Rezistenta la deraparea pe suprafata uda
Introducere
Acest capitol ia in considerare rezistenta la deraparea pe suprafata uda a materialelor bituminoase pentru autostrazi. Dar in primul rand ce este rezistenta la deraparea pe suprafata uda si de ce inginerii care proiecteaza autostrazi trebuie sa ia acest lucru in considerare? Masuratorile rezistentei la deraparea pe suprafata uda pe drum este urmata de luarea in considerare a metodei folosita pentru prezicerea acestei valori in laborator. Capitolul se inchieie cu detaliile cercetarilor pentru imbunatatirea prezicerile si masuratorile , inclusiv metoda de test PSV si identificarea stresurilor dinamice care apar in suprafata de contact in timp ce un cauciuc rulant trece peste o suprafata de drum.
Ce este rezistenta la deraparea pe suprafata uda?
Pentru utilizatorul tipic al drumului, ideea de rezistenta la deraparea pe suprafata uda este, normal, daca vehiculul se va opri urgent daca este necesar acest lucru? Poate un accident sa fie evitat sau vehiculul va derapa necontrolat intr-un alt vehicul in miscare? Utilizatorii drumului stiu de asemenea ca daca incearca sa franeze brusc pe o suprafata umeda ar putea acvaplana. Aceste concepte de baza trebuie luate in considerare cand este proiectata o suprafata pentru rezistenta la deraparea pe suprafata uda. Se poate reduce probabilitatea intamplarii unor accidente cauzate de derapari, in special cand suprafata este umeda?
Termenul rezistenta la derapare se refera la intinderea la care drumul contribuie la frecare si de obicei se refera la conditiile umede. Se masoara si prezice in diferite feluri. Toate testele implica glisarea unei forme de cauciuc peste o suprafata umdea si masurarea fortelor dezvoltate sub o sarcina cunoscuta. Rezistanta la frecare este folosita pentru a descrie aceste forte care rezista miscarii cand cele doua suprafete sunt in contact. Un coeficient de frecare se defineste ca fiind forta care se impotriveste miscarii impartit la sarcina verticala. Pentru o suprafata de drum, forta care se impotriveste miscarii este dezvoltata intre un cauciuc vehicul si suprafata de drum.
Asadar, pentru orice situatie data, cantitatea de frecare depinde de un compus de factori care intervin , inclusiv proprietatile cauciucului, proprietatile materialelor de pe suprafata de drum, si de prezenta contaminatorili si a lubricantilor, ca de exemplu, ulei sau apa, si abilitatea fie a cauciucului fie a suprafetei de drum de a elimina sau reduce efectele lor. Luam in considerare un tanar de 18 ani, care s-a urcat baut la volan intr-o masina sport, cu cauciucuri plate, conducand pe o suprafata neteda pe o ploaie intensa – statistic acesta este cea mai rea posibila combinatie si cea mai mare amenintare de viata.
Acest capitol se concentreaza in special la conditiile suprafetelor bituminoase si efectul lor asupra rezistentei la derapare a vehiculelor, acele conditii care pot fi controlate de catre inginerii care proiecteaza respectivele sosele, controlate prin alegerea materialelor optime si a mixului bituminos.
Motivul folosirii titlului de Rezistenta la deraparea pe suprafete umedeeste acela ca cele mai multe tipuri de suprafete bituminoase pot furniza un nivel adecvat de rezistenta la derapare pe o suprafata uscata. Sa comparam fenomenul de performanta de pastrare pe suprafata de rulare a unei masini de Formula 1 cu cauciucuri netede pe o suprafata neteda pe conditii de vreme uscata, cu performanta ei pe aceeasi suprafata dupa o ploaie neasteptata. In ultimul caz, actiunea de trecere a unui cauciuc neted peste o spurafata neteda va duce la formarea unei suprafete lubricante de apa intre drum si cauciuc care va duce la un risc mare de acvaplanare, marire suprafetei de franare, si un probabil accident.
Prezenta apei care actioneaza ca un lubrifiant intre suprafata de drum si cauciuc, si cum poate fi acest lucru controlat, este deci aspectul esential care trebuie luat in considerare pentru a intelege rezistenta la deraparea pe suprafete umede. Pentru a evita conditiile care cresc riscul de a avea loc un accident cauzat de deraparea pe suprafete umede , trebuie sa existe un proces fundamental care sa duca la reducerea peliculei de apa pana la rupere astfel incat cauciucul anvelopei sa intre in contact cu agregatul folosit la construirea suprafetei de drum. Acest concept este subiectul de interes in multe tari din lume. Ar putea fi descris ca fiind efectul total care inconjoara toti factorii controlabili implicati in rezistenta la deraparea pe suprafata uda, si anume anvelopa, suprafata de drum si agregatul. Dupa cum implica termenul, se ia in considerare diferite grade de textura implicate in inlaturarea sau reducerea peliculelor lubrificante de apa. Aceste lucruri sunt aratate in fig.1 si contine:1- o suprafata de autostrada, care permite transportarea apei de suprafata si care sunt rezistente la deformatii permanente care ar putea duce la ape statatoare in urmele rotilor.2. o urma adecvata pe anvelopa masinii pentru a inlatura apa in exces, in particular la viteze mari, si unde suprafata de drum are o macrotextura slaba. 3. o urma adecvata de sau textura suprafetei de drum pentru a reduce excesul de apa, cunoscuta ca adancimea texturii, este de fapt acelasi lucru ca si adancimea urmii de pe anvelopa masinii. Si 4, folosirea agregatului cu o spurafata microscopica sau o micro-textura care va trece prin pelicula de apa care se dezvolta intre materialul suprafetei de drum si anvelopa.
3 De ce trebuie inginerii sa ia in considerare rezistenta la suprafata umeda?
Cand un inginer proiecteaza, constuieste sau intretine un drum trebuie sa garanteze ca va rezulta o spurafata sigura, economica si durabila. Acesta este un echilibru dificil intre trei factori conflicutali. Totusi, nu are nici un rost sa furnizezi o suprfata de drum ieftina care dureaza o vesnicie daca se dovedeste a fi un rezultat inacceptabil pentru consumatori. In termeni de suferinte umane, de-a lungul anilor au murit 150 de oameni si 13294 au fost raniti in accidente rutiere in Irlanda de Nord intre anii 1998 si 1999. In termeni financiari aceste accidente au avut un cost de 452 000 000 £. Aceste cifre inica clar necesitatea unei retele de drumuri sigure realizabile prin imbunatatiri continue prin proframe de preformanta a sigurantei.
Fenomenul de rezistenta la deraparea pe suprafeta uda a fost studiat in Marea Britanie timp de aproape 100 de ani. Rezultatele acestor studii au fost rezumate si arata dezvoltarea suprafeselor de drum si a totalului standardelor rezistentei la deraparea pe suprefete umede. Datele ce descriu razistenta la deraparea pe suprafete umede, textura suprafetei de drum, si accidentele au fost corelate pentru a arata relatia stransa intre acesti factori.
Aceste studii au avut intentia de a preveni sau reduce accidentele grave prin identificarea identificarea acelor sectiuni sau locatii din reteaua de drumuri care au o rezistenta la deraparea pe suprafete umede slaba sau in deteriorare. Datele colectate au format baza programelor de management al materialelor de pavare care includ activitati de intretinere si reabiltare , evaluarea tipurilor de materialele folosite si metodele de constructie.
Un sumar al tipurilor actuale de suprafete este dat la referinta 4. Tabelul 1 arata cerintele din Marea Britanie pentru suprafetele de drum nou construite. Se observa ca diferitlor locatii din reteaua de drumuri le-au fost date anumite categorii si definitii si ca acestea sunt apoi sunt impartite in categorii bazate pe numarul mediu de masini comreciale care folosesc acel drum. Pentru tipul de agregat folosit se defineste o valoare minima o polisarii rocii (PSV) care depinde de loc si conditiile de trafic. In final, in timp ce suprafata de drum pierde din rezistenta la deraparea pe suprafeta umeda, in timp ce este folosita, sunt date anumite limite de fiecare data cand ajung la valori inacceptabile.
Exista zone unde inginerii si cercetatorii au dezvoltat , intelegand riscul producerii unor accidente in relatia cu viteza si volumul de trafic, miscari de cotire si oprire si geometrii de drum. Statisticile accidentelor si masuratorile suprafetelor de drum au aratat ca riscul de a se produce accidente creste o data cu scaderea rezistentei la deraparea pe suprafete umede, cauza predominanta a producerii accidentelor fiind deraparea pe conditii meteo umede, textura slaba si viteze mari.
4. Dezvoltarea de metode pentru a masura resiztenta la deraparea pe suprafete umede
Primele masuratori s-au concentrat pe metode de masurare a spurafetei de drum si in Marea Britanie au dus la descoperirea Masini de Investigare a Coeficientului de rutina a fortei oblice – Sidewax Force Coefficient Routine Investigation Machine (SCRIM). Aceasa a fost introdusa la inceputul anilor 1970 pentru a masura rezistenta la deraparea pe suprafata umeda a retelei de drumuri. Coeficientul Mean Summer SCRIM (MSSC) obtinut cu aceasta masina este folosit ca baza la stabilirea limitelor nationale de rezistenta la derapare. Sub un anumit punct al MSSC riscul de producere a unui accident provocat de derapare pentru un anumit sector de drum este necesar restructurarea drumului pentru a duce la un nivel al rezistentei la deraparea pe suprafete umede cat mai mare.
Din cauza cerintei unei metode de test pentru evaluarea agregatelor in laborator, inainte ca acestea sa fie folosite , cerecetarile de la inceputul anilor 1950 au dus la descoperirea unei masini care a fost construita pentru a evalua caracteristicile de slefuire din diferite agregate. Aceasta metoda originala, care a cunoscut putine schimbari de atunci, este cunoscuta in zilele noastre ca si Valoarea de Slefuire a Rocii (PSV), si a fost acceptata de catre Euro Norm pentru a masura rezistenta la deraparea pe suprafete umede a agregatelor.
In ciuda unui numar mare de cercetari si implementarea specificatiilor, nu exista un interest reinnoit in lume pentru diferite metode de tes si abilitatea lor de a masura sau prevesti rezistenta la deraparea pe suprafete umede. S-a descoperit ca anumite agregate si tipuri de suprafete se comporta peste asteptari, in timp ce altele par sa slefuiasca mai mult si deci li s-a dar un coeficient de rezistenta mai mic. Au avut loc schimbari si in ceea ce priveste tipurile de mixuri bituminoase folosite ca straturi de supafata ale drumurilor.
Criterii cum ar fi caracteristicile de zgomot, textura negativa, generatiile de spray, grosimea stratului, si disponibilitatea si costul unor agregate cu un nivel mare de PSV, au dus la o schimbare fata de suprafetele mai subtiri, mai netede si mai silentioase. Trebuie recunoscut si ca agregatele de suprafata sunt folosite acum in feluri in care nu au fost luate in considerare in dezvoltarile istorice ale resitentei la deraparea pe suprafete umede, ale standardelor acesteia care au fost dezvoltate prima data in Marea Britanie.
18.5 Ce este o suprafata de drum umeda?
Tehnic, o suprafata de drum devine umeda cand intensitatea preciptatiilor depaseste 0.1 mm⁄h . aceste precipitatii creeaza o pelicula de apa care variaza in densitate de la cativa microni pana la cativa milimetri. Pelicula formata este ca un lubrifiant intre anvelopa si suprafata a carei rezistenta la derapare scade. Aceasta stare de suprafata umeda este un factor major atunci cand luam in vedere gradul de rezistenta pe care suprafata il are.
Prezenta unei pelicule de apa foarte subtire au efecte limitate la rezistenta la derapare la viteze mici, pentru ca anvelopa are timp sa penetreze pelicula de apa si sa faca contact cu microtextura agregatului. Totusi, cu cat grosimea peliculei de apa creste, timpul de contact al anvelopei cu agregatul afecteaza abilitatea de a expulza excesul de apa. Acest lucru devine important atunci cand viteza creste si timpii de contact scad. Acest lucru ilustreaza complexul de interactiuni intre anvelopa (tiparul adancimii urmei, suprafata peticului de contact), textura suprafetei ( tipul de mix al suprafetei), microtextura agregatului (tipul de roca, gradul de polisare ), viteza (timpul de contact), si conditiile mediului inconjurator( gosimea peliculei de apa). Analistii au aratat ca accidentele care au loc din cauza vremii umede, au loc unde rezistenta la deraparea pe suprefete umede are o valoare scazuta, si ca numarul lor ar putea fi redus prin lucrari de intretinere si remodelare a suprafetelor.
19.6 Mecanica deraparilor umede.
Mecanica deraparilor este in legatura cu pierderile de energie. Daca se a in considerare o masina care derapeaza pe o suprafata de drum umeda, datorita greutatii si vitezei ca poseda un moment mecanic mare si se va opri doar cand energia se va risipi. Momentul mecanic al masinii trebuie transferat suprafetei de drum prin interactiunea dintre anvelopa si suprafata de drum. Prezenta apei de pe suprafata de drum actioneaza ca un lubrificant. Deci, in termeni de pierderi de energii, exista doua mari componente : a. O componenta de frecare intre anvelopa si suprafasa de drum care face ca energia sa se risipeasca sub forma de caldura, si b. O componenta care interactioneaza cu anvelopa si capacitatea acesteia de a se deforma in jurul particulelor din agregatul suprafetei de drum, cauzand astfel pierderi de energie.
In termeni de verificari mecanice, mai sunt si alte componente importante :
urma de pe anvelopa masinii pentru a inlatura excesul de apa
urma sau textura suprafetei de drum pentru a inlatura excesul de apa
folosirea agregatului cu o textura microscopica pentru care sa rupa pelicula de apa.
Acesti factori sau grade de textura care sunt aratate in figura 1 au fost adunati sub numele de textura efectiva totala.. ( urma anvelopei nu este prezentata in figura 1)
6.1 Urma de pe anvelopa masinii pentru a inlatura excesul de apa.
Unul din cele mai eficiente mecansime de a inlautra apa dintre anvelopa si suprafata este urma/adancitura din anvlopa masinii. Acest lucru este asigurat de obicei de legile nationale de a avea o adanctura minima in anvelopa, de exemplu in Marea Britanie legea specifica o adancitura minima de 1,6 mm, iar in Germania 4 mm. O alta descoperire in ceea de priveste echiparea autovehiculelor a fost Sistemul ABS, Anti-lock Braking System, care se regaseste acum la cele mai multe masini moderne ca dotare standard.
Studiile recente, fig. 2 au aratat ca suma actuala a cauciucului care intra in contact cu o suprafata de asfalt poate fi si doar 36 % din totalul suprafetei de contact, in comparatie cu 53% pentru o suprafata de asfalt amestecata cu roca. S-a descoperit ca valoarea obtinuta este dependenta de tipul de suprafata si textura sa, modelul adanciturii anvelopei, presiunea anvelopei si incarcatura anvelopei. Rezultatele initiale ar putea indica o posibila dilema, unde anvelopa si suprafata de contact au o suprafata de contact mica este de asteptat
|
