3. MIRIAM – BVFF
3.2. Inverkan av vått väglag på rullmotstånd
När mätningar av rullmotstånd genomförs på vägar så sker de av praktiska skäl vanligtvis då vägbanan är torr. Men med tanke på att vägarna är våta eller fuktiga en stor del av året så är det av intresse att undersöka hur detta påverkar rullmotståndet. Som ett led i MIRIAM samt projekten ROLRES och ROSANNE, genomförde TUG (Technical University of Gdánsk) och VTI ett gemensamt projekt där man studerade denna effekt (Ejsmont m.fl. 2015b). Studien genomfördes med TUG:s trailer för rullmotståndsmätningar (R2Mk.2) där man testade flera däck på olika beläggningar och i olika
hastigheter. Testsektionerna bestod av landsvägar samt en testbana i Horsens, Danmark (Bygholm Center). Testbanan är en nedlagd landningsbana för flyg som numera används som testbana för olika forskningsstudier och som är utrustad med sensorer i beläggningen för att mäta mängd väta.
Resultaten visar att en fuktig vägyta ökar rullmotståndet markant där ökningen för vissa däck och vägytor var upp till 50 procent vid mycket regn. Generellt sett var rullmotståndet högre vid högre hastigheter samt att tjockleken på vattenfilmen hade betydelse, se exempel i Figur 12. Man såg att
även en mycket tunn film av väta på vägytan hade en stor påverkan. Det beror sannolikt på en kyl- effekt av däcken, där en 6 till 7ºC lägre temperatur på däcken ledde till ca 10 procent högre rull- motstånd. I genomsnitt brukar man säga att rullmotstånd för däck ökar med 1 procent för varje ºC lägre temperatur. När tjockleken på vätan översteg 0,1 mm är det fler orsaker än en temperatureffekt som påverkar rullmotståndet. Då spelar även den så kallade hydrodynamiska effekten en roll, dvs. att däcken måste flytta på vattnet och det bildas en stående våg i framkanten av kontaktytan mellan däck och väg som det krävs mer kraft för att överkomma. Vägytans egenskaper har en betydelse i samman- hanget då dess dräneringsegenskaper påverkar hur tjock fuktytan är. Författarna noterade att för beläggningar med en större storlek på stenarna var dräneringen bättre och med det fanns bättre förut- sättningar för att rullmotståndet inte skulle öka mycket vid kraftiga regn.
Vid jämförelser av resultaten för olika hastigheter såg man att vid 30 km/h så var ökningen i rull- motståndskoefficienten väl korrelerad med tjockleken på vattenfilmen. Vid 0,8 mm tjock vattenfilm var Cr ca 30 procent högre jämfört med torr vägyta. Vid högre hastigheter, 80 km/h, ökade Cr mer med en tjockare vattenfilm relativt vad det gjorde vid 30 km/h. Vid en vattenfilm på 0,3 mm var Cr ca 40 procent högre vid 80 km/h jämfört med en torr vägyta.
Figur 12. Exempel på resultat av rullmotståndsmätningar med vattenfilm på vägytan och i 30 km/h respektive 80 km/h (figurer från Ejsmont m.fl. 2015b).
I Carlson m.fl. (2016) genomfördes beräkningar med VETO-programmet på vilken effekt vatten och snö har på bränsleförbrukningen. Beräkningarna gjordes för de vägar som utgjorde fallstudier för livscykelstudien som redovisats i Karlsson m.fl. (2012). Noteras bör att rullmotståndsfunktionerna för vatten och snö är av en äldre version och de är inte baserade på nya, uppdaterade data. Resultatet kan dock ge en indikation på nederbördens betydelse vad gäller rullmotstånd. Sammantaget visar
beräkningarna att bränsleförbrukningen påverkas väsentligt. Ett exempel ses i Figur 13 som visar bränsleförbrukningen för en personbil på en motorväg med hastighetsgräns 110 km/h. IRI varierar från 1,0 till 4,0 mm/m, tjockleken på vattenytan är från 0,5 till 5,0 mm och MPD är 1,0 mm. Ju tjockare vattenmängd som finns på vägytan desto mer måste däcken trycka undan, vilket kan ge mer än dubbelt så hög bränsleförbrukning relativt en torr vägyta. Samma samband kan ses för andra hastigheter och andra fordonstyper. Vid en IRI på 3,0 så visar beräkningarna att bränsleförbrukningen är lägre för Väta = 5,0 mm jämfört med Väta = 4,0 mm. Det beror på en hastighetseffekt där det ökade motståndet som den extra vattenmängden medför leder till att fordonet kör i en något långsammare hastighet.
För snö varierade det ökade bränsleförbrukningen beroende på snömängd och även på vilken kvalitet (densitet) snön hade, dvs om det var nysnö, pudersnö, blötsnö eller kompakt snö. Ju högre densitet och ju tjockare snötäcke desto högre bränsleförbrukning. För en vägyta med MPD = 1,0 och IRI = 1,0 och en personbil i 90 km/h innebar 1 mm nysnö en ökad bränsleåtgång med ca 4 procent medan 5 mm blötsnö innebar ca 90 procent högre bränsleförbrukning.
Figur 13. Bränsleförbrukning i dm3/10 km vid olika IRI och tjocklek på vattenyta på väg och vid MPD = 1,0. Personbil, motorväg (data från Carlson m.fl. 2016).
Även om vägytan är fuktig eller våt en stor del av året så är det svårt att få fram specifik information om hur länge en vägsträcka är fuktig och hur tjock vattenfilmen är. Anledningen är att det finns många aspekter som spelar roll i detta sammanhang (Ejsmont m.fl. 2015b). Några orsaker som är viktiga vad gäller vägkonstruktionen är dess dräneringsmöjligheter samt beläggningens material och struktur. Av stor vikt är också vägytans egenskaper som tvärfall, spårbildning samt funktionen av dränerings- systemen. Detta är något som kan påverkas av underhållsåtgärder. Andra orsaker som inte kan påverkas är avdunstning samt stänk och uppvärmning från trafiken.
En enkel uppskattning av hur mycket bränsleförbrukningen kan påverkas under ett år med en vägbana som under året är torr, fuktig respektive snötäckt presenteras i Carlson m.fl. (2016). Meteorologiska data är tagna från RWiS (Road Weather information System) och visar antalet timmar med nederbörd. Mängden snö respektive fukt antogs för enkelhetens skull vara 10 mm respektive 1 mm.
Uppskattningen visar att genom att ta hänsyn till rullmotstånd pga. nederbörd så blir bränsle- förbrukningen från 1 till 3 procent högre under ett år. Då räknas bara de timmar som det är faktisk nederbörd men tiden då vägbanan faktiskt är fuktig omfattar fler timmar än så, och speciellt om det finns stående vatten i hjulspår.