří další 2 miliardy dolarů tím, že ušetří čas – méně oprav aut a méně minut zaseknutých za údržbářskými četami.

Počátky Superpave sahají do doby, kdy bylo králem disko, nejprodávanějším autem v zemi byl Oldsmobile a nové silniční projekty náhle a záhadně začaly selhávat. Vždy existovaly případy, kdy se věci pokazily a lidé to nedokázali vysvětlit, říká Damian Kulash, prezident nadace Eno Transportation Foundation ve Washingtonu, D.C. Ale lidé začali mít pocit, že je to čím dál častější. Silnice vytvářely známky stáří dávno před svou dobou: vyjeté koleje z provozu v horkých dnech a trhliny z chladného počasí.

Nebyly jasné příčiny. Dodavatelé používali receptury na stavbu silnic, které se od roku 1872, kdy se na Páté Avenue v New Yorku objevily první asfaltové chodníky v zemi, změnily jen málo. Pravda, dopravní zátěž neustále narůstala. A těžší náklaďáky s tužšími pneumatikami byly podezřelé z toho, že se dopouštěly podlého opotřebení. Jiní ukazovali prsty na samotný asfalt, lepkavý zbytek po rafinaci ropy. Ropné embargo OPEC přeskupilo zásobovací linky a povaha materiálu se změnila.

Přestože se asfalt používal tisíce let (staří Egypťané ho používali k mumifikaci) a štěrk ještě déle, mechanické vlastnosti vozovky zůstaly do značné míry neprozkoumané. Takže když silnice začaly selhávat, dálniční inženýři nevěděli, co změnit. Snadné odpovědi se pravděpodobně neobjevily ani z výzkumného potrubí, které bylo dlouho suché. Čísla v ponuré zprávě z roku 1984 od TRB hovořila za vše. Polovodičový průmysl utrácel 8 procent tržeb na výzkum a vývoj; farmaceutický průmysl 6 procent; dokonce i zaostávající výzkum a vývoj, jako je potravinářský a nápojový průmysl, se umístily těsně pod 1 procentem. Dálniční průmysl utrácel méně než 0,2 procenta.

Přízrak úpadku infrastruktury a ponurý scénář financování podnítil Kongres k akci. V roce 1987 odstartovala Strategický dálniční výzkumný program (SHRP), nabídku 150 milionů dolarů na nalezení řešení nejtěžších problémů dálničních inženýrů. Plných 50 milionů dolarů šlo na řešení problému chodníku.

Pavement's Moonshot

Přesto byla inovace konceptem tak cizím asfaltu, že Kulash, který se stal výkonným ředitelem SHRP, si zoufal, že najde schopné výzkumníky. Událo se toho velmi málo, říká. Měli jsme obavy, že nebude dostatek technických kapacit. Ale tohle měl být měsíční snímek chodníku. Takže pod vedením Toma Kennedyho na Texaské univerzitě v Austinu se inženýři z akademické obce a průmyslu spojili v šestiletém úsilí najít lepší způsoby, jak postavit chodník.

Výsledkem celého výzkumu je Superpave, což znamená asfaltové vozovky s vynikajícími vlastnostmi. Superpave není jediný supermateriál nebo jeden klíčový poznatek. Místo toho je to nová sada testovacích zařízení a protokolů pro míchání silnic, které zaručeně vydrží počasí a provoz na konkrétním místě.

Vezměme si asfalt, známý také jako horká ropa pracovníky rafinerie, kteří jej vyrábějí jako vedlejší produkt katalytického krakování, které uvolňuje benzín a topné palivo z ropy. Před Superpave používali dodavatelé od severního Maine po trať Virginie stejný asfalt. Je to proto, že testovali pouze jeho viskozitu, aby zjistili, jak dobře v létě zažene říji.

Ale na severovýchodě se dlažba praská chladem častěji než říje z horka. S technologií Superpave, vysvětluje materiálový inženýr ministerstva dopravy Connecticutu (DOT) Nelio Rodrigues, asfalt nyní musí proskočit obruče tím, že projde výkonnostními testy při vysokých i nízkých teplotách. Jeden test podrobuje sklovitý asfalt při pokojové teplotě stroji známému jako dynamický smykový reometr. Zařízení adaptované výzkumníky SHRP z modelu, který měří konzistenci smetanového sýra, aplikuje kroutící sílu k měření schopnosti asfaltu odolávat deformaci. Další test vyžaduje chlazené asfaltové tyčinky položené přes drobná a železa, aby unesla závaží. Pokud prasknou, asfalt není vhodný pro chladné oblasti.

Pohled na nízké teploty je skvělým krokem vpřed, říká April Swansonová, výzkumná chemička v rafinérii Amoco’s Whiting, Ind. Až do Superpave neexistovala žádná praktická metoda, jak to udělat. Nyní skutečně měříme technické vlastnosti.

V rámci Superpave testují technici Whiting 40 000 barelů asfaltu vyrobeného závodem každý den a hodnotí šarže štítky jako Performance Grade 58-28. Štítek znamená, že asfalt je ohodnocen tak, aby plnil své povinnosti od prskajících 58 °C až do -28 °C. Swanson říká, že Amoco nyní přidává sortiment polymerů, které splňují vyšší třídy. Aby si inženýři vybrali perfektní asfalt pro dláždění, vyhledávají teplotní extrémy na svém staveništi pomocí údajů Národní meteorologické služby.

Výběr ideálního asfaltu je jen polovina hry. Inženýři pak potřebují zamíchat správnou směs horniny nebo kameniva. Před Superpave měli stavitelé silnic intuitivně pocit, že dobře chápali, jaké proporce hrubého a jemného kamene tvoří dobrý chodník. Každý používal to, co považoval za osvědčené a osvědčené směsi, říká Kulash. Ale nebyly to stejné věci. Nebylo tam žádné evangelium.

Superpave kombinuje nejlepší stávající know-how do nového písma pro návrh objemových směsí. Dlouhé tabulky definují ideální kombinaci kamenů, vzduchových kapes a asfaltu v závislosti na očekávané míře provozu. Aby se ujistili, že teorie obstojí v praxi, používají inženýři další vynález SHRP – rotační kompaktor Superpave – k hnětení nádoby na vozovku o velikosti plechovky pod vysokým tlakem. Výsledné vzorky ukazují, jak bude povrch vozovky vypadat po zhutnění válci a po letech provozu, které následují.

Pokud bloky neprojdou výkonnostními zkouškami, inženýři vyladí návrh směsi výměnou kamenů nebo přidáním lepšího asfaltu. Namísto dřívějších univerzálních designů, říká Rodrigues, s Superpave má každá silnice na zakázku vyrobený chodník.

Testovací jízda

Bude to trvat roky, než budeme vědět, zda Superpave dostojí svému jménu, ale už se objevují povzbudivé zprávy. V New Yorku dodavatelé opravili 50 kilometrů dálnice Interstate 81 přes Cortland County ze dvou třetin původní receptury az jedné třetiny Superpave. Již po jedné zimě se podle státního ředitele technických služeb Paula Macka začal staromódní asfalt kazit. Sekce Superpave vypadá ve srovnání velmi dobře, říká.

Superpave zažil svůj podíl na technických poruchách a odolnosti v reálném světě. Několik testů asfaltu bylo bombardováno ve skutečném světě a Swanson z Amoco říká, že použití jiných se ukázalo jako složité. Přestože její technici provádějí pečlivá měření, ona pravidelně dohaduje výsledky s továrnami na horkou směs. Tyto firmy, které dodávají stavebním četám surovou dlažbu, opakují výkonnostní testy, často s různými výsledky.

Silniční posádky také čelí křivce učení. Nové směsi obsahují větší kameny a je těžké je zhutnit, říká materiálový inženýr státu New York William Brudi. Při typických pracích na silnici shazuje osádka dlažebních strojů pás horké směsi a klouzající válečky s ocelovými koly následují asi 60 metrů za sebou a žehlí je při teplotách blízkých 93 °C. Ale Brudi říká, že to není pro Superpave dost horké. Nyní, na projektu za 90 milionů dolarů na vybudování 9 km dlouhého HOV pruhu na Long Island Expressway, následují válce horké na chvostu dlaždičů a zhutňují směs při neuvěřitelných 150 C. To vyžaduje mnohem větší koordinaci strojů , říká Brudi. Týmy nejsou zvyklé komunikovat, teď to musí udělat správně.

Někdy ti, kteří odolávají nové technologii, mají pravdu. Na zakázce v roce 1993 poblíž Kingmanu v Arizoně dodavatelé podle pokynů Superpave vynechali antistripační chemikálii, která se běžně používá k ochraně vozovky před vlhkostí. Vlhkost se dnes nad povrchem vozovky šíří jako had. Máme pocit, že slepě přijmout tento návrhový postup bez využití našich inženýrských znalostí je pro občany Arizony medvědí službou, říká státní inženýrka DOT Julie Nodes.

Reakce lidí, jako jsou Nodes, je kritická – osud Superpave stojí na zdviženém palci od takových úředníků, protože státní DOT financují většinu výstavby silnic v zemi. Doposud většina z nich dychtivě přijala dobrovolné specifikace Superpave, přičemž Indiana, Maryland a New York jsou v čele. Celkově 38 států nyní žádá dodavatele, aby používali nové asfalty s tříděným výkonem, a téměř polovina zavádí návrh směsi kameniva.

Křivky vpřed

Zatímco státy jsou hlavními hybateli chodníků, úspěch Superpave závisí také na nákupu od 40 000 místních vlád, které vlastní a provozují silnice, a také od všech nesčetných dodavatelů, výrobců zařízení a lomů, které jim slouží. Práce na implementaci ještě zdaleka neskončila, říká Gary Henderson, vedoucí týmu pro dodávky technologií Superpave Federal Highway Administration. Není to ani levné: vybavení, školení a následné studie potřebné k tomu, aby se Superpave dostal z laboratoře do terénu, už stály 150 milionů dolarů – třikrát více než původní výzkum.

Ponecháme-li stranou náklady, může být nejdůležitější inovací nového systému sblížení akademiků, dodavatelů a dodavatelů ke společnému účelu. Zatímco v nedůvěřivém průmyslu kdysi vládla nedůvěra, říká Kulash, charakteristickým znakem Superpave je to, že vytvořilo konstruktivní prostředí. A to by podle něj mělo urychlit zavádění nových technologií.

V několika centrech inženýři pokračují ve vymýšlení způsobů, jak udělat ze stavby silnic ještě méně umění. Například na univerzitě v Marylandu tým vedený Mattem Witczakem vytváří počítačové modely, které by po doplnění o odhady provozu a výkonnostních vlastností surovin měly přesně předpovědět, kolik let bude vozovka trvat, než se rozježdí nebo popraská vlivem teploty a únava.

Budoucnost takových projektů však byla zpochybněna Zákonem o spravedlnosti v dopravě pro 21. století, který prezident Clinton podepsal 9. června. Šestiletý plán výdajů ve výši 217 miliard dolarů zvýšil výdaje na výstavbu dálnic o téměř 40 procent, ale vykuchané prostředky na federální výzkum a implementaci asfaltu, přesměrování velké části peněz do států.

Je dopravní zákon pro Superpave kryptonit? Nepravděpodobně. Ačkoli Superpave nemá tolik mediálního lesku jako nový lékařský lék a nemusí produkovat tolik milionářů jako startup ze Silicon Valley, má klíčový atribut každého hrdiny, který vydrží – srdce pro lidi. Je to řešení vhodné pro všech 50 států, díky kterému vydrží chodník v Los Angeles nebo Omaze, v horku i za mokra, v dobrých i špatných časech. A není nic, co by se Američanům líbilo víc než dlouhý rovný úsek asfaltové střechy bez prasklin.

skrýt