Vysoká škola báňská TU Ostrava. Fakulta stavební. Sborník , Vysoké Mýto

Vysoká škola báňská – TU Ostrava Fakulta stavební

Sborník 5. 11. 2015, Vysoké Mýto

1.

Železniční přejezdy z hlediska bezpečnosti silničního provozu Jiří Zlý, Police ČR

2.

Bezstyková kolej na mostech s velkými dilatačními délkami Jiří Vendel, VUT v Brně

3.

Povrchová stabilizace kolejového lože se signální úpravou v místech nedovoleného přechazení chodců přes železniční trať Pavel Fiala, VŠB – TU Ostrava

4.

Proč se v dopravě chováme tak, jak se chováme Matúš Šucha, Univerzita Palackého v Olomouci

5.

Aktuální vývoj tvorby strategického dopravního modelu Jihomoravského kraje Martin Všetečka, VUT v Brně

6.

Kapacita nadřazeného dopravního proudu Martin Všetečka, VUT v Brně

7.

Produkcia tuhých častíc obrusom asfaltobetonových vozoviek Daniela Ďurčanská, Daša Fullová, Dušan Jandačka, ŽU v Žilině

8.

Použitie R-materiálu do asfaltových zmesí na Slovensku Silvia Cápayová, Monika Orthová, Andrea Zuzulová, STU v Bratislavě

9.

Experimentální studie asfaltových pojiv modifikovaných pryží s aplikací mleté pryže 0,0-0,8 mm a kyseliny polyfosforečné Kristýna Miláčková, Jan Valentin, ČVUT v Praze

10. Impact of selected rejuvenators on performance-based characteristics of asphalt concrete mix with 50 % of reclaimed asphalt Pavla Vacková, Jan Valentin, ČVUT v Praze 11. Rozvoj spolupráce vysokých škol v oblasti dopravního stavitelství Jan Petrů, Vladislav Křivda, VŠB – TU Ostrava, Eva Remišová, ŽU v Žilině

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební plk. Mgr. Bc. Jiří ZLÝ1 ŽELEZNIČNÍ PŘEJEZDY Z HLEDISKA BEZPEČNOSTI SILNIČNÍHO PROVOZU V MORAVSKOSLEZSKÉM KRAJI RAIL CROSSING FROM THE POINT OF VIEW OF ROAD TRAFFIC SAFETY IN THE MORAVIAN SILESIAN REGION Abstrakt Příspěvek obsahuje analýzu dopravní nehodovosti v Moravskoslezském kraji a detailněji se zabývá problematikou některých typově závažných dopravních nehod a jejich následků. Nedílnou součástí příspěvku jsou rovněž preventivní a technická opatření dopravní policie zaměřená na zmírnění následků těchto typově závažných dopravních nehod (železniční přejezdy) v Moravskoslezském kraji. Klíčová slova dopravní nehody, policie, železniční přejezdy, dopravně technická preventivní opatření. Abstract This paper contains the traffic accidents analysis in the Moravian Silesian District and deals in detail with the matter of some type-serious traffic accidents and their consequences (rail crossing). Integral part of this paper are traffic police technical precautions focused on reduction of the consequences of the type-serious traffic accidents in the Moravian Silesian District. Keywords traffic accidents, the police, rail crossing, traffic engineering precautions.

1 ÚVOD Vývoj dopravní nehodovosti a následků silničních dopravních nehod na životech a zdraví účastníků byl v rámci Moravskoslezského kraje v posledních letech relativně uspokojivý, zejména co se týče následků na životech a zdraví. Nejčastějšími příčinami dopravních nehod je tradičně nesprávný způsob jízdy, který se na celkovém počtu nehod podílí více než 50%. Na druhém místě je pak nepřiměřená rychlost, v jejímž důsledku je zaviněno téměř 13% dopravních nehod. V tabulce 1 jsou znázorněny údaje o celkovém počtu dopravních nehod šetřených policií a závažných následcích dopravních nehod v letech 2011-2014 (celkový počet nehod, počet usmrcených, počet těžce zraněných osob, hmotná škoda a alkohol u viníka dopravní nehody).

1

plk. Mgr. Bc. Jiří Zlý, Policie České republiky, Krajské ředitelství policie Moravskoslezského kraje, odbor služby dopravní policie, 30. dubna 24, 728 99 Ostrava, tel.: (+420) 974 721 250, e-mail: [email protected].

1

Tab.1: Vývoj počtu dopravních nehod a následků v Moravskoslezském kraji v letech 2011-2014 Celkem dopravních nehod

Usmrceno

Těžce zraněno

Lehce zraněno

Hmotná škoda (*100Kč)

Alkohol (u viníka)

2011

8071

70

299

2348

4137801

674

2012

8145

68

296

2248

3989668

599

2013

8288

68

275

2185

4105535

561

2014

8317

51

252

2179

3932792

539

Rozdíl 2013-2014

+ 29

-17

- 23

-6

- 172743

- 18

Relativně příznivý vývoj v celkovém počtu usmrcených osob při dopravních nehodách v Moravskoslezském kraji dokládá i graf 1, ačkoliv počty byly v letech 2010 až 2013 spíše stagnující, a v roce 2014 pak byl zaznamenán výrazný pokles. Graf 1: Vývoj v počtu usmrcených osob v Moravskoslezském kraji v letech 2003-2014

Není jednoduché spolehlivě určit faktory, jež s tímto relativně příznivým vývojem kauzálně souvisejí. Mezi těmito faktory nelze bezpochyby opomenout kontinuální dynamický technologický pokrok, který umožňuje zlepšovat bezpečnost motorových vozidel. Starší vozidla bez moderních bezpečnostních prvků (např. airbagy, předpínače bezpečnostních pásů, aktivní opěrky hlavy, zádržné systémy pro děti, elektronické systémy zlepšující efektivitu brzdění a vedení vozidla v rizikových situacích aj.) jsou postupně nahrazována novými, jež objektivně splňují stále přísnější moderní bezpečnostní standardy. Tyto bezpečnostní prvky zvyšují šanci na přežití při závažných dopravních nehodách, na čemž se v rámci Moravskoslezského kraje může podílet též zřízení Integrovaného bezpečnostního centra v Ostravě, jež svojí strukturou umožňuje optimalizovat informační toky mezi jednotlivými složkami integrovaného záchranného systému.

2

K dalším faktorům ovlivňujícím vývoj dopravní nehodovosti řadíme preventivní a represivní působení Policie České republiky. Preventivní působení Policie České republiky může mít například podobu obecné medializace práce policie (preventivně informační oddělení pořádá pravidelné tiskové konference), cílené medializace vybraných kauz a preventivních dopravně bezpečnostních akcí a běžného dohledu na bezpečnost a plynulost provozu na pozemních komunikacích. V rámci Moravskoslezského kraje byly odborem služby dopravní policie realizovány preventivní akce například v rámci společného česko-polského projektu „Bezpečně na silnicích v příhraničí – podpora prevence a společné řešení problémů“ nebo v rámci spolupráce s Centrem bezpečné jízdy Ostrava (např. dopravní školička, bezplatné měření propustnosti autoskel aj.). Na mládež jsou zaměřeny pravidelné přednášky ve školách a školkách. Účastníkům provozu jsou při akcích i běžném výkonu rozdávány různé předměty preventivního charakteru (např. reflexní vesty, bundy, pásky, klíčenky, řezačky bezpečnostních pásů, informační letáčky aj.). Represivní opatření představuje zejména ukládání blokových pokut příslušníky Policie České republiky za dopravní přestupky a některé další činnosti v dopravě stanovené zákonem (např. zadržení řidičského průkazu, zabránění v jízdě). Další činnosti represivního charakteru jsou sice spojeny s činností správních orgánů obecních úřadů obcí s rozšířenou působností (zejména ukládání sankcí, odnětí řidičského oprávnění po dosažení 12 bodů) a trestním řízením, nicméně Policie České republiky i v těchto případech provádí zákonem stanovené činnosti směřující zejména k zajištění důkazních prostředků potřebných pro pozdější dokazování v rámci správního (dopravní přestupky) nebo trestního řízení (trestné činy v dopravě). Dalším působícím faktorem jsou dopravně technická opatření, jež jsou podrobněji popsána v dalším textu (Zlý et al. 2012).

2 TYPOVĚ ZÁVAŽNÉ DOPRAVNÍ NEHODY – ŽELEZNIČNÍ PŘEJEZDY Mezi typově závažné řadíme mj. silniční dopravní nehody, jež sice tvoří relativně malou část celkového počtu šetřených nehod, ale jsou spojeny se signifikantními následky na životech a zdraví osob. V centru pozornosti policie se již po několik let nacházejí dopravní nehody na železničních přejezdech. Přes nevelký podíl na celkovém počtu šetřených dopravních nehod řadí policie dopravní nehody na železničních přejezdech k typově závažným dopravním nehodám, neboť při nich často dochází k závažným následkům na životech a zdraví účastníků. V tabulce 2 jsou uvedeny celkové počty všech dopravních nehod šetřených policií na železničních přejezdech v Moravskoslezském kraji v letech 2011-2014 a v tabulce 3 pak celkové počty následků na životech a zdraví u dopravních nehod při střetu s vlakem na železničních přejezdech v letech 2011-2014, které se udály na území Moravskoslezského kraje. Tab.2: Počet dopravních nehod na železničních přejezdech, včetně následků Počet dopravních nehod

Rozdíl +/-

Usmrceno

Těžce zraněno

Lehce zraněno

Alkohol

2011

42

-8

3

4

34

28

2012

30

-12

0

1

7

15

2013

50

20

2

7

13

36

2014

36

-14

1

0

11

23

3

V tabulce 2 jsou uvedeny všechny dopravní nehody, které se udály v prostoru železničního přejezdu, tedy např. i střet osobních vozidel z důvodu nedodržení bezpečné vzdálenosti apod. (pozn. autora). Tab.3: Počet dopravních nehod při srážce s vlakem, včetně následků Počet dopravních nehod

Rozdíl +/-

Usmrceno

Těžce zraněno

Lehce zraněno

Alkohol

2011

13

-14

3

3

32

8

2012

13

0

0

1

7

7

2013

22

+9

2

4

12

18

2014

20

-2

1

0

9

11

Z uvedených tabulek je sice zřejmé, že podíl na celkovém počtu dopravních nehod není v této kategorii signifikantní, nicméně míra společenské nebezpečnosti je v této kategorii významná. Zařazení uvedených dopravních nehod mezi typově závažné je zcela oprávněné, neboť jejich následky, a to zejména v oblasti počtu usmrcených osob, představují vždy téměř stoprocentní pravděpodobnost jejich vzniku při srážce s vlakem. V rámci Moravskoslezského kraje je evidováno celkem 776 železničních přejezdů a to včetně přejezdů na polních či lesních cestách. Z uvedeného počtu jich pak na pozemních komunikacích eviduje Správa železniční a dopravní cesty celkem 471. K nejčastějším střetům dochází na nechráněných železničních přejezdech (výstražný kříž a dopravní značka „Stůj, dej přednost v jízdě!“) a na železničních přejezdech s výstražným zabezpečovacím zařízením bez závor, které se nacházejí na pozemních komunikacích menšího významu (místní komunikace a silnice nižších tříd). Policie ČR proto úzce spolupracuje se Správou železniční dopravní cesty, správa Ostrava a s majetkovými správci pozemních komunikací (provádí revize železničních přejezdů, návrhy změn zabezpečení a dopravního značení apod.).

Obr.1: Příklad nezabezpečeného železničního přejezdu

4

2.1

Možnosti zmírnění následků typově závažných dopravních nehod

Na základě klasifikace možností prevence lze typovat oblasti s nevyužitým nebo málo využitým potenciálem. Klasifikaci prostředků preventivní dopravně bezpečnostní činnosti a dopravně bezpečnostní činnosti policie lze rozdělit : 

Administrativně právní prostředky – legislativní nástroje, kterými stát, v harmonizaci s právní úpravou EU a dalšími mezinárodními úmluvami, preventivně vytváří a vymezuje dopravní prostředí, ve kterém se za dohledu policie pohybují účastníci provozu na pozemních komunikacích. Legislativně byly nedávno upraveny například přísnější sankce za přestupky v dopravě, denní svícení motorových vozidel, bodový systém aj. (pozn. autora).



Výchovně vzdělávací prostředky – ovlivňují rozvoj právního vědomí občanů a směřují je k aktivní snaze znát a respektovat pravidla chování v provozu na pozemních komunikacích. Patří k nim například dopravní výchova, přednášky ve školách, výchovné a vzdělávací působení médií, preventivní dopravně bezpečnostní akce policie aj.



Taktické prostředky – zahrnují například dohled na provoz na pozemních komunikacích, dopravně bezpečnostní akce, řízení dopravy aj. V posledních letech jsou limitovány stávajícím materiálním a personálním vybavením policie.



Technické prostředky – zahrnují například zařízení na měření rychlosti jízdy, oblečení s reflexními prvky, prostředky pro sledování a záznam dopravně bezpečnostní situace, nové bezpečnostní technologie ve vozidlech, technický stav pozemních komunikací, dopravní značení, dopravní zařízení aj. (Pavlíček 2004).

Prostředky zahrnuté pod body b) až d) jsou průběžně využívány v rámci preventivní dopravně bezpečnostní činnosti policie, přičemž je kladen soustavný důraz zejména na využití prostředků taktických a některých prostředků technických (např. zařízení na měření rychlosti jízdy). 2.2

Dopravně technická opatření

Donedávna relativně opomíjenou oblastí byla část preventivních technických prostředků, jež lze označit jako dopravně technická opatření (zlepšení technického stavu komunikací, dopravního značení a dopravních zařízení). Dopravně technická opatření zvyšují aktivní i pasivní bezpečnost dopravního prostoru a jsou významným faktorem, který ovlivňuje vývoj dopravní nehodovosti (zejména následky nehod na životech a zdraví osob). Na základě vyhodnocení dlouhodobých statistických údajů bylo Ředitelstvím služby dopravní policie Policejního prezidia rozhodnuto, že policisté zařazení na dopravně inženýrském úseku dopravních inspektorátů budou od počátku roku 2010 provádět rekognoskaci míst všech dopravních nehod s usmrcením osob. Rekognoskace jsou zaměřeny na zjištění bezpečnostních deficitů, které mohly mít negativní vliv na příčinu nebo následek předmětné dopravní nehody. Zjištěné nedostatky a návrhy na úpravu dopravního prostoru zasílají majetkovým správcům pozemních komunikací k realizaci příslušných opatření. Výsledky rekognoskací jsou přirozeně využitelné při návrhu specifických dopravně technických opatření u popsaných typově závažných dopravních nehod. U těchto nehod jsou tato opatření velmi výhodná a žádoucí, neboť by z dlouhodobého hlediska mohla přispět k omezení jejich jinak velmi četných a závažných následků.

5

V rámci Krajského ředitelství policie Moravskoslezského kraje probíhají v pravidelných intervalech jednání se silničními správními úřady a majetkovými správci, na kterých se diskutují potenciální a realizovaná opatření. Ve složitějších případech se nechává zpracovat projektová dokumentace (Zlý et al. 2012). 2.3

Železniční přejezdy v Moravskoslezském kraji

Problematice železničních přejezdů je v Moravskoslezském kraji dlouhodobě věnována pozornost. Ve spolupráci se silničními správními úřady a Správou železniční a dopravní cesty pak dopravní policie, mimo standartní výkon služby zaměřený k této problematice, navrhuje na základě analýz statistických údajů o dopravní nehodovosti riziková místa, kterým je nutno věnovat pozornost a ve spolupráci s těmito složkami se spoluutváří návrhy na dopravně technická a preventivní opatření ke zmírnění následků. Vzhledem k již zmiňovanému množství železničních přejezdů, a to zejména na pozemních komunikacích vyššího významu, však tato problematika spadá spíše do dlouhodobých cílů, jejichž výsledek může být ověřitelný a měřitelný až v delším časovém úseku od jejich zavedení. V roce 2013 tak např. bylo na základě dohody mezi Správou železniční dopravní cesty, Krajským úřadem Moravskoslezského kraje, jakožto investorem, a Policií České republiky instalováno dohledové kamerové zařízení na vytipovaných železničních přejezdech. Jedná se o přejezdy v Karviné, Dolní Lutyni, Studénce a Suchdolu: 

P - 8290, na sil. II/475 v km 328,67 v Karviné



P - 6511, na sil. III/46812 v km 280,26 v Dolní Lutyni



P - 6496, na sil. III/04734 v km 3,93 v Suchdole n/Odrou



P - 6501, na sil. III/46427 v km 5,86 ve Studénce

Železniční přejezdy, které jsou osazeny kamerovým systémem umožňují jednak nepřetržité nahrávání přejezdů, a to ze všech směrů, tak také okamžitý přenos nahrávaných dat do mobilní techniky Policie ČR, která zde tak může provádět namátkově výkon služby a ihned řešit zjištěné protiprávní jednání. Součástí zařízení jsou tedy i notebooky, které umožnují skrytý monitoring zjištěných protiprávních jednání a následné řešení. Bohužel však i tato dopravně technická a preventivní opatření nedokážou zabránit hrubému porušování pravidel silničního provozu ze strany řidičů motorových vozidel, ale i ostatních účastníků silničního provozu. Nezřídka se dopravní policie na místě samém, ale i při vyhodnocování kamerových záznamů z těchto železničních přejezdů setkává s riskantním chováním účastníků silničního provozu, kteří ohrožují nejen sami sebe, ale i ostatní. Další z mnoha úprav se uskutečnila v roce 2014, kdy na podkladě analýzy dopravní nehodovosti a rovněž také na základě dopravně inženýrského posouzení místa křížení pozemní komunikace a železniční tratě z hlediska rozhledových podmínek došlo k úpravě vodorovného dopravního značení před železničními přejezdy v obci Štítina (na sil. č. II/467, III/4673). Pro rok 2015 pak je v plánu osazení těchto železničních přejezdů závorami.

6

Obr.2: Ukázka železničního přejezdu před realizací dopravně technických opatření Pro zajímavost bylo po dohodě se Správou železniční a dopravní cesty a Krajského úřadu Moravskoslezského kraje na tomto železničním přejezdu v období od 15. 7. do 5. 8. 2014 instalováno záznamové zařízení, které mimo noční dobu monitorovalo zmíněný přejezd. Za uvedené období bylo zjištěno porušení pravidel silničního provozu u 3 řidičů motocyklů, 40 řidičů vozidel (osobních i nákladních) a 76 cyklistů. Kazuistika: Datum a čas: pátek 29. 8. 2014 v 23:23 hod. Místo: místní komunikace v obci Čeladná (okr. Frýdek- Místek) Děj: 34letý řidič vozidla BMW 118 jedoucí ve směru do Čeladné nerespektoval výstrahu dvou červených střídavě přerušovaných světel signálu přejezdového zabezpečovacího zařízení a vjel na železniční přejezd, kde došlo ke střetu s osobním vlakem. Na upozornění policie byly na přejezdu doplněny výstražné návěstní desky a výstražná dopravní značka železniční přejezd bez závor (v rámci revitalizace trati Frýdlant n. O. – Valašské Meziříčí plánováno doplnění závor). Následek: 1x smrtelné zranění řidiče

Obr.3: Kazuistika dopravní nehody na železničním přejezdu na místní komunikaci v obci Čeladná (okr. Frýdek-Místek)

7

Obr.4: Kazuistika dopravní nehody na železničním přejezdu na místní komunikaci v obci Čeladná (okr. Frýdek-Místek) – výhledová situace z pohledu řidiče

4 ZÁVĚR Denně slyšíme z rozhlasu, vidíme v televizi nebo čteme v denním tisku, co se děje na našich silnicích. Počet dopravních nehod a jejich následky se stále nedaří výrazněji snížit. Málokdo si také dokáže představit obrovské socioekonomické ztráty způsobené nehodovostí v silničním provozu. Tyto skutečnosti svědčí o vysokém stupni společenské závažnosti této problematiky a nutnosti neodkladného řešení, a tím i rozpočtového posílení potřeb v oblasti bezpečnosti silničního provozu. Nehledě na to, že všechny tyto události výrazným způsobem narušují bezpečnost v dané lokalitě mimo zvýšené ekonomické ztráty. Na druhou stranu si uvědomme fakt, že pokud stát nezačne vynakládat zvýšené úsilí a potažmo zvýšené finanční krytí směřující ke zvyšování bezpečnosti, ale také plynulosti silničního provozu, pak v jiných kapitolách státních výdajů bude vynakládat nemalé finanční prostředky na krytí důsledků. Vždyť dle propočtů Centra dopravního výzkumu v Brně je vyčíslena hodnota lidského života dle posledních propočtů na bezmála 17 mil. Kč. Mezi typově závažné dopravní nehody řadí policie zcela oprávněně dopravní nehody na železničních přejezdech. Ve svém příspěvku jsem upozornil na závažnost této problematiky, neboť i přes neustálou snahu všech zainteresovaných složek ke zlepšování dopravního prostoru v místech křížení pozemní komunikace s železniční tratí dochází nadále ke střetům, zejména, vozidel s projíždějícím vlakem. Dopravně technická opatření (technický stav komunikací, dopravního značení a dopravního zařízení), jež skrývá významný potenciál ke zmírnění následků těchto nehod totiž neukázněného účastníka silničního provozu mnohdy neodradí. Zde je pak na místě zvážení legislativních opatření vedoucích k významnějším represivním postihům vůči těmto agresorům. Přestože přijatá opatření prozatím nevykazují statisticky signifikantní efekt, je vhodné je realizovat dlouhodobě. Lze předpokládat, že vzhledem k potřebnému času, který obvykle uplyne mezi rekognoskací a realizací projektu (řada měsíců až léta), statisticky významný efekt nelze reálně očekávat bezprostředně, ale až po uplynutí delší doby a realizaci většího počtu projektů. V zájmu zvýšení statistické účinnosti přijatých opatření by bylo možné uvažovat o rozšíření rekognoskací na dopravní nehody s méně závažnými následky na zdraví (mohlo by se jednat například o dopravní nehody s těžkým zraněním dvou a více osob) a následně pak na těchto místech přijímat vhodná opatření k vytváření bezpečného dopravního prostoru.

8

Tato opatření jsou plně v souladu s Evropským plánem bezpečnosti silničního provozu, který byl zveřejněn v roce 2010 v dokumentu Sdělení Komise Evropskému parlamentu, Radě, Evropskému a sociálnímu výboru a Výboru regionů: „Směrem k evropskému prostoru bezpečnosti silničního provozu: směry politiky v oblasti bezpečnosti silničního provozu v letech 2011 – 2020“, COM(2010) 389 final. Mezi priority zde bylo zařazeno zvýšení bezpečnosti zranitelných účastníků silničního provozu (v našem případě chodců). V dokumentu bylo stanoveno sedm cílů, mezi nimiž je též „bezpečnější silniční infrastruktura“. Zlepšení silniční infrastruktury vyžaduje různá dopravně technická opatření, jež mohou být iniciována též na základě již realizovaných rekognoskací míst závažných dopravních nehod (Sdělení Komise 2010).

[1] [2]

[3]

LITERATURA PAVLÍČEK, K. & KOPECKÝ, Z. Dopravně bezpečnostní činnost. 1. Vydání. Praha : POLICE HISTORY, 2004. s. 163-171. ISBN 80-86477-24-X. ZLÝ, J. & TICHÝ, M. & KOVAŘČÍK, V. Preventivní opatření ke zmírnění následků některých typově závažných dopravních nehod. Sborník příspěvků z mezinárodní konference. 2012, Jihlava. s. 149-164. ISBN 978-80-260-3621-0. Sdělení Komise Evropskému parlamentu, Radě, Evropskému a sociálnímu výboru a Výboru regionů: „Směrem k evropskému prostoru bezpečnosti silničního provozu: směry politiky v oblasti bezpečnosti silničního provozu v letech 2011 – 2020“, COM(2010) 389 final.

9

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí, Vysoké Mýto

Jiří Vendel BEZSTYKOVÁ KOLEJ NA MOSTECH S VELKÝMI DILATAČNÍMI DÉLKAMI CONTINUOUS WELDED RAIL ON THE BRIDGES WITH BIG EXPANSION LENGHT Abstrakt Při překročení nejvýše přípustných dilatačních délek mostních konstrukcí s bezstykovou kolejí, daných tuzemskými předpisy, by měla být do koleje vložena kolejnicová dilatační zařízení. V některých případech jsou však vynechána, přesto tyto soustavy nevykazují vážnější poruchy. Na základě dlouhodobého sledování je cílem tohoto příspěvku objasnit, kde hledat rezervy při snaze o zvětšování dilatačních délek konstrukcí s bezstykovou kolejí nad doporučené hodnoty při vyloučení dilatačních zařízení, která jsou nežádoucí z hlediska komfortu jízdy a nákladů na údržbu. Klíčová slova Dilatační délka mostní konstrukce, kolejnicová dilatační zařízení, bezstyková kolej. Abstract At the exceeding of biggest permitted expansion length of bridges constructions with continuous welded rail, given by national normative prescriptions, rail expansion switches could be inserted into rail. Nevertheless in some cases left these out, yet these systems still works without faults. On the base of long term monitoring, aim of the contribution is clarify, where find reserves in process of enlargement expansion length of the bridges constructions with continuous welded rail over permitted expansion length without expansion switches, which are undesired from point of view of running comfort and maintenance costs. Keywords Expansion length of bridge constructions, rail expansion switches, continuous welded rail.

1 ÚVOD Z důvodu snížení dynamické odezvy od kolejové dopravy projíždějící přes železniční mosty je na tuzemských tratích vyloučeno umísťování kolejnicových styků přímo na most. Při velkých rozpětích mostů však vznikají především vlivem teplotních účinků na kolejnice a mostní konstrukci velká tahová či tlaková napětí v průběžné bezstykové koleji, zvláště v oblasti pohyblivého ložiska. Z těchto důvodů bylo již dříve provedeno několik experimentálních měření a položen teoretický základ prof. Frýbou, který vedl ke stanovení nejvýše přípustných dilatačních délek mostních konstrukcí s bezstykovou kolejí. Tyto délky byly poté seřazeny do tabulky a zavedeny do našich drážních předpisů. V průběhu let byly několikrát mírně pozměněny, ale nyní se ukazuje, že i konstrukce s výrazně větší dilatační délkou než je přípustné pro bezstykovou kolej, se na provozovaných tratích vyskytují bez větších poruch. Základem tohoto článku jsou nová zjištění z provedených dlouhodobých geodetických měření na mostních konstrukcích s bezstykovou kolejí, které svou dilatační délkou výrazněji překračují stanovené meze. Pozorování v současnosti probíhají na pěti mostech různé konstrukce s rozdílným typem železničního svršku. Aby bylo možné vyhodnotit naměřená data, bylo potřeba sestavit teoretický model daných soustav a zjištěné hodnoty posunutí mostu a bezstykové koleje na těchto modelech testovat.

10

2 ZÁKLADNÍ TEORIE 2.1 Přístup podle předpisu SŽDC S3 (teorie prof. Frýby) V případě sestavení teoretického matematického modelu po zavedení několika fyzikálních zákonitostí a zjednodušujících předpokladů dospějeme k základní diferenciální rovnici podélného namáhání prutu:

 EAu "  ku  0 kde: E A u k

(1)

modul pružnosti [N.m-2], průřezová plocha mostní konstrukce [m2], vodorovné podélné posunutí prutu [m2] a součinitel vodorovného pružného uložení kolejnic [N.m-2]. Každou sestavu mostní konstrukce a bezstykové koleje lze tedy řešit soustavou jednotlivých prutů. Nejjednodušší případem je prostý nebo spojitý mostní nosník s pevným ložiskem na jedné straně (viz Obr.1). – – – –

Obr.1: Schéma prostého mostního nosníku s bezstykovou kolejí Pro základní případ z Obr.1 lze potom zapsat diferenciální rovnice pro jednotlivé pruty označené čísly i = 1,2,3,4:

 Ei Ai ui  k i ui  0, "

i  1,3,

(2)

 E2 A2 u 2  k 2 (u 2  u 4 )  0,

(3)

 E4 A4 u 4  k 4 (u 4  u 2 )  0,

(4)

"

"

a síly v prutech se vypočtou podle:

N i  Ei Ai (u i   i t i ). '

(5)

kde: α

– součinitel tepelné roztažnosti [°C-1],

– je rozdíl současné teploty prutu a jeho výchozí teploty [°C]. Této soustavě diferenciálních rovnic je poté potřeba předepsat okrajové podmínky, pomocí kterých se následně vypočtou jednotlivá posunutí a síly v prutech z obecného řešení soustavy diferenciálních rovnic. [1] Δt

2.2 Přístup podle ČSN EN 1991-2 Při stanovení obecně velmi komplikovaného vztahu mezi odporem kolejnic a posuvem, který vyjadřuje tuhost spojení kolejnic a mostu ve vodorovném podélném směru, bylo potřeba zavést jisté zjednodušení ve skutečnosti nelineární závislosti těchto dvou veličin. Tato závislost se má dle ČSN EN 1991-2 uvažovat jako bilineární (viz Obr.2). Jedná se o rozhodující faktor, který zásadním způsobem ovlivňuje vzájemné spolupůsobení bezstykové koleje a mostu.

11

Obr.2: Podélný smykový odpor koleje V případě vyšetřování kapacity dovolených napětí kolejnic od teplotního zatížení (bez zatížení dopravou) se má dle ČSN EN 1991-2 [2] předpokládat průběh podélného smykového odporu na mostech s kolejovým ložem právě podle Obr.2 (červené části). Jak ukazuje průběh grafu, při dosažení podélné smykové síly 20 kN, která je vyvolána teplotními změnami v mostní konstrukci a při podélném posunutí v uzlu upevnění 2 mm, dochází k plastickému chování a odpor koleje dále neroste, i když se zvyšuje silové působení vyvolané změnou teplot. Tímto způsobem je pro potřeby projektantů zjednodušeno skutečné chování bezstykové koleje na mostě (viz Obr.2 - černá křivka) zatížené teplotními změnami nebo kolejovou dopravou. V případě, že je soustava zatížena pouze teplotními změnami mluvíme o nezatížené koleji, pokud se na mostě uvažuje kolejová doprava, hovoří se o koleji jako o zatížené. Pro nezatíženou kolej se hodnoto smykové síly má uvažovat v rozmezí od 20 kN do 40 kN. Hodnot na spodní hranici tohoto rozmezí se zpravidla užívá pro kolej ve štěrkovém loži, hodnoty na horní hranici pak pro kolej bez štěrkového lože, tj. pro přímo pojížděnou mostovku nebo pro mosty s mostnicemi. Jak bude prokázáno dále, pomocí experimentálních měření bylo zjištěno, že dané rozmezí nemusí být vždy dostatečné pro popis chování libovolné mostní konstrukce. Jde hlavně o spodní hranici tohoto rozmezí, kde podle experimentálních měření provedených přímo na provozovaných mostech může být ve skutečnosti ještě nižší. Z pohledu projektanta je tato skutečnost velmi příznivá z prostého důvodu. Čím nižší totiž bude míra spolupůsobení bezstykové koleje a mostu, tím nižší budou výsledná napětí v kolejnicích při zatížení teplotními změnami. Jinými slovy, pokud by při posuzování celého systému z pohledu ČSN EN 1991-2 [2] systém nevyhověl z hlediska překročení dovoleného namáhání kolejnic, pak při nižších hodnotách podélného smykového odporu vyhovět může, což by mohlo znamenat návrh mostní konstrukce s větší dilatační délkou.

3 EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ Ve spolupráci se SŽDC a ČVUT v Praze je v současné době sledováno pět mostů s bezstykovou kolejí v různých částech České republiky pomocí podrobných geodetických měření. Za účelem získání podkladů pro zobecnění a možnosti předpovědi chování podobných systémů, byly záměrně vybrány mostní objekty s odlišnou skladbou železničního svršku a typu konstrukce. Výběr byl zaměřen především na mosty, které svou dilatační délkou přesahují nejvýše přípustné dilatační délky s bezstykovou kolejí podle [3]. Toto kritérium splňují téměř všechny soustavy (kromě mostu v Sánech).

12

Pro potřeby stanovení míry spolupůsobení bezstykové koleje a mostu byly geodeticky sledovány následující veličiny:  podélné posunutí kolejnicových pásů,  podélné posunutí mostní konstrukce,  vzájemné podélné posunutí koleje a mostní konstrukce,  podélná dilatace mostní konstrukce,  teplota mostní konstrukce,  teplota kolejnicových pásů.

3.1 Způsob měření sledovaných veličin Každá ze sledovaných soustav byla v úvodní fázi zaměřena ve své výchozí poloze. Tzn., že se geodeticky zaměřily kolejnicové pásy a mostní konstrukce, na kterých byly vyznačeny trvalé značky pro opakované zaměření. V této fázi byly zaznamenány teploty mostní konstrukce i bezstykové koleje a pro všechna další měření byla tato fáze označena za výchozí etapu, s kterou se srovnávala všechna ostatní měření. Neboli každá změna polohy vyznačených bodů, k níž dochází při každé změně teploty od teplot zjištěných ve výchozí etapě, znamená hledaný posun jednotlivých bodů. Jak už bylo řečeno, jedná se o dlouhodobá sledování s odstupem jednotlivých etap měření 2-3 měsíce.

3.2 Stanovení neznámých veličin Aby bylo možné zahájit vyhodnocování a porovnávání naměřených hodnot z terénu s výpočetním modelem, bylo zapotřebí stanovit neznámé hodnoty následujících veličin, které nejdou zjistit pouhým sledováním a měřením:  teplota kolejnicových pásů v době zřizování bezstykové koleje,  teplota mostní konstrukce v době zřizování bezstykové koleje,  tuhost podpory s pevnými ložisky v podélném směru. Nastavení teploty kolejnicových pásů nečiní větší potíže, protože dle předpisu [3] lze bezstykovou kolej zřídit pouze v rozmezí upínacích teplot 17-23°C. Pro potřeby vyhodnocování byl zvolen střed upínacích teplot, tj. 20°C. V případě, že není známa výchozí teplota mostní konstrukce v době zřizování bezstykové koleje, norma [2] doporučuje uvažovat hodnotu 10°C, která byla také použita. Tuhost podpory s pevnými ložisky je však velkou neznámou a nelze ji zdaleka tak jednoduše nastavit jako předchozí. Hodnota tuhosti podpory je pro potřeby výpočetního modelu stanovena na základě vyhodnocení 2-3 sad geodetických měření, na nichž lze pozorovat skutečný pohyb mostní konstrukce. V případě, že se výrazně nemění poloha zaměřovaného bodu mostní konstrukce nad pevným ložiskem vlivem změny teplot, lze považovat podporu za velmi tuhou a nemá tudíž vliv na celková posunutí konstrukce i koleje. V opačném případě je nutno hodnotu tuhosti podpory upravit dle skutečného chování celého systému. Pro tuto úpravu lze dát stěží všeobecná doporučení v případě stávajících systémů. V průběhu projektování je to však nedílná součást posouzení a je třeba vždy hledat a navrhnout vhodnou míru tuhosti podpor, která rovněž rozhodujícím způsobem ovlivňuje stav napjatosti bezstykové koleje na mostě.

4 VYHODNOCENÍ A POROVNÁNÍ SKUTEČNÉHO CHOVÁNÍ MOSTŮ S BEZSTYKOVOU KOLEJÍ NA MOSTĚ S TEORETICKÝMI PŘEDPOKLADY Pro každý případ spolupůsobícího systému bylo zapotřebí sestavit výpočetní model, na kterém se dále porovnávaly a vyhodnocovaly jednotlivé etapy měření. Základní schéma modelu, využívaného při výpočetní analýze sestaveného metodou konečných prvků, je znázorněno na Obr.3. Tento model, kromě jiného, umožňuje zadávat podélný plastický smykový odpor koleje tak, jak to požadují ustanovení normy [2], tzn. formou bilineární závislosti podélné smykové síly a podélného posunutí (viz Obr.2).

13

Obr.3: Základní schéma výpočetního modelu Princip hledání podélného plastického smykového odporu koleje na jednotlivých mostech spočívá v porovnávání naměřených dat s teoretickými předpoklady. Po každé etapě geodetických měření jsou naměřená posunutí porovnávána s posunutími zjištěnými na výpočetním modelu (viz Obr.4). Do tohoto modelu je zadávána taková hodnota podélného plastického smykového odporu koleje, aby co nejlépe vystihovala skutečný průběh posunutí koleje a mostu v reálném prostředí.

Obr.1: Ukázka porovnání naměřených a vypočtených podélných posunutí kolejnicových pásů a mostu při optimální hodnotě podélného plastického smykového odporu koleje S každou další etapou jsou tyto hodnoty zpřesňovány a výsledná hodnota odpovídá té, která nejlépe vystihne skutečné chování spolupůsobícího systému pro všechny etapy geodetických měření. Vzhledem k tomu, že většina naplánovaných měření již byla provedena, lze říci, že hodnoty z následující tabulky jsou již velmi blízko hodnotám, které budou výstupem tohoto výzkumu. Tab.1: Výsledné hodnoty podélného smykového odporu a porovnání s doporučením normy [2] Most

Uložení kolejnic

Podélná smykový odpor naměřený [kN/m koleje]

Podélný smykový odpor doporučený [kN/m koleje]

Zábřeh na Moravě

Mostnice / plošně uložené

20

40

Sány

Mostnice / centricky uložené

5

40

Břeclav

Kolejové lože

20

20

Sedlejovice

Přímo pojížděná mostovka

40

40

Klášterec nad Ohří

Kolejové lože

10

20

14

Z výše uvedené tabulky vyplývají překvapivá zjištění v oblasti plastického smykového odporu koleje. Pokud pomineme výsledky z mostu v Zábřehu na Moravě, kde je v současnosti zkoumán vliv vůle v pevném ložisku, zjistíme, že další dva mosty, v Sánech a Klášterci nad Ohří, se značně vymykají normovým doporučením. U mostu Sánech je to dáno jednoznačně tím, že je zde použito centrického uložení mostnic. Jedná se o konstrukci, která významnou měrou snižuje podélný odpor koleje a jak je vidět v tabulce 1, naměřený podélný odpor koleje se mnohonásobně vymyká doporučeným normovým hodnotám. Zde je možné hledat příčinu toho, že mosty s dilatační délkou větší než jsou přípustné, můžou fungovat i při překročení daných mezí. Na mostě v Klášterci bylo rovněž zjištěno výrazně nižší spolupůsobení mostu a bezstykové koleje, než by mělo být při návrhu takového systému uvažováno. Zde se pravá příčina zatím hledá, ale výsledná hodnota zjištěného podélného odporu dává naději, že i mosty s kolejovým ložem by se mohly za jistých okolností navrhovat s většími dilatačními délkami, než je běžné. Zbylé dva mosty v Břeclavi a v Sedlejovicích potvrdily normové předpoklady. Zejména u mostu v Břeclavi, vzhledem k podobnému konstrukčnímu systému a téměř totožnému železničnímu svršku s mostem v Klášterci, bude zajímavé hledat příčinu značně odlišné míry spolupůsobení koleje a mostu.

5 ZÁVĚR Z provedených výpočtů je zřejmé, že normová doporučení nemusí mít vždy obecnou platnost. Pokud je výpočtem prokázána snížená hodnota podélného odporu koleje proti posunutí, dá se jednoduše dokázat nižší rozsah spolupůsobení mezi kolejí a mostem. Je dobré podotknout, že doporučení pro hodnotu plastického smykového odporu koleje daná normou pro navrhování mostních konstrukcí zatížených dopravou, vůbec neuvažují se systémy upevnění kolejnic, které výrazně snižují míru spolupůsobení mostu a koleje. To je žádoucí právě v případě mostů s velkými dilatačními délkami, kdy se při kompletní analýze s obavami sleduje každý přírůstek napětí v tažené nebo tlačené oblasti koleje od ostatních zatížení. Z učiněných pozorování lze s jistou mírou opatrnosti potvrdit domněnku, že některé typy mostních konstrukcí by mohly mít větší dilatační délku než připouští předpisy SŽDC, protože pohyb koleje je méně závislý na pohybu mostní konstrukce, než se původně předpokládalo. PODĚKOVÁNÍ Článek byl vytvořen s podporou projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I“.

[1] [2] [3]

LITERATURA FRÝBA, L. Dynamika železničních mostů. 1. vyd. Praha: Academia, 1992. 328 s. ISBN 80200-0262-6 ČSN EN 1991-2 (73 6203) Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 2: Zatížení mostů dopravou. Praha: Český normalizační institut, 2005. 152 s. Předpis SŽDC S3 Železniční svršek

15

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí, Vysoké Mýto

Pavel FIALA1 POVRCHOVÁ STABILIZACE KOLEJOVÉHO LOŽE SE SIGNÁLNÍ ÚPRAVOU V MÍSTECH NEDOVOLENÉHO PŘECHÁZENÍ CHODCŮ PŘES ŽELEZNIČNÍ TRAŤ CONTRIBUTION TITLE IN ENGLISH Abstrakt Příspěvek je zaměřen na problematiku nedovoleného přecházení chodců přes železniční trať a tím spojené problémy s polohou GPK a bezpečností železniční dopravy. Dále je v příspěvku prezentován zkušební úsek, kde bylo provedeno povrchové stmelení kolejového lože jako stabilizace proti sesouvaní kolejového lože v místech nedovoleného přecházení chodců přes železniční trať č. 270 v úseku Grygov - Olomouc km 204,080 a Olomouc - Štěpánov km 81,350. Klíčová slova Stmelení kolejového lože, nedovolené přecházení, bezpečnost a poloha GPK Abstract The contribution is focuses with issue of illegal crossing by pedestrians at the railway line and the related safety issues and the position of track geometry. Next in this contribution is presented test area of cement ballast for anti-sliding ballast in places of illegal pedestrian crossing over the railway line in the section Grygov-Olomouc km 204.080 and Olomouc - Stepanov 81,350 km on the railway line SŽDC no. 270 Keywords Cementing Ballast, illegal crossing, security and position of track geometry

1 ÚVOD Zajištění bezpečnosti provozu a dodržení dovolených odchylek GPK jsou jedny z nejnáročnějších úkolů správce železniční dopravní cesty. Jeden z aktuálních problémů, kterému je věnován tento příspěvek, je nedovolené přecházení chodců přes železniční trať. I přes velmi vysoký počet zabezpečených křížení železničních tratí s pozemními komunikacemi se jako správce setkáváme s místy, kde především chodci nedovoleně vstupují do železniční tratě a svým nedovoleným přecházením ohrožují především svoji bezpečnost a bezpečnost a plynulost železniční dopravy. S tímto nedovoleným přecházením se ve velmi časté míře vyskytuje problém pro vlastního správce a to v podobě závady v podélné výšce koleje. Tento problém je zapříčiněn právě chodci, kteří při překonání sklonu tvaru kolejového lože svým pohybem sesouvají zrna štěrku z mezipražcových prostorů a vytváří tak následnou výškovou závadu v traťové koleji.

1

Ing. Pavel Fiala, Katedra konstrukcí, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava - Poruba, tel.: (+420) 725 556 963, e-mail: [email protected].

16

2 POPIS A PŘÍČINY ZÁVAD V PODÉLNÉ VÝŠCE KOLEJE V MÍSTECH NEDOVOLENÉHO PŘECHÁZENÍ Jak již bylo zmíněno v úvodu, mimo bezpečnosti a plynulosti železniční dopravy, nastává problém pro samotného správce v tzv. podélné výšce koleje, která je v místech nedovoleného přecházení chodců díky sesouvání kolejového lože narušena, a vzniká lokální závada v podélné výšce koleje, kvůli které musí být následně zavedena v tomto úseku pomalá jízda. I přes včasný zásah a opravu této závady v místech, kde chodci nedovoleně přechází železniční trať, se v krátkém časovém intervalu problém opakuje. Znázornění samotného chybějícího kolejového lože v mezipražcových prostorech je uveden na obrázku.

Obr. 1: Místo nedovoleného přecházení chodců a následná lokální závada v podélné výšce koleje z důvodu chybějícího kolejového lože. Snaha správce zabránit chodcům vstup na železniční těleso v daných místech pomocí betonových panelových bloků, výstražných tabulí se zákazem vstupu, oplocení daných míst či případné hlídkování strážníků policie přinesla vždy pouze krátkodobý pozitivní efekt. V krátkém časovém období byly betonové panelové bloky rozebrány, tabule se zákazem vstupu odcizeny a drátěný plot v místech vstupu na železniční těleso narušen. Občasné hlídkování policie nepřineslo žádoucí efekt z důvodu viditelnosti strážníků v daném místě. V případě viditelnosti strážníků chodci dané místo obešli v lepším případě přes blízký železniční přejezd, v druhém případě na jiném místě o 100-150 m dále, kde je taktéž přecházení přes železniční trať zakázáno.

3 TECHNOLOGIE POVRCHOVÉ STABILIZACE KOLEJOVÉHO LOŽE PRO ZAMEZENÍ JEHO SESOUVÁNÍ V MÍSTECH NEDOVOLENÉHO PŘECHÁZENÍ Pro omezení či úplné zamezení opakujících se závad v podélné výšce byla k použití navržena technologie povrchového stmelení kolejového lože polyuretanovou nebo epoxidovou pryskyřicí, která je vnesena na kontaktní hrany jednotlivých zrn a po vytvrzení zajistí jeho stálou polohu. Tato

17

technologie byla již ověřena u vjezdových částí Vítkovických tunelů na pražském Novém spojení a zajišťuje případný bezpečnější přístup pro složky IZS. V předmětných místech bylo po konzultaci se správcem daných lokalit navrženo řešení povrchové stabilizace kolejového lože pro zamezení sesouvání štěrku pryskyřicí se signální úpravou v podobě červeného barevného odstínu, který má za úkol zvýšit povědomí případných chodců o nebezpečnosti dané lokality i za snížené viditelnosti.

Obr. 2: Zbarvení pryskyřice odstínem červené barvy a příprava pro nástřik na kolejové lože. Daný pigmentový odstín byl přimíchán při aplikaci do pryskyřice a následně vnesen na štěrková zrna kolejového lože. Za pomocí vysokotlaké pumpy byla dne 19. 5. 2015 vnesena pryskyřice na povrch kolejového lože na trati SŽDC č. 270 v lokalitách Olomouc – Grygov km 204,080 a Olomouc – Štěpánov km 81,350

Obr. 3: Vnášení pryskyřice povrchovým postřikem na zrna kolejového lože

18

Obr. 4: Výsledná povrchová stabilizace zrn kolejového lože se signální úpravou na trati č. 270 v úseku Olomouc – Grygov, km 204,080

Obr. 5: Výsledná povrchová stabilizace zrn kolejového lože se signální úpravou na trati č. 270 v úseku Olomouc – Štěpánov, km 81,350

19

3.1 Omezující parametry při aplikaci technologie povrchové stabilizace štěrkového lože Vzhledem k tomu, že se jedná o postřik na horní vrstvu zrn kolejového lože v tekutém stavu, není vhodné tuto technologii aplikovat za silného deště, jelikož by došlo k promísení aplikační látky s dešťovou vodou a nebylo by dosaženo cíleného účinku a samotného stmelení. Dalším jevícím se možným omezením byly obavy ze změny barevného odstínu kolejového lože a případnému negativnímu vlivu při výkonu práce strojvedoucích. V souvislosti s touto obavou byla povrchovou stabilizací se signální úpravou opatřena pouze vnější místa svahu kolejového lože dle následujícího schématu.

Obr. 6: Výsledná povrchová stabilizace zrn kolejového lože se signální úpravou Po 6měsíčním provozu v předmětných místech byli strojvedoucí, kteří v daných úsecích nejčastěji vykonávají jízdu dotázáni, zdali tato signální úprava kolejového lože negativně neovlivňuje jejich výkon práce. V naprosté většině byla tato aplikace povrchové úpravy kolejového lože se signální úpravou strojvedoucími schválena a jevící se omezení bylo vyvráceno.

4 OBECNÝ POPIS TECHNOLOGIE KOLEJOVÉHO LOŽE

POVRCHOVÉ

STABILIZACE

Povrchovým lepením kolejového lože pomocí polyuretanové nebo epoxydové pryskyřice se zamezuje uvolnění materiálu z jeho povrchu. Cílem není zlepšení mechanických vlastností kolejového lože, tedy zahrnutí lepené struktury do přenosu zatížení. Při povrchovém lepení se prolepuje pouze horní vrstva kolejového lože v tloušťkách cca 100– 200 mm s cílem zamezit odpadávání a sesouvání zrn kolejového lože. Schématické znázornění stmelení kolejových zrn v kolejovém loži je znázorněno na následujícím schématu.

20

Obr. 7: Kolejové lože je slepeno pouze na kontaktních hranách zrn, nezamezuje tedy odtoku srážkové vody

5 ZÁVĚR V minulosti bylo nutné v časovém horizontu 6 měsíců minimálně jednoho zásahu pracovní čety, kdy bylo provedeno doštěrkování předmětných míst a podbití lokálního úseku se závadou v podélné výšce. Po povrchové stabilizaci zrn kolejového lože, která proběhla 19. 5. 2015, nebyly v popsaných lokalitách žádné zásahy zapotřebí. Povrchová stabilizace zrn kolejového lože, která má za cíl trvale zajistit předepsaný profil kolejového lože a zamezit jeho sesouvání při pochozím zatížení byla účinná, a do dnešního dne ve zmíněných lokalitách zamezila původnímu problému, tj. lokální závadě v podélné výšce. PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu provozního oddělení I OŘ Olomouc za spolupráci při řešení tohoto problému a za důvěru ve zkoušení nových technologií, které přes svou počáteční investici vzbuzují obavy, avšak v celkové míře životnosti a účinnosti nesou pozitivní přínos z ekonomického i technického hlediska.

[1] [2]

LITERATURA Předpis SŽDC S3 Železniční svršek, SŽDC 2011. Interní materiály SŽDC, s. o.

21

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí, Vysoké Mýto

Matúš ŠUCHA1 PROČ SE V DOPRAVĚ CHOVÁME TAK, JAK SE CHOVÁME WHY DO WE BEHAVE THE WAY WE BEHAVE IN TRAFFIC Abstrakt Dobře známým faktem je, že za a) člověk je řídícím prvkem v dopravním systému (se zdokonalováním dopravní infrastruktury a vozidel se tato výsada člověka snižuje, nicméně do zavedení a vysoké penetrace plně automatických vozidel se to nejspíš nezmění), a za b), že člověk je rozhodujícím prvkem při vzniku kolizí ve více než 90% případů (toto se taky patrně nezmění, dokud bude platit za a)). Z uvedeného pohledu by se jevilo logické, že dopravní infrastruktura a design vozidel budou podřízeny potřebám a preferencím člověka. V mnoha případech – dovolím si tvrdit ve většině – tomu tak není. V předkládaném příspěvku autor představí základní východiska při predikci lidského chování (se zaměřením na řidiče), jinak řečeno, co způsobuje to, že se v dopravě chováme tak, jak se chováme. Co jsou základní faktory, které ovlivňují chování řidičů a jak je možné je ovlivnit tak, abychom dosáhli jednání žádoucího. Dále pak se bude věnovat zejména problematice infrastruktury, která je v souladu s potřebami řidičů. Ilustrovány budou konkrétní psychologické principy, podle kterých by plánování a realizace dopravní infrastruktury mělo být uzpůsobeno tak, abychom dosáhli žádoucího chování řidičů a dalších účastníků dopravního provozu. Klíčová slova dopravní psychologie, lidský faktor v dopravě, bezpečnost silničního provozu, dopravní infrastruktura Abstract It is a well-known fact that a) a human is the leading element in the traffic system (with the improvement of traffic infrastructure and vehicles, this human privilege decreases, but until the implementation and high penetration of fully automatic vehicles it will probably not change), and b) a human is the crucial element in collision emergence in more than 90 % of all cases (this, probably, will not change as well, as long as condition a) is valid). From this point of view it seems logical that the traffic infrastructure and vehicle design will conform to the need of men. In many cases – I would say in most of them – it does not. In this paper, the basis for human behavior prediction (with special focus on drivers) is presented, i.e. why do we behave in traffic the way we do. What are the primary factors that influence the behavior of drivers and how can we affect them so that we achieve the desired behavior. It further discusses the topic of infrastructure that corresponds with the drivers’ needs. Concrete psychological principles are illustrated, according to which the planning and realization of traffic infrastructure should be designed so that the desired behavior of drivers and other traffic participants is achieved. Keywords traffic psychology, human factor in traffic, road traffic safety, traffic infrastructure

1

PhDr. Matúš Šucha, PhD., Katedra psychologie, Filozofická fakulta, Univerzita Palackého v Olomouci, Křížkovského 10, 771 80 Olomouc, tel.: (+420) 585 633 502, e-mail: [email protected].

22

1 ÚVOD Desítky tisíc mrtvých a další stovky tisíc zraněných na evropských silnicích každým rokem jsou celospolečenským problémem obrovských a bohužel stále narůstajících rozměrů. Nejde v žádném případě o nutnou daň za naši svobodnou mobilitu, ale o skutečnou tragédii, která se každodenně odehrává před našima očima. Klademe si otázku, proč tomu tak je a co můžeme udělat jinak? Jak máme naplnit Vizi Nula, pro kterou je umírání na silnicích nepřijatelné? Bezpečnější vozidla, lepší infrastruktura, kontrola dodržování pravidel, přísnější sankce, výchova a vzdělávání řidičů, respekt k právu? Každé opatření, kterým se snažíme přispět k větší bezpečnosti na evropských silnicích, v sobě skrývá psychologický aspekt. Jsem přesvědčen, že pokud budeme chtít, aby naše snaha byla skutečně úspěšná a přijímaná opatření účinná, musíme k faktoru lidského chování a jeho dopadu přistupovat se vší vážností.

2 VLIV DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY NA CHOVÁNÍ ČLOVĚKA Je nepochybné, že infrastruktura ovlivňuje chování účastníků silničního provozu. Problém spočívá v jednotlivých detailech formy, kterou tento vliv na chování nabývá. Infrastruktura skýtá určité limity a někdy může ve vztahu k bezpečnému chování v dopravě působit i negativně: např. dodržování velmi nízkého rychlostního limitu na málo frekventované rovné a široké silnici lze jen obtížně očekávat zrovna tak, jako chodci budou přecházet na červenou, pokud v blízkosti není žádné vozidlo a čekací intervaly jsou dlouhé. Orgány zodpovědné za správu pozemních komunikací možná znají důvody nezbytných regulačních opatření, ale účastníci silničního provozu jim nemusí vždy rozumět. Proto je třeba usilovat o rozumná konstrukční řešení silničního prostředí, protože infrastruktura neustále ovlivňuje chování účastníků silničního provozu: široké a rovné silnice vybízejí k vyšším rychlostem, implikují (psychologicky) přednost na křižovatkách a oslabují periferní vidění objektů v bezprostředním okolí, neboť fokální pozornost řidiče směřuje do prostoru před ním. Na chování v dopravě může mít negativní dopad např. ideálně rovný povrch vozovky (Theeuwes et al. 2012; Methorst et al.2010 a mnoho dalších). V souvislosti se skutečností, že nás ovlivňuje prostředí a okolí, není bez zajímavosti úvaha, že se necítíme být ohroženi rychlostí v horizontálním směru stejným (a přirozeným) způsobem, jako je tomu u rizika vyplývajícího z gravitační síly ve svislém směru, přestože ta může mít v určitých situacích také smrtelné následky. Infrastruktura může mít na řidiče vliv do té míry, že u něj dojde k podcenění rizika na základě dojmu vyvolaného konstrukčním řešením silnice (hladký a čistý silniční svršek, rovná a široká vozovka, žádné stromy podél krajnice apod.). Infrastrukturní opatření ke zvýšení bezpečnosti by mohla sestávat z prvků podporujících komunikaci (viz, např., Falk et al. 2003; Gunnarsson 2001), opatření, jež vedou k omezení rychlosti, zejména v místech, kde nutně dochází k interakci mezi jednotlivými účastníky silničního provozu, úprav upozorňujících na pravidla silničního provozu (např. úsekové měření rychlosti) apod. V rámci diskuse o infrastruktuře vyvstávají tyto důležité otázky: jaký druh podpory infrastruktura nabízí pro využití různých módů dopravy? Jak infrastruktura podporuje vztahy mezi různými účastníky silničního provozu a jaké komunikační procesy infrastruktura podporuje? Chování ovlivňují jak dojmy, tak fyzická realita. Například rána do podvozku vozidla, která následuje, přejedeme-li zpomalovací práh příliš velkou rychlostí, působí jako negativní podmíněné posílení (”trest”). Byť se jedná o velice účinný prvek, infrastruktura může také ovlivňovat chování řidiče způsobem, který má za následek podcenění rizik. „Po silnici, která vypadá jako dálnice, se bude jezdit jako po dálnici“, a to i přesto, že například povede kolem školy. Infrastrukturní koncepty založené na vlivu infrastruktury jsou:  samovysvětlující komunikace,  opatření na zklidňování dopravy,  sdílený prostor.

23

To vše je charakterizováno snahou formovat chování účastníků silničního provozu pomocí konstrukčně-technického řešení komunikací a okolního prostoru, jakož i dalších podpůrných opatření (informací apod.). Činnosti zaměřené na zklidňování dopravy byly „vynalezeny“ v hustě obydlených oblastech za účelem zklidnění dopravy v těchto lokalitách. Záměrem nebylo zklidnit dopravu obecně, ale provoz motorových vozidel. Stále častěji totiž docházelo k tomu, že motorizovaná doprava postupně narušovala všechny další funkce, které by komunikace v městských lokalitách měly rovněž plnit. V zájmu podpory těchto dalších funkcí je nutné v prvé řadě snížit rychlost vozidel pomocí infrastruktury, zajistit maximální plynulost jízdy a nahradit určitý podíl motorizovaného provozu chůzí a jízdou na kole (v kombinaci s hromadnou veřejnou dopravou). Podle výsledků prací realizovaných v rámci různých evropských projektů mají tato opatření značný potenciál: na základě studie provedené v rámci unijního projektu WALCYNG (Hydén et al. 1997) bylo zjištěno, že 50 % všech uskutečněných jízd v Evropě je kratších než 5 km (= 10 až 15 minut na kole) a 15 % až 20 % je kratších než 1 km (10 až 15 min. pěšky). Tato zjištění potvrdil i nedávný britský výzkum (Le Vine, Jones & Polak 2009). Z hlediska společenských věd a věd o člověku je zde obecný předpoklad, který odráží určité konflikty mezi různými zájmy účastníků silničního provozu/občanů: řidiči často pociťují nevoli vůči zklidňování dopravy, když sedí v autě, ale jako místní obyvatelé taková opatření vítají. Zklidňování dopravy současně poskytuje vyšší kvalitu života jak pro všechny nemotorizované účastníky silničního provozu, tak pro obyvatele „zklidněných“ lokalit. Jak tento úhel pohledu vzniká? Následující tvrzení se na úvod zaměřují na nemotorizované účastníky silničního provozu: lepší podmínky pro nemotorizované účastníky silničního provozu, např. méně hluku a exhalací, jsou samozřejmě vítány (Risser & Wunsch 2003). Výsledkem může být jiný způsob využití prostoru komunikace, který odráží její oživení a atraktivitu, a dokonce i sami řidiči se přiklánějí k názoru, že optická atraktivita, i.e. estetický stav komunikace, je důležitá (viz Falk et al. 2003). Všechny zmíněné proměnné souvisí s kvalitou života (Ausserer & Risser 2003). Obecně lze říci, že vysoká kvalita infrastruktury může mít pozitivní dopad na kvalitu života.

3 PSYCHOLOGICKÉ TEORIE A MODELY RELEVANTNÍ VE VZTAHU CHOVÁNÍ ČLOVĚKA A DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY V této kapitole krátce pojednáme o vybraných psychologických přístupech a modelech, které jsou relevantní z pohledu lidského faktoru v dopravě a konkrétně ve vztahu k dopravní infrastruktuře. Základním východiskem z pohledu dopravní psychologie je, že člověk je měřítkem všech věcí. To znamená, že potřeby člověka jsou určujícím prvkem v celém systému. Dále pak to, že člověk je řídícím faktorem v dopravním systému (v rozličné míře, nicméně v současnosti stále v naprosto zásadní míře). Současně je člověk v přibližně 90% všech případů rozhodujícím faktorem při kolizích v silniční dopravě (Treat et al, 1977 a další). Důvodem je to, že člověk je iracionální a chybující bytost, která potřebuje ochranu a vedení, a to jak ve smyslu pomoci (např. z důvodu kognitivních nedostatků – z pohledu evoluce je člověk uzpůsoben na max. 10 – 15 kilometrovou rychlost), tak ve smyslu donucení (eliminace rizikového chování). Je nevyhnutné, aby dopravní prostředí – tj. infrastruktura a vozidla byly konstruovány tak, aby člověka naváděli, pomáhali a usměrňovali k bezpečnému chování. Dalším z důvodů velmi velkého podílu člověka na vzniku kolizí v silniční dopravě je až nepochopitelný nepoměr z pohledu kompetencí, které jsou v rukách řidiče (tj. co vše záleží na rozhodnutí jednotlivého řidič – např. volba rychlosti, styl jízdy, aj.) a závažnosti dopadů těchto rozhodnutí pro celou společnost. Z pohledu normálního rozložení populace (tzv. Gausova křivka), můžeme říct, že 99% všech účastníků silniční dopravy se bude chovat (relativně) bezpečně, tj. způsobem, který nezvyšuje neúměrně riziko kolize. Nicméně vždy bude v systému část lidí (např. 1% nebo méně, limitně se blížící nule), kteří vždy budou rizikem pro bezpečnost silniční dopravy, a kterých chování není možné ovlivnit nebo kontrolovat. Není možné spoléhat na zodpovědné chování účastníků provozu (člověk jako bytost iracionální a chybující), nutné je zajistit, resp. vynutit si

24

bezpečné chování řidičů, resp. dalších účastníků silničního provozu. Toho můžeme docílit pomocí přesunu odpovědnosti z jednotlivce (řidiče) na celý systém, tj. na vhodně navrženou a realizovanou dopravní infrastrukturu nebo dopravní prostředky. O tomto pojednání tzv. Vize nule (Tingvall, 2007, Šucha, 2014), která říká, že člověk má právo dělat chyby a nedoplatit na ně závažným zraněním nebo smrtí. Protože jenom takto může fungovat proces učení – tj. poučení se z vlastních chyb. Zodpovědnost za zdravím a život účastníků má být přenesen z jednotlivce (a jeho – často chybných rozhodnutí) na systémové opatření – které je možné standardizovat, vyhodnocovat jejich efektivity a zajistit přiměřenou míru spolehlivosti. Samozřejmě, že za systémem opět stojí lidé (navrhují, realizují, kontrolují), nicméně rozdíl je v tom, že se nejedná o náhlé rozhodnutí jednotlivce, ale více racionální jednání poměrně formálně uspořádané skupiny lidí (např. výzkumný tým). Všechny opatření je samozřejmě provádět tak, aby zvyšovali bezpečnost a kvalitu života pro všechny účastníky dopravního provozu, nikoliv pouze pro řidiče. Systémové opatření na úrovni infrastruktury a vozidel můžeme velmi orientačně rozdělit následovně: 1. Úroveň asistence a. Opatření zaměřená na design dopravní infrastruktury – např. dodržování principů tzv. samovysvětlující silnice (self-explaining road) nebo dodržování principu monofunkcionality silnice (tj. určitý typ silnice, tj. silnice s určitými parametry, má jeden a pouze jeden účel (pro řidiče to je důležité v tom, že intuitivně umí odhadnout o jaký typ silnice se jedná, jaké jsou na ni např. rychlostí limity a následně uzpůsobit styl řízení). Tyto opatření pomáhají řidiči správně vnímat a zpracovávat informace (úroveň asistence). b. Neinvazivní asistenční systémy ve vozidlech nebo jako součást infrastruktury. Umožňují řidiči lépe zpracovávat informace a poskytují podklad pro volbu nejvhodnějšího jednání. 2. Úroveň korekce chování a. Invazivní asistenční systémy ve vozidlech nebo jako součást infrastruktury. Systémy, které do určité míry přebírají ovládání vozidla a vynucují si požadované uzpůsobení stylu jízdy. 3. Úroveň snižování následků a. Princip odpouštějící silnice (forgiving road) – tj. sada principů realizace dopravní infastruktury, která zajišťuje dostatečnou ochranu účastníků provozu tak, aby nedocházelo k vážným zraněním nebo úmrtím. Často jsou tyto opatření provázána s asistenčními systémy nebo jinými systémy ITS. b. Prvky pasivní ochrany ve vozidlech – jedná se o konstrukci vozidel tím způsobem, aby zajistili maximální možno ochranu posádky při kolizi, ale zároveň i dalších účastníků provozu (např. chodců). Prvním z modelů je tzv. Diamond model (Risser, 2010). Tento model popisuje dopravní systém a jeho jednotlivé součásti z pohledu člověka. Z tohoto modelu vyplývá, že naše chování v roli účastníků silničního provozu není určováno jen našimi postoji, osobností, motivy nebo jinými individuálními rysy. Silný vliv je generován také „vně“ našich individuálních charakteristik. Je dán naší interakcí s jinými lidmi ve veřejném prostoru, kulturou a společenskými podmínkami, infrastrukturními prvky a podmínkami zvoleného, resp. dostupného, módu mobility. .

25

Obr.1: Diamond model Další relevantní teorie popisuje způsob vyhledávání a akceptace rizika, nazývá se „Homeostatická teorie rizika“. Homeostatická teorie rizika říká, že lidé při jakékoli činnosti akceptují určitou míru subjektivně vnímaného rizika z hlediska jejich zdraví, bezpečnosti a dalších věcí, kterých si cení, výměnou za prospěch, který by z dané činnosti rádi měli (doprava, jídlo, rekreace, užívání návykových látek apod.). Během určité činnosti lidé průběžně posuzují míru rizika, které jsou vystaveni. Tu následně porovnávají s mírou rizika, kterou jsou ochotni podstoupit, a snaží se snížit rozdíl mezi těmito dvěma úrovněmi na nulovou hodnotu. Pokud je tedy míra subjektivně vnímaného rizika pod úrovní akceptovatelného rizika, lidé mají tendenci uchylovat se k jednání, které zvyšuje míru jejich expozice riziku. Pokud míra subjektivně vnímaného rizika přesahuje akceptovatelné hodnoty, lidé se snaží dbát větší opatrnosti. Podle homeostatické teorie rizika lidé přivyknou určité akceptovatelné míře rizika, a pokud jsou nuceni snížit riziko, jemuž jsou vystaveni, navýší jiná rizika do té doby, než znovu dosáhnou úrovně rizika, na kterou jsou zvyklí. Pokud jsou řidiči povinni užívat bezpečnostní pásy, z dostupných poznatků vyplývá, že např. jezdí rychleji, předjíždějí jiná vozidla nebezpečnějším způsobem nebo se za jízdy líčí, čímž udržují úroveň rizika, která jim vyhovuje (Wilde, 1982). S touto teorii souvisí další, která pojednává o tzv. subjektivní a objektivní bezpečnosti. Ústřední myšlenkou je to, že míra rizika, které člověk vnímá (subjektivní bezpečnost) je s pravidla odlišná od skutečné (objektivní bezpečnosti). V zásadě můžou nastat různé kombinace, ze kterých je pro bezpečnost dopravy nejdůležitější ta, kdy subjektivní bezpečnost je vysoká (tj. člověk považuje danou situaci za bezpečnou – a tomu uzpůsobí své jednání, např. volbu rychlosti) ale zároveň objektivní míra bezpečnosti je nízká. Velký vlil na to, jakou míru bezpečnosti vnímáme má to, co nám „říká“ dopravní infrastruktura a dopravní prostředky. Z tohoto pohledu – do určité míry paradoxně – může být např. technicky nevyhovující komunikace (rozměrově, vedení, povrch) bezpečnější než nová normová silnice. Pro velkou část populace je účast v silničním provozu ta nejvíce nebezpečná aktivita, kterou běžně zažívají. Toto můžeme tvrdit z pohledu míry pravděpodobnosti vzniku úrazu nebo úmrtí. Z pohledu vnímání člověka je však situace diametrálně odlišná – samozřejmě člověk takto svoji roli v dopravním systému nevnímá. Teorie, která tento rozpor vysvětluje, se nazývá „teorie normalizace rizikového“ chování. Ústředním tématem teorie je, že pakliže jsme často vystavování určitým situacím, zvykneme si na ně a přestáváme je vnímat jako rizikové, co způsobuje již výše zmiňovanou situaci, kdy reálné riziko podceňujeme. Proto je jedním z principů zvyšování dopravní bezpečnosti eliminovat jakékoliv situace, které neúměrně zvyšují normalizaci rizika a uvádějí účastníky dopravního provozu v omyl falešné bezpečnosti. Příkladem může být přechod pro chodce (zejména

26

bez světelné signalizace). Neúměrné vysoké procento zraněných a zabitých chodců připadá na přechody pro chodce. Jedním z důvodů je, že chodci s pocitem vyšší bezpečnosti (nicméně falešné – nakolik řidiči nerespektují jak maximální povolenou rychlost ani přednost chodců; Šucha, 2015) jsou méně opatrní.

4 ZÁVĚR Předkládaný článek v krátkosti sumarizuje nejzákladnější psychologické principy relevantní z pohledu dopravní bezpečnosti, a to zejména v souvislosti s dopravní infrastrukturou a částečně s dopravními prostředky. Základní tezí je, že není možné předpokládat plně racionální a bezchybné rozhodování a jednání člověka, tudíž není možné na člověka – jednotlivce, přenášet zodpovědnost za dopravní bezpečnost. Tato zodpovědnost by měla být z největší míry na systému, tj. na infrastruktuře a vozidle, resp. na těch, kdo je navrhují a realizují. Mnoho studii prokázala velmi jasný vliv infrastruktury a vozidla na chování řidiče, resp. i dalších účastníků dopravního provozu. Z toho důvodu je nevyhnutné dopravní prostředí konstruovat takovým způsobem, aby navádělo účastníky dopravního provozu k bezpečnému chování. Z tohoto pohledu je klíčová teorie subjektivní a objektivní bezpečnosti. Dopravní prostředí a vozidla nesmí posilovat v účastnících silničního provozu falešní pocit bezpečnosti (tzv. subjektivní bezpečnosti). Nejzásadnějším faktorem je volba rychlosti. Kvalitní silnice a vozidla vyvolávají v řidičích falešní pocit bezpečnosti (pohodlné a silné auto znamená i bezpečné auto, nová široká silnice je ne jenom příjemná, ale taky bezpečná), ač od určité rychlosti (většinou nižší než je i maximální povolená rychlost mimo obec) ani vozidlo ani infrastruktura není schopna řidiče ochránit, v případě že udělá chybu a nastane kolize.

[1]

[2] [3]

[4] [5]

[6] [7] [8] [9] [10]

[11]

LITERATURA FALK E., RISSER R., HYDÉN CH. & DRASKÓCZY M. Arterial roads do not have to be big, ugly and difficult for non-motorists. Vancouver: Extraordinary Workshop of ICTCT, 2003. GUNNARSSON O.S. (Ed.). Cost action C6. Town and infrastructure planning for safety and urban quality for pedestrians. Strategies for creating a walking-friendly city. 2001. HYDÉN, C., NILSSON, A. & RISSER, R. WALCYNG How to enhance WALking and CYcliNG instead of shorter car trips and to make these modes safer. Deliverable D6. Sweden: Department of Traffic Planning and Engineering, University of Lund, 1997. LE VINE, S. E., JONES, P. M. & POLAK, J. W. Has the historical growth in car use come to an end in Great Britain?. European Transport Conference, 2009. METHORST R., MONTERDE I BORT H., RISSER R., SAUTER D., TIGHT M. & WALKER J. (Eds.). Pedestrians' Quality Needs. Final Report of the COST project 358. Cheltenham: Walk21, 2010. RISSER R. Measuring influences of speed reduction on subjective safety. In Proceedings of the ICTCT Workshop on Traffic Calming. New Delhi, Vienna. 2000. RISSER, R. & AUSSERER, K. HOTEL-State of the Art. HOTEL Deliverable, 1. 2003. RISSER, R. & WUNSCH, D. Pedestrians are second class citizens. In Proceedings of the 3rd Extra ICTCT Workshop. Vancouver, Canada, 2003. ŠUCHA, M. Vision Zero from the Perspective of Traffic Psychology. Transactions on transport sciences, 2014, 1, pp. 1-8. DOI 10.2478/v10158-012-0048-6. ŠUCHA, M. (2015). Driver`s and pedestrian`s interaction at zebra crossings in urban settings. In M. ZANNE (Ed.). ICTS 2015 17. Mednarodno posvetovanje o prometni znanosti conference proceedings (pp. 498-506). Ljubljana: Slovensko društvo za znanost v prometu in Fakulteta za pomorstvo in promet (Univerza v Ljubljani), 2015. THEEUWES J., VAN DER HORST R. & KUIKEN, M. Designing safe road systems. Ashgate Publishers, 2012.

27

[12]

[13]

[14]

TINGVALL, C. VisionZero and The New Paradigm for Road Safety (Emphasising Critical Lessons For Infrastructure Design). In Second UN Stakeholder Forum on Global Road Safety, Geneva, 2007. TREAT, J. R., TUMBAS, N. S., MCDONALD, S. T., SHINAR, D., HUME, R. D., MAYER, R. E., STANISFER, R. L. & CASTELLAN, N. J. Tri-level study of the causes of traffic accidents. Report No. DOT-HS-034-3-535-77 (TAC). 1977. WILDE, G. J. (1982). The theory of risk homeostasis: implications for safety and health. Risk analysis, 1982, Vol. 2 No. 4, pp. 209-225.

28

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Martin VŠETEČKA1, Martin NOVÁK2, Jiří APELTAUER3 AKTUÁLNÍ VÝVOJ TVORBY STRATEGICKÉHO DOPRAVNÍHO MODELU JIHOMORAVSKÉHO KRAJE ACTUAL PROGRESSION IN THE DEVELOPMENT OF STRATEGICAL TRANSPORT MODEL FOR SOUTH MORAVIA REGION Abstrakt VUT v Brně pracuje na tvorbě strategického dopravního modelu vhodného pro plánování dopravní infrastruktury i provozu na ní. Zaměřen je na Jihomoravský kraj, ovšem s širokým přesahem, aby bylo možné sledovat i širší vztahy. Dlouhodobým záměrem je model průběžně aktualizovat a vylepšovat. Model slouží pro výukové a výzkumné účely, ale v případě zájmu může být použit i krajskými či místními organizacemi. Pro výpočet modelu je použit open source software Matsim vyvíjený zejména technickými univerzitami v Curychu a Berlíně, podklady jsou získávány z veřejných zdrojů a z open source komunity. Klíčová slova model, Jižní Morava, Brno, open data, Matsim Abstract Brno University of Technology develops a strategic transport model for transport infrastructure planning. It is focused on South Moravia, but with broad overlap for studying the abroad relations. The long-term aim of the model is continually update and improve. The model used for educational and research purposes, but in the case of interest can also be used by regional and local organizations. For the calculation model is used open source software Matsim developed mainly by technical universities in Zurich and Berlin, dates are obtained from public sources and from the open source community Keywords Model, South Moravia, Brno, Open Data, Matsim

1 ÚVOD Modelování dopravní sítě je běžným nástrojem pro strategické plánování dopravy, ať už například pro potřeby územního plánování, pro posouzení vlivu dopravní stavby na okolní dopravní síť či pro prognózu vytížení nové linky veřejné dopravy. Již před realizací opatření lze pomocí modelu predikovat pohyb osob a vozidel po síti a porovnávat různé varianty uspořádání dopravní sítě. Rovněž lze predikovat změnu poptávky na stávající síti, kterou může vyvolat třeba výstavba obchodní ho centra, průmyslové zóny nebo obytné čtvrti. 1

2

3

Ing. Martin Všetečka, Ústav pozemních komunikací, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BRNO, tel.: (+420) 608 430 519, e-mail: [email protected]. Ing. Martin Novák, Ústav pozemních komunikací, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BRNO, tel.: (+420) 777 561 528, e-mail: novak.m@ fce.vutbr.cz. Ing. Jiří Apeltauer, Ústav pozemních komunikací, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BRNO, tel.: (+420) 541 509 961, e-mail: apeltauer.j@ fce.vutbr.cz.

29

Vytvoření modelu reálné dopravní sítě je pracné, neboť je nutné vložit velké množství parametrů jednotlivých prvků dopravní sítě a informací o dopravní poptávce, resp. socioekonomických informací o území. Model je nutno validovat, což v praxi znamená spočítat jej na stávající síť a poptávku a poté porovnat výstupy se stávajícími parametry, které lze změřit – jde např. o intenzitu na jednotlivých komunikacích. Je-li validace úspěšná, lze říct, že model pracuje správně a věřit, že správně bude pracovat i při zadání výhledové sítě a výhledové poptávky. Úspěšná validace je pochopitelně výsledkem pečlivé kalibrace, tzn. ladění parametrů modelu, které nejsou neměnné a které lze nastavit podle pozorovaného chování řidičů a cestujících. Velký přínos strategického dopravního modelu a zároveň velká náročnost jeho tvorby vede k myšlence jej tvořit a aktualizovat dlouhodobě pro různá využití, která budou v průběhu času přicházet. Ústav pozemních komunikací Fakulty stavební Vysokého učení technického v Brně se před časem rozhodl vytvořit a spravovat regionální model, který by následně sloužil výukovým i výzkumným aktivitám. Z hlediska územního rozsahu je model zaměřen na město Brno a Jihomoravský kraj s přesahem do celé ČR i přiléhajících regionů Rakouska a Slovenska. Největší podrobnost tedy bude pro městskou dopravu v Brně, velká podrobnost pro regionální dopravu na Jižní Moravě a menší podrobnost pro zbytek zájmového území. Z hlediska druhů dopravy se jedná o multimodální model zahrnující všechny módy, které nejsou pro dopravu v uvedeném měřítku (městská a regionální) marginální. Jde tedy o individuální automobilovou dopravu a silniční i drážní veřejnou hromadnou dopravu. Leteckou a lodní dopravu lze považovat za zcela marginální. Pěší doprava využívá výrazně hustší síť komunikací než doprava motorová, navíc její povaha z hlediska modelování propustnosti a atraktivity je odlišná, proto je zatím uvažována jen na straně přepravní poptávky při jejím dělení (modal split). Obdobně jsou (ne)zahrnuty ostatní druhy nemotorové dopravy.

2 STÁVAJÍCÍ DOPRAVNÍ MODELY MĚSTA BRNA A JIHOMORAVSKÉHO KRAJE Autorům jsou známy následující strategické dopravní modely, které byly vytvořeny pro území města Brna a Jihomoravského kraje, resp. které zmíněné území pokrývají: Model města Brna, který spravuje městská společnost Brněnské komunikace a který je vytvořen v softwaru (dále jen SW) PTV. Model města Brna vytvořený společností AF Cityplan pro Generel veřejné dopravy města Brna. Společnost AF Cityplan vytvořila krajský model železniční dopravy pro potřeby studie příměstské dopravy a udržuje také celostátní model silniční dopravy. Vše v SW PTV, jehož je i obchodním zástupcem pro Českou republiku. Multimodální model města Brna se zaměřením na záchytná parkoviště, tzn. s kombinací individuální automobilové a veřejné dopravy, vytvořený firmou MOTRAN Research v SW EMME. Model silniční dopravy jihomoravského kraje spravovaný firmou HBH a vytvořený v SW AUTO. Průvodní zpráva i výstupy modelu jsou zveřejněny, tzn. o tomto modelu je nejvíce veřejně dostupných informací. Celostátní model SESTRA – multimodální dopravní model obsahující i nákladní dopravu vytvořený firmou SUDOP Praha v SW PTV. Uvedený výčet si neklade za cíl úplnost, protože vychází pouze z veřejných zdrojů, které autoři prozkoumali. Nabízí se možnost porovnat veřejně přístupné výstupy uvedených modelů, byť jsou velmi skoupé, s výstupy postupně vznikajícími z modelu VUT. Bez podrobné znalosti o sestavení modelů, např. co se týče růstu výhledové poptávky, však zodpovědně hodnocení odlišností mezi modely provést nelze. Zajímavostí je, že Jihomoravský kraj (JMK), ani jeho organizace (KORDIS – Koordinátor integrovaného dopravního systému JMK, SÚS JMK – Správa a údržba silnic JMK) nemají k dispozici svůj strategický dopravní model, který by mohli průběžně aktualizovat a využívat. Nabízí se tedy možnost výhledového využití modelu VUT.

30

3 VSTUPNÍ DATA Alfou a omegou dopravního modelu jsou data o dopravní síti a o dopravní poptávce. Autoři se rozhodli použít výhradně veřejně přístupná data. Na nákup dat, stejně jako na celý model, nejsou alokovány žádné prostředky. Český stát zdarma poskytuje následující data vhodná pro popisovaný model: Celostátní sčítání dopravy z roku 2010. Na cca 8 600 profilech je k dispozici informace o denní, 50rázové a špičkové intenzitě silniční dopravy včetně podrobné skladby vozidel. Na části profilů probíhala měření celoročně (indukční smyčky), na větší části probíhala měření v několika krátkodobých etapách (v řádu hodin), které se následně statisticky vyhodnotily. Měření pokrývá síť dálnic a silnic I. a II. tříd včetně vybraných silnic III. tříd a místních komunikací. Intenzity silniční dopravy jsou vhodné k validaci modelu. Sčítání lidů, domů a bytů, naposledy provedené roku 2011, zahrnuje mj. dotazy na pravidelnou dojížďku do zaměstnání nebo školy, a to cíl, četnost a dopravní prostředek. K dispozici jsou výsledky agregované na úroveň základních sídelních jednotek (ZSJ) – pro představu, Brno, které má 29 městských částí rozkládajících se na 48 katastrálních územích, je členěno na 283 ZSJ. Informace o počtu obyvatel a matice pravidelných přepravních vztahů jsou jedním z hlavních vstupů modelu.

Obr. 2-1. Ilustrační vizualizace dat zpracovaná z výstupů Sčítání lidu, domů a bytů 2011: Vlevo dojížďkové proudy do Vysokého Mýta, vpravo hlavní vyjížďkové proudy z Vysokého Mýta. Do kategorie dat poskytnutých státem lze zahrnout i autobusové jízdní řády, neboť od začátku září 2015 lze stáhnout databázi Celostátního informačního systému o jízdních řádech (CIS JŘ), který je znám spíše pod obchodním názvem veřejné části IDOS. Autobusové jízdní řády jsou nyní poskytovány ve strojově čitelném formátu (JDF), bohužel totéž neplatí o železnici, jejíž jízdní řády jsou poskytovány ve formě pdf. Jízdní řády veřejné dopravy jsou jedním z hlavních vstupů modelu. Problémem je rovněž pojmenování zastávek, které obsahuje název obce, ale již ne okres. V Česku je 1 499 obcí, které se jmenují stejně, jako nějaká jiná obec. K dispozici je rovněž výtah ze silniční databanky obsahující silnice III. třídy a vyšší, přičemž struktura těchto dat je velmi přehledná. Neřešitelný problém nastává s místními komunikacemi, které zejména ve vnitřní části Brna tvoří kostru celé dopravní sítě. Významným nestátním zdrojem dat je komunita okolo OpenMaps, která poskytuje mapové podklady, tzn. struktura dopravní sítě, v dostatečné kvalitě, které jsou navíc průběžně aktualizovány. Nespornou výhodou je rovněž jejich mezinárodnost – nenastává tudíž problém s přeshraničním zásahem modelu – import kartografických dat je totožný v Česku, v Rakousku i na Slovensku.

4 SOFTWARE Na trhu existuje řada komerčních nástrojů pro strategické modelování dopravy, jmenujme alespoň PTV, EMME, Omnitrans i nové verze Aimsunu. Již do oblasti historie se zřejmě přesouvá český SW AUTO. Použití komerčního softwaru má hlavní úskalí ve finanční náročnosti jak pořízení licence, tak její udržování (standardem se stává omezená doba licence). Dalším úskalím je charakter

31

jakési černé skříňky, které některé komerční softwary nabývají – producenti softwarů nejsou vždy ochotni poskytnou informaci o vlastním výpočtu. Pro potřeby představeného modelu padla volba na software Matsim, který se řadí mezi OpenSource. Významný podíl na vzniku tohoto softwaru měly univerzity v Berlíně a Curychu. Tak, jak je u softwarů OpenSource běžné, i tento je ovládán příkazovou řádkou a textovými soubory. Jistý diskomfort pro uživatele zvláště patrný v začátcích práce s Matsimem může být kompenzován snadnějším vkládáním rozsáhlých souborů dat, se kterými je potřeba v průběhu práce s modelem pracovat, a čitelnou (nezakódovanou) datovou strukturou.

Obr. 2-1. Ukázka datové struktury v SW Matsim – seznam uzlů (nodes) a hran (links). Hrany nabývají parametrů: délka, kapacita, rychlost (při minimální intenzitě), počet jízdních pruhů v jednom směru a druh vozidel. Matsim patří mezi tzv. agentní systémy, tzn. pohyb osob po síti je počítán na úroveň každého jednotlivce, který je každý přiřazen k určitému vzorci přepravního chování. Za jistou zajímavost je možné považovat způsob výpočtu kapacity komunikací – na rozdíl od běžného použití funkce VDF (volume-delay function, volným překladem do české terminologie funkce zdržení v závislosti na stupni vytížení), používá Matsim tzv. queue model, tedy model kolon, který je na pomezí mikro a makroskopického pohledu na dopravní proud a který by vydal na samostatný článek. Vizualizace vstupních i výstupních dat je tvořena s využitím SW určeného pro tvorbu geografického informačního systému – opět je použit OpenSource nástroj QGIS.

5 AKTUÁLNÍ VÝVOJ Tvůrčí tým se nyní nejvíce soustředí na naplnění modelu vstupními daty, tzn. zpracování výše dat z výše uvedených zdrojů. Jako relativně snadné se ukazuje využití dat ze Sčítání lidu, domů a bytů a dopravní sítě z OpenMaps. Problematičtější je import jízdních řádů, protože struktura JDF je poměrně složitá a je potřeba řešit přiřazení zastávky správné obci. Import železničních řádů zřejmě nezbude než řešit ručně, neboť ve strojově čitelné podobě nejsou železniční jízdní řády dostupné vůbec. Jistou útěchou je převažující taktový charakter železniční dopravy zaručující opakující se polohy vlaků. Ne zcela uzavřenou otázkou je problematika nepravidelné dojížďky, tzn. té, která vůbec nebyla v rámci Sčítání lidu, domů a bytů sledována. Možnou cestou je využití dotazníkových průzkumů cestovního chování – dobré zpracování je dostupné z Vídně, což ovšem otevírá otázku, nakolik je chování obyvatel v Rakousku a v Česku totožné.

6 ZÁVĚR Tvorba strategického dopravního modelu města Brna a Jihomoravského kraje nemá pro VUT v Brně žádný okamžitý přínos. Jde o dlouhodobější záměr, který v blízké budoucnosti otevře nové možnosti výuce i výzkumu, a to jak zaměřeným na samotné modelování, tak i na plánování dopravní sítě obecně – studentům například umožní ověření kapacity objízdných tras nebo výpočet efektivity obchvatů. Praktické procvičení strategického modelování dopravy autoři považují za důležité, neboť ignorování nutnosti predikce zatížení komunikací vede ke katastrofálním výsledkům z hlediska efektivity investice i z hlediska přínosu pro uživatele – řidiče a cestující. Podobně negativní důsledek

32

může ovšem vycházet z přehnané důvěry v neověřené výsledky modelování, čemuž může znalost problematiky ověřené vlastní prací s modelem zabránit. Během prvních etap přípravy a práce na modelu byla zvolena koncepce využití nekomerčních dat i nekomerčního softwaru. Jako jistou splátku plánuje projektový tým uvolnit výstupy modelu pro využití veřejnými institucemi pro územní i dopravní plánování, bude-li o tyto výstupy zájem. V případě zájmu je rovněž připraven na spolupráci se sousedícími regiony. PODĚKOVÁNÍ Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I"."

33

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Martin VŠETEČKA1, Martin NOVÁK2 KAPACITA NADŘAZENÉHO DOPRAVNÍHO PROUDU CAPACITY OF THE MAJOR-STREET FLOW Abstrakt Na neřízených křižovatkách velmi zatížených komunikacích dochází k jevu, kdy ke vzniku front dochází v nadřazeném dopravním proudu, tzn. tam, kde by dle standardního výpočtu dle technických podmínek 188 k omezení kapacity a následujícímu vzniku zdržení a front docházet vůbec nemělo. Důvodem je dle pozorování ochota řidičů vozidel v nadřazeném proudu "pustit" vozidla z proudu podřazeného. Článek popisuje zpracování měření, které bylo provedeno se snahou uvedený jev kvantifikovat. Klíčová slova neřízená křižovatka, kongesce, kapacita, doba zdržení, TP 188 Abstract At uncontrolled intersections of roads with high traffic demand there is a phenomenon in which the formation of queues occur in the major-street flow, ie. where should be, according to the standard calculation according to TP (Technical Regulations) 188, no capacity limitation and then delays and queues. The reason is, according to observation, willingness to drivers of vehicles in the major-street flow "let go" of the vehicle from the minor-street flow. The article describes the process of measurement, which was carried out with the aim to quantify this phenomenon. Keywords Uncontrolled Intersection, Congestion, Capacity, Delay Time, TP 188

1 ÚVOD Výpočet neřízených úrovňových křižovatek, ať již stykových nebo průsečných, se v Česku provádí dle Technických podmínek č. 188. Ty v souladu se svoji předlohou, německým HBS, nepožadují ani nenabízejí výpočet kapacity nadřazených proudů, tzn. jízdy po hlavní komunikaci přímo a vpravo. Z logiky, že vozidlo jedoucí po hlavní a neodbočující vlevo nedává nikomu přednost, plyne, že není omezeno, takže nedochází k omezení kapacity ani plynulosti vyjádřené dobou zdržení, což je ostatně jedna z výhod neřízené křižovatky. Dopravní průzkumy stejně jako pozorování při běžných jízdách však uvedené paradigma zcela nepotvrzují. Ukazuje se totiž, že i na neřízených křižovatkách v některých případech vznikají fronty na hlavní komunikaci, přičemž doba zdržení je velmi dlouhá. Např. ve Slavkově u Brna (I/50) nebo v Lipůvce (u Brna, I/43) jsou běžně pozorovány několikakilometrové fronty vozidel. V Lipůvce lze tento jev vysvětlovat snad zdržením ve vlastní obci (přecházení pěších, parkování vozidel), ve Slavkově však tento argument nezabere a je tedy třeba řešit jinou (skutečnou) příčinu. 1

2

Ing. Martin Všetečka, Ústav pozemních komunikací, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BRNO, tel.: (+420) 608 430 519, e-mail: [email protected]. Ing. Martin Novák, Ústav pozemních komunikací, Fakulta stavební, Vysoké učení technické v Brně, Veveří 95, 602 00 BRNO, tel.: (+420) 777 561 528, e-mail: [email protected].

34

Kromě teoretického problému, který lze pojmenovat stejně jako tento článek, vzniká i výrazný problém praktický. Při vyhotovení kapacitního posudku dle platných technických předpisů (včetně již zmíněných TP 188) se dopravní inženýr dostává do problémů, neboť buď bude jeho závěr v rozporu s předpisy, nebo bude v rozporu s evidentním skutečným stavem, nebo bude v rozporu s obojím. Podle výpočtu totiž na hlavní komunikaci nemůže žádný problém nastat (přestože ve skutečnosti zde je několikakilometrová kongesce) a na vedlejší má být velmi dlouhá fronta (přestože ve skutečnosti ji tvoří pár vozidel).

Obr. 1. Motivační obrázek: rychlost v oblasti křižovatky I/43 a II/379 u Lipůvky v době psaní článku (čtvrtek, 15:40, data z plovoucích vozidel – služba Google).

2 POZOROVANÉ CHOVÁNÍ ŘIDIČŮ (DOPRAVNÍHO PROUDU) Z pozorování plyne, že vznikne-li na hlavní komunikaci kongesce, tzn. fronta vozidel popojíždí nízkou rychlostí, jsou řidiči na hlavní ochotni umožnit vjetí vozidla z vedlejší komunikace. Během pozorování v průběhu celé dopravní špičky, tzn. v období nárůstu, kulminace a poklesu intenzity, se délka fronty na vedlejší komunikaci mění způsobem, který nemusí být pro každého intuitivní. S nárůstem intenzity na hlavní i vedlejší komunikaci vzrůstá délka fronty na vedlejší. S dalším nárůstem intenzity dochází k poklesu rychlosti na hlavní, ke zkracování fronty na vedlejší a ke vzniku fronty na hlavní – řidiči jedoucí pomaleji jsou ochotnější pouštět vozidla z vedlejší, případně vozidla z vedlejší odvážněji a drzeji využívají mezery v nadřazeném dopravním proudu v očekávání, že pomaleji jedoucí řidič na hlavní na ně dokáže zareagovat a zpomalit. S koncem špičky dochází ke stejnému efektu, ale v opačném pořadí. Je potřeba doplnit, že stejně jako vedlejší komunikace se chová i levé odbočení. Uvedený popis vychází z pozorování na křižovatce silnic I/50, II/416 a III/0501 na okraji Slavkova u Brna, které souviselo s prováděním dopravního průzkumu pro město Slavkov u Brna v návaznosti na rozšíření sousední obchodní zóny. Jde o odsazenou křižovatku, resp. o dvě stykové křižovatky ve vzdálenosti 140 m. Dle intenzity je patrné, že významný vliv má příměstská doprava – zatímco ráno přijíždí od Brna ve špičkové hodině 630 vozidel, odpoledne jde o 1100 vozidel. Směr do Brna je v poměru 1020 (ráno) ku 640 (odpoledne). Celkové zatížení křižovatky je 2030 voz/hod ráno a 2280 voz/hod odpoledne. Měření/pozorování probíhalo v pondělí v 6:00 až 9:00 a v pátek ve 14:00 až 18:00.

35

Uvedený jev prodlužování fronty na hlavní a zkrácení fronty na vedlejší byl pochopitelně pozorován ráno ve směru od Bučovic a odpoledne ve směru od Brna, kde je chování ve vlastním kolizním prostoru křižovatky dobře zachyceno videozáznamem. Výrazně problematičtější je sledování délky fronty, neboť její délka přesahovala délku rozhledu z místa křižovatky. Je ale patrné i z dotazů na řidiče, kteří kongescí projeli, že její délka byla v řádu jednotek kilometrů. Naopak délka fronty na vedlejší nepřesáhla 100 m Příčina problému je naznačena v předchozí kapitole – řidiči na hlavní zpomalí, či dokonce zastaví, aby umožnili jízdu vozidla podřazenějšího proudu. Tím se zpomalí jejich vlastní dopravní proud a postupně vzniká kongesce i na hlavní. Autoři považují za zřejmé, že ochota pustit vozidlo z vedlejší roste s klesající rychlostí na hlavní – pro pomalu jedoucího řidiče je jednodušší neverbálně komunikovat s řidičem na vedlejší (a vice versa), ale také v případě potřeby zastavit. Pozorováni byli však i řidiči, kteří za účelem umožnění výjezdu z vedlejší jinému řidiči zpomalili i z vyšší rychlosti. Nabízené vysvětlení se dostává do kruhu, neboť snížení rychlosti je jak důsledek pouštění vozidel z vedlejší (pouštějící vozidla brzdí vozidla za sebou), tak jeho příčinou (řidiči pouští vozidla z vedlejší, protože sami jedou pomalu). Prvotní snížení rychlosti dopravního proudu může vyvolat i ojedinělý řidič, který pustí vozidlo z vedlejší, nebo může být způsobeno tzv. nelineárními jevy pozorovanými v hustém dopravním proudu (neovlivněným křižovatkou), kdy dochází ke snížení rychlosti a okamžité kapacity bez zjevné vnější příčiny [1]. Obecně nelze vyloučit i další příčiny.

3 MĚŘENÍ Autoři článku se pokusili o kvantifikaci uvedeného problému s využitím zmíněného videozáznamu, tužky a papíru:  řidič z vedlejší našel dostatečnou mezeru v nadřazeném dopravním proudu;  řidiči z vedlejší byla jízda do křižovatky umožněna řidičem na hlavní;  řidič z vedlejší si jízdu do křižovatky vynutil, tzn. omezil řidiče na hlavní. Rozlišení mezi uvedenými třemi kategoriemi je do jisté míry subjektivní. Sledování bylo provedeno pro 6 po sobě jdoucích dvacetiminutovek. Tabulka 1 uvádí výsledek této minianalýzy. Tab. 1: Naměřené hodnoty zatížení a způsobu vyjetí z vedlejší komunikace v šesti po sobě jdoucích dvacetiminutovkách (15:00 až 17:00). intenzita* podřazený proud [voz/60min]

intenzita* nadřazený proud [voz/60min]

"našel mezeru" (podíl výskytu)

"byl puštěn" (podíl výskytu)

"vynutil si puštění" (podíl výskytu)

258

924

38%

57%

5%

243

1029

40%

56%

3%

327

1125

24%

74%

2%

363

1062

50%

48%

3%

324

1101

47%

47%

6%

303

888

58%

38%

4%

* může se jednat o kapacitu, neboť vjezd byl po značnou dobu bohatě saturován (délka fronty byla delší než délka rozhledu pozorovatele). Skutečná nejvyšší intenzita byla pravděpodobně vyšší a způsobovala prodlužování fronty na hlavní komunikaci.

Je nutné zdůraznit, že uvedené pozorování není dostatečné, a to z hlediska jak časového rozsahu, tak především z hlediska měřených parametrů. Potřebné se jeví sledovat rychlost a délku front – ideální by bylo rovněž sledovat průběh rychlosti v úseku před křižovatkou, kde vznikají kongesce. Uvedené bohužel naráží na kapacitní možnosti dostupné lidské síly i dostupného vybavení. Délka fronty přesahuje prostor, který je možné přehlédnout z jednoho místa, což je ovšem zřejmě

36

nejmenší problém řešitelný třeba brigádníky rozestavěnými ve vhodných místech, která jsou limitována bezpečnostními hledisky – obavou z chůze podél velmi zatížené komunikace. Radary Sierzega velmi přínosné v mnoha měřeních jako v otázce rychlosti, tak v otázce intenzity, při nízkých rychlostech a velké hustotě selhávají. Měření provedené v Lipůvce se čtveřicí radarů umístěných v rozestupech 100 až 200 metrů za účelem zjištění chování fronty před křižovatkou ukázalo, že původní myšlenka identifikace pohybu jednotlivých vozidel je nereálná, neboť vozidla se mezi měřícími profily ztrácejí a objevují – příčinou je zřejmě identifikace dvojic blízko jedoucích krátkých (osobních) automobilů jako jednoho dlouhého (nákladního) vozu. Jistou naději vzkřísila spolupráce s jadernou fakultou ČVUT s cílem velmi pokročilé statistické analýzy nepravidelně segregovaných dat, což je ale stále otázkou budoucna. Vhodným způsobem měření by bylo nasazení plovoucích vozidel v dostatečném počtu tak, aby bylo možné držet interval jejich jízdy maximálně v jednotkách minut – problémem je otočení vozidel, které znamená prodloužení doby jedné obrátku a nárůstu nutného počtu vozidel, řidičů a dostatečně přesných GPS přístrojů. Alternativou by bylo získání dat z tzv. flotil plovoucích vozidel (navigace, firemní systémy mobilní telefony), což naráží na obchodně-finančně-politické aspekty.

4 ZÁVĚR Cílem článku bylo poukázat na legislativní problém při posuzování neřízených křižovatek, které by dle TP 188 neměly v hlavním směru vůbec omezit kapacity ani způsobit zdržení. Realita je bohužel jiná a i v hlavním směru dochází k mnohalikometrovým kongescím. Za zmínku stojí styková křižovatka v Lipůvce severně od Brna (I/43 x II/379), kde provizorní okružní křižovatka způsobovala na hlavní komunikaci pravidelné kongesce, přičemž její náhrada stykovou křižovatkou s připojovacím pruhem pro levé odbočení z vedlejší nevedla k snad očekávanému výsledku, takže kongesce do značné míry přetrvávají. Jejích důvodem je dle pozorování ochota řidičů na hlavní komunikaci umožnit jízdu vozidel z vedlejší i za cenu přibrzdění nebo dokonce zastavení (sebe i vozidel za sebou), což v zatíženém dopravním proudu vede k následnému kolapsu. Článek rovněž ukazuje na praktické obtíže s měřením, které by pomohlo uvedený jev kvantifikovat – přesto má tým autorů ambice se problémem dále zabývat. Kvantifikace uvedeného jevu by totiž mohla být podkladem k diskuzi o doplnění technických předpisů, např. TP 188, o zohlednění nikoli neomezené kapacita nadřazeného dopravního proudu. S tím samozřejmě souvisí otázka, jak prakticky vyřešit křižovatku zastiženou popisovaným problémem. Řešením by mohlo být světelné řízení křižovatky, zejména pokud by se podařilo zvýšit počet jízdních pruhů v nejzatíženějším směru. Světelné řízení ovšem naráží na finančně-administrativní problémy spojené s určením správce – dle znalostí autorů není ŘSD ochotné nést tuto úlohu a těžko se ji zhostí malé obce, které mají to "štěstí", že jsou na velmi zatížené silnici I. třídy a ještě s problematickou křižovatkou. PODĚKOVÁNÍ Článek byl vytvořen v rámci řešení projektu č. LO1408 "AdMaS UP - Pokročilé stavební materiály, konstrukce a technologie" podporovaného Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I"." a v rámci projektu Specifického výzkumu FAST-J-14-2360 Dopravní proud – závislost intenzity a rychlosti.

[1]

LITERATURA APELTAUER T, 2010. Generické vlastnosti modelů dopravního proudu. Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. Ústav automatizace inženýrských úloh a informatiky. 133 s., 26 s. příloh. Doktorská práce. Vedoucím práce byl doc. RNDr. Jiří Macur, CSc.

37

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Daniela ĎURČANSKÁ1, Daša FULLOVÁ2, Dušan JANDAČKA3 PRODUKCIA TUHÝCH ČASTÍC OBRUSOM ASFALTOBETÓNOVÝCH VOZOVIEK PARTICULATE MATTER PRODUCTION THROUGH ABRASION OF ASPHALT ROAD PAVEMENTS Abstrakt Jedným z hlavných zdrojov znečistenia v okolí cestných komunikácií je automobilová doprava. Znečistenie ovzdušia tuhými časticami z automobilovej dopravy môže pochádzať zo spaľovacích procesov alebo nespaľovacích procesov. Nespaľovacie emisie tuhých častíc môžu pochádzať z obrusu častí vozidiel alebo obrusu povrchu vozovky, a taktiež resuspenzie prachu prejazdom automobilov. Identifikovať obrus povrchu vozovky priamo v teréne ako zdroj tuhých častíc a kvantifikovať jeho podiel na množstve tuhých častíc je veľmi zložité. Možná cesta vedie cez chemické rozbory tuhých častíc a viacrozmerné štatistické analýzy. Preto je v súčasnosti realizovaný výskum v laboratórnych podmienkach pre obrusné vrstvy vozoviek z rôznych asfaltových zmesí. Kľúčové slová Tuhé častice, asfaltobetónová zmes, obrusná vrstva, laboratórne skúšky Abstract Road traffic is one of the main sources of pollution in the vicinity of roads. Particulate matter air pollution can come from combustion or non-combustion processes. Non-combustion emissions of particulate matter can come from abrasion of vehicles parts or road pavement abrasion and also from resuspension of dust. Identification of road pavement abrasion as a source of particulate matter and its quantification share of the particulate matter is very difficult directly in the field. Possible way leads trough chemical analysis of particulate matter and multivariate statistical analysis. The research is conducted for different types of wearing course asphalt mixtures in the laboratory. Keywords Particulate matter, asphalt mixture, wearing course, laboratory tests

1

2

3

Doc. Ing. Daniela Ďurčanská, CSc., Katedra cestného staviteľstva, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, tel.: (+421) 41 513 5900, e-mail: [email protected] Ing. Daša Fullová, Katedra cestného staviteľstva, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, tel.: (+421) 41 513 5900, e-mail: [email protected] Ing. Dušan Jandačka, Ph.D., Katedra cestného staviteľstva, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, tel.: (+421) 41 513 5900, e-mail: [email protected]

38

1 ÚVOD Kovy patria medzi základné skupiny kontaminujúcich látok, ktoré sa sledujú v rôznych zložkách životného prostredia. Ide o pomerne rozsiahlu skupinu kontaminantov, ktoré sa vyznačujú variabilnými zdrojmi svojho pôvodu a v mnohých prípadoch aj rôznymi názormi odbornej verejnosti na ich pôsobenie na zdravotný stav obyvateľstva. Predmetom monitoringu podľa vyhlášky [14] sú prvky: As, Cd, Hg, Pb a Ni. Tieto sa všeobecne považujú za škodlivé pre ľudí a majú stanovené hygienické limity. Nebezpečné môžu byť aj niektoré ďalšie prvky, ktoré sú v malom množstve v pôdach a rastlinách potrebné, keď sa však nahromadia vo veľkom množstve, môžu pôsobiť ešte toxickejšie než skôr uvedené prvky. Takto sa môžu prejaviť: Cr, Co, Sn, Sb, Cu, Ni, Ag, Au, Zn, Mo, W, Mn, Fe a ďalšie [3]. Tieto prvky sa viažu na jemné častice aerosólov. Ťažké kovy sa dostávajú do životného prostredia cestou prírodných a antropogénnych procesov. Prírodné zdroje zahrňujú in situ zvetrávacie procesy a atmosférickú depozíciu kovov, oceánické procesy a vulkanické erupcie. Antropogénne zdroje zahrňujú spaľovanie fosílnych palív na výrobu elektrickej energie, ťažbu a spracovanie rúd, priemyselné procesy, poľnohospodárske aktivity a neustále sa zvyšujúcu prevádzku motorových vozidiel. Hlavným cieľom výskumu na pracovisku autorov je sledovanie zastúpenia vybraných kovov (Na, Mg, Al, Ca, V, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Sb, Cd, Ba, Pb) v jednotlivých frakciách PM. Vybrané kovy môžu pochádzať z rôznych zdrojov, či už je to cestná doprava (súčasti automobilu, kryt vozovky, resuspenzia prachu z vozovky). V nasledujúcej tabuľke (Tab. 1) sú na základe literárnej rešerše priradené niektorým vybraným kovom ich možné zdroje, z ktorých podľa uskutočnených štúdií môžu pochádzať. Tab. 1: Zdroje kovov obsiahnutých v tuhých časticiach – všeobecne [1, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18] Zdroj povrch vozovky časti automobilov brzdové doštičky, obloženie a spojka pneumatiky Automobilová nafta doprava benzín palivo a mazacie oleje olej katalizátor cestný prach Spaľovanie uhlia a odpadu Priemysel Spaľovanie biomasy Spaľovne

Chemický prvok Al, Si, Ca, Mg, C, Na, K, V, Ni Cu, Sn, Cr, Pb, Cd, As, Sb, Fe, Al Cu, Sb, Ba, Cr, Fe, Ni, Pb, Zn Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Fe, Mn, Cr, Co Al, Ca, Mg, Mn, Cu, Fe, Mo, V, Zn Sr, Cu, Mn Fe, Ca, P, Zn, Mg Pt, Pa, Rh (Platinum metals) Zn, Al, K, Fe, Na, Mn Zn, Sb, Cu, Cd, Hg, Se, As, Cr, Co, Al Sb, Ag, V, Ni, As, In, Cu, Mn, Ce, Co, Cr, Pb K Cd, Pb, Sb, Zn

2 MERANIA V OKOLÍ KOMUNIKÁCIE Tuhé častice viažu na seba rôzne prvky a zlúčeniny. Skúmať ich je zložité. V prvej etape prác sme sa zamerali na sledovanie obsahu vybraných kovov vo frakciách PM 1, PM2,5 a PM10 v intraviláne mesta priamo pozdĺž komunikácie. Vieme, že každý z týchto kovov môže pochádzať z konkrétneho zdroja (Tab. 1). Najvyššie koncentrácie kovov sú sledované v zimných meracích obdobiach v závislosti od klimatických podmienok. Také výsledky sme zistili aj pri meraniach zimných mesiacoch roku 2011 a 2012 (marec 2011, január 2012). Najvyššie koncentrácie PM boli namerané v meracom období január 2012. Frakcia PM10 dosiahla hodnotu 158,54 µg.m-3 dňa 29.1.2012 a PM2,5 148,95 µg.m-3 dňa 29.1.2012 (pri priemernej dennej teplote -7,93 °C) [7]. Bolo to spôsobené zhoršenými rozptylovými podmienkami v týchto obdobiach, veľmi nízkou teplotou a v neposlednom rade možným príspevkom aj iných zdrojov ako je samotná cestná doprava, predpokladaným príspevkom lokálneho

39

vykurovania. Niektoré kovy boli vo väčšej miere zastúpené v hrubej frakcii PM2,5-10 a niektoré naopak v jemnej frakcii PM2,5 (Obr. 1). Minimálne 60 % zastúpenie v hrubej frakcii PM2,5-10 mali prvky Na, Al, Ca, V, Fe, Cu, Mo a Ba. Najvyššie priemerné percentuálne zastúpenie v hrubej frakcii mal prvok Fe a to až 80 %. Práve tieto prvky môžu tiež pochádzať z obrusu krytu vozovky (Tab. 1) a ich prevažná časť sa nachádza v hrubej frakcii tuhých častíc. Najväčšie zastúpenie v jemnej frakcii PM2,5 mali prvky Zn, As, Cd a Pb, z toho prvok Cd vykazoval zastúpenie v tejto frakcii v priemere až 94 %. Prvky As, Cd a Pb patria medzi monitorované prvky v zmysle vyhlášky [17], pri ktorých sa musia dodržiavať limitné hodnoty koncentrácií. Považujú sa za veľmi škodlivé pre zdravie človeka a tým, že sa nachádzajú práve vo frakcii PM2,5, umocňujú škodlivosť tejto jemnej frakcie. Najvyššie koncentrácie boli zistené pre As 8,52 ng/m3, Cd 3,17 ng/m3 a taktiež olovo vykazovalo pomerne vysoké hodnoty - Pb 81,01 ng/m3 v meracom období január 2012. V spojení s cestnou dopravou, môžu tieto prvky pochádzať priamo z automobilov a ich súčastí. Taktiež môže byť ich zdrojom spaľovanie tuhých palív v domácich kúreniskách. Nakoniec zostali prvky, ktoré sa nachádzajú približne rovnako v hrubej a jemnej frakcii PM a sú to prvky Mg, Cr, Mn, Ni, Sb.

Obr. 1: Zastúpenie vybraných kovov v jednotlivých frakciách PM v rôznych meracích obdobiach [7]

40

Nakoľko všetky tieto zistenia sú podmienené vplyvom klimatických pomerov, rozhodli sme sa doplniť ich laboratórnymi meraniami.

3 METODIKA EXPERIMENTÁLNYCH MERANÍ V LABORATÓRIU Experimentálne merania distribúcie a množstva uvoľňovaných tuhých častíc pri vyjazďovaní rôznych druhov asfaltových zmesí pre obrusné vrstvy vozoviek prebiehali v laboratóriu Katedry cestného staviteľstva. Hlavným cieľom experimentu bolo zistiť produkciu tuhých častíc z rôznych vzoriek asfaltových zmesí (rozdielnych v zložení kameniva a druhu asfaltu). Vzorky označené A3 – asfaltový betón (AC), S3 – asfaltový koberec mastixový (SMA), P3 – asfaltový koberec drenážny (PA) (Obr. 1). Bližšia špecifikácia asfaltových zmesí je publikovaná v literatúre [8]. Zmesi boli vyjazďované prístrojom DynaTrack typizovaným kolesom po dobu 6 hodín, pri rovnakých pracovných podmienkach (teplota, vlhkosť). Počas 6 hodín prebehlo 10 000 cyklov (t.j. 20 000 pojazdov). Počas vyjazďovania vzoriek bol vzorkovaný vzduch z vnútra zariadenia odoberaný prístrojmi APS 3321 (Aerodynamic Particle Sizer) a Leckel LVS3 – 3 kusy (Obr. 2). Vzduch v okolí vyjazďovanej vzorky cirkuloval (bol vírený dvoma ventilátormi, ktoré sú súčasťou zariadenia na vyjazďovanie) tak, aby bola v celom priestore okolo vzorky rovnaká teplota. Týmto bolo dosiahnuté aj vírenie tuhých častíc produkovaných pri obruse vzorky a následné vzorkovanie spektrometrom APS a prietokovým čerpadlom Leckel.

a)

b) 2

3 1

c) Obr. 2: Použité prístroje pri skúške – a) (1 – Leckel LVS3, 2 – DynaTrack, 3 – APS 3321), umiestnenie vzorky v prístroji DynaTrack – b), skúšané vzorky asfaltových zmesí pre obrusné vrstvy vozoviek – c) Ešte pred samotným vyjazďovaním skúšobných vzoriek sa vykonali základné skúšky chemického zloženia materiálov obrusných vrstiev röntgen-fluorescenčnou spektroskopiou (XRF X-ray fluorescence spectroscopy), ktorá slúži na kvalitatívnu a kvantitatívnu analýzu látok.. Zistili sme, že asfalt ako taký neobsahuje žiadne látky zo skupiny, ktorú sledujeme. Kamenivo, ktoré tvorí kostru asfaltovej zmesi, bolo taktiež podrobené XRF spektroskopii (SPEKTRO iQ II AMATEK, Germany) [4] a zistili sme percentuálne zastúpenie prvkov, ktoré sú pre nás zaujímavé. Skúšky boli vykonané v laboratóriu Katedry materiálového inžinierstva Stavebnej fakulty TU Košice. Výsledky sú uvedené v tabuľke (Tab. 2).

41

Tab. 2: Percentuálne stanovenie prvkov v kamenive XRF spektroskopiou (v %) Prvok/ kamenivo

Si

Al

Mg

Ca

Fe

Mn

Cr

V

podiel identifikovaných prvkov

Malužiná

50,94

14,35

6,00

10,11

8,21

0,25

0,007

0,053

92,90

Badín

60,17

19,48

3,12

8,88

5,81

0,12

<

0,040

100,00

Sološnica

50,59

14,88

10,37

9,97

10,68

0,26

0,018

0,056

100,00

Biely Potok Tunežice

4,36

1,79

29,13

42,57

0,50

0,05

0,057

0,020

78,73

5,61

1,03

7,77

67,57

0,497

0,044

0,053

0,022

83,02

Monitorovanie ovzdušia pozdĺž cestnej komunikácie prebiehalo dlhodobo v týždenných meracích cykloch. Chemické analýzy na zistenie obsahu vybraných ťažkých kovov boli vykonané na frakciách pevných častíc PM10, PM2,5, PM1. Zisťovaná bola prítomnosť nasledovných 17 vybraných kovov: Na, Mg, Al, Ca, V, Cr, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Mo, Sb, Cd, Ba, Pb (Obr. 3). Na identifikáciu a stanovenie prítomnej chemickej formy sledovaného prvku vo vzorke tuhých častíc boli využité spektroskopické metódy. Rozbory filtrov a stanovenie kovov vo frakciách PM sa realizovali podľa normy [14]. Pred stanovením anorganických prvkov boli exponované filtre rozložené zmesou kyselín (HNO3 a HF) a oxidačných činidiel s následným stanovením metódou hmotnostnej spektrometrie s indukčne viazanou plazmou ICP MS (Perkin-Elmer ELAN 6000, USA) v spolupráci s Prírodovedeckou fakultou Univerzity Komenského v Bratislave [2].

Obr. 3: Zastúpenie vybraných kovov v jednotlivých frakciách PM(priemerné hodnoty zo všetkých nameraných údajov Tab. 3: Stanovenie prvkov v TSP vyjadrené ako koncentrácie prvkov v TSP - µg/g Zmes/ prvok A3

Na

Mg

Al

Ca

V

Cr

Fe

Mn

Ni

Cu

Zn

434

866

479

5745

<4,6

55,5

<138

<41

22,3

14

<14

S3

387

537

335

4734

<4,4

<13,3

31210

<40

9,1

33

224

42

Na základe potvrdených predpokladov, že kamenivo obrusných vrstiev obsahuje zhodné prvky (Tab. 2) aké boli identifikované pri prvých laboratórnych skúškach na vzorkách tuhých častíc zachytených na filtroch v produkovaných tuhých časticiach (Tab. 3), čo zodpovedalo aj výsledkom získaným zo štatistického hodnotenia dlhodobých meraní v okolí mestskej komunikácie (Obr. 3). Rozhodli sme sa presunúť merania do laboratória, aby sme odstránili pôsobenie klimatických podmienok a overiť vplyv zloženia asfaltovej zmesi na produkciu tuhých častíc pri vyjazďovaní vzorky.

4 VÝSLEDKY EXPERIMENTU Všetky tri vzorky mali počas vyjazďovania rovnaké pozaďové podmienky (rovnaká teplota, vlhkosť, prúdenie vzduchu) v uzavretej komore – priestore vyjazďovania. Dáta o distribúcii a množstve tuhých častíc počas vyjazďovania vzorky boli získané spektrometrom APS 3321. Prístroj bol nastavený na zaznamenávanie priemerných hodnôt počas 300 sekundového intervalu. Týchto 300 sekundových intervalov prebehlo 72, t. j. celková dĺžka merania bola 6 hodín. Pre každý aerodynamický priemer, ktorý zaznamenáva prístroj APS, bolo teda k dispozícii 72 hodnôt. Pre interpretovanie výsledkov distribúcie a množstva tuhých častíc boli zvolené jednotky počet častíc určitého aerodynamického priemeru na centimeter kubický vzduchu (#/cm3) a hmotnosť častíc daného aerodynamického priemeru na meter kubický vzduchu (μg/m3) (Tab. 4). Distribúcia tuhých častíc podľa aerodynamického priemeru je znázornená na obrázku (Obr. 4). Tab. 4: Výsledky experimentu produkcie tuhých častíc z rôznych asfaltových zmesí parameter/vzorka asfaltovej zmesi

dM (μg/m3) koncentrácia častíc

dN/dlogDp (#/cm3) počet častíc

S3

5,17

21,6

A3

5,04

26,4

P3

1,29

10,5

Obr. 4: Priemerná početná a hmotnostná distribúcia tuhých častíc pre vzorky A3, S3, P3

43

5 DISKUSIA K DOSIAHNUTÝM VÝSLEDKOM Z experimentálnych meraní zameraných na zisťovanie produkcie tuhých častíc pri obruse rôznych vzoriek asfaltových zmesí bolo zistených niekoľko rozdielov medzi skúmanými vzorkami. Najväčšia priemerná hmotnostná koncentrácia tuhých častíc bola zistená pri vzorke S3 – SMA, druhá v poradí bola vzorka A3 – AC a najnižšia koncentrácia bola pri vzorke P3 – PA. Najväčšia početná koncentrácia tuhých častíc bola naopak zistená pri vzorke A3, druhá bola S3 a najnižšiu početnú koncentráciu tuhých častíc vykázala vzorka P3. Pri vzorke A3 sa uvoľňovalo väčšie množstvo častíc menšieho aerodynamického priemeru ako pri vzorke S3. Priebeh zloženia tuhých častíc pri vzorke S3 bol viac posunutý do väčších aerodynamických priemerov, čo spôsobuje zastúpenie väčšej hmoty v jednotke vzorkovaného vzduchu. Každá zo skúšaných vzoriek je špecifická svojím zložením – druh asfaltu, množstvo asfaltu, druh kameniva, rôzne čiary zrnitosti kameniva v zmesiach. V nadväznosti na použitom materiáli sú vytvorené vzorky s rôznou štruktúrou povrchu, čo môže v konečnom dôsledku ovplyvniť obrus týchto vzoriek. Skúmali sme aj textúru jednotlivých vzoriek (porovnávali sme povrch vzoriek 3D skenovaním), ale medzi charakteristikami textúry a produkciou pevných častíc sa zatiaľ nenašla relevantná závislosť. Experimentálne merania, ktoré sme uskutočnili, boli prvé tohto druhu. Vzoriek bolo zatiaľ málo na vykonanie štatistickej analýzy. Je potrebné merania zopakovať a doplniť, aby sa potvrdila ich dôveryhodnosť. Z uvedených výsledkov a poznatkov nadobudnutých počas prvých experimentov vyplýva, že pre optimálnu aplikáciu uvedených postupov je nutné zvýšenie počtu pojazdov pri vyjazďovaní vzoriek, aby sa získali vyššie navážky na filtroch pre jednotlivé frakcie tuhých častíc a bolo možné získať relevantné stanovenie všetkých požadovaných prvkov z každého kontaminovaného filtra. Z realizovaných analýz vyplýva, že niektoré prvky ako Al, Ca, Mg, Fe sa nachádzajú či už v samotnom kamenive asfaltovej zmesi, tak i v tuhých časticiach zachytených na filtri pri vyjazďovaní asfaltových zmesí a taktiež v tuhých časticiach odobraných v teréne v mestskom prostredí.

POĎAKOVANIE Tato publikácia vznikla vďaka podpore grantovej úlohy VEGA 1/0804/12 Vplyv materiálového zloženia asfaltovej zmesi na charakteristiky textúry povrchu vozovky a produkciu emisií a v rámci operačného programu Výskum a vývoj pre projekt: Centrum excelentnosti pre systémy a služby inteligentnej dopravy II., ITMS 26220120050 spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

"Podporujeme výskumné aktivity na Slovensku/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ" LITERATÚRA [1] ADAMEC, V. a kol. 2008. Prašnosť z dopravy a její vlivy na imisní zatížení ovzduší suspendovanými částicemi: výroční zpráva projektru VaV 1F54H/098/520 za rok 2007. Brno: Centrum dopravního výzkumu, v. v. i., 2008. 110 s. [2] BUJDOŠ, M., HAGAROVÁ, I., MATÚŠ, P., ČANECKÁ, L., KUBOVÁ, J.: Optimization of determination of platinum group elements in airborne particulate matter by inductively coupled plasma mass spectrometry. Acta chimica Slovenica. Volume 59, Issue 1. pp. 124. – 128, 2012. ISSN 1318-0207

44

[3] ĎURŽA, O.: Využitie pôdnej magnetomrtrie v environmentálnej geochémii ťažkých kovov. Acta Geologica Universitatis Comenianae [online]. 2003, Nr. 58, [cit. 4. 9. 2013]. Dostupné na internete: web.tuke.sk/lf.../3%20durza-enviro-magnetometria%20pody.rtf [4] ONDREJKA HARBUĽÁKOVÁ, V., EŠTOKOVÁ, A., ŠTEVULOVÁ, N., LUPTÁKOVÁ, A., FORAIOVÁ, K.: Current Trends in Investigation of Concrete Biodeterioration [online]. 2013.In: Procedia Engineering : Concrete and Concrete Structures 2013 : 6th International Conference, Slovakia. Vol. 65 (2013), p. 346-351. ISSN 1877-7058. Dostupné na: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705813015609. [cit. 4. 9. 2015]. [5] GATARI, M. J., BOMAN, J., WAGNER, A., JANHÄLL, S., ISAKSON, J. 2006. Assessment of inorganic content of PM2,5 particles sampled in a rural area north-east of Hanoi, Vietnam. Science of the total environment [online]. 2006, vol. 368, issue 2-3 [cit. 22. 10. 2012]. Dostupné na internete: http://www.sciencedirect.com/ science/article/pii/S0048969706002920. ISSN 0048-9697. [6] HUZLÍK, J., LIČBINSKÝ, R., MIKUŠKA, P. 2011. Identifikace zdrojů resuspendovaných pevných částic statistickými metodami. In Sborník XII. Výroční konverence České aerosolové společnosti. Čejkovice: 2011. ISBN 978-80-86186-31-3, s. 69-74. [7] JANDAČKA, D. 2012. Vplyv cestnej dopravy na výskyt tuhých častíc: dizertačná práca. Žilina: Žilinská univerzita v Žiline, 2012. 134 s. [8] KLAZ 1/2010 Katalógové listy asfaltových zmesí. MDPaT SR, 2010. [9] KUKUTSCHOVA, J. - MORAVEC, P. - TOMASEK, V. - MATEJKA, V. - SMOLIK, J. SCHWARZ, J. - SEIDLEROVA, J. - SAFAROVA, K. - FILIP, P.: 2011. On airborne nano/microsized wear particles released from low-metallic automotive brakes. Environ. Pollut. 159, 998-1006. [10] McCULLUM, K. - KINDZIERSKI, W.: 2001. Analysis of Particulate Matter Origin in Ambient Air at High Level. Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta. 2001. [11] MORAWSKA, L., ZHANG, J. J. 2002. Combustion sources of particles. 1. Health relevance and source signatures. Chemosphere [online]. 2002, vol. 49, issue 9 [cit. 22. 10. 2012]. Dostupné na internete: http://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S0045653502002412. ISSN 0045-6535. [12] PANT, P. - HARRISON, R. M.: 2013. Estimation of the contribution of road traffic emissions to particulate matter concentrations from field measurements: A review. In: Atmospheric Environment [online]. 2013, vol. 77, p. 78 – 97 [cit. 21. 02. 2014]. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231013002732. ISSN 1352-2310. [13] SANDERSON, P. - DELGADO-SABORIT, J. M. - HARRISON, R. M.: 2014. A review of chemical and physical characterisation of atmospheric metallic nanoparticles. In: Atmospheric environment [online]. 2014, vol. 94. p. 353-365 [cit. 21. 02. 2014]. Available at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231014003707. ISSN 1352-2310. [14] STN EN 14902: Ochrana ovzdušia. Vonkajšie ovzdušie. Štandardná metóda na stanovenie Pb, Cd, As a Ni vo frakcii PM10 suspendovaných častíc, 2008. [15] THORPE, A., HARRISON, R. M. 2008. Sources and properties of non-exhaust particulate mater from road traffic: A review. Science of the total environment [online]. 2008, vol. 400, issue 1-3 [cit. 22. 10. 2012]. Dostupné na internete: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004896970800658X. ISSN 0048-9697 [16] VOJTEŠEK, M., MIKUŠKA, P., VEČEŘA, Z. 2009. Výskyt, zdroje a stanovení kovů v ovzduší. Chemické listy [online]. 2009, roč. 103, č. 2, [cit. 22. 10. 2012]. Dostupné na internete: http://chemicke-listy.cz/docs/full/2009_02_136-144.pdf. [17] Vyhláška č. 360/2010 Ministerstva pôdohospodárstva, životného prostredia a regionálneho rozvoja SR o kvalite ovzdušia. [18] WEINBRUCH, S. - EBERT, M.: 2004. Source Apportionment of Atmospheric Aerosols Based on Electron Microscopy, Technical University of Darmstadt, 2004.

45

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí, Vysoké Mýto

Silvia CÁPAYOVÁ1, Andrea ZUZULOVÁ2, Monika ORTHOVÁ3 POUŽITIE R-MATERIÁLU DO ASFALTOVÝCH ZMESÍ NA SLOVENSKU APPLICATION OF RECLAIMED MATERIAL TO ASPHALT MIXES IN SLOVAKIA Abstrakt Vzhľadom na problém environmentálnej akceptovateľnosti technológií v cestnom staviteľstve možno používať rôzne typy nových a recyklovaných materiálov, rôznych prísad alebo takých technológií, ktoré šetria neobnoviteľné prírodné zdroje a zároveň zabezpečia požadované vlastnosti konštrukcie vozovky. Príspevok sa zameriava na možnosť aplikácie recyklovaného materiálu do asfaltových zmesí na Slovensku a na výsledky výskumu realizovaného na Katedre dopravných stavieb v Bratislave. Kľúčové slová Asfaltová zmes, recyklovaný materiál, spotreba energie, laboratórne skúšanie. Abstract According to the problem of environmental acceptability of technologies in road construction it’s possible to use different types of new and reclaimed materials, various additives or those technologies which saving non-renewable natural resources and at the same ensuring the required properties of the road construction. This paper focuses on the application of reclaimed material to asphalt mixture and on the own results of research on Department of Transportation Engineering in Bratislava. Keywords Asphalt mixture, reclaimed material, energy consumption, laboratory tests.

1 ÚVOD V posledných rokoch sledujeme rastúci trend v počte vozidiel a s tým spojené zvýšenie dopravného zaťaženia na existujúcej cestnej sieti, zvýšené využívanie individuálnej dopravy a uprednostňovanie prepravy tovaru zo železničnej dopravy na cesty. Okrem dopravného zaťaženia sú ďalšie dôležité faktory priamo ovplyvňujúce stav komunikácií, najmä klimatické vplyvy (prívalové dažde a pod.). Dôležitý je samozrejme aj správny návrh konštrukcie vozovky, ktorá má týmto pôsobiacim faktorom odolávať. Je nutné použiť tie najkvalitnejšie materiály a technológie, ktoré zabezpečia požadované parametre vozovky počas celej jej životnosti. Pri voľbe materiálov a konkrétnych technológií je potrebné dbať aj na environmentálnu a ekonomickú efektivitu.

1

2

3

Ing. Silvia Cápayová, PhD., Katedra dopravných stavieb, Stavebná fakulta, Stu v Bratislave, Radlinského 11, 810 05 Bratislava, Slovensko, tel.: (+421) 2 59274355, e-mail: [email protected]. Ing. Andrea Zuzulová, PhD., Katedra dopravných stavieb, Stavebná fakulta, Stu v Bratislave, Radlinského 11, 810 05 Bratislava, Slovensko, tel.: (+421) 2 59274355, e-mail: [email protected]. Ing. Monika Orthová, Katedra dopravných stavieb, Stavebná fakulta, Stu v Bratislave, Radlinského 11, 810 05 Bratislava, Slovensko, tel.: (+421) 2 59274359, e-mail: [email protected].

46

V 2013 [4] bola celková spotreba energie v EU-28 1 103,8 Mtoe, z čoho priemysel tvoril 25 % (276,6 Mtoe) a doprava približne 32 % (348,5 Mtoe) - cestná doprava 81,8 %, železničná doprava 1,9 %, letecká doprava 14 %. Na Slovensku bola celková spotreba 10,9 Mtoe pre všetky sektory, z toho priemysel 39,5 % (4,3 %) a doprava 22 % (2,4 Mtoe) – cestná doprava 83,3 %. Od roku 2011 sa tento vývoj v EU-28 aj na Slovensku udržiava na približne rovnakých hodnotách. Z pohľadu energetických nárokov týkajúcich sa konštrukcie vozovky ide o energiu prezentujúcu celkové množstvo energie, ktoré si vyžadujú jednotlivé procesy ako napr. získavanie, spracovanie a doprava materiálu a ďalšie činnosti vyžadujúce si energiu. Toto celkové množstve je približne 1 MJ/1kg CB zmesi a približne 3 MJ/1kg asfaltovej zmesi; je to závislé od konkrétneho zloženia zmesi a použitej technológie. Z pohľadu asfaltových zmesí, sú energeticky najnáročnejšie zmesi spracovávané za horúca (680 MJ/t), ktoré sú na Slovensku ešte stále najviac používané. V roku 2013 bola ich celková produkcia (vrátane asfaltových zmesí za nižších teplôt WMA) 1,6 mil. ton, čo tvorí len asi 0,6 % z celkovej produkcie EU-28. 61 % vyrobených zmesí sa použilo do vrstiev krytu vozovky, zvyšok do podkladových vrstiev. Energetická náročnosť zmesí WMA je približne 654 MJ/t. Táto hodnota je priamo ovplyvnená konkrétnou technológiou WMA, aký typ modifikácie spojiva/zmesi bol použitý. Neoddeliteľnou výhodou týchto zmesí je zohľadnenie aspektov životného prostredia. Zníženie negatívneho vplyvu na ŽP je závislé od viacerých faktorov. Predpokladá sa, že technológie, ktorými možno dosiahnuť väčšie redukcie teplôt, dosahujú aj väčšie redukcie emisií. V roku 2012 [4] bola celková produkcia skleníkových plynov na Slovenku približne 42,7 mil. ton eqv. CO2 (cca 1% z celkovej produkcii skleníkových plynov v EU), s podielom dopravy cca 16 %. Celková produkcia CO2 bola 35,3 mil. ton (cca 1% z celkovej produkcii skleníkových plynov v EU), s podielom dopravy cca 19 %. Produkcia CO má od roku 2001 výrazne klesajúci charakter – rok 2001 = 133,1 tis. ton  rok 2012 = 46,4 tis. ton. Všeobecne možno pri použití WMA hovoriť o nasledujúcich redukciách [1]: CO 10–30%, CO2 20–40%, NOx 60–70%, SO2 20–40%, prchavé organické zložky 50% a prachové častice 30–50%. Ďalšou alternatívou na zníženie energetickej náročnosti klasických zmesí za horúca je výroba a spracovanie asfaltových zmesí za studena s úsporou 30 %, recyklácia na mieste za horúca približne 15 %, kombinácia studenej recyklácie na mieste a zmesí za studena je možné ušetriť až 80 % energie potrebnej pre výrobu a spracovanie zmesi. Pre porovnanie, energetická náročnosť CB vozovky je závislá predovšetkým od energie potrebnej na výrobu cementu, ktorá predstavuje u klasickej CB vozovky cca 81 % z celkovej spotreby energie 738 MJ/t, resp. cca 90 % z 1 226 MJ/t pri kontinuálne vystuženej CB vozovke.

2 POUŽITIE RECYKLOVANÉHO MATERIÁLU NA SLOVENSKU Podmienky pre použitie recyklovaného materiálu do konštrukcie vozovky a jeho vlastnosti sú na Slovenku definované normou STN EN 13 108-8. Maximálne odporúčané množstvo tohto druhu materiálu do konkrétnej vrstvy vozovky je uvedené v tabuľke 1. Okrem toho, norma uvádza obsah a definovanie kontaminantov, kategorizáciu a informácie týkajúce sa zložiek recyklovaného materiálu. Tab.1: R-materiál v konštrukcii vozovky podľa STN EN 13 108-8 Max. odporúčané množstvo R-materiálu (%)

Zmes

Kryt

Ložná alebo podkladová vrstva

Asfaltový betón AC

10

20

Asfaltový koberec veľmi tenký BBT

10

-

Asfaltový koberec drenážny PA

10

-

Asfaltový koberec mastixový SMA

10

20

Liaty asfalt MA

10

-

47

Z tabuľky 1 je zrejmé, že max. odporúčané množstvo je 20 % R-materiálu do zmesi AC resp. SMA do ložnej alebo podkladovej vrstvy. Podľa normy STN 73 6121 platiacej do roku 2006 bolo možné použiť 40 % do vrstiev krytu, 50 % do ložnej vrstvy a až 70 % do podkladovej vrstvy, v závislosti od typu zmesi. Domáce a zahraničné výsledky výskumov potvrdzujú, že zmesi obsahujúce rôzne množstvo (a tiež viac ako 20%) recyklovaného materiálu dosahujú lepšie pevnostné a deformačné parametre. Okrem spomínanej normy sú v platnosti 3 predpisy: TP 04/2011 Recyklácia asfaltových zmesí za horúca v obaľovacích súpravách; TP 05/2011 Recyklácia asfaltových zmesí na mieste za horúca pre vozovky s dopravným zaťažením triedy I. až VI. a TP 07/2011 Opätovné spracovanie vrstiev netuhých vozoviek za studena na mieste. TP 07/2011 definuje tri druhy recyklovaného materiálu – asfaltový ARM, zmesný ZRM a neasfaltový NRM.

3 LABORATÓRNE SKÚŠKY A ICH VÝSLEDKY Viaceré zahraničné i domáce skúsenosti poukazujú, že recyklovaný materiál dokáže zvýšiť napr. odolnosť asfaltovej zmesi proti vzniku trvalých deformácií alebo znížiť citlivosť na vodu. Samozrejme, je to závislé od druhu recyklovaného materiálu a jeho množstva v zmesi. Výskum Katedry dopravných stavieb v oblasti environmentálnych technológií siaha približne do polovice 80tych rokov. Za ten čas sa mnoho prác venovalo overovaniu možnosti aplikácie recyklovaného materiálu do rôznych konštrukčných vrstiev vozovky, stanovenie vplyvu tohto materiálu na vlastnosti zmesi a odporúčanie jeho vhodného dávkovania. Väčšinou išlo o materiál znovu získaný z konštrukcie vozovky, prípadne to boli iné materiály ako napr. vysokopecná troska, a pod.. Recyklovaný materiál sa aplikoval ako náhrada časti kameniva, prípadne aj časti asfaltového spojiva. Overené boli vlastnosti zmesí stmelených asfaltovým a hydraulickým spojivom [2], [3] posledné výsledky výskumu boli získané v rámci výskumu vlastností nízkoteplotných asfaltových zmesí [1], [5]. Laboratórne skúšky boli vykonané na asfaltových zmesiach vhodných do podkladových vrstiev vozoviek s rôznym množstvom recyklovaného materiálu – do 20% v súlade s normou STN EN 13108-8 a zároveň v množstve až do 80% v súlade s už neplatnou normou STN 73 6121. Základnými skúškami boli Marshallova skúška (Stabilita SM (kN), Pretvorenie PM (mm) a Miera tuhosti TM (-)) , nepriama pevnosť v ťahu ITS (MPa) a citlivosť na vodu ITSR (%). V minulosti boli práve výsledky Marshallovej skúšky smerodajné pre stanovenie optimálneho množstva asfaltového spojiva v zmesi a súčasne bolo možné predpokladať, ako sa bude zmes správať z pevnostného a deformačného hľadiska. V súčasnosti sa táto skúška pre cestné vozovky nepoužíva, v platnosti je norma len pre asfaltové vozovky na letiskových plochách STN EN 12 697-34. Podľa platných predpisov sa asfaltové zmesi navrhujú empiricky s preukázaním splnenia všeobecných a empirických požiadaviek; optimálne množstvo spojiva sa stanovuje na základe výsledkov skúšok volumetrických vlastností, z ktorých však vieme ťažšie predpokladať ako sa zmes bude následne správať pri skúške odolnosti proti vzniku trvalých deformácií a proti únave, pri stanovení modulov tuhosti. Ďalšími dôležitými boli laboratórne skúšky pevnostných a deformačných charakteristík asfaltových zmesí, ako sú odolnosť proti vzniku trvalých deformácií stanovená vyjazďovaním kolesom PRDAIR (mm), WTSAIR (mm/103 z.c.), odolnosť proti únave a stanovenie modulov tuhosti Sm (MPa). Tieto skúšky sú zároveň skúškami, ktoré sa požadujú pri návrhu zmesi podľa funkčných požiadaviek. Tento spôsob návrhu asfaltovej zmesi sa u nás v súčasnosti vyžaduje iba u zmesí s vysokým modulom tuhosti VMT. Vzhľadom k tomu, že je čím ďalej tým viac preferovaný v praxi je snaha o jeho zaradenie aj do ďalších predpisov na Slovensku. Konkrétne výsledky uvádzané v príspevku ďalej sú čiastkovými výsledkami. Vybrané boli asfaltové zmesi, v ktorých sa použilo určité množstvo recyklovaného materiálu, ako uvádza tabuľka 2. Mix 1 a 2 boli navrhované a skúšané ešte v súlade s normou STN 73 6121: Mix 1 s obsahom recyklovaného materiálu do 70 %, Mix 2 s obsahom R-materiálu do 80 % (viac ako odporúčala STN 73 6121). Zmesi navrhnuté v súlade s STN EN 13 108-1 označené ako Mix 3-1 a 3-3 obsahovali aj

48

organickú FT prísadu Sasobit, ktorá umožňuje zníženie teploty potrebnej pri výrobe a spracovaní zmesi o približne 15 °C. Mix 3-2 a 3-3 obsahovali len 5 % R-materiálu z dôvodu, že vyššie množstvo negatívne ovplyvňovalo medzerovitosť zmesi. Tab.2: Zloženie posudzovaných asfaltových zmesí Zmes

STN 73 6121

STN EN 13 108-1 Kamenivo

Mix 1

OKH

AC 22

Mix 2

OKS

AC 22

Trstín, Lošonec Trstín, Sološnica

Asfaltové Prísada spojivo (%) CA 50/70

-

CA 70/100

-

Mix 3-1 Mix 3-2 Mix 3-3

Trstín

AC 22 P

Mix 3-4

CA 50/70

R-materiál (%) 20; 40; 60; 70

0

0; 20; 40; 60; 80 0; 5

1

0; 5

2

0; 5

3

0; 5

Výsledky Marshallovej skúšky všetkých skúšaných zmesí sú na obrázku 1. Pri každej zmene percentuálneho zastúpenia R-materiálu sa taktiež mení zrnitosť zmesi, ktorá ovplyvňuje hodnoty SM (kN) a PM (mm). Takmer u každej zmesi došlo pri zvyšujúcom sa množstve R-materiálu k nárastu SM. Výnimkou je Mix 2 so 40 %-ami R-materiálu. Výsledky pretvorení nie sú jednoznačné. U zmesí Mix 1 a 3-1 platí, že v závislosti od zloženia asfaltovej zmesi pretvorenia zmesi klesajú so zvyšujúcim sa množstvom recyklovaného materiálu. Mix 2 s obsahom viac ako 40 % recyklátu má ale vyššie hodnoty pretvorenia ako u zmesi s 0 % a 20 % recyklátu. Okrem Mix 2 so 40 %-ami recyklovaného materiálu nastal u ostatných zmesí nárast tuhosti.

Obr. 1: Výsledky Marshallovej skúšky zmesí Mix 1 až Mix 3-4

49

Vlastnosti zmesí označených ako Mix 3-1 až 3-4 boli overované aj ďalšími laboratórnymi skúškami v zmysle platných predpisov: pevnosť v priečnom ťahu (obrázok 3), citlivosť na vodu (obrázok 3), odolnosť proti trvalej deformácii (obrázok 4), odolnosť proti únave, navyše bola vykonaná aj Marshallova skúška (obrázok 2). V podstate všetky výsledky týchto skúšok potvrdili pozitívny vplyv pridaného recyklovaného materiálu na vlastnosti zmesi.

Obr. 2: Výsledky Marshallovej skúšky zmesí Mix 3-1 až Mix 3-4

Obr. 3: Výsledky skúšky pevnosti v priečnom ťahu a citlivosti na vodu zmesí Mix 3-1 až Mix 3-4

50

Obr. 4: Odolnosť proti vzniku trvalých deformácií

4 ZÁVERY Na základe výsledkov laboratórnych skúšok, z časti prezentovaných v tomto príspevku, možno vysloviť nasledujúce závery: 1. Výsledky laboratórnych skúšok asfaltových zmesí s vyšším obsahom recyklovaného materiálu ako odporúča norma STN EN 13108-8 potvrdzujú pozitívny vplyv tohto materiálu na mechanické vlastnosti zmesi. Dôležité je ale brať do úvahy veľkú variabilitu recyklovaných materiálov – vstupné materiály a ich podiel, vlastnosti, vek a doba pôsobenia klimatických vplyvov. 2. Mix 1 - V prípade zmesi so stálym množstvom spojiva spôsobuje nárast množstva recyklovaného materiálu pokles niektorých parametrov, ale tieto sú stále v rámci limitných hodnôt definovaných normami. Pri meniacom sa množstve spojiva, dochádza k nárastu pevnosti a poklesu deformácie zmesi. 3. Pre Mix 2 možno ako optimálne množstvo považovať 20 % recyklovaného materiálu. 4. Pre Mix 3-1 až 3-4 možno ako optimálne a súčasne aj maximálne množstvo recyklovaného materiálu považovať 5 %. Pri aplikácii R-materiálu do zmesi došlo k miernemu poklesu hodnôt ITSR, súčasnou aplikáciou FT prísady došlo naopak k nárastu hodnôt – pri 1 % FT prísady až na 77 %. Na základe výsledkov všetkých realizovaných laboratórnych skúšok, možno ako zmes s najlepšími parametrami vyhodnotiť Mix 3-4, ktorá obsahuje R-materiál a súčasne 3 % FT prísady – nárast ITS o cca 11 %; nárast modulu tuhosti pri 0 °C o 12 % a pri 40 °C o 54 % na hodnotu 24 080 MPa; z priebehu únavových kriviek možno predpokladať najdlhšiu životnosť zo všetkých zmesí Mix 3-1 až 3-4. 5. Odporúčané množstvo FT prísady je 2,5 %. 6. Výsledky výskumu môžu byť použité na úpravu platnej STN EN 13108-8 a na vytvorenie predpisu alebo normy pre nízkoteplotné asfaltové zmesi, ktoré zatiaľ na Slovensku neexistujú. POĎAKOVANIE Príspevok vznikol s podporou projektu 1/0351/13 VEGA Dopravné plochy a ich konštrukcie v integrovanom dopravnom priestore.

51

LITERATÚRA [1] CÁPAYOVÁ S. & ZUZULOVÁ A. & BAČOVÁ K. Properties of asphalt mixtures with reclaimed material in Slovakia. In GBMCE 2014. Hong Kong, Čína, 2015, pp. 935 , ISBN 9781138026698 [2] CÁPAYOVÁ, S. Stanovenie kvalitatívnych parametrov konštrukčných vrstiev z opätovne použitých materiálov. Dizertačná práca. Bratislava: Stavebná fakulta STU v Bratislave, 2011. [3] GÁBOR P. Vlastnosti zmesí s recyklovaným materiálov v podkladových vrstvách vozoviek. Dizertačná práca. Bratislava: Stavebná fakulta STU v Bratislave, 2007. [4] EUROPEAN UNION Statistical pocket book 2015 Transport in figures,. 2015, dostupné na URL: http://ec.europa.eu/transport/factsfundings/statistics/doc/2015/pocketbook2015.pdf [5] VALENTIN J., BENEŠ J., SOUKUPOVÁ L., MORAL X., CÁPAYOVÁ S. Posouzení experimentálně vyrobených a průmyslově vyvíjených alternativ nízkoviskózních asfaltových pojiv - charakteristiky asfaltových pojiv, charakteristiky směsi ACO 11+. Dílčí výzkumná zpráva 1.1.5, Centrum CESTI, FSv ČVUT v Praze, 2013, pp. 15 strán.

52

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Kristýna MILÁČKOVÁ1, Jan VALENTIN2 EXPERIMENTÁLNÍ STUDIE ASFALTOVÝCH POJIV MODIFIKOVANÝCH PRYŽÍ S APLIKACÍ MLETÉ PRYŽE 0,0-0,8 MM A KYSELINY POLYFOSFOREČNÉ EXPERIMENTAL STUDY OF CRUMB RUBBER MODIFIED BITUMINOUS BINDERS WITH APPLICATION OF PULVERIZED RUBBER 0.0-0.8 MM AND POLYPHOSPHORIC ACID Abstrakt Jedním z progresivních trendů, kterým byla v posledních letech věnována z hlediska rozvoje velká pozornost v oblasti silničního stavitelství jsou technické možnosti pro optimalizaci využití recyklované pryže, která se získává ze starých pneumatik a v upravené podobě se uplatňuje v asfaltových směsích a asfaltových pojivech. V této souvislosti v současnosti existuje řada technických postupů, současně však je třeba zdůraznit, že zkušenosti s vlivem na deformační chování pojiva pokud dochází k jeho modifikací drcenou či mletou pryží jsou stále nedostačující. Navíc je třeba poukázat na problém nestejnorodosti konečného kompozitu modifikovaného pojiva, což je obecně známý fenomén, jenž není dosud dořešen. V současnosti známé a používané postupy mletí vedou pouze k částečnému vyřešení problematik. Experimentálně se proto pozornost zaměřuje na možnosti využití tzv. mechano-chemické aktivace mikromleté pryže, která se získává procesem desintegrace. Využití takto získané pryže by mělo vést při použití v asfaltovém pojivu k dostatečné stabilitě výsledného asfaltového kompozitu. Příspěvek shrnuje experimentální poznatky získané při provádění modifikace mikromleté odpadní pryže společně s uplatněním chemických aditiv jako je kyselina polyfosforečná, které napomáhají ke zlepšení stability struktury asfaltového kompozitu. Klíčová slova Pojivo modifikované drcenou pryží; dynamický smykový modul; MSCR test; dynamická viskozita; aktivovaná pryž; PPA Abstract One of the progressive trends which have been developed intensively in the last few years in road structures engineering are technical possibilities for optimal utilization of recycled rubber coming from old tires in asphalt mixtures and bituminous binders. In this connection there exist already several techniques, but at the same time, the knowledge about alterations in strain behavior of bitumen if modified by crumb rubber is still insufficient. Furthermore, the problem of heterogeneity of final composite binder is well known and not qualified completely. Presently known and used milling techniques lead only to a partial solution. Experimentally, the focus is therefore oriented on possible use of so called mechanical chemically activated micro-milled rubber gained by the disintegration process. Application of this treated rubber material should allow sufficient stability of resulting bituminous binder. The paper summarizes experimentally made modifications with use of milled and micro-milled waste rubber together with application of further chemical additives, like polyphosphoric acid, which improve the stability of binder composite structure. 1

2

Ing. Kirstýna Miláčková, Katedra silničních staveb, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, e-mail: [email protected]. Ing. Jan Valentin, Ph.D., Katedra silničních staveb, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, e-mail: [email protected].

53

Keywords Crumb Rubber Modified Bitumen; Dynamic Shear Modulus, MSCR Test, Dynamic Viscosity; Activated Rubber; PPA

1 INTRODUCTION As stated in different studies elaborated worldwide, it is assumed that the yearly waste production of old tires reaches more than 110-115 mil. tires of different types and composition. This might represent more than 7,000 kT of recyclable rubber most of it coming from EU countries and North America [6]. In many countries, different regulations and legal standards have been set for waste management of old tires. In the developed countries, it has for several years forbidden putting of the old tires on landfills and other solutions are forced. If following the European waste management strategies, the most preferred solution is recycling and reuse, in the second step then is energy use. The areas which are for several decades understood as potential fields for crumb rubber utilization are asphalt pavements and suitable bitumen modifications. Generally, two methods are known for crumb-rubber use in asphalt mixes: (1) dry process during which crumb rubber is added directly to the asphalt mixture as a flexible modifier and to substitute part of the finer aggregates and (2) wet process where the bitumen is modified. Materials described in this paper follow the second process. Nevertheless one of the crucial issues related to this product is the homogeneity of the final crumb rubber modified bitumen (CRmB). Of course it is possible to produce CRmB directly at an asphalt mixing plant and there are various solutions of continuous blending. The question always prevails if this is the most suitable solution guaranteeing high-performance ready-to-use binder. If CRmB is produced industrially in a refinery, quality control is better and final products properties are declared. In case of EU, the producer is further responsible for necessary steps related to European directive on Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals (REACH). The target is to get a binder which can be transported for longer distances and can be stored for several days. Homogeneous binder is required, which is usually not easy to achieve because of very strong chemical sulphur bonds in the rubber. Several approaches can be found worldwide, e.g. based on polyphosphoric acid or macrocyclic polymers, to improve the stability between bitumen and dissolved rubber particles. Usually the additive itself is not the overall solution and the composite material crumb rubber-bitumen-additive works only for limited rubber content. Based on this knowledge, this paper focuses on two issues. (1) using a special type of disintegration technique for producing pulverized rubber with particles <0.8 mm including impact assessment of such rubber on bitumen performance and (2) analyzing several types of additives which might help to produce a storage stable product.

2 HIGH SPEED MILLING AND PULVERIZATION OF RUBBER Different industrial field may presently exist without mechanical crushing or pulverization of materials, starting from the exploitation of natural resources, power generation and metallurgy to the paper industry or the production of building materials. The majority of industrial products as known today could not exist without grinding [5], which is understood as a process of refining the grain size and increasing the specific surface of material, but also as a process of opening particle grains [8]. One of the trends which has been going through intensive development in the recent time is high energy milling (HEM). High speed milling (HSM) is understood as a sub-type of HEM which is characterized by large amounts of energy transferred per material unit treated in the pulverizing process. The term of HEM or HSM still lacks precise definition in the literature. It shares all its basic aforementioned characteristics, i.e. refinement of the grain size, increase in the specific surface, opening of grains, etc., with milling in its traditional sense. But, unlike classical milling, certain phenomena occur in HEM/HSM. It is these effects into which some part of consumed energy is transformed and used, mainly: (1) mechanical-chemical activation; (2) production of higher rates of

54

micro- and/or nano-particles; (3) higher efficiency of using consumed energy for the creation of new surfaces. Mechanical-chemical activation is studied by a branch called mechanical chemistry, which may be considered as an interdisciplinary field of science. With some simplification, it deals with the initiation and enhancement of the efficiency of chemical and physical processes through mechanical effects [4].

3 ASSESSED CRUMB RUBBER MODIFIED BINDER VARIANTS The assessment of this group of experimental crumb rubber modified bituminous binders (CRmB) by using a high-speed disintegrator for processing crumb rubber involved the application of finely pulverized, mechanically activated rubber of granularity 0.0-0.8 mm as determined. Attention was paid primarily to the assessment of the effect of the pulverized rubber quantities in the bituminous binder and the impact of the mixing time on the homogenization and functionality of the resulting CRmB binder. Organic poly-phosphoric acid – an additive which has been used in asphalt industry for over 30 years as an alternative type of modifier or a co-modifier, most often together with SBS polymer or crumb rubber (e.g. applications in Spain) – was applied for the sake of comparing the effect. The modifier impacts the proportions of asphaltenes and maltenes in the binder and slows down bituminous binder degradation due to the so-called deflocculation process. In the case of one CRmB variant the impact of used basic distilled bitumen was compared as well, including the effect of crude oil origin, which affects chemical characteristics of the bitumen. All of the CRmB binders were mixed under the temperature of 150°C using approx. 400 revolutions per minute. Tab.1: Tested CRmB binders Bitumen variant

Neat bitumen

Crumb rubber

Used additive

Mixing time

CR-15% + 1%PPA_Total_30min

50/70 Total

15%

1 % PPA

mixing 30min

CR-15%+1%PPA_30min

50/70 OMV

15%

1 % PPA

mixing 30min

CR-15%+1%PPA_60min

50/70 OMV

15%

1 % PPA

mixing 60min

CR-10%_30min

50/70 OMV

10%

-

mixing 30min

CR-10%_60min

50/70 OMV

10%

-

mixing 60min

CR-15%_30min

50/70 OMV

15%

-

mixing 30min

CR-15%_60min

50/70 OMV

15%

-

mixing 60min

CR-20%_30min

50/70 OMV

20%

-

mixing 30min

CR-20%_60min

50/70 OMV

20%

-

mixing 60min

CRmB_8%

50/70 OMV

8%

-

mixing 30min

CRmB_15%+1%PPA

50/70 OMV

15%

1 % PPA

mixing 30min

CR-10%+1%PPA_30min

50/70 OMV

10%

1 % PPA

mixing 30min

CR-10%+1%PPA_60min

50/70 OMV

10%

1 % PPA

mixing 60min

CR-10%+VES_30min

50/70 OMV

15%

4 % TOR

mixing 30min

CR-10%+VES_60min

50/70 OMV

15%

4 % TOR

mixing 60min

Polyphosphoric acid (PPA) is an organic acid, which does not contain water, has no oxidative potential, solidifies at 15°C, reaches viscosity of 0.84 Pa.s at 25°C and has moderate corrosive potential. One of the first applications of PPA was a patent from 1973, which result was a modified bituminous binder with higher viscosity but without any raise of penetration. Following patents concerned mainly the application of PPA in combination with polymers, mostly SMS, SBR and Elvaloy®. Experience with polyphosphoric acid show, that using this modifier the treated binders reach higher stiffness at increased temperatures with minimum impact on bitumen properties related

55

to prevailing operational (moderate) temperatures and low temperatures. Activity and the content of PPA, which is necessary for required bitumen modification, are by far dependent on the origin of the crude oil which is used for the bitumen production. For the testing summarized by this report PPA content from the recommended range between 0.5 % and 1.5 % was used, applying modifier delivered by ICL. PPA is highly hydrophilic (it can easily adsorb water), therefore it is necessary to pay increased attention at higher concentrations of added modifier. For the CRmB variants with 10 % by mass of pulverized rubber, modified binders using PPA and TOR additives (a mix of linear and macrocyclic polymers, known chemically as transpolyoctenamer; commercially available under the name of Vestenamer) were selected additionally for evaluation purposes.

4 USED TEST METHODS Standard empirical procedures and performance based tests were selected to evaluate the impact of the pulverized rubber and used additives or catalysts. Assessed empirical characteristics are:  softening point determination, ring and ball method (EN 1427);  determination of needle penetration under 25°C (EN 1426);  determination of elastic recovery under 25°C (EN 13397);  storage stability test; 72±1 h and temperature of 180°C (EN 13399). Performance based (functional) characteristics:  

determination of the complex shear modulus G* at 60°C and 40°C; frequency sweep for G* and δ with determination of the master curve for the reference temperature of 20°C;  dynamic viscosity determination (EN 13302);  multiple stress creep recovery test [1; 2]. This paper focuses on the analysis of performance based characteristics. The dynamic viscosity assessment is based on the degree of resistance to the stress caused under the selected angular velocity. Dynamic viscosity is a value of significance for the description of bitumen workability. From this perspective, samples of bituminous binders were compared as a standard under the temperatures of 135°C and 150°C with a measurement or conversion for shear rate 6.8 s-1. Flow diagrams were assessed as well. A defined torsion stress was applied to the sample to obtain the relative resistance to spindle revolution. The measurement was taken under various test temperatures. The condition is important primarily with modified bituminous binders or in cases where bituminous binders are improved or modified by various additives. In accordance with the findings and recommendations of the U.S. SHRP program, measurements for distilled binders should be taken for the temperature of 135°C which is considered a suitable representative for the determination of workability level of the sample in question [3; 10]. The standard stipulates a rotational spindle viscometer as the measuring apparatus and ranges for the shear rate (1-104 s-1) and dynamic viscosity (10-2 – 103 Pa.s) under temperatures ranging from 40°C to 200°C. The temperature regulation equipment must be capable of regulation with the precision of ± 0.5°C. The assessment of complex shear modulus G* and phase angle δ of bituminous binders using the dynamic shear rheometer (DSR) is governed by technical standard EN 14770. Simultaneously with the measurement of dynamic shear, the viscosity and elastic behavior of the binder can be examined under varying temperatures and frequencies which, together, cover a broad spectrum of possible conditions to which the bituminous binder might be exposed. The determination of G* and δ in the oscillation test is usually carried out for a temperature range of 20-100°C. A specific stress frequency or a pre-defined frequency spectrum is selected. To obtain relevant results, the linear area of visco-elastic behavior must be defined, i.e. in the regime where the test is conducted with controlled stress; the constant shear stress for the test must be specified. In this study, the previous

56

findings of the CTU in Prague were used. The shear stress of τ=2,000 Pa is considered as safe and appropriate. Additionally using the time-temperature superposition principle, values obtained from measurements under various temperatures and frequencies may be summarized (transposed) in a single characteristic known as master curve for the selected reference temperatures which, in the case of the results presented below, amounted to 20°C. Multi-Stress Creep Recovery (MSCR) test is a laboratory procedure with repeated loading and recovery cycles. This test has been gradually struggled during last few years as the most suitable test method for determination of bituminous binder resistance to permanent deformations. The test method defines relative recovery (recoverability) and non-recoverable creep compliance of bitumen sample und should be done at least on short-term aged bitumen. Within the performed tests on CRmB binder non-aged bitumen was assessed. The value of the % average recovery is used as a tool for determining elastic reaction and strength relations at modified and non-modified bituminous binders. This test applies the concept of gradual material strain at constant acting loading and subsequent ability of this material to recover (relax) or more precisely the ability of the material partially return to the original stage and form. The advantage of MSCR test comparing with frequency sweep is the application of bigger stress (loading) and strain, which better reflects real conditions in a pavement. This test method is suitable for assessment of bitumen behavior in the range of high temperatures, because it predicts in the best way the resistance of the asphalt mix to permanent deformation (rutting). The benefit of the test method comparing e.g. to elastic recovery as described above and developed specially for assessments of polymer modified binders is the fastness of performed test and the possibility to choose different temperatures for carrying out the test with two different stress levels applied according to the standards. By applying the MSCR test crucial difference can be found in the behavior of modified and non-modified bituminous binders. Large elastic recovery ratios of modified binders lead to several fold lower permanent deformation.

5 RESULTS AND DISCUSSION The characteristics of the CRmB binder variants with 8 %, 10 %, 15 % and 20 % pulverized rubber applied to the bituminous binder were verified. In the case of the dosage of 10 % and 15 % pulverized rubber, a sample modified by PPA to the quantity of 1 % by mass of the binder was added as well. Additionally for the CRmB binder with 10 % pulverized rubber also TOR additive was used to get comparison of different additives applicable for CRmB binders. Selected empirical characteristics are listed in the following table. With respect to the percentage representation of pulverized rubber, the value of penetration decreases as expected and, simultaneously, the softening point rises. The effect of PPA then results in a slight increase of the bituminous binder stiffness. This effect was more distinctive for variants with basic bitumen 50/70 Total). The reason can be simple explained by the fact that the distilled bitumen had lower penetration value compared to the other used bitumen 50/70 (OMV). The increase of the softening point by approx. 5-6°C in comparison to the variant with no PPA addition is more distinctive. At the same time, it is obvious that the mixing time only affects the softening point in case of pulverized rubber quantities within the 10-15 % range. In the case of PPA and TOR application, the binder demonstrated no change of the softening point depending on the mixing time. The penetration index values correspond with the changed bituminous binder penetration very well and, in the case of the CRmB variant with PPA, result in a binder that will demonstrate solid resistance to permanent deformation; on the other hand, it results in a bituminous binder with a slightly increased thermal susceptibility. As for the elastic recovery, the effect of the PPA additive is also rather obvious. The binder demonstrates values comparable to standard PMB with good elasticity exceeding the level of 50 %. On the other hand, the results of the storage stability test follow a rising trend; the difference in the softening points and, therefore, deteriorating homogeneity increases with increasing quantities of pulverized rubber applied. It can be assume that binders where 10 % or 8 % of pulverized rubber has been applied will usually meet the

57

criterion of homogeneity required. However, this characteristic must always be paid more attention in case of higher rubber concentrations. When variants with 10 % by mass of pulverized rubber are compared, it is obvious that PPA pushes the softening point significantly – even more in this case than when higher pulverized rubber proportions were concerned. At the same time, penetration falls greatly and the binder will be characterized by higher stiffness while the penetration index is similar to that of the CRmB sample with 15 % by mass of pulverized rubber and PPA additive. It should be also noticed that when 10 % by mass of pulverized rubber and PPA are combined the mixing time has an impact on the resulting parameters. The version with TOR results in a slight change in the softening point (in the case of the longer mixing time) and, again, in a more distinct decrease of penetration. These circumstances have no impact on the resulting penetration index. From the point of elastic recovery, both samples are similar; in contrast to the CRmB sample with 10 % by mass of rubber but with no additives. They result in an improvement by about 10 percentage points. The storage stability of these two binders was not determined. Tab.2: Basic empirical bitumen characteristics Penetration

Softening point

Penetration index

Elastic recovery

[0,1 mm]

[°C]

[-]

[%]

50/70 OMV

78.9

47.1

-0.9

10.3

50/70 Total

52.7

49.9

-1.1

-

70/100 Total

79.7

49.7

-0.1

8.8

CR-15% + 1%PPA_50/70 Total_30min

Bitumen variant

31.3

69.5

1.6

53.3

CR-15%+1%PPA_30min

-

66.4

-

-

CR-15%+1%PPA_60min

43.3

66.1

1.8

53.3

CR-10%_30min

-

53.7

-

-

CR-10%_60min

53.4

56.1

0.4

32.3

CR-15%_30min

-

57.8

-

-

CR-15%_60min

45.1

60.5

0.9

43.8

CR-20%_30min

-

62.5

-

-

CR-20%_60min

42.3

61.9

1.0

48.8

CRmB_8%

54.2

52.3

-0.5

22.3

CRmB_15%+1%PPA

40.1

63.6

1.2

55.3

CR-10%+1%PPA_30min

-

62.5

-

-

CR-10%+1%PPA_60min

35.8

67.6

1.6

57.5

CR-10%+VES_30min

-

58.1

-

-

CR-10%+VES_60min

44.7

58.4

0.4

39.8

5.1 Dynamic viscosity The results of the dynamic viscosity assessment are summarised in the following table and charts that depict the flow curves within the selected thermal range. As is obvious from the results, the representation of pulverized rubber, besides basic binder properties, also affects viscosity accordingly. With increasing proportion of pulverized rubber in the binder, viscosity increases. Dynamic viscosity is also enhanced by the use of PPA, primarily under the assessed temperature of 135°C; this is a phenomenon characteristic for PPA. The increase corresponds to roughly 40 %. Under the higher temperatures assessed (150°C) the viscosity results are slightly closer to the remaining CRmB variants, namely the comparable CRmB binder with 15 % pulverized rubber. However, even here the increase in viscosity amounts to at least 30 %. The courses of dynamic

58

viscosity within the entire temperature range of 100-150°C are indicated in the following charts. From the point of view of the mixing time of the relevant CRmB binder, we can say that no distinctive changes occur. Again, the course of the flow curve depends much more on the quantity of the pulverized rubber applied; the difference between 15 % and 20 % is rather crucial, primarily within the 100-130°C range. The course for variant with PPA is much more similar to the CRmB sample with 20 % of pulverized rubber. Tab.3: Dynamic viscosity values for shear rate of 6.8 s-1 Bitumen variant

Dynamic viscosity (Pa.s) 135°C 150°C

50/70 OMV

0.6

0.3

50/70 Total

0.5

0.3

70/100 Total

0.6

0.2

CR-15% + 1%PPA_50/70 Total_30min

7.3

3.4

CR-15%+1%PPA_30min

5.0

2.6

CR-15%+1%PPA_60min

4.5

2.8

CR-10%_30min

1.8

1.0

CR-10%_60min

1.7

0.9

CR-15%_30min

2.7

1.5

CR-15%_60min

3.1

2.0

CR-20%_30min

5.8

3.6

CR-20%_60min

7.8

4.0

-

-

CRmB_8%

-

-

CR-10%+1%PPA_30min

3.1

1.8

CR-10%+1%PPA_60min

5.1

2.5

CR-10%+VES_30min

2.4

1.1

CR-10%+VES_60min

2.8

1.1

CRmB_15%+1%PPA

From the viscosity perspective it is again interesting to compare variants with 10 % by mass of pulverized rubber. For lower tracked temperature and shorter mixing time the viscosity doubles if PPA is applied. By 2 Pa.s higher dynamic viscosity was found for CRmB binder with PPA and bitumen from a Total refinery. In this case the higher value was most probably influences by shorter mixing time as well. The bitumen has more or less similar viscosity values as CR-20%_60min binder, where different basic bitumen was used, showing higher penetration value (higher gradation level). It is necessary to accent, that with increasing mixing duration the viscosity is further raised comparing to basic variant with 15 % by mass of pulverized rubber in the bitumen. In such a case the increase is reaching a threefold value. In the case of the TOR additive, under the lower temperature the dynamic viscosity increases slightly depending on the mixing time as well; however, the increase is not too distinctive. In this respect, the results under the higher temperature assessed (150°C) are interesting – PPA still affects the resulting viscosity (which, again, is approximately double in comparison to the initial CRmB with 10 % by mass of pulverized rubber) but the addition of TOR has basically no effect on the viscosity under this temperature.

5.2 Complex shear modulus and master curves The dynamic (oscillatory) frequency sweep test carried out on the DSR equipment delivers primarily the values of the complex shear modulus and the corresponding values of the phase angle. The values given in the following table can be used primarily to determine the deformation behavior of the bituminous binder depending on the temperature or temperature range selected. The table

59

below summarizes the values of the complex shear modulus G*, phase angle δ and the characteristics of G*/sin(δ) or G*x sin(δ) which have been defined within the American Strategic Highway Research Program as functional quality indicators in the past. Notation FS+MSCR stays for CRmB samples which have been firstly used for frequency sweep test and afterwards MSCR test was done on the same bitumen sample. The values are stipulated for the test temperatures of 40°C and 60°C. The ascertained complex shear modulus values mirror and complement in a good way the results obtained for the basic empirical characteristics already – the complex modulus increases with the growing proportion of pulverized rubber in the bituminous binder. In this regard, it is interesting to compare the trends for 40°C and for 60°C; the increase of pulverized rubber proportion from 10 % to 15 % results in notably higher proportionate increase of the modulus value at 60°C. A further improvement in the complex modulus characteristic is seen when PPA together with the neat bitumen of Total origin is applied. In this case the compared characteristics are markedly raised by factor four for the lower testing temperature and even by factor nine for the test temperature of 60°C.. Tab. 4: Complex shear modulus characteristics for assessed CRmB binders 40°C

60°C

G*

δ

G*/sin(δ)

G*x sin(δ)

[kPa]

[°]

[kPa]

[kPa]

50/70 OMV

31.8

80

32.3

31.3

1.1

50/70 Total

65.4

77

67.0

63.8

3.9

CR-15% + 1%PPA_Total_30min

264.1

48

357.0

195.4

CR-15% + 1%PPA_Total_FS+MSCR

273.0

47

372.1

200.3

CR-15%+1%PPA_60min

161.1

51

207.6

125.0

CR-10%_60min

75.4

65

83.3

CR-15%_60min

106.3

58

125.3

CR-20%_60min

126.6

53

CRmB_8%

64.6

69

CRmB_15%+1%PPA

137.2

CR-10%+1%PPA_60min CR-10%+VES_60min

Bitumen variant

G*/sin(δ)

G*x sin(δ)

[kPa]

[kPa]

88

1.1

1.1

86

3.9

3.9

35.0

58

41.4

29.7

29.8

60

34.4

25.9

27.7

60

32.0

24.0

68.3

2.5

82

2.6

2.5

90.1

15.3

72

16.1

14.6

158.4

101.2

14.4

69

15.5

13.4

69.4

60.2

4.4

82

4.5

4.4

52

174.1

108.1

19.1

62

21.5

16.9

136.7

52

173.0

108.0

9.0

66

9.9

8.3

100.7

62

114.4

88.7

5.4

78

5.5

5.3

G*

δ

[kPa] [°]

If comparing CRmB binders with identical contents of pulverized rubber, the application of PPA results in the complex shear modulus growing by over 50 %. At the same time, it is advisable to pay attention to the change in the phase angle value where the higher proportion of rubber improves the elastic component of the complex modulus and, again, the application of PPA delivers a further improvement of the elastic component. The aforementioned findings are confirmed for the calculated characteristics as well; higher resistance of the bituminous binder to deformation in sample CR15%_1%PPA _60min (15 % pulverized rubber combined with 1 % of poly-phosphoric acid) is demonstrated for the temperature of 60°C. We can also notice the dependency of resistance to deformation on the quantity of pulverized rubber applied. The fatigue behaviour of the binder should not be affected by the increasing rubber or combination with PPA should not be affected. In case of comparing variants with 15 % of pulverized rubber and modifier PPA the duration of mixing is very good apparent. CRmB variant with longer mixing time shows higher complex shear modulus and G*/sin(δ) characteristic. Concluding this result it is possible to assume, that such binder will be more resistant to permanent deformation. The use of PPA or TOR in combination with a smaller content of pulverized rubber results in similar findings. In both cases, rather distinctive improvements of deformation characteristics are recorded. For PPA the improvement amounts to almost 100 % at 40°C; for higher test temperature, the improvement more than triples. The TOR additive achieves an improvement of approximately

60

one half. Moreover, in both cases, the shear modulus values are accompanied by lower phase angle values which, again, indicate expected improvements in fatigue life.

Fig. 1: Complex shear modulus master curves for CRmB binders, reference temperature 20°C

Fig. 2: Complex shear modulus master curves for CRmB binders – including 10 % CR variants, reference temperature 20°C

Fig. 3: Complex shear modulus master curves for CRmB binders – effect of PPA, reference temperature 20°C

61

Fig. 4: Phase angle master curves for CRmB binders, reference temperature 20°C The figures 1-4 display the master curves of the CRmB samples tested; based on their courses it is obvious that the CRmB variant with PPA seems more suitable for lower frequencies. Again, this proves its positive effect on bituminous binder stiffness and resistance to permanent deformation. For higher frequencies, the values for the CRmB binder with PPA are slightly higher than those where just 10 % of pulverized rubber was applied; nonetheless, if the master curve is evaluated from the point of view of thermal susceptibility of individual binders as well, the sample with 15 % of pulverized rubber and PPA seems like a very good combination again. The CRmB sample with 10 % of pulverized rubber will demonstrate a higher thermal susceptibility. These findings are not absolutely in line with the results of the penetration indices as determined.

5.3 Results of MSCR test MSCR test results show distinct impact, which has from the viewpoint of elastic recovery and non-recoverable creep compliance the combination of pulverized rubber and polyphosphoric acid. Gained results were not reached for CRMB variants without PPA even for higher rubber content in the binder. With respect to a very low value of creep compliance it is possible to expect a very good resistance to permanent deformations. Additionally it is advisable to take not of the fact that if pulverized rubber with PPA is mixed longer time slightly worsened values for both parameters are gained. Nevertheless this is valid only for variant with higher content of pulverized rubber. In case of combining 10 % pulverized rubber with PPA longer mixing time results in improved elastic recovery and strong decrease of creep compliance value. This variant if compared with all the other reaches for both characteristics the best values. With accordant caution the probable positive impact of polyphosporic acid can be stated by these results. Application of additive TOR leads to a slightly improvement of both characteristics and from this point of view the use of such chemical substance is not markedly essential. If analyzing creep compliance and elastic recovery just from the perspective of pulverized rubber use, longer mixing time always improves both characteristics. Lower content of pulverized rubber in the bitumen (8 % by mass) shows considerable decrease in elastic recovery and raised non-recoverable creep compliance, whereas this trend is visible also on CRmB variants with increase content of pulverized rubber (see figure 5). Further it has been confirmed that there is expected trend, according which increased content of pulverized rubber in the bitumen leads to higher elastic recovery and low creep compliance value. Such trend can be defined as linear.

62

Fig. 5: MSCR for CRmB binders, testing temperature 60°C As has been stated earlier, the labeling FS+MSCR stays for samples, which have been firstly tested by oscillatory frequency sweep test and then on the same test specimen MSCR test was conducted. Differences in gained values are summarized in following table and graph, from which it is visible, that if MSCR test is done on test specimen used firstly for frequency sweep test, then the elastic part ratio is slightly increased and at the same time the non-recoverable creep compliance is minimally reduced. These specimens where basis bitumen from Total refinery was used reach increased elastic recovery as well. This value is doubled comparing with variants where PPA modifier and OMV bitumen has been used. The difference between the CRmB binders is only in the gradation of used basic bitumen. Tab. 5: Results of multiple stress creep recovery test Bitumen variant

3.2kPa elastic recovery

Jnr

50/70 OMV

0.0

4.2

50/70 Total

0.9

2.3

70/100 Total

0.1

5.7

CR-15% + 1%PPA_50/70 Total_30min

50.7

0.0

CR-15% + 1%PPA_50/70 Total_FS+MSCR

55.1

0.03

CR-15%+1%PPA_30min

21.8

0.25

CR-15%+1%PPA_60min

20.3

0.2

CR-10%_30min

4.2

1.0

CR-10%_60min

6.0

0.8

CR-15%_30min

6.6

0.9

CR-15%_60min

10.8

0.5

CR-20%_30min

11.2

0.6

CR-20%_60min

16.6

0.4

CRmB_8%

1.4

2.1

CRmB_15%+1%PPA

14.6

0.6

CR-10%+1%PPA_30min

15.0

0.4

CR-10%+1%PPA_60min

34.4

0.1

CR-10%+VES_30min

2.5

1.8

CR-10%+VES_60min

5.7

0.8

63

The figures 6 and 7 depict the elastic recovery dependence on irreversible shear compliance for the results obtained by the MSCR test together with a comparison against the elastic limit. The limit is based on the conditions defined in the American technical standard AASHTO TP70 where it is characterised primarily with respect to the determination of quality of polymer-modified binders. The value of dependence of both characteristics should be above this limit. From the elasticity limit the effect of PPA is very good visible, showing the potential in increased elastic recovery combined with very low creep compliance values.

Fig. 6: Elasticity limit for MSCR test results – part I

Fig. 7: Elasticity limit for MSCR test results – part I

6 CONCLUSIONS With respect to the results indicated above the CRmB binder with 15 % pulverized rubber using additionally PPA as well as similar combination with just 10 % pulverized rubber seems to be most suitable options out of the aforementioned variants on the basis of an assessment of selected characteristics. This finding is valid independent from the used basic bitumen. Deformation (strain) characteristics are significantly improved in comparison with other assessed variants – including application of TOR additive. This result is partly redeemed by higher values of dynamic viscosity and therefore also by higher demands on workability. The dependence between the content of pulverized rubber in the binder and the bituminous binder behavior, particularly the improvement of elastic characteristics and resistance to deformation stresses has been confirmed as well. Especially if

64

pulverized rubber of used grading was applied. Besides the content of pulverized rubber in the binder the results are influenced also by the used type of bitumen, which together with the rubber and additional additives considerably influences resulting characteristics. In this connection it has to be referred to apparent findings that besides regular 50/70 bitumen also similar binder of different origin has been used with declaration of same penetration grade, but according to the performed testing fulfilling rather penetration grade 70/100. Especially if same content of pulverized rubber is combined with PPA modifier significant differences are visible leading e.g. to better results of MSCR test in case of CRmB binder with the alternative distilled bitumen which fulfilled specifications for 50/70 grade having slightly stiffer character compared to the first binder used in most of the variants. These findings are illustrated for other characteristics as well. This fact is very important and it is necessary always to carefully take into account such impact if different CRmB binders are compared to finally evaluate always same inputs and conditions (bitumen type, rubber content etc.). ACKNOWLEDGEMENT This paper has been supported by the research project No. TA02030639 of Alfa TACR research program.

[1]

[2] [3]

[4] [5]

[6]

[7]

[8] [9] [10]

LITERATURA ADÓRJANYI, K., FÜLEKI, P. Performance evaluation of bitumens at high temperature with multiple stress creep recovery test. Hungarian journal of industrial chemistry, Veszprém, 2011, pp. 195-199. ANDERSON, M., BUKOWSKI, J., Using the multiple-stress creep-recovery (MSCR) test. North Central asphalt user producer group meeting, Indianapolis, 2011. BAHIA, H.U., FAHIM, A. NAM, K. Prediction of Compaction Temperatures Using Binder Rheology, University of Wisconsin-Madison. Transport Research Circular, NoE-C105, Transport Research Board, Washington, 2006, pp. 3-18. BALÁŽ, P., Mechanochemistry in Nanoscience and Minerals Engineering, Chapter 2, High Energy Milling, Springer, Netherland, 2008. FUERSTENAU, M.C., HAN, K.N. Principles of mineral processing, Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, Inc. (SME), Littleton, Colorado, USA, 2003, ISBN 0–87335167-3. MARCANT, B., MARTIN, J.-V. A New Technology of Rubber Modified Bitumen Meeting Performance and Environmental Requirements. Proceedings of Conference Asfaltové vozovky 2009, Ceske Budejovice. SOUKUPOVÁ, L. Functional characteristics of bituminous binders with micro-ground rubber and various types of catalysts and chemical additives, Master thesis, CTU in Prague, 2014, (in Czech). ŠEBOR, G. Extraction and processing of mineral resources, student teaching presentation, CTU in Prague, CTU Publishing, Prague, 1983, (in Czech). WILLIS, J. R., et al. Effect of ground tire rubber particle size and grinding method on asphalt binder properties. National Center for Asphalt Technology. Auburn University, Auburn, 2012. The Asphalt Handbook. Manual series no. 4 (MS-4).

65

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Pavla VACKOVÁ1, Jan VALENTIN2 VLIV VYBRANÝCH REJUVENÁTORŮ NA FUNKČNÍ CHARACTERISTIKY SMĚSI ASFALTOVÉHO BETONU S VYUŽITÍM 50 % ASFALTOVÉHO R-MATERIÁLU IMPACT OF SELECTED REJUVENATORS ON PERFORMANCE-BASED CHARACTERISTICS OF ASPHALT CONCRETE MIX WITH 50 % OF RECLAIMED ASPHALT Abstrakt Využití zvýšeného množství asfaltového R-materiálu v asfaltových směsích lze považovat za trend, jehož význam je ve zvýšené míře sledován odbornou praxí v posledních letech. Společně s tímto přístupem je potřebné nalézt taková řešení, u nichž reaktivovaná pojiva v R-materiálu nebudou mít negativní vliv na celkovou trvanlivost asfaltové směsi. Trvanlivost může být primárně ovlivněna mírou degradace asfaltu v R-materiálu. Pro vyhodnocení vlivu různých rejuvenátorů (na bázi přírodních či minerálních olejů) na vlastnosti asfaltové směsi s 50 % R-materiálu byla navržena směsi ACO11+. Pro laboratorní směsi byly využity rejuvenátory Reju (nově vyvíjené výrobky v ČR), italská přísada IT a německá přísada ST. Dále byla vybrána přísada používaná pro nízkoteplotní směsi (ET) a průmyslově vyráběné asfaltové pojivo již s rejuvenátorem (RE). Uvedené přísady byly přidávány v různém poměru s cílem ověřit jejich účinnost v asfaltové směsi. Vybrané rejuvenátory byly dále aplikovány s použitím různého podílu čerstvého asfaltového pojiva. V některých směsích R-materiál byl předehříván na nižší teplotu (standardně se používala teplota 130°C) s cílem ověřit vliv tohoto parametru výroby na asfaltovou směs. Asfaltové směsi byly vzájemně porovnány s využitím zkoušek běžně zavedených v ČR. Jednalo se zejména o odolnost proti účinkům vody, stanovení tuhosti, stanovení odolnosti proti trvalým deformacím a posouzení chování v oboru nízkých teplot. Výsledky laboratorní studie jsou prezentovány v tomto příspěvku. Klíčová slova Asfaltový R-materiál, asfaltová směs, rejuvenátor, trvalé deformace, tuhost, pevnost v tahu za ohybu, šíření trhlin. Abstract Application of increased amounts of reclaimed asphalt pavement (RAP) in asphalt mixtures is a trend, whose importance has been increasingly followed in recent years. Along with this approach it is needed to find solutions in which reactivated bitumen in reclaimed asphalt will not have negative impact on the overall durability of the mixture. The durability can be affected primarily by the rate of degradation of bituminous binder in RAP. To evaluate the effect of different rejuvenators (vegetable or oil based) on the characteristics of asphalt mixture (asphalt concrete) with RAP an ACsurf 11+ with 50 % reclaimed asphalt material was designed. For the laboratory mixtures rejuvenators Reju (newly developed Czech types), Italian additive IT and German additive ST were applied. Further, the warm-mix additive ET and industrially produced ready to use binder for high content of RAP RE were used. These additives were added in varying contents in order to verify their effectiveness on

1

2

Ing. Pavla Vacková, Katedra silničních staveb, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, e-mail: [email protected]. Ing. Jan Valentin, Ph.D., Katedra silničních staveb, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, Thákurova 7, 166 29 Praha 6, e-mail: [email protected].

66

the mixture. Selected rejuvenators were applied with different content of new binder. In certain mixtures the recycled material was preheated to a lower temperature (used temperature was 130°C) in order to observe effect of this aspect of manufacturing of asphalt mixtures. The mixtures were compared to each other according to the tests commonly used in the Czech Republic. It was primarily the determination of resistance against water immersion, determination of stiffness, the wheel tracking test and assessment of behavior in low temperature range which was under focus. The results of the laboratory study are presented in the paper. Keywords Reclaimed asphalt pavement (RAP), asphalt mixture, rejuvenator, rutting, stiffness, flexural strength, crack propagation.

1 ITRODUCTION Recent years have identified the use of reclaimed asphalt pavement (RAP) / reclaimed asphalt (RA) in road construction as a modern and necessary trend in most countries that can be characterised as advanced with respect to road infrastructure development. Recycling of construction materials saves direct primary costs like new material purchasing and at the same time also facilitates savings of other costs like energy, material disposal and transport. Those factors are connected to environment-friendly approaches, primarily in the case of emission and greenhouse gas production reduction. Material disposal can subsequently be reduced solely to waste or by-product materials which have no way of further utilisation – e.g. the recycled material from asphalt pavements containing tar. Bituminous binder in RAP has been aged during the use of the pavements the material originates from. This means that it is stiffer and more brittle than common bitumen as suggested by Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. If the asphalt mix uses higher percentages of RAP it can be expected that resulting mix will be stiffer and less resistant to sudden changes in its environment. The mix demonstrates increased stiffness which is linked to higher resistance to rutting. However, the problem in this case is its resistance to fatigue which usually decreases due to the more brittle binder as indicated e.g. in Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Subsequently, the mix is more difficult to process even though the manufacturing temperature remains the same, which might mean additional increase of this temperature, even in the context of sufficient workability during the paving and compaction, Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. The aged bitumen in reclaimed asphalt can be reactivated by means of rejuvenators which influence the properties of the binder through their chemical properties. The addition of rejuvenators makes the binder softer and less brittle – a favourable proportion of the viscous and elastic behaviour of the material is renewed as described e.g. in Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Some additives can also reduce the manufacturing temperature of the mix and facilitate improved workability, Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. Prior to selecting the appropriate rejuvenator, the resulting properties of the mix must be considered. Rejuvenators usually affect bitumen penetration and softening point. The expected level of softening can be adjusted by the dosage of the additive, Chyba! Nenalezen zdroj odkazů.. The addition of a higher quantity of additive usually results in a more significant effect on the properties. The manufacturers mostly recommend dosages according to the monographs based on the binder content in the RAP and on the required final properties of new mix. When a high percentage of RAP is applied to the mix, it is very important to know its input properties. The reclaimed asphalt should be homogeneous which is best achieved by milling a pavement in layers (selective cold milling), through good quality records and documents of all repairs and interventions within the particular bitumen stabilized layers, documents for all pavement problems and through proper storage of the material. The reclaimed asphalt material should be recrushed, re-sorted and stored to eliminate weather impact that could negatively influence it.

67

2 MIX DESIGNS AND USED BITUMINOUS BINDERS Within the framework of assessing the effects of the selected types of commercially available or developed rejuvenators on the properties of asphalt mixes with high percentage of reclaimed material, asphalt concrete ACsurf 11+ according to ČSN EN 13108-1 was selected. The mix applied 50 % of sorted RAP of grading 0-11, obtained from various pavement structures. Therefore, its properties are not uniform. The asphalt mix used aggregate from the Libodřice quarry (amphibolite). From the perspective of the asphalt mix design as such, the grading of the reclaimed material was determined first, simultaneously with an extraction analysis determination of the soluble binder and aggregate grading in the reclaimed material was done. It was the grading curve of the purified reclaimed asphalt that was used for the design of mix ACsurf 11+. The grading composition of the new mix was designed to be identical with reference mix with 0 % reclaimed asphalt.

Fig.1: Grading curve of reference mix (A0) and asphalt mix with 50 % RAP The extraction of bitumen from the reclaimed asphalt allowed determining the bitumen content (5.4 % by mass). The calculation of the quantity of virgin bitumen to be added to the ACsurf 11+ mix with RAP was based on the assumption that all the binder from the reclaimed asphalt will be re-activated. The ACsurf 11+ reference mix was designed with the resulting bitumen content of 5.2 % by mass. Then 2.5 % by mass of virgin bitumen 50/70 was added to the versions with RAP since 2.7 % of total binder content was already contained in the reclaimed asphalt. The binder content was increased (or decreased) in some mix types to observe the effect of the applied binder or additive on the properties of the resulting asphalt mix. From the perspective of chemical additives, 3 rejuvenators of various origins, a nano-chemical additive from India (IND) and a surface-active additive (ET, used primarily in the field of warm mix asphalts) were selected. The particular options of the asphalt mixes produced and the additive dosages used are indicated in table 1. The first used rejuvenator was a commercially available Italian product (type IT). According to the technical specifications, IT additive helps to regenerate the bitumen in the reclaimed asphalt, ensures good adhesion between the binder and the aggregate and works as highly active anti-stripping agent. The additive can be dosed straight into the bitumen or into the asphalt mix during mixing. The commonly applied quantity ranges from 0.4 % to 0.6 % per 10 % of RAP in the mix. In this case, the dosages ranged from 1.5 % to 2 % straight into the asphalt mix. The next used rejuvenator was additive ST of German origin, an additive which, according to its manufacturer, can regenerate the oxidized bitumen in the RAP. It contains a group of chemical substances that facilitate the activation of the old bitumen.

68

Out of the new rejuvenators developed by Czech based producer, several options of additives were used – Reju161, Reju182 and Reju553. Reju182 is based on refined plant (rapeseed) oil. Reju553 is produced from mineral oils from vacuum oil distillation. All rejuvenators, when added to the mix, influence the binder penetration; the dosage depends on the required penetration improvement. According to the so far gained findings, aged binder is most softened by the additive Reju182 which, if 6 % by mass of the additive is used in the binder with the approximate penetration ranging from 20 to 30 dmm, softens the binder to 60 dmm. According to the manufacturer, IND additive should contribute towards improved workability and applicability of RAP in the asphalt mix. IND additive is used to asphalt mixes to decrease the production and compaction temperature, as well as to improve adhesion. In extreme cases, it may also be used if the paving and compaction must be done at lower outside temperatures (0-5°C) and the quality of the asphalt must be guaranteed. Tab.1: Overview of assessed mix options RAP content

A

Mixture type

Used bituminous binder

Virgin bitumen

Total bitumen content in the mixture

(%)

(%)

Dosage of the additive

Reference - Paramo 50/70

Paramo

5.2

5.2

Reference - OMV 50/70

50/70

5.2

5.2

D

Reference - 50% RAP

50/70

2.5

5.2

-

T

Reference - 50% RAP 10/3/2014

50/70

2.5

5.2

-

U

Reference - 50% RAP 24/3/2014

50/70

2.5

5.2

-

E

RE binder

RE bitumen

2.5

5.2

-

Y

RE binder (3.0%)

RE bitumen

3

5.7

-

G

ST rejuvenator

50/70

2.5

5.2

0.25 % of mixture

ET additive

50/70 + 0.5% ET

2.5

5.2

0.50 % of bitumen

K

Reju 182

50/70

2.5

5.2

6.0 % of binder in RAP

L

Reju 553

50/70

2.5

5.2

6.0 % of binder in RAP

S

Reju 553 (4.0%)

50/70

2.5

5.2

4.0 % of binder in RAP

D´

Reju 161

50/70

2.5

5.2

6.0 % of binder in RAP

H

IT rejuv. (2.0%)

50/70

2.5

5.2

2.0 % of bitumen

N

IT rejuv. (1.5%)

50/70

2.5

5.2

1.5 % of bitumen

O

IT rejuv. 110°C

50/70

2.5

5.2

2.0 % of bitumen

P

IT rejuv. 110°C (4.9%)

50/70

2.3

4.9

2.0 % of bitumen

A´

M

-

0%

50%

The last additive applied was ET of U.S. origin. This is a surface-active substance intended generally for the manufacturing of warm mix asphalt. The compaction temperature of the mix can be reduced by up to 30 °C which allows saving over 20 % of energy. Lower mixing and paving temperatures also have a positive impact on emission production. ET additive provides better workability and adhesion between the binder and the aggregate. The intention was to use this effect in combination with an increased proportion of RAP in the asphalt mix. Simultaneously with the additives, the effect of industrially produced bituminous binder (RE) intended for the production of asphalt mixes with higher RAP content was assessed as well. The

69

chemical composition of the binder helps rejuvenate the oxidized binder and ensures better homogenization of the aged and virgin bitumen. IND and ET additives were added straight to the bitumen. The binder was mixed properly with the additive (150 °C for 10-15 minutes) and then used in the mix. All of the aforementioned rejuvenators applied within this study were only added to the asphalt mix. The additives were is some cases dosed at various contents to allow assessment of the rejuvenators’ effect on the final mix properties. Based on the same reason, alternatives to some of the mixes were designed with a smaller (or larger) quantity of the added bitumen. The mixes with IT rejuvenator were prepared in a version where RAP was heated to only 110 °C (whereas in all cases, the stipulated temperature of RAP heating was 130 °C). From the perspective of asphalt mix preparation, the first stage involved mixing the aggregate fractions heated to 155-160 °C; RAP heated to the required temperature was added in stage two followed by the next stage when the binder and any possible additives were added; the filler was mixed in during the last stage. In the case of ST rejuvenator, the mix preparation was modified in compliance with the manufacturer’s recommendations. ST rejuvenator was first mixed with the heated RAP separately and only afterwards was the material, enriched by the rejuvenator, added to the mixing device for further mixing with the aggregate and the binder. The mixing temperature of the asphalt mix was always 155 °C and the test specimen compaction temperature was 150 °C. The following values were determined for the individual versions of the ACsurf 11+ mix: 

bulk density and void content;



water susceptibility (determined as ITSR ratio);



stiffness modulus at 5 °C, 15 °C and 27 °C, including the thermal susceptibility calculation;



resistance to permanent deformation determined in water bath at 50 °C;



resistance to crack propagation on semi-cylindrical test specimens determined at 0 °C and 10 °C;



assessment of low-temperature characteristics by tensile bending strength test at -5 °C.

3 MIX DESIGNS AND USED BITUMINOUS BINDERS 3.1 Air voids Technical standard CSN EN 13108-1 stipulates the permissible interval of void content of 2.54.5 %-vol. for the ACsurf 11+ mix. All designed mix options are distributed unevenly in this interval. No logical trend can be observed amongst the mixes from the point of view of this characteristic. The grading curve exerts the greatest impact on bulk density and void content. In the case of applying a larger quantity of reclaimed asphalt it is impossible to guarantee the proposed grading curve, assuming the existing method of RAP acquisition (recycled material coming from various sites and different pavement layers). Therefore, a rather significant impact of the application of reclaimed asphalt is obvious in relation to the void content of the mix. It should also be stated that the individual asphalt mixes in different groups were prepared using RAP 0/11 mm from a single mixing plant; however, despite the existence of a large quantity of stored and reserved reclaimed asphalt, the batches were taken one by one and it was impossible to ensure that identical RAP would be used. On the other hand, it must be emphasized that despite repeated granularity and binder quantity analyses, homogeneity of the material is not – and logically cannot be – guaranteed. The reason is the fact that individual owners of RAP never store material from different road milling sites separately. Simultaneously, it is only exceptional that individual layers were milled separately. It is primarily the reference mixes that are worth comparing in the group with 50 % RAP. Such mix without rejuvenators was prepared three times over a longer period. The mixes were made of different batches of reclaimed material from a single mixing plant and marked by the date of RAP delivery. As is obvious from the void content, RAP has significant impact on the characteristic. Mixes B and D have similar void contents on the lower limit of the range stipulated by the standard;

70

however, mix C has a void content more than 2 % higher and almost reaches out of the permitted void content range. The reference mix is the only one that exceeds the range defined by the standard. Asphalt mixes using 2 % IT rejuvenator have void contents below the lower limit stipulated by the standard. Mix O with reduced temperature of RAP heating demonstrates a likelihood of increased effect of the rejuvenator on the binder properties within RAP; thanks to that, it is increasingly activated and with relatively higher bitumen content in the RAP, the voids are filled with asphalt mastic to a much better degree. There are therefore options for either reducing the quantity of the rejuvenator added, or reducing the temperature of mixing and compaction of asphalt mix in general.

Fig.2: Air voids content for different asphalt mix options

3.2 Stiffness Stiffness modules were determined in compliance with CSN EN 12697-26 applying the ITCY method (repeated non-destructive indirect tensile stress test) under three different temperatures (5°C, 15°C, 27°C). The range of stiffness modules determined at 15 °C is approximately 7,000 to 11,500 MPa. In some cases, according to this characteristic, the mixes fundamentally meet the requirements for HMAC mixes which, might lead to rather negative impact due to the shorter lifetime at lower temperature – the asphalt mix might be too stiff. The range of stiffness when comparing individual options amounts to several thousand MPa. The stiffness of the mix is affected primarily by the bitumen contained in the RAP and the level of softening it due to the rejuvenators applied. In general, the bituminous binder contained in the material milled from pavements will always be aged and, therefore, stiffer. Activated binder and the softening effect of rejuvenators have an effect on asphalt stiffness. As seen in the results, the lowest values were achieved by mixes with ST rejuvenator and Reju. These additives act as softeners for the binder in the RAP; therefore, both the stiffness modulus and other strength characteristics decrease. On the other hand, e.g. fatigue life of the overall binder should improve. The general question is whether this finding is a positive or a negative feature. In any case, it offers potential for optimizing the quantity of the rejuvenator added. By far the highest values were achieved by mixes with ET and IT rejuvenators. Not only that the mixes demonstrate high stiffness modules but they also show less thermal susceptibility, i.e. improved resistance to temperature changes. To a certain degree, this should mitigate the fears related to the asphalt mix behavior under low temperatures. Mixes M and N demonstrate an effect of selected additive quantity on the mix properties. Mix M applied 2 % IT rejuvenator; as is indicated, the mix performs better under lower temperatures. Mix N with 1.5 % IT rejuvenator has a higher stiffness modulus under 27 °C, thus achieving a lower thermal sensitivity. It can be concluded that a higher percentage of the additive works better under lower temperatures and vice versa.

71

Fig. 3: Stiffness modulus for assessed temperatures

3.3 Asphalt moisture susceptibility The specimens of each lab-design mix were tested in compliance with the method stipulated by CSN EN 12697-12 and with the modified method of AASHTO T283. Three groups of specimens were defined for this purpose – dry specimens, specimens subject to water saturation with subsequent immersion in water for 72 hours at 40 °C and specimens subject to the modified method with a single frost cycle at -18 °C for 18 hours and then immersed in water at 60 °C for 24 hours. Tab.2: Indirect tensile strength ratios (moisture susceptibility) Indirect tensile strenght RAP

Rdry

Rwet

Rw+f

ITSR

ITSR_f

(MPa)

(MPa)

(MPa)

Reference - Paramo 50/70

1.91

1.71

1.59

0.90

0.83

Reference - OMV 50/70

1.67

1.68

1.80

1.01

1.08

D

Reference - 50% RAP

2.41

2.33

2.35

0.97

0.97

T

Reference- 50% RAP -10/3/2014

1.96

1.83

1.66

0.93

0.85

U

Reference - 50% RAP - 24/3/2014

2.40

2.11

2.22

0.88

0.93

RE_02

2.17

2.03

2.09

0.94

0.97

Y

RE binder (3.0%)

2.24

1.90

1.90

0.84

0.85

G

ST rejuvenator

1.70

1.41

1.49

0.83

0.88

M

ET additive

2.27

2.57

2.25

1.13

0.99

Reju 182

1.69

1.75

1.73

1.03

1.02

L

Reju 553

2.03

2.14

2.15

1.05

1.06

S

Reju 553 (4.0%)

1.89

1.57

1.63

0.83

0.87

D´

Reju 161

1.85

1.87

1.78

1.01

0.96

H

IT rejuvenator (2.0%)

2.33

2.51

2.10

1.08

0.90

N

IT rejuvenator (1.5%)

2.08

2.26

2.44

1.09

1.17

O

IT rejuvenator 110°C

2.37

2.48

2.33

1.05

0.98

P

IT rejuvenator 110°C (4.9%)

2.31

2.02

1.88

0.87

0.82

A A´

0%

E_2

K

Mixture

50%

72

According to the results reached, all of the mixes researched meet the limit requirement for ITSR (70 %), which is set for ACsurf 11+ mixes by CSN EN 13108-1, namely for the method according to CSN EN 12697-12. When the individual additives are applied in the bituminous binder, an increase is obvious for ITSR in comparison to the dry specimens. With respect to the fact that this phenomenon is only noticed for several mixes, the measurements cannot be considered incorrect or wrong, however baffling the positive effect of water on asphalt mix durability might be the result. The indirect tensile strength values copy, more or less identically, the trends observed during the stiffness modulus test. The lowest values were achieved by mixes with ST rejuvenator and Reju which supports the conclusion that these additives, if applied to the reclaimed asphalt, have a negative impact on the strength characteristics of the asphalt mix although they have a more pronounced softening effect on the original binder. Contrastingly, the highest values are achieved by mixes with ET and IT rejuvenator.

3.4 Resistance to crack propagation For the sake of further evaluation of asphalt mix behavior under low temperatures, the resistance to crack propagation was determined in compliance with CSN EN 12697-44. Semicylindrical test specimens of 100 mm diameter were tested under two selected temperatures, namely 0 °C a -10 °C. The reference mixes allow monitoring of the effect of applied bituminous binder on the resistance to crack propagation. Two different binders were applied in the reference mixes; their critical values of fracture toughness differ from each other by almost 10 N/mm3/2. The mix with the binder from OMV refinery has significantly better results. All the remaining mixes have better results than the reference mix with the binder from another manufacturer.

Fig. 4: Resistance to crack propagation, fracture toughness Most stable results are demonstrated for mixes with rejuvenators, i.e. in such cases, the least difference between the critical values of fracture toughness at 0 °C and -10 °C were researched. A more significant difference was recorded for the mix with ET additive and for the mix with ready-touse bitumen RE. These mixtures reach the highest results at 0 °C while their results are the lowest at 10 °C. In relation to this test, it is also interesting to compare the results for mix versions with IT additive. Higher quantities of the additive applied under identical temperature of RAP heating had a slightly negative effect. Contrastingly, if the reclaimed material heating temperature is reduced to 110°C, an interesting improvement of resistance to crack propagation is noticed. This fact indicates that, from the point of view of behavior in low temperature range, the rejuvenator might be more active under lower temperatures of RAP heating.

73

3.5 Three point bending beam test Tensile bending strength was tested in compliance with the method stipulated in the technical conditions of the Ministry of Transport of the Czech Republic, TP 151, at -5 °C with a choice of two test loading speed – 50 mm/min and 1.25 mm/min. In compliance with the aforementioned technical specifications, the results for the lower loading speed are determining. All of the mixes tested met the requirement of minimum tensile (bending) strength of 6 MPa – quite noticeably in some cases which corresponds very well with the stiffness modulus results achieved. All mixes demonstrate better results than the reference mix without RAP while the reference mix reaches the lowest value under higher loading speed. Its strength at low loading speed is approximately in the middle of the range. Good result is shown for the mix where RAP was used without additives. Asphalt mixes with rejuvenators have similar results of tensile bending stress under highspeed loading. The results differ from each other by several per cent. The only exception is the mix with Reju182, the value of which exceeds all the remaining ones. When loaded at the speed of 1.25 mm/min, a rather distinctive distribution of results can be noticed along with different proportions of the two strength levels. In the case of mix G containing ST rejuvenator, there was no difference under the different loading speeds. Both values are more or less identical. The mix with Reju182 is the only one to record a higher value of tensile strength when loaded at high speed, and the rejuvenator has a different effect than Reju553 from the perspective of this characteristic; the difference only applies to the lower loading speed exclusively. Even from the point of view of this test, IT additive improves the properties of the mix. Again, it is interesting to note the effect of lower temperature of reclaimed material heating.

Fig. 5: Three point bending beam test (flexural strength test)

3.6 Simple relaxation test The relaxation test was stipulated for a water bath at 0 °C according to TP 151 on asphalt mix beams with dimensions 50x50x320mm. With increased contents of aged bitumen in the RAP the time required for asphalt mix relaxation under loading increases (see comparisons of mixes A and D). As is quite obvious from the results, mixes without additives, varying solely as to the percentages of reclaimed asphalt, relax distinctively more slowly (the difference between the basic reference mix and a mix with 50 % reclaimed asphalt is more than three-fold).

74

Tab.3: Relaxation test results RAP

Tested mixture

Regression parameter A

Regression parameter B

Decrease of initial stress to 50% level

0%

Reference - Paramo 50/70

0.896

-0.098

57

D

Reference - 50% RAP

0.985

-0.093

184

E

RE binder

0.960

-0.114

57

G

ST rejuvenator

0.809

-0.096

25

M

ET additive

0.914

-0.086

124

K

Reju182

0.818

-0.099

25

Reju553

0.879

-0.091

65

S

Reju553 (4.0%)

0.993

-0.110

88

H

IT rejuvenator (2.0%)

0.987

-0.098

144

N

IT rejuvenator (1.5%)

0.981

-0.094

167

O

IT rejuvenator 110°C

0.930

-0.105

60

P

IT rejuvenator 110 (4.9%)

0.908

-0.106

47

A

L

50%

Asphalt mixes with high strength characteristics were discovered to relax significantly more slowly. Mixes with ST rejuvenator, Reju and asphalt mix versions containing RE binder achieved very good results. The mixes usually had lower results of strength characteristics. Also the mix with 2 % IT rejuvenator where RAP was only heated to 110 °C relaxes very well. The mix has good results for both the strength testing and for relaxation. In comparison to this circumstance, the course of relaxation and, primarily, the relaxation time for the options of this additive applied when the reclaimed asphalt heated to the temperature of 130 °C is rather interesting. At the moment, there is no specific explanation for this difference. The reality is obviously linked to the temperature; however, it is not clear why. The effect of a higher content of the additive applied to the mix is logical as the relaxation time decreases by roughly 15 % when an additional 0.5 % of the rejuvenator is applied; thus improving the flexible characteristics of the mix. The values measured are logical when compared to the stiffness modules. Asphalt mixes with higher stiffness relax more slowly

3.7 Resistance to permanent deformations The test slabs were prepared with height of 50 mm to allow using the samples later for the tensile bending test and the relaxation test. The slabs were tested under the standardized temperature of 50 °C in a small test device and in air bath according to CSN EN 12697-22. Rather than stiffness of the asphalt mix, the test of resistance against permanent deformation in the asphalt mix is related to its ability to relax. At the same time the national appendix of standard CSN EN 13108-1 does not stipulate any specific threshold values for the PRDAIR and WTSAIR parameters for selected ACsurf 11+ type mixes; those are only declared. For asphalt mixes with 50 % RAP it can be assumed that the depth of the rutting will be higher, primarily when rejuvenating additives are applied. Although mixes with higher proportions of reclaimed asphalt are generally stiffer, their ability to relax is limited by the aged binder. Moreover, with respect to the existence of conglomerate particles of RAP which disintegrate in the course of asphalt mixing due to temperature, the proportion of fine particles probably increases. This means the proportion of asphalt mortar amongst larger particles increases and this can lead to gradual rutting due to repeated loading under higher temperatures. As is obvious from the results, the mixes that reached good strength characteristics are more susceptible to rutting, although this finding is not supported by the results of void contents.

75

Asphalt mixes with ET and IT additive where RAP was only heated to the 110 °C level (mix N), have a rut depth comparable to the reference mix with 50 % reclaimed asphalt. Contrastingly, the result is more positive for mixes with IT rejuvenator and RAP heated to 130 °C. The rut depth is almost half of the value. Again, it can be observed that the temperature of heating the RAP has a significant impact on the resulting mix characteristics. Asphalt mixes with ST rejuvenator and Reju demonstrate very low values of resistance to permanent deformation. Compared to the remaining mixes, these had poorer stiffness results although the relaxation test results were more than positive.

Fig. 6: Wheel tracking test results – resistance to permanent deformations

3 CONCLUSIONS With increasing quantities of RAP, the demand for landfilling is raised as well. The consumption and re-use of such materials should grow in proportion to that, too. Preference to such strategy is important first and foremost from the environmental perspective where the application of RAP not only reduces energy demand, thus decreasing CO 2 production. When a high percentage of reclaimed asphalt is used in a mix, the mix is also attractive from the economical point of view. It is not necessary to use too much virgin bituminous binder (which constitutes a significant part of the price of an asphalt mix) when oxidized bituminous binder has been rejuvenated. The properties of asphalt mixes with high percentages of RAP are undoubtedly most affected by the granularity and quality of the RAP used. Prior to applying the reclaimed asphalt to the mix, it is necessary to take enough reference samples to allow determining the basic properties. In case of large production quantities, homogeneity of the RAP must be ensured to guarantee not only similar grading curves but also similar bituminous binder contents and properties. This can be achieved primarily by milling pavements separately layer-by-layer. As is obvious from the results of presented study, the type and dosage of the rejuvenator applied has a great impact on the final mix properties. Asphalt mixes with high percentage of RAP are generally stiff per se and demonstrate high strength characteristics. However, due to the hard oxidized binder, the mixes are brittle which means they are susceptible to sudden changes of either weather conditions or loading. Huge differences can be seen in the results of individual tests based on the rejuvenators applied. Therefore, it is necessary to realize what properties are expected of the resulting mix even prior to the selection of the rejuvenator. For example, although ST rejuvenator has an impact on strength characteristic decrease the mix achieves good relaxation and resistance to permanent deformation results. The binder in the mix is distinctively softer than that of the remaining options. When ET additive was used, strength characteristics improved considerably but, in the case of mixes with large percentages of RAP, this

76

tends to be undesirable. Increased strengths resulted in lower resistance to permanent deformation. Cases with IT rejuvenator demonstrated not only the effect of additive dosage but also of the RAP heating temperature, which is best seen in the results of resistance to permanent deformation and relaxation. Although the mix with heating to 110 °C has significantly better relaxation results its resistance to permanent deformation is surprisingly poorer. The rejuvenators by Paramo work on different principles and, therefore, must be viewed separately. The rejuvenators reach similar strength characteristics but there are great differences in the resistance to permanent deformation. This finding is analogous to the results of relaxation where Reju 182 shows significantly better results. The paper does not consider practical aspects if higher RAP content should be used. So far in many European countries asphalt producers are not equipped sufficiently to produce mixes with more than 25 % RAP. In general the use of increased reclaimed asphalt content will be possible only in case that the asphalt mixing plants can either use drum-mix technology, double coated heating drum technology or installation of parallel drum has been made. ACKNOWLEDGEMENT This paper was prepared under the funding scheme of Competence centre program by the Technology Agency of the Czech Republic within the project Centre for effective and sustainable transport infra-structure (CESTI), project no. TE01020168.

[1] [2] [3] [4]

[5] [6]

[7]

[8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]

LITERATURA MOGAWER, W., et al. Performance characteristics of plant-produced high RAP mixtures, J Assoc Asphalt Paving Technol, 81 (2012), pp. 403–439. BORIACK, P., et al. A laboratory study on the effect of high rap and high asphalt binder content on the performance of asphalt concrete. Research report. TERREL, R. & EPPS, J. Using additives and modifiers in hot-mix asphalt, Quality Improvement Series (QIP 114 A), NAPA, Lanham, MD (1989). ZAUMANIS, M., et al. Evaluation of different recycling agents for restoring aged asphalt binder and performance of 100 % recycled asphalt. Materials and Structures. DOI: 10.1617/s11527-014-0332-5. (http://link.springer.com/10.1617/s11527-014-0332-5) Paramo. Technical sheets on rejuvenators (2013). GUO, N., et al. Laboratory performance of warm mix asphalt containing recycled asphalt mixtures. Construction and Building Materials. 2014, s. 141-149. ISSN 09500618. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.04.002. ZAUMANIS, M., et al. 100% recycled hot mix asphalt: A review and analysis. Resources, Conservation and Recycling. 2014, vol. 92, s. 230-245. DOI: 10.1016/j.resconrec.2014.07.007. Iterchimica. ACF 1000 bitumen regenerator. Technical brochure (2013). EN 13108-1: Bituminous mixtures. Material specifications. Part 1: Asphalt Concrete (2006). EN 12697-12: Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 12: Determination of the water sensitivity of bituminous specimens (2008). EN 12697-22: Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 22: Wheel tracking (2004). EN 12697-26: Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 26: Stiffness (2012). EN 12697-44: Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Part 44: Crack propagation by semi-circular bending test (2010). Technical specifications TP151: Specifications for High Modulus Asphalt Concrete. Ministry of Transportation, Czech Republic (2010).

77

Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2015 Seminář s mezinárodní účastí Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, fakulta stavební Jan PETRŮ1, Vladislav KŘIVDA2, Eva REMIŠOVÁ3 ROZVOJ SPOLUPRÁCE VYSOKÝCH ŠKOL V OBLASTI DOPRAVNÍHO STAVITELSTVÍ DEVELOP COOPERATION BETWEEN UNIVERSITIES IN THE FIELD OF TRAFFIC ENGINEERING Abstrakt Článek popisuje realizaci projektu s názvem „Rozvoj spolupráce vysokých škol v oblasti dopravního stavitelství“, na kterém spolupracovala Fakulta stavební VŠB-TUO se Stavební fakultou při Žilinské Univerzitě v Žilině. V rámci projektu se uskutečnily exkurze na dopravní stavby v Moravskoslezském a Žilinském kraji, společná setkání a byl vytvořen Katalog dopravních staveb spolu s 3D modely navštívených dopravních staveb. V závěru projektu byl realizován Workshop s výstavou modelů. Klíčová slova Dopravní stavba, 3D model, Ostrava, Žilina, exkurze, workshop Abstract The article describes the project entitled "Development of Cooperation Between Universities in the Field of Transport Constructions" where cooperated Faculty of Civil Engineering of the VSBTechnical University of Ostrava (the Czech Republic) and Faculty of Civil Engineering of the University of Zilina, Faculty of Civil Engineering (Slovakia). The project implemented of excursion to transport constructions in the Moravian-Silesian Region and Zilina Self-governing Region, and creation of transport constructions catalog with 3D models of visited transport constructions. In the end the project was implemented workshop with exhibition of 3D models. Keywords Transport Construction, 3D model, Ostrava, Zilina, excursions, workshop

1 INFORMACE O PROJEKTU Hlavním cílem projektu s názvem „Rozvoj spolupráce vysokých škol v oblasti dopravního stavitelství“ byla podpora a rozvoj přeshraniční spolupráce ve vzdělávání a výzkumu mezi Fakultou stavební při VŠB-TUO a Stavební fakultou při Žilinské Univerzitě v Žilině v oblasti dopravního stavitelství. Záměrem bylo zařadit do výuky prvky interaktivity a názornosti a dále si vyměnit dosavadní zkušenosti a dosažené výsledky v odborné činnosti obou fakult. Těchto cílů se dosahovalo zejména společnými exkurzemi na obou stranách hranic a společnou tvorbou katalogu významných dopravních staveb regionů. Na území obou krajů je mnoho unikátních dopravních staveb, které bylo možné navštívit a demonstrovat tak na nich přednášenou látku. Tyto exkurze byly odborně 1

2

3

Ing. Jan Petrů, Ph.D., Katedra dopravního stavitelství, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava-Poruba, e-mail: [email protected]. doc. Ing. Vladislav Křivda, Ph.D., Katedra dopravního stavitelství, Fakulta stavební, VŠB-Technická univerzita Ostrava, Ludvíka Podéště 1875/17, 708 33 Ostrava-Poruba, e-mail: [email protected]. doc. Ing. Eva Remišová, PhD., Katedra cestného staviteľstva, Stavebná fakulta, Žilinská univerzita v Žiline, Univerzitná 8215/1, 010 26 Žilina, e-mail: [email protected].

78

komentovány a studenti si tak ověřili vědomosti získané během svého studia v přednáškových sálech. Na základě těchto cest čeští a slovenští pedagogové se studenty obou univerzit vytvořili katalog významných dopravních staveb na území Moravskoslezského a Žilinského kraje, který obsahuje faktické informace o těchto stavbách. Při tvorbě tohoto katalogu byla buď získána či vytvořena technická dokumentace, na základě které mohly být na 3D tiskárně vytvořeny věrné zmenšeniny (modely) těchto staveb. Katalog společně s dokumentací a modely je používán při výuce na obou fakultách i po ukončení projektu. Bylo podpořeno praktické vzdělávání studentů a to tak, že studenti vycházeli při tvorbě dokumentací, katalogu a modelů z informací získaných v terénu. Spolupráce a transfer informací byl rovněž podpořen výměnnými přednáškami odborníků mezi fakultami. Na závěr projektu byl uspořádán workshop s prezentací fotografie staveb, které studenti pořídili během exkurzí. Projekt podporoval a i nadále podporuje trvalou spolupráci vysokoškolských institucí v přeshraniční oblasti, která umožní další rozvoj společného regionu.

2 MAPOVÁNÍ STRATEGICKÝCH DOPRAVNÍCH STAVEB PŘÍHRANIČNÍCH REGIONŮ V rámci této aktivity byly realizovány tyto společné exkurze akademických pracovníků a studentů VŠB-TU Ostrava a ŽU v Žiline.  26. 11. 2013: dálnice D1 Sverepec – Vrtižer (Slovenská republika)  4. 4. 2014: Tunel Horelica, Čadca (Slovenská republika)  24. 4. 2014: Prodloužená Rudná, Městský dopravní podnik Opava a vlakové nádraží Opavavýchod (Česká republika)  6. 5. 2014: ŽSR Krásno n. Kysucou (Slovenská republika)  16. 5. 2014: Letiště Mošnov a most přes trať u Hladkých Životic. (Česká republika)  12. 6. 2014: Železniční zastávka Stodolní a vlečky společnosti AWT (Česká republika) Dále také proběhla společná mapování dopravních staveb, která sloužila pro doplnění materiálů, určení dalšího postupu projektu a následně i koncepce vytvoření 3D modelů a katalogu staveb. Setkání se realizovala v termínech 7. 7. a 8. 7. 2014 (mapování v ČR) a 21. 7. a 22. 7. 2014 (mapování na Slovensku). Pro uskutečnění těchto aktivit bylo také dokoupeno příslušné vybavení.

Obr.1: Fotografie z exkurze k tunelu Horelica (foto: Ing. Michal Kludka)

79

3 KATALOG DOPRAVNÍCH STAVEB A 3D MODELY V rámci této aktivity byla zakoupena 3D tiskárna pro tisk modelů dopravních staveb. Po absolvovaném školení obsluhování této 3D tiskárny zpracovávali studenti pod vedením pedagogů odbornou dokumentaci vytipovaných dopravních staveb a vytvářeli 3D modely těchto staveb pro tisk na 3D tiskárně.

Obr.2: 3D tiskárna PROFI3DMAKER a část modelu mostu přes železniční trať u Hladkých Životic (foto: Ing. Jan Petrů, Ph.D.)

4 VLOŽENÉ PŘEDNÁŠKY VE VÝUCE V rámci projektu byly realizovány přednášky, které byly začleněny do výuky studentů na VŠB-TU Ostrava a studentů Žilinské univerzity. Přednášky realizované na VŠB-TU Ostrava:  13. 2. 2014: Ing. Zuzana Gocálová, PhD.: Vybrané aspekty modernizovaných železničných tratí na území Slovenskej republiky  13. 2. 2014: Ing. Andrea Porubiaková: Využitie georadarovej metódy v dopravnom staviteľstve.  15. 4. 2014: doc. Ing. Andrea Kociánová, Ph.D.: Automatický zber údajov v cestnej infraštruktúre Přednášky realizované na Žilinské univerzitě v Žilině:  2. 12. 2013: Ing. Karel Zeman: Vozidla MHD a jejich provoz na současných komunikacích  2. 12. 2013: Ing. Jan Petrů: Provoz na pozemních komunikacích při přepravě nadměrných a nadrozměrných nákladů  13. 2. 2014: doc. Ing. Miloslav Řezáč, Ph.D.: Bezpečnost dopravy na pozemních komunikacích

80

5 SPOLEČNÝ WORKSHOP A VÝSTAVA Společný workshop se uskutečnil 29. 10. 2014 na Fakultě stavební, VŠB-TU Ostrava. Workshopu se účastnili pedagogové a studenti z obou vysokých škol a rovněž byli pozváni odborníci z praxe. Jednotliví zástupci následujících firem na workshopu také vystoupili: 

Advanced World Transport B.V.



Dopravní podnik Ostrava, a. s.



Městský dopravní podnik Opava, a.s.



Krajské ředitelství policie Moravskoslezského kraje



Metrostav a.s.

Obr.3: Přednáška doc. Ing. Evy Remišové, PhD. (foto: Ing. Jan Petrů, Ph.D.) Na workshopu byl představen projekt a jeho celkový průběh a také vytvořený Katalog dopravních staveb Moravskoslezského a Žilinského kraje. V závěru workshopu se uskutečnila výstava vytvořených 3D modelů navštívených dopravních staveb.

Obr.4: Vytvořený 3D model Dopravního podniku v Opavě a výstava modelů na Workshopu (foto: Ing. Jan Petrů, Ph.D.)

81

PODĚKOVÁNÍ Projekt byl realizován za pomoci Operačního programu cezhraničnej spolupráce Slovenská republika - Česká republika 2007 – 2013 s názvem „Rozvoj spolupráce vysokých škol v oblasti dopravního stavitelství“ č. ITMS 22410320039.

[1] [2] [3] [4] [5]

LITERATURA Rozvoj spolupráce vysokých škol v oblasti dopravního stavitelství [online]. [cit. 2015-9-19]. Dostupné z: http://kds.vsb.cz/sk-cz Fakulta stavební [online]. [cit. 2015-9-19]. Dostupné z: http://www.fast.vsb.cz/cs/ Katedra dopravního stavitelství [online]. [cit. 2015-9-19]. Dostupné z: http://kds.vsb.cz Stavebná fakulta [online]. [cit. 2015-9-19]. Dostupné z: http://svf.uniza.sk/ Katedra cestného staviteľstva [online]. [cit. 2015-9-19]. Dostupné z: http://svf.uniza.sk/kcs/

82

Katedra, institut: Katedra dopravního stavitelství, Fakulta stavební Název: Sborník odborného semináře RDIT 2015 Autor: kolektiv autorů Místo, rok, vydání: Ostrava, 2015, 1. vydání Počet stran: 83 Vydala: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava Tisk: – PDF (CD) Náklad: 50 kusů Neprodejné ISBN 978-80-248-3841-0

83