ISSN 0347-6049
i V meddelande
598
7.989
Väghållningsâtgärder -
ytegenskapar-?rañ'kanteffekter, «
Dokumentation från seminar/'um 76- 77 november 7988
w Väg-och Wii/(-
Statens väg- och trafikinstitut (VTI) - 581 01 Linköping
[nå't/Ilth Swedish Roadand Traffic Research Institute o 8-581 01 Linköping Sweden
VHmeddeIandeä
598
7.989
Väghållningsåtgärder ytegenskaper
-trafikanteffekter
Dokumentation från seminar/'Um : 76 - 77 november 7988
?I 7., Statens väg- och trafikinstitut / VTI) ° 58 7 0 1 Linköping
kändes behovet stort av att få redovisa och diskutera med andra experter om de senaste rönen om beläggningsunderhållets inverkan på vägens ytegenskaper och effekter därav för trafikanternao
Därför togs initiativ till ett seminarium som hölls den 16 noveme ber 1988. Där gicks översiktligt igendm sambanden "väghållnings-åtgärder-ytegenskaper-trafikanteffekter" och hur vissa
ytegen-skaper mäts. Därefter presenterades vissa tankar kring vilka krav0 man i framtiden kan ställa på vägytans egenskaper. Dagen
avsluta-des med diskussion och förslag på vilka djupare, mera ingående,
seminarier i ämnet som senare skulle behandlas.
Redan den 17 november hölls ett "djupare" seminarium.om,vägytan=
bränsleförbrukning och som också dokumenteras i detta meddelande,
Gudrun Öberg
ABSTRACT
PROGRAM OCH FÖREDRAG 16 NOVEMBER INLEDNING
Gunnar Carlsson, VTI
VÄGHÅLLNINGSÅTGÄRDER - YTEGENSKAPER
Kent Gustafson, VTI
Bo Simonsson, VTI
TOVE - TRAFIKSÄKERHET OCH VÄGYTANS EGENSKAPER Rein Schandersson, VTI
HASTIGHET OCH VÃGYTETILLSTÅND
Gudrun Oberg, VTI
SLITAGE OCH FRIKTION
Elisabeth Samuelsson, VTI
VÅGHÅLLNINGSATGÃRDER - YTEGENSKAPER - TRAFIKANTEFFEKTER
Georg Magnusson, VTI
NÅGRA GRUNDFRÅGOR KRING BESTÄMNINGSFAKTORERNA FÖR
VÃGFORDONS KAPITALKOSTNADER
Jan Owen Jansson, VTI
VETO
Ulf Hammarström, VTI
VÅTYTANS INFLYTANDE PA EXTERNT TRAFIKBULLER
Ulf Sandberg, VTI
YTEGENSKAPER - VIBRATIONER Georg Magnusson, VTI
MÄTNING Av VAGOJAMNHETER Georg Magnusson, VTI
LASER RST OCH DESS ANVÄNDNING I SVENSKT VÄGUNDERHALL
Peter Arnberg, RST SWEDEN AB
Leif Sjögren, VTI
FRAMTIDA KRAV PÅ VÅGYTANS EGENSKAPER
Rolf Magnusson, VII
DISKUSSION OCH FÖRSLAG TILL NYA SEMINARIER PROGRAM OCH FÖREDRAG 17 NOVEMBER
ROAD MACRO- AND MEGATEXTURE INFLUENCE ON CAR FUEL CONSUMPTION
Ulf Sandberg, VTI VTI MEDDELANDE 598
.sig
22 24 27 31 32 36 41 43 46 48 49 56 59 60BRÄNSLEFÖRBRUKNING
Hans Sävenhedi VTI
SAMBAND MELLAN VÃGYTA OCH BRÃNSLEFÖRBRUKNING/RULLMOTSTÅND ERHÅLLNA UNDER SENARE ÅR m EN LITTERATURSTUDIE
Ulf Sandberg, VTI
JAMFÖRELSE AV SAMBAND MELLAN BRÅNSLEFÖRBRUKNING OCH
VAGTEXTUR ERHÅLLNA PÅ SENARE ÅR
JÅMFÖRELSE AV OLIKA SAMBAND MELLAN BRÅNSLEFÖRBRUKNING OCH
VÄGOJÄMNHET
Ulf Hammarström, VTI
DISKUSSION BILAGA 1
JÅMFÖRELSE AV OLIKA OJÃMNHETSMÅTT
Ulf Hammarström, VTI
BILAGA 2 SEMINARIEDELTAGARE VTI MEDDELANDE 598 62 64 65 67 71
ABSTRACT
Papers presented at the seminar delt with RoadMaintenance - Road
Condition - Effects on Road User (accidents, speed, vehicle cost,
noise, vibration). There were also presentations about Measuring
Equipments (evenness and friction) and Future Demand on Road Con-dition.
The first day ended with a discussion about the need of future
research and proposals for new seminars in this area. The second
day delt with Road Condition w Fuel Consumption.
Papers presented at the seminar were as follows:
Road management - surface Gustafson, K and Simonsson, B
TOVE - Road safety and road surface properties Schandersson, R
Speed and road surface condition Öberg, G
Wear and friction Samuelsson, E
Road management - Surface properties - Effects on road users
Mägnusson, G
Basic issues connected with factors governing capital costs of
road vehicles Jansson, J 0 VETO Hammarström, U
Influence of the road surface on external traffic noise Sandberg, U
Surface properties - Vibrations.Magnusson, G
The Laser RST and its application in Swedish Road Management Arnberg, P and Sjögren, L
Future demands on road surface properties Mbghusson, R
Road macrotexture and microtexture influence on car fuel consump-tion Sandberg, U
Fuel consumption Såvenhed, H
Relation between road surface and fuel consumption/rolling resis-tance as determined in recent years. A literature survey
Sandberg, U
Comparison of the relation between fuel consumption and road
sur-face texture as determined in recent years Sandberg, U
Comparison of various relations between fuel consumption and road surface texture Hammarström, U_
Comparison of various measures of roughness Hammarström, U
10.00-12.00 13000-_15.00 15030-17000 Ordförande Inledning Väghållningsåtgärder - Ytegenskaper Ytegenskaper-Trafikanteffekter - olyckor - hastighet - fordonskostnader bränsle däck/friktion reparation avskrivning/ränta modell w buller vibrationer Mätmetoder w jämnhet = friktion - laser RST
Framtida krav på vägytans
egenskaper
- Några tankar inom VVs satsningsområde
"Bärighet och Beläggningar"
Diskussion
Förslag till fortsatta, djupare
seminarier och FoU-behov
Karl-Olov Hedman, VTI Gunnar Carlsson, VTI
Kent Gustafsson, VTI
Rein Scnandersson, VTI Gudrun Oberg, VTI Ulf Sandberg, VTI
Elisabeth Samuelsson, VTI Georg Magnusson, VTI
Jan Owen Jansson, VTI Ulf Hammarström, VTI
Ulf Sandberg, VTI Georg Magnusson, VTI Georg Magnusson, VTI Elisabeth Samuelsson, VTI Peter Arnberg, RST Sweden AB Rolf Magnusson, VV
- väghållningsåtgärder-ytegenskaper
- ytegenskaper-trafikanteffekter
- mätmetoder
INLEDNING
Gunnar Carlsson
VTI
Det allmänna målet för väghållningen har med utgångspunkt från 1979 års trafikpolitiska beslut i vägverkets gällande femårsplan för driftverksamheten formulerats på följande sätt:
"Medborgarna och näringslivet i landets olika delar skall erbjudas en tillfredsställande vägtransportstandard till lägsta möjliga samhällsekonmmiska kostnad".
Det är naturligtvis svårt att precisera vad som i olika delar av
landet är en tillfredsställande vägtransportstandard. En sådan
precisering kan ses som en kontinuerlig process där en ökad kun» skap gm väghållningens olika effekter är en väsentlig del av det
underlag som behövs för att kunna avväga behovet av resurser till
väghållningen mot behovet av resurser till andra områden i sam-hället» Oberoende av den innebörd som ges begreppet "tillfreds-ställande transportstandard" är det viktigt att de samhällsekono-miska konsekvenserna av olika väghållningsåtgärder beaktas d v 3 den senare delen av det ovan citerade målet ( .0. till lägsta möjliga samhällsekonomiska kostnad"). Betydelsen av detta förstår
man om man betänker att kostnaden för vägunderhållet endast utgör
en bråkdel av de resurser som trafiken förbrukar i form av for»
donskostnader (drivmedel, fordonsslitage m m), tidskostnader och
olyckskostnader. Det är därför nödvändigt att väghållarna vid fördelning av till buds stående medel anlägger ett
samhällsekono-miskt synsätt.
I figur 1 illustreras relationerna mellan de olika kostnaderna
för en vanlig typ av svensk landsväg. Kostnaden för
beläggnings-underhållet är ca 25 % av den totala kostnaden för vägunder-hållet.
Av figuren framgår således att trafikanternas kostnader är avse-värt större än kostnaden för beläggningsunderhållet. Det är där-för utomordentligt viktigt att.man beaktar en eventuell inverkan
på trafikantkostnaderna då man fattar beslut om hur beläggningar
tionerna åsamkar trafikanterna en så liten kostnadsökning som möjligt i förhållande till optimala nivån.
180 4 . /. OLYCXOR 1 60 -1 40 " .-.wRBSTIDL_ -1- nr-80 -. FORDON 60 -, 1 40 .. I : .;;-. . _ . ._såiym: 20 Häger/Ä ,"å-.bév'JSfQAfg
_:",--.. ,3 lf'j. YSL??$;f.*=Täe_-zså 315: ,M.triwfglmådf (2.1.:i; A_ ,'_.1\,' "qu1 : '.-.. . _. -eINVESTERINqu '73*2'- ? 7811' ?in L 0 - ?Kun-,nat _;{.."\ . .\ ;fästs
Figur 1. Kostnadsrelation på en typisk svensk landsväg.
Vägbredd: 7 m
Hastighetsgräns: 90 km/h
Trafik: 3 000 fordon/dygn
Kostnadsläge: 1980
Förutom en inverkan på de ovan nämnda trafikantkostnaderna
(olycks-, restids- och fordonskostnader) kan låg
beläggnings-standard och vissa beläggningstyper åsamka obehag (kostnader)
genom ökat buller och genom ökade vibrationer och skakningar sam
kan vålla skador på byggnader. Det är önskvärt att denna typ av konsekvenser beaktas vid utformandet av ett optimalt beläggnings-underhåll även om värderingsproblemen i många fall är svåra° Vilket eller vilka mål är då styrande för dagens beläggnings-underhåll? För de statliga vägarna finns dessa beskrivna i "Fem-årsplanerna för driftverksamheten"°
I femårsplanen 1982-86 redovisade VV klart att man har ambitionen att kunna beräkna de samhällsekonomiska konsekvenserna av sitt beläggningsunderhåll. Man gör bedömningen att det med tillgång-liga medel inte är möjligt att bibehålla den beläggningstandard som rådde på 70-taleto De nedskärningar man gör drabbar
huvudsak-ligen vägar med en trafik < 1 500 f/dygn (ca 70 8 av det belagda
vägnätet) och man bedömer att nedskärningen medför en
samhälls-ekonomisk förlust och en risk för en fortlöpande försämring av
tillståndet. I femårsplan Drift 1988-92 innebär inriktningen en kraftigt ökat satsning på iståndsättningsåtgärder för bevarande
av vägnätets tekniska standard samt återhämtning av eftersläpande underhållsbehov°
Det torde vara klart att om VV har som ett viktigt mål att göra
en samhällsekonomisk optimering av beläggningsunderhållet måste
kunskapen om olika beläggningsstrategiers långsiktiga
konsekven-ser för såväl trafikanter som väghållare förbättras radikalt om man skall lyckas nå detta mål.
För att få en uppfattning om vilka mål som styr
beläggningsunder-hållet i kommunerna måsteman vända sig till enskilda kommuner
eftersom det inte finns någon starkare samordning dem emellan.
Ett samarbete mellan några kommuner som är egna väghållare har
pågått sedan 1973 inom den s k driftkostnadsutredningenZYÖKD).
DKU publicerade en huvudrapport 1981. Av denna framgår att huvud-intresset på beläggningsområdet har varit inriktat mot att uti-från jämförelser av årskostnader för olika typer av underhållsbe-läggningar i de olika kommunerna föreslå nya kostnadsbesparande
tiden börja studera dessa frågor vilket är nödvändigt för att
skapa underlag för en samhällsekondmiskt effektiv användning av
tillgängliga resurser och för att få argument för ökade sådana.
Sammanfattningsvis finns det således utomordentligt starka motiv
för att ett samhällsekonomiskt mål bör vara styrande förbelägg-ningsunderhållet. Dagens underhållsstrategier synes inte i
till-räckligt hög grad vara formulerade med beaktande av de
samhälls-ekonomiska konsekvenserna. Att så är fallet torde huvudsakligen
bero på bristande kunskaper om dels den långsiktiga utvecklingen
av beläggningsstandarden vid olika typer av underhållsstrategier
och dels på bristande kunskaper om samband mellan
beläggnings-standard och trafikantkostnader°
För att i framtiden underlätta för väghållaren att få fram
sam-hällsekonomiska konsekvenser kan PMS (Pavement Management
Systems) byggas upp.
System för underhåll av belagda vägar kan ha olika hög grad av komplexitet beroende på mmfattningen av och målen för
underhål-let. Mycket grovt kan man tänka sig två olika filosofier ur vilka
underhållssystemen kan utformas. Väghållaren kan dels syfta till
att - med eller utan budgetrestriktioner - minimera samhällets
kostnader för vägtransporter, dels till att uppställa gällande
riktlinjer för acceptabel vägstandard, som ska uppfyllas till minsta kostnad för väghållaren. De två synsätten kommer närmare
varandra, om i det senare fallet minimikraven på vägen/vägytan
utformas med hänsyn till effekterna för trafikanter och
omgiv-ning.
Vid utvecklande av system för beläggningsunderhåll gäller det att
komma ihåg att beläggningen har två viktiga uppgifter:
* dels skall den vara ett "golv" för de fordon som går på vägen. Golvet bör därvid ha egenskaper som god jämnhet, hög friktion m m,
* dels skall den vara ett "tak" för vägkroppen. Taket skall
där-vid hindra att vatten tränger ner i bär- och förstärkningsla-ger samt bidra till att ge vägen en långsam.nedbrytning genom att fördela hjultrycket över en större yta°
På flera håll i världen arbetar man med att utforma och även til-lämpa olika system för underhåll av belagda vägar. En stor
svår-ighet för närvarande är emellertid att sambanden mellan t ex tra-fikanteffekter (olyckor, restider, fordonskostnader) och
vägstan-dard är ofullständigt kända. Detta medför en risk för att syste-men ger dessa effekter alltför liten betydelse i förhållande till Väghållarens kostnader. Risken för samhällsekonomiskt "slöseri"
är uppenbar om man betänker att trafikanternas kostnader är
avse-värt högre än kostnaderna för underhåll av belagda vägar. Risken
torde dessutdm öka i tider av ekonomisk åtstramning, när
väghål-laren försöker skära ned sina kostnader.
Det är dock inte självklart att det endast finns ett
underhålls-system, som tillgodoser varje väghållares behov. Vägverket behö-ver sannolikt ett system för underhåll av belagda vägar, sam är
annorlunda jämfört med det som är lämpligt för en kommun och även
för olika stora kommuner kan olika underhållssystem behövas.
För att utforma en underhållsstrategi som tar hänsyn till de
sam-hällsekonomiska konsekvenserna, krävs kunskap inom följande
om-råden:
* Väghållarens kostnader för underhåll av en belagd väg.
* Vägens förväntade tillståndsutveckling.
* Kostnaderna för trafikanter och omgivning som funktion av
tillståndet.
Eftersom det oftast är omöjligt att direkt studera sambandmellan olika underhållsstrategier och trafikantkostnader måste utveck-lingen av vägytans tillstånd studeras. De tillståndsvariabler som
bedöms vara väsentliga för trafikanterna och för vägens fortsatta
nedbrytning brukar kallas vägytans respektive vägens funktionella
egenskaper.
* Spår i beläggningen, * Hängande beläggningskanter, * Sprickor, * Krackeleringar, * Slaghål, * Tvärfall, * Makrotextur, * Mikrotextur, * Friktion, * ,Ljusreflexionsförmåga.
För att bestämma kostnaderna för väghållaren, trafikanterna och
övriga måste modeller/samband finnas, som beskriver hur
kostnad-erna varierar med vägens/vägytans egenskaper eller tillstånd.
Vidare krävs kunskap om hur de funktionella egenskaperna
föränd-ras med tiden under inverkan av trafik och klimat.
En underhållsstrategi kan medföra både direkta och indirekta
kostnader för väghållaren. De direkta kostnaderna utgörs av dels
kostnader för förnyelse av slitlager, dels för löpande underhåll
(lagning av sprickor, slaghål etc.) under tiden mellan två förny-elser. De indirekta kostnaderna är de kostnader som kan uppstå på
grund av underdimensionerat underhåll, som på längre sikt leder
till att vägens bärighet och stabilitet försämras. Det viktigaste
problemet inom beläggningsområdet är för närvarande att utveckla
metoder som gör det möjligt att finna en samhällsekonomiskt opti:
mal strategi för underhåll av belagda vägar. Det finns flera skäl till att denna fråga bör ges hög prioritet.
* Kostnaderna för beläggningsunderhåilet uppgår till 1,5-2
mil-jarder kronor per år för VV och kommunerna.
* På olika håll anser man att underhållet är eftersatt och
inne-bär en kapitalförstöring av stora mått.
* För att spara pengar har man övergått till underhållsmetoder
som på kort sikt är billigare men vars långsiktiga
konsekven-ser är okända.'
* De "nya" underhållsmetoderna kan medföra att trafikanternas
kostnader för fordonsslitage, bränsleförbrukning m.m ökar bem tydligt mer än vad väghållaren sparar genom det billigare underhållet.
* Den tekniska utvecklingen inom mätområdet gör att data om väga ytans tillstånd kan insamlas för stora väga och gatunät till
rimliga kostnader. Vid sidan av system för vâg= och
trafikin-fonmation (s k vägdatabanker) kan de informationssystem.som är
nödvändiga för ett rationellt underhållssystem byggas upp.
Stora delar av informationssystemen existerar redan.
Ett forskningsprogram med målet att ta fram kunskaper sm möjliga gör en optimering av belåggningsunderhâllet.måste utarbetas i
samarbete mellan väghållare och forskare. Dagens seminarium skall
därför uppfattas som.en invit till ett sådan samarbetar Vi tror
att det är viktigt att redovisa forskarnas syn på vilka kunskaper som behövs och hoppas att det kanzmedföra att ett gemensamt prom
jekt startas med målet att utveckla system.för optimering av bem
läggningspnderhållo
Väghållaren kan med olika åtgärder påverka vägytans egenskaper.
Grunden läggs i samband med byggandet men senare åtgärder t ex slitlagerförnyelser ger naturligtvis också en effekt.
Ytegenskaperna förändras i tiden genom trafikens och klimatets
°inverkan. Dessa förändringar som. kan betecknas som.mer eller
mindre naturliga måste vi räkna med.
Med i bilden finns slitaget som.är följden av nedbrytande kraf-ter. Dessa nedbrytande krafter kan i vissa fall vara av positiv natur. T ex kan dubbdäcken nöta fram en viss skrovlighet hos en vägyta som. från början varit jämn och fet (bindemedelsrik). Den negativa sidan är nötningsspåren som blir mer koncentrerade ju mer spårbunden trafiken är.
Begreppet ytegenskaper
Det kan vara lämpligt för den fortsatta behandlingen att beskriva
begreppet ytegenskaper. De flesta som hör ordet tänker sannolikt
på makro- och mikrotextur d v 3 skrovlighet i stort och smått.
Tabell 2.1.. Schematisk gradering av vägytans textur Yta nr Principutseende Mikrotextur Makrotextur
l /I///fr///II glatt slät
2 WW - rå slät
W
3 7/7>J77®r7$u7f7 /T7 glatt skrovlig
4 W rå skrovlig
Figur 1 Makro- och mikrotextur
10
Andra inbegriper större ojämnheter med våglängder uppåt 30 meter
eller rent av ännu mer.
Oavsett var vi sätter gränsen definitionsmässigt kan vi enas om
att ytegenskaper i första hand avser vägytans topografi. I andra
hand har vi adhesions och andra krafter som uppstår i kontakten
däck/vägyta. I tredje hand har vi ljushet och
ljusreflektions-egenskaper. Ytterligare en egenskap är vattengenomsläpplighet.
Den är sannolikt av intresse endast om den uppgår till visst be-lopp (dränerande beläggningar).
Ett annat begrepp som nu brukar användas i samband med vägytor är
funktionella egenskaper°
Låt oss bena upp ytegenskaperna i dess komponenter:
Spårbildning är ett mycket diskuterat begrepp i Sverige, mycket beroende på dubbdäckens framfart vintertid. Vi skall dock inte
bortse från de spår som uppkommer genom den tunga trafikens
de-formation av vägen.
Längsgående ojämnheter som bl a uppkommer till följd av ojämna sättningar och ibland finns där redan från början är likaså ett
känt begrepp om än våra belagda vägar i allmänhet är jämnare än
de i utlandet.
Makro- och mikrotextur är ett finare uttryck för att beskriva
vägytors skrovlighet och råhet. En övre gräns för texturen är vanligen 100 mm, medan större ojämnheter betecknas med t ex
våg-ighet. Vanligt är att gränsdragning mellan mikro- och makrotextur sker vid några tiondels-mm ojämnhet. Med mikrotextur avses
ojämn-heter som för ögat inte är urskiljbara, t ex råheten hos belägga
ningens enskilda stenaro Med makrotextur menas ojämnheter som av ögat kan urskiljas, t ex enskilda stenar i ytan.
Som nämnts ovan uppstår det i kontakten mellan vägyta och däck
vissa adhesionskrafter som inte saknar betydelse för t ex
väg-greppet antingen vägytan är torr, våt eller frusen.
Slitaget och tillståndsförändringens orsaker
Vare sig vi vill eller inte kommer vägytan att påverkas av den trafik som flyter Över den. Miljöfaktorer såsom klimatiska
(väderleken) och driftåtgärder såsom halkbekämpning medverkar i
förändringsarbetet.
, Låt oss titta på förändringen ytegenskap för ytegenskapo Spårbildning uppkommer i huvudsak genom
1. deformationer och
20 nötning med dubbdäck°
Figuren nedan ger en god illustration av spårbildningens orsaker. I praktiken är spårbildningen en kombination av flera orsaker.
12
Spårbildning i beläggningen.
Orsak: Efterpackning (volymförändring),
dubbslitage
Spårbüdning i beläggningen
Orsak: Plastiska deformationer (ingen
volymförändring)
Förekommer huvudsakligen vid tjocka beläggningar
Spårbiidning på ytan
Orsak: Efterpackning av obundna lager, deformationer i undergrunden Förekommer huvudsakligen vid tunna be-läggningar
Spårbildning på. ytan
Orsak: Instabilt bårlager
(material-vandring). Kan inträffa i tcrrt
tillstånd (beroende på.
material-sammansättning och komform)
men framförallt vid vatten-anrikning.
Förekommer huvudsakligen vid tunna be-läggningar
Figgr 2 Spårbildning (efter Lennart Djärf)
Att spårbildningen är en kombination visar med tydlighet denna tvärprofil.
54 HERRBETA JUN! 1935
höger körfält'
Lv'cigren
3
å.
Figur 3
Typisk tvärprofil för väg med såväl deformation som
avnötning.
Högra spåret är grundare och mera utbrett. Spårvidden hos tunga
fordon och personbilar är olika. Det är detta som ger
spårkarak-tären.
Förloppet i tiden varierar med en mängd faktorer. Trafikbelast-ningen är betydelsefull i sammanhanget. Dubbslitaget sker ju vintertid och de dubbade fordonen bär skulden. Deformationer in-träffar med den tunga trafikens hjälp. Plastiska deformationer i
beläggningen får extra hjälp att utvecklas då temperaturen somr
martid är hög. Höga vattenhalter i bärlager (vattenmättnad)
med-verkar till deformationer i synnerhet om beläggningen är tunn. Figuren nedan beskriver en typisk spårutveckling på väg utan bär-ighetåprobleml När sprickor uppkommer Ökar påkänningen på unde-rliggande lager. Möjlighet för vatten att tränga ned Öppnar sig
också.
14
O 0
.Spar-djup
/,
A
.
,/
Normal spårutveckling på väg
I . (yet
utan bärighetsproblem (exe
/ (\ klusive dubbslitage) =
hel-s 1
_T_
\ 59
dragen linje.
4"?a ?mm
;b
_
EFTERPACKN/NG
Figur 4 Spårutveckling på väg utan bärighetsproblam. (Enligt Lennart Djärf).
Bortsett från den första tidens efterpackning sker alltså spår-bildningen relativt långsamt.
Längsgående ojämnheter är en av de defekter som påverkar
trafi-kanternas âkkomfort.
Ojämnheterna kan uppstå av en rad orsaker av vilka de viktigaste
är- ojämna sättningar (bank/skärning, materialövergång) - ojämna tjällyftningar
- ojämn urtjälning
- i anslutning till kortvågig tjällyftning kan deformationer uppstå vid urtjälningen till följd av dynamdska belastnings-tillskott
- varierande lagertjocklekar - varierande packningsgrad w blockuppfrysning
En speciell fonm av ojämnhet (tveksamt om.den skall räknas dit!)
är potthål.
Precis som vad gäller spår har vi den första tiden en viss efter-packning.
700'
7. Efferpackm'ng
2. Vägen Gifter'
såg
N;_ 4 ,.4.__.> 76. nhef
6..
9
(IO-gmdiga
m
skalan)
Figgr 5 Utveckling av ojämnheter (efter Lennart Djärf)
Makro- och mikrotextur är egenskaper hos vägytan som.man strävar
efter att åstadkomma och vidmakthålla då de bl a har en avgörande
betydelse för väggreppet, friktionen. Val av slitlagerbeläggning är härvid av stor betydelse. Ytbehandlingar har i regel initialt
en mycket rå textur. Vintertid nöts emellertid en del av texturen
ned. Hur mycket beror bl a på stenmaterialets nötningsreistens. Makrotexturen i en ytbehandling kan emellertid om oturen är
framme" helt förloras under loppet av några varma sommardagar.
Stenen pressas ned och bindemedlet kommer till ytan. S k blödning har inträffat.
lb
Ytbehandling Yi
Figgr 6 Mekanismen vid blödning i ytbehandling.
Mikrotexturen är rätt mycket avhängig den kristallina strukturen hos den sten som ingår i beläggningen. Däckdubbarna åstadkommer vintertid en mikrotextur som. sommardäcken i viss mån polerar bort. I utlandet gör frånvaron av däckdubbar och närvaron av po-leringsbenägna stenmaterial (har vi lite av!) att mikrotexturen blir alltför slät.
I Sverige har vi en viss säsongsmässig variation. De tidigare nämnda adhesionskrafterna må bero på stenmaterial och bindemedel. Normalt upptar bindemedlet en liten del av ytan ibland mer t ex på grund av oönskad blödning.
En nyutförd asfaltbeläggning är ofta svart beroende på att man på ytan har en hud av bindemedel. Denna nöts emellertid snabbt bort
av dubbtrafiken.
Tillräcklig friktion mellan däck och vägyta är en självklar
för-utsättning för att trafiksäkerheten skall vara god° Under normala
betingelser och torrt väglag är friktionen i allmänhet
tillräck-lig, medan däremot ett "smörjande" skikt mellan däck och vägyta,
allt ifrån vatten till snö/isväglag, nedsätter friktionen. Frik-tionen under barmarksförhâllanden, torrt eller vått, har vanligt-vis inte betraktats som kritisk i vårt land på grund av inverkan från dubbdäckstrafiken vintertid. Friktionen vid vått väglag hänger mycket intimt samman med vägytans makro- resp mikrotextur
på det sättet att en bra makrotextur förbättrar avvattningen av
vägytan och ger tillsammans med en god mikrotextur en god frikw
tionskarakteristik även vid högre hastigheter. Friktionens
varia-tion med hastigheten på envåt vägbana kan schematiskt
åskådlig-göras i enlighet med figur 7 för vägytor med varierande textur.
C
.9
3=."
hasñghef
Figur 7 Friktionens beroende av hastigheten på våt vägbana.
Enligt Ohlsson, E, VTI Rapport 177.
18
Även vintertid kan friktionen variera beroende på bl a
slitlag-rets texturegenskaper. Mätningar under några vintrar har visat att friktionen i samband med snö- och iswväglag i allmänhet är bättre på grövre beläggningar, t ex relativt nya ytbehandlingar,
jämfört med slätare slitlagertyper. Dränasfalt har på grund av
dess öppna struktur i allmänhet goda friktionsegenskaper under
barmarksförhållanden och då speciellt vid regnväder° Vintertid har emellertid den öppna porstrukturen ofta visat sig medföra något sämre friktion än de täta massatyperna. Svenska, liksom
utländska, erfarenheter visar att öppna beläggningar i allmänhet
blir oftare hala och kräver mer salt.
Hur beskriva och mäta ytegenskaper?
Hur vi skall beskriva ytegenskaper är mycket beroende av vad
be-skrivningen skall tjäna för syfte. I detta sammanhang handlar det
om hur väganvändaren och dennes fordon påverkas. Innan vi kan
bestämma oss för hur vi skall uttrycka vägytans egenskaper måste
vi ha någorlunda klart för ossvilka uttryck som är relevanta.
Ta en sådan sak som texturen och dess inverkan på bränsleförbruk-ning. Räcker det med att uttrycka medeltexturdjupet eller behövervi en mera sofistikerad våglängdsuppdelning utifrån vilken vi kan bilda andra uttryck?
Olika uttryck kan behövas om vi är ute efter bränsleförbrukning,
buller eller däckslitage.
Spårprofilen kan relativt enkelt mätas upp över hela körfälts-bredden. Frågan är dock: Hur beskriver vi den på ett relevant
sätt?
_.M__
4?
Avsikten är här inte att göra en fullständig genomgång utan sna= rare ge några exempel och också peka på ett behov av mer kunskap° Det finns exempel på att man haft alltför bråttom att utveckla
mätfordon och begränsa mätvariablerna utan att vara klar över
vilka uppgifter man kommer att behövao
Hur kan vi påverka ytegenskaperna med olika åtgärder?
Väghållningsåtgärder avsedda att påverka ytegenskaper kan sättas in vid såväl byggande som underhåll. Dimensionering, val av mate-rial samt utförandeteknik är viktiga för den långsiktiga
utveck-lingen av t ex spår och ojämnheter. I BYA anvisar man till lagom
avpassad dimensionering av överbyggnaden med hänsyn till under-grund etc och trafiksituationen° Den tidsperiod dimensioneringen
avser (livslängden) är inte klart uttalad i BYA.
Vad gäller mer ytliga fenomen (i slitlagret) kan slitlager väljas
och sammansättas så att dubbslitaget hålls inom rimliga gränsero Stenmaterialvalet anses här viktigt.
Traditionell tät asfaltbetong har relativt slät textur som inte
varierar särskilt mycket. Inpressning av s k bituminiserad
chip-sten (BCS) i därtill avseddamassor kan dock öka skrovligheten.
Figur 9 Asfaltbetong med invältad sten.
20
Invältning av sten är en teknik som ofta används i samband med
gjutasfalt. Normal gjutasfalt har extremt slät textur.
Ytbehandlingar får, om man lyckas bra, i regel en mycket skrovlig textur. Inträffar blödning blir ytan slät, svart och bindemedels-rik. Skrovligheten kan väljas med hjälp av stenstorlek i pågru-set. I dubbel ytbehandling är det övre lagret finare än det und-re, 4-8 mm resp 12-16 mm vilket ger en finare textur.
Ytbehand-ling kan också förseglas med emulsionsslam (s k Slurry Seal).
Förutom Olika beläggningsâtgärder som utförs genom påläggning av nytt material kan ytan behandlas t ex genom fräsning och sågning.
Man har gendm åren utvecklat beläggningar med mycket speciella
egenskapero Exempel är t ex RUBIT som innehåller partiklar av
däckgummi och Verglimit som innehåller saltpartiklaro Båda
typ-erna karaktäriseras som halkhämmande. Ytegenskaper i snö och is-belagd situation är av betydelse men kanske skall detta behandlas
i annat sammanhang,
En av de bästa saker som hänt det senaste årtiondet vad gäller
beläggningstyper är den dränerande asfaltbetongen. Det finns
emellertid fortfarande frågetecken vad gäller hållbarheten och
vinteregenskapernao
PM-system för optimering av vägyteegenskaper
För att möjliggöra en optimering av vägyteegenskaper fordras
in-gående kunskaper dels om olika åtgärders effekt på
vägyteegen-skaperna dels dessas effekt på väganvändare och andra kring vägen
boenden
I ett PM-system finns modeller som bl a skall möjliggöra en
prog-nosering av väg(yte)tillståndet, egenskap för egenskap eller i
form av ett sammanvägt index. (Egenskap för egenskap är att
före-dra = jfr t ex PSI-värdet framtaget vid AASHO-försöket 1958-60
sam är ett "tveksamt" mått på tjänligheten starkt dominerat av
längsjåmnheten.)
/ÅASHU
PSbváde
(i ' 05%
.Gå [ I T Tf
M _ Kceffiç'xentLänasled bestämd met; kvackelerade resp 'Vår :såg-:gul:
CHLOE - mätaren Lasacje ytor..
; Y / w.)
kg .J
För asfbel.. \
\ \ a
\_
PSI = 5.03 -mw Loa (1+SV)-OQ01\/C ...p _1_s<ö RD
Vägjtahs mnhct 1Figur 10 AASHO's PSI-formel
Här har man dessutom blandat "äpplen och päron" och försökt i ett index beskriva såväl trafikantupplevelser - komforten - som
väg-tillståndet. PSI-värdet används ofta som kriterium för en åtgärd.
Intresset för PM-system är starkt ökande. Få bra system existerar
varför utvecklingsarbete pågår. Så även i Sverige. För att kunna
bygga ett bra system.med bra modeller behöver vi kunskap. Kunskap
som. vi får fram genom forskning. Detta område må väl framstå som ett av de viktigare att satsa på!
22
TOVE - TRAFIKSÅKERHET OCH VÃGYTANS EGENSKAPER
Resultat från ett pågående samnordiskt projekt
Rein Schandersson
VTI
I Norden har flera undersökningar gjorts, där man försökt klarm
lägga sambanden mellan belagda vägytors tillstånd och risken för
trafikolyckor. Man har lyckats påvisa att beläggningstypen har betydelse för trafiksäkerheten, medan kunskapen om slitagets
(främst spår) betydelse är mer osäker.
Syftet med tillståndsanalysen i TOVE-projektet var att försöka påvisa skillnader i olycksrisk för beläggningsytor som slitits
ned olika mycket. Slitaget (främst spår) kunde bestämmas med
hjälp av de mätningar med objektiva mätmetoder, som regelbundet
görs i flera nordiska länder.
De preliminära resultaten tyder på att risken för trafikolyckor -totalt sett - är lägst på mer slitna beläggningar. Detta styrker
en del äldre finska resultat. Resultaten visar också att
* denna skillnad i olyckskvot finns framför allt vid uppehålls-väder eller måttlig nederbörd,
* vid stora nederbördsmängder (över 10 mm på ett dygn) är
olyckskvoten något högre på vägar med dåliga vägytor.
I Sverige gjordes klassningen i bra respektive dåligt vägytetill-stånd på basis av RST-mätningar. För bra tillvägytetill-stånd var medelspår-djupet 4,54 mm och medelvärdet för ojämnheter 4,0. För dåligt
tillstånd var motsvarande värden 10,0 mm respektive 4,5.
Inom åldersanalysen i TOVE-projektet undersöktes hur beläggning-ens ålder påverkar trafiksäkerheten. Tiden mellan två belägg-ningsåtgärder delades i 2 lika långa tidsperioder. Olyckskvoten
jämfördes för dessa periodero
De preliminära resultaten för massabeläggningar visar:
* I mellersta och södra Sverige ökar olyckskvoten när beläggningen
blir äldre. I norra Sverige minskar kvoten något.
* I Norge ökar olyckskvoten med ökande beläggningsålder, i Finland
minskar olyckskvoten och i Danmark är den oförändrade
* Andelen olyckor i uppehållsväder minskar något i Finland och Sverige men är oförändrad i Danmark när beläggningen åldras,
* Olyckskvoten under dagar med mer än 10 mm nederbörd ökar i Sverige
och Finland när beläggningen åldras. För Norge är sambandet svår-= tolkat och för Danmark är det inte angivet°
För ytbehandlingar finns data bara från Sverige och Danmark:
* I Danmark Ökar olyckskvoten när beläggningen åldraso
* I Sverige finns en svag tendens till samma fenomen.
24
HASTIGHET OCH VÄGYTETILLSTÅND
Gudrun Öberg
VTI
I Sverige har samband mellan vägyta och fordonshastigheter studew
rats i några olika projekto När grusvägar belagts med YlG har personbilarnas medianhastighet ökat med cirka 4 bm/h. Effekten av
vägens ökade bredd var nästan dubbelt så stor som effekten av
minskad ojämnhet. Vid ombeläggning av mindre och större vägar erhölls i båda fallen en signifikant ökning av medianhastigheten med 1,4 km/h. Ingen hastighets- eller ojämnhetsskillnad erhölls
mellan ytbehandling och massabeläggning.
En brittisk studie visar på en ökning av medelhastigheten med 2-2,5 km/h vid ombeläggning° Texturen verkade inte påverka
hastigheten.
En kanadensisk studie sammanfattar sina resultat i en
regres-sionsekvation som, skulle ge en maximal hastighetsskillnad på 9 km/h beroende på variationer i ojämnhet.
I en nyligen genomförd nordisk studie, TOVE-projektet, erhölls följande resultat vid ombeläggning
Hastighetsförändring (hm/h)
från före till efter ombeläggning
Medel-
85-per-värde centil
Finland + 002 - 0.2
Norge - 0.5 - 0.8
Sverige + 1.7 + 3.2
En hypotes för att effekten är olika i olika länder är att det är
olika former av slitage i de olika.ländernao I Norge är det i huvudsak spår och det är det troligtvis i Finland också även om slitaget är litet. I Sverige har mätningarna inte visat på att vägarna var speciellt ojämna före omläggningen. De norska vägarna (mätpunkterna) är så hårt trafikerade och har hastighetsgränsen 80 km/h så det är troligt att det är mer avgörande för hastig-hetsnivån än ojämnheter/spår.
Enligt tidigare framtagna samband om.hur olycksriskerna förändras om hastigheterna höjs eller sänks skulle den hastighetsförändring som erhållits i Sverige bara förklara cirka 1/3 av förändringen i olycksrisk. Följdfrågan blir då: Vilka andra förändringar vidtar trafikanten som påverkar olycksrisken?
26
BETRÃFFANDE BRÄNSLEFÖRBRUKNING SE DOKUMENTATION FÖR DEN 17
NOVEMBER
SLITAGE OCH FRIKTION
Elisabeth Samuelsson VTI
Då ett däck rullar på en väg fås friktionskrafter mellan däck och väg och dessa orsakar i sin tur slitage på däck och väg° Slitaget ökar då däcket drivs, bromsas eller vid kurvtagningo
1. TILLÄMPNING PÅ FORDON MED GUMMIHJUL
.. , mo
Fordonets rorelseenergi E = 2 m = Fordonets massa
v =Fordonets hastighet
Då bilen skall bromsas till stillastående måste rörelseenergin om-vandlas till bromsarbete.
. 2
Bromsarbetet = F e 3 = m 2 V
F = Friktionskraften 3 = Bromssträckan V2'm
9 = Tyngdacceleration F = FriktionstaletSammansättning av ekvationerna ger
F = f 0 N = f - m v g
2. SIDOSTABILITET
För att fordonet inte skall glida i sidled krävs
v2 _ N - V2
g.R
Där R = Vägens krökningsradie
Att: f >
3. SLITAGEHASTIGHETEN R = K ° Fn
n varierar mellan 2 och 3,5 beroende på underlag §lät mikrotextur ger ökat n
Okad makrotextur ger ökning av friktionskraften K
F KonstantFriktionskraften varierar med körsituation
28
Om hänsyn enbart tas till kurvtagning och n - 2 fås att: Slitaget är proportionellt mot:
w Kvadraten på fordonets tyngd
- Fordonets hastighet upphöjt till fyra m Kvadraten på inverterade kurvradien
Slitaget på däcket blir större vid kurvtagning än vid bromsning och acceleration även om friktionskraften är densammao Detta beror på att däcken är vekare i sidledo
4° FAKTORER SOM INVERKAR PÅ KRAFTER MELLAN DÄCK OCH VÄGBANA 4 .1 HJULBEROENDE FAKTORER
(Med hjul nedan menas däck + fälg)
Belastning på hjulet Lufttrycket i däcket Storleken på hjulet Hjulets konstruktion I Däckets mönster i Materialsammansättning i hjulet
kemiska, termiska och dynamiska egenskaper
402 EGENSKAPER SOM INVERKAR HOS SMÖRJMEDEL (T EX VATTEN)
m viskositet
Ytspänning Filmdjup
Temperatur
Föroreningar
403 EGENSKAPER HOS VÄGYTAN SOM INVERKAR Vägytans textur
mikrotextur, makrotextur
w Vägytans motståndskraft mot slitage från trafiken Väderförhållanden på platsen
Temperatur
Termiska egenskaper
4.4 EGENSKAPER HOS TRAFIKSITUATIONEN SOM INVERKAR
Trafikintensitet
Hastighet
- Bromsning, optimalt slip eller låst hjul
Vägens utförande
lutning, rakhet och yta °Fordonets egenskaper
VTI MEDDELANDE 598 iyp ts of Aup dr ül uü 0 . -. . -. a _ . . . -. . . . . n . c . . n a . . . _ . . -. . . . . . . -n. . _ I ñ -. . . . . . _ -m p . . _ -4 -0 -Q -_ -I O -0 0 . -. -. -. l -o -Q -. . . . -_ -. . . . . n uo . -. . -. . _ . . . -. _ -. u-. . -. . . . -. . u-.. . - u-ua -. . n . -. -. . . . . _ . . . . . . . . . . . . . _ . . Mul luul ixñJ kul l hun iyr w: ih :t Li Iu] Sug qi iuu' Hu: gp :L 'i uS L Ng . ?: un ' An nul i. : S yS L m n Luzl t 31 mm ! , U H c 4 Sl ip 1 Ma x _ . . . 1 -. . _ . _ . . _ . . . . _ . _ . . -_ . . _ . -. .. -_ .. .. . .-.. _. .-.. -.. .. .. . -. .. -. -. . .. .. .. .G .. .. -. . .. .. .. . .. .. . .. .. .. .-. .. -.. .. .. -. w -. -. .--. .. .. . .. -. .. .. -. .. .. .. .. .-.. .. -. .. .-.. .0 .. . .. -. .. . ... . n . -. .. . .. .0 .. . -. -. u. .. .. .. . .. .. .. .. -. .. _. .. .. .. . .. .. .--. '1( :S L /\; igi i|* ;l L1 25 (:( lll l\i ,i' )' a . .. -. . 4 p . . . . . -0 SC RI H uu V SV C n ;uf ' 3 . 0 0 x2 0 U r uvi t y Fud HU M LL d. Hr iS Ln l " 7 0 , uuu 5 0 -i U U k m / h ln 0 . 0 -0 . g . . . . -. . . . . _ -_ i . vu-* u -. . . - uu-o . . . . m -ø 1 . I . u-a a m øü - uø -n vu -. . -. . . . . . . . . -. -. . -. 0 -u -. . -. -. . . . _ _ . . . . . . -. _ -. g - .-. -_ . . . . -. -_ -. . -. n -. _ . . . . -. . _ _ -. . . 4 . _ 2-NU U tür UK i -S FC -iüo in c iüxd xö P i y: um _ ' 5 0 p n r ul c ML A vi n L i o n Lt d, M ui d un h uüd U 50 0 i U O m i i u/ h 30 0 _ p c -. . . 0 . -_ . _ . u-. . . a -. . . -. . -c øo o -_ . < _ . -o -. ø _ _ . . .. . Q -_ . -. -_ . _ - »-. -I n -. . . g -e . . _ --. . . . _ . . . -. . _ . o -. -. . -. . -. -. -. . _ . . . -_ . . _ _ _ . -. -3 Sa ab Fr iC Li Cn Te st er Swe de n V MF C Ib ! -4°0 0xu Cun st nn t Sa ab -S ca ni a, 5wc dc n 25 ,0 00 IO Um ii ü/ h /U Fi nw ' SammanställIll ÅS T H TD i-li ( 1 50 1. ] tC 'S C L' il il i ,° S Å 11 0 .0 00 A 'I Um i :i l/ I; 'I VC iI iC iI : 4 Sk id Hc si SL AH cc Tus tur -A ST M2 ?4 US ^ T F C Lo cked -. -. o . -. . . -_ . _ . . . _ . . . . _ _ _ h -. _ _ . _ . 5 Po rt ab le Sk id ic s. Te xt er UK -SR V -Si id br nY J Hd W-Fo Sl ün iüy. LU HG UH 3. 00 0 9r l/ 5 '2 50 -_ -. -. u -. -n u-a a -o . . . . -. 0 -. -q -. -. a . . -_ o n -um . . n a t ur -a .. S St ra do ur avh Fr an ce V SF C & 15 1 u-IS O PI AR C Cun sL an L Tc åt Co ns tr ut t Lt d. 42 ,0 00 iQ OL m/ ü 6 F C iüü-lü Fi uu Ai tr in ch üul l __ _ "_ _. 7 St Ut tg ur tc r Rc ib un gm us sc r Ge rm an y V UF C Bo th -Ph uün ix Co nt ro ll ed de nd cs mi ni st er ium . 10 0 90 0 io ok m/ h 5 64 0-13 nc hn Ge rm an y . . om -a Ko ruxi cs -i 30 . U U UF Y T . UF C Lo ck ed -Al CP R-Ta wi ng in st . Tr an s. Sc iuuc us , 10 0, 00 0' iJ Ok m/ h : i cn rs izc Vuh ic ic Uud up us t . . . u-c -_ . -_ _ -s _ -. 0 9 tur ne ri ng Ur nk in g Tr ai le r ' US A SF C & üut h ;2 0° Ca r Typ e To wi ng -UF C * Vuh ic lc w_ _ __ ___ __i __ __ _ _u_ !1L . *wh il e Tyr a Tr ac ti on Dvn . US A sr ca nr c 0 th :2 50 Ha r Typ e Cun Lr ui lc d ._ 10 0, 00 0 70 mi ic /h -n. . -. . . a . . . . . n -_ . . . -. . -o -. . . . . . -> UF C 17 1 ' T r c i i uh o r g Tuwi u i n c un L uc h C0 AU , c h d un i 7 . 0 0 0 G O k m / h 25 0 _ 4. 00 '3 /4 Vuh ic lc n ' Ii J: Sk il hi Ui HC Lun ' li v-32 ' Svu: zh :l i v HI 7C (i -ül )1 " Ci lr 'i yg ic ' C. ), .5 |; u. .t S\ qd (i i$ il låui ld Et :$ t: az' cl i h n( )k au/ I| -F iO iV ii is (i [t il ü -u Ii Sk id dn mut ur HV -i i Swud un 2 Co hi rt Tr ai le r Pn iün d i F C _ ch kc d_ . ' ' -_ " n -. -. . -. o -_ . _ -. -. vw. . . »q v-. -. . . -o ua . -. . _ -. . . -a . o -. en -. . . . . . -. . . 0 . . -o -. -. -n . . . n u . . . . . -. . . . -. -o . -. . . . u -_ a u-. . . . -n n u_ n u. . -00 .. . . . . . . . . . . . . . -_ -u. . . . . . . . . . . -. u. .-. . . . . . . . . . - u-. . . A . . . . . -0 . . . . . . . . . a i] St up ui gu Hi s C a r -A S T N / E 4 4 5 -_ E äA ñuui a x SD N A l l L o c k c d A S T M E5 0] S c p ür üt u _ ÄV_ _ q U M E l C / h _ ll a Di ng r ak ad Vc h-AS iH /[ Sn j US A .i v _§n N iwu Luc ku( _-i A5 1 Eg o] Suua ra lu _ _ 40 mi lu/ h _ Dud iO p Lt d. üi rm in gh üm x 7, 50 0 60 mi ic /h 1 b Dun iQ üo Kur nur in q Fo rc e Tr ai le r. UK *_ SF C -M KB Dun ln p 2, 25 -n Sup ür ht c Hun in p Lt d, Bi rm iH QH Am -U, UO U ÖU mi iu/ h ] Id Dun ln p Ro ad Hui di qg Tr üi ic v UK T UF C Lo ck ed " un io n 2. 25 -3 äup ür ül c . _ 0 . u..-. . -. -_ a _ -. . -_ 0 4 -s -. -. . . . 4 -. u -_ -. . u-. . . . . . _ _ . . . _ -. . . . .. _ -. -. -. -N -. -6 Pe nn St üE Ed RO ÖU FriC Li un Tc st ur 5 A -ø a _ . n o F C Lo ck ed -AS TM E5 0] Cun tr ul iud -5 ' -?üui ic /h -»a m c _ øc w1 4 D -Åm * áän n o l é . . 0 4 . . -. . . . . .. .u. .. . .5.: _ . . . _ _ .. . _ . -. . . -_ . . 4 . . . _ . . -. »s -. -_ -. -. . . . _ _ . _ -. _ _ _ _ _ _ . '/ U mur quü LF C :n gçg u_ nr c Luc kud u _W _1 65 xj nu Sup dr at u -id Uk m/ h 4
... -. . . m . -. -. . -. . -I . . _ . -. . _ . . -. -. _ q -. . . _ _ _ _ _ _ . _ . 4 W -. . . _ -c . . . . . . . -1 _ .-u. -. -. . _ u n V = Vuh ic lc SFC -Si de Fo rc e Cn cf fi Cl un t | = Tr ai le r UFC -Hr ük u Fur cu Cuui fi ci nn i * = In cl ud es iuwi ng Ve hi cl u SR V -Sk id Re sist an ce Va lue SD N -St op pi ng Hi slnn cu Num hc r 30
VÅGHÅLLNINGSÅTGÃRDER - YTEGENSKAPER - TRAFIKANTEFFEKTER
Ytegenskaper - Fordonsslitage
Georg Magnusson
VTI
Väg- och trafikinstitutet har på uppdrag av Nordiska Minister=
rådet genom Nordiska Ämbetsmannakommittén för Transportfrågor
(NÄT) genomfört en litteraturstudie syftande till att
samman-ställa befintligt kunnande om sambandet mellan vägojämnheter och fordonsslitage samt att sammanställa befintliga matematiska
mo-deller för beskrivande av detta samband.
Arbetet har lett fram till en på enkel hållfasthetsteori grundad
formel för beräkning av en fordonskomponents förslitning som
funktion av effektivvärdet för den av vägojämnheten beroende
hjullasten. Formeln innehåller en konstant vars värde kan uppe
skattas med hjälp av statistik över trafikflödets fördelning på
vägar av olika jämnhetsklass samt en exponent som interbmistiskt
föreslås ansättas = 6. Under vissa, i rapporten inte närmare
ut-redda, förutsättningar kan emellertid denna exponent bestämmas
med utnyttjande av s k utmattningsindikatorer.
Fyra fordonskostnadsstudier som. genomförts i Kenya, Karibien, Indien och Brasilien har penetrerats. Det har därvid visat sig
att den brasilianska studien är den som närmast, om än med mycket
stor försiktighet, torde vara tillämpbar på nordiska
förhållan-den. Detta gäller dock endast sambandens derivata i det för nord-iska förhållanden intressanta vägojämnhetsomrâdet l-3,5 m/kmu
Sambanden kan dock inte, utan närmare utredning av kostnadsrela-tionerna mellan Brasilien och de nordiska länderna, utnyttjas för beräkning av reservdelskostnader i absoluta tal.
32
NÅGRA GRUNDFRÅGOR KRING BESTÄMNINGSFAKTORERNA FÖR VÄGFORDONS KAPITALKOSTNADER
Jan Owen Jansson
VTI
När kostnaderna för fordonens drift och underhåll har
diskute-rats, återstår att ta upp till behandling kostnaderna för själva
fordonen° Vad representeras denna kostnad lämpligen av?
Avskriv-ning och ränta" tänker nog den som har insikter i kostnadsredo-visning på i första hand. Enligt min åsikt är det dock en något vilseledande utgångspunkt. Det gäller i stället att direkt
foku-sera analysen på fordonens livslängd och dess
bestämningsfakto-rer. För att klargöra denna ståndpunkt behöver vissa begrepp
re-das ut.
Fördelning av investeringsutgifter
Kapitalföremål är fysiskt odelbara. Vore det så att de förslits i
takt med deras produktion av varor eller tjänster, vore
fördel-ningen av investeringsutgiften fullt möjlig och meningsfulla Så-dana exempel finns. Vägfordon är inga typexempel, men ligger an-tagligen inte så långt därifrån. Detta är en viktig
forsknings-fråga, som jag återkommer till. I de flesta fall är det dock tid-ens tand (t ex pga korrosion), och/eller obsolostid-ens (t ex pga nya fordonsmodeller) som bestämmer kapitalföremåls ekonomiska liv. Då
är det svårt eller omöjligt att på ett meningsfullt sätt fördela
investeringskostnaderna på produktenheter, t ex fordonskm när det gäller transportmedel.
I dessa liksmm övriga fall är det gängse att som ett mellansteg
åtminstone fördela investeringsutgifter för ett långlivat kapi-talföremål på är. Det är ju nödvändigt för att utföra årliga
vinst- och förlustberäkningar, men alla de fördelningsmetoder som
tillämpas är teoretiskt sett egentligen helt godtyckliga. Man kan skilja på fördelningsmetoder som har bisyften, eller inte alls syftar till att beräkna rättvisande årskostnader, och fördel-ningsmetoder som har det syftet. Till den förra kategorin hör
o orealistiskt stora avskrivningar i skatteplaneringssyfte
o fondering av medel för framtida investeringar utöver vad som krävs för återanskaffning av kapitalföremålet ifråga
o amortering och räntebetalning på det lån man tog för att fi-nansiera investeringsutgiften
Till den senare kategorin hör dessa de två vanligaste metoderna°
IU t
(1) Avskrivning + ränta: + rIU
1--L L
där IU är investeringsutgiften, L är livslängden, r är räntesatsen och t är antalet år efter investeringsåret
(2) Annuitetsmetoden, som fördelar investeringsutgiften under livstiden
med lika belopp per år:
L r(1+r) I r IU o z IU + _-L L 2 (1+r) - 1 Värdeminskning
Av ovanstående framgår att den relevanta storheten, när det gäl-ler att undersöka hur kapitalkostnaden påverkas av olika yttre faktorer, är kapitalföremålets livslängd.
I fordonskostnadsmodellen som VTI och VV använder är det i
stål-let "värdeminskningen" (plus ränta) som.representerar
kapital-kostnaden, och man försöker fastställa hur olika yttre faktorer
påverkar värdeminskningen. Det kan tyckas vara en mer direkt
me-tod än att gå via livslängden till kapitalkostnaden. Det måste dock slås fast att värdeminskning + ränta är i allmänhet skild från kapitalkostnaden. Värdeminskningen beror direkt på såväl o efterfrågeförhållanden
som andra kostnader, framför allt o driftkostnader
o rep- och underhållskostnader
34
Värdeminskningen som sker ett visst är representerar delvis en diskontering av kommande års driftkostnadsförändringar. För att undvika överlappning och dubbelräkning är det klokt att hålla sig till kapitalkostnaden°
Livslängden - tid eller mil?
Problemen med vägfordons livslängd som studieobjekt är dels att
den är lång - det tar mycket lång tid och fordonet har ofta
hun-nit byta ägare en eller flera gånger, innan frågan, hur t ex
oli-ka vägegensoli-kaper påveroli-kar livslängden skulle kunna besvaras, och
dels att den varierar mycket starkt för fordon av samma typ, som
framförts på i stort sett samma vägar. Det senare förhållandet beror förmodligen i första hand på att den årliga körsträckan varierar starkt mellan individuella bilar. En allmän tro är ju att körsträckan har betydelse för livslängden. Frågan är: Hur
stor betydelse? Trots att det är ett fundamentalt samband för
bilekonomi, har man dålig kunskap om hur livslängden uttryckt i år och livslängden i kilometer hänger ihop.
=a L = a o S L = livslängd i år 3 = årlig körsträcka LS = livslängd i kilometer a, a är konstanter.
Åsikterna går starkt isär beträffande ovanstående samband. Å ena
sidan finns de som hävdar att körsträckan är helt avgörande, dvs
att a är nära ett, och å andra sidan finns åsikten att med
led-ning av bl a värdeminskningens starka tidsberoende, a är nära
noll, eller åtminstone mindre än %.
Det är viktigt att slita denna tvist, och erhålla ett empiriskt
välgrundat samband mellan L och S. Lämpliga empiriska studie-objekt är fordon som används relativt intensivt dvs, taxi, bussar och tyngre lastbilar. Idealet vore att i ett forskningsprojekt följa ett visst antal fordon av dessa kategorier från födelse till död. Det ställer stora men inte orbmliga krav på tålamod hos finansiärer såväl som forskare. Det är viktigt att följa varje
fordon i urvalet i viss detalj, inte bara för att registrera den
årliga körsträckan, utan också för att notera vilka reparations-och underhållsåtgärder som sätts in. Praktiskt taget alla delar i
ett fordon kan bytas ut. Är det först när karossen rostat sönder
som livet är slut, eller är det ekonomiskt att skrota fordon på
tidigare stadier?
Det förefaller för tidigt att fundera över hur olika vägegenska=
per påverkar fordons kapitalkostnader, innan man har grepp om de
ovan ställda frågorna beträffande livslängden, den årliga kör-sträckan, och reparations- och underhållsåtgärder,
36
VETO - Ett datorprogram för beräkning av transportkostnader som
funktion av vägstandard
Ulf Hammarström
VTI
Stora forskningsresurser har under senare år satsats på att ut=
veckla modeller för beskrivning av samband mellan transportkost=
nader och vägytans egenskaper. Utförda studier har huvudsakligen haft statistisk karaktär. Eftersom de relativa kostnadsföränd-ringarna, vid förändring av vägytan, i allmänhet är förhållande-vis små är risken stor att de försvinner i den statistiska osäk-erheten. Ytterligare problem.med statistiska modeller är att an-vändbarheten begränsas till några enstaka miljöer. Ett alternativ till statistiska modeller är fysikaliskt utformade modellera
Beräkningsmodellerna i VETO har givits en fysikalisk utformning vilket medför stor frihet i att utföra beräkningar avseende olika egenskaper hos vägytan, olika väggeometri, hastighetsbegräns-ningar, fordonstyper och körbeteenden.
Fordonskostnader beräknas i form av bränsleförbrukning, däcksli-tage, reparationskostnader och kapitalkostnader.
Reparationskostnaderna omfattar följande delkostnader:
o bromsslitage
o reparationskostnad som funktion av längsgående vägojämnheter
o övriga reparationskostnader.
Kapitalkostnaderna omfattar Värdeminskning för fordon respektive
räntekostnader för fordon och transporterat gods. Värdeminskning
utgörs av två delar, en del som funktion av körsträcka och en del som funktion av tid°
Utöver direkta fordonskostnadsrutiner ingår rutiner för beräkning av indirekta mått för slitage av transporterat gods respektive för vägnedbrytning. Vägnedbrytning uttrycks i form av antal N10-ekvivalenter.
För beskrivning av vägmiljöer och för möjlighet till resultatjämm
förelse mellan olika vägmiljöer beräknas följande:
0 ett statistiskt mått för den horisontella linjeföringen 0 ett statistiskt mått för den vertikala linjeföringen
o IRI-mått och bumpmetervärde för av användare inmatade
ojämn-hetsprofiler.
Grundprincipen för modellutformningen har varit att beräkningar skall utföras i tre steg enligt följande:
0 krafter
o kostnad i fonm av förbrukning och förslitning
o kostnad uttryckt i monetära storheter.
För beskrivning av krafter används två modeller, en basmodell och
en modell för krafttillskott som funktion av längsgående
vågo-jämnheter. Integrerade resultat från ojämnhetsmodellen införs i basmodellen som i princip skall ge en totalbild.
Vägytan kan i programmet beskrivas m a p följande:
0 längsgående ojämnheter. Programmet arbetar med en exakt
profil-beskrivning. Användaren kan välja mellan att själv ge en exakt profil eller ett indirekt mått - komfortmått eller
bumpmeter-värde - vilket av programmet används för val bland lagrade
ojämnhetsprofiler
o makrotextur ges indirekt i form av slitlagertyp och ålder. Internt i VETO uttrycks makrotexturer i form av texturdjup,
sandpatch
o mikrotextur ges indirekt i form av slitlagrets ålder
o väglag beskrivs i form av vatten- eller snödjup.
Vad som inte direkt kan beskrivas är spårdjup. Användaren får i stället laborera med makro- respektive mikrotextur, sidolutning,
radien för fordonets körspâr, vattendjup m m för att uppskatta
spårbildningens effekt på fordonskostnader.
38
Vägmiljön i övrigt beskrivs i form av följande:
0
vägbredd
vägens lutning i längsled
0
o körbanans lutning i sidled
radiens storlek i horisontalkurvor
O
O hastighetsbegränsning.
På samma sätt som för vägytan kan man välja mellan att ge en egen
detaljerad beskrivning av linjeföring eller att ge ett indirekt mått. Det indirekta måttet utgörs av vägbredd och hastighetsw gräns. En typisk linjeföring väljs som följd av given bredd och
hastighetsgräns.
Internt i datorprogrammet används en förhållandevis detaljerad
beskrivning av fordon. Programmet arbetar med fordonsekipage som
utgörs av enbart bil eller alternativt bil med släp. Följande kategorier av fordonsdata ingår i beräkningarna:
o hastighetsreglerande system d v 3 motor, kraftöverföring och
bromssystem
o massor, längdmått ochtröghetsmoment
o dämp- och fjäderkaraktäristik för däck, fjädrar och stötdämpare 0 övrigt i form av nypris, fordonsålder, ackumulerad körsträcka
mm,
Standardiserad data finns förlagrad avseende tre fordonstyper: personbil, lastbil med släp och buss. Lastbilen kan köras med eller utan släp. Fordonen kan delvis modifieras genom egen in-databeskrivning.
Körbeteendet bestäms av följande data:
o hastighetsanspråk som funktion av bl a fordonstyp, vägbredd,
hastighetsbegränsning, horisontalradie, slitlager och väglag o retardationsnivå som funktion av hastighet
o växlingsförfarande o gaspådrag.
Programanvändaren kan justera samtliga beteendedatao
De längsgående vägojämnheterna påverkar
fordonskostnadsberäk-ningarna enligt följande:
0 de vertikala rörelserna i ett fordon ger upphov till ett
dämp-arbete i däck, stötdämpare och vissa typerav fjädrar. Ett
tillkommande motstånd beräknas som kvoten mellan dämparbete och
körd sträckan Bränsleförbrukning och däckslitage är funktioner
av det totala motståndet.
o avdrift och slip ökar med ökande grad av vägojämnhet. Bränsle-förbrukning och däckslitage ökar då avdrift och Slip ökar.
o förslitningen av fordonskomponenter är en funktion av
påkän-ningar. Komponentpâkänningar är linjärt beroende av hjullast.
Förslitningen eller kostnaden för att reparera komponenter
för-slitna som funktion av vägojämnheter uttrycks på två sätt, an-tingen som funktion av RNB-värdet av hjullastens dynamiska
tillskott med viss exponent eller som funktion av enbart ett
ojämnhetsmåtto Det första alternativet ger en fysikalisk
be-skrivning. Den fysikaliskt beräknade förslitningen kan i
nu-läget inte uttryckas monetärt. Det andra alternativet ger
kost-nad i kronor och är ett statistiskt utvecklat samband taget ur d sk Brasilienstudieno Svagheten med det statistiska sambandet är att kostnad per fordonstyp endast kan beskrivas som funktion
av grad av ojämnhet d v 3 exempelvis ingen variation med
has-tighet. Om exponenten väljs till 6 i den fysikaliska modellen blir skillnaden i relativ förändring stor mellan den
fysika-liska och den statistiska modellen. Den fysikaliska modellen
ger i detta fall väsentligt större relativ ökning av
fordons-slitage med ökande grad av ojämnhet jämfört med den statistiska modellen.
Vägytans textur påverkar fordonskostnadsberäkningar enligt
följ-ande:
o rullmotståndet kan beräknas som funktion av makrotextur. Rull-motståndet påverkar i sin tur främst bränsleförbrukning och
däckslitage. '
o en avnötningskoefficient i en modell för däckslitageberäkning uttrycks som funktion av makro- och mikrotextur för vägytan.
40
Den delkostnad som i modellen ej direkt påverkas av vägytans bem skaffenhet är kapitalkostnad. Kapitalkostnad för ett fordon utm trycks i VETO bl a som funktion av försäljningspris för ej skrow tade bilar och skrotningssannolikhet. Försäljningspris och skrot ningssannolikhet uttrycks i sin tur somfunktion av ålder och körsträcka. Både försäljningspris och skrotningssannolikhet skul-le dessutom kunna uttryckas som funktion av vägojämnheto I den här redovisade VETO-versionen är kapitalkostnaderna oberoende av vägojämnheter. Endast om ojämnhet medför hastighetsreduktion ökar
kapitalkostnad för tunga fordon.
I målsättningen för VETO-projektet ingick att den framtagna mo-dellen så långt möjligt skulle vara validerad. En fullständig validering har endast kunnat utföras avseende delmodellen för
beräkning av krafter i personbil som funktion av längsgående
o-jämnheter. En god överensstämmelse erhölls mellan beräknade och
uppmätta värden. Försök har även gjorts att genom
bränslemätning-ar validera rutinen för bränsleberäkning. Det tillgängliga empi-riska materialet är begränsat till enbart två vägytor.
Överens-stämmelse mellan egna bränslemâtningar och beräknade värden
be-döms som acceptabel.
VÄGYTANS INFLYTANDE PÅ EXTERNT TRAFIKBULLER Ulf Sandberg
VTI
-Störningar på grund av fordonsbuller är inte en företeelse som är
begränsad till de senaste decennierna. Redan i Romarriket klagade
man på bullret på gatorna då kärror och dylikt rullade över sten-läggningarna. Från något senare tid kan nämnas att den första
förbränningsmotorbussen i Stockholm kom att alstra så mycket
bul-ler och vibrationer på de stenlagda innerstadsgatorna att den
snabbt blev känd i folkmun som.bullerbussen och t o m drogs in tämligen snart på grund av dessa störningar.
I dagsläget beräknas ca 3,2 milj människor i Sverige vara
expone-rade för minst 55 dB(A) ekvivalent ljudnivå (ett slags
dygnsmed-elvärde) utanför sina bostäder till följd av trafiken. 55 dB(A) anses i många sammanhang vara en gräns över vilken människor
störs i väsentlig omfattning av vägtrafikbuller. Även om inte
alla dessa känner sig störda torde det vara fler människor som
störs av trafikbuller i Sverige än som störs direkt av någon annan miljöeffekt. Det kan vara värt att minnas i ett läge där
massmedia och politiker endast uppmärksammar luft- och
vatten-föroreningar vad gäller miljöpåverkan av trafiken.
VTIs mätningar visar att vid fritt flytande trafik i ca 70 km/h påverkar valet av vågbelâggning trafikbullret lika.mycket som bullret påverkas av vilka enskildafordon som.kör förbi, d v 3 man kan påverka trafikbullret lika mycket genom.att laborera med vägytan som med fordonet/däcken.
Man förutsätter av "tradition" att ju högre makrotextur man har desto mer buller får man. Detta är sant endast delvis. Vid låga
frekvenser i bullret gäller detta men vid höga frekvenser gäller
faktiskt motsatsen. Eftersom .totalbullret sammansätts av både
låga och höga frekvenser blir relationen buller-texturdjup ganska komplicerad. Ofta får man ett optimum för en medelmåttig textur. Trafikbullrets beroende av texturen är dessutom en funktion av
fordonstyp och hastighet vilket ytterligare försvårar enkla
generaliseringar. VTI MEDDELANDE 598
42
I föredraget gavs exempl på hur trafikbullernivån beror av
vägbe-läggningeno T ex innebär en ny ytbehandling (Yl 12=16 e d) för
personbilar 2°3 dB(A) högre extern bullernivå än en slät asfalt-betong; en skillnad som sjunker något med slitaget på ytbehand-lingen men ej helt försvinner, För lastbilar har ytbehandytbehand-lingen
dock i vissa fall en något bullerreducerande effektc Varning ut
färdades bl a för att använda BCS-beläggning där
trafikbuller-störningar kan befaras, eftersom trafikbullret då kan öka någoto
En dränerande asfaltbetong har i nytillstånd ca 405 dB(A) lägre
bullernivå än en slät asfaltbetong; en skillnad som reduceras 0-2
dB(A) vid slutet av livslängden°
VTIs undersökningar av sambandet mellan friktion och buller på vägytor har inte kunnat påvisa något väsentligt sambando Det går
att förena kraven; i synnerhet om t ex dränasfalt används.
YTEGENSKAPER - VIBRATIONER Georg Magnusson
VTI
Den intressanta ytegenskapen är här givetvis vägojämnheten.
I ett fordon som färdas över en ojämn väg uppkommer vibrationer i olika riktningar varav de vertikala normalt är de dominerande. VTI har under årens lopp utfört vibrationsmätningar i ett flertal
fordonstyper och tagit fram accelerationsspektra för såväl
golv-sam sätesaccelerationer vid körning på vägar med olika grad av
jämnhet.
Mätningarna har visat att det alltid finns ett
accelerations-maximum. i frekvensområdet l-3,5 Hz, beroende på fordons- och
fjädringstyp, associerat till fordonets resonanssvängning på fjädrarna och ett annat accelerationsmaximum i frekvensområdet
10-15 Hz sammanhängande med hjulens resonanssvängning mellan
gummidäcket och vagnsfjädringen.
Om man jämför ett golvaccelerationsspektrum. med motsvarande
sätesaccelerationsspektrum finner man att i frekvensområdet upp
till ungefär 4 Hz, beroende på val av stol, har stolen ingen
dämpande verkan medan vid högre frekvenser en avsevärd dämpning
kan noteras.
Detta fenomen hänger samman med att stolen har en
resonansfrek-vens för vertikal excitation i området omkring 1,5-2,5 Hz.
Människans känslighet för vibrationer är emellertid olika för
olika frekvenser och människan kan i detta sammanhang betraktas
som. ett mekaniskt svängningssystem med ett flertal frihetsgrader
vilken kan illustreras med figuren på nästa sida.
För värdering av inverkan på människan av helkroppsvibrationer utnyttjas vanligen ISO Standard 2631 "Guide for the evaluation of human exposure to whole-body vibration".
44
'e
i 'l'{ .fram. .
rels
de
från ca 2 Hz till
3?TO,
tion)
r
2._ få:
:5.38
ln' ' »c leran <rr_ 'in l 0pa posn
20 Hz beroende
Benen
(var
Sittande person
perSon
ä
' . 1
Stånde
,wa 4 . i . 4 . . y. . Z . I 5 , . . . . v : vun n i t : Pp. .. ... . . I. . rv hi fi . c a l l ( V . VTI MEDDELANDE 598I princip tillämpas standarden så att de på förarsätet uppmätta
accelerationen filtreras genom speciella vägningsfilter som
äter-speglar de dominerande resonanserna för olika interna organ i
människans buk och som befunnits ha stor betydelse för nedsätt-ning av välbefinnande och prestationsförmâga°
Efter filtreringen beräknas signalens KMS-värde som sedan utnytt-jas som ett mått på accelerationens inverkan på människan. ISO 2631 anger sedan för de beräknade RMS-värdena maximalt tillåten exponeringstid för de olika kriterienivåerna.
I reviderad version av standarden, som.är under utarbetande, har
emellertid tidsberoendet hos komfortupplevelsen och
prestations-förmågan borttagits och prestationskriteriet dessutom.begränsats
till att gälla endast synskärpa och manipulativa uppgifter.
Orsaken härtill är att man anser att det finns föga vetenskapligt
stöd för det tidsberoende som den nuvarande standarden innehåller
liksom för den generella prestationsvärderingen.
Slutligen bör också påpekas att ISO 2631 avser vibrationer som håller sig någorlunda konstanta under den betraktade tidsrymden,
vilket kan vara upp till 24 h, även om en metod att summera
in-verkan av olika vibrationsnivåer under olika långa tider finns
beskriven i standarden.
Av större betydelse för komfortupplevelsen i landsvägsfordon
tor-de dock vara förekomsten av stötar uppkomna på grund av potthål,
järnvägsövergångar och liknande.
Metoder för värdering av inverkan på människan av sådana
kort-variga vibrationsförlopp är under utveckling men någon slutgiltig ställning till valet av metod har ännu inte tagits.
