115 kN – problem projektanta Drukuj
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. 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