Akce COST 347: Silnièní výzkum pomocí Zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek

Transkript

1 Ing. Josef Stryk *) Akce COST 347: Silnièní výzkum pomocí zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek Zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek Zkušební dráhy pro provádìní zrychlených zatìžovacích zkoušek vozovek (ALT - Accelerated Load Testing) jsou zaøízení umožòující sledovat chování vozovek za podmínek relativnì blízkých skuteènému stavu zatížení vozovky dopravním provozem. Údaje získané prostøednictvím ALT jsou využívány pøedevším pøi hodnocení životnosti jednotlivých typù konstrukcí vozovek, pøi ovìøování návrhových metod a pøi hodnocení vhodnosti stavebních hmot z hlediska jejich použitelnosti v silnièním stavitelství. Možnosti využití zkušebních drah jsou však mnohem širší (napø. testování pneumatik, ovìøování životnosti vodorovného znaèení apod.). Tato zaøízená jsou jedním z nejdražších nástrojù používaných v souèasnosti v silnièním výzkumu. I pøes svoji investièní a provozní nároènost se však jedná o nástroj ekonomický, ponìvadž i malé zlepšení (napø. prodloužení životnosti vozovek èi použití ovìøených alternativních materiálù) pøinese vzhledem k rozsahu silnièní sítì nezanedbatelné úspory. Akce COST 347 COST 347 je projekt v rámci programu EU: Evropská spolupráce v oblasti vìdeckotechnického výzkumu (COST - European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research). Tato akce byla zahájena v lednu 2001 a bude probíhat do èervna V souèasné dobì se akce úèastní 17 èlenských zemí COST. Jde o následující zemì: Belgie, Èeská republika, Dánsko, Finsko, Francie, Holandsko, Island, Maïarsko, Nìmecko, Rakousko, Rumunsko, Øecko, Slovinsko, Španìlsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. Hlavním cílem akce COST 347 je vytvoøit evropskou smìrnici, která by zoptimalizovala užívání zaøízení pro zrychlené zatìžovací zkoušky vozovek a zdokonalila aplikaci výsledkù dosažených na tìchto zaøízeních. Urèitou nevýhodou existujících drah je jejich unikátnost, kdy každé zaøízení má vlastní charakteristiky, a nelze proto provést pøímé srovnání výsledkù mìøení. Míra korelace výsledkù mìøení provádìných na rùzných typech drah dosud nebyla stanovena. A tyto nedostatky by právì mìla øešit akce COST 347. Budoucí smìrnice zlepší efektivitu využití zmínìných zaøízení v Evropì a výsledky výzkumu se stanou dostupnými a použitelnými pro širokou oblast jak vlastníkù tìchto zaøízení, tak také organizací, které uvedenými zaøízeními nedisponují. Výhodou ALT je pøedevším to, že je dosaženo výsledkù mìøení podstatnì døíve než pøi studiu vlastností vozovek na zkušebních silnièních úsecích, které jsou pod vlivem normálního dopravního zatížení a skuteèných klimatických podmínek, tzv. RLT (Real-time Load Testing). Pro úèely této akce bylo za ALT zaøízení považováno každé zaøízení, kterým je provádìno opakované zatìžování na více než jedné vrstvì komunikace, z èehož vyplývá, že simulace zatìžování nemusí být provádìna pouze kolem a že mùže jít také o laboratorní zaøízení. Na základì této definice byl vytvoøen soupis následujících zaøízení na území Evropy - viz tab. 1. Technická náplò akce je rozdìlena do 6 pracovních skupin, které se dále zabývají jednotlivými úkoly, viz tab. 2, kde jsou také uvedeny pøedpokládané výstupy z každé pracovní skupiny. Obr. 1 Kruhová dráha LCPC - pùdorys, øez Podrobnìjší informace o akci COST 347, lze najít na internetové adrese: p&g/alt-pave/, kde jsou také odkazy na skupinu A2B09 amerického TRB (Transport Research Board), která se problematikou ALT zabývá také. *) Centrum dopravního výzkumu, sekce dopravní infrastruktury 110 Silnièní obzor - roè

2 Pøíklady zkušebních drah Hlavní èlenìní ALT drah je na dráhy tvaru kruhového a lineárního. Nám jistì nejznámnìjší kruhovou dráhu v Bratislavì (KSD) nemusím nikomu pøedstavovat, proto bych zde rád uvedl jiný pøíklad. Mezi nejznámìjší kruhové dráhy patøí 3 dráhy nalézající se v areálu LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) ve francouzském mìstì Nantes. Jednotlivé dráhy mají prùmìr 40 metrù, nejvìtší zkušební dráha (nová betonová vana, viz obr. 2) má šíøku 10,5 metru a hloubku 3 metry. K zatìžování slouží jedno spoleèné, mobilní zaøízení, které je pohánìno elektro-hydraulickou centrálou o výkonu 735 kw. Tato centrála je umístìna ve støedu kruhové dráhy a umožòuje dosáhnout rychlosti až 100 km/hod na konci zatìžovacího ramene. Zatìžovací zaøízení se skládá ze 4 ramen, která jsou uprostøed podporována pomocnými koly, která pojíždí po betonovém obrubníku (obr. 1, 3). Na konci je každé rameno vybaveno zaøízením, které mùže být osazeno jedním, dvìma, èi tøemi Tab. 1: Soupis ALT zaøízení na území Evropy koly v øadì za sebou, nebo dvìma koly vedle sebe. Aplikaèní zatížení se pohybuje od 40 kn pøi zatížení jedním kolem, do 135 kn pøi zatížení tøemi koly v øadì. Bìžná rychlost pojezdu je km/hod. Polomìr rotace kola Název zaøízení Název organizace Stát - mìsto Halle-fosse LAVOC DGC EPFL Popis ALT zaøízení Tvar - umístìní Aplikace zatížení Švýcarsko - Lausanne lineární - vnitøní ETH ETH Švýcarsko - Zürich kruhová - vnìjší BASt BASt Nìmecko - Bergisch Gladbach TU DD Technická univerzita Dresden Nìmecko - Dresden RTM Technická univerzita Denmark DRI Dánsko - Copenhagen lineární - vnitøní hydraulický pulzátor hydraulický pulzátor CEDEX CEDEX Španìlsko - Madrid ovál - vnìjší LCPC LCPC Francie - Nantes 3 kruhové - vnìjší OULU Univerzita Oulu Finsko - Oulu lineární - vnitøní LINTRACK DUT DWW lze volit pro každé rameno v intervalu m s krokem 0,5 m. Pozici kola (vzdálenost od støedu) lze mìnit i za chodu systému, a to s krokem 0,1 m. Betonová vana tøetí zkušební dráhy byla upravena tak, že se v ní mohou simulovat za pomoci èerpadla rùzné hladiny podzemní vody. Holandsko - Delft lineární - vnìjší LIRA Technická univerzita "Gh. Asachi" Rumunsko - Iasi kruhová - vnitøní HVS-Nordic VTI VTT Švédsko - Linkoping Finsko - Helsinki mobilní (lineární) KSD VUIS-CESTY Slovensko - Bratislava kruhová - vnìjší PTF-TRL TRL Anglie - Crowthorne PTFUNOTT Road-Ironwork NUROLF RAFT Univerzita Nottingham Anglie - Nottingham Univerzita Newcastle Anglie - Newcastle lineární - vnitøní TRACKER Univerzita Ulster Anglie - Jordanstown Obr. 2 LCPC - zaizolovaná betonová vana Obr. 3 LCPC - ALT zaøízení v chodu Silnièní obzor - roè

3 Tab. 2: Technická náplò akce COST 347 Pracovní skupina Úkol Èís. Název Èís. Název 1 Soupis (katalog) Pøedchozí a souèasný výzkum v oblasti ALT Srovnání ALT a RLT Smìrnice pro užití ALT Budoucí užití ALT Zpracování a šíøení výsledkù 1.1 Charakteristiky souèasných ALT zaøízení 1.2 Podpovrchová pøístrojová technika 1.3 Zpùsoby hodnocení stavu vozovek 1.4 Zaøízení pro laboratorní testování ve skuteèné velikosti 2.1 Materiálový výzkum 2.2 Modely provádìní silnic 2.3 Navrhování silnic (analytické metody) 2.4 Sociálnì-ekonomické aspekty 3.1 Ekonomika 3.2 Konstrukèní techniky 3.3 Fyzikální a egický stav 3.4 Podmínky zatìžování 3.5 Stupeò zhoršení stavu silnic 4.1 Smìrnice pro existující zaøízení 4.2 Smìrnice pro budoucí zaøízení 5.1 Alternativní a nové materiály 5.2 Nová mìøící a monitorovací technika 5.3 Údržbáøské práce 5.4 Hodnocení vlivu na životního prostøedí 6.1 Využití výsledkù Ponìvadž jde o dráhy venkovní, není zde možnost kontrolovat teplotu èi vlhkostní pomìry. Výstup Databáze, SWOT analýzy a výsledná zpráva Návrh struktury databáze výzkumných výsledkù na ALT, výsledná zpráva SWOT analýzy a výsledná zpráva Výsledná zpráva Výsledná zpráva Semináøe, výzkumné studie 6.2 Koneèná souhrnná zpráva Výsledná zpráva Typickým zástupcem liniových drah je dánské zaøízení RTM (Road TestingMachine), které se nachází ve mìstì Lyngby u Kodanì. Tato dráha je dlouhá 27 m, pøièemž zkušební úsek se nachází uprostøed dráhy v celkové délce 12 metrù, viz obr. 4. V tomto místì je dráha hluboká 2 metry, dále ke krajùm se hloubka snižuje až na nulu. Šíøka je konstantní 2,5 metru. Dráha je uzavøena v tzv. klimatizaèní hale, která má šíøku 4 a výšku 3,8 metru. Teplotu uvnitø haly lze mìnit v rozsahu od -10 C do + 40 C. Hladina podzemní vody zkušebního tìlesa je automaticky kontrolována a mùže být mìnìna podle potøeby. Vlastní aplikace zatížení je provádìna pomocí jednoho zaøízení (vozíku - obr. 5), které je hydraulicky posunováno po kolejích umístìných podél dráhy, tam a zpìt pøes zkušební úsek. Vozík je osazen buï jedním, èi dvìma koly vedle sebe. Maximální zatížení (dvìma koly) je 65 kn a maximální dosažitelná rychlost je 25 km/hod. Pøi pojezdu vozíku se mohou kola pohybovat i v pøíèném smìru, a to rychlostí 0,2 % z rychlosti pojezdu v podélném smìru. RTM je jedno z nejvìtších liniových zaøízení tohoto typu v Evropì. Zvláštním pøípadem je španìlská dráha v Madridu, která je ve správì CEDEX (Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas). Jde o kombinaci liniové Obr. 4 Liniová dráha RTM- celkový vzhled Obr. 5 RTM- pohled na pojezdový vozík 112 Silnièní obzor - roè

4 Obr. 6 CEDEX - pohled na pojezdový vozík dráhy s kruhovou, které dohromady tvoøí ovál. Dva rovné úseky délky 75 metrù jsou spojeny dvìmi kruhovými úseky o polomìru 25 metrù (obr. 7). est zku ebních sekcí je rozmístìno pouze na pøímých úsecích. Zatì ování se provádí pomocí 2 vozíkù, osazených koly v horizontálním i vertikálním smìru. Vertikální kola slou í k aplikaci zatí ení na testovanou vozovku a kola horizontální zaji ují pohyb vozíku po svislém betonovém nosníku, umístìném u vnitøní strany oválu, viz obr. 6. Zatí ení vozovky je aplikováno pouze vlastní vahou vozíku plus pøídavné zátì e (max. 70 kn). Vozíky se pohybují pouze v jednom smìru, jsou pohánìny elektromotory a jejich maximální rychlost je 60 km/hod. Obr. 7 CEDEX - celkový pohled z ptaèí perspektivy pro zrychlené zatì ovací zkou ky vozovek, které v ak mù e být jako návìs pøevezeno kamkoliv, kde chceme provádìt zkou ky. Zaøízení je vybaveno vlastním vytápìcím/chladícím systémem, tudí teplotu bìhem testu lze udr ovat na konstantní hodnotì. Zatì ování je aplikováno pomocí jednoho kola èi dvou kol v tandemu max. silou 220 kn. Kola mohou pojí dìt buï jen v jednom smìru nebo obousmìrnì, a to na dráze 10 metrù, s mo ností pøíèného vychýlení a 0,75 metru. Nejnovìj í HVS umo òuje dokonce aplikaci dynamického zatì ování (rázy kol). HVS mají ve spoleèném vlastnictví védsko a Finsko. Obr. 8 BASt - hydraulický pulsátor Dal ím, ne zcela typickým pøípadem je liniová dráha v nìmeckém BASt (Bundesanstalt für Strassenwesen). Její zvlá tnost tkví v tom, e zde není aplikováno zatí ení pojezdem kola, nýbr pomocí hydraulického pulsátoru (obr. 8). Tento je uchycen na ocelové rámové konstrukci, která také zaji uje pohyb pulsátoru v podélném i pøíèném smìru. Vozovka je zatì ována údery pulsátoru, jeho hlava má prùmìr 30 cm, co odpovídá stopì kola. Pulsátor pùsobí silou 5,75 tun, délka jednoho impulsu je 0,025 sekundy. Zatì ování je provádìno na 3 zku ebních úsecích rozmìrù 2,1 x 1,8 metrù, z nich je pro ka dý k dispozici vlastní rám s pulsátorem. Poslední pøíklad, o kterém se zde zmíním, je mobilní zaøízení HVS (Heavy Vehicle Simulator), které bylo vyvinuto v Jihoafrické republice (obr. 9). I zde jde o zaøízení Silnièní obzor - roè Obr. 9 HVS - mobilní lineární ALT zaøízení Èeská úèast na akci COST 347 Èeská republika se akce COST 347 úèastní v rámci národního projektu OC : Zhodnocení evropských zku eností s výstavbou a provozem zku ebních drah (ALT), z hlediska úèelnosti poøízení ALT v ÈR. Øe itelem projektu je Centrum dopravního výzkumu, projekt je podporován Ministerstvem kolství mláde e a tìlovýchovy ÈR. Cílem projektu je posoudit, zda je úèelné vybudovat zku ební dráhu pro zrychlené zatì ovací zkou ky také v Èeské republice a v pøípadì, e ano, doporuèit vhodný typ dráhy a její vybavení. 113

5 Už nyní je ale zøejmé, že pokud by mìlo k nìjaké výstavbì dojít, šlo by s nejvìtší pravdìpodobností o dráhu liniovou, která by mìla svými specifickými parametry doplnit soubor stávajících evropských liniových drah. Úèelnost výstavby takovéhoto zaøízení bude však silnì ovlivnìna ekonomickými faktory, ponìvadž, jak už bylo uvedeno na zaèátku, jsou výstavba a následnì provoz zaøízení tohoto druhu velmi nákladné.