Równość poprzeczna

Na podstawie [4] równość poprzeczna warstwy nawierzchni jest to cecha określająca stopień, w jakim powierzchnia warstwy mierzona w kierunku prostopadłym do osi jezdni jest zbieżna z powierzchnią wymaganą (idealną). Cechę tą ocenia się poprzez pomiar równości poprzecznej, w ustalony sposób rejestracji przekroju pasa drogowego wraz z zachowaniem wymagań wynikających z instrukcji obsługi urządzenia pomiarowego i odpowiednich procedur pomiarowych.

Jedną z najprostszych metod pomiarowych równości poprzecznej jest tzw. metoda za pomocą łaty i klina. Zgodnie z normą [9] do wykonywania pomiarów równości poprzecznej nawierzchni należy stosować łatę wykonaną z metalu o długości 3000 ± 3 mm i grubości 25 ± 1 mm oraz wyskalowany szczelinomierz klinowy wykonany również z metalu (rys. 3).

Rys. 3. Szczelinomierz klinowy

Wymagania [6] mówią, iż pomiar powinien być wykonywany nie rzadziej niż co 5 m (licząc wzdłuż badanego odcinka), a liczba pomiarów nie może być mniejsza niż 20. Wymagana równość poprzeczna jest określana przez wartości odchyleń równości, które nie mogą być przekroczone w liczbie pomiarów stanowiących 90 % i 100 % albo 95% i 100% liczby wszystkich pomiarów na badanym odcinku. Poprzez odchylenie równości należy rozumieć największą odległość między łatą, a mierzoną powierzchnią w danym profilu. Wielkość prześwitu jest równa najmniejszej liczbie widocznej na klinie podłożonym pod łatę.

Wykorzystywana metoda jest bardzo dokładna, jednak zbieranie danych jest uciążliwe i pracochłonne. Laborant w trakcie badań pracuje w pozycji wymuszonej, musi często się schylać, a sam pomiar dla dłuższych odcinków (kilku bądź kilkunastu kilometrów) jest bardzo czasochłonny, szczególnie, iż pomiar należy wykonywać w odstępach nie większych niż 5 m.

3. Profilograf laserowy

Zgodnie z [10] równość nawierzchni jezdni jest oceniana w dwóch prostopadłych kierunkach. Przedstawione do tej pory urządzenia oraz procedury badawcze umożliwiają pomiar równości tylko w jednym kierunku. Do niedawna nie istniało urządzenie pozwalające na pomiar obu równości przy jednokrotnym przejeździe. W chwili obecnej taką możliwość daje profilograf laserowy.

Profilograf laserowy typu RSP (Road Surface Profiler) jest urządzeniem zainstalowanym przed przednim zderzakiem pojazdu pomiarowego. W skład urządzenia wchodzą: 2 akcelerometry, inercyjny czujnik ruchu, dystansomierz zamontowany na kole, a także do 21 laserów do pomiaru: wskaźnika IRI, równości podłużnej, równości poprzecznej. Dodatkowo laser umieszczony nad prawym śladem koła, dzięki zwiększonej dokładności pomiaru, a także zmniejszonej średnicy promienia lasera, umożliwia pomiar makrotekstury. Samochód wyposażony jest w system montażowy, zawierający odpowiedni zestaw elektroniki (w tym komputer PC) do rejestracji sygnału z czujników (tj. zestaw sprzętowy/programowy do automatycznej rejestracji oraz wstępnego przetwarzania danych w terenie). W celu zainstalowania profilografu na pojeździe konieczne jest wzmocnienie instalacji elektrycznej. Po zebraniu wyników pomiaru dodatkowe oprogramowanie umożliwia: zapis danych w formacie bazy danych (pliki kompatybilne z MS

OFFICE, bądź zapisane w formacie .txt); porównywanie wyników rok po roku; nakładanie danych na mapy z Google Earth; widok obrazów z opcjonalnej kamery. Na rys. 4 przedstawiono schemat urządzenia pomiarowego.

Rys. 4. Schemat profilografu laserowego

W czasie pomiaru każdy z czujników laserowych dokonuje próbkowania profili nawierzchni jezdni co około 5 mm, uśrednione rzędne tych profili w określonym interwale (np. co 10 cm) są na bieżąco zapisywane w zbiorze pomiarowym. Zebrane dane mogą posłużyć do otrzymania szerokiego spektrum wyników: od pomiaru komfortu jazdy (wskaźnik IRI) do bardzo dokładnych pomiarów profili poprzecznych i wzdłużnych oraz informacji geometrycznych, takich jak pochylenie wzdłużne i poprzeczne oraz promień krzywizny. Sprzęt może być obsługiwany przez jedną osobę, która jednocześnie jest kierowcą samochodu. Pobranie danych zazwyczaj odbywa się przy prędkości 50 km/h, ale także bez istotnego wpływu na wyniki pomiaru, prędkość może zmieniać się od 20 km/h do 110 km/h dostosowując się do panujących warunków ruchu. Do zbierania i zapisywania wszystkich zmierzonych danych profilograf wykorzystuje komputer pokładowy oraz notebook. Program polowy pracujący w środowisku Windows umożliwia przeprowadzenie kalibracji czujników laserowych przed badaniem, a także sterowanie samym badaniem. Program podczas uruchamiania przekazuje wszystkie potrzebne ustawienia do jednostki sterującej, natomiast wszystkie przetworzone dane z pomiaru są przekazywane do komputera, wyświetlane na ekranie i następnie zapisywane na dysku twardym.

Metoda badawcza polega na pomiarze profilu wzdłużnego przy wykorzystaniu akcelerometrów monitorujących pionowy ruch kabiny samochodu oraz lasera mierzącego odległość pomiędzy samochodem a nawierzchnią. Profil wynikowy jest otrzymywany po zsumowaniu ruchu pionowego karoserii samochodu oraz odległości pomiędzy samochodem a nawierzchnią. Wykorzystując minimalnie trzy lasery może być określona wartość koleinowania. Dwa lasery

mierzą powierzchnię w śladzie koła, trzeci natomiast w środku pasa. Przy tej konfiguracji koleiny obliczane są jako różnica odległości między samochodem a środkiem pasa i odległości pomiędzy samochodem a śladami kół. Przy wykorzystaniu minimalnie pięciu laserów możliwe jest obliczenie nachylenia poprzecznego oraz wartości kolein dla dwóch śladów kół. Dzięki współpracującemu oprogramowaniu możliwe jest przetworzenie zapisu cyfrowego w obraz przekroju poprzecznego nawierzchni. Przykładowy obraz przekroju poprzecznego zarejestrowanego w trakcie przejazdu prawym pasem ulicami Marii Skłodowskiej-Curie i Zygmunta Wróblewskiego we Wrocławiu przedstawia rys. 5.

Rys. 5. Obraz przekroju poprzecznego fragmentu ulic Marii Skłodowskiej-Curie i Zygmunta Wróblewskiego we Wrocławiu

Prezentowany na rys. 5 obraz przekroju poprzecznego został zarejestrowany w trakcie przejazdu prawym pasem ulicami M. Skłodowskiej-Curie i Zygmunta Wróblewskiego od tzw. Ronda Reagana w stronę dzielnicy Biskupin we Wrocławiu. Pierwsze około 300 m stanowił przejazd po nawierzchni asfaltowej wykonanej w trakcie przebudowy w 2007 roku, cechującej się zadawalającym poziomem równości poprzecznej. Następne 400 m odzwierciedla przejazd po nawierzchni z kostki brukowej, kostka ta w wyniku upływu lat od momentu jej ułożenia w wielu miejscach była zapadnięta, płaszczyzna poprzeczna cechuje się licznymi załamaniami, co bardzo dobrze odzwierciedlają przedstawiane wyniki badań. Następne 100 m stanowi przejazd po nawierzchni z asfaltu twardolanego mostu Zwierzynieckiego, na tym fragmencie występują nierówności, przy czym nie przyjmują one znacznych wartości. Kolejne około 300 m jest obrazem zapadnięcia się prawej części pasa, mające miejsce od Mostu Zwierzynieckiego do skrzyżowania z ulicą Wystawową. Ostatnie około 250 m stanowił przejazd po stosunkowo równej nawierzchni asfaltowej ulicy Zygmunta Wróblewskiego. Badania równości poprzecznej, których wyniki są prezentowane zostały wykonane przed przebudową ulicy M. Skłodowskiej-Curie od ul. C.K. Norwida do mostu Zwierzynieckiego.

lasera oraz wyższą częstotliwość próbkowania służy do pomiaru tekstury nawierzchni. Makrotekstura przedstawiana jest zgodnie z ustalonym standardem „Mean Profile Depth‟ (MPD) [11], [12] oraz Root Mean Square (RMS) [13]. Obie te wartości statystyczne są obliczane bez żadnych przerw i mogą być prezentowane nawet co 100 mm.

Przedstawiony profilograf pozwala na wielotorowy pomiar równości podłużnej, dostarczając pełniejszej informacji o zmianach równości podłużnej nawierzchni na szerokości pasa ruchu. Ponadto daje możliwość bardzo dokładnej analizy przekrojów poprzecznych. Opisany profilograf spełnia wymagania programu DSN (współczesnego systemu zarządzania nawierzchnią), co więcej jest narzędziem jednej z wymaganych technik pomiarowych [14].

Określenie stanu eksploatacyjnego nawierzchni, poprzez ocenę jej równości jest konieczne dla obiektywnego i ekonomicznego planowania robót utrzymaniowych rozumianych zarówno jako zabiegi inwestycyjne, jak i bieżące naprawy. Należy przy tym pamiętać, iż gromadzenie niezbędnych danych winno być szybkie, kompletne oraz ekonomiczne. Przedstawione w pierwszej części referatu urządzenia umożliwiają pomiar równości tylko i wyłącznie w jednym kierunku. W przypadku zarządców dróg istotne jest, aby badania obejmowały zdecydowaną większość (o ile nie 100%) całej administrowanej sieci drogowej, a przy tym zawierały kompletny obraz stanu nawierzchni. Reasumując, przedstawiony w artykule profilograf laserowy przy jednokrotnym przejeździe w znaczny sposób usprawnia badania pomiarowe, a także w dokładny sposób odwzorowuje równość podłużną i poprzeczną nawierzchni, stając się niezwykle przydatnym narzędziem dla współczesnych zarządców dróg.

Literatura

[1] Celko J., Decky M., Kovac M., “An analysis of vehicle-road surface interaction for classification of IRI in the frame of Slovak PMS”, Maintenance and Reliability nr 1/2009. [2] Rolla S.: „Badania materiałów i nawierzchni drogowych”, Wydawnictwa Komunikacji i

Łączności, Warszawa 1985.

[3] Szydło A.: „Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego : teoria, wymiarowanie, realizacja”, Polski Cement, Kraków 2004.

[4] Badanie równości podłużnej oraz poprzecznej warstw nawierzchni drogowych, Ogólne Specyfikacje Techniczne, GDDKiA, Warszawa 2013.

[5] BN-68/8931-04 Drogi samochodowe - Pomiar równości nawierzchni planografem i łatą.

[6] ROZPORZĄDZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i

ich usytuowanie, Dz. U. z dnia 14 maja 1999 r.

[7] Piłat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. Warszawa, WKŁ, 2010.

[8] http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/p/podsystemy-pomiarowe_6791/images/m.5.jpg. [9] PN-EN 13036-7:2004E, Drogi samochodowe i lotniskowe – Metody badań – Część 7: Pomiar

nierówność nawierzchni: badanie liniałem mierniczym.

[10] System Oceny Stanu Nawierzchni „SOSN”, Wytyczne stosowania, Generalna Dyrekcja Dróg Publicznych, Biuro Studiów Sieci Drogowej, Warszawa 2002.

[11] ASTM E1845-01 “Standard Practice for Calculating Pavement Macrotexture Mean Profile Depth”.

[12] ISO/CD 13473-1 “Characterisation of Pavement Texture Utilizing Surface Profiles”.

[13] Kevin K. McGhee, P.E., Gerardo W. Flintsch, Ph.D., P.E., “High-Speed Texture Measurement Of Pavements” Virginia Polytechnic Institute & State University, Virginia Transportation Research Council, February 2003.

[14] Diagnostyka Stanu Nawierzchni – DSN, Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad Warszawa, 15 czerwca 2012.

INNOVATIVE TOOLS AND METHODS OF ROAD PAVEMENT’S EVENNESS