Zmiany cech antypoślizgowych nawierzchni bitumicznej wybranych odcinków badawczych

Transkrypt

1 WALUŚ Konrad J. 1 Zmiany cech antypoślizgowych nawierzchni bitumicznej wybranych odcinków badawczych WPROWADZENIE Bezpieczeństwo transportu towarów, ludzi i zwierząt uzależnione jest od dwóch głównych czynników: kierowcy i jego umiejętności [4, 10-12] oraz pojazdu, infrastruktury i warunków środowiskowych [14-19]. Cechy pojazdu, środowiska oraz nawierzchni podlegają pomiarom podczas badań doświadczalnych kinematyki ruchu pojazdu z uwzględnieniem warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego [2, 3, 5, 13-19]. W zakresie bezpieczeństwa ruchu drogowego przepisy prawne obowiązujące na terenie Polski wskazują wymagania oraz procedury badawcze właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni drogowych [8, 9]. Wytyczne te spełniane podczas projektowania i budowy dróg krajowych i autostrad kontrolowane są przed ich dopuszczeniem do ruchu, jak i sukcesywnie w wyznaczonych przedziałach czasowych. Uzyskane wyniki stanowią zazwyczaj średnią z pomiarów na danym odcinku i umożliwiają nadanie tym odcinkom nawierzchni odpowiedniej klasy (tab. 1-4). Przypisanie klasy drogi wiąże się z dopuszczeniem ruchu pojazdów z określonymi prędkościami, lub określenie, w przypadku zbyt małych cech użytkowych, konieczności przeprowadzenia renowacji lub remontu nawierzchni. Tab. 1. Klasyfikacja nawierzchni pod względem właściwości przeciwpoślizgowych [7] Tab. 2. Parametry miarodajnego współczynnika tarcia wymagane po dwóch miesiącach od oddania drogi do użytkowania [9] 1 Politechnika Poznańska, Wydział Maszyn Roboczych i Transportu, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn; -965 Poznań; ul. Piotrowo 3. Tel: , Fax: , konrad.walus@put.poznan.pl 6575

2 Tab. 3. Kryteria klasyfikacji dla pasów zasadniczych i dodatkowych nawierzchni autostrady [8] Tab. 4. Kryteria klasyfikacji dla pasów włączania i wyłączania oraz jezdni łącznic nawierzchni autostrady [8] Oprócz określenia współczynnika przyczepności (tarcia) pomiędzy nawierzchnią a oponą wykorzystuje się również pomiar szorstkości nawierzchni wahadłem angielskim do określania klasy nawierzchni. Kategorie nawierzchni według pomiarów odporności na ślizganie (warunki mokre) przedstawiono w tabeli 4-5. Tab. 4. Kryteria oceny szorstkości nawierzchni na podstawie wartości wskaźnika, określonego wahadłem angielskim Wskaźnik szorstkości Szorstkość > 65 Dobra Zadowalająca Dostateczna < 45 Niedostateczna Tab. 5. Minimalne wartości odporności na ślizganie (warunki mokre), pomiar wahadłem angielskim [1, 6] Kategoria Rodzaj miejsca Wartość A Trudne miejsca takie jak: 65 (I) ronda (II) zakręty o promieniu mniejszym niż 150m na nieograniczonych znakami drogach (III) nachylenia 5,7 lub bardziej strome o długości ponad 100m (IV) podjazdy do świateł drogowych na nie oznakowanych drogach B Autostrady, drogi dla samochodów ciężarowych i szybkiego ruchu oraz drogi 55 miejskie o bardzo dużym natężeniu ruchu (ponad 2000 pojazdów dziennie) C Wszystkie inne miejsca 45 W artykule przedstawiono metodykę badań wahadłem angielskim oraz wyniki testów doświadczalnych na dwóch wybranych nawierzchniach drogowych. 1. METODYKA I MIEJSCE POMIARU Badania wahadłem angielskim umożliwiają uzyskanie wskaźnika szorstkości pomiędzy ślizgaczem z certyfikowaną nakładką gumową, zamocowanym na końcu wahadła, a nawierzchnią. Widok wahadła angielskiego przedstawiono na rysunku

3 Rys. 1. Wahadło angielskie Pomiar wahadłem odwzorowuje warunki poślizgu koła pojazdu poruszającego się z prędkością 50 km/h, na powierzchni jezdni. Urządzenie ustawia się w wybranym miejscu badań w ten sposób aby ruch wahadła był zgodny z ruchem pojazdów. Przed pomiarem należy wypoziomować wahadło, wykalibrować długość poślizgu poprzez regulację śrubą pionową i wyregulować docisk wkładek filcowych. Następnie należy zwilżyć nawierzchnię drogi i wykonać pomiar poprzez zwolnienie wahadła. W drodze powrotnej ramie wahadła musi być zatrzymane jeszcze przez kontaktem nakładki gumowej z nawierzchnią. Po wykonaniu pomiaru jest możliwe odczytanie wartości ze skali wahadła [1, 6]. Do testów badawczych wybrano dwie drogi cechujące się wizualnie czystą i suchą nawierzchnią. Obydwa odcinki pomiarowe były eksploatowane w różny sposób. Pierwszy (droga asfaltowa dwupasmowa jednojezdniowa) odcinek stanowił część drogi bez przejazdu co istotnie ograniczało ruch pojazdów (rys. 2.). Była to droga stosunkowo nowa, wybudowana prawdopodobnie, jako pomocnicza podczas budowy drogi dwupasmowej dwujezdniowej zlokalizowanej przy trasie łączącej Poznań z Komornikami. W obszarze tej drogi znajduje się jedynie baner reklamowy obsługiwany sporadycznie. Drugą nawierzchnia testową była droga położona wzdłuż nasypu kolejowego na terenie Poznania (rys. 3.). Była to droga asfaltowa jednojezdniowa z jednym pasem ruchu. Ruch pojazdów po tej drodze nie był intensywny jednakże w ciągu godziny przejeżdża po niej 3-4 pojazdy, w tym dostawcze i ciężarowe. Droga ta ma ponad 10 lat i cechuje się większym zużyciem nawierzchni na bokach aniżeli w obszarze środka jezdni. Rys. 2. Widok nawierzchni badawczej,

4 Rys. 3. Widok nawierzchni badawczej, WYNIKI POMIARÓW Badania doświadczalne wyznaczenia wskaźnika szorstkości nawierzchni drogowych wykonano w dwóch miejscach w obrębie miasta Poznania. Pierwszy pomiar wykonano 21-go września 2013r. na drodze asfaltowej dwupasmowej jednojezdniowej o nachyleniu wzdłużnym około 1. Pomiary odbywały się na długości odcinka testowego co 30m oraz w 4 miejscach w poprzek jezdni. Drugi pomiar odbył się 15-go października 2013r. na drodze asfaltowej jednojezdniowej z jednym pasem ruchu. Nachylenie wzdłużne tej drogi wynosiło 0. Pomiary wykonano co 30m oraz w 3 miejscach w poprzek jezdni. Wyniki przeprowadzonych badań doświadczalnych przedstawiono w tabelach 6 i 7. Tab. 6. Wyniki pomiarów szorstkości nawierzchni z dnia Odległość Pomiary m m m m m Tab. 7. Wyniki pomiarów szorstkości nawierzchni z dnia Odległość Pomiary m m

5 Wskaźnik szorstkości Wskaźnik szorstkości m m m m ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW Wszystkie próby pomiarowe wykonane zostały w podobnych warunkach środowiskowych. Nawierzchnia badawcza była sucha i czysta, a temperatura otoczenia podczas pomiarów wynosiła +14,5 C ( ) i +11,3 C ( ). Graficzny obraz szorstkości nawierzchni przedstawiono na rysunkach 4 i Serie1 Serie2 Serie3 Serie S4 S3 Pomiar S2 30 Droga [m] S S4 S3 Pomiar S2 S Droga [m] Rys. 4. Graficzne przedstawienie wyników pomiarów z

6 Wskaźnik szorstkości Wskaźnik szorstkości Serie1 Serie2 Serie Droga [m] 30 S3 Pomiar S2 S Droga [m] S3 30 S2 Pomiar 0 S1 Rys.5. Graficzne przedstawienie wyników pomiarów z Nawierzchnia bitumiczna, dla której wykonano 4 pomiary w poprzek drogi ( ), cechowała się dużą równomiernością wyników dla danej odległości od początkowego miejsca pomiarów. Na rysunku 4 wyraźnie zaznacza się wzrost szorstkości na m. Może to być spowodowane tym, że droga po około 30-40m się kończy i pojazdy poruszające się na końcowym odcinku drogi mają niewielkie prędkości, a proces hamowania już się odbył lub dopiero się zacznie, co przekłada się na mniejszą ścieralność nawierzchni. Spadek wartości szorstkości na 120m może być spowodowany tym, iż pojazdy w tym obszarze nawierzchni zawracają, czyli generują przekazywanie większych sił podczas końcowego hamowania oraz procesu zakręcania. Nawierzchnia asfaltowa, dla której wykonano 3 pomiary w poprzek drogi ( ), była nawierzchnią eksploatowaną podczas ruchu w obu kierunkach, pomimo swej niewielkiej szerokości. Szerokość pasa ruchu spowodowała większe zużycie nawierzchni na jej obrzeżach. Jest to wyraźnie widoczne w wynikach pomiarów (rys. 5.), gdzie pas środkowy drogi jest wyraźnie bardziej szorstki. Pasy skrajne cechują się większym zużyciem nawierzchni, co przekłada się na zwiększenie jej śliskości. 6580

7 PODSUMOWANIE Wykorzystanie do wizualizacji cech nawierzchni wahadła angielskiego umożliwia sporządzenie mapy szorstkości wybranego obszaru, a przedstawione na rysunku 4 i 5 charakterystyki informują o lokalnych zmianach śliskości drogi. Wyniki takich badań mogą być wykorzystane podczas planowania remontów nawierzchni oraz do oceny skojarzenia ciernego opona-nawierzchnia. Zastosowanie do tego typu pomiarów przyczep dynamometrycznych ogranicza się tylko do uzyskania średniej wartości współczynnika przyczepności na długości odcinka pomiarowego. Występujące lokalnie zmiany współczynnika przyczepności determinują zdolność przekazywania sił w strefie kontaktu, a co za tym idzie wpływają na bezpieczeństwo ruchu drogowego. "Projekt nr N N został sfinansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki" Streszczenie Badania doświadczalne cech kinematycznych ruchu pojazdu wykonywane są z wykorzystaniem szerokiej gamy układów pomiarowych. Urządzenia te dokonują pomiaru zazwyczaj jednej z trzech wielkości: przebytej drogi, prędkości lub przyspieszenia. Parametry nawierzchni opisywane są najczęściej wizualnie, czasami z uwzględnieniem cech środowiskowych. Cechy nawierzchni, środowiska jak i samych opon determinują przenoszenie sil i momentów na jezdnię, co przekłada się bezpośrednio na warunki bezpieczeństwa ruchu drogowego. W artykule przedstawiono pomiary doświadczalne wskaźnika szorstkości nawierzchni, wykonane wahadłem angielskim, na dwóch wybranych odcinkach badawczych. Changes in non-slip characteristics of bituminous pavement for selected test sections Abstract Experimental studies of the kinematic characteristics of motion of the vehicle is done using a wide variety of measurement systems. These devices measure usually one of three values: distance traveled, speed or acceleration. Surface parameters are described in most cases only visually, sometimes including environmental features. Surface and environment characteristics, and tires it self are determining forces and moments transfers on the road, which translates directly into road safety conditions. Paper presents experimental measurements of surface roughness index, made using English pendulum, on two selected test sections. BIBLIOGRAFIA 1. Ahadi M. R., Development an alternative test procedure BS812 accelerated polishing roadstones, 2005, [ 2. Analiza i weryfikacja wymagań i procedur pomiarowych oceny właściwości przeciwpoślizgowych nawierzchni dróg publicznych i autostrad płatnych, INSTYTUT BADAWCZY DRÓG I MOSTÓW, Zakład Diagnostyki Nawierzchni, Sprawozdanie z realizacji pracy TD-71, Warszawa 2005, [ 3. Analiza zmienności właściwości przeciwpoślizgowych warstwy ścieralnej nawierzchni w początkowym okresie jej eksploatacji, INSTYTUT BADAWCZY DRÓG I MOSTÓW, Zakład Diagnostyki Nawierzchni, Sprawozdanie z realizacji pracy TD-88, Warszawa 2009, [ 2_3432/sprawozdanie-td-88[1].pdf] 4. Andysz A., Waszkowska M., Merecz D., Drabek M., Zastosowanie symulatorów jazdy w badaniach psychologicznych, Medycyna Pracy 2010;61(5): Grzesikiewicz W., Pokorski J., Szwabik B., Modelowanie i badania eksperymentalne przyczepności hamowanego koła, Przegląd Mechaniczny, zeszyt 10/2003, s , Warszawa

8 6. LABORATORY - PAVEMENT MATERIALS, SKID RESISTANCE TEST, NANYANG TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, School of Civil and Structural Engineering, [ 7. Ocena wpływu typu i technologii wykonania nawierzchni drogowej na hałaśliwość ruchu drogowego i jego uciążliwość dla środowiska, Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Zakład Technologii Nawierzchni, Pracownia Technologii Nawierzchni, Temat WS-05, Sprawozdanie końcowe, Warszawa 2005, [ 8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 16 stycznia 2002 r. w sprawie przepisów techniczno-budowlanych dotyczących autostrad płatnych 9. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie 10. Tokarczyk E., Ucińska M., Zachowania asertywne a bezpieczeństwo ruchu drogowego, Technika Transportu Szynowego 9/2012, s.1-911, CD-ROM, ISSN Ucinska M., Wiedeński system testów narzędzie pomocnicze w psychologicznych badaniach kierowców, Biuletyn informacyjny ITS, zeszyt 5 (29), s. 5-11, Warszawa Ucińska M., Niezgoda M., Karaś D., Tokarczyk E., Odachowska E., Starszy kierowca w ruchu drogowym, Technika Transportu Szynowego 9/2012, s.889-0, CD-ROM, ISSN Unarski J., W. Wach, Jakub Zębala, Przyjmowanie wartości współczynnika tarcia w różnych szczególnych okolicznościach, Instytut ekspertyz sądowych, Kraków Waluś K. J., Badania doświadczalne intensywnego przyspieszania ciągnika siodłowego w ujemnych temperaturach otoczenia (badania rozpoznawcze), Autobusy 3/2013, s , CD-ROM, ISSN Waluś K. J., Badania doświadczalne intensywnego hamowania ciągnika siodłowego w ujemnych temperaturach otoczenia (badania rozpoznawcze), Autobusy 3/2013, s , CD-ROM, ISSN Waluś K. J., Comparing the intensity of the acceleration of a passenger car equipped with summer and winter tires in sub-zero road surface temperatures, Technológ , nr 4, s , ISSN Waluś K. J., Comparing the intensity of the braking car equipped with summer and winter tires in sub-zero road surface temperatures, Technológ , nr 4, s , ISSN Waluś K. J., Comparison of the Maximum Acceleration of a Passenger Car on Selected Pavements in Wintertime, abstract, proceedings of XX Ukrainian-Polish Conference on CAD in Machinery Design. Implementation on Educational Issues. CADMD 2012, October 11-13, 2012, Lviv, UKRAINE, p , ISBN , 19. Waluś K. J., Olszewski Z., Analysis of Tire-road contact under Winter conditions, Lecture Notes in Engineering and Computer Science, Volume 2192, proceedings World Congress on Engineering 2011, Volume III, London, U.K. 6-8 July, 2011, p , ISBN , ISSN