|
Ciekawostki
|
Zapomniana zasada |
 |
|
Od czego należy zacząć, rozpoczynając projektowanie konstrukcji nawierzchni drogi? Jeżeli posłużymy się zasadami opisanymi w Załączniku Nr 5 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie, zatytułowanym „Projektowanie konstrukcji nawierzchni dróg”, to krokiem pierwszym będzie ustalenie kategorii ruchu w połowie okresu eksploatacji drogi, w oparciu o obliczoną wartość L, określającą liczbę osi obliczeniowych na dobę na obliczeniowy pas ruchu. Jak czytamy w punkcie 2:
„Liczba osi obliczeniowych stanowi podstawę do ustalenia kategorii ruchu na drodze według Polskiej Normy”.
W tym momencie pojawia się pierwszy problem – a która to Polska Norma jest poświęcona temu zagadnieniu? Ja takiej nie znalazłem – może ktoś bardziej dociekliwy rozwikła tę zagadkę?
Na szczęście do dyspozycji mamy art. 5 Ustawy „Prawo budowlane”. Ustęp 1 tego artykułu brzmi :
„1. Obiekt budowlany wraz ze związanymi z nim urządzeniami budowlanymi należy,
biorąc pod uwagę przewidywany okres użytkowania, projektować i budować
w sposób określony w przepisach, w tym techniczno-budowlanych, oraz zgodnie
z zasadami wiedzy technicznej, zapewniając:
1) spełnienie wymagań podstawowych dotyczących:
a) bezpieczeństwa konstrukcji,
b) bezpieczeństwa pożarowego,
c) bezpieczeństwa użytkowania,
d) odpowiednich warunków higienicznych i zdrowotnych oraz ochrony środowiska,
e) ochrony przed hałasem i drganiami,
...... ”
Zasady wiedzy technicznej – wobec braku Polskiej Normy – są dla nas światełkiem w tunelu.
Ktoś zapyta – „A czy droga jest obiektem budowlanym”?
Odpowiedź zawarta jest w art. 3 :
„Ilekroć w ustawie jest mowa o:
....
3a) obiekcie liniowym – należy przez to rozumieć obiekt budowlany, którego charakterystycznym parametrem jest długość, w szczególności droga wraz ze zjazdami ..... ”
Skoro zatem możemy posłużyć się „zasadami wiedzy technicznej”, łatwo ustalimy że obowiązują nas następujące wartości:
| Kategoria ruchu |
Liczba osi obliczeniowych (100 kN) na dobę, na pas obliczeniowy
L
|
Trwałość zmęczeniowa: Liczba osi obliczeniowych (100 kN) w założonym okresie obliczeniowym
(20lat)
|
| KR1 |
≤ 12 |
≤ 90 000 |
| KR2 |
13 ÷ 70 |
90 000 ÷ 510 000 |
| KR3 |
71 ÷ 335 |
510 000 ÷ 2 500 000 |
| KR4 |
336 ÷ 1 000 |
2 500 000 ÷ 7 300 000 |
| KR5 |
1 001 ÷ 2 000 |
7 300 000 ÷ 14 600 000 |
| KR6 |
≥ 2 001 |
≥ 14 600 000 |
Skąd te dane, stanowiące wiedzę techniczną i podające zależność kategorii ruchu od wartości L?
Z „Katalogu wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych”, opracowanego w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów w Warszawie, Warszawa, 2001.
Problemu zatem nie ma – można wykonać pierwszy krok. Czy to wystarcza?
Często, bardzo często projektant poprzestaje na obliczeniu wartości L oraz określeniu kategorii ruchu. Niestety, nie są to dane wystarczające. Drugim, niezbędnym do wykonania krokiem jest obliczenie Ncałk . Pod tym symbolem należy rozumieć ruch całkowity w założonym okresie eksploatacji, wyrażony liczbą osi obliczeniowych o nacisku 100 kN, na jeden obliczeniowy pas ruchu. Szkoda, że Rozporządzenie pomija ten temat, zwłaszcza że ruch całkowity Ncałk można obliczać trzema sposobami.
A teraz problem podstawowy – zaprojektowanie konstrukcji nawierzchni. Ograniczę się tutaj do nawierzchni podatnych i półsztywnych z warstwami bitumicznymi, ułożonymi na podbudowie pomocniczej o grubości 20 cm z kruszywa łamanego, stabilizowanego mechanicznie. Wydawałoby się, że problemu nie ma – wystarczy przeanalizować ust. 5.3 ÷ 5.7 Załącznika Nr 5 i dokonać wyboru. Czy rzeczywiście sprawa jest taka prosta?
Najczęściej projektant proponuje grubości warstw bitumicznych w funkcji kategorii ruchu.
Na przykład - kategoria KR-2 - 12 cm
kategoria KR-3 - 18 cm
kategoria KR-4 - 23 cm
Czy to właściwe podejście do zagadnienia? Na pierwszy rzut oka wszystko się zgadza. Jednak pewien niepokój jest, bo przecież nasuwają się takie wątpliwości:
KR2 dla L = 13 - grubość warstw bitumicznych 12 cm ( ? )
KR2 dla L = 42 - grubość warstw bitumicznych 12 cm ( ? )
KR2 dla L = 70 - grubość warstw bitumicznych 12 cm
KR3 dla L = 71 - grubość warstw bitumicznych 18 cm ( ? )
KR3 dla L = 203 - grubość warstw bitumicznych 18 cm ( ? )
KR3 dla L = 335 - grubość warstw bitumicznych 18 cm
KR4 dla L = 336 - grubość warstw bitumicznych 23 cm ( ? )
KR4 dla L = 668 - grubość warstw bitumicznych 23 cm ( ? )
KR3 dla L = 1 000 - grubość warstw bitumicznych 23 cm
Widać problem? Oczywiście, jak na dłoni. Dlaczego ten problem występuje? Bo projektant zapomniał o tytułowej zasadzie. Jest ona zapisana w ust. 5.1 Załącznika Nr 5 i brzmi:
„Konstrukcje nawierzchni podatnych i półsztywnych określone w ust. 5.3 ÷ 5.7 zaprojektowano dla skumulowanej liczby osi obliczeniowych odpowiadającej dwudziestoletniemu okresowi eksploatacji przy natężeniach ruchu odpowiadających górnym granicom kategorii ruchu od KR1 do KR5 oraz 3000 osi obliczeniowych na dobę na obliczeniowy pas dla KR6”.
Jak z tego wybrnąć? Względnie prosto - pozostawiam to dociekliwości Czytelników. Mniej dociekliwym podpowiadam, że grubość warstw bitumicznych jest funkcją – ale nie kategorii ruchu lecz wartości L.
Zbigniew Rowiński
Kierownik Laboratorium Drogowego
|
|
115 kN – koniec problemów? |
|
|
Zakład Diagnostyki Nawierzchni Instytutu Badawczego Dróg i Mostów w Warszawie zrealizował pracę naukowo-badawczą pod tytułem „Aktualizacja wartości współczynników przeliczeniowych na osie 100 kN i 115 kN na podstawie analizy aktualnej wielkości i struktury ruchu drogowego”. Została ona wykonana na zlecenie Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad w ramach umowy z dnia 13 września 2005 roku i jest dostępna na stronie www.gddkia.gov.pl . Warto przestudiować to opracowanie, ponieważ w sposób jasny i przystępny opisuje problem, a oprócz tego pokazuje, jak istotne jest właściwe projektowanie konstrukcji nawierzchni w kontekście wzrastającego ruchu pojazdów ciężkich.
Dla okresu 1990 – 2005 średni dobowy ruch (SDR) pojazdów ciężkich na drogach krajowych, określony w wyniku generalnych pomiarów ruchu, przedstawiał się następująco:
|
Kategorie pojazdów
|
SDR pojazdów ciężkich w latach ( pojazdy / dobę )
|
|
1990
|
1995
|
2000
|
2005
|
|
Samochody ciężarowe bez przyczep
|
256
|
367
|
428
|
440
|
|
Samochody ciężarowe z przyczepami, ciągniki siodłowe z naczepami
|
202
|
417
|
699
|
1040
|
|
Autobusy
|
98
|
134
|
116
|
117
|
Uwagę należy zwrócić na następujące fakty:
1. Bardzo wysoka tendencja wzrostowa w odniesieniu do pojazdów z przyczepami i ciągników siodłowych z naczepami ( w stosunku do roku 1990 wzrost ponad pięciokrotny, do poziomu 1040 pojazdów/dobę ).
2. Ustabilizowanie się ilości pojazdów ciężarowych bez przyczep oraz autobusów.
3. Zdecydowana dominacja pojazdów z przyczepami oraz ciągników siodłowych z naczepami.
W celu wyznaczenia współczynników przeliczeniowych przyjęto następujący tok postępowania:
1. Zebranie danych z ważeń pojazdów.
2. Uwzględnienie wpływu dynamiki na rzeczywiste naciski wywierane przez koła na nawierzchnię drogową z korektą uwzględniającą koła bliźniacze.
3. Obliczenie współczynników agresywności pojazdów zważonych.
4. Ustalenie struktury ruchu pojazdów ciężkich.
5. Obliczenie średnich agresywności sylwetek pojazdów ciężkich.
6. Obliczenie współczynników przeliczeniowych.
Wartości liczbowe współczynników przeliczeniowych wyznaczono jako średnie ważone współczynników agresywności sylwetek pojazdów. Wagami były ilości danych sylwetek w grupie pojazdów.
Na podkreślenie zasługuje fakt przyjęcia francuskiej metody wymiarowania konstrukcji nawierzchni, w której współczynnik agresywności obciążenia A dla nawierzchni podatnej oblicza się według wzoru:
A = K · ( P / Po ) α
gdzie:
- K = 1 dla osi pojedynczej
- K = 0,75 dla osi podwójnej
- K = 1,1 dla osi potrójnej
- P wartość nacisku osi rzeczywistej
- Po wartość nacisku osi porównawczej (obliczeniowej)
- α = 5
Jak zatem widać „prawo czwartej potęgi” przechodzi do historii. Zweryfikowana naukowo rzeczywistość wskazuje na konieczność stosowania „prawa piątej potęgi”.
W tabeli przedstawiam wartości współczynników przeliczeniowych na osie obliczeniowe 100 kN, gdzie w kolumnie:
2 - wartości obowiązujące wg Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (DU nr 43 z 1999 r. poz. 430)
3 - zaktualizowane wartości wg IBDiM Warszawa
|
Rodzaj pojazdu
|
Współczynnik przeliczeniowy na osie obliczeniowe |
Współczynnik przeliczeniowy na osie obliczeniowe (2006 r.)
|
|
Samochód ciężarowy bez przyczepy
|
r1 = 0,109
|
r1 = 1,2
|
|
Samochód ciężarowy z przyczepą (przyczepami), ciągnik siodłowy z naczepą
|
r2 = 1,245 1) r2 = 1,950 2)
|
r2 = 2,5
|
|
Autobus
|
r3 = 0,594
|
r3 = 1,6
|
1) wartość współczynnika przy mniejszym niż 8 % udziale pojazdów o nacisku osi
na jezdnię 115 kN
2) wartość współczynnika przy od 8 % do 20 % udziale pojazdów o nacisku osi
na jezdnię 115 kN
Zaktualizowane wartości współczynników przeliczeniowych są zdecydowanie większe od poprzednich. Poza tym zwraca uwagę fakt, iż zrezygnowano z dwóch wartości współczynnika r2. Jest to najistotniejsza zmiana, ponieważ umożliwia jednoznaczne określenie kategorii ruchu dla różnych udziałów pojazdów ciężkich o naciskach osi pojedynczej 115 kN. W tym celu wzór:
L = ( N1 · r1 + N2 · r2 + N3 · r3 ) · f1
należy zmodyfikować do postaci:
L = [ (a·N1·r1 + b·N2·r2 + c·N3·r3) · (115/100)5 + (1-a)·N1·r1 + (1-b)·N2·r2 + (1-c)·N3·r3 ] · f1
gdzie :
a - udział pojazdów bez przyczep o nacisku osi pojedynczej 115 kN, 0 ≤ a ≤ 1
b - udział pojazdów z przyczepami oraz ciągników siodłowych z naczepami o nacisku osi
pojedynczej 115 kN, 0 ≤ b ≤ 1
c - udział autobusów o nacisku osi pojedynczej 115 kN, 0 ≤ c ≤ 1
A skąd czynnik (115/100)5 ? Ustalenie odpowiedzi na to pytanie pozostawiam dociekliwości i domyślności Czytelników.
Oczywiście tak obliczona wartość L określa ilość osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas obliczeniowy.
Jakie są konsekwencje stosowania nowych wartości współczynników przeliczeniowych?
Po pierwsze – grubości projektowanych nawierzchni są większe. A zatem dostosowanie do wzrastającego obciążenia ruchem jest lepsze. Ponadto uwzględniony jest udział w ruchu pojazdów przeciążonych w ilości 15 %.
Po drugie – znikają wątpliwości, dotyczące projektowania nawierzchni w przypadku udziałów pojazdów o naciskach osi 115 kN w ilościach większych od 20%. Ma to zasadnicze znaczenie, bowiem ilość takich pojazdów będzie rosnąć, zarówno na drogach krajowych jak i na wojewódzkich.
Po trzecie – uwzględnia się fakt, iż nie tylko osie pojazdów z przyczepami oraz ciągników siodłowych z naczepami mogą wywierać nacisk 115 kN. Do grupy tej włącza się również pojazdy bez przyczep oraz autobusy.
Zastanawiać może tylko brak upowszechnienia tej wiedzy, tak istotnej dla celów projektowych. Od opublikowania omawianej pracy naukowo-badawczej minęło prawie pięć lat, a tabela „b” w Załączniku Nr 5 do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (DU nr 43 z 1999 r. poz. 430) wciąż nie jest zaktualizowana.
Zbigniew Rowiński
Kierownik Laboratorium Drogowego DSDiK |
|
115 kN – problem projektanta |
|
|
Na wstępie rozwiązanie zagadki z poprzedniej ciekawostki. Oczywiście prędkość samochodów musi wynosić 800 m/s. Natomiast prędkość wylotowa pocisku wystrzelonego z AK-47 to około 715 m/s.
A teraz do rzeczy – zacznę od wyjaśnienia tytułu. 115 kN to oczywiście nacisk osi pojedynczej samochodu ciężarowego. Na drogach wojewódzkich dopuszczalnym naciskiem jest 80 kN, na drogach krajowych 100 kN (nieliczne odcinki wzmocnione są do przyjęcia nacisku 115 kN). Tylko po drogach ekspresowych i autostradach mogą poruszać się pojazdy o nacisku pojedynczej osi 115 kN.Wejście Polski do Unii Europejskiej spowodowało konieczność dostosowania naszej sieci drogowej do przenoszenia większych obciążeń. Tego wymaga Traktat Akcesyjny. Dla dróg wojewódzkich dopuszczalnym naciskiem osi pojedynczej jest siła 80 kN. Nie ma ustawowego obowiązku wzmacniania nawierzchni ponad tę wartość. Warto jednak niektóre ciągi wzmacniać aż do nacisku 115 kN, ma to bowiem gospodarcze uzasadnienie. Wymienię tutaj chociażby drogi wojewódzkie łączące kamieniołomy z drogami krajowymi oraz ciągi obejść miast dla przewozu toksycznych środków przemysłowych, tak zwane trasy TŚP.
W tym momencie pojawia się drugi człon tytułu – jak się bowiem okazuje, projektanci (nie wszyscy, oczywiście) mają bardzo mgliste pojęcie na temat zasad, pozwalających bezbłędnie zaprojektować nawierzchnię bądź wzmocnienie nawierzchni, która ma cechować się dwudziestoletnią trwałością zmęczeniową na naciski 115 kN. W rezultacie powstaje opracowanie, które nie spełnia podstawowego założenia.
Jakie zatem błędy popełniają projektanci?
Błąd pierwszy i zarazem najpoważniejszy – niewłaściwa metodyka ustalania ilości osi 115 kN na dobę, na pas.
Najczęściej projektanci uznają, że wystarczy przyjąć współczynnik przeliczeniowy r2 = 1,950 zamiast r2 = 1, 245 i problem jest rozwiązany. Niestety, popełniają błąd i to bardzo poważny. Taki tok postępowania można przyjąć tylko wtedy, kiedy ilość pojazdów ciężkich z przyczepami o nacisku osi pojedynczej 115 kN stanowi 8 ÷ 20 % ogólnej ilości tych pojazdów. A przecież zlecający projekt wyraźnie życzy sobie, aby projektować przy założeniu, że wszystkie pojazdy ciężkie mają osie pojedyncze o nacisku 115 kN.
Błąd drugi – niewłaściwe ustalenie kategorii ruchu
Kategorię ruchu ustala się na dziesiąty rok po planowanym oddaniu wybudowanej bądź wzmocnionej nawierzchni do użytku, bazując na danych z generalnych pomiarów ruchu oraz prognoz wzrostu bądź spadku ruchu. Wykorzystuje się prosty wzór:
L = (N1 * r1 + N2 * r2 + N3 * r3 ) * f1
gdzie:
L - ilość osi obliczeniowych 100 kN na dobę, na pas
N1 - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych bez przyczep w przekroju drogi (szt.)
N2 - średni dobowy ruch samochodów ciężarowych z przyczepami w przekroju drogi (szt.)
N3 - średni dobowy ruch autobusów w przekroju drogi (szt.)
f1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu
r1, r2, r3 - współczynniki przeliczeniowe samochodów ciężkich na osie obliczeniowe 100 kN
Podkreślić należy, że stosowanie tego wzoru pozwala określać ilość osi 100 kN na dobę, na pas. Jeżeli teraz projektant bazując na wartości L dla osi 100 kN określi kategorię ruchu, zapominając o warunku „zaprojektować na 115 kN”, popełni błąd i najprawdopodobniej zaniży kategorię.
Błąd trzeci – niewłaściwe określanie ruchu całkowitego na pas w okresie 20 lat
Określenie ruchu całkowitego na pas w okresie 20 lat wymaga zastosowania jednej z trzech metod i posłużenia się wzorem, odpowiednim dla tej metody. Najczęściej jest to wzór w postaci:
NCAŁK = 365 * SDR10 * f1 * t obl.
gdzie:
NCAŁK - ruch całkowity na pas w okresie 20 lat
SDR10 - średni dobowy ruch pojazdów ciężkich w przekroju drogi w dziesiątym roku po oddaniu drogi do ruchu, wyrażony liczbą osi obliczeniowych 100 kN
f1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu
t obl. - okres obliczeniowy trwałości nawierzchni ( 20 lat )
Z kolei SDR10 = (N1 * r1 + N2 * r2 + N3 * r3 )
Łatwo zauważyć podobieństwo pomiędzy L i SDR10 . Oczywiście obliczając NCAŁK korzysta się z uprzednio obliczonej wartości L, pod jednym wszakże warunkiem: współczynnik f1 stosuje się tylko raz. Niestety projektanci zapominają o tym i w efekcie otrzymują bardzo poważnie zaniżoną wartość NCAŁK . Dla dróg jednojezdniowych o dwóch lub trzech pasach ruchu jest to dokładnie połowa poprawnej wartości.
Błąd czwarty – zaniechanie stosowania prawa „czwartej potęgi”
Jak wspomniałem, dla dróg wojewódzkich obowiązuje dopuszczalny nacisk osi pojedynczej 80 kN, dla dróg krajowych 100 i 115 kN. Zarządcy dróg powiatowych i gminnych mogą ustalać niższe dopuszczalne naciski. Z kolei projektowanie wzmocnień nawierzchni o kategoriach ruchu KR-1 ÷ KR-4 metodą ugięć sprężystych oparte jest o nomogram opracowany dla osi obliczeniowej 100 kN. Czy to oznacza, że metoda ta nie jest uniwersalna? Oczywiście – nie, jest uniwersalna pod warunkiem, że zna się i umie stosować prawo „czwartej potęgi”. Ale o tym w następnej ciekawostce.
Na zakończenie kilka zdań na temat konsekwencji, wynikających z wymienionych wyżej błędów projektantów.
1. Podstawowym negatywnym skutkiem jest zaniżenie grubości nawierzchni. A jaką rolę pełni każdy dodatkowy centymetr grubości nawierzchni bitumicznej – o tym pisałem w poprzedniej ciekawostce.
2. Trwałość nowej nawierzchni o zaniżonej grubości nigdy nie osiągnie zakładanej trwałości dwudziestoletniej. Stąd wniosek, że część publicznych pieniędzy przeznaczonych na inwestycje i remonty dróg zostanie zmarnowana.
Problem jakości opracowywanych projektów nie jest błahy – zauważa to Najwyższa Izba Kontroli, która w „Informacji o wynikach kontroli działalności administracji publicznej w zakresie zapewnienia jakości robót wykonywanych na drogach publicznych” (styczeń 2009) między innymi dostrzega potrzebę podjęcia przez zarządców dróg publicznych stosownych działań, zmierzających do wyeliminowania przypadków akceptacji nierzetelnie opracowanej dokumentacji projektowej. Skalę problemu można sobie uzmysłowić, czytając następujące stwierdzenie, zawarte w tej „Informacji” : jednym z głównych zagrożeń dla sprawnego funkcjonowania transportu drogowego w Polsce jest zły stan techniczny dróg publicznych .Świadczą o tym m.in. szacunkowe dane, według których tylko niewiele ponad 1% tych dróg odpowiada obowiązującym standardom unijnym, zwłaszcza pod względem parametrów technicznych.
Zbigniew Rowiński
Kierownik Wojewódzkiego
Laboratorium Drogowego
|
|
DROGOWA ZMORA – KOLEINA |
|
|
Koleina to trwałe odkształcenie nawierzchni, które może zachodzić w warstwach bitumicznych lub sięgać aż do podłoża gruntowego. W pierwszym przypadku jest to koleina o charakterze lepko-plastycznym, natomiast przypadek drugi nazywany jest deformacją strukturalną. Ze względu na miarodajną wartość głębokości koleiny stan nawierzchni klasyfikuje się następująco:
| Klasa |
Ocena stanu nawierzchni |
Miarodajna głębokość koleiny (mm) |
| A |
Stan dobry |
nie więcej niż 10 |
| B |
Stan zadowalający |
od 11 do 20 |
| C |
Stan niezadowalający (planowany zabieg remontowy) |
od 21 do 30 |
| D |
Stan zły ( natychmiastowe interwencje ) |
powyżej 30 |
Pod pojęciem „miarodajna głębokość koleiny” należy rozumieć wartość średnią głębokości koleiny, powiększoną o podwojone odchylenie standardowe dla zbioru wyników. W praktyce oznacza to, że zbiór wyników, dla których średnia wartość wynosi 5 mm, przy dostatecznie dużym zróżnicowaniu wartości może spowodować konieczność zakwalifikowania stanu nawierzchni do klasy C, ponieważ miarodajna głębokość koleiny będzie mieścić się w przedziale od 21 do 30 mm .
Nie ulega wątpliwości, że podstawową przyczyną szybkiego tworzenia się i pogłębiania kolein jest ruch pojazdów ciężkich, często przeładowanych. Ruch pojazdów osobowych w żaden sposób nie przyczynia się ani do powstawania, ani do pogłębiania kolein.
Należy zdawać sobie sprawę z faktu, że przejazd jednej osi o masie 10 Mg wywołuje na nawierzchni bitumicznej taki sam skutek, jak przejazd 160 000 osi o masie 0,5 Mg . Oznacza to ni mniej, ni więcej, że jeden przejazd dwuosiowego ciągnika siodłowego z trójosiową naczepą (popularnego „Tira”) zastąpi przejazd kilkuset tysięcy samochodów osobowych. Działa tu tak zwane prawo czwartej potęgi, które pozwala obliczać ilość osi o mniejszej masie, równoważnych przejazdowi jednej osi o masie większej.
Przykład
Niech „Tir” będzie tak załadowany, że masy poszczególnych osi przedstawiają się następująco:
oś pierwsza - 7 Mg
oś druga - 10 Mg
oś trzecia - 9 Mg
os czwarta - 8 Mg
oś piąta - 8 Mg
Razem masa pojazdu wynosi 42 Mg i jest zgodna z przepisami w zakresie dopuszczalnej masy całkowitej.
Ilość równoważnych osi o masie 0,5 Mg wynosi:
( 7 : 0,5 ) 4 + ( 10 : 0,5 ) 4 + ( 9 : 0,5 ) 4 + ( 8 : 0,5 ) 4 + ( 8 : 0,5 ) 4 = 434 464 osie. Oznacza to około 217 000 samochodów osobowych.
A co będzie, jeżeli kierowca przeładuje samochód ? Nie jest to pytanie hipotetyczne – po polskich drogach porusza się wiele pojazdów o ponadnormatywnych ładunkach.
Niech masy poszczególnych osi przedstawiają się następująco:
oś pierwsza - 7 Mg
oś druga - 13 Mg
oś trzecia - 9 Mg
oś czwarta - 9 Mg
oś piąta - 8 Mg
Razem masa pojazdu wynosi 46 Mg i jest większa od dopuszczalnej o 4 Mg .
Wówczas ilość równoważnych osi o masie 0,5 Mg wynosi:
( 7 : 0,5 ) 4 + ( 13 : 0,5 ) 4 + ( 9 : 0,5 ) 4 + ( 9 : 0,5 ) 4 + ( 8 : 0,5 ) 4 = 798 000 osi. Oznacza to około 399 000 samochodów osobowych.
A zatem wzrost masy „Tira” o 4 Mg spowodował przyrost równoważnej ilości samochodów osobowych aż o 182 000.
Podane przykłady obrazują skalę problemu. Problemu, który można sformułować następująco:
„Przeładowane samochody ciężarowe – zmora polskich dróg”.
Zbigniew Rowiński
Wojewódzkie Laboratorium Drogowe
|
|
1 centymetr |
|
|
1 centymetr – dużo czy mało?
Ten nieco tajemniczy tytuł ma związek z badaniami, które zostały przeprowadzone w Głogowie na ulicy Kazimierza Wielkiego przez laborantów Wojewódzkiego Laboratorium Drogowego. Cel badań był określony jasno – zaprojektować wzmocnienie nawierzchni tej ulicy, wykorzystując dane o natężeniu ruchu na drodze wojewódzkiej nr 292, przebiegającej przez tę miejscowość.
Według generalnego pomiaru ruchu przeprowadzonego w 2005 roku, dla drogi nr 292 w zależności od punktu pomiarowego kategorie ruchu przedstawiały się następująco:
1. Żukowice-Głogów - ruch KR-3 (259 osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas)
2. Głogów Zach.(przejście) - ruch KR-4 (579 osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas)
3. Głogów Wsch. (przejście) - ruch KR-4 (358 osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas)
Jak widać, zróżnicowanie natężenia ruchu jest spore – w projektowaniu wzmocnienia należy ten fakt wziąć pod uwagę.
Badanie ugięć sprężystych belką Benkelmana, uwzględniające temperaturę nawierz-chni, współczynnik sezonowości oraz rodzaj podbudowy, pozwoliło obliczyć sprężyste ugięcie obliczeniowe.
U OBL = 1,699 mm
Obliczenie ruchu całkowitego na pas w okresie 20 lat, uwzględniające zróżnicowanie natężenia ruchu, zakończyło się następującymi wynikami:
N CAŁK = 2 445 500 osi obliczeniowych 100 kN (ruch KR-3 w 2005 roku)
lub
N CAŁK = 4 226 700 osi obliczeniowych 100 kN (ruch KR-4 w 2005 roku)
A zatem w zależności od natężenia ruchu różnica w ilości osi obliczeniowych 100 kN wynosi około 1 800 000. Różnica ta dotyczy oczywiście okresu 20 lat.
Wartości ugięcia obliczeniowego U OBL oraz ruchu całkowitego N CAŁK pozwoliły na wykorzystanie nomogramu zamieszczonego w „Katalogu wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych”, co w efekcie pozwoliło na określenie „zastępczej grubości wzmocnienia”. Wartość ta zawiera się w przedziale 44 ÷ 46 cm, co w przeliczeniu na grubość warstw bitumicznych daje przedział 22 ÷ 23 cm.
W tym momencie ujawnia się 1 cm, o którym mówi tytuł. Należy bowiem roz-strzygnąć kwestię – wzmacniać warstwami o grubości 23 cm czy też zdecydować się na warstwy o grubości 22 cm?
Oczywiście z technicznego punktu widzenia alternatywy nie ma – należy wzmacniać warstwami o grubości 23 cm ale pokusa powodowana ekonomią (nie 23 lecz 22 cm bo taniej) jest silna.
Spróbujmy zatem przemówić do wyobraźni Czytelnika i odpowiedzieć na pytanie:
„Jeżeli zdecydujemy się na wzmocnienie grubsze o 1 cm to jaki dodatkowy ruch pojazdów samochodowych przeniesie w ciągu 20 lat taka konstrukcja?”
Wiemy już, że jest to dodatkowe 1 800 000 osi obliczeniowych 100 kN. Ale ta war-tość nie pobudza zbytnio wyobraźni. Korzystając z współczynników przeliczeniowych, możemy osie obliczeniowe 100 kN przeliczać na rzeczywiste pojazdy ciężarowe bez i z przy-czepami oraz autobusy. Jednak najlepszy efekt psychologiczny osiągniemy, jeżeli osie obliczeniowe 100 kN przeliczymy na samochody osobowe (może dlatego, że jest ich na pol-skich drogach najwięcej?)
Wiemy (chociażby z poprzedniej „ciekawostki”), że przejazd jednej osi o masie 10 Mg jest równoważny przejazdowi 80 000 samochodów osobowych. Jeżeli tak, to przyjmijmy do wiadomości następujące wyliczenia:
A = 20 lat = [(20 * 365 dni * 24 godziny * 60 minut * 60 )] sekund
B = 1 800 000 * 80 000 = ilość dodatkowych samochodów osobowych, przejeżdżających przez ulicę w ciągu 20 lat
Jeżeli podzielimy B przez A ze zdumieniem stwierdzimy, że pogrubienie konstrukcji o 1 cm spowoduje, iż będzie po niej mogło w każdej sekundzie przez pełne 20 lat przejeżdżać około 200 samochodów osobowych. Trudno to sobie wyobrazić, prawda?
Jaka zatem jest odpowiedź na tytułowe pytanie?
Tę kwestię pozostawiamy do rozstrzygnięcia Czytelnikom.
Na zakończenie zagadka dla dociekliwych:
Jeżeli długość samochodu osobowego wynosi 4 m i w ciągu sekundy przez przekrój drogi przejeżdża 200 takich samochodów, jeden za drugim – to z jaką prędkością jadą?
Odpowiedź przy okazji zamieszczenia następnej ciekawostki. Notabene prędkość ta jest większa od prędkości początkowej pocisku, wystrzelonego z najbardziej rozpowszechnionego w świecie karabinu AK-47. To też przemawia do wyobraźni, prawda?
Zbigniew Rowiński
Wojewódzkie Laboratorium Drogowe |
|
|
|
|
|
|