ROLA ODWODNIENIA W ZAPEWNIENIU WARUNKÓW BEZPIECZEŃSTWA RUCHU DROGOWEGO

Transkrypt

1 III Ogólnopolskie Forum Specjalistyczne Odwodnienie dróg, kolei i mostów w aspektach bezpieczeństwa ruchu i ochrony środowiska ODWODNIENIE 2015 ROLA ODWODNIENIA W ZAPEWNIENIU WARUNKÓW BEZPIECZEŃSTWA RUCHU DROGOWEGO Prof. dr hab. inż. Stanisław Gaca Dr inż. Mariusz Kieć Katedra Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu Politechnika Krakowska

2 CELE PREZENTACJI PRÓBA ODPOWIEDZI NA PYTANIA: Dlaczego odwodnienie powierzchniowe może wpływać na bezpieczeństwo ruchu drogowego? Jak ilościowo można opisać wpływ odwodnienia na bezpieczeństwo ruchu drogowego? Czy dotychczasowe przepisy projektowania w wystarczającym stopniu uwzględniają znaczenie odwodnienia dróg?

3 RAMOWE WYMAGANIA BRD W PROJEKTOWANIU: spełnienie warunków dynamiki ruchu pojazdów, opisywane przez modele (równowagi sił działających na pojazdy, wyprzedzanie na odcinku drogi, zmiany pasów ruchu, droga hamowania) zapewnienie widoczności dla różnych sytuacji na drodze dostosowanie technicznych rozwiązań elementów dróg, skrzyżowań i węzłów do psychologicznych oraz psychofizycznych uwarunkowań użytkowników dróg, a w szczególności uwzględnienia zdolności percepcji, przetwarzania informacji i podejmowania decyzji adekwatnych do sytuacji na drodze

4 RAMOWE WYMAGANIA BRD W PROJEKTOWANIU - cd: dobre optyczne prowadzenie kierującego pojazdem i dostatecznie wczesne dostrzeganie miejsc rozdziału kierunków jazdy zrozumiałość funkcjonowania skrzyżowań i węzłów prawidłowe odwodnienie zapewniające m.in. dobrą przyczepność kół pojazdów do nawierzchni czytelne, jednoznaczne i widoczne oznakowanie eliminacja z otoczenia drogi przeszkód lub ich zabezpieczenie minimalizujące skutki ewentualnych zderzeń z pojazdami

5 POTENCJALNE ZAGROŻENIA BRD ZWIĄZANE Z ODWODNIENIEM DRÓG: 1. Wpływ obecności wody na wartość współczynnika przyczepności obniżenie wartości współczynnika przyczepności i trudność jego oceny przez kierujących pojazdami 2. Ryzyko występowania zjawiska aquaplaningu woda w koleinach, obszary z utrudnionym odpływem wody przy małych spadkach, spływy wody z dużych powierzchni jezdni, 3. Mgła wodna pochodząca z jezdni jako czynnik ograniczający widoczność 4. Zmiany cech odblaskowych oznakowania poziomego 5. Zmiany cech powierzchniowych poboczy utrudnione warunki ruchu pojazdów i pieszych 6. Urządzenia odwodnienia powierzchniowego jako przeszkody w otoczeniu jezdni

6 Schematyczne przedstawienie wpływu prędkości i stanu jezdni na przyczepność kół do nawierzchni Przyczepność Sucha jezdnia Mokra jezdnia Prędkość PROBLEMY: 1. Czy kierujący pojazdami mają świadomość w/w zmian, jaki mogą być skutki niewłaściwej oceny przyczepności kół do nawierzchni? 2. Czy w projektowaniu dróg właściwie uwzględnia się podaną powyżej zależność czy stosowane modele ruchu są adekwatne do rzeczywistych sytuacji na drogach? 3. W jaki stopniu miarodajna wartość współczynnika przyczepności ustalona przy prędkości 60 km/h jest poprawna w analizach projektowych?

7 Zależność współczynnika przyczepności µ przy zablokowanym kole od prędkości na mokrej nawierzchni w zależności od jej makro- i mikrotekstury

8 WPŁYW GRUBOŚCI WARSTWY WODY NA WSPÓŁCZYNNIK PRZYCZEPNOŚCI

9 Czy na równej nawierzchni może występować warstwa wody znacznej grubości? Grubość warstwy wody [mm] L = 60 m Opad 125 l/s/ha Nawierzchnia: 1. Beton cementowy 2. Beton asfaltowy 0/8 3. Beton asfaltowy 0/11 4. Asfalt lany 5. Beton cementowy - przeciągany matą z juty Spadek [FSS, Heft 1094, 2013]

10 Ryzyko aquaplqningu powierzchnie z utrudnionym spływem wody, koleiny wypełnione wodą

11 Wpływ intensywności opadów na prędkość autostrady, ruch swobodny (D, 2008) sucho 0-5 mm/h 5-10 mm/h >10 mm/h Prędkości w strefie zmiany pochylenia poprzecznego przy opadzie > 10 mm/h: A1 113 km/h prędkość graniczna 83 km/h (przekroczenie o 30 km/h) A4 117 km/h - prędkość graniczna 92 km/h (przekroczenie o 25 km/h) A km/h - prędkość graniczna 97 km/h (przekroczenie o 25 km/h) [badania Hartz/Loehe 2008, FSS, Heft 1094, 2013]

12 WPŁYW STANU JEZDNI NA DŁUGOŚĆ DROGI HAMOWANIA (zał. s = 0%, Op = O, bmax = f(v) ) Km/h Prędkość m/s Droga hamowania [m] Warstwa wody 0,2 mm Warstwa wody 3 mm 80 22,2 33,1 38,6 (41,3) 76 21,1-33,1 Wymagana redukcja 4,0 km/h ,7 52,2 75,6 (93,1) 89 24,7-52,2 Wymagana redukcja 11 km/h ,3 76,5 153,6 (246,2) ,7-76,5 Wymagana redukcja 20 km/h!!! Rzeczywista redukcja prędkości 5 10 km/h

13 Wpływ warunków atmosferycznych (stanu jezdni) na prędkość Zestawienie wartości parametrów prędkości pojazdów w ruchu swobodnym przykład badań, m. Waksmund, dzień warunki atmosferyczne dzień Vsr [km/h] V 85 [km/h] WZV [-] słonecznie, 8/10 0 C, wiatr 16 km/h 66, ,158 słonecznie, C 53, ,164 pochmurno,6/10 0 C, wiatr 24 km/h 64,4 72 0,162 deszcz 3 mm/12 h, 5 0 C 63, ,179 Deszcz 3 mm/12 h,4 0 C,wiatr1/12 km/h Śnieg 50 mm/12 h, -5 0 C, wiatr 3/10 km/h Śnieg100 mm/12 h,mgła lodowa, C 62, ,189 62,4 69 0,148 56, ,202

14 Wpływ warunków atmosferycznych (stanu jezdni) na prędkość Zestawienie wartości parametrów prędkości pojazdów w ruchu swobodnym przykład badań, m. Waksmund, noc warunki atmosferyczne noc Vsr [km/h] V85 [km/h] WZV [-] pogodnie, -10/-16 0 C, wiatr 0 km/h pochmurnie, 4 0 C, wiatr 14 km/h 71, ,176 64,6 71 0,152 deszcz 3 mm/12 h, 5 0 C 64, ,167 deszcz, wiatr 3-17 km/h,3 0 C 63, ,17 mgła, śnieg 30 mm/12 h, -4 0 C 38, ,288 mgła, -3 0 C 54,4 55 0,223 śnieg 50 mm/12 h, -5 0 C 58, ,171 śnieg 300 mm/12 h,-0,5/2 0 C 55, ,179

15 Udziały odstępów klasyfikowanych jako niebezpieczne między pojazdami w zależności od stanu jezdni na terenach zabudowanych (ruch kolumnowy) Przekrój drogi Stan jezdni Sucha Mokra Różnica sucha mokra 1x2 z poboczami bitumicznymi 1x2 z poboczami gruntowymi 44,4% 40,5% 3,9% 52,5% 45,5% 7,0% 1x2 z chodnikami 52,7% 43,3% 9,4%

16 Prędkość zderzenia V 0 [km/h] Oceny wpływu stanu jezdni na brd przykład miar pośrednich P>0, L=40 m L=50 m 3 L=60 m 4 L=70 m 5 L=80 m t r = 1,0 s, a = 6,0 m/s 2 L V 1 t r V 2 1 V 2b P<0, Prędkość na dojeździe do przejścia V 1 [km/h] Zależność potencjalnej prędkości zderzenia z pieszym od odległości podjęcia manewru hamowania i prędkości początkowej pojazdu.

17 Cumulative frequency F [-] Częstość skumulowana F [-] FPA HR Oszacowanie udziału pojazdów FPB poruszających się z prędkością, F PA, F PB bezpieczną wartość dystrybuanty (P=0) i prędkości relatywnie dla danego bezpieczną prawdopodobieństwa (P<0,05) P [-], odpowiednio dla sytuacji A i B 1,0 0,9 0,8 0,7 (1) P i < 0,05 L = 50 m, b = 6 m/s 2, t r = 1,0 s (1) P i = 0 L = 50 m, b = 6 m/s 2, t r = 1,0 s (2) P i <0,05 L = 50 m, b = 4 m/s 2, tr = 1,0 s 0,6 0,5 0,4 0,3 (2) P i = 0 L = 50 m, b = 4 m/s 2, tr = 1,0 s (3) P i = 0 L = 40 m, b = 6 m/s 2 t r = 1,3 s 0,2 0,1 0, Prędkość Initial początkowa speed [km/h] Sucha naw.(1); mokra naw. (2), HR = 0,52; dzień noc (3), HR=0,35

18 WYNIKI ANALIZY DANYCH O WYPADKACH (R. Elvik) Stan jezdni Relatywne ryzyko Jezdnia sucha 1,0 Jezdnia mokra 1,3 Zabłocona jezdnia, chlapa 1,5 Intensywne opady śniegu 2,5 Śnieg i oblodzenie jezdni 4,4

19 WYNIKI ANALIZY DANYCH O WYPADKACH (R. Elvik) Wpływ zmiany wartości współczynnika przyczepności na zmianę liczby wypadków Sytuacje wypadkowe Szacowana wartość zmiany liczby wypadków [%] Przedział ufności 95% oszacowania wskaźnika zmiany Zwiększenie wartości współczynnika przyczepności o 0,05 przy wyjściowej wartości 0,50 Wszystkie wypadki -10 (-25, +7) Wypadki na mokrej jezdni -35 (-52, -12) Wypadki na suchej -1 (-18, +20) jezdni Zwiększenie wartości współczynnika przyczepności o 0,10 przy wyjściowej wartości 0,50 Wszystkie wypadki -17 (-31, +1) Wypadki na mokrej jezdni -42 (-61, -14) Wypadki na suchej -10 (-22, +5) jezdni Zwiększenie wartości współczynnika przyczepności o 0,25 przy wyjściowej wartości 0,50 Wszystkie wypadki -32 (-40, -22) Wypadki na mokrej jezdni Wypadki na suchej jezdni -56 (-71, -35) -12 (-25, +4)

20 WYNIKI ANALIZY DANYCH O WYPADKACH (R. Elvik) Wpływ zmiany rodzaju nawierzchni na nawierzchnie porowatą Sytuacje wypadkowe Szacowana wartość zmiany liczby wypadków [%] Przedział ufności 95% oszacowania wskaźnika zmiany Wszystkie wypadki -13 (-26, +3) Wypadki na mokrej jezdni -3 (-33, +40) Wypadki na suchej jezdni 1 (-31, +48)

21 WYNIKI ANALIZY DANYCH O WYPADKACH (R. Elvik) Wpływ zmiany wprowadzenia rowkowania nawierzchni Sytuacje wypadkowe Szacowana wartość zmiany liczby wypadków [%] Wypadki z ofiarami Przedział ufności 95% oszacowania wskaźnika zmiany Wszystkie wypadki +8 (-25, +57) Wypadki na mokrej jezdni Wypadki na suchej jezdni -39 (-73, +36) +39 (-27, +163) Kolizje tylko straty materialne Wszystkie wypadki -13 (-20, -6) Wypadki na mokrej jezdni Wypadki na suchej jezdni -67 (-74, -58) -1 (-9, +8)

22 Analiza danych o wypadkach Drogi krajowe i wojewódzkie poza terenami zabudowy - jezdnia sucha, jezdnia mokra 0,3 0,25 0,2 j. sucha j. mokra Struktura typów wypadków Iloraz współczynników pojedyncze wypadki 1,33 0,15 0,1 0,05 0

23 Analiza danych o wypadkach Drogi krajowe i wojewódzkie poza terenami zabudowy - jezdnia sucha, jezdnia mokra 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 Struktura okoliczności wypadków 0,25 0,2 0,15 j. sucha j. mokra 0,1 0,05 0

24 Analiza danych o wypadkach Drogi krajowe i wojewódzkie poza terenami zabudowy, jezdnia sucha, jezdnia mokra Lokalizacja wypadków 0,8 0,7 0,6 0,5 j. sucha j. mokra Iloraz współczynników wypadki na łuku 1,97 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Odcinek prosty Zakręt, łuk Wzniesienie/spadek Skrzyżowanie

25 udział liczby wypadków Analiza danych o wypadkach Drogi wojewódzkie (Małopolska) 0,80 0,70 warunki oświetlenia mokra sucha 0,60 0,50 0,40 Iloraz współczynników wypadki na mokrej nawierzchni Dzień 0,69, Noc 1,52 0,30 0,20 0,10 0,00 dzień świt-zmierzch noc

26 Analiza danych o wypadkach Drogi wojewódzkie (Małopolska) 0,70 0,60 mokra liczba pojazdów biorących udział w wypadku sucha Iloraz współczynników mokra naw. D+N: (1) 1,29, (>1) 0,76 Noc: (1) 1,06, (>1) 0,95 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 1 >1 1 >1 D+N Liczba pojazdów w wypadku NOC

27 Analiza danych o wypadkach Drogi wojewódzkie (Małopolska) ciężkość wypadków 160,0 140,0 120,0 100,0 126,2 144,8 Iloraz współczynników mokra naw. Ranni 1,15 Śmiertelni 0,77 80,0 60,0 40,0 sucha mokra 20,0 10,9 8,4 0,0 LR/100wyp LZ/100wyp

28 WYBRANE WNIOSKI DO PRZEDSTAWIONYCH ANALIZ: Stan jezdni w istotny sposób wpływa na bezpieczeństwo ruchu, mokra jezdni zwiększa poziom zagrożenia i wpływa na strukturę zdarzeń drogowych Kierujący pojazdami nie kompensują, poprzez zmniejszenie prędkości, potencjalnego wzrostu zagrożeń brd wynikających z obecności wody na jezdni Ograniczona percepcja przez kierujących pojazdami wzrostu zagrożeń brd wynikających z obecności wody na jezdni, wymaga szczególnie starannej eliminacji tych zagrożeń poprzez rozwiązania projektowe Urządzenia odwodnienia powierzchniowego mogą powodować dodatkowe zagrożenia brd, jeśli nie są kształtowane zgodnie z zasadami drogi wybaczającej

29 ODWODNIENIE DRÓG W PRAKTYCE PROJEKTOWEJ - zalecenia Zapewnienie sprawnego spływ wody z jezdni poprzez nadanie pochyleń poprzecznych w przekroju drogi (>2%) Kontrola odprowadzenia wody w strefie ramp drogowych, szczególnie na odcinkach o małych pochyleniach poprzecznych i podłużnych Kontrola spływu wody na skrzyżowaniach z eliminacją zjawiska przelewania się wody w poprzek jezdni Ograniczenie spływu wody z dróg poprzecznych na jezdnię główną Eliminacja spływu wody na jezdnię ze zjazdów indywidualnych i publicznych Eliminacja stref bezodpływowych na jezdni, szczególnie na skrzyżowaniach Zapewnienie wymaganej przepustowości ścieków przykrawężnikowych i wpustów z ograniczeniem szerokości strugi wody, Weryfikacja urządzeń odwodnienia powierzchniowego jako potencjalnych przeszkód bocznych Kontrola stanu urządzeń odwodnienia (inspekcja)