Akce COST 347: Silnièní výzkum pomocí Zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek

Ing. Josef Stryk

*)

Akce COST 347: Silnièní výzkum pomocí zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek

Zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek Zkušební dráhy pro provádìní zrychlených zatìžovacích zkoušek vozovek (ALT - Accelerated Load Testing) jsou zaøízení umožòující sledovat chování vozovek za podmínek relativnì blízkých skuteènému stavu zatížení vozovky dopravním provozem. Údaje získané prostøednictvím ALT jsou využívány pøedevším pøi hodnocení životnosti jednotlivých typù konstrukcí vozovek, pøi ovìøování návrhových metod a pøi hodnocení vhodnosti stavebních hmot z hlediska jejich použitelnosti v silnièním stavitelství. Možnosti využití zkušebních drah jsou však mnohem širší (napø. testování pneumatik, ovìøování životnosti vodorovného znaèení apod.). Tato zaøízená jsou jedním z nejdražších nástrojù používaných v souèasnosti v silnièním výzkumu. I pøes svoji investièní a provozní nároènost se však jedná o nástroj ekonomický, ponìvadž i malé zlepšení (napø. prodloužení životnosti vozovek èi použití ovìøených alternativních materiálù) pøinese vzhledem k rozsahu silnièní sítì nezanedbatelné úspory. Akce COST 347 COST 347 je projekt v rámci programu EU: Evropská spolupráce v oblasti vìdeckotechnického výzkumu (COST - European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research). Tato akce byla zahájena v lednu 2001 a bude probíhat do èervna 2004. V souèasné dobì se akce úèastní 17 èlenských zemí COST. Jde o následující zemì: Belgie, Èeská republika, Dánsko, Finsko, Francie, Holandsko, Island, Maïarsko, Nìmecko, Rakousko, Rumunsko, Øecko, Slovinsko, Španìlsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. Hlavním cílem akce COST 347 je vytvoøit evropskou smìrnici, která by zoptimalizovala užívání zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek a zdokonalila aplikaci výsledkù dosažených na tìchto zaøízeních. Urèitou nevýhodou existujících drah je jejich unikátnost, kdy každé zaøízení má vlastní charakteristiky, a nelze proto provést pøímé srovnání výsledkù mìøení. Míra korelace výsledkù mìøení provádìných na rùzných typech drah dosud nebyla stanovena. A tyto nedostatky by právì mìla øešit akce COST 347. Budoucí smìrnice zlepší efektivitu využití zmínìných zaøízení v Evropì a výsledky výzkumu se stanou dostupnými a použitelnými pro širokou oblast jak vlastníkù tìchto zaøízení, tak také organizací, které uvedenými zaøízeními nedisponují.

*)

110

Výhodou ALT je pøedevším to, že je dosaženo výsledkù mìøení podstatnì døíve než pøi studiu vlastností vozovek na zkušebních silnièních úsecích, které jsou pod vlivem normálního dopravního zatížení a skuteèných klimatických podmínek, tzv. RLT (Real-time Load Testing). Pro úèely této akce bylo za ALT zaøízení považováno každé zaøízení, kterým je provádìno opakované zatìžování na více než jedné vrstvì komunikace, z èehož vyplývá, že simulace zatìžování nemusí být provádìna pouze kolem a že mùže jít také o laboratorní zaøízení. Na základì této definice byl vytvoøen soupis následujících zaøízení na území Evropy - viz tab. 1. Technická náplò akce je rozdìlena do 6 pracovních skupin, které se dále zabývají jednotlivými úkoly, viz tab. 2, kde jsou také uvedeny pøedpokládané výstupy z každé pracovní skupiny.

Obr. 1

Kruhová dráha LCPC - pùdorys, øez

Podrobnìjší informace o akci COST 347, lze najít na internetové adrese: http://www.civeng.nottingham.ac.uk/ p&g/alt-pave/, kde jsou také odkazy na skupinu A2B09 amerického TRB (Transport Research Board), která se problematikou ALT zabývá také.

Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury

Silnièní obzor - roè.63 - 2002

Tab. 1: Soupis ALT zaøízení na území Evropy Pøíklady zkušebních drah Hlavní èlenìní ALT drah je na dráhy tvaru kruhového a liPopis ALT zaøízení neárního. Nám jistì nejznám- Název zaøízení Název organizace Stát - mìsto Aplikace Tvar - umístìní nìjší kruhovou dráhu zatížení v Bratislavì (KSD) nemusím · LAVOC nikomu pøedstavovat, proto Halle-fosse · DGC Švýcarsko - Lausanne lineární - vnitøní kolo bych zde rád uvedl jiný pøí· EPFL klad. ETH · ETH Švýcarsko - Zürich kruhová - vnìjší kolo Mezi nejznámìjší kruhové dráhy patøí 3 dráhy nalézající Nìmecko - Bergisch hydraulický BASt · BASt Gladbach pulzátor se v areálu LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chausséhydraulický TU DD · Technická univerzita Dresden Nìmecko - Dresden lineární - vnitøní es) ve francouzském mìstì pulzátor Nantes. Jednotlivé dráhy mají · Technická univerzita Denmark RTM Dánsko - Copenhagen kolo prùmìr 40 metrù, nejvìtší zku· DRI šební dráha (nová betonová CEDEX · CEDEX Španìlsko - Madrid ovál - vnìjší kolo vana, viz obr. 2) má šíøku 10,5 metru a hloubku 3 metry. K zaLCPC · LCPC Francie - Nantes 3 kruhové - vnìjší kolo tìžování slouží jedno spoleèOULU · Univerzita Oulu Finsko - Oulu lineární - vnitøní kolo né, mobilní zaøízení, které je · DUT pohánìno Holandsko - Delft lineární - vnìjší kolo LINTRACK · DWW elektro-hydraulickou centrálou o výkonu 735 kW. Tato LIRA · Technická univerzita "Gh. Asachi" Rumunsko - Iasi kruhová - vnitøní kolo centrála je umístìna ve støedu · VTI Švédsko - Linkoping mobilní (lineární) kolo kruhové dráhy a umožòuje do- HVS-Nordic · VTT Finsko - Helsinki sáhnout rychlosti až KSD · VUIS-CESTY Slovensko - Bratislava kruhová - vnìjší kolo 100 km/hod na konci zatìžovacího ramene. Zatìžovací zaPTF-TRL · TRL Anglie - Crowthorne kolo øízení se skládá ze 4 ramen, PTFUNOTT kolo která jsou uprostøed podporo· Univerzita Nottingham Anglie - Nottingham kolo vána pomocnými koly, která Road-Ironwork lineární - vnitøní pojíždí po betonovém obrubníNUROLF kolo · Univerzita Newcastle Anglie - Newcastle ku (obr. 1, 3). Na konci je kažRAFT kolo dé rameno vybaveno zaøízením, které mùže být osaTRACKER · Univerzita Ulster Anglie - Jordanstown kolo zeno jedním, dvìma, èi tøemi koly v øadì za sebou, nebo dvìma koly vedle sebe. Apli- lze volit pro každé rameno v intervalu 15 - 20 m s krokem kaèní zatížení se pohybuje od 40 kN pøi zatížení jedním 0,5 m. Pozici kola (vzdálenost od støedu) lze mìnit i za kolem, do 135 kN pøi zatížení tøemi koly v øadì. Bìžná chodu systému, a to s krokem 0,1 m. Betonová vana tøetí rychlost pojezdu je 45-70 km/hod. Polomìr rotace kola zkušební dráhy byla upravena tak, že se v ní mohou simulovat za pomoci èerpadla rùzné hladiny podzemní vody.

Obr. 2

LCPC - zaizolovaná betonová vana

Silnièní obzor - roè.63 - 2002

Obr. 3

LCPC - ALT zaøízení v chodu

111

Typickým zástupcem liniových drah je dánské zaøízení RTM (Road Testing Machine), Pracovní skupina Úkol Výstup které se nachází ve mìstì LynÈís. Název Èís. Název gby u Kodanì. Tato dráha je dlouhá 27 m, pøièemž zkušeb1.1 Charakteristiky souèasných ALT zaøízení ní úsek se nachází uprostøed 1.2 Podpovrchová pøístrojová technika Databáze, SWOT analýzy dráhy v celkové délce 12 met1 Soupis (katalog) a výsledná zpráva 1.3 Zpùsoby hodnocení stavu vozovek rù, viz obr. 4. V tomto místì je dráha hluboká 2 metry, dále ke 1.4 Zaøízení pro laboratorní testování ve skuteèné velikosti krajùm se hloubka snižuje až 2.1 Materiálový výzkum na nulu. Šíøka je konstantní 2,5 metru. Dráha je uzavøena v tzv. Pøedchozí a sou- 2.2 Návrh struktury databáze Modely provádìní silnic èasný výzkum v výzkumných výsledkù na 2 klimatizaèní hale, která má šíø2.3 Navrhování silnic (analytické metody) oblasti ALT ALT, výsledná zpráva ku 4 a výšku 3,8 metru. Teplo2.4 Sociálnì-ekonomické aspekty tu uvnitø haly lze mìnit v rozsahu od -10°C do + 40°C. 3.1 Ekonomika Hladina podzemní vody zku3.2 Konstrukèní techniky šebního tìlesa je automaticky Srovnání ALT a SWOT analýzy a výsledná kontrolována a mùže být mì3.3 Fyzikální a ekologický stav 3 RLT zpráva nìna podle potøeby. Vlastní 3.4 Podmínky zatìžování aplikace zatížení je provádìna pomocí jednoho zaøízení (vo3.5 Stupeò zhoršení stavu silnic zíku - obr. 5), které je hydrau4.1 Smìrnice pro existující zaøízení Smìrnice pro licky posunováno po kolejích 4 Výsledná zpráva užití ALT 4.2 Smìrnice pro budoucí zaøízení umístìných podél dráhy, tam a zpìt pøes zkušební úsek. Vo5.1 Alternativní a nové materiály zík je osazen buï jedním, èi 5.2 Nová mìøící a monitorovací technika dvìma koly vedle sebe. MaxiBudoucí užití 5 Výsledná zpráva ALT mální zatížení (dvìma koly) je 5.3 Údržbáøské práce 65 kN a maximální dosažitelná 5.4 Hodnocení vlivu na životního prostøedí rychlost je 25 km/hod. Pøi poSemináøe, výzkumné stujezdu vozíku se mohou kola 6.1 Využití výsledkù Zpracování a šídie pohybovat i v pøíèném smìru, 6 øení výsledkù a to rychlostí 0,2 % z rychlosti 6.2 Koneèná souhrnná zpráva Výsledná zpráva pojezdu v podélném smìru. Ponìvadž jde o dráhy venkovní, není zde možnost kontro- RTM je jedno z nejvìtších liniových zaøízení tohoto typu lovat teplotu èi vlhkostní pomìry. v Evropì. Zvláštním pøípadem je španìlská dráha v Madridu, která je ve správì CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas). Jde o kombinaci liniové Tab. 2: Technická náplò akce COST 347

Obr. 4

Liniová dráha RTM - celkový vzhled

112

Obr. 5

RTM - pohled na pojezdový vozík

Silnièní obzor - roè.63 - 2002

Obr. 6

CEDEX - pohled na pojezdový vozík

dráhy s kruhovou, které dohromady tvoøí ovál. Dva rovné úseky délky 75 metrù jsou spojeny dvìmi kruhovými úseky o polomìru 25 metrù (obr. 7). Šest zkušebních sekcí je rozmístìno pouze na pøímých úsecích. Zatìžování se provádí pomocí 2 vozíkù, osazených koly v horizontálním i vertikálním smìru. Vertikální kola slouží k aplikaci zatížení na testovanou vozovku a kola horizontální zajišují pohyb vozíku po svislém betonovém nosníku, umístìném u vnitøní strany oválu, viz obr. 6. Zatížení vozovky je aplikováno pouze vlastní vahou vozíku plus pøídavné zátìže (max. 70 kN). Vozíky se pohybují pouze v jednom smìru, jsou pohánìny elektromotory a jejich maximální rychlost je 60 km/hod.

Obr. 7

CEDEX - celkový pohled z ptaèí perspektivy

pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek, které však mùže být jako návìs pøevezeno kamkoliv, kde chceme provádìt zkoušky. Zaøízení je vybaveno vlastním vytápìcím/chladícím systémem, tudíž teplotu bìhem testu lze udržovat na konstantní hodnotì. Zatìžování je aplikováno pomocí jednoho kola èi dvou kol v tandemu max. silou 220 kN. Kola mohou pojíždìt buï jen v jednom smìru nebo obousmìrnì, a to na dráze 10 metrù, s možností pøíèného vychýlení až 0,75 metru. Nejnovìjší HVS umožòuje dokonce aplikaci dynamického zatìžování (rázy kol). HVS mají ve spoleèném vlastnictví Švédsko a Finsko.

Obr. 8

BASt - hydraulický pulsátor

Dalším, ne zcela typickým pøípadem je liniová dráha v nìmeckém BASt (Bundesanstalt für Strassenwesen). Její zvláštnost tkví v tom, že zde není aplikováno zatížení pojezdem kola, nýbrž pomocí hydraulického pulsátoru (obr. 8). Tento je uchycen na ocelové rámové konstrukci, která také zajišuje pohyb pulsátoru v podélném i pøíèném smìru. Vozovka je zatìžována údery pulsátoru, jehož hlava má prùmìr 30 cm, což odpovídá stopì kola. Pulsátor pùsobí silou 5,75 tun, délka jednoho impulsu je 0,025 sekundy. Zatìžování je provádìno na 3 zkušebních úsecích rozmìrù 2,1 x 1,8 metrù, z nichž je pro každý k dispozici vlastní rám s pulsátorem. Poslední pøíklad, o kterém se zde zmíním, je mobilní zaøízení HVS (Heavy Vehicle Simulator), které bylo vyvinuto v Jihoafrické republice (obr. 9). I zde jde o zaøízení

Silnièní obzor - roè.63 - 2002

Obr. 9

HVS - mobilní lineární ALT zaøízení

Èeská úèast na akci COST 347 Èeská republika se akce COST 347 úèastní v rámci národního projektu OC 347.001: Zhodnocení evropských zkušeností s výstavbou a provozem zkušebních drah (ALT), z hlediska úèelnosti poøízení ALT v ÈR. Øešitelem projektu je Centrum dopravního výzkumu, projekt je podporován Ministerstvem školství mládeže a tìlovýchovy ÈR. Cílem projektu je posoudit, zda je úèelné vybudovat zkušební dráhu pro zrychlené zatìžovací zkoušky také v Èeské republice a v pøípadì, že ano, doporuèit vhodný typ dráhy a její vybavení.

113

Už nyní je ale zøejmé, že pokud by mìlo k nìjaké výstavbì dojít, šlo by s nejvìtší pravdìpodobností o dráhu liniovou, která by mìla svými specifickými parametry doplnit soubor stávajících evropských liniových drah.

Úèelnost výstavby takovéhoto zaøízení bude však silnì ovlivnìna ekonomickými faktory, ponìvadž, jak už bylo uvedeno na zaèátku, jsou výstavba a následnì provoz zaøízení tohoto druhu velmi nákladné.