ZASTOSOWANIE SYSTEMU PMS (PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEM) NA POZIOMIE SIECI DRÓG MIEJSKICH

Transkrypt

1 Adam Andrasz Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, Gdańsk tel.: , ZASTOSOWANIE SYSTEMU PMS (PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEM) NA POZIOMIE SIECI DRÓG MIEJSKICH Streszczenie: Tematyka pracy dotyczy zastosowania systemu PMS (Pavement Management System) na poziomie sieci dróg miejskich. Przeanalizowana została struktura systemu PMS oraz czynniki które na nią wpływają. Zostały opisane różnice pomiędzy czynnikami wpływającymi na wybór techniki remontu drogi w mieście i poza miastem. Przedstawiony został przykład wykorzystania systemu PMS w odniesieniu do konkretnego przypadku drogi miejskiej. Na tej podstawie określono przybliżony czas wykonania zabiegów utrzymaniowych. Słowa kluczowe: Pavement Management System, PMS, prognozowanie stanu nawierzchni 1. Wstęp W ostatnich latach coraz większą uwagę przywiązuje się do odpowiedniego utrzymania nawierzchni drogowych. Zbyt długie odwlekanie remontu drogi może doprowadzić do poważnych uszkodzeń, spękań lub kolein, które będą skutkować pogarszaniem stanu nawierzchni. Przy takim stopniu zużycia nawierzchni remont przy zastosowaniu zabiegów powierzchniowych może okazać się niewystarczający. Wówczas może być konieczna wymiana warstw asfaltowych lub generalny remont drogi, co będzie się wiązać z całkowitym zamknięciem danego odcinka drogi. Konieczność zamknięcia odcinka drogi może prowadzić do generowania strat, które poniesie zarządca danej drogi oraz jej użytkownicy. 2. Opis systemu PMS Aby w odpowiedni sposób zaplanować zabiegi remontowe prowadzone na drodze, jej zarządca może posłużyć się systemem zwanym Pavement Management System (PMS). Jest to system którego celem jest wspieranie zarządcy drogi przy podejmowaniu decyzji w zakresie wielkości środków finansowych niezbędnych do utrzymania danego odcinka drogi w danym czasie oraz wyboru konkretnego zabiegu utrzymaniowego w perspektywie czasowej. PMS opiera się na założeniu, aby zabiegi utrzymaniowe wykonywano w takim zakresie oraz momencie, aby koszty utrzymania nawierzchni w dłuższej perspektywie czasowej były jak najniższe. Obecnie często występującym zjawiskiem, jest wykonywanie remontów nawierzchni wyłącznie w momencie wystąpienia potrzeby utrzymaniowej [1]. System PMS umożliwia takie planowanie remontów nawierzchni, aby można było je uwzględnić w corocznym budżecie. System działa jako algorytmy symulacji nawierzchni, które bazują na wprowadzonych do systemu danych na temat stanu nawierzchni (równość, spękania, koleiny) oraz na podstawie doświadczeń, wariantów utrzymaniowych i charakterystyk projektowych. Na tej podstawie programy do obsługi PMS z zależności od posiadanych przez zarządcę drogi środków finansowych, dobierają typ zabiegu utrzymaniowego oraz moment jego wykonania. System można podzielić na trzy zasadnicze części. Pierwsza obejmuje ocenę stanu nawierzchni, którą wykonuje się poprzez zebranie informacji, o stanie nawierzchni i jej zniszczeniach, określeniu przyczyn uszkodzeń, prognozowanie stanu nawierzchni oraz określenie metod remontów. Część druga dotyczy wspomagania zarządcy drogi już na etapie wykonywania projektu. Należy dobrać konstrukcję nawierzchni w taki sposób, aby koszty utrzymania podczas całego okresu eksploatacji drogi były minimalne. Część trzecia obejmuje wspieranie zarządcy drogi w zakresie podjęcia konkretnych decyzji dotyczących, wyboru odcinków, które należy poddać zabiegom utrzymaniowym, jakie zabiegi zastosować i w którym roku je przeprowadzić. 11

2 System PMS pozwala na stworzenie wieloletniego planu utrzymania danego odcinka wraz z odpowiednią optymalizacją tych zabiegów. Jednym z najistotniejszych elementów systemu PMS jest wykonanie prognozy degradacji stanu nawierzchni oraz zapisanie jej przy pomocy funkcji. Można ją wykonać poprzez obserwację odcinków podobnych do tych objętych systemem PMS lub na podstawie innych odcinków ze zbliżoną konstrukcją nawierzchni i kategorią ruchu, zlokalizowanych w podobnych warunkach atmosferycznych i gruntowo - wodnych. W zależności od potrzeb oraz zaistniałej sytuacji wykonuje się modele nierówności, uszkodzeń powierzchniowych, ugięć, spękań itp. Model spękań wykonuje się na podstawie wizualnej oceny powierzchni spękań występujących na nawierzchni i porównaniu jej do całkowitej powierzchni nawierzchni. Pojedyncze spękania, które zostaną odpowiednio uszczelnione nie są groźne dla nawierzchni, jednak z czasem spękań będzie coraz więcej i będą one coraz głębsze. Istotne jest znalezienie momentu w eksploatacji nawierzchni, kiedy to wykonanie zabiegów powierzchniowych przeciwdziałającym spękaniom, będzie wciąż możliwe, przy jednoczesnym maksymalnym wykorzystaniu cech eksploatacyjnych nawierzchni. Na rys można zobaczyć wykres zależności pomiędzy czasem eksploatacji nawierzchni a stanem tej nawierzchni. Z upływem czasu obniża się jakość nawierzchni i w odpowiednim czasie należy wykonać dany zabieg utrzymaniowy, aby poziom zużycia nawierzchni nie osiągnął wartości krytycznej. Rys Funkcja degradacji stanu nawierzchni [3]. Na rys przedstawiona została prognoza głębokości kolein wraz z eksploatacją nawierzchni. Na osi poziomej oznaczono głębokości kolein w roku 1999 natomiast na pionowej w roku Liczby w poszczególnych częściach wykresu oznaczają procentowy udział danej głębokości kolein w roku 1999 i Przeanalizujmy więc wartości zlokalizowane w kolumnie po lewej stronie wykresu. Kolejno 70.5% oznacza, że taki procent kolein, który w roku 1999 zawierał się w przedziale od 0 do 4 mm zawiera się w takim samym przedziale również w roku Powyżej widnieje 28.9%, które oznacza, że taki procent kolein, który w roku 1999 zawierał się w przedziale 0 4 mm, wynosi teraz od 4 do 8 mm. Należy zwrócić uwagę na odchylenia od standardowych wyników oraz błędy pomiarowe. W pierwszym dolnym wierszu wykresu widnieje wartość 7%. Oznacza to, że taki procent kolein w roku 1999 zawierał się pomiędzy 4 a 8 mm, natomiast w roku 2003 pomiędzy 0 a 4 mm. Co oznaczałoby, że głębokość koleiny zmniejszyła się wraz z upływem czasu. Jest to sprzeczność i będzie traktowana jako odchyłka wyników głównych. Odchyłki od zasadniczej grupy wyników zmieniają, w niewielki sposób charakter i kształt wykresu. Na podstawie 12

3 zaprezentowanego wykresu można prognozować przyrost głębokości kolein w czasie eksploatacji nawierzchni, a następnie stworzyć model degradacji. Rys Prognoza przyrostu głębokości kolein [3]. 3. Zastosowanie PMS na drogach miejskich Długotrwałe i rozległe remonty dróg miejskich są często dużym problemem zarówno dla włodarzy danego miasta jak i jego mieszkańców. W wielu polskich miastach sieć ulic jest niewystarczająca i jakiekolwiek zamknięcie pasa ruchu głównych arterii miejskich wiąże się ze znacznym wzrostem natężenia ruchu na ulicach przyległych do remontowanej drogi. Będzie to z kolei skutkować szybszą degradacją tych dróg oraz dłuższym czasem przejazdu pojazdów. Zabiegi utrzymaniowe nawierzchni należy dobierać w taki sposób, aby nie dopuścić do całkowitego zamknięcia głównych arterii miejskich o najwyższym natężeniu ruchu. Należy unikać wykonywania zabiegów utrzymaniowych wyłącznie w momencie wystąpienia potrzeby utrzymaniowej, gdyż wówczas wykonanie planu tymczasowej organizacji ruchu dla danego obszaru miasta będzie utrudnione. Niejednokrotnie zarządca drogi staje przed problemem, w jaki sposób zorganizować remont ulicy o znacznym natężeniu ruchu. Czy całkowicie wyłączyć dany odcinek z ruchu, czy może tylko jeden pas. Uważam, iż w przypadku ulic co najmniej 4-ro pasowych, należy dążyć do wyłączenia z ruchu najwyżej 2 pasów, zaś na 2 pozostałych wyznaczyć tymczasowy ruch dwukierunkowy. Takie rozwiązanie umożliwi dostęp do usług położonych wzdłuż ulicy, ograniczy ruch na wyznaczonych objazdach oraz wpłynie na mniejszą dezinformację kierowców, w pierwszych dniach po wyłączeniu z ruchu danego odcinka ulicy. W przypadku konieczności wyłączenia całej ulicy, można zastosować płyty drogowe (o ile jest obok ulicy miejsce na ich ułożenie), które będą służyć jako objazd. Kolejnym aspektem jest możliwość ograniczenia ruchu 13

4 samochodowego w mieście w czasie długoterminowych remontów głównych ulic. Można to osiągnąć poprzez np. obniżenie cen wypożyczenia roweru miejskiego, obniżenie cen przejazdów komunikacją miejską oraz wprowadzenie dodatkowych połączeń. Posiadając odpowiednie modele degradacji dróg miejskich, można w odpowiednim czasie przeprowadzić remont danego odcinka przy zastosowaniu odpowiedniej techniki. Pozwala to też na optymalizację kosztów prac naprawczych. Należy dążyć do tego aby w okresie projektowym drogi wykonywać jedynie naprawy powierzchniowe, przy jednoczesnym utrzymaniu wymaganych poziomów cech użytkowych. Kategoria ruchu na drogach miejskich zawiera się z reguły pomiędzy KR1 a KR4, w związku z tym nie wszystkie techniki remontowe stosowane na drogach zamiejskich (szczególnie autostradach i drogach ekspresowych) będą odpowiednie. Kolejnym kryterium wyboru techniki remontu jest bezpieczeństwo użytkownika drogi. W przypadku dróg miejskich prędkości pojazdów są zdecydowanie mniejsze niż poza miastem, stąd wymagania dotyczące tekstury oraz współczynnika tarcia nawierzchni, nie muszą być tak wysokie jak dla dróg zamiejskich. Następnie należy wziąć pod uwagę hałaśliwość, komfort jazdy oraz równość nawierzchni. Hałas drogowy jest sumą hałasu pracy silnika pojazdu oraz hałasu wynikającego ze styku opony z nawierzchnią. W przypadku dróg miejskich należy dążyć, aby poziom hałasu był jak najniższy. Natomiast poza miastem poziom hałasu może być wyższy niż w miastach. Dlatego należy dążyć do układania w miastach tzw. cichych nawierzchni. Jeśli chodzi o komfort jazdy oraz równość zarówno w przypadku dróg miejskich jak i pozamiejskich należy dążyć do uzyskania jak najkorzystniejszych parametrów [tab. 3.1]. Technikami zalecanymi przy naprawach ulic miejskich są cienkie warstwy na gorąco i zimno oraz frezowanie z przekryciem cienkimi warstwami na gorąco lub zimno. Techniki na gorąco odznaczają się trwałością od 6 do 12 lat, natomiast na zimno od 3 do 6. [4]. Tablica Kryteria wyboru techniki remontowej [4]. Czynnik/Typ drogi Drogi miejskie Drogi zamiejskie Uwagi Kategoria ruchu KR1 KR4 (KR7) KR1 KR7 W przypadku dróg krajowych znajdujących się na terenie miast kategoria ruchu może być wyższa od KR 4. Tekstura niższa wyższa Tekstura dróg miejskich może być niższa, niż na drogach zamiejskich. Współczynnik tarcia niższy wyższy Współczynnik tarcia dla dróg miejskich może być niższy, niż dla dróg zamiejskich. Hałaśliwość niższa wyższa Komfort jazdy wyższy wyższy Należy dążyć do jak najmniejszej hałaśliwości. Jednak poziom hałasu dla dróg miejskich powinien być niższy niż dla dróg zamiejskich. Należy dążyć do uzyskania jak najwyższych parametrów. 14

5 4. Co należy zrobić aby PMS zadziałał na drogach miejskich Najistotniejszym czynnikiem na którym opiera się system PMS jest model degradacji stanu nawierzchni. Aby go wykonać niezbędne jest zbieranie danych z istniejących dróg miejskich. Aby najdokładniej wykonać model degradacji, pomiary uszkodzeń należy przeprowadzać corocznie. Należy wykonać wizualną ocenę stanu nawierzchni, a następnie dokonać pomiarów zasadniczych uszkodzeń. Należy uwzględnić przyczyny uszkodzeń np. prowadzenie częstych objazdów daną drogą, czy zastosowanie za mało elastycznych warstw bitumicznych. Posiadając odpowiednią ilość danych, można przejść do wykonania modeli degradacji np. zależność przyrostu głębokości kolein w czasie [wykres 4.2]. Na wykresie przedstawiono średnie głębokości kolein dla danego odcinka drogi w konkretnych latach. Według SOSN, aby stan nawierzchni był zadawalający głębokość kolein nie powinna przekraczać 20 mm. Z wykresu można odczytać rok w którym stan nawietrzni będzie można uznać za niezadawalający. Przy założeniu braku zmian natężenia ruchu i jego struktury. Na tej podstawie można wcześniej zaplanować remont danego odcinka drogi. Można zauważyć, że w pewnym etapie użytkowania drogi przyrost głębokości kolein jest znacznie szybszy. Należy uwzględnić ten etap, gdyż po kilku latach stan nawierzchni może być bardzo zły i naprawy powierzchniowe mogą się okazać niewystarczające. Jeżeli na danym odcinku drogi wystąpi kilka zasadniczych uszkodzeń, dla każdego z nich należy wykonać model degradacji, a następnie na ich podstawie wykonać generalny model degradacji. Istotnym elementem jest odniesienie konkretnego modelu degradacji do nowo powstałego odcinka drogi miejskiej. Należy uwzględnić konstrukcję nawierzchni, warunki gruntowe, natężenie ruchu itp. Należy podkreślić, że przypisywanie istniejących modeli degradacji do nowych dróg jest zawsze obarczone błędem. Istniejące modele należy ciągle udoskonalać. Zastosowanie nowych materiałów w konstrukcji nawierzchni, skutkuje koniecznością weryfikacji istniejących modeli. Również spadek prognozowanego natężenia ruchu np. w skutek budowy obwodnicy danego miasta skutkuje koniecznością weryfikacji danego modelu. Wykres Przyrost głębokości kolein w czasie. 15

6 5. Podsumowanie Istotnym elementem systemu PMS jest konieczność wykonywania pomiarów w celu utworzenia modeli degradacji. Należy podkreślić, iż utworzone modele degradacji są obarczone błędem i nie należy przy planowaniu remontów zbliżać się do wartości granicznych na wykresach. Istotnym elementem jest również fakt, iż system PMS jest jedynie narzędziem doradczym przy podejmowaniu decyzji. Ostateczną decyzję zawsze podejmuje człowiek. Literatura: Książki i artykuły: [1] Archutowska J., Pieriegud J., Efektywność zarządzania utrzymaniem dróg krajowych w Polsce, Warszawa, [2] Asi I., Development of a Pavement Management System to be Used in Highway Pavement Evaluation in Jordan, Civil and Environmental Research, [3] Heller S., Systemy utrzymania nawierzchni drogowych PMS (Pavement Management System), Politechnika Warszawska, [4] Katalog Przebudów i Remontów Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych KPRNPP- 2013, Warszawa, PMS (PAVEMENT MANAGEMENT SYSTEM) AT THE LEVEL OF URBAN ROAD NETWORK Summmary: Theme work is PMS system (Pavement Managenent System) at the level of the urban road network. Structure of the PMS system analysis and the factors that influence it. Have been described the differences between the factor affecting the choice of techniques for reparing the Road In and out of town. An example is the use of PMS system in relation to the specific case of the road. On this basis, specify the approximate time maintenance treatments. Keywords: Pavement Managenent System, PMS, forecasting surface condition 16