Wydłużenie okresu trwałości nawierzchni dzięki utrzymaniu dobrej równości Dawid Ryś, Piotr Jaskuła Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Katedra Inżynierii Drogowe
PREDYKCJA STANU NAWIERZCHNI JEST KLUCZOWYM ELEMENTEM ROAD ASSET MANAGEMENT 2
Obciążenia dynamiczne a predykcja stanu nawierzchni Wzrost obciążeń dynamicznych pojazdów Większe wytężenie konstrukcji nawierzchni Spadek trwałości zmęczeniowej Skrócenie okresu do remontu nawierzchni 3
Obciążenia dynamiczne pojazdów Dynamiczne obciążenia pojazdów istotnie zależą od: Prędkości pojazdu Równości nawierzchni (wskaźnika IRI) Parametrów zawieszenia 4
CEL ANALIZY Ocena wpływu równości nawierzchni, mierzonej wskaźnikiem IRI, na oddziaływania dynamiczne pojazdów ciężkich i trwałość nawierzchni 5
Wskaźnik równości nawierzchni IRI Profil nawierzchni mierzony w dowolny sposób Po zadanym profilu porusza się wirtualny pojazd quater car Parametry zawieszenia wirtualnego pojazdu są standardowe Wirtualny pojazd jedzie z prędkością 60 km/h Program komputerowy analizuje dynamikę ruchu pojazdu Wyższe IRI = gorsza równość 6
Wskaźnik równości nawierzchni IRI 7
Wskaźnik równości nawierzchni IRI Odbiór nowej drogi Drogi klasy A,S, GP: IRI śr = 1,3 IRI max = 2,4 Drogi klasy G: IRI śr = 1,7 IRI max = 3,4 8
STAN RÓWNOŚCI DRÓG KRAJOWYCH w Polsce (2017) 74,2% 0,9% 2,4% 22,5% A - stan dobry IRI < 2.0 (3,0*) B - stan zadowalajacy IRI < 4,3 (5,0*) C - stan niezadowalający IRI < 5,7 (6,6*) D - stan zły IRI > 5,7 (6,6*) * - drogi klasy G Źródło: Radzikowski M., Foryś G., Bogdaniuk M.: Raport o stanie technicznym nawierzchni sieci dróg krajowych na koniec 2016 roku. GDDKiA, Warszawa, 2017. Dostępny w Internecie: www.gddkia.gov.pl/pl/2990/raporty 9
STAN RÓWNOŚCI DRÓG KRAJOWYCH - przykład GDDKiA o/gdańsk (2017) 10
STATYCZNE I DYNAMICZNE OBCIĄŻENIA OSI POJAZDÓW Przykładowy pomiar dynamicznych nacisków osi Obciążenie statyczne WSKAŹNIKI NACISKÓW DYNAMICZNYCH: Dynamic Load Coefficient Dynamic Impact Factor Maksymalne obciążenia dynamiczne Źródło: Gillespie T.D., Karamihas S.M., Sayers M., Nasim M. A., Hansen W., Ehsan N., Cebon D.: Effects of heavy vehicles characteristic on pavement response and performance. Final Report, The University of Michigen, NCHRP, 1992. 11
Współczynnik nacisków dynamicznych DI RÓWNOŚĆ NAWIERZCHNI I PRĘDKOŚĆ POJAZDÓW A OBCIĄŻENIA DYNAMICZNE Prędkość pojazdów [km/h] Przyjęty model: Źródło: Misaghi S., Nazarian S., Carrasco C. J.: Impact of Truck Suspension and Road Roughness on Loads Exerted to Pavements, The University of Texas, FHWA, El Paso 2010 r. 12
ODDZIAŁYWANIE OSI NA NAWIERZCNIĘ Liczba pojazdów lub osi Współczynnik x równoważności = obciążenia Liczba równoważnych osi standardowych 13
Prawdopodobieństwo OBCIĄŻENIE DYNAMICZNE A WSPÓŁCZYNNIK RÓWNOWAŻNOŚCI 0-5 10-15 20-25 30-35 40-45 50-55 60-65 70-75 80-85 90-95 100-105 110-115 120-125 130-135 140-145 Współczynnik równoważności Współczynnik równoważności obliczono na podstawie wzoru czwartej potęgi 0,25 5,0 4,5 0,20 Q = 100 kn 4,0 3,5 0,15 3,0 2,5 0,10 Fj = 1,0 2,0 1,5 0,05 1,0 0,5 0,00 0,0 Obciążenie osi [kn] Rozkład normalny obciążeń dynamicznych Współczynnik równoważności 14
Prawdopodobieństwo OBCIĄŻENIE DYNAMICZNE A WSPÓŁCZYNNIK RÓWNOWAŻNOŚCI 0-5 10-15 20-25 30-35 40-45 50-55 60-65 70-75 80-85 90-95 100-105 110-115 120-125 130-135 140-145 Współczynnik równoważności Współczynnik równoważności obliczono na podstawie wzoru czwartej potęgi Przyjęto rozkład normalny obciążeń dynamicznych 0,25 5,0 4,5 0,20 0,15 Q = 100 kn DLC = 0,100 DI = 1,200 4,0 3,5 3,0 2,5 0,10 Fdyn =? 2,0 1,5 0,05 1,0 0,5 0,00 0,0 Obciążenie osi [kn] Rozkład normalny obciążeń dynamicznych Współczynnik równoważności 15
OBCIĄŻENIE DYNAMICZNE A WSPÓŁCZYNNIK RÓWNOWAŻNOŚCI Wykonano następujące przekształcenie: 16
współczynnik oddziaływania dynamicznego kd WPŁYW RÓWNOŚCI NAWIERZCHNI NA WSPÓŁCZYNNIK DYNAMICZNEGO ODDZIAŁYWANIA POJAZDÓW k d KLASA A 2,0 1,8 1,6 KLASA B Wzrost IRI pogorszenie równości oznacza wzrost współczynnika równoważności obciążenia pojazdów 1,4 1,2 1,0 0,8 0 1 2 3 4 5 6 IRI [mm/m] 0 1 2 3 4 5 6 Średnia prędkość IRI [mm/m] 60 km/h 70 km/h 80 km/h 90 km/h 60 km/h 70 km/h 80 km/h 90 km/h 17
Spadek trwałości zmęczeniowej DFL WPŁYW RÓWNOŚCI NA TRWAŁOŚĆ NAWIERZCHNI 60% 50% 40% 30% 20% 10% KLASA A DFL 7% KLASA B DFL 30% 60 km/h 70 km/h 80 km/h 90 km/h 0% 0 1 2 3 4 5 6 IRI [mm/m] Poziom porównawczy IRI = 1,0 18
PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA Droga ekspresowa 2012 oddanie do ruchu Długość 18 km Klasa równości A Kolektor asfaltu Dane pomiarowe: profilograf RSP Rok 2014 19
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA Klasa równości A wg DSN IRI obliczane co 50 m Kolektor asfaltu IRI śr = 1,1 dla całego 18 km odcinka 20% 16% 12% 8% 4% 0% IRI 20
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA Klasa równości A wg DSN IRI obliczane co 50 m Kolektor asfaltu IRI śr = 1,1 dla całego 18 km odcinka 20% 16% IRI śr 12% 8% 4% 0% IRI 21
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA Klasa równości A wg DSN IRI obliczane co 50 m Kolektor asfaltu IRI śr = 1,1 dla całego 18 km odcinka 20% 16% IRI śr 12% 8% 4% 0% ok 11% długości odcinka IRI>1,6 IRI 22
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka PRZYKŁAD ZASTOSOWANIA Na łącznej długości ok 2 km (11%) stan krytyczny zostanie osiągnięty Kolektor szybciej o ok 9,3% asfaltu niż na pozostałych odcinkach 20% 16% 12% IRI śr Średni spadek trwałości DFL 9,3% 8% 4% 0% ok 11% długości odcinka IRI>1,6 IRI 23
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 Procent długości odcinka PORÓWNANIE 2 PRZYPADKÓW 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% IRI śr Kolektor asfaltu ok 17% długości odcinka droga 12 letnia DFL 9,0% 0% 20% 16% IRI śr IRI 12% 8% 4% 0% IRI ok 11% długości odcinka droga 2 letnia DFL 9,3% 24
WNIOSKI Oddziaływania dynamiczne na równych Kolektor odcinkach o IRI 1 nieznaczne asfaltu wpływają na trwałość Odcinki o gorszej równości ulegają znacznie szybszej degradacji Oddziaływania dynamiczne pojazdów powinny być uwzględniane przy predykcji stanu nawierzchni i planowaniu utrzymania 25
Dziękuję za uwagę 26