DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK

VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN FAKULTA STAVEBNÍ

DOC. ING. JAN KUDRNA, CSC.

DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK MODUL 01 SPOLEHLIVOST VOZOVEK A BEZPE NOST SILNI NÍHO PROVOZU

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

© Jan Kudrna, Brno 2007

Obsah

OBSAH 1 Úvod .............................................................................................................. 5 1.1 Cíle ....................................................................................................... 5 1.2 Požadované znalosti ............................................................................. 6 1.3 Doba pot ebná ke studiu....................................................................... 6 1.4 Klí ová slova ........................................................................................ 7 1.5 Metodický návod na práci s textem...................................................... 7 2 Funkce pozemních komunikací .................................................................. 8 2.1 Pyramida požadavk na PK.................................................................. 8 2.2 Funk ní požadavky............................................................................... 9 2.3 Spolehlivost konstrukcí vozovek........................................................ 10 2.3.1 Provozní zp sobilost ............................................................ 11 2.3.2 Únosnost vozovek ................................................................ 12 2.3.3 Poruchy vozovek .................................................................. 14 2.4 Navrhování vozovek........................................................................... 15 2.5 Literatura ............................................................................................ 18 2.6 Cvi ení................................................................................................ 18 3 Protismykové vlastnosti povrch vozovek............................................... 20 3.1 Pro jsou nevyhovující protismykové vlastnosti povrchu vozovky nebezpe né?......................................................................... 21 3.2 Jak vznikají a p sobí nedostate né protismykové vlastnosti povrchu vozovky? .............................................................................. 23 3.3 Vlivy protismykových vlastností na nehodovost ............................... 23 3.3.1 Dopravní nehody a protismykové vlastnosti v R............... 23 3.3.2 Porovnání závislosti nehodovosti v R, ve Velké Británii a v N mecku............................................................ 27 3.4 M ení protismykových vlastností povrch pozemních komunikací ......................................................................................... 30 3.4.1 M ení mikrotextury ............................................................ 31 3.4.2 M ení makrotextury............................................................ 31 3.4.3 M ení protismykových vlastností dynamickými p ístroji ................................................................................. 33 3.4.4 Požadované protismykové vlastnosti ................................... 38 3.5 Trvanlivost protismykových vlastností .............................................. 39 3.6 Program na identifikaci nehodových úsek a realizaci opat ení pro snížení nehodovosti...................................................................... 41 3.7 Opat ení pro vyšší protismykové vlastnosti ....................................... 42 3.8 Záv r k protismykovým vlastnostem ................................................. 43 3.9 Literatura ............................................................................................ 44 3.10 Cvi ení................................................................................................ 45

- 4 (47) -

Funkce pozemních komunikací

1

Úvod

1.1

Cíle

Cílem p edm tu je nau it se: − posuzovat funkci pozemní komunikace (dále jen PK), − definovat nevyhovující funkce, poškození a porušení stavby PK a − navrhovat údržbu, opravu, recyklaci a p ípadn rekonstrukci stavby PK k odstran ní mechanism porušování a obnovení nebo zlepšení funkcí PK. Jedná se o širokou a náro nou innost, nebo stavby PK byly a jsou: − stav ny na rozsáhlých územích v r znorodém prost edí daném územím (geologické, geotechnické, hydrologické a klimatické vlivy) s r znými vlivy prost edí na stavbu, − stav ny z materiál , které se nacházejí v míst výstavby (z místních a odpadních materiál ) a spot ebovávají se vysoké objemy t chto materiál , − financovány z ve ejných prost edk získaných výb rem daní, − stav ny pro spln ní požadavk té spole nosti, která je staví, − stav ny s nejasnou p edstavou o budoucích objemech a zp sobech p epravy, p itom obvykle slouží svému ú elu po dlouhou dobu mimo p edstavy stavitel o zm nách zatížení vozidel a objem p epravy, − konstrukce, které nehrozí z ícením (lapidárn spadnout),

e eno nemají kam

− konstrukce, na nichž závisí život a existence spole nosti ze všech hledisek (ekonomický, sociální, zdravotní, správní, vojenský apod.) a toto byly a jsou d vody k rozdílnému a mnohotvárnému zhoršování funkcí, poškozování a porušování spole ensky nákladných staveb budovaných s nízkou spolehlivostí a je v zájmu rozvoje funkce každé spole nosti veškeré PK udržovat a opravovat. V sou asném stavu západní civilizace je tato innost stát , zemí, kraj , obcí a dalších vlastník sítí PK jejich jednou z nejnákladn jší inností (v EU stavební práce spojené s PK tvo í 2,5 % hrubého národního produktu, což je kolem asi 10 % rozpo tových náklad ). V R a v ostatních nov p istoupivších zemí EU k této innosti navíc pat í dobudování kapacitních PK (dálnic a rychlostních silnic a místních komunikací), takže se údržba a opravy zanedbávají nebo zanedbávaly. Pochopení mechanism porušování, vývoje poruch a jejich p í in neslouží jen pro návrh a realizaci údržby, oprav a recyklací, ale pom že také se vyhnout takovým realizacím staveb, které k poruchám vedou. Bude tedy zd raz ováno použití materiál , jejich zpracování a zabudování do stavby PK, kontrola materiál a prací tak, aby se poruchy nevyskytovaly v krátké dob po uvedení do provozu (v záru ní dob nebo po jejím skon ení).

- 5 (47) -


Vzhledem k tomu, že PK zabírají více než 1 % povrchu eských zemí a stav všech t chto PK by m l odpovídat sou asným požadavk m, budou p edstaveny soustavné innosti pro sledování stavu sítí pozemních komunikací, plánování a realizace údržby a oprav s cílem optimalizovat tyto innosti s dosažením minimálních celkových náklad za dlouhé období funkce staveb (nazývané jako Whole Life Costs - WLC). Jsou to innosti ozna ované jako Pavement Management System, esky se mu nep íliš výstižn íká systém pro hospoda ení s vozovkami. Toto je cíl a smysl p edm tu nazvaného Diagnostika a management vozovek. Cílem modulu stujní opory M 01 je: − vysv tlit požadavky na PK, p evést je na pojmy spolehlivosti a použitelnosti (provozní zp sobilosti), − vyjád it provozní zp sobilost m itelnými charakteristikami, vymezit pojem únosnosti a navrhování vozovek, − seznámit s vlivem protismykových vlastností a jejich údržby na bezpe nost silni ního provozu.

1.2

Požadované znalosti

P i studiu látky p edm tu je t eba mít základní schopnosti uplatnit: − inteligenci, p edstavivost, koncentraci a vlastní aktivitu, − fyziku, zejména mechaniku pohybu, − stavební mechaniku, mechaniku zemin a stavební látky − projektování PK, navrhování a stavbu zemních t les a vozovek. U ební text p ímo navazuje na Pozemní komunikace II, modul 04 Navrhování vozovek, zejména se p edpokládá znalost názvosloví a principy navrhování vozovek.

1.3

Doba pot ebná ke studiu

P edm t je založen na p edešlém porozum ní studijní látky týkající se navrhování a funkcí konstrukcí, znalostí vlastností stavebních materiál a stavebních sm sí a uplatn ní konstruk ních zásad pro stavbu, zejména pak pro stavbu PK. Student, který p edm t m studia na stavební fakult rozumí, projevoval zájem o PK, jak z hlediska uživatele, tak i jejich realizátora, si veškeré získané znalosti pouze uspo ádá. Za t chto podmínek studium p ednášek si vyžádá 30 h studia. Cvi ení jsou naplánována jako samostatné ešení zadaných p íklad a vyžádají rovn ž 30 h. Studium modulu 01 je náro né na porozum ní d íve používaných pojm spolehlivosti. Kapitola o protismykových vlastnostech obsahuje nové poznatky z výzkumu a je probrána ucelen z hledisek m ení, vyhodnocování a opat ení. Celkov pot ebnou dobu lze odhadnout na 6 h.

- 6 (47) -


1.4

Klí ová slova

pozemní komunikace, stavba, navrhování, funk ní vlastnosti, posuzování, použitelnost, vrstvy vozovek, dopravní zatížení, podloží, konstruk ní požadavky, údržba, oprava, recyklace, rekonstrukce, plánování, celkové náklady, management vozovek

1.5

Metodický návod na práci s textem

Metodicky je studijní opora p edm tu rozd lena do 7 modul , které na sebe navazují. V jednotlivých modulech je látka soust ed na na problém v daném modulu a v jiných modulech je odkaz na látku probranou d íve. Postupuje se od obecných pojm a požadavk na PK a požadavky se p evádí na m itelné technické charakteristiky vozovky. Definují se poruchy, jejich p í iny a odstraování, v etn technologií údržby a oprav.

- 7 (47) -


2


Pozemní komunikace slouží k p eprav osob, materiál a zboží pomocí osobních a nákladní automobil , autobus a trolejbus pohybujících se po povrchu vozovek. PK poskytují význa nou službu lidské spole nosti a jsou na mi kladeny spole enské požadavky, které musí být p evedeny na požadavky technické, týkající se vlastností vozovek, materiál a kvality prací.

2.1

Pyramida požadavk na PK

Požadavky na PK a jejich základní charakteristiky lze znázornit v úrovních podle pyramidy. Požadavky uživatel na zajišt ní bezpe ného, rychlého, plynulého, hospodárného, pohodlného a ekologicky p ijatelného silni ního provozu po dlouhé asové období. Funk ní požadavky na povrch vozovky: odolný proti smyku, rovný, homogenní, bez poruch, relativn bezhlu ný. Požadavky na spolehlivost vozovky: únosnost, trvanlivost, opravitelnost, udržovatelnost konstrukce v návrhovém a celkovém (analyzovaném) období života vozovky. Požadavky na konstruk ní vrstvy v dob výroby a užívání jako je zhutnitelnost, odolnosti v i únav , vod , mrazu, solím, trvalým deformacím, ztrát protismykových vlastností apod.). Materiálové požadavky jako stanovení materiál , (odolnosti kameniv, vlastnosti pojiv), složení sm sí kameniv, obsah pojiv a požadovaných vlastností (pevnosti a u asfaltových sm sí mezerovitost apod.). Požadavky uživatel jsou definovány pom rn vágn , proklamativn , neur it . Funk ní požadavky již nabízí možnost vlastnosti vozovek m it, objektivizovat a posuzovat. Požadavky spolehlivosti jsou technickým ešením zajiš ování funkcí konstrukcí. Jsou ešeny navrhováním a posuzováním konstrukcí. Konstruk ní a materiálové požadavky dopl ují navrhování konstrukcí. P i výuce se obvykle postupuje od jednoduššího ke složit jšímu. Navrhování vozovek, konstruk ní a materiálové požadavky jsou probrány v p edm tu Pozemní komunikace II (Navrhování a stavba pozemních komunikací). V tomto u ebním textu budeme postupovat podle znázorn né pyramidy od shora dol . - 8 (47) -


2.2

Funk ní požadavky

Má-li PK plnit požadavky uživatel , je t eba nalézt takové vlastnosti, na kterých bezpe nost, rychlost, plynulost, hospodárnost, pohodlí a ekologie silni ního provozu závisejí nebo jsou jimi ovliv ovány. Bezpe nost silni ního provozu lze spolehliv vyjád it vyhodnocení nehodovosti. Nehodovost závisí na interakci PK – vozidlo – idi . Podíl nehod vlivem vzájemné interakce vyjad uje následující schéma v obr. 2.1.

Obr. 2.1 – Silni ní nehodovost ovliv ují idi , vozidlo a PK; je uvedeno zastoupení jednotlivých vliv v procentech všech nehod.

Podle policejních statistik se sice v naprosté v tšin nehod uvádí jako viník idi , protože nep izp sobil svou jízdu stavu PK nebo silni nímu provozu. Jist idi sleduje PK a z viditelných charakteristik odvozuje zp sob jízdy. Existuje však vlastnost povrchu, která není viditelná, nebo z ejmá z viditelných charakteristik – odolnost proti smyku. Z toho d vodu se protismykové vlastnosti povrchu vozovek PK uvád jí vždy na prvním míst z hlediska bezpe nosti silni ního provozu. Také rovnost povrchu vozovky, jak vlny v podélném sm ru (ve sm ru jízdy vozidel), tak p í né vlny (koleje ve stopách vozidel) se adí mezi vlastnosti ovliv ující bezpe nost provozu. Hlu nost povrchu není jen nep íjemná, ovliv uje pohodlí a únavu idi e a obt žuje okolí PK. Je to škodlivina, p sobí jako stresor na lidský organismus a ovliv uje zdraví a chování osob. Protismykové vlastnosti, ob rovnosti a také hlu nost povrchu je možné m it a vyjad ovat v charakteristikách, které lze rozd lit do klasifika ních stup podobn jako znalosti žák nebo student st edních škol. Jiné vyjád ení pln ní funk ních vlastností je možné pomocí definovaných poruch, jejich kvality a rozsahu. I tímto zp sobem lze klasifikovat pln ní funk ních požadavk PK.

- 9 (47) -


Stanovení klasifika ních stup jednotlivých funk ních vlastností se stanovují analýzou sociálních, technických a ekonomických dopad r zných hodnot m ených vlastností vozovek. Hodnoty se stanovují na základ ztrát (sociálních a ekonomických) a odpovídají technickým a ekonomickým možnostem dané spole nosti. Klasifika ní stupn odráží úrove spole nosti (sociální, ekonomickou a technologickou) a vývojem spole nosti se požadavky obvykle zvyšují. Stanovení klasifika ních stup

je tak velmi d ležité [3], klasifika ní stupe :

1 - vyjad uje cílovou hodnotu, požadovanou p i dokon ení stavby, 2 - se požaduje na konci záru ní doby, 3 – charakterizuje b žné užívání PK, 4 – vyjad uje stav, kdy je t eba tuto vlastnost m it v ast jších intervalech a naplánovat údržbu nebo opravy PK, 5 - je nep ípustný, havarijní stav ovliv ující vážným zp sobem bezpe nost a ekonomické ztráty silni ního provozu (silni ní provoz není rychlý, plynulý a hospodárný), p ed dosažením tohoto stavu je t eba provést údržbu nebo opravy PK. Odlišné hodnoty klasifika ních stup jsou voleny pro r zné PK, nebo pro r zné PK se volí jiné klasifika ní stupn ( eší se to vynecháním klasifika ního stupn 3). P ísn jší požadavky na rovnost a hlu nost i na kvalitu a rozsah poruch jsou pro dálnice a rychlostní silnice a rychlostní místní komunikace, naopak nižší mohou být pro komunikace místního významu. Tato jednoduchá zásada neplatí pro protismykové vlastnosti, ale podrobn ji až v kapitole 3. Jelikož veškeré budované konstrukce v etn stavebních se navrhují a posuzují podle jejich spolehlivosti, funk ní vlastnosti se stávají sou ástí spolehlivosti konstrukcí PK.

2.3

Spolehlivost konstrukcí vozovek

Spolehlivost je technickým ešením zajiš ování funkcí konstrukcí PK. Jsou ešeny navrhováním a posuzováním konstrukcí. Veškeré pojmy spolehlivosti, provozní funkce vozovky, provozní zp sobilost vozovky, únosnost vozovky, trvanlivost, doba životnosti, udržovatelnost povrchu vozovky a opravitelnost vozovky, návrhová úrove vozovky, povrchové a konstruk ní poruchy jsou definovány v u ebním textu PK II [1]. D ležité je pochopit, že konstrukce PK byly a jsou vždy budovány v podmínkách, jak je uvedeno v 1.1. P i navrhování a posuzování konstrukcí vozovek podle spolehlivosti konstrukcí se stávají d ležitými mezní stavy použitelnosti. Použitelnost konstrukce se vyjad uje pln ním funk ních vlastností a pro d ležitou složku použitelnosti se vžil pojem provozní zp sobilost (provozuschopnost) vozovek. Není ovšem zanedbáván mezní stav únosnosti vozovek jako porušení konstrukce, které ovšem ve svém d sledku omezí použitelnost konstrukce a její udržovatelnost a opravitelnost.

- 10 (47) -


2.3.1

Provozní zp sobilost

Požadavky uživatel a funk ní vlastnosti (viz 2.1 a 2.2) povrch vozovek se vyjad ují m itelnými charakteristikami provozní zp sobilosti: − odolností proti smyku (protismykovými vlastnostmi) povrch vozovek, − rovností povrchu vozovek, − vliv na životní prost edí. Protismykové vlastnosti a rovnost p ispívají k bezpe nosti silni ního provozu. Vlivy na životní prost edí, ke kterým p ispívá PK, jsou hlu nost a vibrace, což jsou škodliviny ovliv ující pohodlí jízdy ( idi a cestujících) a obt žující široké okolí. Všechny charakteristiky provozní zp sobilosti jsou závislé na délce vln nerovností (vzdálenosti po sob následujících vrchol ), jak dokumentuje obr. 2.2. Teoreticky existují vlastnosti povrchu vozovky, které by v p ípad objektivního m ení umožnilo stanovit jejich klasifikaci a požadavky pro p edávané stavební dílo, kontrolu v záruce, pro plánování údržby a oprav až provedení opravy. Na druhé stran lze m it vlastnost z jejich ú ink ve spojení se silni ním provozem. Lze m it: − Protismykové vlastnosti za ízeními modelující nep íznivý stav na PK (mokrá vozovka) a vlastnosti vozidla (brzd ní nebo zatá ení vozidla a definovanou pneumatiku). − Rovnost na za ízeních, která modelují vlastnosti vozidla. − Hlu nost op t na za ízení modelujícím ást vozidla nebo m ením ve skute ném silni ním provozu.

Obr. 2.2 – Schématické znázorn ní vlivu délky vlny nerovností (vzdálenosti po sob následujících vrchol ) na charakteristiky jízdy automobil

- 11 (47) -


Charakteristiky nerovností povrchu vozovky a jejího ú inku vyjád ené charakteristikami provozní zp sobilosti musí být ve vzájemném vztahu v sou asné dob p inejmenším s t mito charakteristikami: − Nerovnosti typu mikrotextura a makrotextura s protismykovými vlastnostmi. − Makrotextura a megatextura s hlu ností. − Megatextura a podélné nerovnosti s pohodlím a bezpe ností jízdy a silni ního provozu. Skute nost je ovšem taková, že se da í m it a spojit jen megatexturu a podélné nerovnosti s m ením odezvy vozidla na nerovnosti a vyjád it ob m ení jednou charakteristikou. Ostatní charakteristiky nelze m it v obou veli inách (nap . nedokáže se stanovit m ením nerovnost typu mikrotextura) nebo vzájemný vztah ur uje více parametr . Také p ežívají jednoduchá m ení p vodn stanovená pro p ejímku provedeného díla, jejichž výsledky lze s obtížemi použít pro charakteristiku provozní zp sobilosti (nap . m ení rovnosti latí).

2.3.2

Únosnost vozovek

Mezní stav únosnosti se vyjad uje po tem zat žovacích cykl , tj. celkovým po tem zatížení návrhovou nápravou do dosažení konstruk ních poruch. Konstruk ní poruchy jsou spojeny jednak se stabilitou zemních t les (což je zajišt nou výukou v p edm tu Zemní konstrukce) a kumulací poškození opakovaným zat žováním spojených se dv ma zásadními jevy (viz obr. 2.3): − Porušením trhlinami p i opakovaném tahu (jev únavy) ve stmelených vrstvách (sí ové trhliny v asfaltových vrstvách ve stopách a vedle stop vozidel a podélné a p í né trhliny ve st ední t etin cementobetonové desky). − Porušením trvalou (nepružnou, viskózní a plastickou) deformací p i opakovaném tlaku na podloží vozovky s vytvo ením prohlubn pod stopou vozidel, která zp sobí ztrátu odvodn ní zemní plán v p ípad jemnozrnných zemin, zvýší se vlhkost, sníží únosnost podloží (rozb ednutím zeminy) a vyvine se neopravitelné porušení trvalými deformace mi vozovky až prolomení vozovky. Trhliny v konstruk ních vrstvách mohou být zp sobeny nižší tlouš kou stmelených vrstev (tj. poddimenzováním), ale asto jsou zp sobeny nekvalitním provedením. Trhliny lze opravit vým nou nebo recyklací vrstev. Porucha podloží m že být zp sobena celkovým poddimenzováním vozovky nap . podstatn vyšším dopravním zatížením a jeho ú inky. Pokud se provede oprava v as, zesílením nebo recyklací, prodlouží se b žné užívání konstrukce vozovky a PK. Pokud se nechá vyvinout porušení podloží, je nutno provést rekonstrukci celé konstrukce v etn sanace podloží. Omezení vlivu porušování je cílem navrhování vozovek, zajiš ování funkce PK po dlouhou dobu života (setrvalé funkce) je cílem posuzování konstrukcí, navrhování údržby a oprav (tj. diagnostiky vozovek) a jejich provád ní.

- 12 (47) -


vozovka zatížení p0

zatížení p0 stmelené vrstvy nestmelené vrstvy

p1

podloží

p1

Neodvodn ná plá v p ípad nep ípustné trvalé deformace podloží

Vznik únavových trhlin tlak tah

Obr. 2.3 – Schématické znázorn ní a podloží vozovky a vývoj porušení

namáhání

konstrukce

vozovky

Omezení vlivu porušování je cílem navrhování vozovek, zajiš ování funkce PK po dlouhou dobu života (setrvalé funkce) je cílem posuzování konstrukcí, navrhování údržby a oprav (tj. diagnostiky vozovek) a jejich provád ní. Porušování vozovek je navrhováním omezeno tak, aby po nijak neomezovanou dobu bylo zajiš ováno jejich budoucí používání díky d ležité vlastnosti konstrukcí – udržovatelnosti a opravitelnosti. Poškozování a porušování vozovek závisí na návrhu vozovek, na volb použitých materiál a technologií zpracování. Výb r návrhu vozovky je navázán na minimalizaci celkových náklad v dlouhé dob užívání konstrukcí. Období budoucího života vozovky se rozd luje: − na období návrhové, které je p i navrhování konstrukcí vozovek stanoveno na 25 rok a je to doba do závažné opravy konstrukce - zesílením, recyklací nebo rekonstrukcí ásti vozovky, − na období analyzované, obvykle delší než 40 rok , ve kterém se zvažují r zné varianty výstavby, údržby, oprav recyklací nebo rekonstrukcí s tím, že je snahou dosáhnout minimalizace celkových náklad po toto analyzované období. V dosavadních p edpisech (v TP 170 [2]) je konstatováno, že do doby než budou v R zvládnuty procesy: − pro zhodnocení celkových náklad na výstavbu, údržbu a opravy PK, − zhodnocení náklad uživatel PK z d vodu ztrát asu, pohonných hmot, opot ebení vozidel a náklad na zvýšenou nehodovost (ztrátu sice zaplatí uživatelé, ale je to negativní celospole enský produkt), - 13 (47) -


eší se problém navrhování pomocí zavedení návrhových úrovní porušení. Úrove porušení zavádí p edpokládaný vývoj porušování, který je p i navrhování vyjád en p ípustnou plochou výskytu konstruk ních poruch na konci návrhového období (nebo p esn ji vyjad uje pravd podobnost porušení konstrukce nebo spolehlivostí konstrukce). Za úrovní porušení je zatím skryta minimalizace náklad na výstavbu, údržbu a opravu a ztrát uživatel v silni ním provozu. Tyto náklady jsou schematicky znázorn ny v obr. 2.4, který dokladuje odvození spolehlivosti návrhu vozovky. Vyšší spolehlivost návrhu je vyjád ena použitím kvalitn jších materiál , vyššími kvalitativními požadavky pro zabudované materiály do vozovky a podloží a vyšší tlouš kou vrstev vozovek. Následn bez ohledu na vyšší ú inek zatížení a prost edí dochází k nižšímu poškozování a porušování vozovky, nižším náklad m na údržbu a opravy. Lepším stavem povrchu a krátce trvající údržbou a p ípadn opravou se omezí ztráty uživatel PK. Naopak p i nižší spolehlivosti návrhu se použijí levn jší materiály a technologie v nižších tlouš kách s celkov nižšími náklady na výstavbu, s nižšími charakteristikami provozní zp sobilosti, s rychlejším poškozováním a porušováním, ast jší a levn jší údržbou a opravou a díky nízkému po tu vozidel ztráty uživatel nedosáhnou rozhodujícího vlivu na celkové náklady spojené s výstavbou a dlouhodobou funkcí PK. Schematické znázorn ní náklad ve t ech úrovních p edstavuje rozd lení návrh vozovek a hodnocení spolehlivosti vozovek do návrhových úrovní porušení D0, D1 a D2. Každé úrovni odpovídá spolehlivost návrhu vozovky a vývoj poškozování a porušování vozovek. Každá návrhová úrove porušení vozovky poskytuje odlišné služby uživatel m z hlediska provozní zp sobilosti povrchu vozovky a pot eby údržby a oprav. Navrhování vozovek v r zných návrhových úrovních podle katalogu vozovek je p edstaveno v [1]. V této studijní opo e se navrhování zam í na detailní navrhování a posuzování pomocí návrhové metody TP 170 [2], která zárove umožní ádný rozbor posouzení únosnosti a nalezení chyb v konstrukci vozovek, které ovliv ují její používání. Zárove umožní rozbor m ení únosnosti a návrh opat ení opravy, recyklace a áste né rekonstrukce.

2.3.3

Poruchy vozovek

Užíváním PK dochází k poškozování a porušování vozovek. Nejprve se projevují poškození a porušení povrchu vozovky, následn se vyvíjí porušování nosných ástí vozovky (stmelené podkladní vrstvy) a poté se ší í do celé konstrukce vozovky v etn do zemních t les. S poruchami se zárove m ní charakteristiky provozní zp sobilosti a únosnosti. Pln ní provozní zp sobilosti a únosnosti vozovky je možno také vyjád it kvalitativním a kvantitativním záznamem a vyhodnocením poruch PK. P i diagnostice vozovky je nutno: − zaznamenat každou poruchu, − stanovit p í inu každé poruchy, − odstranit poruchu v etn p í iny poruchy. - 14 (47) -


Rozd lení, vývoj a mechanismus poruch je velmi d ležitý a bude jim v nován v textu studijní opory pat i ný rozsah.

Spolehlivost = 1 – pravd podobnost porušení [%] Obr. 2.4 – Odvození spolehlivosti navrhování vozovek z náklad výstavbu, údržbu a opravu vozovek a ze ztrát uživatel PK

2.4

na

Navrhování vozovek

Navrhováním se zajiš uje, jak bylo uvedeno výše, návrh konstrukce, který bude plnit požadavky po v podstat nespecifikovanou dobu životnosti. (Myslíte si, že tuto otázku vážn ešili ímané a m li n jakou p edstavu o sou asném užívání jimi vybudovaných silnic dnes?). Návrh se eší na délku návrhové období, v n mž se neprovádí podstatné zásahy do konstrukce, tj. provádí se pouze údržba a nejvýše opravy. Navrhování s uvážením celkových náklad s rozd lením na: − po áte ní náklady (realizaci stavby), − údržbu a opravy, - 15 (47) -


− ztráty uživatel je v sou asné dob obvykle ešeno v p ípad rozhodování, zda postavit asfaltovou vozovku nebo vozovku cementobetonovou nebo použít stmelené nebo nestmelené vrstvy v podkladu vozovky. Rozhoduje se tedy o vozovkách s rozdílnou udržovatelností a opravitelností vozovky nebo vrstev vozovky. Navržená vozovka v t chto požadavcích se koncentruje na návrh vozovky, který závisí na: − podkladech, které má povinnost definovat majitel nebo správce komunikace (požadovaná návrhová úrove porušení, p edpokládané dopravní zatížení a jeho vývoj v ase), − obstarání podklad o prost edí (z geologického, geotechnického a hydrogeologického pr zkumu a údaj o klimatickém prost edí), − vyhodnocení podklad , − návrhu a posouzení konstrukce. P edávaná projektová dokumentace pro zadání stavby obsahuje návrh vozovky vycházející z osv d ených typ konstrukcí vozovek pro zadané užití v daném prost edí. Obvykle je návrh ešen pomocí Katalogu vozovek, který je v ásti A TP 170 [2] a obsahem modulu 04 PK II [1]. V realiza ní dokumentací vybraného dodavatele stavby m že být návrh vozovky zm n n. Novým a podrobným návrhem vozovky nesmí dojít k nižšímu pln ní požadavk funk ních vlastností PK. Dodavatel stavby si pouze vytvá í p ízniv jší podmínky pro realizaci stavby v podmínkách detailn jších znalostí prost edí, materiálových zdroj a svých technologií. Zam uje se na technologie, s nimiž má dlouhodobé zkušenosti nebo o ekává úspory provád cích náklad použitím místních zdroj a zejména odpadních materiál nebo naopak použitím úpravy podloží a vrstev vozovky s vyšší kvalitou, která sníží náklady na realizaci stavby. K tomuto podrobnému návrhu se používá ást B TP 170 Návrhová metoda. Návrhová metoda používá jak standardní úpravy podloží a materiály pro stavbu vozovek, tak umož uje použít materiály nové a to jak kvalitn jší, tak mén kvalitní jako jsou místní a odpadní materiály s jejich úpravou. K využití nových materiál nebo s vyšší p idanou hodnotou materiál se p istupuje na základ funk ních zkoušek, které charakterizují vlastnosti za podmínek jejich užívání ve vozovce daných: − zatížením, tj. p i zatížení krátkodobém i dlouhodobém s malým i velkým po tem opakování zatížení, − prost edím, tj. za teplotních a vlhkostních podmínek, kterým bude vrstva ve vozovce zatížena, − ú inkem vody, mrazu a rozmrazování a dalších ú ink (solí proti náledí na betonové konstrukce a kyslíku, zá ení a teplot na asfaltové materiály). Toto navrhování umož ují návrhové metody ozna ované jako Performance Pavement Design a i TP 170 tuto možnost umož uje. V sou asném p ístupu ke stavb není odb ratel ani dodavatel k novým možnostem využití materiál a vývoje nových hmot motivován. Je možné, že se tento p ístup prosadí - 16 (47) -


v p ípad stavby vozovek v režimu Public Private Partnership (PPP), což v eštin se dob e vystihuje ozna ení Projektuj - Postav – Provozuj. Znamená to, že dodavatel ve vlastní režii stavbu navrhne a provede, následn ji bude udržovat a opravovat a uživatelé (prost ednictvím mýta a splátek státu) budou za tuto stavbu a službu platit. Je to sice rizikové financování pro stavební podniky, ale m že být i výnosné, zvlášt v p ípad použití kvalitních hmot, které sníží nebo nesníží náklady na stavbu, ale sníží náklady na údržbu a opravu. V sou asné organizaci stavby PK odb ratele, který v dob stavby zastupuje všechny budoucí uživatele, by však m lo zajímat budoucí pln ní funkcí PK jak provozní zp sobilosti tak i únosnosti konstrukce vozovky. V TP 170 je konstatováno, že pokud užíváním vozovky vznikají p ed asné poruchy, p í iny spo ívají v: − nedodržení konstruk ních a technologických požadavk (nedodržení požadované jakosti vrstev vozovky a jejich tloušt k, nedodržení pracovních teplot, podmínek pokládky a zhutn ní asfaltových sm sí, nespojení asfaltových vrstev, opožd ném vytvo ení a neut sn ní smrš ovacích spár, neodvodn ní vrstev nad nepropustnou nebo mén propustnou vrstvou, nedodržení jakosti podloží násypu i vlastního násypu apod.), − nedostate né b žné údržb (spár a trhlin, povrchových poruch, odvodn ní apod.), − užívání, které neodpovídá p edpoklad m návrhu (vyšší dopravní zatížení, vyšší nápravový tlak apod.), − podhodnocení vlivu prost edí a dopravního zatížení, − kombinaci uvedených vliv , − chybném dimenzování. Znamená to, že o spolehlivosti konstrukce vozovky daleko více rozhoduje vlastní provedení vozovky a zemního t lesa než práce projektanta, ale chyby projektanta, pokud nejsou na stranu spolehlivosti konstrukce (konstrukce je pak nehospodárná), vždy vedou ke ztrát spolehlivosti, tedy k poruchám. Toto konstatování je známo ze všech stavebních konstrukcí, potvrzují je analýzy všech kolaps stavebních konstrukcí. Rozdíl mezi vozovkou a stavební konstrukcí je jen ten, že vozovka se porušuje postupn , ztrátou provozní zp sobilosti až únosnosti a nenastane nenadálý kolaps konstrukce, z ícení s následky na životech a ovlivn ní životního prost edí (nap . atomových elektráren nebo velkých vodních staveb). Lapidárn se o vozovce íká, že nemá kam spadnout. Jelikož však PK jsou pro každou spole nost a jedince: − nepostradatelné, − ovliv ují jejich život (jako takový v etn spokojenosti až zdraví), − zaujímají pom rn velkou plochu každého území a − jejich výstavba, údržba a oprava bez následk dopravních nehod spot ebují až 10 % rozpo tových výdaj (to je daní vybraných od obyvatelstva a podnik ), je d ležitý také tento p edm t výuky.

- 17 (47) -


2.5

Literatura

1. KUDRNA, J.: Navrhování vozovek, u ební text Pozemní komunikace II, modul 04, VUT FAST, 2005. 2. KUDRNA, J. a kol.: TP MD R 170 Navrhování vozovek pozemních komunikací, VUT FAST, 2004. 3. KUDRNA, J. a kol.: TP MD R 87 Navrhování údržby a oprav netuhých vozovek, VUT FAST, 2007.

Kontrolní otázky Po i te si soubor pojm , které se v kapitole vyskytují a ov te si, že jim rozumíte.

2.6

Cvi ení

Analyzujte následující záznamy zrychlení nam ených 3D sníma i zrychlení umíst nými na podlaze osobního automobilu. Je t eba odpov d t, na jaké PK se auto pohybovalo (p ímá, oblouky, stoupání klesání, zrychlování, brzd ní a r zné druhy nerovností).

- 18 (47) -


- 19 (47) -


3

Protismykové vlastnosti povrch vozovek

Snižování nehodovosti se stalo významným cílem Evropské unie [1] a R [2]. Pro dosažení tohoto cíle jsou nezbytná ú inná opat ení zam ená na: −

problematiku lidského initele,

−

zvýšení bezpe nosti vozidel,

−

dopravní infrastrukturu.

Stavebnictví se týkají (a tedy výuky na stavební fakult ) vlastnosti dopravní infrastruktury. Strategie zmi uje konkrétní opat ení a pod písmenem F1 uvádí systematické zjiš ování a odstra ování p í in nehodovosti v místech astých dopravních nehod. Problém ovlivn ní nehodovosti vlastní PK závisí na množství p íležitostí k dopravní situaci vedoucí k riziku dopravní nehody. Nejmén p íležitostí k dopravní nehod je na sm rov d lených PK s mimoúrov ovými k ižovatkami (D, R), u silnic pak podle sm rového a výškového vedení a nebezpe né jsou zejména k ižovatky. Mírou nehodovosti je obvykle po et nehod na po et vozidel projetých posuzovanou PK, jednotkou je po et nehod/108 vozokilometr . Relativní vývoj nehodovosti vykazuje statistika nehod v R podle druhu kategorizace silnic, viz obr. 3.1. Tyto poznatky lze uplatnit jen p i projektování, výstavb a p estavb PK.

Obr 3.1 – Relativní nehodovost na r zných pozemních komunikacích

Bílá kniha [1] se zam ila na snížení po tu zem elých následkem dopravní nehody (cílem je do roku 2010 snížit po et na polovinu stavu 2001) a její vyhodnocení v roce 2004 uvedlo následující hodnocení po tu zem ených na milion obyvatel ve státech EU znázorn ných v obr. 3.2. Na stávajících komunikacích, na nichž se neprovádí stavební úpravy, se za velmi d ležitou p í inu nehod považuje stav povrchu vozovek silni ní sít a zejména nevyhovující protismykové vlastnosti povrchu.

- 20 (47) -

Záv r

Obr. 3.2 – Relativní nehodovost ve státech EU v roce 2001 a 2004. Státy s erným puntíkem namísto snižování nehodovosti v souladu s Bílou knihou vykázaly zvýšení nehodovosti

3.1

Pro jsou nevyhovující protismykové vlastnosti povrchu vozovky nebezpe né?

Za viníka dopravní nehody je obvykle ozna ován idi . V protokolech Policie R je uvád na p í ina nezavin ná idi em podle r zných silnic pouze v 1 % až 16 % nehod. Dalo by se íci, pro hledat p í inu dopravní nehody v souvislosti s vozovkou, když idi musí p izp sobit svou jízdu stavu povrchu vozovky. Bohužel kluzké povrchy “nesignalizují“ idi m, že takovými jsou. Pokud je povrch hladký, bez vy nívajících jednotlivých zrn kameniva a navíc v asfaltových vrstvách dochází k tvorb vyjetých kolejí a nerovností, pak z takového vzhledu vozovky lze p edpokládat, že povrch je kluzký, s nevyhovujícími až havarijními protismykovými vlastnostmi. To však nemusí být pravda, nebo pokud vlastní zrna kameniva v povrchu vrstvy nejsou ohlazená, jsou povrchov drsná, pak povrch je relativn bezpe ný. Stejn vyhlížející povrchy tedy mohou, ale nemusí být kluzké, viz obr. 3.3. Nejvíce zrádné jsou však povrchy s vy nívajícími zrny kameniva, mající výraznou makrotexturu povrchu, které i za mokra mají dobré povrchové odvodn ní a nevytvá í se na nich souvislý vodní film. Kluzkost takového povrchu lze zjistit jen orienta n pohlazením povrchu rukou nebo p esn m ením protismykových vlastností. Snad jen v p ípad vhodného protisv tla m že zkušený idi usoudit, že povrch m že mít nevyhovující až havarijní protismykové vlastnosti, protože vystupující zrna jsou ohlazením lesklá, ale vlhký a mokrý povrch tento vizuální odhad neumožní, viz obr. 3.4. Zrádný je také povrch nov provedené obrusné asfaltové vrstvy. Jakkoliv je viditelná dobrá makrotextura povrchu a lze p edpokládat, že kamenivo je erstv nadrcené s ostrými výstupky a povrchov drsnými plochami, p esto díky asfaltovému filmu na povrchu zrn kameniva jsou protismykové vlastnosti relativn nižší. Asfaltový film se silni ním provozem a pov trnostními vlivy - 21 (47) -


Obr. 3.3 – Povrch dálnice s vyjetými kolejemi, povrchová zrna jsou zaoblená, ale nejsou lesklá

Obr. 3.4 – Povrch dálnice s vyjetými kolejemi a povrchov lesklými zrny kameniva v povrchu vozovky

- 22 (47) -

Záv r

postupn odstra uje, takže s p izp sobováním barvy povrchu vozovky barv kameniva se protismykové vlastnosti stanou odpovídajícími makrotextu e povrchu vozovky a mikrotextu e (drsnosti) povrchu zrn. Tentýž jev ovšem postupn vede ke zm nám protismykových vlastností povrch vozovek vlivem ohlazování (vylešt ní) vlastních zrn kameniva. Na protismykové vlastnosti má vliv výskyt vody na povrchu. Jakékoliv zvlh ení povrchu má za následek snížení sou initele t ení, tedy zhoršení protismykových vlastností. Pokud se protismykové vlastnosti povrchu vozovky m í a vyjad ují sou initelem t ení, který p edstavuje odolnost proti smyku p i brzd ní (podélné t ení) nebo p i zm n sm ru (bo ní t ení), vždy jsou to hodnoty m ené na stanovené tlouš ce vodního filmu na povrchu vozovky. V p ípad výskytu v tší hloubky vody na povrchu a p i vyšších rychlostech (za dešt v nerovnostech) mohou být protismykové vlastnosti nulové (aquaplaning), protože nedojde ke styku pneumatiky s povrchem vozovky.

3.2

Jak vznikají a p sobí nedostate né protismykové vlastnosti povrchu vozovky?

Povrch vozovky ú inkem namáhání projížd jícími vozidly postupn m ní makrotexturu povrchu (dochází k zatla ování zrn do povrchu nebo vystoupení asfaltového pojiva nebo asfaltového tmelu k povrchu obrusné vrstvy) a mikrotexturu povrchu zrn kameniva jeho ohlazením. Tyto zm ny samoz ejm závisí na velikosti, sm ru a etnosti zatížení. P i každém p ejezdu pneumatiky po povrchu vozovky dochází k deformaci gumy b hounu pneumatiky a tím na povrch vozovky p sobí t ecí síly projevující se jako valivé t ení. Mnohem v tší síly však vznikají v místech p enosu vodorovných sil vyplývajících z kinematiky pohybu vozidel, tj. p i zrychlení, zpomalování a zm n sm ru pohybu vozidel. V takovém p ípad se již pneumatika voln neodvaluje po povrchu vozovky (dochází také k prokluzu a k smýkání pneumatiky) a vznikající vle né t ení závisí p evážn na opot ebovávání obou povrch . Pneumatika je m k í, tudíž se opot ebovává více, ale na místech pravidelného zrychlování a zpomalování a zm n sm ru vozidel je také podstatn vyšší opot ebení povrchu vozovky. Protismykové vlastnosti povrchu vozovek se tak snižují p i užívání silni ním provozem v místech, kde je po nich pravidelná zvýšená poptávka (k ižovatky, p echody pro chodce, železni ní p ejezdy, sm rové oblouky o malém polom ru apod.). To m že objasnit následující schéma v obr. 3.5 prezentovaném v [3].

3.3

Vlivy protismykových vlastností na nehodovost

Kapitola obsahuje výsledky zjiš ování vliv protismykových vlastností na nehodovost v R [4], ve Velké Británii [5] a SRN [6].

3.3.1

Dopravní nehody a protismykové vlastnosti v R

Dopravní nehody získané z databáze Policie R, která je každoro n p edávána SD R, byly zaneseny do programu RoSy® PMS [7], který byl v r. 1996 - 23 (47) -


zaveden v R jako Systém hospoda ení s vozovkou (PMS) pro správy a údržby silnic na úrovni okres , pozd ji kraj . PMS bude p edstaven v samostatné kapitole v tomto textu. Systém RoSy®PMS je modulov koncipován se sadou vzájemn propojených registr , v nichž jsou požadované parametry ukládány a aktualizovány. Po p evedení dat byla v rámci modulu MAP systému RoSy® vygenerována vrstva „Nehody“ pro zobrazení v digitální map v systému ESRI (ArcGIS). Prvními výstupy bylo zobrazení rozmíst ní nehod, druhým pak souhrn nehod v jednotlivých lokalitách, respektive v krátkých úsecích, viz obr. 3.6.

Obr. 3.5 - Grafické znázorn ní vlivu odst edivých sil na snižování protismykových vlastností (nabídka) a pot eby protismykových vlastností pro bezpe nou jízdu (poptávka). Po jistém ase užívání povrchu vzniká deficit protismykových vlastností s rizikem dopravní nehody [3].

Z vyhodnocení m ení protismykových vlastností povrchu vozovky v mapových podkladech vyšlo jasn najevo, že snížené hodnocení klasifika ními stupni je na místech v tšího zatížení povrchu vodorovnými silami, což už bylo objasn no v kapitole 3.2. Práv na t chto místech je žádoucí, aby povrch vozovky umožnil korekci p ípadného chybného manévru idi e (špatn odhadnuté vzdálenosti, rychlosti vozidel, polom ru sm rového oblouku, klopení, špatn vyhodnocené situace v silni ním provozu apod.). Tím, že protismykové vlastnosti povrchu vozovky jsou na t chto zatížených místech naopak nižší než v místech, kde se tyto manévry b žn nevyžadují, vzniká vyšší riziko nehod, což se v kone ném d sledku projeví vyšší nehodovostí. Protismykové vlastnosti povrchu vozovky a nehody v mapových podkladech umožnily statistická vyhodnocení. Za rok 2005 byl zpracován vzorek nehod na silnicích I. t ídy v celém Jihomoravském kraji. Byly vylou eny 4pruhové komunikace (vyšší bezpe nost provozu) a byly zahrnuty úseky s podstatn nižší intenzitou dopravy (relativní nehodovost stejná nebo vyšší, ale celkový po et nehod nižší). Na silnicích o délce 305 km došlo celkem k 1 498 nehodám, p i emž 10,3 % délky silnic bylo z hlediska protismykových vlastností hodnoceno klasifika ním stupn m 4, 5 % - 24 (47) -

Záv r

délky bylo klasifikováno stupn m 5 a na t chto délkách úsek došlo celkem k 27 % nehod.

Obr. 3.6 – Znázorn ní nehod na silnicích v map okolí m sta Rosice Další analýzy byly provedeny po zavedení dalších parametr vozovek do systému – protismykových vlastností povrchu vozovky, sm rového a výškového vedení silnic a vyzna ení druh k ižovatek, viz obr. 3.7.

Obr. 3.7 – Znázorn ní protismykových vlastností v map okolí Rosice - 25 (47) -


Nár st nehod na 1 km silnice (v obou sm rech) v závislosti na hodnocení protismykových vlastností povrchu vozovky je v podstat lineární; z 2,4 nehod na km silnice stoupá postupn podle hodnocení klasifika ními stupni na 4,1, 6,1, 8,1 až na 10,6 nehod na km silnice a nár st nehod mezi hodnocením klasifika ním stupn m 1 a 5 je 4,4násobný, viz obr. 3.8.

Obr. 3.8 - Grafické znázorn ní pr m rného po tu silni ních nehod na kilometr silnice I. t ídy v JM kraji v roce 2005 v závislosti na hodnocení protismykových vlastností povrchu

Celkov bylo zjišt no, že na sledovaných úsecích v délce 305 km p ejede za rok celkem 2 752 tis. vozidel. P i celkovém po tu 1 498 nehod za rok je pak výsledná relativní nehodovost 178 nehod/108 vozokilometr . Jelikož stejné íslo platí pro po et nehod na silnicích I. t ídy pro celou R [8], je možno tento vzorek silnic považovat za dostate n reprezentativní. Obvykle se také uvádí mezi vlivy na nehodovost intenzita silni ního provozu. Její závislost z výše uvedeného hodnocení je znázorn na v obr. 3.9. Po et nehod na kilometr v závislosti na intenzit všech vozidel nejprve klesá, pak stoupá a po dosažení maxima pr m rnou hodnotou intenzity 12 000 všech vozidel pr m rn za den za ne celková nehodovost klesat a klesá i celkové množství nehod na km silnice. Znamená to, že p i dosažení kapacity dvoupruhových PK klesá rychlost vozidel a zárove nehodovost.

Obr. 3.9 - Grafické znázorn ní po tu nehod na kilometr ve vztahu k dopravnímu zatížení - 26 (47) -

Záv r

3.3.2

Porovnání závislosti nehodovosti v R, ve Velké Británii a v N mecku

Z výsledk rozsáhlého výzkumu ve Velké Británii [5] zahrnujícího 100 000 osobních dopravních nehod (nehod se zran ním nebo úmrtím) bez rozlišení, zda se nehoda stala za sucha (s pom rn vyššími než nam enými protismykovými vlastnostmi) nebo za mokra, bylo stanoveno, že zvýšená relativní nehodovost v závislosti na hodnocení protismykových vlastností byla: − na obousm rných silnicích (p i nevyhovujících protismykových vlastnostech byla nehodovost tém dvojnásobná v porovnání s výbornými protismykovými vlastnostmi, viz obr. 3.10), − na malých úrov ových k ižovatkách (p i nevyhovujících protismykových vlastnostech stoupla nehodovost na šestinásobek, viz obr. 3.11), − v malých sm rových obloucích (o polom ru menším než 250 m stoupla nehodovost p i nevyhovujících protismykových vlastnostech na 2,5násobek, viz obr. 3.12). Naopak relativní nehodovost na dálnicích a velkých k ižovatkách nebyla protismykovými vlastnostmi ovliv ována. Vliv podélných sklon na nehodovost pro nedostatek takových úsek nebyl vyhodnocen. Samoz ejm nehodovost je závislá na dalších vlivech, které zvyšují nebo snižují nehodovost. Všechny uvedené závislosti jsou pr m rné hodnoty, obr. 3.13 dokumentuje rozptyl závislosti p i statistickém vyhodnocení, je uvedena pr m rná závislost ze všech sledovaných úsek a také závislost úsek v 5% kvantilu výskytu.

Obr. 3.10 – Relativní nehodovost na D a R a obousm rných silnicích bez k ižovatek v závislosti na protismykových vlastnostech povrch vozovek Výsledkem uvedených zjišt ní jsou rozdílné požadované protismykové vlastnosti povrchu vozovky pro plánování údržby nebo opravy podle úsek :

- 27 (47) -


− nejnižší p ípustné protismykové vlastnosti povrchu vozovky jsou na dálnicích a rychlostních sm rov rozd lených komunikacích, − st ední protismykové vlastnosti povrchu vozovky jsou na ostatních silnicích, − nejvyšší požadované protismykové vlastnosti povrchu vozovky jsou p ed k ižovatkami, p ed p echody pro chodce a železni ními p ejezdy, v malých sm rových obloucích menších než 500 m a v podélných sklonech vyšších než 5 %.

Obr. 3.11 – Relativní nehodovost na k ižovatkách, nebezpe né jsou malé k ižovatky na obousm rných silnicích Relativní nehodovost 108 vozokm

Polom r oblouku (m) Sou initel t ení

Obr. 3.12 – Relativní nehodovost ve sm rových obloucích v závislosti na protismykových vlastnostech povrch vozovek

- 28 (47) -

Záv r

Obr. 3.13 – Pr m rná relativní nehodovost a nehodovost v 5% kvantilu nehodových úsek v závislosti na protismykových vlastnostech povrch D ležité je zd raznit, že m ení protismykových vlastností povrchu vozovky vede ke zm n chování správc pozemních komunikací, jak dokumentují obr. 3.14 a 3.15.

Obr. 3.14 - B žné užívání zna ek nebezpe í smyku

Prof. Huschek [6] dokumentoval na zjišt ných datech v SRN, že: − v hodnocení klasifika ním stupn m 4 se nachází 10 % povrch vozovek dálnic a spolkových silnic a klasifika ním stupn m 5 (m la být provedena oprava) se nachází 5 % povrch , tedy stejný rozsah sít , který jsme stanovili na vzorku silnic JM kraje, − podíl nehod v podmínkách za mokra stoupá s klesajícím sou initelem podélného t ení (viz obr. 3.16); v hodnocení protismykových vlastností klasifika ními stupni 3 a lepším je podíl nehod za mokra do 35 % a p i nižších klasifika ních stupních 4 a 5 podíl nehod podstatn vzr stá a tudíž vzr stá také celkový po et nehod. Pokud vzroste pom r nehod

- 29 (47) -


z 35 % na 63 %, znamená to za p edpokladu stejného množství nehod za sucha zvýšení nehod za mokra na 3násobek a celkový po et nehod vzroste o 75 %. P i zjišt né nehodovosti uvedené v obr. 3.8 v hodnocení klasifika ním stupn m 3 (6,1 nehody/km) a zvýšení nehod v hodnocení klasifika ním stupn m 5 (10,6 nehody/km), vykazuje po et nehod nár st o 74 %.

Obr. 3.15 – Provád né protismykové úpravy povrchu vozovky p ed k ižovatkou a jinými nebezpe nými místy

3.4 M ení protismykových vlastností povrch pozemních komunikací Chceme-li posuzovat protismykové vlastnosti povrch pozemních komunikací, je t eba tyto odpovídajícím zp sobem m it a zm ené výsledky pak správn vyhodnotit. Podle obr. 2.2 mají na protismykové vlastnosti vliv nerovnosti povrchu velikosti do 0,5 mm a tyto nerovnosti se nazývají mikrotextura a nerovnosti od 0,5 mm do 20 mm ozna ované jako makrotextura. Mikrotextura ovliv uje protismykové vlastnosti, tedy schopnost umož ující vozidlu zastavit nebo m nit sm r jízdy a makrotextura vytvá í závislost protismykových vlastností na rychlosti vozidla p i brzd ní a zm n sm ru jízdy. Vlastní protismykové vlastnosti vyjad uje sou initel t ení za stanovených podmínek zkoušky, který je závislý na rychlosti pohybu vozidla, rychlosti - 30 (47) -

Záv r

skluzu pneumatiky, tlouš ce vodního filmu, teplot povrchu a mikrotextu e a makrotextu e povrchu vozovky.

Obr. 3.16 – Relativní podíl nehod v podmínkách „za mokra“ AN souvisí se stanoveným sou initelem podélného t ení p i rychlosti 80 km/h [6]

3.4.1 M ení mikrotextury Mikrotextura se m í kyvadlem TRRL (TRRL zna í konstruktéra kyvadla, kterým je Transport and Roads Research Laboratory), pomocí stanovení ztráty kinetické energie t ením pryžového segmentu o mokrý povrch. Nam ená veliina se podle SN EN 13003-4 [9] po oprav na referen ní teplotu nazývá „Hodnota m ení kyvadlem“ a zna í se PTV (anglicky Pendulum Test Value). M ení kyvadlem TRRL (obr. 3.17)poskytuje pouze hrubou p edstavu o protismykových vlastnostech povrchu vozovky a to zejména pro rychlosti do 50 km/h, protože nepostihuje velikost makrotextury. Udává se, že pom rn dobré výsledky dává kyvadlo TRRL p i m ení protismykových vlastností vodorovného dopravního zna ení. Naopak tato zkouška je nevhodná na místa s hrubší makrotexturou, protože na t chto místech dává rozkolísané výsledky vlivem p sobení vystouplých v tších zrn.

3.4.2 M ení makrotextury M ení makrotextury poskytuje informaci o její velikosti. 3.4.2.1

M ení volumetrickou metodou

Princip této metody je takový, že se daný objem média (sklen né kuli ky) rozprost e p edepsaným zp sobem na povrchu vozovky do tvaru kruhu. Po zm ení pr m ru kruhu, ze známého objemu m icího média a ze vzorce pro výpoet objemu válce se vypo te „St ední (pr m rná) hloubka textury“, která se zna í MTD (anglicky Mean Texture Depth). M ení se provádí podle SN EN 13036-1 [10]. - 31 (47) -


Tato metoda je tak jako m ení kyvadlem statická, což ji p edur uje pouze pro m ení lokálních míst. Výhody této metody lze spat it p edevším v jednoduchosti, dostupnosti m icích pom cek a nízké cen . Nevýhodou je pak menší p esnost. Rozsah platnosti vyjád ený hodnotami st ední hloubky profilu MPD (viz dále) je 0,25–5 mm.

Obr. 3.17 - Kyvadlo TRRL pro m ení mikrotextury

3.4.2.2

M ení laserovými systémy

Profil makrotextury je snímán pomocí laserových systém a získaná data jsou použita s cílem stanovit tzv. „St ední hloubku profilu“, která se zna í MPD (Mean Profile Depth). V obr. 3.18 je znázorn no, jakým zp sobem se MPD stanovuje. Vysv tlení: Laserové m ení hloubky profilu ve stanovených vzdálenostech (frekvence m ení se m ní v závislosti na rychlosti m icího vozidla) dovolí po elektronickém zpracování vzdálenosti vyhodnotit p ímo charakteristiku níže znázorn ného profilu.

Obr. 3.18 - Princip výpo tu st ední hloubky profilu (MPD)

- 32 (47) -

Záv r

3.4.2.3

M ení drenážních schopností makrotextury

Principy m ení spo ívá v tom, že se sklen ný válec s otev eným dnem, na n mž je osazena pryžová podložka s kruhovým vý ezem, postaví na vozovku. Do válce se nalije p edepsané množství vody a m í se as, za který voda z válce odte e skrze otev ené dno. Pryžová podložka brání tomu, aby nedocházelo k úbytku vody na kontaktu válce s povrchem vozovky.

3.4.3 M ení protismykových vlastností dynamickými p ístroji M ení dynamickými p ístroji dává nejlepší p edstavu o protismykových vlastnostech vozovky, protože postihuje jak mikrotexturu, tak makrotexturu a p i m ení se projeví také drenážní schopnosti povrchu vozovky a p i opakovaném m ení se projeví i trvanlivost protismykových vlastností. Dynamické p ístroje navíc umož ují získat grafy závislosti sou initele t ení na rychlosti, tlouš ce vodního filmu, velikosti pom ru skluzu atd. 3.4.3.1

Princip m ení dynamických p ístroj

M ení dynamickými p ístroji je založeno na tom principu, že se na m icím kole, jež je brzd no nebo odklon no od sm ru pojezdu vozidla, viz obr. 3.19, ( ímž vzniká smyk kola), snímá horizontální a vertikální síla. Z pom ru t chto dvou sil se pak stanoví sou initel t ení.

Obr. 3.19 - Schéma za ízení s m icím kolem rovnob žným se sm rem pojezdu (vlevo) a s odklon ným m icím kolem od sm ru pojezdu o úhel γ M icí kolo bývá bu p ipevn no jako páté kolo u m icího vozidla nebo je sou ástí p ív sného vozíku, jenž je vozidlem tažen. Stopa p ed m icím kolem se kropí tak, aby byla zajišt na teoretická tlouš ka vodního filmu, což je hodnota vodního filmu, která by byla dosažena na rovném, hladkém a vodonepropustném povrchu. Pro m ení se zpravidla používá teoretická tlouš ka vodního filmu od 0,25 do 1 mm, dle typu za ízení i požadavk objednatele. 3.4.3.2

Základní rozd lení dynamických p ístroj

M icích dynamických systém je jen v Evrop celá ada, protože tém každá zem si vyvinula své vlastní m icí za ízení a dále existují komer ní firmy, které se zabývají výrobou t chto za ízení. Proto je ú elné si jednotlivá za ízení alespo hrub rozd lit. Z hlediska sm ru m icího kola vzhledem mické p ístroje rozd lit na ty, jež mají m jezdu m icího vozidla a na ty, jež mají m du vozidla zpravidla o hodnotu 20°. Oba p

ke sm ru pojezdu vozidla lze dynaicí kolo rovnob žné se sm rem poicí kolo odklon né od sm ru pojezípady jsou znázorn ny na obr. 3.19. - 33 (47) -


P i m ení za ízením s m icím kolem rovnob žným se sm rem pojezdu vozidla nazýváme získanou veli inu dle SN 73 6177 [11] „sou initel podélného t ení“ a zna íme ji fp, v anglicky „Bracking Force Coefficient“ (BFC), což zna í spíše „sou initel t ení p i brzd ní“. V tšina za ízení je založena práv na tomto principu. V p ípad odklonu m icího kola od sm ru pojezdu se získaná veli ina nazývá dle SN 73 6177 „sou initel bo ního t ení“ a zna í se fb. V anglicky psané literatu e se uvádí výraz „Sideway Force Coefficient“ (SFC), což odpovídá eskému ekvivalentu. Typickým p edstavitelem tohoto zp sobu m ení je za ízení SCRIM, viz obr. 3.25. Dynamické p ístroje lze dále d lit podle toho, zda je m icí aparát sou ástí m icího vozu, nap . za ízení TRT (obr. 3.22) a SCRIM (obr. 3.25), nebo zda je m icí za ízení taženo jako p ív sný vozík, nap . za ízení GripTester (obr. 3.23) nebo Skiddometer (obr. 3.24). Dalším kritériem rozd lení je použitý typ m icí pneumatiky. N která za ízení používají hladkou pneumatiku bez vzorku, jiná zase pneumatiku se vzorkem. Pneumatiky se dále liší pr m rem, ší kou, výškou, požadovaným hušt ním a vlastnostmi pryže, ze které jsou zhotoveny. Za ízení, m ící sou initel podélného t ení lze dále rozd lit podle velikosti pom ru skluzu m icího kola. Pom r skluzu je rychlost skluzu d lená provozní rychlostí, p i emž rychlost skluzu je relativní rychlost mezi m icím kolem a pojížd ným povrchem na kontaktní ploše. Protože je m icí kolo brzd no, jede pomaleji než je provozní rychlost m ení. Pom r skluzu se asto udává v procentech. U jednotlivých za ízení se pohybuje p ibližn od 14 % do 100 %. Hodnota 100 % znamená, že je m icí kolo zcela zablokované. V tšina za ízení má pom r skluzu v rozmezí od 15 % do 25 %, což odpovídá p ibližn hodnotám, p i kterých brzdí za ízení ABS v automobilech. P i t chto hodnotách pom ru skluzu jsou hodnoty sou initele t ení maximální, viz obr. 3.20.

Rychlost m ení km/h

Skluz kola

Obr. 3.20 - Pr b h sou initele t ení v závislosti na rychlosti a skluzu kola

D ležitou vlastností je závislost sou initele t ení na rychlosti m ení. P íklad závislosti je uveden v obr. 3.21 z návrhu revize SN 73 6177. Tato závislost

- 34 (47) -

Záv r

na rychlosti je závislá na makrotextu e povrchu vozovky. P i makrotextu e vyšší než 0,8 mm je závislost na sou initele na rychlosti nejnižší a zvyšuje se s klesající makrotexturou. Poznatek vedl ke snaze zavést jedinou charakteristiku protismykových vlastností a totiž sou initel t ení p i rychlosti 60 km/h a sklon závislosti na rychlosti by se odvodil ze známé makrotextury MPD, které se snadno m í za jízdy bu dynamického za ízení nebo jiného vozidla, zejména multifunk ního vozidla (viz M 02). Protismykové vlastnosti by se pak vyjád ily hodnotou SRI (Skid Resistance Index jako index protismykových vlastností nebo ozna ován jako IFI = International Friction Index). Tato vlastnost ovšem neplatí pro všechna za ízení (zejména Griptester) a hodnoty SRI se t žko prosazují. V každém p ípad by používání SRI usnadnilo a zlevnilo hodnocení protismykových vlastností. SRI = A + B x F x exp [(S – 30) x Sp-1] Sp = 57 + 56 x MPD Sp = 43 + 70 x MTD S = V x pom r skluzu (pom r skluzu je relativní rychlost mezi pneumatikou a pojížd ným povrchem na kontaktní ploše, hodnota 1,0 je zablokované kolo) S = V x sin (úhel rozev ení) V – provozní rychlost F – zaznamenaná hodnota t ení A, B – koeficienty dle m icího za ízení

Obr. 3.21 - Pr b h sou initele t ení v závislosti na rychlosti m ení a požadované hodnoty sou initele t ení v jednotlivých klasifika ních stupních

- 35 (47) -


3.4.3.3

M icí za ízení používaná v R

M ení protismykových vlastností v R má již 40letou historii [11]. Prvním za ízením byl smyka v uspo ádání jako p ív s, který v krátkých intervalech brzdil a m ila se v pr b hu brzd ní síla vodorovná a svislá. V sou asnosti se na silnicích R mohou pohybovat za ízení TRT [12], Griptester [13], SCRIM [14] p ípadn Skiddometer [15]. Pro všechna za ízení se p edpokládá zpracování EN. Za ízení TRT (obr. 3.22) je osazeno do dodávkového automobilu a m icí pneumatika je hladká se zatížením 1000 N. Pom r skluzu je volitelný v rozsahu 1 % až 100 % (zablokování), obvykle m í p i skluzu 25 % s dávkováním vody 0,5 mm.

Obr. 3.22 – Za ízení TRT

Obr. 3.23 – Za ízení GripTester

- 36 (47) -

Záv r

Za ízení TRT je eským referen ním vozidlem, ostatní za ízení musí vykonat srovnávací m ení a stanovit klasifika ní stupnici v návaznosti na toto za ízení [16]. Za ízení Griptester (obr. 3.23) je p ív sný vozík s hladkou pneumatikou zatíženou 380 N. Pevný pom r skluzu et zovým p evodem je 15 %. Tlouš ka vody nastavitelná, obvykle se m í p i tlouš ce 0,25 mm. Za ízení je možno také táhnout ru n , m í p i rychlosti od 5 km/h. Za ízení Skiddometer (obr. 3.24) má pneumatiku se vzorkem, zatíženou 1000 N, pevný skluz 17 %, dávkování vody 1mm.

Obr. 3.24 – Za ízení SKIDDOMETR Za ízení SCRIM je nejv tší za ízení s m ením bo ního sou initele t ení. Zatížená hladké motocyklové pneumatiky je 1960 N, úhel odklonu od podélného sm ru je 20°, tlouš ka vodního filmu je 0,5 mm.

Obr. 3.25 – Za ízení SCRIM Všechna za ízení musí v rozsahu stanovené m icí rychlosti provád t opravu na stanovenou rychlost a referen ní teplotu m ení. Musí se pro zajišt ní srovnatelných hodnot protismykových vlastností zú ast ovat srovnávacích m ení. Výstupní hodnoty m ení musí být p edávány v zadaném stani ení s minimál- 37 (47) -


ními údaji po 1 m a s dalším zpracováním sekcí po 5m, 20 m a 100 m a celého m eného úseku.

3.4.4

Požadované protismykové vlastnosti

Porovnání uvedených záv r z Velké Británie, SRN a R se dosp lo k podobným záv r m týkajícím se dopravní nehodovosti. P i návrhu revize SN 73 6177 se pak využil britský p ístup k požadovaným vlastnostem a pro silnice s vyšší pot ebou protismykových vlastností povrchu vozovky je stanovena vyšší požadovaná hodnota zm ených vlastností pro provedení údržby a oprav t chto úsek , viz tab. 3.1 a 3.2. Tab. 3.1 – R zné klasifikace protismykových vlastností Klasifika ní stupe M icí za ízení TRT p i rychlosti 60 km/h

1 1

2

3

4

5

0,60 0,59 – 0,52 0,51 – 0,44 0,43 – 0,36

0,35

0,70 0,69 – 0,60 0,59 – 0,50 0,49 – 0,40

0,39

MTD

0,90 0,89 – 0,72 0,71 – 0,54 0,53 – 0,36

0,35

MPD 3

0,88 0,87 – 0,65 0,64 – 0,43 0,49 – 0,20

0,19

PTV

2

Poznámky: 1

V souladu s SN 73 6177 a použitím TP XZ (viz [15]) je možno použít jiná dostupná dynamická m icí za ízení, pro které se stanoví pro n platná klasifika ní stupnice navázaná na TRT. Podrobn jší hodnocení fp pro rychlosti 40 až 120 km/h je uvedeno SN 73 6177, 2008. Hodnoty uvedené v tabulce jsou pr m rné hodnoty t ení stanoveného pro sekci o délce 20 m. 2 Pouze orienta ní m ení, pro závazné posouzení protismykových vlastností je t eba použít dynamické metody 3

Pokud je MTD < 0,2, pak MPD = 0.

Tab. 3.2 – Požadovaná klasifikace protismykových vlastností Klasifika ní stupe

1

2

3

4

5

TRT, PTV – Zvýšené protismykové vlastnosti 1 – D, R, RMK, Silnice MTD, MPD – PK s povolenou rychlostí > 50 km/h – PK s povolenou rychlostí 50 km/h P ejímka povrchu p ed uvedením vozovky do provozu P ejímka povrchu na konci záru ní doby Plánování opat ení pro zvýšení protismykových vlastností povrchu Provedení opat ení pro zvýšení protismykových vlastností povrchu 1

Zvýšené protismykové vlastnosti se vyžadují na úsecích se zvýšeným rizikem nehod:

- 38 (47) -

Záv r −

p ed k ižovatkami, p echody pro chodce a železni ními p ejezdy,

−

p ed a ve sm rových obloucích o polom ru menším než 250 m,

−

v podélných sklonech vyšších než 8 %.

3.5

Trvanlivost protismykových vlastností

V kapitole 3.1 jsou uvedeny 2 obrázky s komentá em, že není možno stanovit protismykové vlastnosti jinak než m ením. Uvedené obrázky 3.1 a 3.2 v p ípad dlouhodobého m ení sou initele podélného t ení dávaly výsledky uvedené v obr. 3.26. Obrázek upozor uje na d ležitou vlastnost povrchu se ztrátou zejména mikrotextury kameniva – ohladitelnost. M í se zrychlenou zkouškou ohlazováním kameniva použitím korundového písku dvou zrnitostí, který se sype mezi povrch poskládaných zrn kameniva na otá ejícím se kole a danou silou voln se otá ejícího pogumovaného kola, viz obr. 3.27. Vlastní výsledek zkoušky se vyjad uje sou initelem PSV (z anglického Polished Stone Value – hodnota ohladitelnosti kameniva), která se stanoví m ením kyvadlem TRL (obr. 3.17). Kamenivo se za azuje podle SN EN 13043 [18] do kategorií podle tabulky 3.3, kde jsou uvedeny druhy kameniv v R a jejich použití v obrusných vrstvách vozovek, které bude zakotveno do SN EN týkajících se obrusných vrstev vozovek [19] a [20]. 0,80 Fp 0,70 0,60

Povrch vozovky v obr. 3.1

0,50

ÚSEK .1 ÚSEK .2 ÚSEK .3

0,40

ÚSEK .4 0,44 0,36

0,30 0,20

Zdrsn ní ocelovými kuli kami

Povrch vozovky v obr. 3.2

0,10 0,00 0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

mil. TNV

Obr. 3.26 - Vývoj velikosti sou initele podélného t ení povrchu vozovky dálnice v závislosti na po tu p ejezd . t žkých nákladních vozidel

- 39 (47) -


Obr. 3.27 – Za ízení na stanovení ohladitelnosti kameniva a zkušební vzorky kameniva po zkoušce, zleva vápenec, žula a droba Jako vysv tlení k obr. 3.26 je t eba dodat: − V obrusné vrstv vozovky z asfaltového koberce mastixového zrnitosti do 16 mm podle obr. 3.3 je použito kamenivo droba, jehož ohladitelnost PSV je 62. Droba jako sedimentární kamenivo je tvo ena úlomky hornin, které jsou stmelené obvykle vápencovým tmelem. Jsou to tedy zrna jemného písku, opot ebováváním povrchu se tato zrna z povrchu vylamují a povrch se z hlediska mikrotextury nem ní. Kamenivo poskytuje stejnou službu jako mají brusné nástroje - opot ebovávají se, ale jsou stále se stejnými vlastnostmi, nelze je otupit, aby p estaly ezat nebo brousit. − Ve stejné obrusné vrstv vozovky podle obr. 3.4 byl použit amfibolovec jako jemn krystalická vyv elá hornina s ohladitelností PSV 48. Povrch je tudíž jemn vyhlazen a umož uje svou mikrotexturou velmi nízký sou initel t ení. Opat ení, které m lo za cíl zvýšit protismykové vlastnosti pomocí tryskání povrchu ocelovými kuli kami pro zvýšení makrotextury a mikrotextury nem lo dlouhého trvání. K tabulce 3.3 je t eba dodat, že materiálová základna kameniv na Morav je mnohem lepší než v echách.

- 40 (47) -

Záv r

3.6

Program na identifikaci nehodových úsek a realizaci opat ení pro snížení nehodovosti

P i detailní analýze nehodových úsek v okresech Brno-venkov a Vyškov se provedlo vyhodnocení p ínosu zvýšení protismykových vlastností povrch vozovek [21]. P edpokládalo se s opatrností, že na nehodových úsecích s nevhodným geometrickým uspo ádáním (sm rové oblouky, stoupání a k ižovatky) se mohou snížit následky nehodovosti (benefit B snížením ztrát z d vodu smrti, zran ní a hmotných škod) o 25 % oproti nehodám p ed zvýšením protismykových vlastností povrchu vozovky. Zavedli jsme také do databáze 24 nehodových úsek náklady (cost C) na provedení údržby pro zvýšení protismykových vlastností povrchu vozovky. P ínos B se po ítal jen po dobu vyhovujících protismykových vlastností za zp ísn ných podmínek (s vyššími požadovanými vlastnostmi pro tato místa). Z pom ru p ínos a náklad B/C pro sledované nehodové úseky byly odvozeny tyto záv ry: − Skute n nebezpe ná místa (k ižovatky, sm rové oblouky o malých polom rech a zejména ve v tších sklonech) o krátké délce úseku (od 70 m do 200 m) s protismykovými vlastnostmi povrchu vozovky hodnocenými klasifika ními stupni 4 a 5 vychází pom r B/C v hodnotách od 10 do 20; to znamená, že pokud se vloží rozpo tová 1 K do údržby, vrátí se 10 K až 20 K ve spole enských a materiálních úsporách v d sledku snížení nehodovosti. − Na delších úsecích (300 m až 1 500 m), kde se nachází n kolik krátkých podúsek (n kolik sm rových oblouk , rozdílné podélné sklony) s hodnocením klasifika ním stupn m 4 a 5, ale pr m rné protismykové vlastnosti povrchu vozovky celého úseku jsou hodnoceny již v klasifika ním stupni 3, je pom r B/C v mezích 2 až 10. − Na sledovaných 4pruhových komunikacích s hodnocením protismykových vlastností stupn m 2 vyšel pom r B/C 0,2 až 0,5; na t chto komunikacích samoz ejm nebylo možno prokázat, že nehody jsou závislé na protismykových vlastnostech povrchu vozovky, nebo protismykové vlastnosti byly v požadovaném stavu (p ípustné nižší protismykové vlastnosti povrchu vozovky). Tabulka 3.3 – Kategorie ohladitelnosti kameniv, druhy hornin a jejich použití v obrusných vrstvách vozovek Kategorie ohladitelnosti

Druh horniny v R

Použití v obrusných vrstvách

PSV44

edi , zn lec, amfibolit, spilit, št rkopísek

-

PSV50

edi , rula, žula, amfibolit, spilit

PSV56

metadroba, melafyr, droba, rula, kvarcit, diabás

PSV62

droba

TDZ VI až IV, pro TDZ III a vyšší PSV deklar

53

Pro úseky se zvýšenými požadavky na protismykové vlastnosti

PSVdeklar 62 um lé kamenivo Speciální protismykové úpravy TDZ (t ída dopravního zatížení) podle SN 73 6114

- 41 (47) -


Tato zjišt ní jsou d ležitá z t chto d vod : − Údržba protismykových vlastností povrchu vozovky je pro spole nost velmi rentabilní, zejména zpo átku, kdy se budou vybírat jen ty nejnebezpe n jší nehodové úseky. − Metodika vylou í údržbu nebo opravu úsek , jejichž protismykové vlastnosti povrchu vozovky jsou sice nevyhovující, ale nedochází zde k velkému po tu dopravních nehod. Tímto zp sobem bude prokázáno, že úseky s nevyhovujícími protismykovými vlastnostmi povrchu vozovky nemusí být ve všech p ípadech udržovány nebo opravovány, tj. není nutno plánovat údržbu nebo opravu všech 11,8 % délky sít silnic I. t ídy, které jsou podle údaj silni ní databanky SD R z roku 2004 v nevyhovujícím a havarijním stavu. Podle vyhodnocení nehod z let 2003 až 2005 pom rem B/C v JM kraji by se jednalo o provád ní údržby na 2 % až 4 % délky silnic.

3.7

Opat ení pro vyšší protismykové vlastnosti

Povrchy vozovek z hlediska protismykových vlastností se musí vyzna ovat: − Makrotexturou vyjád enou MTD 0,90 nebo MPD

0,88.

− Mikrotexturou kameniva vyjád enou ohladitelností PSV

50.

Makrotexturu spl ují všechny koberce mastixové a drenážní. Asfaltové betony zrnitostí 11 mm a vyšší s arou zrnitosti uprost ed mezních ar zrnitosti podle SN 73 6121 spl ují rovn ž uvedené hodnoty. Asfaltové koberce tenké se zrnitostí pod st ední arou zrnitosti asfaltového betonu pat i né zrnitosti (koberce tenké nemají p edepsánu zrnitost) mají také vhodnou makrotexturu. Makrotexturu lze zvýšit podr ováním povrchu p i vlastním provád ní obrusné vrstvy (posyp drti 2/4, 4/8 válcem p i hutn ní). V p ípad návrhu sm si odolných proti tvorb trvalých deformací se makrotextura v pr b hu doby životnosti obrusné vrstvy nezm ní tak, aby poklesla do klasifika ního stupn 5. Nedostatek kameniva o vhodné mikrotextu e a ohladitelnosti v n kterých oblastech lze ešit práv podr ováním povrchu kamenivem nebo p edobaleným kamenivem, množství kameniva je v rozmezí 2 kg/m2 až 4 kg/m2. Pro údržbu jsou vhodné mikrokoberce za studena podle zdrs ovací nát ry podle SN 73 6129.

SN 73 6130 nebo

Je možné použít i opat ení spo ívající v broušení povrchu nebo jemným frézováním. Vytvá ení louží vody zejména p i nízkém výsledném sklonu povrchu vozovky se zabra uje vyfrézováním p í ných drážek. Otryskáním povrchu (ocelovými kuli kami, vodou) nemá požadovaný ú inek na protismykové vlastnosti. Údržba n kterých z posuzovaných úsek pro stanovení pom ru B/C byla navržena Státnímu fondu dopravní infrastruktury k financování. Program byl p ijat a v roce 2007 bude provedena oprava nehodových úsek v JM kraji t mito technologiemi: − mikrokobercem za studena se zvýšenými protismykovými vlastnostmi,

- 42 (47) -

Záv r

− barevnou úpravou povrchu p ed k ižovatkami a p echody s použitím vysoce odolného um lého kameniva (Rocbinda) [21], viz obr. 3.28; p estože tato úprava je 6krát dražší než p edchozí úprava, je p edpokládán pom r B/C v rozmezí 5 až 15 (jeden z nehodových úsek byl již touto technologií upraven p ed 2 roky s p ekvapiv vynikajícím výsledkem; v Londýn , kde se technologie užívá ve velkém m ítku, se o ekává B/C v pr m rné hodnot 8).

Obr. 3.28 – Vysoce protismyková a trvanlivá povrchová úprava Rocbinda

3.8

Záv r k protismykovým vlastnostem

Protismykové vlastnosti se od dokon ení výzkumných prací v 80tých letech, p íliš nesledovaly. Sporadická m ení za ízením byla využívána jen pro informaci nebo v p ípad soudních spor k prokázání zavin ní dopravní nehody havarijním stavem povrchu vozovky. V souladu s ambiciózním plánem EU a zavád ním evropských norem do R se prací soust ed nou kolem ústavu pozemních komunikací fakulty stavební v Brn poda ilo znovu zavád t n které již d íve zjišt né skute nosti. Text kapitoly dokumentuje, že na dopravní nehodovost má vliv také stav vlastní pozemní komunikace. V geometricky nep íznivém vedení silnic (sm rové oblouky a podélné sklony), p ed k ižovatkami, p echody a železni ními p ejezdy jsou u déle užívaných povrch vozovek vždy nižší protismykové vlastnosti a tuto vlastnost nelze zjistit z místa idi e. P i vyšet ování dopravních nehod se protismykové vlastnosti povrch vozovek nezjiš ují (Policie R nemá na míst nehody as, m icí p ístroj k jejich zjišt ní a nemá k této innosti kvalifikaci), neuvádí se tudíž tato p í ina dopravních nehod ani ve statistikách.

- 43 (47) -


Poznatky o vlivu protismykových vlastností vozovek na dopravní nehodovost vedou k jejich zapracování do SN 73 6177 a do všech nov zavád ných SN EN pro obrusné vrstvy vozovek. Je v zájmu všech ú astník silni ního provozu zvýšit protismykové vlastnosti povrch vozovek a je v možnostech eské materiálové a technologické základny dosáhnout požadované protismykové vlastnosti povrch vozovek a požadovanou dobu jejich trvanlivosti. Pro stávající pozemní komunikace byl navržen postup pro identifikaci nehodových úsek s použitím programového vybavení užívaného v R. Napln ním databází systému pro hospoda ení s vozovkami údaji o nehodách, protismykových vlastnostech povrchu vozovky a centrálním zpracováním t chto dat se stanoví v místech nep íznivého uspo ádání pozemní komunikace nehodové úseky, na jejichž údržbu a opravu je možno p ednostn p id lit finan ní prost edky. Stanovení pom ru p ínos plynoucích z omezení ztrát sníženou nehodovostí následkem zlepšení stavu vozovky a náklad na tato zlepšení (B/C) umožní objektivn stanovit po adí naléhavosti údržby a oprav nehodových úsek nebo zvýšení prost edk na údržbu a opravu nehodových úsek . První hodnocení pom ru B/C prokázalo, že údržba nehodových úsek m že být velmi rentabilní, použitá 1 K na údržbu nehodového úseku vytvo í za dobu životnosti protismykové úpravy 2 K až 20 K p edpokládaných úspor plynoucích ze snížení následk nehod (snížením ztrát usmrcením, zran ním a na majetcích). Údržba takto vyhodnocených nehodových úsek v rámci výzkumného projektu [4] se letos poprvé s podporou SFDI v Jihomoravském kraji realizuje. Zárove SD R p ipravuje pilotní ov ení programu na realizaci údržby a oprav v dalších krajích v etn hodnocení skute ných p ínos opat ení.

3.9

Literatura

1. White paper – European transport policy for 2010: time to decide – Office for official publications of the European Communities, 2001. 2.

SS je signatá em Evropské charty bezpe nosti silni ního provozu, Silni ní obzor, 67, s. 145-146 (2006).

3. HUSCHEK, S.: Protismykové vlastnosti vozovek a dopravní nehody, sborník ze seminá e, VUT FAST, 2007, ISBN 978-80-214-3429-5. 4. KUDRNA, J. a kol: Výzkumný projekt MD 1F45B/064/120 Protismykové charakteristiky povrch pozemních komunikací m ené podle evropských norem pro zvýšení bezpe nosti silni ního provozu, VUT FAST, M ení PVV, PavEx Consulting s.r.o., CONSULTEST s.r.o., 2003 – 2007. 5. VINER, H., SINHAL, R., PARRY, S.: Review of UK Skid Resistance Policy, PIARC International Symposium „SURF2004“, Toronto, 2004. 6. HUSHEK, S.: Hodnocení protismykových vlastností, sborník ze seminá e VUT FAST, 2007, ISBN 978-80-214-3429-5. 7.

MALIŠ, L.: Analýza nehodových úsek ve vztahu ke stavu vozovek, sborník ze seminá e, VUT FAST, 2007, ISBN 978-80-214-3429-5.

8.

HTTP://WWW.MVCR.CZ/STATISTIKY/NEHODY.HTML

9.

SN EN 13036-4 Povrchové vlastnosti vozovek pozemních komunikací a letištních ploch - Zkušební metody – ást 4: Metoda pro m ení protismykových vlastností povrchu vozovky – Zkouška kyvadlem, Srpen 2003.

- 44 (47) -

Záv r

10.

SN EN 13036-1:Povrchové vlastnosti vozovek PK a letištních ploch – Zkušební metody – ást 1: M ení hloubky makrotextury povrchu vozovky odm rnou metodou, erven 2002.

11. NEKULA, L.: Dlouhodobá m ení protismykových vlastností v R, sborník ze seminá e, VUT FAST, 2007, ISBN 978-80-214-3429-5.

12. Za ízení TRT – M ení PVV, eská republika. 13. 14. 15. 16.

GripTester 358 – CONSULTEST s.r.o., www.consultest.cz. Skiddometer BV11 – Slovenská správa ciest, Slovensko. SCRIM – Schniering Ingenieurgesellschaft mbH, N mecko. VOJT ŠEK, A.: Srovnávací m ení dynamických za ízení pro m ení sou initele t ení povrch vozovek, sborník ze seminá e, VUT FAST, 2007, ISBN 978-80214-3429-5. 17. SN 73 6177: M ení a hodnocení protismykových vlastností povrch vozovek, leden 1996, revize 2008. 18.

SN EN 13043 Kamenivo pro asfaltové sm si a povrchové úpravy pro silnice, letišt a jiné dopravní plochy.

19.

SN 73 6130 Stavba vozovek. Emulzní kalové zákryty.

20.

SN 73 6129. Stavba vozovek. Post iky a nát ry.

21. KUDRNA, J.: Program na identifikaci nehodových úsek a návrh opat ení pro snížení nehodovosti, sborník ze seminá e, VUT FAST, 2007, ISBN 978-80-2143429-5. 22. http://www.udrzbasilnic.cz/rocbinda/index.php

3.10 Cvi ení Zadání 1: Vypo ítejte délku brzdné dráhy vozidla jedoucího rychlostí 50 km/h a 60 km/h do úplného zastavení vozidla. Reak ní dobu idi e spolu s prodlevou ú inku brzd uvažujte 1s. Koeficient podélného t ení zjišt ný dynamickým m icím za ízením p i rychlostech 40, 60 a 80 km/h je uveden v následující tabulce a v grafickém zpracování. Porovnejte sv j vlastní výpo et (jakýmkoliv zp sobem) s p esn jším ešením podle odvozeného postupu uvedeného dále. fp(40)

fp(60)

fp(80)

0,34

0,23

0,18

- 45 (47) -


P esné ešení: Adhezní podmínka p i brzd ní: m a = - m g fp, kde:

m = hmotnost vozidla a = brzdné zpožd ní m s-2 g = tíhové zrychlení m s-2 (uvažujte 10 m s-2) fp = koeficient podélného t ení

Sestrojíme graf pro rovnici zrychlení a = - g . fp, proložíme body lineární funkcí s rovnicí y = − Bx + A a tím získáme koeficienty A, B. P ímka má rovnici y = −0,04 x + 4,9 , kde A = 4,9 a B = 0,04. Z koeficient spo ítáme as bržd ní t a dráhu s ze vzorc odvozených z rovnice a = A − B v , kde a je zrychlení hmotného bodu, v je rychlost hmotného bodu a A, B jsou kladné konstanty. Hledáme závislost zrychlení, rychlosti a dráhy na ase, když v t = 0 s byl hmotný bod v klidu s0 = 0 m. Diferenciální rovnici a = d v = A − B v dt

ešíme separací prom nných Dostaneme

1 ⋅ ln A − B v = t + c1 , −B

dv = A − Bv

dt

c1 ,

+

kde c1 je integra ní konstanta.

když vynásobíme celou rovnici –B a odlogarit-

mujeme, máme A − B v = exp[− B(t + c1 )] . Z po áte ních podmínek v = 0 a t = 0 stanovíme integra ní konstantu c1: A = A = exp(− Bc1 ) . Pak rovnici pro rychlost napíšeme jako ti

s=

A− Bv =

v d t + c2 =

(

A exp (− Bt ) ,

neboli

v=

)

A A 1 1 − e − B t d t + c2 = t + e − B t + c2 B B B

0 a t = 0 plyne integra ní konstanta c2: pro dráhu: t=

ln

A − Bv A −B

s=

(

A 1− e −B t B

1 1 A t + e −Bt − B B B

0=

A B2

) . Dráha bude integrálem rychlos-

, kde z po áte ních podmínek s =

+ c2 .

Po dosazení získáváme vzorec

. Vzorec pro as získáme z rovnice

v=

(

A 1− e −B t B

)

.

Výsledky: 50 KM/H

60 KM/H

t [s] s [m] 48.21

celková dráha [m]

Záv r: Zadání 2: Vypo ítejte délku vlastní brzdné dráhy vozidla jedoucího rychlostí 60 km/h do úplného zastavení vozidla (bez reak ní doby idi e). Koeficient podélného t ení zjišt ný dynamickým m icím za ízením p i rychlostech 40, 60 a 80 km/h je uveden v následující tabulce.

- 46 (47) -

Záv r

fp(40)

fp(60)

fp(80)

1

0,54

0,44

0,32

2

0,82

0,70

0,60

P esné ešení: Adhezní podmínka p i bržd ní je stejná jako v p edešlém zadání: Sestrojíme graf pro rovnici zrychlení a = - g . fp, proložíme body exponenciální funkcí s rovnicí y = Ae Bx a tím získáme koeficienty A, B.

Exponenciála má rovnici y = 9,286e − 0,01 x, kde A = 9,286 a B = -0,01. Z koeficient spo ítáme as bržd ní t a dráhu s ze vzorc odvozených z rovnice, kde a je zpomalení hmotného bodu, v je rychlost hmotného bodu a A, B jsou parametry regresní funkce. Vzorec pro rychlost je pro as: ln −

t=

− 1 + e Bv ABe Bv

1 tAB−1 B

v=

ln (−

1 tAB − 1 B

)

, z toho vychází

. Vypo ítáme integrál

dt + c2 =

ln −

1 1 t ln − tAB−1 tAB−1 − B B2 A

Délka brzdné dráhy se spo ítá podle vzorce

s=

+

t 1 − + c2 B B2 A

ln (−

1 )t ln(− 1 tAB − 1 − tAB − 1 B B2 A

Výsledky: 1 t [s] s [m]

16.73

Záv r:

- 47 (47) -

2

)

+

t B

.

DIAGNOSTIKA A MANAGEMENT VOZOVEK

Recommend Documents