Pavimentazioni autostradali Un confronto economico nell ottica della sostenibilità Federbeton Federazione delle associazioni della filiera del cemento e del calcestruzzo armato
COPYRIGHT: Traduzione e pubblicazione: FEDERBETON, Gennaio 2010 Editore: PUBBLICEMENTO S.r.l. Grafica e impaginazione: Marco Veronesi Tutti i diritti sono riservati. La riproduzione e la trasmissione in qualsiasi forma o con qualsiasi mezzo, elettronico o meccanico, comprese fotocopie, registrazioni o altro tipo di sistema di memorizzazione o consultazione dei dati sono assolutamente vietate senza previo consenso scritto di FEDERBETON. Pubblicazione originale: LES CAHIERS DU MET Technical series numero 24 Bituminous and continuosly reinforced concrete pavements for motorways: an economic comparison Région Wallonne. Testi e studio: ir R.Debroux, ir Z.Kral, ir M.Lemlin e L.Wansart (General Directorate of Motorways and Roads). Dati: Ing. M.Degraeve, ing. G.Haesen (General Directorate of Motorways and Roads). Illustrazioni e copertina: A.Scheer. Fotografie, grafici e tabelle: Programs Directorete and Namur Roads Directorate. Stile serie: C.Deharre (Objectif SA). Produzione grafica: Objectif SA. Stampa: Fortemps SA. Supervisione editoriale: G.Costes (Communication Directorate). Edizione settembre 2006. Foto di copertina: Realizzazione di un tratto autostradale in Belgio. Per gentile concessione di FEBELCEM
Indice Introduzione / Introduction...3 1. Strutture analizzate / Structures taken into consideration...3 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Calcestruzzo ad armatura continua con una larghezza di 7,2 metri...5 Continuously reinforced concrete with a width of 7.2 metres Calcestruzzo ad armatura continua con una larghezza di 8 metri...5 Continuously reinforced concrete with a width of 8 metres Calcestruzzo ad armatura continua a tutta larghezza, escluso lo spartitraffico...6 Full width continuously reinforced concrete with the exception of the central reserve Calcestruzzo ad armatura continua di larghezza superiore a 11,05 metri...6 Full continuously reinforced concrete over a width of 11.05 metres Pavimentazione in conglomerato bituminoso con uno spessore di 21 centimetri...7 Full bituminous pavement with a thickness of 21 centimetres Pavimentazione in conglomerato bituminoso con uno spessore di 26 centimetri...7 Full bituminous pavement with a thickness of 26 centimetres 2. 3. 4. 5. 5.1 5.2 5.3 5.4 Considerazioni sulla durata delle strutture analizzate Reflections on the service life of the structures under consideration Altri aspetti da considerare / Other aspects to be considered Adeguamento prezzi e tassi di sconto / Price adjustments and discount rates Costi di costruzione / Construction costs...8...9...10...13 Prezzi adottati...13 Adopted prices Prezzi per metro quadro per ogni struttura...13 Price per square metres for each structure Costi per metro lineare di carreggiata per ogni tipo...14 Price per running metre of carriageway for each case Costi per chilometro di costruzione...14 Price per kilometre upon construction 6. 6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.2 Costi di manutenzione / Maintenance costs...14 Pavimentazioni in conglomerato bituminoso...15 Bitumen pavements Trattamento dei giunti superficiali...15 Treatment of surface joints Riparazioni localizzate delle buche...16 Localized repairs of potholes Riparazioni permanenti di superfici fessurate...17 Permanent repairs of cracked surfaces Riparazioni di zone ormaiate...17 Repairs of rutted areas Ricostruzione completa della pavimentazione...18 Complete reconstruction of the pavement Pavimentazioni in calcestruzzo ad armatura continua...19 Continuously reinforced concrete pavements 1
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 Trattamento delle fessure e della slabbratura del bordo nel calcestruzzo ad armatura continua...19 Treatment of cracks and spalling in continuously reinforced concrete Riparazioni localizzate nel calcestruzzo ad armatura continua...19 Localized repairs in continuously reinforced concrete Trattamento dei giunti longitudinali fra calce struzzo ad armatura continua e banchina transitabile...20 Treatment of longitudinal joints between continuously reinforced Ricostruzione completa della banchina transitabile...21 Complete renewal of the hard shoulder Costi totali di manutenzione del calcestruzzo...21 Overall cost of the maintenance of concrete 7. Costi totali e confronti / Total costs and comparison...21 8. Conclusioni / Conclusions...23 9. Allegati / Annexes...24 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12 9.13 9.14 9.15 9.16 9.17 9.18 9.19 9.20 Strutture analizzate...24 Structures taken into consideration Costi d investimento (inizialmente in Franche Belgi)...25 Investment costs (initial Belgian Francs) Conglomerato bituminoso - Scenario 1 / Bitumen - Scenario 1...28 Conglomerato bituminoso - Scenario 2 / Bitumen - Scenario 2...28 Conglomerato bituminoso - Scenario 3 / Bitumen - Scenario 3...29 Conglomerato bituminoso - Scenario 4 / Bitumen - Scenario 4...29 Conglomerato bituminoso - Scenario 5 / Bitumen - Scenario 5...30 Costi di manutenzione per scenari pavimentazioni in conglomerato bituminoso...30 Cost of the maintenance scenarios for bituminous pavement Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - Scenario 1 / CRCP - Scenario 1...32 Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - Scenario 2 / CRCP - Scenario 2...33 Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - Scenario 3 / CRCP - Scenario 3...34 Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - Scenario 4 / CRCP - Scenario 4...35 Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua / CRCP...36 Manutenzione per anno della pavimentazione in conglomerato bituminoso...38 Maintenance per year of bituminous pavements Manutenzione per anno della pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - caso 1...39 Maintenance per year of CRCP - case 1 Manutenzione per anno della pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - caso 2...40 Maintenance per year of CRCP - case 2 Manutenzione per anno della pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - caso 3...41 Maintenance per year of CRCP - case 3 Manutenzione per anno della pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua - caso 4...42 Maintenance per year of CRCP - case 4 Tabella di comparazione dei prezzi per un periodo di 50 anni...43 Table comparing prices over a period of 50 years Comparazione di tutti i casi a 30, 40 e 50...44 Comparison of all cases at 30, 40 and 50 years Riassunto / Summary...45 2
Introduzione Esistono molte buone ragioni per confrontare i costi di una pavimentazione in conglomerato bituminoso e di una in calcestruzzo ad armatura continua. Ogni gestore stradale vuole investire in strutture durevoli che richiedano poca manutenzione e offrano alti livelli di servizio e sicurezza per un periodo di tempo molto lungo. I fattori che devono essere considerati per un confronto obiettivo dei costi sono ovviamente molto numerosi e devono far parte di un analisi che considera l intera vita di servizio della pavimentazione, dall origine dei materiali grezzi al loro riciclaggio e re-impiego. Studi di tipo LCA e LCC (1) cioè di analisi del ciclo di vita sono attualmente i metodi più appropriati. Il problema, comunque, è che sono di difficile esecuzione, anche perché devono essere considerati gli aspetti sociali ed economici specifici di ogni nazione o regione. Questo studio non ha tale pretesa: l obiettivo è solo quello di aiutare i progettisti e gli amministratori nella scelta più adatta della pavimentazione. Si cerca inoltre di offrire ai gestori stradali i mezzi per la decisione di una scelta strategica che, per essere fatta, ha bisogno dell analisi di vari scenari possibili per la costruzione e manutenzione di sezioni di strade e autostrade. Per gli scopi di questo studio, sono state scelte ed analizzate nel dettaglio due sezioni della E42 (Autoroute de Wallonie, Belgio), localizzate fra Namur e Charleroi, entrambe lunghe 20 km e aperte per la prima volta al traffico nei primi anni 70. Esse sono inoltre abbastanza confrontabili in termini di traffico e condizioni climatiche. Grazie all esperienza ottenuta durante la loro costruzione e la loro manutenzione negli ultimi trenta anni, queste due sezioni si prestano bene ad un confronto, dove non si tiene solo conto di cosa è stato fatto ma, cosa più importante, si tiene conto anche di che cosa dovrebbe essere fatto per offrire un livello di servizio ottimale agli utenti. Partendo da questa esperienza, lo studio confronta le strutture di varie pavimentazioni dello stesso spessore sia di calcestruzzo ad armatura continua che in conglomerato bituminoso. I costi d investimento sono stati calcolati in modo da poterli confrontare con i valori dei prezzi del 2001. Lo studio quindi esamina i costi di manutenzione successivi, sempre aggiornati ai prezzi del 2001, con le proiezioni dei costi per le successive decadi, vale a dire dal 2001 al 2030 ed anche al 2050. 1. Strutture analizzate Per i confronti economici in questo studio, è stato deciso di prendere in considerazione due strutture dello stesso spessore. Sono state analizzate dieci varianti allo scopo di poter esaminare l ampia varietà delle situazioni ri- (1) Life Cycle Analysis and Life Cycle Cost Introduction There are many good reasons for comparing the costs of bituminous and cement concrete pavement. Every road manager wants to invest in durable structures that require hardly any maintenance and provide high levels of service and security over very long periods of time. Nonetheless the factors that must be taken into account when making an objective comparison of costs are clearly very numerous and must form part of an analysis that considers the entire service life of the pavement, from the origin of the raw materials to their recycling and reuse. Studies of the LCA and LCC (1) kind that is life-cycle analyses are currently very highly valued. The problem, however, is that they are extremely difficult to carry out. Moreover social and economic elements specific to each country or region must always be taken into consideration as well. This study does not have such aspirations: all it wishes to achieve is to help designers and decision-makers make the most suitable choice of pavement. It tries to offer Road administrations the optimal decision making tools regarding the strategic choices that need to be made from the various possible scenarios for the construction and maintenance of sections of road or motorway. To carry out this comparative study, two sections of the E42 (Autoroute de Wallonie) were selected and analyzed in detail. Located between Namur and Charleroi, both are 20 km long and were first opened in the early seventies. Furthermore they are similar enough to be comparable in terms of traffic and climatic conditions. As a result of the experience gained during their construction and their maintenance over the last thirty years, these two sections lend themselves well to comparison, where this comparison not only takes account of what has been done, but more importantly, takes account of what should have been done to offer an optimal level of service to their users. With this experience as its point of departure, the study proceeds to compare various structures of the same thickness of bituminous and continuously reinforced concrete pavement. The investment costs were updated so that they can be compared in terms of 2001 prices. The study then proceeds to examine the subsequent costs of maintenance, again updating all costs to 2001 prices, with a view to making projections of the costs for the next few decades, namely from 2001 to 2030 and even to 2050. 1. Structures taken into consideration For the purposes of the economic comparisons in this study, it was decided to consider two structures of the same thickness. Several variants ten in fact were analyzed, with the aim of examining a broad section of the situations encountered in Wallonia. (1) Life Cycle Analysis and Life Cycle Cost 3
scontrabili in Vallonia. Tuttavia, per chiarezza non si è ritenuto necessario illustrare tutte le strutture esaminate, poiché le differenze riscontrabili sono minime. Di conseguenza, soltanto sei strutture sono state prese in considerazione per il confronto finale: due pavimentazioni in conglomerato bituminoso, e quattro in calcestruzzo ad armatura continua di varie larghezze. Per quanto riguarda le due pavimentazioni in conglomerato bituminoso, la prima è composta da uno strato di 21 cm di spessore steso su una fondazione in calcestruzzo magro spesso 20 cm e un sottofondo di tipo 1 o 2 (2) di spessore pari a 35 cm. La seconda è invece costituita da uno strato in conglomerato bituminoso di 26 cm, steso su una fondazione in calcestruzzo magro di 20 cm e un sottofondo di spessore pari a 30 cm. Le quattro pavimentazioni in calcestruzzo esaminate si differenziano invece solo per la larghezza della parte pavimentata in calcestruzzo. In effetti, sono soprattutto queste ultime che sono cambiate nel corso degli ultimi 30 anni. Tutte le pavimentazioni in calcestruzzo hanno lo spessore di 20 cm e le fondazioni sono realizzate in calcestruzzo magro con uno spessore di 20 cm, ricoperte con uno strato di 6 cm di spessore di un conglomerato bituminoso denso di tipo 3(3) e un sottofondo di tipo 1 o 2, con uno spessore pari a 30 cm. Quindi tutte e sei le strutture considerate nello studio hanno uno spessore complessivo di 76 cm. Si noti infine che la larghezza totale della struttura stradale (comprese le banchine sia rigide che flessibili piattaforma) è di 28,5 m, che corrisponde alla sezione tipo adottata dalla regione della Vallonia per le autostrade e le strade ad elevato volume di traffico. Nel 1981 è stato deciso, per motivi economici, di variare la sezione trasversale di alcune autostrade, eliminando lo strato bituminoso posto tra il calcestruzzo ad armatura continua (CRC) ed il calcestruzzo magro. Questa decisione ha portato all insorgere di un fenomeno denominato punch out, che oggigiorno affligge alcune delle autostrade della Vallonia. Questo problema, che ha determinato un impatto catastrofico sui costi di manutenzione, non è stato preso in considerazione in questo studio. Questo perché il problema è stato successivamente risolto introducendo nuovamente lo strato di conglomerato bituminoso sotto la lastra. Il punch out è stato oggetto di profonde analisi e le cause sono ben note, anche se complesse. Errori di questo genere non vengono più considerati come una minaccia. Ci sono stati più successi che errori e la regione della Vallonia gode oggi di centinaia di chilometri d autostrada in calcestruzzo che richiedono soltanto una minima manutenzione per un periodo di tempo molto esteso.(4) L esatta composizione delle varie strutture studiate verrà illustrata nelle pagine seguenti. (2) I tipi di fondazione 1 o 2 sono costituiti da una miscela di sabbia e aggregato grosso con una resistenza a compressione uguale o maggiore di 35 MPa. (3) Strato intermedio di conglomerate bituminoso tipo 3 con dimensione dell aggregato 0/20 e contenuto di legante compreso fra 4.3 e 5.3%. (4) Cfr: La Route en béton de ciment Expériences et développements récents, in the Cahiers du MET, coll. Techniques n 14, February 2000 and Le Problème du punch-out, publication CRR and FEBELCEM, February 1997. Nonetheless in the interest of clarity it is not necessary to reproduce all the structures examined, as the differences are sometimes of only very limited significance. Consequently only six structures were taken into consideration for the final comparison. Two of these use bituminous pavements while four use continuously reinforced concrete pavements of various widths. With respect to the two bituminous pavements, the first comprises a layer of asphalt 21 cm thick laid on a 20 cm thick base course of lean concrete and a 35 cm thick type 1 or type 2(2) sub-base. As for the second, it comprised a 26 cm thick layer of asphalt, laid on a base of lean concrete 20 cm thick and a sub-base 30 cm thick. As for the four concrete structures examined, the only difference between them was the width of the concrete part of the pavement. Indeed it is above all the latter that has changed over the last 30 years. All the concrete pavements are 20 cm thick, and all the base courses are made of 20 cm of lean concrete, covered with a 6 cm thick layer of type 3(3) dense bituminous mix, and with a 30 cm thick type 1 or 2 sub-base. The thickness of all six structures considered by the study was therefore 76 cm. It may also be noted that the overall width of the road structure (width including both hard and soft shoulders - platform) was 28.5 m, which corresponds to the profile adopted by the Walloon region for its motorways and high volume roads. In 1981 it was decided for economic reasons to change the cross section of some motorways, with the asphalt layer between the continuously reinforced concrete (CRC) and the lean concrete being eliminated. This decision has led to the appearance of a phenomenon called punch out, which affects some of our motorways nowadays. This problem, which has a catastrophic impact on maintenance costs, has not been taken into consideration in this study. Indeed, one must sometimes draw a line under certain problems. The punch out phenomenon has been the subject of profound analysis, and the causes are well known, even if they are complex. Errors of this kind should therefore no longer be considered as a threat. There have been more successes than failures, and the Walloon region nowadays benefits from hundreds of kilometres of concrete motorway that will require only minimal maintenance over an extended period of time.(4) The precise composition of the various structures studied is given in the following pages 1.1 Continuously reinforced concrete with a width of 7.2 metres In this type the hard shoulder for emergency stops (HS) (2) A type 1 or 2 sub-base is made of a mixture of sand and aggregate with a coefficient of compressibility equal to or better than 35 MPa. (3) Type 3 asphalt intermediate layers with an aggregate size of 0/20 and a binder content of between 4.3 and 5.3 %. (4) See in this connection: La Route en béton de ciment Expériences et développements récents, in the Cahiers du MET, coll. Techniques n 14, February 2000 and Le Problème du punch-out, publication CRR and FEBELCEM, February 1997. 4
1.1 Calcestruzzo ad armatura continua con una larghezza di 7,2 metri In questo tipo la corsia d emergenza (HS) e lo spartitraffico (TPC) sono realizzati con pavimentazione in conglomerato bituminoso. Questo è la situazione peggiore per le pavimentazioni di calcestruzzo ad armatura continua (CRC), poiché la segnaletica orizzontale della strada fra la banchina transitabile in calcestruzzo e la corsia d emergenza si trova sulla pavimentazione della corsia d emergenza ed i veicoli pesanti viaggiano costantemente sul bordo della lastra (Fig. 1). L effetto bordo, estremamente pregiudizievole della durata a lungo termine delle pavimentazioni in calcestruzzo, viene così massimizzato. Tuttavia questo tipo di struttura era ampiamente usato in Belgio, con la larghezza del calcestruzzo variabile tra i 7 m e i 7,50 m, ma con la segnaletica stradale sempre sulla pavimentazione della corsia d emergenza. Le autostrade in calcestruzzo ad armatura continua costruite nei primi anni 70 e che ancora offrono buone prestazioni 30 anni dopo, sono in genere quelle con una larghezza di 7,50 m. Per oltre 20 anni, la segnaletica della strada è stata applicata sistematicamente sulla banchina transitabile. A seguito della comparsa del fenomeno del punch out su alcune delle strade, è stata emanata una circolare che richiedeva che la segnaletica orizzontale fosse eseguita sul bordo della pavimentazione in calcestruzzo (Fig. 2). Purtroppo però l applicazione di questa circolare è stata estremamente lenta. Ancora oggi ci sono sezioni stradali dove la segnaletica orizzontale è applicata con il vecchio sistema. La manutenzione della banchina transitabile e soprattutto il giunto fra la banchina transitabile ed il calcestruzzo ad armatura continua, continua a rappresentare il tema di maggiore preoccupazione per i gestori della strada. In questo caso la segnaletica orizzontale larga 30 cm è reand the central reserve (TPC) are made of bituminous pavement. This is the worst case for continuously reinforced concrete (CRC), because the longitudinal road markings between the concrete and the hard shoulder are applied to the pavement of the hard shoulder, and heavy goods vehicles constantly travel on the edge of the slab (Fig. 1). Fig. 1 - La segnaletica orizzontale longitudinale sulla E42 è stata spostata dalla banchina al bordo della pavimentazione in calcestruzzo ad armature continua (CRC). MET-D111. Fig. 1- The longitudinal road markings on the E42 have been moved from the hard shoulder (HS) to the edge of the continuously reinforced concrete (CRC). MET-D111 The edge effect, which is extremely prejudicial to the long-term durability of concrete pavement, is thus maximized. Nonetheless this type of structure was widely used in Belgium, with the width of the concrete varying from 7 to 7.50 metres, but the longitudinal road markings always being applied to the paving of the hard shoulder. Those motorways in continuously reinforced concrete built in the early seventies and which are still performing well thirty years later, are generally those with a width of 7.50 m. For over twenty years, the road markings were systematically applied to the hard shoulder. Following the appearance of punch out phenomena on some of our roads, a circular was sent out requiring markings to be applied to the edge of the concrete pavement (Fig. 2). Nonetheless we have been forced to record that the implementation of this circular has been extremely slow. Even nowadays there are still sections of road where the markings are applied in the old way. The maintenance of the hard shoulder, and above all the joint between the hard shoulder and the continuously reinforced concrete continues to be the greatest cause for concern for road managers. Fig. 2 - Condizioni di ammaloramento del giunto fra la banchina e la pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua. MET-D111 Fig. 2- Degraded condition of the joint between the hard shoulder and the continuously reinforced concrete. MET-D1 1.2 Calcestruzzo ad armatura continua con una larghezza di 8 metri 1.2 Continuously reinforced concrete with a width of 8 metres In this case the 30 cm wide marking is applied to the con- 5
alizzata sulla pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua, lasciando una piccola striscia di pavimentazione non trafficata.la parte più importante del traffico transita a circa 50 cm dal bordo della lastra, eliminando così la maggior parte dell effetto bordo. Tuttavia, la manutenzione della banchina transitabile e del giunto tra essa e la pavimentazione in calcestruzzo richiede ancora molta manutenzione. Vale la pena di precisare che attualmente questa è la soluzione raccomandata, a meno che non si voglia costruire l intera banchina transitabile in calcestruzzo. 1.3 Calcestruzzo ad armatura continua a tutta larghezza, escluso lo spartitraffico In questo caso la pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua è larga 10,30 m. Realizzando la pavimentazione con tali dimensioni diventa possibile l eliminazione della manutenzione della banchina transitabile ed inoltre elimina l effetto bordo. Questa sezione è raccomandata per le autostrade soggette ad intenso traffico di mezzi pesanti. Inoltre, questa soluzione permette di deviare il traffico sulla corsia di sosta d emergenza senza rischiarne il rapido deterioramento (Fig. 3). tinuously reinforced concrete pavement, leaving a small strip of untrafficked pavement over. The part most important to traffic lies at about 50 cm from the edge of the slab, thus eliminating the greater part of the edge effect. The joint between the concrete pavement and the hard shoulder is nonetheless still difficult to maintain, which applies to the paving of the hard shoulder as well. It is worth pointing out that nowadays this is the recommended solution, at least if one does not wish to construct the entire hard shoulder in concrete. 1.3 Full width continuously reinforced concrete with the exception of the central reserve In this case the continuously reinforced concrete pavement is 10.30 m wide. Making the pavement this wide makes it possible to eliminate the maintenance of the hard shoulder and also eliminates edge effects. This profile is thus recommended for motorways subject to intense heavy traffic. Moreover this solution makes it possible to divert traffic over the emergency stopping lane without risking the rapid deterioration of same (Fig. 3). Fig. 3 - Pavimentazione in calcestruzzo ad armatura continua a tutta larghezza. MET-D111. Fig. 3- Full width continuously reinforced concrete. MET-D111. 1.4 Calcestruzzo ad armatura continua di larghezza superiore a 11,05 metri Anche se attualmente non molto usata, questa sezione presenta il vantaggio di essere continua sull intera larghezza della strada ed elimina la necessità di usare metodi costruttivi diversi sulla banchina transitabile o sullo spartitraffico per la posa di piccole strisce di pavimentazione bituminosa, che richiedono sempre l applicazione di operazioni piuttosto complesse. 1.4 Full continuously reinforced concrete over a width of 11.05 metres Although not much used at present, this profile has the advantage of being continuous over the entire width of the carriageway, and elimnates the need to take separate steps on the hard shoulder or the central reserve (CR) for the construction of narrow strips of bituminous pavement, which is always rather a tricky task. 6
1.5 Pavimentazione in conglomerato bituminoso con uno spessore di 21 centimetri Come indicato, questa pavimentazione è composta da 21 cm di conglomerato bituminoso su una fondazione di 20 cm in calcestruzzo magro e una un sottofondo di tipo 1 con uno spessore di 35 cm. Si tratta di una sezione trasversale tipo per le autostrade quando la pavimentazione si compone di conglomerato bituminoso (Fig. 4). 1.5 Full bituminous pavement with a thickness of 21 centimetres As indicated above this pavement comprises 21 cm of asphalt laid on a 20 cm thick base course of lean concrete and type 1 sub-base with a thickness of 35 centimetres. This is a conventional cross section for motorways when the pavement is composed of bituminous concrete (Fig. 4). Fig. 4 - Autostrada con pavimentazione in conglomerato bituminoso. MET-D111. Fig. 4 - Motorway made of bituminous concrete. MET-D111 1.6 Pavimentazione in conglomerato bituminoso con uno spessore di 26 centimetri Questa seconda struttura è costituita da uno strato di conglomerato bituminoso di 26 centimetri posto su una fondazione di 20 centimetri di calcestruzzo magro, che a sua volta si trova su un sottofondo di 30 centimetri. Questa è la struttura che può essere considerata paragonabile, in termini di fondazione e sottofondo, alle pavimentazioni rigide in calcestruzzo. Questa struttura la si incontra meno frequentemente sulle autostrade, almeno finché non viene eseguito il primo rifacimento superficiale e gli strati sottostanti non vengono demoliti. Nelle Tabelle 1 e 2 vengono ricapitolate le specifiche delle tipologie selezionate per il confronto. 1.6 Full bituminous pavement with a thickness of 26 centimetres The second bituminous structure consists of a layer of asphalt 26 cm thick laid on a base of 20 cm of lean concrete, which in turn lies on a sub-base 30 cm thick. It is this structure which is comparable in terms of base and sub-base to the pavements in cement concrete. This structure is less frequently encountered on motorways, at least until after the first overlay is applied to the motorway and the underlying layers are not mill The options selected for the various structures are summarized in the tables shown below. Carreggiata in calcestruzzo ad armatura continua Carriageways in continuously reinforced concrete Corsia di traffico Traffic Lanes 20 cm cls ad armatura cont. 20 cm CRC 6 cm congl. bit. tipo 3A 6 cm type BC-3A 20 cm calcestruzzo magro 20 cm LC 30 cm fondazione tipo 1 o 2 30 cm SB type 1 or 2 Banchina e spartitraffico rigidi Hard shoulder and central reserve 5 cm congl. bit. tipo 1A 5 cm type BC-1A 7+8 cm congl. bit. tipo 3A 7+8 cm type BC-3A 6 cm congl. bit. tipo 3A 6 cm type BC-3A 20 cm calcestruzzo magro 20 cm LC 30 cm fondazione tipo 1 o 2 30 cm SB type 1 or 2 Carreggiata in conglomerato bituminoso Bituminous carriageways Spessore / Thickness 21 cm 5 cm congl. bit. tipo 1A 5 cm type BC-1A 2 x 5 cm congl. bit. tipo 3A 2 x 5 cm type BC-3A 1 x 6 cm congl. bit. tipo 3A 1 x 6 cm type BC-3A 20 cm calcestruzzo magro 20 cm LC 35 cm fondazione tipo 1 o 2 35 cm SB type 1 or 2 Spessore / Thickness 26 cm 5 cm congl. bit. tipo 1A 5 cm type BC-1A 3 x 7 cm congl. bit. tipo 3A 3 x 7 cm type BC-3A 20 cm calcestruzzo magro 20 cm LC 30 cm fondazione tipo 1 o 2 30 cm SB type 1 or 2 TABELLA/TABLE 1 TABELLA/TABLE 2 7
2. Considerazioni sulla durata delle strutture analizzate Quando le autostrade erano in costruzione, vale a dire verso la fine degli anni 60, è stato presupposto che le strutture rigide avessero una durata teorica di quaranta anni, mentre quelle semirigide di venti anni. Questa differente prospettiva è stata utilizzata per giustificare i costi più elevati di primo impianto delle pavimentazioni rigide. L uso del software MET-Design, che è stato sviluppato nel corso degli ultimi anni, ha permesso di confrontare la vita di servizio prevista a livello progettuale, per le varie strutture. Ad esempio, con una simulazione delle strutture prese in considerazione, presupponendo che le densità di traffico ed il terreno di sottofondo siano simili, si sono ottenuti i risultati indicati nella Tabella 3. 2. Reflections on the service life of the structures under consideration When the motorways were under construction, namely in the late sixties, it was assumed that the rigid pavement structures would have a theoretical service life of forty years, whereas the semi-rigid structures would have a theoretical service life of twenty years. This perspective on the two different types was used to justify the higher capital cost of rigid pavements at the time they were built. The use of the MET-Design software, which has been developed over the last few years, has made it possible to compare the service life of the various structures in terms of design. By way of example, a simulation of the structures under consideration and where it is assumed that traffic densities and the underlying soil are similar, gives rise to the results shown in Table 3. % di rottura della carreggiata dopo 50 anni % failure of the carriageway after 50 years Numero di veicoli pesanti prima del degrado Number of heavy vehicles prior to failure Struttura / Structure 1 24,6 2,2 10 8 Struttura / Structure 2 1,7 5,63 10 9 Strutture / Structure 3 e 4 0,1 5,9 10 10 Struttura / Structure 5 65,8 1,81 10 7 Struttura / Structure 6 54,6 3,52 10 7 TABELLA/TABLE 3 Si considera la rottura quando appare la prima fessura per fatica. La percentuale di rottura corrisponde alla percentuale della superficie fessurata. I risultati sono una funzione delle leggi di fatica e dei valori di resistenza dei materiali utilizzati. Sono quindi teorici e sono soltanto indicativi. Strutture differenti hanno vite di servizio non identiche. Un analisi economica deve essere effettuata usando il cosiddetto metodo di calcolo del denaro ad orizzonte infinito. Per mantenere la strada in buono stato per un periodo di tempo infinito, devono essere presi in considerazione tutti i seguenti aspetti: costruzione, costi, regimi di manutenzione e i relativi costi e, infine, i costi di ricostruzione. Questo studio considera tutti questi aspetti con l eccezione dell ultimo. Riguardo al traffico sulle sezioni analizzate della E42, il numero cumulato di veicoli rilevati nel 1999 (fra le ore 06:00 e le 22:00) in entrambi i sensi varia da 40.000 veicoli al giorno per le sezioni in calcestruzzo a 46.000 veicoli al giorno per le sezioni con pavimentazione bituminosa. Il tasso annuale medio di aumento di traffico nel corso dei nove anni precedenti, cioè fra 1990 e 1999, è variato, a seconda della sezione, dal 3,7% al 4,3% all anno. Failure is when the first fatigue cracking starts to appear. The percentage failure corresponds to the percentage of the surface affected by cracking. The results are a function of the laws of fatigue and assumptions regarding the strength of the materials used. They are thus theoretical and are only indicative. The service lives of the different structures are not identical. Any economic analysis must be carried out using the so-called infinite horizon cash value method. To maintain the road in good condition for an infinite period of time, all the following aspects must be taken into consideration: construction, costs, maintenance regimes, the costs of same, and, finally, reconstruction costs. With the exception of the final item, this study considers all these aspects. With respect to the traffic on the analyzed sections of the E42, the cumulated number of vehicles counted in 1999 (between 06:00 and 22:00 hours) in both directions varies from 40,000 vehicles per day for the concrete sections to 46,000 vehicles a day for the sections with bituminous pavement. As for the mean annual rate of traffic growth over the previous nine years, i.e. between 1990 and 1999, this varies, depending on the section, from 3.7 to 4.3 % a year. 8
3. Altri aspetti da considerare Per realizzare uno studio comparativo completo di questo genere devono essere presi in considerazione numerosi altri fattori. Tuttavia, in considerazione dell immensa difficoltà che si riscontra nel quantificare tutti questi aspetti, in questo studio non sono stati presi in considerazione. Alcuni di questi fattori vengono comunque accennati qui di seguito e possono essere approfonditi attraverso la letteratura disponibile. Confronto di comfort e sicurezza Il comfort può essere considerato come la combinazione della regolarità della pavimentazione e delle sue qualità acustiche. Infatti l impatto del tipo di pavimentazione sul comfort dell utente è ben noto. Tale comfort ha un prezzo in termini di salute e sicurezza umane. Tuttavia introdurre questo elemento nello studio renderebbe necessario confrontare un campione più vasto di sezioni stradali e le conclusioni che ne potrebbero scaturire sarebbero più casuali che ripetibili. Inoltre, considerando il significativo progresso raggiunto negli ultimi anni per quanto riguarda la qualità della superficie delle varie pavimentazioni, ci permette di affermare in modo ragionevole che il comfort di guida per entrambe le soluzioni è paragonabile, se la tecnica scelta è applicata correttamente. Va inoltre evidenziato come, negli ultimi anni, siano stati realizzati numerosi studi sul rumore di rotolamento.(5) L argomento della sicurezza della superficie stradale richiama poi automaticamente l attenzione sul problema dell aderenza, sia in condizione di asciutto che di bagnato, del comportamento in presenza di ghiaccio e della prevenzione della formazione di ghiaccio.il comportamento in inverno e il tipo di trattamento necessario per la rimozione del ghiaccio formatosi possono variare a seconda del tipo di pavimentazione. Questi fattori possono variare sensibilmente a seconda della manutenzione effettuata sulla strada. Alcuni tipi di pavimentazione possono essere particolarmente sensibili ad uno o ad un altro aspetto. Lo stesso vale per il numero e la gravità degli incidenti, che sono influenzati dalla natura della pavimentazione, dalla frequenza dei lavori di manutenzione e dall ubicazione dei cantieri. Confronto delle strutture con riferimento alla dura bilità in senso lato Al giorno d oggi, la ricerca di uno sviluppo sostenibile nell industria delle costruzioni obbliga ogni progettista a mostrare discernimento nella sua scelta delle tecniche di costruzione. Questo significa rispettare l ambiente e lo spazio durante tutte le fasi dei lavori di costruzione, considerare come economizzare l uso delle materie prime non rinnovabili attraverso l utilizzo dei materiali secondari, ottimizzare il riutilizzo e il riciclaggio, minimizzare i consumi di energia, 3. Other aspects to be considered If a comparative study of this kind is to be completed, numerous other factors must be taken into consideration. However, in view of the immense difficulty of quantifying these aspects, they have not been taken into account here. Nonetheless some of these factors are mentioned below, and one may learn more about them by exploring the available literature. Comparison of comfort and safety Comfort might be understood as a combination of the smoothness of the pavement and its acoustic qualities. Indeed the impact of pavement type on user comfort is well known. Such comfort comes at a price in terms of human health and safety. Nonetheless introducing this element in the study would make it necessary to compare a larger sample of road sections, and the conclusions could well be more haphazard than reproducible. Moreover as a result of the very significant progress achieved in recent years with the surface quality of the various pavements make it reasonable to say that the driving comfort of both is comparable, if the technique chosen is properly implemented. It should also be noted that numerous studies of rolling noise have been carried out in recent years.(5) The subject of road surface safety automatically raises the question of roughness in both dry and wet conditions, behaviour in icy conditions and the prevention of ice formation. Winter behaviour and the type of treatment necessary for removing ice formation may differ depending on the type of pavement. These factors can vary appreciably according to the maintenance of road. Some pavement types may be particularly sensitive to one or other aspect. The same applies to the number and severity of accidents, which are similarly affected by the nature of the pavement and the frequency of repairs and work sites. Comparison of structures with respect to durability in the widest sense Nowadays, the search of sustainable development in the construction industry obliges every project designer to show discernment in his choice of construction techniques. This in fact is a matter of showing respect for the environment and the physical space during all phases of the construction work, which thus includes thinking of economizing on raw materials, making good use of secondary materials, optimizing reuse, minimizing energy (5) State of the art report and recommendations for practice and further developments, Brite/ Euram Projec Br3415 Surface properties of concrete roads in accordance with traffic safety and reduction of noise, October 1994; Dr. G. Descornet, Betonwegen, Optimisation des caractéristiques de surface des routes en béton; J.-E. Schipper, Beton en Geluid, Uitgewassen Beton en Open Beton op Nederlandse wijze; C. Castecker, Tronçons d essai de revêtements en béton de ciment silencieux, Roads Department of the Province of Flemish Brabant. (5) State of the art report and recommendations for practice and further developments, Brite/ Euram Projec Br3415 Surface properties of concrete roads in accordance with traffic safety and reduction of noise, October 1994; Dr. G. Descornet, Betonwegen, Optimisation des caractéristiques de surface des routes en béton; J.-E. Schipper, Beton en Geluid, Uitgewassen Beton en Open Beton op Nederlandse wijze; C. Castecker, Tronçons d essai de revêtements en béton de ciment silencieux, Roads Department of the Province of Flemish Brabant. 9
The definition of a discount rate is of primordial importance. Indeed the ultimate cost basically depends on these rates. It is defined as the difference between the interest on borrowed capital and the inflation rate. It is thus here that the main difficulty in these studies and their basic conclusions arises. Namely, the choice, from the financial point of view, of the pavement very much depends on the economic environment. A change of just a few tenths of a point in the inflation rate or the interest rate, can make an enormous diffeaccertarsi che la struttura finita sia durevole e di buona qualità e richieda soltanto una minima manutenzione. Attualmente gli studi in merito a questo argomento stanno continuando a livello europeo ed alcuni paesi hanno già dimostrato di tenere in seria considerazione questi aspetti. Parlando in termini generali, il calcestruzzo sembra essere una buona soluzione.(6) Confronto dei costi relativi alle perdite di tempo causate dai lavori di manutenzione stradale e dalla congestione del traffico. Questo è un aspetto che tiene in considerazione i costi sostenuti dell utente. Sono stati effettuati alcuni studi in questo campo che hanno mostrano l impatto significativo causato sui costi sostenuti dall utente e dalla società intera a causa della presenza di ostacoli al traffico. Confronto sui costi del carburante per i veicoli commerciali pesanti per i diversi tipi di pavimentazione Uno studio effettuato nel 2006 dal Centre for Surface Transportation Technology (CSTT) e dal National Research Council of Canada (NRC) indica che c è una differenza significativa nel consumo di combustibile. Questa differenza favorisce la pavimentazione in calcestruzzo rispetto alla pavimentazione in conglomerato bituminoso, anche se questo riguarda soltanto i veicoli pesanti. Con il caldo, il rivestimento flessibile tende ad assorbire l energia proveniente dai camion in movimento, forse a causa di più pronunciati fenomeni di deformazione.(7) Confronto delle qualità riflettenti della pavimentazione e relativo impatto sui costi di illuminazione A tale riguardo una pavimentazione più chiara presenta più vantaggi e migliora la visibilità di notte. Questo fattore aumenta la sicurezza. Ci sono tuttavia altri due fattori che devono ancora essere considerati, vale a dire la visibilità e le prestazioni della segnaletica stradale rispetto alla superficie stradale. 4. Adeguamento prezzi e tassi di sconto La definizione del tasso di sconto è di primaria importanza, poiché il costo effettivo finale dipende principalmente da tale tasso. E definito come la differenza fra l interesse sul capitale preso in prestito ed il tasso di inflazione. È qui che si presenta la difficoltà principale per questi studi e per le loro conclusioni di base. Vale a dire che, dal punto di vista finanziario, la scelta della pavimentazione dipende molto dall ambiente economico. Un cambiamento di alcuni decimi di punto percentuale nel tasso di inflazione o nel tasso di interesse, può influenzare in modo determinante sulla scelta finale del tipo di pavi- inputs, and ensuring that the finished structure is durable and of good quality, and requires only minimal maintenance. Currently studies of this are proceeding at the European level, and some countries have already given such aspects very serious consideration. Generally speaking concrete is well thought of.(6) Comparison of the costs relating to the loss of time caused by road maintenance and traffic congestion This is a matter of taking account of user costs. Certain studies have likewise been carried out in this field and in general show the significant impact of any hindrance to traffic on the costs for the user and society as a whole. Comparison of fuel costs for heavy goods vehicles on various kinds of pavement surface A study carried out in the year2006 by the Centre for Surface Transportation Technology (CSTT) and by the National Research Council of Canada (NRC) shows that there is a significant difference in fuel consumption. It appears that this difference favours concrete pavement, rather than asphalt pavement, but that this is only applicable to heavy vehicles. In warm weather flexible pavement tends to absorb energy from moving trucks, perhaps because of more pronounced deflection phenomena.(7) Comparison of the reflective qualities of the pavement and its impact on lighting costs In this respect a lighter pavement is more advantageous and improves night time visibility. This is thus a safety factor. There are however two other factors that must taken into account as well, namely the visibility and performance of road markings in relation to the underlying surface. 4. Price adjustments and discount rates (6) M. LÖFSJÖGÅRD, Functional properties of concrete roads, Royal Institute of Technology.Department of Structural Engineering Stockholm Trita-BKN. Bulletin 55, 2000 (7) Étude comparative des facteurs socioéconomiques relatifs aux chaussées en béton et en asphalte Rapport final du groupe conseil KPMG SEC, Montreal Quebec, 2000. (6) M. LÖFSJÖGÅRD, Functional properties of concrete roads, Royal Institute of Technology. Department of Structural Engineering Stockholm Trita-BKN. Bulletin 55, 2000. (7) Étude comparative des facteurs socioéconomiques relatifs aux chaussées en béton et en asphalte Rapport final du groupe conseil KPMG SEC, Montreal Quebec, 2000. (8) L ufficio Prezzi del Ministero Vallone delle Infrastrutture e dei Trasporti fa parte della Direzione Tecnica dei Contratti (D 412), responsabile per gli appalti ed i prezzi e dalla quale provengono varie statistiche, in particolare per le costruzioni stradali. 10 (8) The Price Office of the Walloon Ministry of Infrastructure and Transport is part of the Technical Directorate of Contracts (D 412), which is responsible for tenders, and price offers, and from which it derives various statistics, in particular for road construction.
mentazione da utilizzare. L integrazione o meno dell inflazione è tema di intensa discussione. In quegli studi dove l inflazione è stata presa in considerazione è risultata essere un elemento altamente variabile e quindi molto difficile da stimare. Interi studi possono essere dedicati al tasso di sconto. Ci sono una molteplicità di opzioni che variano da una sfera di attività ad un altra. Poiché l industria delle costruzioni stradali si è abbastanza specializzata, è importante non fare l errore di aggiornare ciecamente e allo stesso modo tutti i dati che hanno mostrato uno sviluppo divergente dei prezzi durante il periodo preso in considerazione. Ciò è particolarmente importante, poiché una delle materie prime il bitume è un derivato del petrolio, mentre il combustibile non è stato incluso nell indice dei prezzi al dettaglio se non dopo il 1993. Inoltre, la direzione generale delle autostrade e delle strade (DG 1) del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti (MET), lavorando in collaborazione con l Ufficio Prezzi (8), ha analizzato gli andamenti durante gli ultimi quindici anni, sia in termini di sviluppo dei prezzi delle materie prime che di sviluppo della paga oraria nell industria. I costi d investimento sono basati sui prezzi medi calcolati dall Ufficio Prezzi. Per la pavimentazione in calcestruzzo, è stato adottato un prezzo medio basato sui prezzi scontati applicati per i lavori sull autostrada E429 (A8), fatto per approssimarsi, in modo abbastanza reale, alle economie di scala che i volumi hanno consentito. Del resto è interessante vedere come i prezzi di certi prodotti usati nelle costruzioni stradali si sono evoluti negli ultimi trenta anni (più specificamente dal 1969 ad oggi). Lo sviluppo di tre di questi gasolio, bitume e cemento è illustrato nel Grafico 1. rence to the choice of pavement. The integration or otherwise of this inflation is in itself a matter of intense discussion. In those studies in which it has been integrated it has proved to be a highly variable element and thus very difficult to estimate. Entire studies could be devoted to the discount rate. There are a multiplicity of options and these also vary from one area of activity to another. As the road construction industry is fairly specialized, it is important not to make the mistake of blindly updating all the data that have seen a divergent price evolution during the period under consideration in the same way. This is particularly important, as one of the raw materials bitumen is an oil derivative, whereas fuel has not been included in the retail price index since 1993. Furthermore, the General Directorate of Motorways and Roads (DG 1) of the Ministry of Infrastructure and Transport (MET), working in association with the Pricing Office (8), has analyzed trends over the last fifteen years both in terms of the development of raw material prices and the development of hourly pay rates in the industry. Investment costs are based on the average prices counted by the Pricing Office. For concrete pavement, an average price was adopted based on the discounted prices for the works on the E429 (A8) motorway, which was done to approximate in a sufficiently reliable fashion the economies of scale that the volumes concerned allowed. For the rest it is interesting to see how the price of certain products used in road construction have evolved during the past thirty years (more specifically from 1969 to the present day). The evolution of three of these diesel oil, bitumen and cement are illustrated in the chart below. Cambiamento dei prezzi dal 1969 al 2002 / Change in prices trom 1969 fo 2002 Grafico 1 Grafico 1 Cambiamento dei prezzi dal 1969 al 2002 Change in prices trom 1969 fo 2002 TP 564 Bitume / Bitumen 500 x TP550 TP 467 Av. +35,5% Aumento / Bagging 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 Anni / Years (8) L ufficio Prezzi del Ministero Vallone delle Infrastrutture e dei Trasporti fa parte della Direzione Tecnica dei Contratti (D 412), responsabile per gli appalti n ed i prezzi e dalla quale provengono varie statistiche, in particolare per le costruzioni stradali. (8) The Price Office of the Walloon Ministry of Infrastructure and Transport is part of the Technical Directorate of Contracts (D 412), which is responsible for tenders, and price offers, and from which it derives various statistics, in particular for road construction. 11
Si vede come il prezzo del diesel e del bitume entrambi importati sono stati soggetti alle variazioni del prezzo del petrolio e alle crisi energetiche da esso determinate. Come si può vedere il prezzo della pavimentazione in conglomerato bituminoso dipende direttamente da tali fluttuazioni. Il prezzo del cemento, prodotto nel Belgio, si è al contrario evoluto ad un tasso molto costante durante questi trenta anni. Infine, andrebbe precisato che questi calcoli sono stati effettuati nel 1999, in un momento in cui il prezzo del bitume era al suo livello più basso dal 1975. Per quanto riguarda i costi di manutenzione, le diverse autorità locali di gestione delle strade hanno avuto a disposizione informazioni recenti sulla manutenzione e le tecniche di rinnovamento di un certo numero di superfici differenti. Si è trattato così di convertire collettivamente i diversi prezzi ai prezzi del 2001 sia per il bitume che per il calcestruzzo. Per rendere confrontabili tutti questi numeri, la prima operazione è stata quella di registrare i dati per quanto riguarda i lavori più recenti, che sono quelli realizzati dal 1997 ad oggi. Poiché il tasso di aumento medio annuale è stato dell 1,5%, tutti questi prezzi sono stati aggiornati ai prezzi del 2001 rendendoli così confrontabili. Questi eventi mostrano ancora una volta come possono essere influenti le variazioni dal ciclo economico, così come il loro effetto sull inflazione. Una volta verificata progressivamente sugli ultimi quindici anni, l inflazione bassa (esclusi i prodotti petroliferi) tra l 1% e il 2% negli ultimi anni mostra una tendenza a variare soprattutto come conseguenza dell effetto indiretto dei prezzi del petrolio sull indice dei prezzi al dettaglio. Di conseguenza la sua inclusione nel tasso di sconto ha determinato un effetto esagerato sul lungo termine. In conclusione la cosa importante è che tutti i costi sostenuti in un periodo di tempo siano considerati ai valori dei prezzi alla data della costruzione del progetto. In Belgio il tasso di sconto è variato, considerando l andamento dell inflazione, fra il 3,5% di alcuni anni fa e il 2,6% dell ottobre 2001, confermato anche dal prezzo corrente delle obbligazioni a lungo termine (LTB). Questo è calato dal 4,9 al 4,7%, che naturalmente tiene conto di un tasso di inflazione annuale del 2,3% e non più fino al 2%. Per poter fare un confronto, si riportano di seguito alcuni tassi di sconto di altri paesi: 2,5% in Germania, 3,3% in Francia, 3,1% in Gran Bretagna e 1,9% negli Stati Uniti. Lo studio è stato effettuato tenendo conto di un tasso minimo di sconto del 2,6% e di un tasso massimo del 3,5%, che corrisponde alla fluttuazione massima di questi tassi negli ultimi decenni. Quando si confrontano le tabelle risultanti, la differenza nei costi generali non diventa rilevante se non dopo parecchie decadi. Secondo gli analisti la relativa stabilità degli anni recenti, anche se potrebbe non sembrare così, a seguito degli ulteriori tagli dei tassi guida operati dalla Federal Reserve degli Stati Uniti e dalla BCE, è probabile che diventerà ancor più It will be seen that the price of diesel and bitumen both imported are subject to the gyrations of the oil price and the successive energy crises. As can be seen the price of bitumen pavement is directly dependent on such fluctuations. The price of cement on the other hand, which is produced in Belgium, has evolved at very steady rate during this thirty year period. Finally it should be pointed out that these calculations were carried out in 1999, at a time when the bitumen price was at its lowest level since 1975. As for the maintenance costs, the various local Road Administration Authorities disposed of recent information about maintenance, and renewal, of a number of different surfaces. It was thus a matter of collectively converting individual prices to 2001 prices for both the concrete and bitumen solutions. To make all these numbers comparable, the first task was to adjust the data relating to the most recent works, that is those carried out between 1997 and the present day. As the mean annual rate of increase was 1.5%, all these prices were adjusted to 2001 prices for the purpose of comparison. Present events once again shows how influential variations in the trade cycle may be, as well as their impact on inflation. Once progressively checked over a period going back fifteen years, low inflation (excluding oil products) between 1 to 2% in recent years shows a tendency to vary primarily as a result of the indirect effect of oil costs on the retail price index. Consequently its inclusion in the discount rate could have an exaggerated effect in the longer term. The important thing at the end of the day is that all the costs incurred over a period of time are reset to the date of the construction of the project. In Belgium, the discount rate lies, when inflation is taken into account, between 3.5% a few years ago and 2.6% in October 2001, which is confirmed by the current price of long-term bonds (LTB). This has fallen from 4.9 to 4.7%, which here of course takes account of an annual inflation rate of 2.3 % and no longer of a maximum of 2%. For the sake of comparison, the discount rate in some other countries is as follows, 2.5 % in Germany, 3.3 % in France, 3.1 % in Great Britain and 1.9 % in the US. The study has been carried out taking account of a minimum discount rate of 2.6% and a maximum rate of 3.5%, which corresponds to the maximum fluctuation of these rates in recent decades. When it comes to comparing the resulting charts, the difference in overall costs does not become substantial until several decades have elapsed. According to the analysts the relative stability of recent years, even though it might seem to be called into question by the successively lower guide rates orchestrated by the US Reserve and the ECB, is likely to become even 12
stabile poiché i politici cercano la stabilità per completare l armonizzazione delle politiche monetarie a livello mondiale. 5. Costi di costruzione 5.1 Prezzi adottati I prezzi sono stati determinati in base alle informazioni fornite dall Ufficio Prezzi (D 412). In generale è stata calcolata la media aritmetica del prezzo più basso e del prezzo suggerito, per il periodo preso in considerazione e per ogni prezzo. I prezzi sono stati quindi moltiplicati per il coefficiente di inflazione rilevato per l industria delle costruzioni (un tasso di inflazione annuale pari all 1,5%). Si è poi proceduto a calcolare la media pesata per i vari prezzi. more established as policy-makers seek stability in order to further harmonization of monetary policies throughout the world. 5. Construction costs 5.1 Adopted prices Prices were determined on the basis of information passed on by the Price office (D 412). Generally speaking, the arithmetic mean of the lowest price and the suggested price was calculated for the years taken into consideration and for each price. These were then multiplied by the inflation coefficient for the construction industry (annual inflation rate of 1.5%). We then proceeded to calculate the weighted mean for the various prices. Il prezzo adottato per m 2 / Price adopted per m 2 Cls armatura continua misto / Mixed CRC Congl.bituminoso / Bituminous Conglomerato bituminoso / Type BC 1A 5 cm 5,07 4,95 Conglomerato bituminoso / Type BC 3A 5 cm 4,32 4,20 Conglomerato bituminoso / Type BC 3A 6 cm 4,52 4,37 Conglomerato bituminoso / Type BC 3A 7 cm 5,59 5,42 Conglomerato bituminoso / Type BC 3A 8 cm 6,60 6,40 Calcestruzzo ad armatura continua / CRC 20 cm 26,40 Calcestruzzo magro / LC 20 cm 8,87 Calcestruzzo magro / LC 26 cm 11,53 Sottofondo Tipo 1 / SB Type 1 30 cm 3,94 Sottofondo Tipo 1 / SB Type 1 35 cm 4,60 5.2 Prezzi per metro quadro per ogni struttura Usando la Tabella precedente, il costo per il metro quadro di ogni struttura può essere determinato come segue: 5.2 Price per square metres for each structure By using the preceding table, the cost per square metre of each structure can be determined as in the following Tables. Calcestruzzo ad armatura continua / Continuously reinforced concrete 20 cm Cls armatura continua / 20 cm CRC 26,40 6 cm congl. bit. tipo 3A / 6 cm type BC - 3A 4,37 20 cm calcestruzzo magro / 20 cm LC 8,87 30 cm sottofondo - tipo 1 / 30 cm SB - type 1 3,94 Prezzo totale per m 2 / Total price per m 2 43,58 Pavim. bituminosa banchina / Bituminous pavement/hs Conglomerato bituminoso / Hydro BC - 1A - 5 cm 5,07 Conglomerato bituminoso / Hydro BC - 3A - 7 + 8 cm 12,19 Conglomerato bituminoso / Hydro BC - 3A - 6 cm 4,37 20 cm calcestruzzo magro / 20 cm LC 8,87 30 cm sottofondo - tipo 1 / 30 cm SB - type 1 3,94 Prezzo totale per m 2 /Total price per m 2 34,44 Pavimentazione bituminosa/tutta larghezza (spessore 21 cm) Bituminous pavement/full width (thickness 21 cm) 5 cm congl. bituminoso tipo - 1A / 5 cm type BC - 1A 4,95 2x5 cm congl. bit. tipo - 3A / 2x5 cm type BC - 3A 8,39 6 cm congl. bituminoso tipo - 3A / 6 cm type BC - 3A 4,37 20 cm calcestruzzo magro / 20 cm LC 8,87 35 cm sottofondo tipo 1 / 35 cm SS type 1 base 4,60 Prezzo totale per m 2 / Total price per m 2 31,18 Pavimentazione bituminosa/tutta larghezza (spessore 26 cm Bituminous pavement/full width (thickness 26 cm) 5 cm congl. bituminoso tipo - 1A / 5 cm type BC - 1A 4,95 3x7 cm congl. bit. tipo - 3A / 3x7 cm type BC - 3A 16,25 20 cm calcestruzzo magro / 20 cm LC 8,87 30 cm sottofondo tipo 1 / 30 cm SS type 1 base 3,94 Prezzo totale per m 2 /Total price per m 2 34,01 13
5.3 Costi per metro lineare di carreggiata per ogni tipo Il costo di ogni metro lineare è stato determinato secondo la composizione delle varie strutture. 5.3 Price per running metre of carriageway for each case The cost of each running metre was determined according to the composition of the various structures. Caso N. Case No. I II III IV V VI Descrizione Description Min calcestruzzo ad armatura continua + congl. bituminoso Min CRC + bitumen Carreggiata + segnaletica sul calcestruzzo Carriageway+ markings on CRC Calcestruzzo a tutta larghezza eccetto lo spartitraffico Full concrete except CR Calcestruzzo a tutta larghezza Full CRC Congl.bitum. a tutta larghezza (21 cm) Full bitumen (21 cm) Congl. bitum. a tutta larghezza (26 cm) Full bitumen (26 cm) Larghezza del calcestruzzo Width of Concrete Larghezza in congl. bituminoso Bituminized width Costo del calcestruzzo ad armatura continua Cost CRC Costo del conglomerato bituminoso Cost of bitumen Costo per metro lineare Cost per running metre 7,2 1,05 + 2,80 313,77 132,60 446,37 8 0,75 + 2,30 348,64 105,04 453,68 10,3 0,75 448,87 25,83 474,70 11,05 481,56 481,56 11,05 344,52 344,52 11,05 375,81 375,81 5.4 Costi per chilometro di costruzione Per determinare il costo per chilometro, sono state considerate due carreggiate (Tab. 4). Il costo delle pavimentazioni, delle fondazioni e dei sottofondi dell autostrada varia così da 833.749,24 (caso n. V solo bitume spesso 21 cm) a 1.165.367,51 (caso IV in solo calcestruzzo), una differenza abbastanza notevole. 5.4 Price per kilometre upon construction To determine the cost per km, we looked at two carriageways (Table 4). The cost of motorway pavements, bases and sub-bases thus ranges from 833 749.24 (case no. V full bitumen 21 cm thick) to 1 165 367.51 (case IV full concrete), which is quite a substantial difference. Caso N. Case No. Costo/m Cost/m Costo/km di autostrada Cost/km of motorway Esclusa IVA /ex VAT Costo/km di autostrada Cost/km of motorway Inclusa IVA /inc VAT I 446,37 892.739,92 1.080.215,30 II 453,68 907.363,03 1.097.909,27 III 474,70 949.404,46 1.148.779,42 IV 481,56 963.113,64 1.165.367,51 V 344,52 689.048,96 833.749,24 VI 375,81 751.618,55 909.458,45 TABELLA /TABLE 4 6. Costi di manutenzione I vari scenari di manutenzione sono stati preparati sulla base dell esperienza maturata nei distretti autostradali di Charleroi e di Daussoulx. Ogni scenario definisce un costo e un periodo di tempo (frequenza), che può differire secondo il caso che viene valutato. Possiamo concludere che determinare il costo di costruzione di una strada con una pavimentazione in conglomerato bituminoso o in calcestruzzo ad armatura continua è una questione relativamente semplice che non richiede quindi 6. Maintenance costs The various maintenance scenarios were prepared in accordance with and on the basis of the experience of the motorway districts of Charleroi and Daussoulx. Each scenario gives rise to a cost and a period of time (frequency), which may differ according to the case under consideration. It would be possible to conclude that determining the cost of building a road with a bitumen or continuously reinforced concrete pavement is a relatively easy matter 14
discussioni approfondite. Questi costi sono chiaramente subordinati a condizioni di mercato locali e transitorie. Essenzialmente dipendono dal prezzo dei materiali utilizzati per la realizzazione delle pavimentazioni, in particolare i costi del cemento e del conglomerato bituminoso, dove il prezzo di quest ultimo è soggetto a variazioni imprevedibili e spesso artificiali. Quando bisogna determinare il costo di manutenzione, però, ci troviamo di fronte ad un operazione molto più complessa. Effettivamente, la scelta dell intervento può variare da un gestore della strada ad un altro anche se il difetto da ripristinare è lo stesso. È stato quindi deciso, per questo confronto tra prezzi, di usare i costi reali e misurabili come determinato dall esperienza. Per questo fine si è tenuto conto delle procedure di lavoro dei gestori autostradali di Charleroi e di Daussoulx, che controllano le rispettive sezioni in conglomerato bituminoso e calcestruzzo analizzate in questo studio. I vari scenari di manutenzione sono stati così elaborati dai responsabili locali della gestione della strada. La scelta degli interventi è stata allora argomento di discussione in un gruppo di lavoro. Le conclusioni sono state quindi riesaminate dai responsabili locali e sono state accettate dalle parti. Ciascuno di questi interventi ha determinato un costo e un periodo di tempo (frequenza), che può essere adattato al caso particolare. In particolare è stato deciso di considerare soltanto quei costi relativi alla manutenzione delle pavimentazioni che si trovano in uno stato di servizio accettabile. Effettivamente è sembrato essere troppo soggettivo prendere in considerazione costi derivanti da fattori che sono argomento di discussione o che non possono essere facilmente quantificati (cioè quei fattori richiamati nel Capitolo 3). Questo studio quindi si limita a considerare i costi degli interventi effettuati sulle pavimentazioni. Sono stati considerati cinque scenari di manutenzione per le pavimentazioni in conglomerato bituminoso e quattro per le pavimentazioni in calcestruzzo. 6.1 Pavimentazioni in conglomerato bituminoso 6.1.1 Trattamento dei giunti superficiali Questo tipo di pavimentazione è solitamente steso in strisce longitudinali per mezzo di una o più macchine, che si muovono in formazione ma sfalsate tra loro. In determinati casi, la pavimentazione può essere stesa per l intera larghezza della carreggiata, evitando così la creazione dei giunti. Tuttavia quando vengono effettuate le riparazioni, sono realizzate sempre esclusivamente su ogni corsia di marcia. In generale si può ipotizzare che ogni strada abbia due giunti longitudinali (Fig. 5). Questi costituiscono le zone dove è più probabile che compaia il deterioramento e che pertanto devono essere riparate ad intervalli regolari, se si vuole garantire un minimo and only gives rise to limited discussion. Clearly these costs are subordinate to local and transitory market conditions. Essentially they are dependent on the price of the materials used in the composition of the pavements, primarily the costs of cement and bitumen, where the price of the latter is subject to unforeseeable and often artificial variations. When it comes to determining the cost maintenance though, we are faced with a much more complex task. Indeed, the choice of repair may vary from one road operator to another even though the defect is the same. It was therefore decided for the purpose of this comparison of prices to use the real and measurable costs as determined by experience. For this purpose account was taken of working procedures in the motorway administrations of Charleroi and Daussoulx, which manage the respective sections in asphalt and concrete under consideration here. The various maintenance scenarios were thus drawn up by the local road managers. The choice of repairs were then the subject of discussions in a work group. The conclusions were then re-examined by the local managers and accepted by all parties. Each of these gives rise to a cost and a period of time (frequency), which may be adjusted according on the particular case. In particular it was decided only to consider those costs related to the maintenance of pavement in an acceptable state of viability. Indeed it appeared to be far too subjective to take costs into consideration resulting from factors which are the subject of discussion or which cannot be easily quantified (i.e. those factors referred to in Chapter III). The current study therefore limits itself to considering the costs arising from the repairs made to the pavements. Five maintenance scenarios have been considered for bitumen pavements and four for concrete pavements. 6.1 Bitumen pavements 6.1.1 Treatment of surface joints This type of pavement is usually laid in longitudinal strips using one or more paving machines, operating in a staggered formation. In certain cases the pavement is laid over the entire width of the carriageway during construction, thus avoiding the creation of joints. Nonetheless when repairs are made, they are always made separately for each traffic lane. In general it may be assumed that each carriageway will have two longitudinal joints (Fig. 5). These are the places where deterioration is the most likely to appear first. They must be repaired at regular intervals if a minimum of safety 15
di sicurezza, specialmente per gli utenti motociclisti. L esperienza ha dimostrato che secondo i casi la frequenza delle riparazioni varia da 3 a 5 anni. Si può quindi ipotizzare una media di 4 anni. Il lavoro consiste nel pulire il giunto con aria compressa e sigillarlo con del bitume. Il lavoro è solitamente effettuato da ditte private che eseguono la manutenzione dell autostrada sulla base della gestione del tratto affidato. I prezzi indicati rappresentano la media aggiornata del costo al gestore della strada is to be assured, particularly of motorbike users. Experience has shown that depending on the case the frequency of repairs varies from three to five years. An average of every four years is thus recommended. The work consists of cleaning the joint by blowing it out and sealing it with bitumen. The work is usually carried out by private firms which carry out motorway maintenance on a lane rental basis. The prices shown are an updated average of the price to the road operator. Fig. 5 - Giunto longitudinale tra due strisciate di conglomerato bituminoso. MET-D111 6.1.2 Riparazioni localizzate delle buche Qualunque sia la qualità della pavimentazione, ci saranno sempre delle aree nella sovrastruttura più deboli e che provocano l insorgenza delle buche (Fig. 6). Queste si possono verificare nelle zone dove il manto è meno compattato o in posti che hanno subito un forte attacco di tipo fisico o con qualche tipo di prodotto chimico, o essere punti in cui c è stata una leggera segregazione della miscela bituminosa. Tali difetti devono essere riparati non appena compaiono. L esperienza indica che in media deve essere fatta una riparazione per chilometro all anno a partire dal quarto anno dalla costruzione. La riparazione della buca è effettuata in due fasi. La prima riparazione è provvisoria ed immediata. La seconda è permanente ed effettuata usando materiali caldi, ma dopo un breve lasso di tempo. Il costo di questa operazione è inoltre particolarmente influenzata dai costi contrattualizzati. Il lavoro è solitamente effettuato da ditte private che realizzano la manutenzione dell autostrada sulla base della gestione del tratto affidato. I prezzi indicati rappresentano una media aggiornata del costo al gestore della strada. Fig. 6 - Buca in una pavimentazione bituminosa. MET-D111 6.1.2 Localized repairs of potholes Fig. 5 - Longitudinal joint between two strips of bituminous pavement. MET-D111 Regardless of how good the quality of the pavement may be, there will be always be spots in the pavement which are slightly weaker, and which result in the appearance of potholes (Fig. 6). These may be located at less compacted spots, or places which have suffered some sort of severe chemical or physical attack, or be points where there has been a slight separation of the bituminous mix. Such defects must be repaired as soon as they appear. Experience indicates that on average one repair must be made per kilometre per year as of the fourth year following construction. Pothole repair is performed in two phases. The first repair is provisional and immediate. The second is permanent and carried out using hot materials, but after a certain short time delay. The cost of this operation is moreover greatly influenced by the costs of signing. The work is usually carried out by private firms which carry out motorway maintenance on a lane rental basis. The prices shown are an average of the price to the road operator. Fig. 6- Pothole in a bitumen pavement. MET-D111 16
6.1.3 Riparazioni permanenti di superfici fessurate Le zone più ampie di deterioramento derivano inoltre dalla progressione delle fessurazioni della pavimentazione (Fig. 7). Le fessure sono il risultato della deformazione degli strati sottostanti o la conseguenza della fessurazione di richiamo in superficie. In media, si trova una zona deteriorata per ogni chilometro di carreggiata. L area colpita ha di solito un estensione di circa 100 m 2. Il lavoro di riparazione richiede la demolizione del tratto deteriorato e la realizzazione di una nuova copertura. Questo tipo di lavoro è effettuato ogni anno, a partire dal quarto anno dalla costruzione della nuova pavimentazione. Il lavoro è solitamente effettuato da ditte private che realizzano la manutenzione dell autostrada sulla base della gestione del tratto affidato. A volte risulta essere necessario effettuare delle riparazioni in profondità. Queste, tuttavia, non sono state considerate in questo scenario. Fig. 7 - Fessurazione in una pavimentazione in conglomerato bituminoso. MET-D111 6.1.3 Permanent repairs of cracked surfaces Larger areas of deterioration also appear as the result of the cracking of the pavement (Fig. 7). Cracks are the result of deformation in the underlying courses or, at least as a result of the crack rising to the surface. On average, one deteriorated zone is to be found for every kilometre of carriageway. The area to be dealt with usually about 100 m2 in extent. The repair work calls for the planning of the deteriorated course and the laying of a new overlay. This type of work is carried out every year, as of the fourth year following construction of a new pavement. The work is usually carried out by private firms which carry out motorway maintenance on a lane rental basis. Sometimes in depth repairs prove to be necessary. These, however, have not been taken into account in this scenario. Fig. 7- Cracking in a bituminous pavement. MET-D111 6.1.4 Riparazioni di zone ormaiate La pavimentazione delle nostre autostrade in bitume deve essere riprofilata a intervalli regolari normali a causa della formazione delle ormaie (Fig. 8). 6.1.4 Repairs of rutted areas The pavement of our bituminous motorways has to be renewed at regular intervals as a result of rut formation (Fig. 8). Fig. 8 - Ormaiamento in una pavimentazione in conglomerato bituminoso. MET-D111 Fig. 8 - Rut formation in a bitumen pavement. MET-D111 Le ormaie appaiono soprattutto nella corsia di destra, poiché questa è la corsia più utilizzata dalla maggior parte dei veicoli pesanti. Generalmente la formazione delle ormaie nella corsia di sinistra interessa soltanto il manto stradale, mentre in quella Rutting appears primarily in the right hand lane, as this is the lane used by the vast majority of heavy vehicles. Generally speaking rut formation in the left hand lane only affects the wearing course. On the other hand the rut formation in the right hand 17