Przykład obliczeniowy wpływu udziału pojazdów przeciążonych na

Celem przeprowadzenia przykładu obliczeniowego jest obliczenie trwałości warstw asfaltowych przykładowej nawierzchni przy zróżnicowanym poziomie udziału pojazdów przeciążonych w ruchu. Do obliczeń przyjęto model obliczeniowy konstrukcji nawierzchni przedstawiony w rozdziale 4.2.1, który odpowiada typowej konstrukcji nawierzchni podatnej na podbudowie z mieszanki niezwiązanej (typ A1) dla ruchu KR3, dobranej na podstawie katalogu [78]. Trwałość zmęczeniową nawierzchni obliczono zgodnie z kryterium spękań zmęczeniowym warstw asfaltowych z dołu do góry MEPDG dla kryterium powierzchni spękanej pasa FC=20% (patrz rozdział 4.3.1). Trwałość rozpatrywanej nawierzchni wynosi Nf,20%=5,09 10⁶ [osi standardowych 100 kN].

Liczba pojazdów ciężkich, jaka musi przejechać przez dany pas ruchu aby wywołać spękania zmęczeniowe na powierzchni równej FC=20% pasa ruchu wynosi NTf,20% i może być obliczona na podstawie wzoru:

𝑁𝑇_𝑓,20%(𝑈𝑃) =𝑁_𝑓,20%

𝐹_𝑈𝑃 (5.17)

gdzie:

NTf,20% – liczba pojazdów ciężkich, które wywołają spękania zmęczeniowe na

FC=20% powierzchni pasa ruchu,

Nf,20% – trwałość zmęczeniowa nawierzchni (Nf,20% = 5,09 10⁶ [osi standardowych 100 kN],

FUP – współczynnik równoważności obciążenia pojazdu przy udziale pojazdów przeciążonych w ruchu UP.

Na podstawie liczby pojazdów ciężkich NT f,20% można obliczyć okres eksploatacji nawierzchni T f,20% od oddania jej do ruchu do momentu wyczerpania trwałości zmęczeniowej Nf, czyli do pojawienia się spękań zmęczeniowych na powierzchni FC=20% pasa ruchu. Do przykładu obliczeniowego przyjęto dane otrzymane ze stacji DK79. Założono obciążenie ruchem w roku oddania nawierzchni do eksploatacji równe SDR=1489 pojazdów/dobę, co daje 2,7 10⁵ pojazdów/pas/rok.

Przyjęto, że ruch ciężki będzie w kolejnych latach rosnąć o stały procent p = 4%.

Współczynniki równoważności obciążenia pojazdu F(UP) dobrano na podstawie

171 wyników obliczeń według metody 2 (rozdział 5.3.3). Wykresy zależności NTf,20%(UP) oraz Tf,20%(UP) przedstawiono na rysunku 5.19. Z rysunku 5.19 a) można odczytać, że wzrost udziału pojazdów przeciążonych z 0% do 20%

spowoduje, że nawierzchnia przeniesie dwukrotnie mniej pojazdów do wystąpienia spękań zmęczeniowych na 20% powierzchni pasa ruchu. Na podstawie rysunku 5.19 b) można stwierdzić, że zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych z 20%

do 10% spowoduje wydłużenie okresu eksploatacji o 4 lata, a dalsze zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych z 10% do 0% spowoduje wydłużenie okresu eksploatacji nawierzchni o kolejne 6 lat.

Rysunek 5.19 Trwałość zmęczeniowa nawierzchni do wystąpienia 20%

powierzchni spękań na powierzchni pasa wyrażona poprzez a) sumaryczną liczbę pojazdów ciężkich b) okres eksploatacji nawierzchni

5.4. Podsumowanie

1. Zgodnie z przepisami, pojazd zostanie uznany za przeciążony, gdy masa całkowita pojazdu jest wyższa niż określona dla danego pojazdu lub przekroczone zostanie dopuszczalne obciążenie co najmniej jednej z jego osi składowych.

2. W polskich przepisach wyróżnia się trzy poziomy dopuszczalnego obciążenia osi: 80, 100 i 115 kN, przy czym wykaz dróg, na których mogą poruszać się pojazdy z obciążeniem osi do 100 kN lub do 115 kN ustalany jest na podstawie Rozporządzenia Ministra Infrastruktury [122], [123].

3. Dane z 11 stacji ważenia pojazdów w ruchu wskazują, że udział pojazdów przeciążonych na Polskich drogach wynosi od 14% na stacji DK11 do 23%

na stacji DK7.

172

4. Zaobserwowano, że odsetek pojazdów przekraczających dopuszczalne obciążenie osi jest większy niż odsetek pojazdów przekraczających dopuszczalną masę całkowitą.

5. Duży wpływ na liczbę pojazdów przeciążonych ma nierównomierne załadowywanie pojazdów. Stwierdzono, że duża część pojazdów przeciążonych nie przekracza dopuszczalnej masy, podczas gdy przeciążona jest co najmniej jedna z osi pojazdu.

6. Najwyższy udział pojazdów przeciążonych, zaobserwowano dla kategorii pojazdów ciężarowych z przyczepą lub z naczepą C+P. Pojazdy tej kategorii najczęściej występują na drogach krajowych. W kategorii pojedynczych samochodów ciężarowych C pojazdy przeciążone występują rzadziej. Pojazdy przeciążone występują również w grupie autobusów.

7. Limit dopuszczalnego obciążenia osi 100 kN jest respektowany przez kierowców w znacznie mniejszym stopniu niż limit 115 kN na oś. Jest to wynikiem tego, że dany pojazd może poruszać się podczas jednej podróży po drogach o różnym dopuszczalnym obciążeniu osi.

8. Kontrola pojazdów pod kątem przeciążenia znacząco wpływa na zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych. Dowodem jest wysoki udział pojazdów przeciążonych w ruchu na stacjach A2 i S7 (bez ponownej kontroli i karania kierowców) i drodze krajowej DK 11 w miejscowości Byczyna, gdzie prowadzona jest stała kontrola Inspekcji Transportu Drogowego. Egzekwowanie przepisów w zakresie obciążenia pojazdów przyczyni się do zmniejszenia udziału pojazdów przeciążonych i wydłużenia trwałości dróg.

9. Udział pojazdów przeciążonych w szkodzie zmęczeniowej nawierzchni jest wysoki i wynosi od 35% na stacji DK11 do 70% na stacji DK7. Oznacza to, że pojazdy przeciążone w bardzo znaczącym stopniu przyczyniają się do powstawania uszkodzeń nawierzchni.

10. Stwierdzono, że średni współczynnik równoważności obciążenia pojazdu w danym potoku ruchu jest liniowo skorelowany z udziałem pojazdów przeciążonych. Wykazano, że na współczynnik równoważności obciążenia pojazdu wpływ ma również lokalna specyfika ruchu, opisana strukturą ruchu i rozkładem obciążenia osi pojazdów.

11. Wpływ pojazdów przeciążonych na trwałość zmęczeniową nawierzchni i na współczynniki równoważności obciążenia pojazdów określono poprzez przeprowadzenie analizy według dwóch metod. Pierwsza z metod polegała na określeniu modeli regresji liniowej pomiędzy udziałem pojazdów przeciążonych a średnim współczynnikiem równoważności obciążenia pojazdu osobno dla każdej stacji pomiarowej. Druga metoda oparta była o model regresji liniowej pomiędzy parametrami opisującymi zastępczy rozkład obciążenia osi, udziałem pojazdów przeciążonych i średnim współczynnikiem równoważności obciążenia pojazdu.

173 12. Względny wzrost współczynnika równoważności obciążenia pojazdu na skutek wzrostu udziału pojazdów przeciążonych z 0% do 20% wynosi średnio od 100% do 160%, w zależności od metody analizy.

13. Pojazdy przeciążone mają znaczący wpływ na trwałość zmęczeniową nawierzchni. Wykazano, że wzrost udziału pojazdów przeciążonych z 0%

do 20% spowoduje średnio spadek trwałości zmęczeniowej nawierzchni o ok. 55%, przy czym w zależności od metody analizy i od stacji pomiarowej spadek ten może wynosić od 45% nawet do 75%. Wykazano również, że zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych na rozpatrywanych drogach z obecnego poziomu do poziomu 10% może skutkować wydłużeniem trwałości zmęczeniowej od 14% do 43%.

14. Przeprowadzono analizę wpływu ruchu pojazdów przeciążonych na okres eksploatacji przykładowej nawierzchni podatnej typu A1 KR3 według katalogu [78]. Wykazano w niej, że zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych z 20% do 10% spowoduje wydłużenie okresu eksploatacji o 4 lata, a dalsze zmniejszenie udziału pojazdów przeciążonych z 10% do 0%

spowoduje wydłużenie okresu eksploatacji nawierzchni o kolejne 6 lat.

175