WPŁYW WARUNKÓW DROGOWYCH NA STAN UTRZYMANIA ULIC W OKOLICY KOŚCIOŁA MARIACKIEGO W CHOJNIE

Transkrypt

1 WPŁYW WARUNKÓW DROGOWYCH NA STAN UTRZYMANIA ULIC W OKOLICY KOŚCIOŁA MARIACKIEGO W CHOJNIE Urszula Dzięgiel, Grzegorz Pawlukowski Koło Naukowe Profil Wydział Budownictwa i Architektury Katedra Dróg, Mostów i Materiałów Budowlanych Politechnika Szczecińska dr inż. Alicja Sołowczuk mgr inż. Stanisław Majer 1. STRESZCZENIE Postępujący wzrost motoryzacji oraz zachodzące zmiany klimatyczne powodują stale pogarszający się stan techniczny istniejących dróg. Szczególnie na degradacje nawierzchni narażone są drogi w małych miejscowościach, w których ulice miejskie mają nawierzchnie wybudowane na zupełnie inne parametry ruchu niż obecnie występujące. Zdegradowana nawierzchnia niejednokrotnie nie jest w stanie przejąć obciążeń, co negatywnie wpływa na stan konstrukcji jezdni drogowej i podłoża gruntowego, a także na stan okolicznych budynków. Władze miejskie i administracja drogowa niejednokrotnie podejmują wspólne działania mające zabezpieczyć zabytkowe budowle przed negatywnym wpływem ruchu drogowego. Tym właśnie zagadnieniom jest poświęcony ten referat, którego głównym celem jest zbadanie związków pomiędzy wielkością natężenia ruchu a stanem technicznym nawierzchni drogowej na ulicach w Chojnie. Dodatkowo w ramach badań przeprowadzono także analizy wzajemnej zależności pomiędzy wybranymi parametrami ruchu a cechami eksploatacyjnymi nawierzchni. Zakres badań obejmował fragmenty jednokierunkowych ulic w Chojnie, znajdujących się w pobliżu zabytkowego Kościoła Mariackiego (rys. 1).

2 Rys. 1. Chojna z lotu ptaka ul. Chrobrego i Jagiełły Rys. 2. Lokalizacja odcinków pomiarowych 2. WSTĘP Główny nacisk badań położono na zagadnienia wzajemnego powiązania stopnia degradacji nawierzchni i parametrami ruchu drogowego. Dla realizacji tego zagadnienia wybrane zostały odcinki (rys. 2) najbardziej charakteryzujące zmienne warunki ruchu wokół Placu Katedralnego. Główną podstawą wyboru odcinków była geometria ulicy. Odcinki zostały umieszczone między istniejącymi skrzyżowaniami, co znacznie ograniczało ich długość. Na każdym odcinku wykonane zostały szczegółowe pomiary: parametrów eksploatacyjnych nawierzchni, prędkości poszczególnych grup pojazdów w ruchu swobodnym, natężenia ruchu i odstępów czasowych. Wykonano także 16-godzinny ciągły pomiar natężenia ruchu i struktury rodzajowej na każdym odcinku badawczym. Na podstawie pomierzonego natężenia dziennego określono natężenie dobowe, które było brane pod uwagę podczas dalszych analiz. Wykorzystując dane z pomiarów określono wpływ wielkości natężenia ruchu na stopień degradacji nawierzchni. Analiza otrzymanych wyników badań wykazała m.in., że wraz ze wzrostem natężenia pojazdów ciężkich zwiększały się głębokości obu kolein, wzrastał wskaźnik równości podłużnej, zwiększała się długość spękań pojedynczych oraz maksymalny prześwit pod łatą czterometrową. 3.CHARAKTERYSTYKA PRZEPROWADZONYCH BADAŃ W celu określenia wzajemnego związku między uszkodzeniami lub odkształceniami nawierzchni a krotnością przejazdów grupowych wykonano pomiary liczby pojazdów jadących w kolumnach i pomierzono odstępy czasowe. Wszystkie badania wykonano na suchej nawierzchni. Chcąc scharakteryzować wpływ pojazdów jadących w kolumnach podzielono przy pomiarach odstępy czasowe wg następujących czterech schematów ruchu:

3 o pojazd osobowy jedzie za pojazdem osobowym odstęp czasowy t o d, o pojazd osobowy jedzie za pojazdem ciężarowym odstęp czasowy t c d, c pojazd ciężarowy jedzie za pojazdem ciężarowym odstęp czasowy t c d, c pojazd ciężarowy jedzie za pojazdem osobowym odstęp czasowy t o d. Pomiar polegał na zmierzeniu odstępu czasowego, jaki mijał przy przejeżdżaniu wyznaczonej linii pomiarowej przez przednie zderzaki dwóch kolejnych pojazdów jadących w kolumnie pojazdów. Ponieważ w Chojnie stan zabytkowej budowli Kościoła Mariackiego uległ w ostatnich latach pogorszeniu władze miejskie wprowadziły ograniczenia prędkości pojazdów ciężkich do 40 km/h. Chcąc ocenić czy prędkość ta jest zachowana, wykonano na wszystkich odcinkach szereg pomiarów prędkości pojazdów w ruchu swobodnym. Wszystkie pomiary prędkości wykonywano także na suchej nawierzchni. Pomiar prędkości chwilowych wykonywano w odniesieniu do dwóch grup pojazdów: pojazdów osobowych, (do których zaliczono wszystkie samochody osobowe, dostawcze i mikrobusy) oraz pojazdów ciężarowych, (do których zaliczono samochody ciężarowe bez przyczep, samochody ciężarowe z przyczepami, autobusy oraz ciągniki siodłowe z naczepami i bez). Na podstawie danych z pomiarów określono potrzebne kwantyle prędkości v 85 i średnie prędkości dla obydwu grup pojazdów. Rezultaty pomiarów wykazały, że na odcinkach znajdujących się w najbliższym sąsiedztwie Kościoła Mariackiego jest znacznie przekraczana prędkość zarówno przez samochody osobowe jak i ciężarowe. Chcąc ocenić stan nawierzchni drogowych wykonano szereg pomiarów poszczególnych cech eksploatacyjnych drogi, m.in. wykonano ocenę wizualną nawierzchni, pomierzono szerokości poszczególnych pasów, pochylenia podłużne i poprzeczne, a także głębokości koleiny wewnętrznej i zewnętrznej oraz pomierzono w sposób ciągły wielkości prześwitów pod łatą czterometrową. Dla wykonania oceny wizualnej opracowano specjalny formularz, uwzględniający powierzchnie osiadań i ich głębokości, parametry charakteryzujące wielkości napływów, powierzchnie siatki spękań, długości spękań pojedynczych, powierzchnie wybojów, powierzchnie ubytków lepiszcza lub kruszywa i powierzchnie łat. W formularzu odnotowywana była zawsze lokalizacja kratek ściekowych i włazów ulicznych. W celu lepszego zlokalizowania uszkodzeń każdy odcinek został podzielony na szereg czterometrowych sektorów. W formularzu także podawano dokładną lokalizację każdego uszkodzenia oraz jego wielkość. Do określenia, dla potrzeb dalszych analiz, miarodajnej głębokości koleiny na każdym odcinku pomiarowym wykorzystano wzory zalecane w obecnym systemie oceny stanu nawierzchni SOSN. Z uwagi jednak na fakt, że pomiary były wykonywane ręcznie to zmieniono samą technikę wykonywania pomiarów, zagęszczając znacznie mierzone prześwity (prześwity odczytywano co 0,1 m pod łatą dwumetrową ułożoną oddzielnie nad każdą koleiną). Do badań zostały użyte dwie

4 łaty dwumetrowe, położone w poprzek jezdni w ten sposób, aby przy użyciu pierwszej łaty wykonywać pomiar koleiny zewnętrznej, natomiast drugi koleiny wewnętrznej. Pomiar prześwitów pod łatą dwumetrową wykonywano, co cztery metry wzdłuż całej długości każdego odcinka pomiarowego. Bardzo szczegółowy sposób wykonywania pomiarów prześwitów pozwolił uzyskać obwiednie obu kolein. Największą głębokość koleiny wewnętrznej (55 mm) jak i zewnętrznej (72 mm) uzyskano na odcinku badawczym B oraz na odcinku badawczym C dla koleiny zewnętrznej (60 mm). W trakcie wykonywania badań zwrócono także uwagę na zły stan odwodnienia na badanych ulicach, dokumentując ten stan szeregiem zdjęć odcinka pomiarowego B podczas deszczu, na których w sposób ewidentny widać, że system kanalizacji ściekowej nie odbiera nadmiaru wody opadowej. Woda opadowa gromadzi się na powierzchni jezdni i poprzez uszkodzenia nawierzchni wnika bezpośrednio w głąb konstrukcji jezdni (rys. 3). Rys. 3. Zły stan odwodnienia na odcinku B W ramach badań wykonano także pomiary równości podłużnej z wykorzystaniem czterometrowej łaty. Pomiar równości podłużnej wykonywano w systemie ciągłym mierząc prześwity pod łatą, co 0,5 m na każdych czterech metrach bieżących. Pomiary wykonano w śladzie zewnętrznym, wewnętrznym oraz w osi pasa ruchu. Analiza otrzymanych wartości pozwoliła zlokalizować miejsca największych różnic w rzędnych i miejsca osiadań. Największe prześwity pod łatą czterometrową zanotowano na odcinku pomiarowym D w tym samym przekroju poprzecznym zarówno dla pasa wewnętrznego (kolejno w śladzie wewnętrznym 60 mm, w osi pasa 10 mm i w śladzie zewnętrznym 10 mm) jak i zewnętrznego (kolejno w śladzie wewnętrznym 26 mm, w osi pasa 57 mm i w śladzie zewnętrznym 40 mm). Takie rozłożenie wyników sugeruje, że w tym miejscu albo podbudowa albo podłoże jest nienośne. Może to być związane także z miejscowym nawodnieniem gruntu podłoża, gdyż stan istniejącej sieci kanalizacyjnej na rozpatrywanych odcinkach jest niezadowalający i wymaga prac remontowych (rys. 3 i 4).

5 3.1.Analiza istniejącego systemu odwodnienia W wyniku wizji lokalnej stwierdzono fatalny stan systemu odwodnienia w obrębie rozpatrywanych ulic. Kratki ściekowe znajdujące się na odcinkach pomiarowych są nieczynne, a woda opadowa nie mogąc znaleźć ujścia gromadzi się na nawierzchni jezdni drogowej oraz chodnikach wykonanych z kostki. Celem zlokalizowania kierunku przepływu wody opadowej wykonano schematy zlewni i podstawowe obliczenia wielkości spływu wód opadowych (rys. 4). W związku ze złym stanem odwodnienia zaproponowano szereg prac związanych z polepszeniem jego stanu. Przede wszystkim zaproponowano remont systemu odwodnienia, udrożnienie wskazanych kratek i nieodzowny remont nawierzchni drogowej, dający w efekcie końcowym prawidłowe spadki poprzeczne i podłużne jedni drogowej. Rys. 4. Stan odwodnienia ulicy Jagiełły odcinek D 3.2 Analiza oddziaływania ruchu drogowego na środowisko Generowanie drgań jest nieodzownym zjawiskiem ruchu pojazdów, a przeciwdziałanie mu jest problemem bardzo złożonym i wielopłaszczyznowym. Ruch pojazdów wywołuje, tzw. drgania drogowe, które oddziałują na środowisko, ludzi, a także budynki. Powstają one na styku pojazdu z nawierzchnią lub podłożem gruntowym, nasilają się

6 natomiast wraz ze wzrostem nacisku na poszczególne osie, a także nasilają się one wraz ze zwiększeniem się prędkości pojazdów ciężkich v i zwiększeniem się natężenia ruchu Q. Badaniu poddawane są zarówno prędkości drgań jak i przyspieszenia tych drgań, które określa się przy użyciu specjalnej aparatury przystosowanej do rejestracji drgań o stosunkowo niskich częstotliwościach. W punktach pomiarowych rozmieszcza się czujniki, które mają wyznaczyć podstawowe parametry drgań, a także przemieszczenia budynków, w kierunku ich osi podłużnych i ewentualne parametry drgań skrętnych. W tym celu dokonuje się pomiary składowych poziomych drgań budynku jako całości w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach oznaczonych: x i y, odpowiednio równoległych do osi poprzecznych i podłużnych budynku. Wyniki poddaje się analizie, określa się prędkość drgań, ich przemieszczenia oraz częstotliwość. Istotny wpływ na środowisko mają drgania wywołane przez autobusy i samochody ciężarowe. Przy nierówności nawierzchni sięgającej 30 mm, drgania drogowe mogą wywołać w budynkach, o maksymalnej liczbie kondygnacji równej 4, nawet uszkodzenia tynków [2]. Istnieje wiele czynników mających wpływ na redukcję drgań. Ważna okazuje się w tym przypadku konstrukcja nawierzchni drogowej. Im bardziej jest wytrzymała podbudowa nawierzchni, tym mniejsze są drgania wzbudzane przez poruszające się po niej pojazdy. Ważnym elementem, wpływającym na wartość powstających wibracji jest także równość podłużna i poprzeczna nawierzchni. Utrzymanie równej powierzchni nawierzchni gwarantuje, że pojawiające się drgania osiągają wartości, które nie są w ogóle szkodliwe dla człowieka, a także dla konstrukcji pobliskich budynków. Rodzaj poruszającego się pojazdu ma również wpływ na poziom wzbudzanych drgań. Okazuje się, że zwiększenie ciężaru pojazdu, nie zawsze wywołuje wzrost amplitudy drgań. Należy jednak dążyć do eliminacji pojazdów najcięższych, szczególnie takie zalecenia dotyczą centrów miejskich i terenów miejskich o zabytkowej zabudowie [3]. Generowaniu drgań przeciwdziała się również poprzez ograniczenia prędkości. Zwykle wzrost prędkości powoduje zwiększenie amplitudy drgań, nie jest to jednak regułą. Okazuje się, że pojazd poruszający się z prędkością 70 km/h wzbudza drgania mniejsze niż ten sam pojazd podczas jazdy z prędkością 50 km/h [2]. W celu sprawdzenia zależności wielkości drgań od stanu degradacji nawierzchni i średniej prędkości pojazdów ciężkich na poszczególnych odcinkach pomiarowych skorzystano ze wzoru z [3] na maksymalną spodziewaną prędkość rozchodzenia się drgań. Przy obliczeniach przyjęto podstawowe założenia wykorzystując materiały źródłowe, a mianowicie wyniki uzyskane z pomiarów terenowych, podkłady geologiczny i geodezyjny. Rezultaty obliczeń przedstawiono na rys. 5 i 6. V V r 0,028 a t p 48 6 x max (1)

7 gdzie: V max spodziewana maksymalna prędkość drgań, [mm/s], a maksymalna wysokość lub maksymalne wgłębienie nierówności nawierzchni jezdni, [mm] V prędkość dużych samochodów ciężarowych, [km/h], t tzw. gruntowy współczynnik skalujący: dla gliny 3,1, dla piasków i żwirów 0,94, dla gliny zwałowej 0,43, dla wapieni 0,1, p wynosi 0,75 lub 1,0 w zależności czy koła tylko jednego boku samochodu jadą po nierównościach czy nawierzchnia jest nierówna w obu śladach kół, r odległość fundamentu budynku od nierównej powierzchni jezdni, [m], x czynnik potęgowy przyjmowany średnio jako 1. Odległość od jezdni [m] 3m 8m 13m 20m faktyczna odległość Rys. 5. Wielkości prędkości rozchodzenia się drgań w zależności od wielkości deformacji nawierzchni jezdni (głębokości kolein) odcinek D

8 Odległość od jezdni [m] 3m 8m 13m 20m faktyczna odległość Rys. 6. Wielkości prędkości rozchodzenia się drgań w zależności od wielkości deformacji nawierzchni jezdni (wielkości prześwitu pod łatą czterometrową) odcinek D Następnie mając obliczoną wg wzoru (1) spodziewaną prędkość rozchodzenia się drgań analizowano odpowiednie jej wartości i wielkości charakteryzujące równość poprzeczną i podłużną drogi na analizowanych odcinkach ulic. Do analizy wykorzystano maksymalną głębokość koleiny zewnętrznej i wewnętrznej (rys. 7) oraz maksymalne prześwity pod łatą czterometrową (ze względu na degradacje nawierzchni z trzech miejsc pomiaru śladów wewnętrznego, zewnętrznego i w osi pasa). Do wszystkich rozpatrywanych zestawień dla głębokości kolein V max = f (h max ) i równości podłużnej V max = f (A max ), obliczano każdorazowo współczynnik korelacji R z wzoru Pearsena, a następnie wykorzystywano metody regresji liniowej w celu znalezienia równania zależnościowego. Analiza otrzymanych danych wykazała, że wielkość drgań zależy od stanu degradacji nawierzchni. Wraz ze wzrostem głębokości kolein rośnie spodziewana prędkość rozchodzenia się drgań, jednak na zdegradowanej nawierzchni ulic w większym stopniu zależność ta sprawdza się dla koleiny wewnętrznej. Spodziew ana max prędkość drgań [mm/s] od Vcśr od Vc85 od Vcmax 5 y = 0,0741x - 1,1 4 3 y = 0,0665x - 1,1 y = 0,0573x - 0, Max głębokość koleiny w ew nętrznej [mm] Spodziew ana max prędkość drgań [mm/s] od Vcśr od Vc85 od Vcmax y = 0,0551x - 0,5 y = 0,0484x - 0,5 y = 0,0441x - 0, Max głębokość koleiny zew nętrznej [mm] Rys. 7. Zależność spodziewanej prędkości rozchodzenia się drgań od maksymalnych faktycznych głębokości kolein

9 4.PODSUMOWANIE Podsumowując powyżej opisane badania i obserwacje zaproponowano wprowadzenie spowolnienia ruchu pojazdów, przez zastosowanie kilku elementów uspokojenia ruchu na odcinku badawczym B i C. A mianowicie na odcinku badawczym C zaproponowano wprowadzenie podłużnej wyspy rozdzielającej istniejące dwa pasy ruchu w tym samym kierunku. A także umieszczenie na niej elementów małej architektury w postaci krzewów ozdobnych, które dodatkowo będą sprawiać wrażenie przewężenia jezdni, wymuszając na kierowcach tym samym mniejsze rzeczywiste prędkości. Proponuje się wprowadzić wyniesione przejście dla pieszych typu PPS 100 stanowiące jednocześnie łagodny próg zwalniający. Na przejściu dla pieszych zlokalizuje się konieczny azyl dla pieszych w celu poprawy bezpieczeństwa ruchu. Na odcinku badawczym B także proponuje się wprowadzenie przewężenia jezdni oraz umieszczenie na nim słupków przeszkodowych U-7 oraz elementów małej architektury wkomponowanych w otoczenie. 5. LITERATURA 1. DATKA S., SUCHORZEWSKI W., TRACZ M.: Inżynieria ruchu, WKiŁ, Warszawa CIESIELSKI R., KWIECIEŃ A., STYPUŁA K.: Propagacja drgań w warstwach przypowierzchniowych podłoża gruntowego: badania doświadczalne in situ, PK, Kraków Ocena oddziaływania dróg na środowisko, cz. II Aneksy, GDDP, Warszawa 1999.