I.  System oceny stanu nawierzchni (SOSN) 

1.  Wprowadzenie

          Nawierzchnie bitumiczne to 77,3 % ogólnej długości sieci dróg powiatowych starostwa kołobrzeskiego. Ich stan decyduje o ocenie wartości eksploatacyjnej całej sieci. Dlatego też, dla dróg bitumicznych przeprowadzono szczegółowe badania stanu techniczno – eksploatacyjnego. Stan techniczny dróg o nawierzchniach innych, zostanie pokrótce scharakteryzowany w następnej części opracowania. Drogownictwo polskie nie dopracowało się niestety metodologii ocen nawierzchni innych, na poziomie systemu obowiązującego dla nawierzchni bitumicznych..

          Nawierzchnie bitumiczne zostały ocenione i sklasyfikowane pod względem ich aktualnego stanu technicznego, zgodnie z zasadami Systemu oceny stanu nawierzchni (SOSN). System został opracowany w Generalnej Dyrekcji Dróg Publicznych w 1989 r i modyfikowany w latach następnych. W okresie olbrzymiego regresu drogownictwa ostatnich 15 lat, spowodowanego kilkakrotnym zmniejszeniem nakładów finansowych na drogi, prowadzenie na sieci dróg krajowych bardzo nowoczesnego systemu oceny stanu dróg, jako podstawy zarządzania drogami, było jednym z nielicznych osiągnięć tego okresu. System umożliwił, między innymi, możliwość obserwacji degradacji sieci drogowej w Polsce przez pierwsze 10 lat, a teraz umożliwia również, szczegółową rejestrację rehabilitacji sieci dróg krajowych w ostatnich 3 latach. Właśnie dzięki systemowi SOSN ( i jego zmodyfikowanej odmianie - SOWA), możliwe jest stwierdzenie aktualnego stanu techniczno – eksploatacyjnego sieci dróg krajowych, obliczenie kosztów ich naprawy, podejmowanie decyzji odnośnie pilności, lokalizacji i technologii robót. W przypadku tego opracowania, system umożliwi również ocenę stanu dróg powiatowych i ich porównanie do sieci dróg  wojewódzkich krajowych.

2.  Cel badań stanu technicznego nawierzchni

·         inwentaryzacja stanu technicznego sieci drogowej i  każdej pojedynczej drogi i obiektu mostowego,

·         uzyskanie wyniku wyrażonego w punktach matematycznych, umożliwiającego porównanie dróg ze sobą,

·         możliwość ocenienia stanu przydatności eksploatacyjnej całej sieci dróg powiatowych,

·         policzenie wysokości środków finansowych koniecznych do doprowadzenia na- wierzchni do stanu wymaganego,

·         uzyskanie danych potrzebnych do planowania remontów dróg,

·         stworzenie podstaw do opracowania kompleksowego systemu utrzymania dróg. Systematyczne badania tego typu (najczęściej bardziej rozbudowane), prowadzą wszystkie administracje drogowe w Europie i są one podstawą dalszych, bardzo rozbudowanych systemów zarządzania drogami publicznymi (np. wprowadzany w Polsce HDM).

 3.  Ograniczenia zakresu pomiarów

          System został utworzony dla dróg krajowych , które różnią się od powiatowych parametrami geometrycznymi (szerokości nawierzchni), obciążeniem ruchem samochodowym, częściowo technologiami wykonawstwa robót w przeszłości.

1. Pełne badania stanu nawierzchni wg instrukcji SOSN,  obejmują 5 parametrów:

- ocena nośności

- równości podłużnej

- głębokości kolein

- ubytków powierzchni

- szorstkości warstwy ścieralnej

          Pomiary kolein, nośności konstrukcji nawierzchni oraz stanu powierzchni warstwy ścieralnej, można wykonać w tani i szybki sposób, za pomocą ekipy pomiarowej, nie wymagającej wyspecjalizowanego sprzętu. Natomiast pomiary równości podłużnej na drogach krajowych prowadzi się specjalną aparaturą: APL lub profilografem, a szorstkość jezdni – przyczepką SRT. Pomiary tymi urządzeniami są  kosztowne i wymagają zlecenia wyspecjalizowanym firmom.

 4.   Przystosowanie systemu SOSN do potrzeb dróg powiatowych

4.1. Wybór parametrów oceny stanu technicznego dróg ZDP Kołobrzeg.

Założono badania stanu nawierzchni na podstawie oceny parametrów:

·    nośności,

·    głębokości kolein,

·  stanu powierzchni,

 z pominięciem oceny stanu szorstkości oraz równości podłużnej. Rezygnacja z oceny szorstkości jest w pełni uzasadniona.  Decydują tu nie tylko ograniczenia finansowe, ale też skala problemu. Z wieloletnich doświadczeń pomiarów współczynnika tarcia na drogach wojewódzkich wynika, że brak przyczepności nawierzchni, nie dotyczy w większym zakresie,  dróg o małym ruchu. Na drogach publicznych województwa zachodniopomorskiego, brak szorstkości na większa skalę, to  problem dróg krajowych. Przy ruchu poniżej 5 tys. samochodów na dobę i tak długim okresie międzyremontowym, który istnieje na drogach samorządowych, zjawisko śliskości nawierzchni występuje marginalnie i jest to prawie wyłącznie śliskość powykonawcza na nielicznych nowo wykonanych dywanikach z betonu asfaltowego. Wysoka szorstkość nawierzchni, to jedyny pozytywny skutek dramatycznie małej ilości zabiegów remontowych (odnów nawierzchni) na drogach powiatowych. „Starość” nawierzchni i mały ruch powodują, że nie zachodzi typowe dla dróg krajowych, zjawisko polerowania się warstwy ścieralnej. Nie oznacza to jednak, aby lekceważyć całkowicie badań śliskości nawierzchni na drogach powiatowych. Brak szorstkości jest zjawiskiem bardzo niebezpiecznym dla ruchu, nawet na bardzo krótkich odcinkach dróg, może być przyczyną najcięższych wypadków. Propozycje rozwiązania tego problemu, są przedstawione w drugiej części opracowania.

        Większym problemem dla uzyskania pełnej inwentaryzacji stanu technicznego nawierzchni, jest brak pomiarów równości podłużnej. W systemie obowiązującym na drogach krajowych, równość podłużną mierzy się jako tzw. pomiar „komfortu jazdy”, tzn. aparaturą rejestrującą amplitudy nierówności,  przez system czujników, ale poprzez układ amortyzatorów i resorów (rejestr nierówności w sposób taki, jak odbiera to użytkownik drogi). Stąd, pomiar tego parametru, traktowany jest jako najbardziej uniwersalny. Coroczne pomiary współczynnika „ komfortu” jazdy IRI, stanowią rejestr zmian ogólnego stanu dróg w czasie i  jest to  najlepszy miernik dla obserwacji degradacji sieci dróg, lub jej rehabilitacji. Pomiar tego parametru pozwoliłby również, na najbardziej wiarygodny sposób porównywania sieci dróg kołobrzeskich, do innych sieci drogowych  Wydaje się jednak, że na obecnym etapie,  nie jest celowe prowadzenie  tego pomiaru na drogach powiatowych, nie tylko z powodu kosztów. Urządzenia pomiarowe wyskalowane są pod potrzeby dróg krajowych i konieczna byłaby przebudowa systemu przetwarzania wyników i modyfikacja kryteriów kwalifikacji ocen. Ponadto oczekiwany pełny efekt, uzyska się przy częstych pomiarach,  nie rzadziej niż co 2 lata.

        Z pozostałych trzech badanych parametrów stanu technicznego, zdecydowanie najważniejsza jest ocena nośności nawierzchni. Brak nośności to podstawowa wada wszystkich dróg samorządowych tego regionu. Dla porównania: dla dróg krajowych zarządzanych przez GDDKiA w Szczecinie (i również w całej Polsce) najwięcej dróg wymaga remontu z powodu kolein.  Są regiony, w których podstawowym problemem jest brak szorstkości (świętokrzyski)  lub nierówność podłużna (podlaskie).

    4.2.   Wprowadzone zmiany instrukcji SOSN dla potrzeb dróg powiatowych.      

Opierając się na kilkunastoletnich doświadczeniach pomiarów SOSN sieci obecnych dróg krajowych i wojewódzkich, zespół autorów dokonał pewnych modyfikacji systemu, polegającej głównie na:

-   przeliczeniu obmiaru uszkodzeń na powierzchnię „teoretycznej jezdni” o szer.6,0m,

-   umownym przyjęciu na 1 pasie ruchu wszystkich jezdni, tylko 1 koleiny,

-  wprowadzeniu pewnych zmian w kwalifikacji stopnia szkodliwości poszczególnych 

   uszkodzeń, wynikających ze specyfiki dróg powiatowych.

         W/w zasady stosowane były dla wszystkich dróg jednakowo. Pomiary przeprowadził jeden zespół, w celu wykluczeniu subiektywizmu ocen.

         Dane o ruchu drogowym oraz podział dróg na odcinki jednorodne zostały przyjęte na podstawie materiałów ZDP Kołobrzeg.

1. Parametr nośności

       Ocena nośności została dokonana na podstawie obmiaru wybranych uszkodzeń, na tzw. hektometrze miarodajnym. Uszkodzenia podlegające inwentaryzacji to: spękania siatkowe, spękania pojedyncze, wyboje oraz łaty (wyremontowane wyboje), a wiec takie zniszczenia, które są bezpośrednim lub pośrednim skutkiem osłabienia konstrukcji nawierzchni lub podłoża gruntowego. Wszystkie uszkodzenia podlegają kwalifikacji do jednego z trzech tzw. stopni szkodliwości. Po wprowadzeniu do programu informatycznego SOSN, obmiaru uszkodzeń z oceną ich stopni szkodliwości, po przeliczeniu, uzyskuje się punktową ocenę nośności zbadanego 100 m odcinka (hektometra miarodajnego). Ocena ta jest rozciągana na całą długość tzw. odcinka spisowego, który jest przez hektometr miarodajny reprezentowany. Długość odcinka spisowego wynosi zwykle około 1 km, co oznacza, że w systemie SOSN,  10% długości nawierzchni zostaje obmierzone. Pomiar nie jest więc ciągły. Mała długość odcinków spisowych zapewnia dostateczną dokładność dla ocen sieci drogowej, natomiast wykonane pomiary  na pewno nie są wystarczająco precyzyjne dla oceny każdego odcinka drogi (należałoby skrócić długość odcinka spisowego, nawet do 100 m).

        Przyznana ocena punktowa poszczególnym odcinkom spisowym, prowadzi do zakwalifikowania danego odcinka (przeważnie  długości około 1 km), do określonej klasy stanu technicznego.

        W ocenach punktowych uwzględniane jest natężenie ruchu samochodowego, poprzez wprowadzenie współczynników zmniejszających (max o 20%) ostateczny wynik.

        W systemie uwzględnia się ewentualną niejednorodność całego ciągu drogowego, wynikającą z różnej konstrukcji nawierzchni, daty ostatniego zabiegu i wielkości ruchu drogowego. Problem jest rozwiązany poprzez podział drogi na odcinki o identycznych cechach i organizację pomiarów w taki sposób, aby odcinki spisowe w całości zawierały się w odcinku jednorodnym drogi.

2. Parametr głębokości kolein

         Wykoleinowanie nawierzchni zostało ustalone poprzez pomiary głębokości odkształceń plastycznych, w śladzie zewnętrznego toru kół pojazdów. Pomiary przeprowadzono w hektometrach miarodajnych (pomiar nieciągły), w 5.przekrojach – co 20m, za pomocą łaty długości 2 m. Za miarodajny przyjmuje się drugi najgorszy wynik. Koleiny klasyfikowane są w 4 grupach:

klasa A - do 10 mm,            klasa B - 10 do 20 mm,

klasa C - 20 do 30 mm,       klasa D - powyżej 30 mm.

         Wg zasad SOSN, dopuszczalna dla ruchu jest koleina do 20 mm, głębsze powinny być usunięte.

3. Parametr ubytków powierzchniowych warstwy ścieralnej

          Dokonuje się obmiaru powierzchni warstwy ścieralnej z ubytkami pojedynczych ziarn grysu, zaprawy lub masy bitumicznej (na głębokość nawet całej grubości w-wy ścieralnej). Poszczególne uszkodzenia  dzieli się na grupy, którym przypisuje się  stopnie szkodliwości, wg zasad opisanych w instrukcji SOSN. Ubytki powierzchniowe są podstawowym parametrem wskazującym początek procesu degradacji nawierzchni oraz potrzebę zabiegów profilaktycznych lub zamknięć powierzchniowych. Obmiaru dokonuje się w hektometrze miarodajnym, łącznie z pomiarem uszkodzeń wskazujących utratę nośności i pomiarem kolein.

4.  Klasyfikacja badanych odcinków nawierzchni.

         Przyjęte w systemie kryteria, wyznaczają  trzy poziomy stanu nawierzchni:

1. Poziom wymagany – odcinki, które uzyskały  punktację powyżej tego poziomu, kwalifikowane są jako technicznie i eksploatacyjnie dobre – nie wymagające żadnych robót utrzymaniowych.
2. Poziom ostrzegawczy – odcinki zakwalifikowane poniżej tego poziomu, wymagają remontu usuwającego przyczynę obniżonej punktacji. Odcinki kwalifikowane powyżej – zalecana obserwacja, ewentualne badania uzupełniające, wykonanie  robót profilaktycznych,
3. Poziom krytyczny – nawierzchnie o wynikach poniżej tego poziomu, oceniane są jako znajdujące się w stanie złym (awaryjnym). Zalecane jest natychmiastowe przystąpienie do wykonywania zabiegu remontowego, ponieważ jego opóźnienie prowadzi do zupełnej degradacji odcinka  i zwielokrotnienia kosztów remontu.

Poziomy stanu nawierzchni wyznaczają 4 klasy stanu technicznego:

Zgodnie z teorią systemu SOSN, zakwalifikowanie odcinka drogi do danej klasy stanu nawierzchni w poszczególnych parametrach, oznacza:

• Klasa A – nawierzchnia (dla badanego parametru) bez zastrzeżeń. Nie wymaga żadnych prac remontowych, jedynie przeprowadzania cyklicznych badań.
• Klasa B – nawierzchnia posiada pewne uszkodzenia, jest w stanie zagrożenia, jednak w dalszym ciągu remont byłby czynnością przedwczesną (nieefektywną). Zalecana jest wzmożona obserwacja odcinka i ewentualne wykonanie tanich robót prewencyjnych, przedłużających żywotność nawierzchni.
• Klasa C – odcinki zarejestrowane w danym roku pomiarowym w tej klasie, powinny być objęte planem remontu w roku następnym. Jest to oczywiście związane z możliwościami budżetu zarządu drogowego, jednak wykonanie w takim cyklu robót, gwarantuje najniższy koszt zabiegu i utrzymanie wymaganego poziomu bezpieczeństwa i komfortu jazdy dla użytkowników.
• Klasa D – oznacza stan awaryjny nawierzchni. Zabieg remontowy powinien być przeprowadzony natychmiast. Nie dokonanie tego, grozi niebezpieczeństwem dla użytkowników lub katastrofalnym zniszczeniem konstrukcji jezdni.

Odstępstwa od tych zasad to:

1. Zabieg powierzchniowych utrwaleń – na podstawie długoletnich doświadczeń należy stwierdzić, że zamknięcie powierzchniowe nawierzchni, należy planować, przy ocenie ubytków w warstwie ścieralnej, w klasie B i wówczas skutecznym jest bardzo tani zabieg (utrwalenie pojedyncze, drobnym grysem). Przy ubytkach klasyfikowanych niżej, zabieg ten zwykle wymaga miejscami, kosztownego remontu cząstkowego, utrwalenia podwójnego lub wyrównań.
2. Czasami warto przyspieszyć cięższy zabieg, np. wzmocnienie nawierzchni, przy utracie wymaganych wartości innych parametrów. Np. w przypadku utraty szorstkości nawierzchni przy poziomie nośności zbliżającym się do dolnych wymagań klasy B, warto nawierzchnię przedwcześnie wzmocnić, podwyższając do klasy A oba parametry.

5.  Organizacja pomiarów

          Zespół pomiarowy składał się z trzech pracowników posiadających duże doświadczenie w tych pomiarach, również z dróg powiatowych. Odcinki spisowe i hektometry miarodajne ustalane były na podstawie wstępnej oceny każdych 100 m nawierzchni, dokonanej z samochodu jadącego z prędkością 25-30 km/h.. Odcinki jednorodne - wg danych ewidencyjnych ZDP.

          Podstawowe utrudnienia pomiarów to:

- brak pachołków drogowych, co utrudniało odtworzenie lokalizacji hektometra  miarodajnego,

-  zmienna szerokość jezdni na wielu drogach.

        dróg powiatowych

1. Stan nawierzchni w poszczególnych parametrach

          Pomiary wykonano na 40 drogach, na nawierzchniach bitumicznych łącznej długości 228,2  km. Z pomiaru wyłączono nawierzchnie ulic powiatowych w Kołobrzegu, ponieważ  metodyka pomiarów  SOSN  dotyczy dróg zamiejskich. Problematyka i ocena stanu technicznego ulic jest przedstawiona w drugiej części opracowania.

Wyniki zbiorcze całej sieci drogowej ZDP w Kołobrzegu obrazuje poniższe zestawienie.

Ocena stanu technicznego
Długości  dróg w poszczególnych klasach i parametrach

          Zdecydowanie najgorszym parametrem technicznym dróg powiatowych jest nośność. 61,1 % dróg powinno zostać wzmocnione, w tym 20,2 % w trybie awaryjnym. Wynik ten i tak należy uznać za optymistyczny, ponieważ:

• drogi są  stosunkowo dobrze utrzymane, biorąc pod uwagę wysokość nakładów, którymi dysponuje zarząd drogi. Wiele odcinków jest podremontowanych  tanimi zabiegami powierzchniowymi, które dość dobrze zabezpieczają nawierzchnie przed dalszą szybką degradacją, jednak jej nie wzmacniają. Ponieważ ocena nośności w systemie SOSN polega na rejestracji uszkodzeń, zabiegi powierzchniowe prawdopodobnie zamaskowały część uszkodzeń,
• mały ruch samochodowy na większości odcinków pozwolił wprowadzić współczynniki zmniejszające (zgodnie z metodologią systemu SOSN).

Pozostałe parametry nawierzchni są zadowalające:

• problem kolein obecnie jeszcze właściwie nie istnieje – koleiny powyżej 20 mm występują zaledwie na 6,2 % nawierzchni.. Jest to jednak zjawisko, dla dróg powiatowych, odłożone w czasie. Liczba bardzo ciężkich samochodów ciężarowych wzrasta i coraz częściej wykorzystują one drogi boczne. Stare, cienkie i z małą zawartością „żywego” lepiszcza nawierzchnie, są dość odporne na pełzanie, jednak koleiny powstaną na skutek odkształceń podbudowy i podłoża gruntowego. Obserwowane w czasie pomiarów koleiny klasy D, nie były w zasadzie spowodowane odkształceniami plastycznymi nawierzchni bitumicznej, ale przełamaniem konstrukcji.
• zapotrzebowanie na zamknięcia nawierzchni jest duże (powinny nimi być objęte nawierzchnie już od klasy B), jednak byłyby to głównie zabiegi profilaktyczne. Remontem planowym z powodu zniszczeń powierzchniowych wymaga jedynie 4 km dróg. Ten dobry wynik spowodowany jest faktem bardzo dużej ilości zabiegów powierzchniowych wykonywanych 15 lat temu. Obecnie kończy się okres żywotności tych zabiegów – warstwy ścieralne robią się otwarte i nastąpi ich przyspieszona degradacja.

2. Ocena stanu sieci

             Oceny stanu całej sieci dokonuje się poprzez tzw. agregację danych, która polega na takim zestawieniu potrzeb remontowych, aby uwzględnić problem kumulacji negatywnych ocen dwóch lub więcej parametrów, na tym samym odcinku spisowym.

Zasady agregacji: wiodącym parametrem jest nośność, następnie koleiny i stan powierzchni. Po przetworzeniu danych w programie, okazało się, że za wyjątkiem odcinka dł. 2,6 km (koleiny), wszystkie pozostałe odcinki wymagające remontu z powodu kolein i ubytków powierzchniowych, w całości mieszczą się w odcinkach o osłabionej nośności.

            Problem doprowadzenia dróg do stanu wymaganej nośności jest bardzo poważny. W robotach utrzymania stanu sieci drogowej, zabieg ten jest zdecydowanie najdroższy. Słaba nośność wynika oczywiście z dramatycznie małej ilości robót bitumicznych w ciągu ostatnich 20 lat. W stosunku do okresu sprzed roku 1990, drogi powiatowe zostały pozbawione jednego remontu, a więc pogrubienia o warstwę 6 - 10 cm masy bitumicznej.

61,0 % sieci drogowej wymaga wzmocnienia, w tym 20 %  (46 km) w trybie awaryjnym. Dodatkowo należy wziąć pod uwagę, że część dróg nie zakwalifikowanych do remontu, nie posiada odpowiedniej grubości konstrukcji. Fakt, że nie są to jeszcze nawierzchnie na razie zniszczone, wynika z małego ruchu samochodów ciężarowych – są to nawierzchnie dostosowane wyłącznie dla ruchu na poziomie KR-1.

W przypadku ożywienia lokalnego życia gospodarczego, część dróg może zostać rozbita.

3. Koszty remontu nawierzchni

Koszty doprowadzenia nawierzchni bitumicznych do wymaganego stanu techniczno-eksploatacyjne

Doprowadzenie nawierzchni dróg bitumicznych do prawidłowego stanu eksploatacyjnego wynosi blisko 70 mln zł. Kwota ta została wyszacowana oszczędnie, obejmuje tylko odnowę warstwy ścieralnej po wykonaniu miejscowego remontu cząstkowego miejsc przełamanych i niezbędnych wyrównań. Nie uwzględnia się poszerzeń nawierzchni i pogrubienia wymaganego dla przypisanej klasy technicznej. Nie uwzględnia się również koniecznej przebudowy łuków poziomych i pionowych, skrzyżowań, obiektów mostowych.

         Nawierzchnie klasy D,  powinny być remontowane natychmiast, w trybie awaryjnym. Niewykonanie tych robót będzie skutkowało zupełnym zdegradowaniem konstrukcji nawierzchni i w przyszłości zwielokrotnieniem kosztów.

         Oczywiście, rehabilitację nawierzchni bitumicznych można rozłożyć w czasie, np. 10 lat, jednak nawet wówczas, roczne kwoty potrzebne na odnowy dróg, będą bardzo wysokie, dodatkowo zwiększone o konieczność rozszerzenia programu o nawierzchnie, które zdekapitalizują się w międzyczasie..