Kollisionsprov på VTI 2012-04-24 med
temporärräcke och tre olika farter, 50,
70 och 90 km/h.
Tre krockprov utfördes. Syftet var att se om reducerad påkörningsvinkel och reducerad
påkörningshastighet ger en mindre arbetsbredd, samt om det går att finna ett samband där denna mindre arbetsbredd i någon rimlig nivå går att förutsäga. Om så är fallet så kan man, betingat att tillräckliga åtgärder kan sättas in för att minska fart och vinkel vid tillfälliga vägarbetsplatser, också reducera kraven på arbetsbredd på temporärräcken.
Räcket som brukades var ett Hill & Smith Zoneguard. Detta räcke skall vanligen spikas fast, men då syftet med detta prov var att studera relationen mellan krockenergi och sidledes förflyttning, inte asfaltens tålighet mot transversella krafter, så valdes med flit att inte spika fast räcket annat än i den
icke påkörda änden (för att räcket inte skulle dras med längs med fordonets färdväg). Det står annars alltså fritt på asfaltsytan. Installerad längd var 54 meter och kollisionspunkten var 19,4 resp. 19,7 meter in på räcket, dvs. alldeles efter skarven mellan enhet 2 och 3. Zoneguard är ett temporärräcke som krockprovats enligt NCHRPR 350 och förslaget till MASH (MASH-08) i kategorierna TL3 och TL4.
Fordonet var en Volvo 744 årsmodell 1989 med en vikt av 1413 kg. Samma fordon kunde
återanvändas i alla tre proven. Påkörningsvinkel var 10° i alla tre fall. I det första provet noterades hastigheten 52,4 km/h, i det andra provet noterades hastigheten 71,8 km/h och i det tredje provet 88,7 km/h. Utböjningen mättes;
Utböjning temporärräcke
50 km/h 70 km/h 90 km/h
Meter Utböjning i mm Meter Utböjning i mm Meter Utböjning i mm
3 3 3 5 3 12 6 34 6 60 6 80 9 50 9 100 9 134 12 70 12 142 12 200 15 80 15 182 15 270 18 84 18 216 18 336 19 86 19 230 19 370 21 85 21 236 21 390 24 83 24 255 24 425 27 62 27 203 27 385 30 40 30 150 30 344 33 23 33 98 33 294 36 0 36 33 36 231 39 0 39 17 39 181 42 0 42 3 42 140 45 0 45 0 45 93 48 0 48 0 48 42 51 0 51 0 51 16 54 0 54 0 54 0
Impact point 19,4 m Impact point 19,4 m Impact point 19,7 m
Utböjningen kan också visas grafiskt;
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 3 6 9 12 15 18 19 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Impact point 19,4 m54 50 km/h 70 km/h 90 km/h
Finns det då något samband mellan hastighet, vinkel och utböjning? Vad vet vi Om Zoneguard? Det finns ett par TRL-tester enligt nedan, tester som dock har den begränsningen att monteringen varit en annan än den vi önskat;
B3535: TB32 1482 kg 111,9 km/h 20,2 grader med 96 meter långt räcke. Räcket var här fastspikat enbart i räckesänden. Uppmätt arbetsbredd 2,0 meter. Dock har bilen följt räcket hela vägen fram till räckesände, det finns risk att arbetsbredden är begränsad av den fastspikade räckesänden.
B3536: TB11 888 kg 101,9 km/h 20,9 grader med 96 meter långt räcke. Fastspikat enbart i räckesänden, arbetsbredd 1,5 meter. Samma förbehåll om arbetsbredd som ovan.
B3537: TB32 1552,5 kg 112,8 km/h 21,3 grader med 96 meterlångt räcke. Räcket var fastspikat var 12:e meter längs med hela längden. Arbetsbredd 0,8 meter och dynamisk deflektion 0,1 meter. Mest optimalt hade varit om vi hade kunnat räkna utifrån ett ”vanligt” EN1317-prov där Zoneguard inte alls varit fastspikat. Nu är Zoneguard inte provat så, vi får försöka hålla tillgodo med det som finns. Vi vet att det fastspikade Zoneguard vid TRL-provningen inte rör sig lika mycket som vid de prov med ”ospikat” räcke som vi gjorde här på VTI. Men sambanden mellan proven då? Det finns en formel för ”normaliserad arbetsbredd” i EN1317 eller, rättare sagt, det finns två formler. Först gjorde man en formel som enbart grundade sig på rörelseenergi, som man också kallar för kinetisk energi. Men sedan modifierades denna formel, man plockade in ett rottecken, för att effekten av
normaliseringen inte skulle bli för stor. Man var nämligen lite rädd för att räkna på stora avvikelser, och ville begränsa beräkningens inverkan.
Formeln ser ut så här;
The actual and normalised values of dynamic deflection, working width and vehicle intrusion shall be measured and recorded in the test report.
Normalised Dynamic Deflection (DN) in m =
2 2sin
sin
m m m t t t mV
M
V
M
D
Where:Measured maximum Dynamic Deflection in m = Dm
Specified Total Mass in kg = Mt
Specified Velocity in m/s = Vt
Specified Angle in degrees = αt
Measured Total Mass in kg = Mm
Measured Velocity in m/s = Vm
Measured Angle in degrees = αm
With the above procedure, the Normalised Dynamic Deflection and Normalised Working Width shall be computed from measured data, or from other test data recorded during tests performed before the publication of the present standard, provided the data collection methods conform to the requirements of this standard.
Man kan enklast beskriva det som att man räknar ut en korrektionsfaktor, som man multiplicerar den faktiska arbetsbredden med. Om ingen korrektion skall utföras, så är korrektionsfaktorn 1,0.
kinetiska energin till 12,9 kJ. Det gav en utböjning på 0,43 meter. Om vi då räknar fram en teoretisk utböjning för 71,8 resp. 52,4 km/h, dvs. de två andra proven, så borde utböjningen under samma betingelser ha blivit 0,28 resp. 0,15 meter. Vi gör en tabell;
Prov Verklig Teoretisk kJ Skillnad Normaliserad Skillnad
88,7 km/h 10° 0,43 m Ref. - - -
71,8 km/h 10° 0,26 m 0,28 m 108% 0,32 m 123%
52,4 km/h 10° 0,09 m 0,15 m 167% 0,26 m 289%
Låt oss istället använda TB32-provet B3535 som utgångspunkt. Först normaliserar vi arbetsbredden;
Prov Verklig Teoretisk kJ Skillnad Normaliserad Skillnad
B3535, 1482 kg, 111,9 km/h, 20,2° 2,0 m 1,92 m 96% 1,96 m 98% 88,7 km/h 10° 0,43 m 0,30 m 70% 0,80 m 186% 71,8 km/h 10° 0,26 m 0,20 m 77% 0,65 m 250% 52,4 km/h 10° 0,09 m 0,11 m 122% 0,47 m 522%
Vi ser i den senare tabellen att beräkning av teoretisk arbetsbredd enbart baserad på kinetisk energi i någon mån underskattar behovet av skyddszon bakom räcket, betingat räckets konstruktion (fristående på asfalt). Dock bör man komma ihåg att räcket i BS3535 var förankrat i ändarna, vilket rör till utvärderingen något.
Vilka är då det mera viktiga parametrarna? Jo, då vinkeln och farten i formeln är kvadrerad, så ger en förändrad vinkel och förändrad fart mera effekt än förändrad fordonsvikt. Detta kan åskådliggöras med följande två beräkningsexempel; 0,00 m 0,50 m 1,00 m 1,50 m 2,00 m 2,50 m
W
WVad kan man då dra för slutsats? Vi kan se att formeln för normalisering ger hyfsade närmevärden för
närliggande kombinationer av hastighet och vinkel. Men ju större justering vi gör, desto mer osäkert
blir prediktionen. Vilket är helt naturligt och alldeles förväntat. Formeln bygger ju på antagandet att det finns ett enkelt linjärt samband, vilket det säkert oftast inte gör för större deformationer. Men skulle man ändå kunna använda verktyget, och i så fall hur och under vilka villkor? Vi kan se ”normalisering”, den formeln med rottecken som återges av EN1317 visserligen ger ganska stora fel, men stora fel åt ”rätt” håll, med väl tilltagen marginal till den uppmätta verkliga arbetsbredden. Prediktion baserad enligt enbart kinetisk energi ger oftast ett något mera korrekt värde, men
underskattar i vissa lägen behovet av arbetsbredd. Därför är det naturligt att välja den mera trubbiga ”normaliseringen” enligt formeln i EN1317, med kända brister, eftersom den ändå kommer att lägga till en icke oväsentlig säkerhetsmarginal. Det är dock lämpligt att införa något slags begränsning på hur långt från verkligt vid krockprov uppmätt värde på arbetsbredd som man kan tillåta att
normaliseringen drar ifrån. Man måste också komma ihåg att arbetsbredd är lika med förflyttningen av ett räcke plus dess egenbredd, vilket gör att man ju inte heller kan pruta på räckets egenbredd rent matematiskt, om räcket är 80 cm brett så kan ju aldrig arbetsbredden blir smalare än så.
Låt oss nu också konstatera att det är skillnad på de olika kapacitetsklasserna i EN1317. Normalisering är egentligen till för smärre justeringar inom en kapacitetklass. Verktyget bör inte användas för hopp mellan olika kapacitetsklasser, eftersom fordonens externa geometri och vikt är olika. Låt oss därför tillämpa verktyget enbart inom varje enskild kapacitetklass.
Formeln är fortfarande tämligen komplicerad, med såväl kvadrering, trigonometri och rottecken. Men låt oss konstatera att EN1317-normaliseringen, med någon form av begränsning av tillåten
arbetsbreddsreduktion är en god ansats. Mitt förslag är att arbetsbredden aldrig (med detta verktyg) får
0,00 m 0,50 m 1,00 m 1,50 m 2,00 m 2,50 m Has tig h et 1 1 0 k m /h 1 0 5 k m /h 1 0 0 k m /h 9 5 k m /h 9 0 k m /h 8 5 k m /h 8 0 k m /h 7 5 k m /h 7 0 k m /h 6 5 k m /h 6 0 k m /h 5 5 k m /h 5 0 k m /h 4 5 k m /h 4 0 k m /h 3 5 k m /h 3 0 k m /h 2 5 k m /h 2 0 k m /h 1 5 k m /h 1 0 k m /h 5 k m /h
W
W 0,00 m 0,50 m 1,00 m 1,50 m 2,00 m 2,50 m Vik t 1 5 0 0 k g 1 4 5 0 k g 1 4 0 0 k g 1 3 5 0 k g 1 3 0 0 k g 1 2 5 0 k g 1 2 0 0 k g 1 1 5 0 k g 1 1 0 0 k g 1 0 5 0 k g 1 0 0 0 k g 9 5 0 k g 9 0 0 k g 8 5 0 k g 8 0 0 k g 7 5 0 k g 7 0 0 k g 6 5 0 k g 6 0 0 k g 5 5 0 k g 5 0 0 k g 4 5 0 k g 4 0 0 k g 3 5 0 k g 3 0 0 k g 2 5 0 k g 2 0 0 k g 1 5 0 k g 1 0 0 k g 5 0 k gW
Wminskas mer än till hälften av ursprunglig arbetsbredd, dvs. alltid minst 50% av
ursprungs-arbetsbredden. Troligen behöver man lägga till en parameter som kompenserar för hur man behandlar breda räcken, där räckets egenbredd är en stor del av arbetsbredden.
Kan man förenkla formeln ytterligare? Njae, inte med gott resultat. Frågan är hur långt man vågar gå? Vi förutsätter att vi inte enkelt kan minska fordons vikt. Låt oss försöka med formeln;
Korrektion = 𝑃𝑟𝑜𝑣𝑣𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙𝑉𝑖𝑛𝑘𝑒𝑙 ×𝑝𝑟𝑜𝑣ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡ℎ𝑎𝑠𝑡𝑖𝑔ℎ𝑒𝑡
Låt oss prova med att sätta in några siffror. Vi tänker oss att provet skett med 80 km/h och 15 graders vinkel (TB22/T2). Så minskar vi hastigheten till 70 km/h och vinkeln till 10 grader. Den ”korrekta” korrektionsfaktorn enligt EN1317-2:2010 är 0,58. Med vår ”nya” formel får vi;
𝑘𝑜𝑟𝑟𝑒𝑘𝑡𝑖𝑜𝑛 =10 15×
70
80= 0,58
Troligen går det att göra en tabell som visar ett par sådana kombinationer med gott resultat. Vi provar med ett TB22/T2-prov 80 km/h 15 grader;
Vinkel Hastighet Kinetisk Normalisering Förenklad
15 70 0,77 0,87 0,87 10 70 0,34 0,58 0,58 5 70 0,09 0,29 0,29 15 50 0,39 0,62 0,62 10 50 0,17 0,41 0,42 5 50 0,05 0,21 0,21 15 30 0,14 0,37 0,37 10 30 0,06 0,25 0,25 5 30 0,02 0,12 0,12
Intressant, men troligen väl komplicerat. Inte ett bra verktyg ute på vägen. I vad mån kan man, och vågar man förenkla detta? Vi fortsätter att jobba med det här med korrektionsfaktor ändå, vi skulle också kunna kalla det för en multiplikationsfaktor. Man kan se att om vinkeln minskar från 15 grader till 10 grader, så minskar den normaliserade och den förenklade utböjningen med ungefär 30%-40%. Med viss säkerhetsmarginal skulle man då kunna säga att minskning från 15 till 10 grader motsvarar en multiplikationsfaktor 0,7 (d.v.s. 30% minskning). Ytterligare minskning från 10 till 5 grader synes ge en motsvarande minskning på cirka 0,5 och räknar man samman det, från 15 till 5 grader, så blir multiplikationsfaktorn 0,35.
Tittar vi då på minskad fart istället, men samma ansatser, så kan man säga att en minskning från 70 km/h till 50 km/h ger en multiplikationsfaktor (med viss säkerhetsmarginal) på 0,7 och från 50 km/h till 30 km/h cirka 0,6. Sammantaget från 70 km/h till 30 km/h ger det då multiplikationsfaktorn 0,42, som vi väl kan avrunda till 0,4.
Det blev ändå mycket att hålla reda på. Men vi ser att vi har ett par värden som är 0,7. Ett som är 0,6, som ju mycket väl skulle kunna ”avrundas” till 0,7 för enkelheten skull. Sedan har vi ett värde på 0,5
och ett på 0,42 som också det borde kunna ”avrundas” till 0,5. Då har vi så gott som bara 0,7 och 0,5 kvar, det känns ju lite bättre.
Då skulle man kunna föreslå följande, betingat att man genom tillräckliga trafiktekniska åtgärder kan visa att hastighet och vinkel hos passerande trafik inte kan överskrida gränsvärden (vilka dessa tillräckliga åtgårder1 är får bestämmas på annat sätt) som 50 km/h, 30 km/h, 5 resp. 10 graders vinkel att arbetsbredden för det temporära räcket i kapacitetklasserna T1, T2 eller T3 (EN1317-2:2010 och/eller EN1317-2:1998) får reduceras enligt följande;
För hastighetsreduktion från 70 km/h till 50 km/h; korrektionsfaktor 0,7 (kan läsas som 70%)
För hastighetsreduktion från 50 kom/h till 30 km/h; korrektionsfaktor 0,7
För hastighetsreduktion från 70 km/h till 30 km/h; korrektionsfaktor 0,5 (kan läsas om 50%)
För vinkelreduktion från 15 grader till 10 grader; korrektionsfaktor 0,7
För vinkelreduktion från 10 grader till 5 grader; korrektionsfaktor 0,5
För vinkelreduktion från 15 grader till 5 grader; korrektionsfaktor 0,35 (kan läsas som 35%) Men vi måste också ta hänsyn till att arbetsbredden också inbegriper räcket egenbredd, och
arbetsbredden kan därför inte bli mindre än räckets bredd. Så vi får räkna lite till. Vanligen så vet man ju bara räckets arbetsbredd, så då får vi börja med att räkna fram vad som är faktisk deformation och vad som är räckesbredd. Om räcket är 60 cm brett och arbetsbredden är bestämd till 1 meter, så är det då rätt uppenbart att deformationen vid krockprovet uppmätts till 40 cm, formeln kan skrivas;
Arbetsbredd vid prov= Räckets bredd + Uppmätt deformation
Vi kan ju inte tillåta oss att korrigera räckets bredd, den är ju fast. Så vi får bara applicera
multiplikationsfaktorerna på den uppmätta deformationen. Då måste man ju börja med formeln ovan, och bestämma ett numeriskt värde på ”uppmätt arbetsbredd”. Vi kan också krångla till det lite och skriva att;
Uppmätt deformation = Arbetsbredd vid prov – Räckets bredd
Då skulle man kunna sätta ihop detta och säga att den korrigerade ”nya” arbetsbredden är;
Ny Arbetsbredd = Räckets bredd + (Arbetsbredd vid prov – Räckets bredd) korrektion för hastighet korrektion för vinkel
Gör vi sedan en ”formel” av detta, så kan vi skriva att; Wkorr=Rbredd+(WNom-Rbredd)KhastKvinkel
Vill man sedan göra en ännu större förenkling, så kan vi approximera det hela och säga att för varje steg nedåt i hastighet 70 till 50 eller 50 till 30 km/h och för varje steg nedåt i vinkel från 15 till 10 eller från 10 till 5 grader, så får arbetsbredden på ett temporärräcke minskas med 30% (av den nya
resulterande arbetsbredden så två stycken 30% blir bara 49%, inte 60%), dock med begränsningen att den fria ytan bakom räcket aldrig får understiga 50% av den arbetsbredd som uppmätts vid provning. Då har vi gjort många förenklingar i flera steg, och i varje steg så har vi också bakat in en viss säkerhetsmarginal, så det är högst sannolikt att vi håller oss på den säkra sidan hela tiden.
Det hela kan också ”kokas ned” till en tabell som följer, där jag utgår från att produkten testats i någon av T-klasserna T1, T2 eller T3 vid (minst) 70 km/h och 15 graders vinkel;
(Ny) hastighet
(Ny) vinkel 70 50 30
15 1,0 0,7 0,5
10 0,7 0,5 0,35
5 0,5 0,35 0,35
Man bör i så fall lägga till att fria ytan aldrig får understiga 50% av originalarbetsbredden.
Så avslutningsvis några ord om körfältsbredd. Hur brant vinkel kan man komma upp i, betingat att man kan begränsa körfältsbredden? Och hur kan man göra för att effektivt begränsa körfältsbredden, för att på så sätt minska riskerna med branta påkörningsvinklar? Låt oss börja i en annan ände, i flera standarder för kollisionsprovning så kallar man det för ”non-tracking impacts”, d.v.s. kollisioner där fordonet kommer glidande på tvären. Sladd, kan vi kalla det på vanlig svenska. När friktionen inte räcker till, så glider fordonet på tvären. Det betyder att i verkligheten så kan fordonet träffa ett räcke lite hur som helst, t.o.m. i 90 graders vinkel. Men fordonets tyngdpunkt rör sig fortfarande i huvudsak i fordonets ursprungliga färdriktning, som vanligen är längs med räcket. Om vi tillåter oss att räkna lite förenklat på det hela, med fordonet som en punktformig massa och med en viss given friktion, så kan man skissa lite på hur mycket friktionen räcker till för att med framhjulen vrida fordonet in mot räcket, betingat att man startar parallellt med räcket och styr in i räcket. På så sätt kan vi beräkna vilka
maximala vinklar man kan tänkas uppnå vid en viss kombination av hastighet, friktion och körfältsbredd. Vi tänker oss att en bil är 1,7 meter bred Om körfältet är 3,5 meter, och bilen kör maximalt åt ena sidan i körfältet, så blir det ett avstånd mellan bilen och räcket på 1,8 meter. Om bilen färdas i 70 km/h och fiktionen är 9,8, så är den maximala kollisionsvinkeln som man kan uppnå cirka 2 grader. Ju fortare man kör, desto svårare är det att nå brant vinkel, för framhjulen riskerar att förlora greppet. Låt oss räkna på 50 km/h istället. Då blir maximal vinkel cirka 4,2 grader. Vid 30 km/h blir maximal vinkel cirka 12 grader.
Vi upprepar tabellen ovan, men nu anger vi ungefär maximalt avstånd mellan räcke och fordon istället (inom parentes maximal körfältsbredd, betingat att fordonet är 1,7 meter brett)
Hastighet
Vinkel 70 50 30
15 12,5 (14,2) 6,5 (8,2) 2,3 (4,0)
10 8,5 (10,2) 4,0 (5,7) 1,5 (3,2)
5 4,0 (5,7) 2,0 (3,7) 0,8 (2,5)
Där nu siffrorna anger avstånd från räcket (och körfältsbredd) i meter.
Hur gör man då lämpligen för att minska körfältsbredd? Ett sätt kan vara att dela körfält (som går åt samma håll) med någon form av temporärt räcke, som gör att fordonet omöjligt kan befinna sig längre från räcket och liksom ”ta fart” in mot räcket som skall skydda vägarbetarna.
