Měření protismykových vlastností povrchů vozovek v ČR a jeho význam

• Foto

Dobré protismykové vlastnosti povrchů vozovek jsou nezbytné pro bezpečnost silničního provozu. Proto v roce 2006 vydalo Ministerstvo dopravy metodický pokyn (dále jen MP) s názvem „Zásady pro použití obrusných vrstev vozovek z hlediska protismykových vlastností“ [1], jako nástroj pro plánování výstavby, údržby a oprav vozovek. V MP je pro 19 typů obrusných vrstev zdokumentován vývoj protismykových vlastností v čase v závislosti na intenzitě dopravy. Pro zpracování MP byla využita měření součinitele podélného tření na cca 1 000 úsecích v průběhu více jak 20 let.

V současnosti přibylo mnoho nových typů obrusných vrstev a velký vývoj zaznamenaly také různé technologie údržby a oprav pro obnovu protismykových vlastností povrchu vozovky. Zároveň několikanásobně vzrostla intenzita dopravy, zvláště těžkých vozidel, a také je investory vyžadována delší záruční doba na protismykové vlastnosti, na dálnicích až 10 let. Proto velmi chybí aktuální informace o životnosti v dnešní době používaných obrusných vrstvách vozovek, stejně jako technologií údržby a oprav s cílem obnovit protismykové vlastnosti povrchu vozovky a tím i zvýšit bezpečnost provozu na těchto komunikacích.

Při zpracování stávajícího MP nebyla sledována odolnost proti ohlazení použitého hrubého kameniva (PSV), což je jedna z velmi důležitých vlastností, která rozhoduje o životnosti protismykových vlastností. Pro současné řešení této problematiky je také důležité, že je k dispozici laboratorní zkouška „Stanovení součinitele tření po ohlazení“, kdy se na vývrtech odebraných z obrusné vrstvy vozovky provádí zrychlené zkoušky simulující intenzitu dopravy v řádu i několika let.

Z toho důvodu je naplánováno zintenzivnění prováděných měření a zkoušek. Veškeré výsledky měření bude nutné analyzovat, kombinovat, hodnotit a statisticky zpracovat novým, doposud nepoužitým způsobem. To umožní v krátké době vytvořit nový technický předpis, který bude zahrnovat i nové povrchové úpravy a bude zohledňovat více vlivů na změnu životnosti protismykových vlastností.

TYPY POVRCHŮ VOZOVEK

Kvalitu protismykových vlastností tvoří textura povrchu vozovky, zejména kombinace mikrotextury a makrotextury. Mikrotextura je dána velikostí a tvarem výstupků jednotlivých zrn kameniva v obrusné vrstvě a ovlivňuje protismykové vlastnosti při všech jízdních rychlostech. Makrotextura je tvořena hrubými a jemnými frakcemi kameniva nebo povrchovou úpravou cementobetonových krytů a její vliv na protismykové vlastnosti povrchu vozovky roste se zvyšující se jízdní rychlostí [2].

Povrchy vozovek je možné členit podle různých kritérií, např.:

• druhu krytu: vozovky s asfaltovým krytem, s cementobetonovým krytem, s krytem z dlažebních a silničních dílců, či s nestmeleným krytem; v případě vozovek s asfaltovým krytem jsou nejběžnější obrusné vrstvy z asfaltového betonu (ACO) a asfaltového koberce mastixového (SMA); v případě vozovek s cementobetonovým krytem (CBK) byla do roku 2013 nejběžnější úprava povrchu vlečením jutového pásu, která byla kvůli nedostatečné době trvání vyhovujících protismykových vlastností nahrazena technologii tzv. obnaženého kameniva, viz obr. 1,
• protismykových vlastností: za účelem zkrácení brzdné dráhy vozidel na úrovňových křižovatkách, směrových obloucích o malém poloměru, před přechody pro chodce apod. se používá bezpečnostní protismyková úprava (BPÚ) podle TP 213 [3], (viz obr. 2 nahoře), kde byl použit jako zdrsňující materiál drcený bauxit,
• emisí hluku při přejezdu vozidel: v poslední době se začínají v obcích ve větším měřítku používat tzv. nízkohlučné povrchy, které se vyznačují tím, že tyto obrusné vrstvy mají vyšší mezerovitost a optimalizovanou skladbu použitého kameniva, např. Viaphone SMA 8 NH – asfaltový koberec mastixový se sníženou hlučností, zrnitost 0/8 mm (viz obr. 2 dole), kde zkratka „NH“ udává, že se jedná o obrusnou vrstvu se sníženou hlučností, viz TP 259 [4].

Z hlediska povrchových vlastností je důležité členění vozovek na novostavby a již provozované vozovky, kde je potřeba udržovat požadované protismykové vlastnosti. U nových povrchů se provádí měření protismykových vlastností v rámci přejímacích zkoušek, u provozovaných úseků se měření provádí před koncem záruční doby, ve stanovených intervalech nebo v případě vzniku pochybnosti o vyhovujícím stavu povrchu, či výskytu dopravních nehod.

V případě potřeby obnovy protismykových vlastností je možné provést buď aplikaci nové vrstvy na povrch vozovky (zejména nátěry, emulzní kalové zákryty, mikrokoberce, tenké asfaltové koberce a jiné), nebo mechanické zdrsnění povrchu vozovky (otryskání povrchu ocelovými kuličkami, úprava povrchu vysokotlakým vodním paprskem, broušení diamantovými kotouči – viz obr. 3, jemné frézování a jiné). Tyto způsoby se od sebe liší úrovní zásahu do vozovky, životností této úpravy a cenou provedení. Vždy je potřeba přihlédnout k tomu, na jakou komunikaci se řešení navrhuje, jaká je tam stávající a předpokládaná intenzita dopravy a zda tento zásah nebude znamenat komplikaci při budoucí údržbě komunikace [5, 6]. Jako příklad může sloužit trysková metoda, která by měla mít omezené uplatnění, protože ve většině případů zhoršuje hodnocení protismykových vlastností povrchu vozovky a vytváří nebezpečné úseky pro silniční provoz. Použití této technologie je vhodné především na silnicích III. třídy a místních komunikacích s velmi nízkou intenzitou provozu bez těžkých vozidel.

MĚŘICÍ ZAŘÍZENÍ

Požadavky na zařízení pro kontinuální měření protismykových vlastností povrchu vozovky stanovuje norma ČSN 73 6177 [7] a evropské technické specifikace jednotlivých měřicích zařízení CEN/TS 15 901 [8]. Výsledky měření součinitele podélného tření Fp v České republice jsou od roku 1975 archivovány a uloženy v úrovni hodnocení pro zařízení TRT, viz obr. 4. Toto zařízení bylo po absolvování mezinárodních srovnávacích měření určeno jako národní referenční zařízení. Ostatní zařízení měřící součinitel tření na území České republiky musí přepočíst naměřené výsledky převodním vztahem zjištěným experimentem přesnosti podle TP 207 [9] na úroveň hodnocení národního referenčního zařízení. Tím je zajištěno, aby všechna dynamická měřicí zařízení mohla hodnotit naměřené výsledky součinitele tření stejně, podle přílohy A, tabulky A.4 ČSN 73 6177, a aby výsledky byly mezi sebou porovnatelné bez ohledu na použité měřicí zařízení.

V současné době se dokončuje ověřování modernizované verze zařízení TRT, viz obr. 5, kde byly provedeny následující zásadní úpravy:

• měřicí kolo je umístěné na sklopném závěsu, který je při přepravě celý skryt ve vozidle,
• systém brzdění měřicího kola je elekromagnetický,
• systém řízení přítlaku měřicího kola k povrchu vozovky je pneumatický.

Měření se provádí v jízdní stopě vozidel na smáčeném povrchu vozovky (dávkovací zařízení vytvoří tloušťku vodního filmu minimálně 0,5 mm), při základní měřicí rychlosti 60 km/h, nebo na dálnicích 80 km/h.

Při měření pro přejímku nového povrchu a pro posouzení na konci záruční doby se provádí měření také v režimu různých rychlostí, a to na komunikacích s dovolenou rychlostí:

• 130 km/h při rychlostech 60, 80, 100 a 120 km/h,
• 90 km/h nebo 110 km/h při rychlostech 40, 60, 80, případně 100 km/h,
• 50 km/h měřicí rychlostí 40, 50 a 60 km/h.

První experiment přesnosti zařízení pro měření protismykových vlastností povrchu vozovky proběhlo v roce 2018 a organizačně ho zajišťovalo Ředitelství silnic a dálnic ČR [10].

Jednou z mála možností, jak provádět zrychleně zjištění vývoje součinitele tření v čase je laboratorní zkouška prováděná na odebraných vývrtech z vozovky s názvem „Stanovení součinitele tření po ohlazení“ podle ČSN EN 12697-49 [11]. Zařízení používané k tomuto účelu bylo dříve známé pod označením Wehner/Schulze. Původní německý výrobce těchto laboratorních zařízení již ukončil výrobu. Nové zařízení, které vlastní Vysoké učení technické v Brně, bylo zhotoveno českou firmou a bylo modernizováno podle zkušeností s původním laboratorním zařízením [12].

Zkouška sestává z následujících částí, viz obr. 6:

• ohlazovací hlava působící po zvolený počet cyklů na zkoušený povrch za přivádění směsi vody a křemenné moučky (simulace dopravního zatížení),
• následuje měření krouticího momentu při brzdění měřicí hlavy pojíždějící po ohlazeném povrchu,
• a výpočet součinitele tření po ohlazení μ_FAP.

Tímto způsobem se na odebraných vývrtech z vozovky provádí zrychlené zkoušky simulující intenzitu dopravy v řádu i několika let. Zkouška se dá aplikovat jak pro povrchy vozovek s asfaltovým, tak s cementobetonovým krytem. Využít lze i pro přesné stanovení odolnosti kameniva proti ohlazení.

ZPŮSOB VYHODNOCOVÁNÍ

Pro hodnocení kontinuálního měření protismykových vlastností se hodnoty součinitele podélného tření F_p vyrovnané na měřicí rychlost a přepočítané na nejnižší roční hodnotu průměrují po 20 m. Následně se provádí hodnocení podle tabulky A.4, přílohy A, ČSN 73 6177 [7], kde je uvedeno 5 klasifikačních stupňů pro jednotlivé měřicí rychlosti (40, 60, 80, 100 a 120 km/h).

Tyto klasifikační stupně jsou potom dány podle tabulky A.5 do souvislosti s požadavky na:

• přejímku nových povrchů – klasifikační stupeň 1 nebo 2 (podle požadavku ZTKP),
• posouzení povrchu na konci záruční doby – klasifikační stupeň ≤ 3,
• plánování opatření pro zvýšení protismykových vlastností – klasifikační stupeň = 4,
• provedení naplánovaného opatření – po přechodu do klasifikační stupně 5.

Nastavení hraničních hodnot klasifikačních stupňů bylo provedeno na základě opakovaně provedené statistické analýzy dopravních nehod v závislosti na hodnocení protismykových vlastností povrchů vozovek. Přitom nerozhodovala ani intenzita provozu, ani druh povrchu povrch, na všechny nehodové úseky byly kladeny stejné požadavky. 

V současnosti jsou protismykové vlastnosti povrchů vozovek dlouhodobě sledovány, zejména některé nové technologie, např. tzv. „tiché asfalty“ nebo cementobetonový kryt s obnaženým kamenivem. K dispozici je také mnoho naměřených dat z přejímky nových povrchů a na konci záruční doby [13]. Časté je i měření nehodových úseků označených Policií ČR.

Význam odolnosti použitého hrubého kameniva proti ohlazení a jeho dopad na životnost protismykových vlastností je demonstrován na obr. 7, kde jsou vyhodnoceny 2 různé úseky vozovek s cementobetonovým krytem upravených příčnou striáží. Průběh součinitele podélného tření F_p je prakticky totožný po dobu 30 – 35 let, poté následuje zásadní rozdíl, který byl způsoben ojetím cementopískové vrstvy a obnažením hrubého kameniva. Zatím co na úseku z roku 1971 má použité kamenivo nevyhovující ohladitelnost PSV = 44 a hodnocení protismykových vlastností prudce klesá, tak na úseku z roku 1975 bylo použité kamenivo s velmi dobrou odolností proti ohlazení PSV = 63, a protismykové vlastnosti dokonce narůstají [6].

Pro účely uplatnění výsledků laboratorní zkoušky „Stanovení součinitele tření po ohlazení“ je potřebné:

• přepočítávat hodnoty laboratorního součinitele tření μ_FAP na součinitel podélného tření F_p, který je měřen dynamickými měřicími zařízeními přímo na vozovce,
• znát vztah mezi počtem pojezdů ohlazovacích kuželíků a reálným dopravním zatížením.

To bylo jednou z náplní výzkumného projektu řešeného v letech 2012 – 2016 [14]. Na obr. 8 je zobrazena závislost mezi počtem pojezdů kuželíky při laboratorní zkoušce a dopravním zatížením (počtem přejezdů těžkých nákladních vozidel) ve vztahu k hodnotě F_p měřené přímo na vozovce zařízením TRT a hodnotě F_p přepočítané z naměřeného μ_FAP na vývrtu odebraném ze stejné vozovky.

U vozovek s asfaltovým krytem je obvykle textura ve všech směrech stejná, ale betonové vozovky jsou často texturovány podélně nebo příčně – ohlazovací kuželíky a měřicí patky se nepohybují ve stejném směru jako pneumatiky vozidel, tudíž jsou zjištěné vztahy platné pouze pro cementobetonový kryt s povrchem s obnaženým kamenivem, který se nyní používá.

SOUVISEJÍCÍ TÉMATA

Autoři článku se zabývají také dalšími tématy, která s měřením a vyhodnocením PV přímo souvisejí, jako např.:

• měření makrotextury a mikrotextury povrchů vozovek – měření textury lze pro posouzení protismykových vlastností použít jako závazné jen u místních komunikací s dovolenou rychlostí 50 km/h a nižší za podmínky, že proběhne současně jak měření obou parametrů a oba jsou hodnoceny minimálně klasifikačním stupněm 3; v ostatních případech je měření textury pouze orientační a pro závazné posouzení se musí použít dynamické měřicí zařízení pro zjišťování součinitele tření,
• výběr vhodného kameniva s použitím laboratorní zkoušky „Stanovení součinitele tření po ohlazení“ – probíhá řešení výzkumného projektu [14], kde se ověřuje použití směsí kameniva s různou odolností proti ohlazení do obrusných vrstev za účelem dosažení dlouhodobě vyhovujících protismykových vlastností povrchu vozovky,
• vliv přítlaku měřicí pneumatiky na výsledky měření, ve vazbě na podélné nerovnosti vozovky a rychlost měření – v případě měření protismykových vlastností povrchu vozovky při rychlostech vyšších než 60 km/h je potřeba přihlížet k tomu, zda má měřicí zařízení zajištěn dostatečný přítlak měřicí pneumatiky k povrchu vozovky (ve formě statického zatížení měřicího kola nebo řízeného přítlaku), a to zejména v případě výskytu podélných nerovností povrchu vozovky vyjádřených mezinárodním indexem nerovnosti IRI klasifikačním stupněm 3 a vyšším [15].
• měření hlučnosti povrchů vozovek metodou CPX a SPB, které je možné dát do souvislosti s protismykovými vlastnostmi – zpravidla jdou požadavky na protismykové vlastnosti a hlučnost povrchů vozovek proti sobě, proto se hledá optimální textura povrchu vozovky s dlouhou životností.

ZÁVĚR

Byl podán návrh výzkumného projektu, který by mohl urychlit vznik aktualizovaného technického předpisu. Zvýšení intenzity měření součinitele tření na různých typech povrchů vozovek a využití laboratorní zkoušky „Stanovení součinitele tření po ohlazení“, umožní zjistit životnost protismykových vlastností různých typů povrchů vozovek v podstatně kratším čase, než tomu bylo u stávajícího metodického pokynu.

PODĚKOVÁNÍ

Tento článek byl vytvořen za finanční podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci programu Národní program udržitelnosti I, projektu Dopravní VaV centrum (LO1610) na výzkumné infrastruktuře pořízené z Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (CZ.1.05/2.1.00/03.0064).

LITERATURA:
[1] Metodický pokyn Ministerstva dopravy: Zásady pro použití obrusných vrstev vozovek z hlediska protismykových vlastností, 2006
[2] Nekulová P., Dašková J., Coufalíková I., Nekula L. Vliv měřicí rychlosti na protismykové vlastnosti povrchu vozovky. In: Silnice a železnice 1/2016, s. 10 – 12
[3] TP 213: Bezpečnostní protismykové úpravy povrchů vozovek, 2009
[4] TP 259: Asfaltové směsi pro obrusné vrstvy se sníženou hlučností, 2017
[5] Nekula L., Životnost obrusných vrstev z hlediska protismykových vlastností, sborník z konference Asfaltové vozovky, 28. – 29. 11. 2017, České Budějovice, 5 s.
[6] Nekula L., Cementobetonové kryty z hlediska protismykových vlastností povrchu vozovky, sborník z konference Betonové vozovky, 8. 11. 2018, Praha, s. 218 – 231
[7] ČSN 73 6177: Měření a hodnocení protismykových vlastností povrchů vozovek, 2015
[8] CEN/TS 15 901: Povrchové vlastnosti vozovek pozemních komunikací a letištních ploch – Část 1 až 15
[9] TP 207: Experiment přesnosti – Zařízení pro měření povrchových vlastností a dalších parametrů vozovek PK, 2017
[10] Kopřiva Č., Nekula L., Stryk J. Findings from the accuracy experiment of devices measuring friction coefficient (FC) of road surfaces in the Czech Republic, prezentace na European Pavement Friction Workshop, 23. 5. 2019, Nantes, Francie, 21 s.
[11] ČSN EN 12697-49: Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 49: Stanovení součinitele tření po ohlazení, 2014
[12] Zpráva o řešení projektu TA02030479: Zavedení zrychlené laboratorní metody podle prEN 12697-49 k měření protismykových vlastností povrchů vozovek a jejich vývoje v závislosti na dopravním zatížení pro snížení nehodovosti a prodloužení životnosti obrusných vrstev, VUT, 2016
[13] Nekula L. Jak ovlivňuje Zákon o zadávání veřejných zakázek bezpečnost silničního provozu? In: Silniční obzor 4/2019, s. 103 – 106
[14] Zpráva o řešení projektu TH02030194: Použití směsí kameniva s různou odolností proti ohlazení do obrusných vrstev za účelem dosažení dlouhodobě vyhovujících protismykových vlastností povrchu vozovky, zvýšení bezpečnosti silničního provozu a ekonomického využití přírodních zdrojů, VUT, 2018
[15] Stryk J., Nekula L. Nekulová P., Březina I. Možnosti zpřesnění naměřených dat plynoucí ze současného měření součinitele tření a podélných nerovností povrchu vozovky. In: Silniční obzor 12/2018, s. 346 – 350

Measurement of skid resistance properties of pavement surfaces in the Czech Republic and its importance
This paper describes basic information on measurement and evaluation of skid properties of road surfaces in the Czech Republic, the reasons for the need to update the methodological guideline of the Ministry of Transport, which deals with the lifetime of individual surfaces from skid resistance point of view, how to speed up this update etc.

Autoři

• Ing. Stryk Josef Ph.D.
• Nekula Leoš
• Ing. Nekulová Pavla