Trwałość zmęczeniowa nawierzchni drogowej w kontekście przeciążenia pojazdów ciężkich Drukuj

 

W „Ciekawostkach” z dnia 06.06.2013 r. oraz 30.06.2014 r. omówiłem dwie grupy tematów:

·         problemy związane z konsekwencjami wprowadzonej w życie z dniem 19 października 2012 r. nowelizacji ustawy o drogach publicznych,

·         perspektywy wdrażania systemu preselekcyjnego ważenia ciężkich pojazdów samochodowych.

Dzisiaj postaram się pokazać, jakie są finansowe konsekwencje udziału w ruchu przeciążonych, ciężkich pojazdów samochodowych.

Na początek rozwiązanie zadania z  „Ciekawostki” z dnia 30.06.2014 r. 

Odp. a) - dwuosiowy ciągnik siodłowy z trójosiową naczepą, przeładowany o 100% (o masach osi 12 + 20 + 3 · 16 = masa całkowita 80 Mg

Odp. b) - dwuosiowy pojazd o masach osi 4,719 + 4,719 = masa całkowita 9,438 Mg

 

A teraz temat tytułowy - czyli trwałość zmęczeniowa nawierzchni drogowej w kontekście przeciążenia pojazdów ciężkich.

I. Obciążenie ruchem - informacje ogólne.

Z danych uzyskanych w wyniku Generalnych Pomiarów Ruchu [1], [2] wynika, że w 2010 roku na drogach wojewódzkich w kraju wzrost ruchu wyniósł około 23% w stosunku do roku 2005. Dla województwa dolnośląskiego wskaźnik ten osiągnął 20%. Struktura rodzajowa ruchu dla Dolnego Śląska przedstawiała się w latach 2005 i 2010 następująco:

Tabela nr 1

 

 

Długość odcinków pomiaro-wych    (km)

Pojazdy samocho-dowe ogółem

Rodzajowa struktura ruchu pojazdów samochodowych

Motocykle

Samochody osobowe Mikrobusy

Lekkie sam. ciężarowe (dostawcze)

Samochody ciężarowe

Autobusy

Ciągniki rolnicze

bez przyczep

z przyczepami

SDR

SDR

SDR

SDR

SDR

SDR

SDR

SDR

  Generalny Pomiar Ruchu 2005

2 265,5

3 597

18

3 010

274

104

108

72

11

Udział procentowy

0,50%

83,66%

7,61%

2,90%

3,01%

1,99%

0,32%

Generalny Pomiar Ruchu 2010

2 258,5

4 312

47

3 566

349

114

170

54

12

Udział procentowy

1,08%

82,71%

8,10%

2,64%

3,94%

1,24%

0,29%

 

Wskaźnik wzrostu natężenia ruchu 2010 / 2005

1,20

2,59

1,19

1,28

1,09

1,57

0,75

1,09

 

Udział w ruchu pojazdów ciężkich w roku 2010 wyniósł 7,82 %. Analizując dane dotyczące wyłącznie trzech grup pojazdów ciężkich, otrzymuje się udziały następujące:

a) samochody ciężarowe bez przyczep                                                        -    33,70 %,

b) samochody ciężarowe z przyczepami oraz ciągniki siodłowe z naczepami        -    50,39 %,

c) autobusy                                                                                            -    15,91 %.

 W latach 2005-2010 największy wskaźnik wzrostu ruchu zarejestrowano dla samochodów ciężarowych z przyczepami oraz ciągników siodłowych z naczepami. Wyniósł on 1,57. Dla samochodów ciężarowych bez przyczep oraz autobusów wskaźniki osiągnęły wartości odpowiednio: 1,09 oraz 0,75.

Przedstawione niżej analizy i obliczenia ograniczają się wyłącznie do pojazdów ciężkich, ponieważ tylko ich udział w ruchu determinuje okres wyczerpywania się trwałości zmęczeniowej nawierzchni drogowej.

 

II. Generalny Pomiar Ruchu 2005.

Pomiary przeprowadzono na 83 drogach, na których wyznaczono 289 odcinków pomiarowych [1]. Rozkład ilości odcinków dróg na poszczególne kategorie ruchu przedstawiał się następująco:

Tabela nr 2

 

KR-1

 KR-2

 KR-3

KR-4

 KR-5

≤ 12

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

13 ÷ 70

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

71 ÷ 335

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

336 ÷ 1000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

1001 ÷ 2000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

Ilość odcinków

5

61

142

76

5

 

Największe obciążenie ruchem o kategorii KR-5 stwierdzono na odcinkach dróg:

·         nr 292,  km 31+800 ÷ 35+900, Głogów Zachodni,

·         nr 297, km 68+300 ÷ 71+500, Bolesławiec,

·         nr 329, km 0+000 ÷ 10+900, Głogów, Głogów-Potoczek (DK-3),

·         nr 347, km 4+200 ÷ 17+400, Mokronos Dolny-Sośnica.

 

Ilość osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas zawierała się w przedziale wartości < 1076; 1540 > przy wartości średniej 1289.

Dominującą okazała się kategoria ruchu KR-3, stwierdzona na 142 odcinkach, stanowiących   49,1 % ogólnej ilości odcinków pomiarowych. Ilość osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas zawierała się w przedziale wartości < 72; 332 > przy wartości średniej 179.

 

III. Generalny Pomiar Ruchu 2010.

Pomiary przeprowadzono na 81 drogach, na których wyznaczono 299 odcinków pomiarowych [2]. Rozkład ilości odcinków dróg na poszczególne kategorie ruchu przedstawiał się następująco:

Tabela nr 3

 

KR-1

KR-2

KR-3

 

KR-4

KR-5

≤ 12

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

13 ÷ 70

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

71 ÷ 335

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

336 ÷ 1000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

1001 ÷ 2000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

Ilość odcinków

10

45

135

94

15

 

Największe obciążenie ruchem o kategorii KR-5 stwierdzono na odcinkach dróg:

·         nr 297,  km 42+400 ÷ 52+900, granica województwa-Golnice (A-18),

·         nr 329, km 0+000 ÷ 10+900, Głogów, Głogów-Potoczek (DK-3),

·         nr 346, km 21+600 ÷ 21+800, DW 347-DW 362,

·         nr 346, km 63+300 ÷ 69+000, Gaj Oławski-Godzikowice,

·         nr 347, km 3+600 ÷ 18+700, Wrocław-Mokronos Dolny-Sośnica-Kąty Wrocławskie-A-4,

·         nr 348, km 0+000 ÷ 3+500, Małuszów (DK-35)-Biskupice Podgórne,

·         nr 374, km 0+000 ÷ 22+600, Jawor-Strzegom-Stanowice,

·         nr 384, km 18+000 ÷ 20+500, Dzierżoniów,

·         nr 396, km 38+200 ÷ 44+900, Gaj Oławski-Brzezimierz.

 

Ilość osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas zawierała się w przedziale wartości < 1021; 1659 > przy wartości średniej 1272.

Dominującą okazała się kategoria ruchu KR-3, stwierdzona na 135 odcinkach, stanowiących   45,2 % ogólnej ilości odcinków pomiarowych. Ilość osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas zawierała się w przedziale wartości < 75; 335 > przy wartości średniej 181.

Zbiorcze wyniki przedstawiam na  wykresie.


 

IV. Obciążenie ruchem – wskaźniki wzrostu.

Wskaźnik wzrostu ilości odcinków obciążonych ruchem KR-1÷ KR-5 z uwzględnieniem różnicy w ilości wyznaczonych odcinków pomiarowych dla roku 2005 i 2010 przedstawiam w tabeli nr 4.

Tabela nr 4

 

KR-1

KR-2

KR-3

KR-4

KR-5

≤ 12

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

13 ÷ 70

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

71 ÷ 335

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

336 ÷ 1000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

1001 ÷ 2000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

Ilość odcinków –GPR 2005

5

61

142

76

5

Ilość odcinków – GPR 2010

10

45

135

94

15

Wskaźnik wzrostu

1,93

0,70

0,92

1,2

2,9

 

Wskaźnik wzrostu obciążenia odcinków średnią liczbą osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas dla poszczególnych kategorii ruchu KR-1÷ KR-5 przedstawiam w  tabeli nr 5.

Tabela nr 5

 

KR-1

KR-2

 

KR-3

 

KR-4

 

KR-5

≤ 12

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

13 ÷ 70

osi bliczeniowych 100 kN/dobę/pas

71 ÷ 335

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

336 ÷ 1000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

1001 ÷ 2000

osi obliczeniowych 100 kN/dobę/pas

Średnie obciążenie – GPR 2005

6,6

40,7

178,7

509,2

1289,4

Średnie obciążenie – GPR 2010

6,7

42,2

181,1

541,8

1271,6

Wskaźnik wzrostu

1,02

1,04

1,01

1,06

0,99

 

V. Agresywność pojazdów ciężkich w kontekście trwałości nawierzchni.

Z badań przeprowadzonych w roku 2010 przez Politechnikę Gdańską wynika, że najbardziej agresywnym pojazdem w stosunku do nawierzchni drogowej jest ciągnik siodłowy dwuosiowy z naczepą trójosiową [4]. Jednocześnie jest to najbardziej rozpowszechniony pojazd w grupie pojazdów ciężkich z przyczepami. Ponieważ wskaźnik wzrostu ruchu dla tej grupy rósł najszybciej, należy spodziewać się przyspieszenia procesów utraty trwałości zmęczeniowej, zwłaszcza że część pojazdów przekracza dopuszczalne naciski osi oraz masy całkowite. Według różnych źródeł [3], [4], [5] skala przekroczeń zawiera się w granicach 4% ÷ 30%.  

 

VI. Agresja ruchu i trwałość zmęczeniowa dla rzeczywistego ruchu, stwierdzonego w wyniku Generalnego Pomiaru Ruchu 2010.

Analizie poddałem ruch pojazdów ciężkich o następującej średniej strukturze, przedstawionej w tabeli nr 1:

a) pojazdy ciężarowe bez przyczep                                                               - SDR 114 szt.

b) pojazdy ciężarowe z przyczepami oraz ciągniki siodłowe z naczepami - SDR 170 szt.

c) autobusy                                                                                              - SDR   54 szt.

 

W poszczególnych grupach przyjąłem pojazdy o największych współczynnikach agresji A w następujących proporcjach:

Ad a)   - pojazd dwuosiowy ( A = 1,410 )    - SDR 76 szt.  ( 67 % )

            - pojazd czteroosiowy ( A = 1,229 )  - SDR 38 szt.  ( 33 % )

Ad b)  - dwuosiowy pojazd + trójosiowa przyczepa ( A = 2,640 )  - SDR   42 szt. ( 25 % )

            - dwuosiowy ciągnik + trójosiowa naczepa ( A= 2,481 )   - SDR 128 szt. ( 75 % )

Ad c)   - trójosiowy autobus ( A = 1,910 )                                 - SDR   54 szt. ( 100 % )

 

Agresję pojazdów oraz trwałość zmęczeniową obliczyłem dla następujących proporcji „pojazd normatywny N” / „pojazd przeciążony P”:

95% / 5%;   90% / 10%;   85% / 15%;   80% / 20%;   75% / 25%;   70% / 30%;   65% / 35%;   60% / 40%;   55% / 45%  oraz 50% / 50%.

Agresję dla pojazdów normatywnych (przeciążenie osi 0%) przyjąłem jako 100%.

Otrzymałem następujące nomogramy:


Nomogram 1. Agresja pojazdów A w funkcji przeciążenia osi dla określonych udziałów pojazdów normatywnych i przeciążonych.


Nomogram 2. Trwałość zmęczeniowa TZ w funkcji przeciążenia osi dla określonych udziałów   pojazdów normatywnych i przeciążonych.

 

Bezpośrednim skutkiem eliminacji z ruchu pojazdów nienormatywnych (przeciążonych) jest osiąganie projektowanych, dwudziestoletnich okresów trwałości zmęczeniowych nawierzchni drogowych. Wykorzystując bowiem nomogram 2 oraz przyjmując następujące założenia:

·         udział w ruchu pojazdów przeciążonych w ilości 15 %

·         przeciążenie pojazdów o wartości 15 %

można oszacować utratę trwałości zmęczeniowej - wynosi ona w tym przypadku 2 lata. Eliminując zatem z ruchu pojazdy przeciążone osiąga się przy tych założeniach oszczędność w wysokości 10% kwoty, którą corocznie należy przeznaczać na przebudowy i remonty sieci 115 km dróg. Zakładając średni koszt remontu jednego kilometra drogi na poziomie 1 mln zł, otrzymuje się wartość:

10% · 115 km · 1 mln zł/km = 11,5 mln zł

W tym momencie nasuwa się pytanie - jeżeli pojazdy przeciążone w jednym roku wyrządzają szkody o wartości 11,5 mln zł, to jaką ilość takich pojazdów należałoby skontrolować, aby przy średniej wysokości kary 5 tys. zł zrekompensować szkody?

Odpowiedź jest prosta -     11,5 mln zł : 5 tys. zł / 1 pojazd przeciążony = 2 300 pojazdów. 

Czy jest to zadanie realne? Szukającym prawidłowej odpowiedzi podpowiadam, że według [5] w roku 2013 od stycznia do końca września inspektorzy Inspekcji Transportu Drogowego przeprowadzili w kraju prawie 24 tys. kontroli, wydając 1,8 tys. decyzji administracyjnych na łączną kwotę ponad 9 mln zł.

Jak zatem widać, uzyskanie kwoty 11,5 mln zł w wyniku ważenia wagami przenośnymi na dolnośląskich drogach wojewódzkich z obiektywnych przyczyn (technicznych, organizacyjnych, kadrowych) nie jest możliwe. W tej sytuacji sieć wag preselekcyjnych działających jak fotoradary jest jedynym rozwiązaniem, pozwalającym rekompensować szkody wyrządzone przez przeciążone pojazdy.

   

--------------------

B i b l i o g r a f i a

 

[1] TRANSPROJEKT-WARSZAWA: „Opracowanie danych z pomiaru ruchu na drogach wojewódzkich w 2005 r. i prognoza ruchu na lata 2010, 2015, 2020 i 2025”, Warszawa grudzień 2006

[2] TRANSPROJEKT-WARSZAWA: „Synteza wyników pomiaru ruchu na drogach wojewódzkich w 2010 roku”

[3] A.W. Mitas, M. Bernaś, M. Bugdol, A. Ryguła, W. Konior: „Elektroniczne narzędzia pomiarowe w transporcie – wagi preselekcyjne”, ELEKTRONIKA 12/2011 http://www.imm.org.pl/imm/plik/elektronika2011-12-2011_nn228.pdf

[4] J. Judycki i zespół: „Weryfikacja i aktualizacja „Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych z 1997 roku” - Raport z drugiego etapu, Gdańsk listopad 2010

https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/p/prace-naukowo-badawcze-po-roku-2_3432/Weryfikacja%20KataloguTNPiP-Etap2_2010.pdf 

[5] Dziennik Gazeta Prawna: „GITD idzie na wojnę z TIR-ami: Wagi preselekcyjne jak fotoradary”, 28.10.2013                      

http://prawo.gazetaprawna.pl/artykuly/742145,gitd-idzie-na-wojne-z-tir-ami-wagi-preselekcyjne-jak-fotoradary.html

 

 

Kierownik Laboratorium Drogowego

Zbigniew Rowiński

Wrocław, 27.10.2014